بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
تراکم دینامیکی زمینهای استحصالی از دریا در مجتمع پتروشیمی عسلویه
چکیده
با توجه به محدودیت زمین منطقه ویژه پتروشیمی در بندر عسلویه شرکت ملی پتروشیمی ایران در نظر دارد حدود 350 هکتار زمین را در دو فـاز جهـت احـداث بخشـی از سـازههـا و تأسیسـات پتروشیمی ، از دریا استحصال نماید. عملیات استحصال با استفاده از مصالح خاکبرداری شده از زمینهای مجاورعمدتاً( آبرفت درشتدانه) انجام میگیرد. براساس مطالعات انجام شده، در صورت بروز زلزله، سازههای احداثی دچار نشست غیرقابل قبولی میشوندضمناً. احتمال بروز پدیده روانگرایی نیز وجود دارد. مقاله حاضر، نتایج مطالعات و بررسیهای انجام شده جهت بهسازی زمینهای استحصالی به روش تراکم دینامیکی را مورد بررسی قرار میدهد.
کلمات کلیدی: تراکم دینامیکی – استحصال زمین – بهسازی زمین - روانگرایی – انرژی تراکمی – مصالح خاکریزی .
مقدمه
امـروزه همـراه بـا افـزایش جمعیـت، گسـترش صنایع و تاسیسات زیربنایی از یک طرف و محدودیت زمینهای مناسب جهت احداث سـازههـای مـورد نیاز از طرف دیگر، استفاده از زمینهای مسئلهدار و استحصال زمین از دریا را در بسیاری از مناطق جهان الزامی ساخته است. در دهـههـای اخـیر همـراه بـا پیشـرفت علم و تکنولوژی، روشهای متعددی جهت انتقال بار سازههای احداثی به این زمینها توسط کارشناسان ژئوتکنیک ابداع گردیده است. بطور کلی جهت انتقال بار سازهها، میتوان از دو روش انتقال بار به لایههای مقاوم زمین (پیهای عمیق) و یا بهبود پارامترهای مکانیکی خاک (بهسازی) استفاده نمود. امروزه چالش اصلی متخصصان، انتخاب روش بهینه با توجه به ابعاد و وزن سـازهها، حساسیت آنها نسبت به نشست، جنس و مقاومت لایههای زمین، محاسن، معایب و محدودیتهای هر روش و هزینه و زمان اجرا میباشد. در مورد زمینهای استحصالی منطقه ویژه پتروشیمی در بندر عسلویه، با توجه به هزینههاینسبتاً زیاد احداث پیهای عمقی، استفاده از روشهای بهسازی زمین جهت بهبود پارامترهای مکانیکی لایههای خاک، مورد توجه قرار گرفت. بررسـی و مطالعه روشهای مختلف بهسازی نشان میدهد که با توجه به نوع مصالح بکار رفته در خاکریزیها (آبرفتهای درشتدانه)
یکی از مناسبترین روشهای بهسازی، روش تراکم دینامیکی میباشد.
مبنای طراحی عملیات تراکم دینامیکی،عمدتاً براساس تجربه استوار میباشد و روابط و فرمولهای ارائه شده آن نیز به صورت تجربی به دست آمدهاند. در چند دهه اخیر، تحقیقات متعددی در زمینه بکارگیری روشهای تئوریک، جهت طراحی این عملیات انجام شده است
کـه از آن جمله میتوان به کارهای منارد (1975)، لئونارد (1980) ، بیلام (1985) پوران و رودریکایز (1992) و چاو و همکاران (1994)
اشاره نمود.
در روش مـنارد، بـا توجـه بـه حداکـثر عمق بهسازی خاک، جنس و شرایط مصالح، مقدار انرژی تراکمی لازم برای هر ضربه مشخص مـیگـردد. در روش بـیلام عمـق حداکثر بهسازی شده براساس ابعاد وزنه و ارتفاع سقوط آن به دست میآید. پوران و رودریکایز در روابط تجربـی خـود به سطح برخورد وزنه، ابعاد وزنه و تعداد ضربات در هر نقطه توجه داشته و با معرفی ضرایب تجربی وابسته به دانسیته نسبی خـاک، عمـق و شـعاع تاثـیر تراکم دینامیکی را معرفی مینمایند. چاو و همکاران، فاصله نقاط کوبش را تابعی از قطر وزنه و تغییرات زاویه اصطکاک داخلی خاک در محل کوبش می دانند.
