مقاله مطالعه موردی بهسازی خاک به روش ستون شنی ارتعاشی

بخشی از مقاله

مطالعه موردي بهسازي خاك به روش ستون شنی ارتعاشی

چکیده

در این مطالعه موردي استفاده از ستونهاي شنی ارتعاشی جهت بهسازي خاك رسی و لاي ماسهدار بر روي فونداسیون گسترده ساختمانی در جنوب غرب ایران (شهر اهواز) ارائه میگردد. شرایط ژئوتکنیکی زیرسطحی، ویژگیهاي ساختمان و روش طراحی بهسازي خاك به صورت خلاصه بازبینی میشود. قابلیت و عملکرد بهسازي طراحی شده به کمک صفحات بارگذاري 1 متري و آزمایش بازبینی و تأییدي ارائه و بررسی شده است. با مقایسه پارامترها و معیارهاي طراحی با نتایج آزمایش، مناسب بودن روش طراحی به اثبات رسیده است. همچنین برخی نتایج در زمینه رفتار و تأثیر ستون هاي شنی ارتعاشی براي خاك بهسازي شده ارائه شده است.

کلمات کلیدي: بهسازي خاك، ستون شنی ارتعاشی،آزمایش بازبینی، آزمایش بارگذاري صفحه،آزمایش SPT

.1 مقدمه

روش ستون شنی ارتعاشی توسط مهندسان براي بهسازي عمیق خاكهاي دانهاي و چسبنده استفاده شده است. تاریخچه استفاده از این روش به سالهاي 1830 باز میگردد و امروزه پیمانکاران از روش ستون شنی ارتعاشی به عنوان روشی معمول بهسازي خاك استفاده میکنند. با توجه به قابلیت گسترده این روش، اداره بزرگراههاي ایالات متحده آمریکا (FHWA) راهنمادریی کردسال 1983 منتشر .[1]
این روش که عملکرد مکانیکی – فیزیکی دارد، در الگوي شبکهاي ستونهاي متراکم شده با استفاده از مصالح دانه ايمناسب ساخته میشوند. بنابراین این روش ترکیبی از دو روش معروف تراکم ارتعاشی و تراکم جایگزینی – ارتعاشی است. در روش تراکم ارتعاشی که براي خاكهاي دانهاي مناسب است، خاك اصلی اطراف لوله مرتعش با فرکانس بالا متراکم میشود.

در مقابل روش جایگزینی ارتعاشی که هم براي خاكهاي دانه اي ضعیف (مانند لاي) و خاكهاي رسی نرم مناسب است، مصالح دانهاي درشت متراکم شده در خاك درجا به صورت ستون شنی جایگزین میشود. اگر توالی از خاك ماسهاي دانه اي و لایههاي رسی چسبنده یا مخلوطی از رس، ماسه و لاي موجود باشد، ترکیب دو روش بهترین انتخاب فنی با توجه به تأثیر خاكبهسازي است.

امروزه این روش بهسازي به عنوان روشی سریع، اقتصادي، چند منظوره و موثر شناخته شده است و جهت افزایش ظرفیت باربري، کاهش نشست فونداسیون، کاهش پتانسیل روانگرایی، افزایش نرخ تحکیم و اهداف مهندسی دیگر به کار میرود. در این مقالهاستفمطالعهده موردي با از این روش برادري بهسازي خاك اهواز تشریح میگردد.

.2 تشریح خلاصه پروژه

این پروژه در جنوب ایران، شهر اهواز، قرار دارد. دو ساختمان 8 طبقه در مساحتی حدود 10000 مترمربع ساخته خواهد شد.مطابق با مطالعات ژئوتکنیک ساختگاه [2]، ظرفیت باربري خاك براي بیش از 5 طبقه، کافی نیست. بنابراین بهسازي خاك سایت لازم است، براساس ملاحظات اقتصادي و فنی مشاور ژئوتکنیک طرح از بین روشهاي ریزشمع، شمع بتنی درجا، شمع فولادي کوبشی و ستون شنی ارتعاشی (VSC)، روش اخیر به عنوان روش موثرتر براي سیستم فونداسیون انتخاب شد. قابل ذکر است که سایر روشهاي بهسازي مانند تراکم دینامیکی، اختلاط عمیق خاك و تزریق با فشار به علت وجود ساختمانهاي مجاور (تراکم دینامیکی)، تزریق با فشار (Jet Grouting) به علت هزینه زیاد و ضعف تجهیزات ساخت (روش اختلاط عمیق ) در ایران امکانپذیر نیست.
ستونهاي شنی طراحی شده با استفاده از یک میله مرتعش ساخته میشود که طولی در حدود 3 متر و قطر 0/4 متر دارد. به میله نیروي ارتعاشی افقی 16 تن به کمک موتوري با توان 75 کیلو وات اعمال میگردد .[3] ساخت VSC شامل سه
مرحلهي اصلدری است که شکل 1 مراحل ساختمحل VSCو یک عکس از پروژه نشان داده شده است.

