بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مطالعه موردی تاثیر لایه های سطحی سخت بر عملیات تراکم دینامیکی اراضی استحصالی
چکیده
تراکم دینامیکی یکی از روشهای مناسب بهسازی عمیق خاک می باشد که در سالهای اخیر کاربرد گستردهای در پروژههای استحصال زمین از دریا داشته است. شرایط ژئوتکنیکی خاک از جمله دانه بندی و نفوذپذیری مصالح، موقعیت سطح آب زیرزمینی و وجود لایههای سخت سطحی از عوامل موثر بر کارایی تراکم دینامیکی میباشد. در مقاله حاضر، ضمن اشاره به فرایند طراحی عملیات تراکم دینامیکی، به بررسی تاثیر وجود لایههای سخت سطحی بر کارایی این روش پرداخته شده است. بدین منظور نتایج حاصل از اجرای عملیات تراکم دینامیکی در سایت پتروشیمی هرمز واقع در اراضی استحصالی مجتمع پتروشیمی عسلویه مورد بررسی قرار گرفته است. عمدهترین اهداف بهسازی با روش تراکم دینامیکی در پروژه حاضر، کاهش نشستپذیری، افزایش ظرفیت باربری و کاهش پتانسیل روانگرایی بوده و معیارهای بهسازی موردنیاز بر اساس نتایج آزمایش نفوذ استاندارد تعیین شده است. به منظور بررسی تاثیر وجود لایه های سخت سطحی بر تراکم دینامیکی، نتایج حاصل از آزمایش نفوذ استاندارد قبل و پس از عملیات تراکم دینامیکی در دو منطقه از این سایت که یکی از این مناطق شامل لایه سخت میباشد، مقایسه شده است. نتایج تحلیلها نشان میدهد که وجود لایه سخت سطحی تاثیر قابل توجهی بر عمق بهبود موردانتظار نداشته، اما وجود چنین لایهای از میزان تراکم در اعماق میانی و پایینی کاسته است.
واژگان کلیدی: تراکم دینامیکی، استحصال، بهسازی، لایه سطحی سخت.
-1 مقدمه
یکی از روشهای بهسازی عمیق خاک که از قدمتنسبتاً زیادی نیز برخوردار است، روش تراکم دینامیکی میباشد. در ایران استفاده از این روش در دهه اخیر برای بهسازی زمینهای ساحلی و زمینهای استحصال شده از دریا گسترش زیادی داشته است. روش تراکم دینامیکی شامل پرتاب متوالی کوبههای سنگین از ارتفاعنسبتاً زیاد در یک الگوی از پیش طراحی شده میباشد. به طور کلی عملیات کوبش در چند مرحله انجام میشود که فازهای کوبش نامیده میشوند . در هر یک از فازهای کوبش سنگین، کوبهها از ارتفاع معمول 10 تا 30 متر چندین مرتبه در شبکه کوبش تعیین شده پرتاب میشوند. بدین ترتیب لایههای سست تا عمق معمولاً کمتر از 15 متر متراکم میشوند.
مبنای طراحی تراکم دینامیکیعمدتاً بر تجربیات استوار بوده و روابط اصلی آن نیز به صورت تجربی بدست آمده است. بطور کلی تعیین الگوی بهینه تراکم دینامیکی به عوامل گوناگونی مانند شرایط توده خاک (جنس، لایهبندی، ضخامت لایهها، میزان رطوبت خاک و شرایط زهکشی)، میزان تراکم مورد نیاز و تجهیزات موجود بستگی دارد که تعداد محدودی از این پارامترها به صورت مستقیم در روابط تجربی در نظر گرفته میشود . یکی از شرایط ژئوتکنیکی متداولی که کارایی روش تراکم دینامیکی را متاثر میسازد، وجود لایههای سخت سطحی در اراضی تحت تراکم میباشد. لایههای سخت میتواند بر اثر پیرشدگی، سیمانتاسیون و تراکم سطحی ناشی از عبور و مرور وسایل نقلیه تشکیل شود. با وجود محتمل بودن چنین شرایطی در بسیاری از پروژه های تراکم دینامیکی، تاکنون مطالعات متمرکزی در این زمینه صورت نگرفته است. در مقاله حاضر، به بررسی تاثیر وجود لایه سخت سطحی بر کارایی روش تراکم دینامیکی با مطالعه موردی عملیات بهسازی با روش تراکم دینامیکی در سایت پتروشیمی هرمز واقع در اراضی استحصالی فاز دوم توسعه مجتمع پتروشیمی عسلویه پرداخته می شود که در آن عملیات استحصال با خاکریزی مصالح درشت دانه در آب انجام شده است. مجتمع پتروشیمی عسلویه در جنوب شرق استان بوشهر و در حاشیه خلیج فارس واقع است(شکل .(1 این منطقه به دلیل دسترسی مستقیم به آب دریا، عمق متناسب سواحل از نظر بندری و برخورداری از شبکه های تاسیسات زیرساختی از پتانسیل بالایی جهت توسعه صنایع نفت و گاز برخوردار است.با توجه به کمبود اراضی جهت توسعه این صنایع در منطقه، استحصال اراضی از دریا و بهسازی خاکریزهای استحصالی پیش از بهرهبرداری، در محدوده قابل توجهی از این منطقه مدنظر گرفته است.