روش استحصال زمین
بـه مـنظور استحصـال زمیـن از دریا، مصالح آبرفتی حاصل از خاکبرداری از معادن بالادست منطقه، توسط کامیون در حاشیه انتهایی مشـرف بـه دریا تخلیه شده سپس توسط بلدوزر به طرف دریا رانده میشوند. به منظور جلوگیری از شسته شدن مصالح و کاهش ضربات و انـرژی امـواج، روش جداسـازی بخـش در حـال خاکریزی از دریا با استفاده از جتیهای سنگی درنظر گرفته شده است. براساس مطالعات ژئوتکنیک انجام شده، مصالح بستر دریا در منطقه مورد استحصال، از نوع شن ماسه دار با تراکم نسبی زیاد شناسایی شده است لذا نیازی به بهسـازی ندارنـد. در مـورد خـاک دسـتریز، بـا توجـه بـه نـوع مصـالح و روش خاکریـزی، بافت خاک حالت سست داشته و در این حالت نشسـتپذیـری مصـالح در حالت بارگذاری استاتیک و بخصوص دینامیک قابل ملاحظه بوده و علاوه بر آن نشست آنی در حالت زلزله زیاد میباشدضمناً. به دلیل وجود ذرات ماسهای و سیلتی در مصالح خاکریزی (به ترتیب حدود 40 و 15 درصد) احتمال بروز پدیدۀ روانگرایی و بـه دنـبال آن کاهش ظرفیت باربری، نشست و گسیختگی زمین، بسیار زیاد خواهد بود. شرایط فوقالذکر ایجاب میکند که خاک ریخته شـده در بخشهای استحصالی تا حد حذف پتانسیل روانگرایی و تأمین مشخصات باربری و نشست پذیری در بخشهای مختلف، بهسازی و تحکـیم شـود. بـا توجـه بـه عمق زیاد خاکریز و امکانات موجود در کشور و هزینه انجام طرح، روش تراکم دینامیکی به عنوان روش بهینه جهت بهسازی و تحکیم انتخاب شده است.
شرایط تحتالارضی
منطقه ویژه اقتصادی پتروشیمی عسلویه از یک سو به دریا (خلیج فارس) و از سوی دیگر به ارتفاعات انتهایی رشتهکوه زاگرس محدود شده است.
بـه مـنظور شناسـایی مکانیکـی خـاک مـنطقه، تعـدادی گمانه ژئوتکنیکی در نوار ساحلی و دریا حفر گردید. براساس نتایج حاصل از آزمـایشهـای مکانـیک خـاک، جنس مصالح بستر طبیعی منطقه از نوع شن ماسهدار همراه با مقداری سیلت و قلوهسنگ ارزیابی گردیده است. متوسط عدد SPT (با نوک مخروطی) بالاتر از 50 و متوسط نفوذپذیری خاک محل در حدود 2*10-4 cm/s میباشد. مصالح بستر با تـراکم نسبی زیاد تا خیلی زیاد طبقهبندی میشوند و براساس ابعاد پی سازهها، باربری زمین طبیعی منطقه، بسیار خوب عمدتاًو بیشتر از
40 N/cm2 میباشد.
مشخصات مصالح بکار رفته در خاکریزیها
براساس آزمایش دانهبندی انجام شده روی مصالح خاکریزی شده در آزمایشگاه (شکل (1 و دانهبندی مکانیکی انجام شده در محل در حجم بزرگ (شکل (2 جنس مصالح خاکریزیعمدتاً از نوع شن ماسهدار با مقداری سیلت و قلوهسنگ میباشد (با طبقهبندی GM , GP و (GP-GM مقـدار دانسیته حداقل و حداکثر مصالح (γmax , γmin) به ترتیب 17/6 و 21 کیلونیوتن بر مترمکعب و وزن مخصوص جامد خاک
29/9 کیلونیوتن بر مترمکعب بدست آمده است.
بررسی نشست استاتیکی و دینامیکی
براساس مطالب گذشته، مصالح بستر طبیعی منطقه دارای شرایط بسیار مناسبی از نظر باربری و نشست می باشد. مصالح مورد استفاده جهـت خاکریـزی و استحصـال زمین طبیعی، با توجه به نوع مصالح (دانهای) و روش خاکریزی که به صورت ریختن در آب میباشد، بافت خـاک حالـت سست داشته و تراکم نسبی آن کمتر از 40 درصد میباشد. در این حالت نشست پذیری مصالح خاکریزی در حالت بارگذاری استاتیکی، قابل توجه بوده و علاوه بر آن پتانسیل نشست در زمان زلزله بسیار زیاد میباشد.
بمـنظور بررسـی اثـر اشـباع خاک در نشست سازهها پس از اتمام عملیات خاکریزی، منطقه مشخصی انتخاب گردید و با آبکاملاً به صـورت غـرقاب درآمد و میزان نشست استاتیک خاک در منطقه مورد نظر بر اثر وزن مصالح خاکریزی و عملیات غرقاب کردن پس از یک هفته حدود 6 cm اندازهگیری گردید.
بررسـی اثـرات نشسـت دینامیکـی خاکهای ماسهای خشک و اشباع در حالت بارگذاری لرزهای توسط آقایان میلور و سید (1971) و
توکی ماتسووسید (1987) انجام شده است. ایوانس و زو (1995) اثرات درصد شن در خاک و رفتار آن در اثر بارگذاری را مورد بررسی قرار دادنـد و بیان نمودند که یک خاک مرکب از شن و ماسه با حدود 40 درصد شن و دانسیته نسبی 40 درصد از لحاظ نشستپذیری رفتاری مشـابه با خاک ماسهای با دانسیته نسبی 65 درصد را دارد و با افزایش درصد شن با یک دانسیته نسبی مشابه، میزان نشست پذیری خاک شندار کمتر خواهد بود.