.3 ویژگیهاي ژئوتکنیکی محل پروژه

مطالعات ژئوتکنیکی ساختگاه به کمک 6 گمانه تا عمق حدود 40 متر انجام شد. لایههاي خاك زیرسطحی شامل توالی لایه هاي رسی، سیلتی و ماسهاي است. بنابراین لایه خاك نرم و ضعیف بالایی براي ساخت ساختمانهاي بلند و سنگین مناسب نیست. خصوصیت لایههاي خاك زیرسطحی در جدول 1 ارائه شده است. همانگونه که مشاهده میگردد، اولین لایه (L1-1)
که تا عمق حدود 15 متر ادامه دارد مخلوطی از ماسه، لاي و رس است که داراي عدد SPT پایین و باید مناسببایک روش
بهسازي شود. حدودسطح آب زیرزمینی در عمق 2 متري زیرسطح قرار دارد.

.4 معیار طراحی
معیار اصلی طراحی براي بهسازي خاك محدود کردن نشست فونداسیون به زیر 7/5 سانتی متر است. معیار مهم دیگر ضریب اطمینان مجاز براي ظرفیت باربري ستونها در گسیختگی است. .(F.S= 1.5)

روش طراحی

فونداسیون ساختمان 8 طبقه شامل دو قسمت طولی شبیه به دو بازو با زاویه 45 درجه (شکل (2 است که مساحت آن در حدود
مربع 2600 متر است.
براساس شرایط زیرسطحی 15) متر لایه خاك با تراکم متوسط) و محدودیت تجهیزات ساخت، عمق حداکثري بهسازي خاك 10 متر زیر فونداسیون محدود شده است. بنابراین، محاسبات در عمق بیان شده انجام میپذیرد. از آنجاکه یی ضخامت فونداسیون 1 متر است و بعد از ساخت ستون شنی باید از بالشتک شنی 0/5 متري بر روي سطح قرار گیرد، لذا ناحیه فونداسیون تا عمق 1/5 حفاري شده است. استفاده از بالشتک شنی به منظور توزیع مناسب تنش بین فونداسیون و ستون شنی است. همچنین وجود این بالشتک شنی، باعث زهکشی بهتر آب در روند تحکیم خاك زیر فونداسیون میشود. از الگوي مثلثی براي پلان ستونهاي شنی استفاده شده است (شکل .(2

از آنجایی که مصالح شنی جهت ساخت ستونهاي شنی متراکم شده استفاده میشود، خصوصیات فیزیکی و مکانیکی
مناسب براي این مصالح در جدول 2 نشان داده شده است.

مطابق آنالیز سازهاي ساختمان، میانگین بار عمودي فونداسیون به صورت یکنواخت 150 kPa است. ظرفیت باربري فونداسیون و محاسبات نشست به کمک نرمافزار (Ver.3) Ston-C انجام شده است. اساس تئوري Ston – C روشهاي پایه (مانند ( [4] 1995 .Priebe الاستیک براي محاسبات نشست و روش تعادل همگن سازي شده براي تخمین ظرفیت باربري است. گروه نرمافزاري ژئوتکنیکی ژئولوجیسمیکی (Geologismiki) این نرمافزار را ارائه کرده است [5] و همچنین شرکت گروه وایبروفلات [6] این نرم افزار را در برخی پروژههاي عملی استفاده و مورد بازبینی قرارداده است.
براساس روشها و دادههايقبلاً بیان شده، به نظر میرسد که قطر ستونشنی 80 تا 100 سانتیمتر با عمقمتر10 میتواند به طور مناسبی معیارهاي طراحی نشست را برآورده سازد، با فرض تنش قائم 160 کیلوپاسکال در فونداسیون حداکثر فاصله مجاز بین ستونها با تامین معیارهاي نشست وجدولظرفیت باربري در 3 ارائه شده است.
آزمایشهاي تائیدي1 و بازبینی2

در این پروژه بعد از طراحی اولیه، براي بازبینی و نهایی کردن طرح، تعدادي آزمایشهاي کنترلی و بازبینی انجام شد. این آزمایشها شامل تعدادي آزمایش بارگذاري صفحه و آزمایش SPT به صورت زیر درنظر گرفته شد:
• یک آزمایش بارگذاري صفحه در زمین طبیعی (خاك بهسازي نشده)

• دوآزمایش بازبینی بارگذاري صفحه در سر ستونهاي شنی (براي کنترل و بازبینی طراحی)