بخشی از مقاله
چکیده:
مهند سین ژئو تکنیک برای به سازی خاک و با هدف افزایش مقاومت بر شی و ظرفیت باریری آن از روش های مختلفی ا ستفاده میکنند.یکی از این روش های فیزیکی،روش انجماد خاک میباشد.تغییرات در ساختمان خاک جدا از تغییرات محتوایی آب،باعث استفاده از روش های اصلاحی بر پایه دما و همچنین ابزار های دیگر شده ا ست.تکنیک انجماد خاک یکی از جدیدترین رو شهای پایداری حفاریهای زیزمینی و مهار آب های زیر سطحی جهت جلوگیری از ورود آب به داخل گود های در حال حفاری میباشد.
از جمله راهکارهای آن ایجاد پایداری موقت در زمین های س ست و ا شباع منجمد نمودن خاک ا شباع میبا شد.هدف از این مقاله برر سی روش های انجماد خاک در گود برداری ها میبا شد و نوع روش تحقیق آن به صورت کتابخانه ای است.در پایان این نتیجه حاصل میشود که برای ممانعت از نفوذ جریان آب زیر زمینی به درون محل حفاری جهت آماده سازی عملیات گود برداری ساختمانی و ایجاد پایداری موقت از این روش استفاده میشود.
مقدمه:
بهسازی خاک شامل روش های مختلف تغییر خصوصیات خاک بوده که نهایتا منجر به افزایش مقاومت برشی خاک،کاهش تغییرات حجمی و تامین رفتار خاک را بهمراه دارد. خاک های م سئله دار مثل خاکهای واگرا،رومبنده،متورم شونده، خاکهای نرم و شل ه ستند که دارای پایداری حجمی پایین و مقاومت کم بوده و زمانی تحت ا شباع و ف شار بار قرار میگیرند بافت های داخلی شان بهم رخته و ن ش ست زیادی میکنند.برای جلوگیری و کاهش این ن ش ست میتوان از انواع روش های به سازی ا ستفاده نمود.
روش های به سازی خاک به دو د سته تق سیم می شوند :روش اصلاح گرمایی و روش انجماد خاک. - قصری، - 1391 اولین گزارش استفاده از روش انجماد خاک به حفاری معدنی در South Wales در سال 1862 برمیگردد و امتیاز کاربرد عملیات انجماد خاک بنام Poetsch آلملنی در سال 1883 ثبت شده است و اولین کورد استعمال آن در ایالات متحده آمریکا در سال 1888 در عملیات ساخت و حفاری معدن در ایالت Luuisiana گزارش شده ا ست.فریز کردن خاک در سرا سر دنیا رو به گ سترش میبا شد و یکی از رو شهای ساپورت حفاری سازه ها برای جلوگیری و مهار آلودگی خاک مورد توجه میباشد. - - Jie.Han
انجماد خاک و موارد استفاده از آن:
انجماد خاک فرآیندی است که طی آن لایه های آبدار را بطور موقت نفوذ ناپذیر و مقاومت فشاری و برشی آن را با تبدیل آب بین درز ها به یخ افزایش میدهند.انجماد زمین عمدتا در آب بند کردن در برابر آبهای زیرزمینی،نگهداری ف ضاهای زیرزمینی موقتی،پایدار سازی زمین برای حفر تونلهای زیر زمینی،برای جلوگیری از زمین لغزش،پایداری زیر بنای سازه ها و محدود کردن آلودگی های زمین به کار میرود.در واقع انجماد زمین نفوذ پذیری آ بدار،همز مان با بس ته شدن م جاری آب درون درزه ها و از ه مه مهمتر با عث افزایش م قاو مت زمین سست میگردد. - - Sirvakumar.2008
یخ زدگی آب به عنوان عامل اصلی:
تاثیر گذاری انجماد ،وابسته به حضور آب برای ایجاد یخ،سیمانی بودن فواصل بین ذرات و افزایش مقاومت زمین جهت ایجاد تعادل بین سنگ نرم و متو سط ا ست.اگر زمین ا شباع یا نزدیک به ا شباع با شد،بنابراین نفوذپذیر مح سوب می شود.اگر رطوبت سوراخها را پر نکرده با شد،ممکن است نیاز به اضافه کردن آب باشد.رسیدن به مقاومت مورد نظر خاک منجمد شده بستگی به دمای انجماد،رطوبت و طبیعت خاک دارد.
پروسه انجماد خاک تبدیل کردن آب زیرزمینی به یخ به وسیله چرخش مداوم یک مایع برودتی در میان یک مجموعه از لوله هایی که قطر آن کم و در عمق زمین کار گذاشته میشود انجام میگیرد.آب زیر زمینی یخ زده به عنوان یک عامل پیوند دهنده که پیوند میدهد ذرات خاک و سنگ را جهت افزایش چشمگیر مقاومت فشاری و جلوگیری از نفوذ آب برای اجرای عملیات حفاری زیر سطحی.از جمله راهکارهای ایجاد پایداری موقت در زمین های سست و اشباع منجمد نمودن خاک اشباع میباشد - Soo.1983 - .بر اثر انجماد آب،حجم آب به میزان %9 افزایش مییابدکه البته به تنهایی باعث اعمال تنش و کرنش روی خاک نمیشود،مگر اینکه آب بین دو لایه محدود شده باشد.
این افزایش حجم باعث تغییر در خ صو صیات مهند سی خاک های ا شباع مانند مقاومت تراکمی تک محوری،مدول الا ستی سه،تورم و حدود روانی آنها می شود در عملیات انجماد خاک یک سری لوله های فریز که عموما به صورت عمودی و موازی نصب میشوند مایع خنک کننده داخل آن پمپاژ میشود که با شروع عملیات فریز کردن از انتهای لوله های فریز حلقه های یخی ت شکیل و تا بالا سعود میکنند که گرمای موجود در زمین اطراف لوله ها را میگیرد و وقتی دما به صفر رسید یخ شروع به تشکیل شدن در اطراف لوله ها میکند که مانند یک ستون عمودی و استوانه ای در خاک تشکیل و با گذشت زمان این ا ستوانه بزرگتر و به یکدیگر پیوند میخورند و ت شکیل یک دیواره یخی ممتدار میدهند.
وقتی دیواره ت شکیل شده به ضخامت طراحی شده میرسد عملیات فریز کردن سرعت آن کمتر میشود تا شرایط موجود تثبیت گردد و عملیات حفاری شروع شود این تکنیک بر خلاف روش های دیگر حفاری و مهار بندی آلهای زیر زمینی یک روشی است که اصطلاحا تهاجمی نبوده و وقتی عملیات حفاری به اتمام رسید و فریز کردن قطع شد زمین به حالت اولیه خود بر میگردد و زمین تا حد زیادی دست نخورده باقی میماند. - - Jie.Han
مشخصات انجماد خاک:
انجماد خاک به دو روش انجام میگیرد:
-1به صورت مستقیم:با تزریق ماده منجمد کننده در زمین.
-2به صورت غیر مستقیم:ماده منجمد کننده در داخل مجرایی که در زمین تعبیه شده است،قرار میگیرند.
-1روش مستقیم:
از نیتروژن مایع به عنوان یک ماده سرد کننده ا ستفاده می شود که در مقیاس و سیع در کارخانه های مخ صوص نیتروژن تولید می شود.یک گاز غیر قابل اشتعال و غیر سمی است برای نیازهای ضروری دارای ویژگی ها و مزایای ویژه ای مثل انجماد سریع بدون نیاز به نصب تاسیسات و تجهیزات به صورت تخصصی میباشد.