با توجه به مطالب فوقالذکر و براساس روش آقایان سید و توکیماتسو (1987) محاسبه نشست دینامیکی براساس فرضیات ذیل انجام گردید.
- لایـه فوقانی به ضخامت 3 متر به صورت خشک درنظر گرفته شد. میانگین دانسیته نسبی این لایه (براساس آزمایشات انجام گرفته) 40 درصد میباشد.
- لایههای خاک از عمق 3 متر تا بستر طبیعی دریا اشباع درنظر گرفته شدند.
- دانسیته نسبی این لایهها که از نتایج آزمایشات SPT استخراج شدهاند 25 درصد درنظر گرفته شدند.
- حداکـثر شـدت زلزـله در محـل (بـا توجـه به نتایج مطالعات انجام شده توسط مؤسسه بین المللی زلزله شناسی-7/5 (1380 ریشتر میباشد. شکل 3 نشان دهنده نتایج محاسبات نشست برای ضخامتهای مختلف خاکریزی است.
-
بررسی پدیده روانگرایی
عمـده مسـائل مـربوط بـه روانگرایی مربوط به ماسهها، ماسههای سیلتی و سیلتهای در حالت اشباع میباشند. علت اصلی روانگرایی خـاکهـای غیرچسـبنده اشـباع در هـنگام زلزـله، ایجـاد اضـافه فشـار هیدرواسـتاتیکی ناشی از اعمال تنشهای برشی دورهای مربوط به حرکـتهـای زمیـن میباشد. با افزایش فشار آب منفذی و تمایل به کاهش حجم ماسه، تنش مؤثر صفر شده و خاک همه مقاومت باربری خـود را از دست داده و به حالت روان درمیآید. قسمت روانگونه شده میتواند در سطح و یا در عمق معینی از زمین باشد. وقوع این پدیده باعـث نشسـت قابل توجه خاک، گسیختگی در پی سازهها و سطح زمین خواهد شد. در بین تحقیقات انجام شده در مورد روانگرایی، روش آقایـان سید و ادریس (Seed & Idris 1984)عموماً بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این روش براساس پارامترهای نسبت تنش تناوبی و شتاب مبنای طرح و مقاومت برشی خاک بیان میگردد.
در رابطـه فـوق amax شتاب حداکثر زلزله در سطح زمین σv تنش عمودی کل و تنش مؤثر عمودی و rd ضریب کاهش (عمـق) مـیباشـد و نسـبت تـنش تناوبـی مـیباشـدمعمـولاً جهت تعیین مقاومت برشی تناوبی از همبستگیهای بدست آمده ازآزمایشهای صحرایی نظیر S.P.T استفاده میشود.
بـا توجـه بـه آنکـه خاک زمینهای استحصالی در منطقه عسلویه دارای درصد زیادی ماسه و سیلت میباشند که در حالت اشباع قرار دارند و با توجه به وضعیت لرزهخیزی منطقه لازم است که با ارائه راهحلهای اجرایی احتمال وقوع روانگرایی را به صفر رساند.
روش تراکم دینامیکی
بهبود و اصلاح مشخصات مکانیکی خاک به روش تراکم دینامیکی، تا عمق قابل توجهی امکانپذیر میباشد. تراکم از طریق وارد آوردن ضـربههـای سنگین مکرر بر سطح زمین انجام میگیرد. در این روش وزنههایی تا وزن دهها تن از ارتفاع زیاد، آزادانه رها میگردند و انرژی حاصـل باعـث مـتراکم شدن لایههای خاک میگردد. این روش یکی از مؤثرترین و متداولترین روشها جهت اصلاح خواص خاکها برای کاهش خطرات لرزهای میباشد. با توجه به ماهیت تجربی این روش، روند طراحی بدین صورت است که با توجه به نوع خاک، شرایط اشباع و عمـق لایـههـای مـورد نظـر جهـت بهسـازی، طـرح اولـیه تراکم دینامیکی ارائه میگردد. با توجه به اختلاف شرایط هر پروژه با شرایط پـروژههایـی کـه فرمولهای تجربی براساس نتایج آن به دست آمدهاند با انجام تراکم دینامیکی آزمایشی، جنبههای مختلف طرح اولیه در شرایط عملی پروژه بررسی و بهینه میگردد. جهت انجام عملیات تراکم دینامیکی، موارد ذیل بایستی مشخص گردد:
وزن و ابعـاد وزنـه – ارتفـاع سـقوط وزنـه – فواصل نقاط کوبش - تعداد و مراحل کوبش – فاصله زمانی بین مراحل کوبش و ضخامت لایههای تخلخل سطحی (در صورت نیاز) آزمایشهای انجام شده در منطقه و نتایج حاصله در بیـن روشهـای مخـتلف ارائه شده جهت تحکیم دینامیکی ، روش منارد و برویز، عمومیترین روش میباشد که با توجه به حداکثر عمق بهسازی خاک، جنس و شرایط مصالح، مقدار انرژی تراکمی لازم برای هر ضربه مشخص میگردد.