شکل-1 موقعیت پروژه مورد مطالعه
-2 روند کلی طراحی تراکم دینامیکی
پس از ارزیابیهای اولیه و تعیین مناسب بودن روش تراکم دینامیکی برای بهسازی زمین، طراحی عملیات تراکم دینامیکی انجام میگیرد. روند طراحی شامل تعیین ملزومات طراحی (میزان بهسازی و عمق بهبود مورد نیاز) و تخمین و محاسبه پارامترهای طرح بر اساس معیارهای وملزومات تعیین شده میباشد.
-1-2 تعیین ملزومات طراحی
روش تراکم دینامیکی برای بهسازی دامنه وسیعی از مصالح مناسب میباشد. موارد بسیار متعددی از کاربرد موفق این روش در بهسازی تودههای ماسهای، شنی و سنگریزهای بویژه در پروژههای استحصال زمین از دریا گزارش شده است. این روش بصورت موفقیت آمیزی در بهسازی اراضی استحصالی از دریا در مجتمع پتروشیمی عسلویه بکار رفته است. ملزومات طراحی عملیات تراکم دینامیکیمعمولاً شامل دو عامل عمق بهبود و میزان تراکم مورد نیاز بوده و ارزیابی عملیات نیز بر اساس کنترل این دو عامل صورت می گیرد. پارامترهای ژئوتکنیکی مختلفی توسط محققین برای سنجش عمق و میزان تراکم بکار رفته است. بعنوان نمونه،
Ghassemi et al. [1] از پارامتر تراکم نسبی خاک برای این منظور استفاده کردند. طبق این تعریف عمق بهبود، عمقی است که افزایش تراکم نسبی در آن حداقل %5 باشد. هرچند با توجه به اینکه بطور کلی در پروژه های تراکم دینامیکی، ارزیابی اثربخشی عملیات شامل انجام یک سری آزمایش صحرایی و مقایسه نتایج حاصله قبل و بعد از انجام تراکم میباشد، معیارهای بهسازیمعمولاً بر اساس نتایج آزمایشهای صحرایی تعیین میگردد. آزمایشهای صحرایی متنوعی در پروژه های مختلف بدین منظور بکار رفته که آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) یکی از معمولترین آزمایشها میباشد. در مطالعه حاضر نیز، از یکی از تعاریف عمق بهبود که توسط Leonards et al. [2] و بر اساس نتایج SPT ارائه شده بهره گرفته می شود. طبق این تعریف، عمق بهبود عمقی است که افزایش عدد نفوذ در آن عمق حداقل 3 تا 5 ضربه نفوذ استاندارد باشد. در مورد میزان تراکم خاک در محدوده عمق بهبود، FHWA [3] بر اساس تجربیات پروژه های مختلف تراکم دینامیکی، مقادیر حداکثر عدد نفوذ استاندارد قابل دستیابی با تراکم دینامیکی را برای مصالح درشت دانه نفوذ پذیر 40 تا 50 ضربه ذکر کرده است باید توجه داشت که مطابق شکل 2، مقدار متوسط بهسازی در سراسر ناحیه بهبود، کمتر از مقادیر حداکثر ذکر شده میباشد عموماً حداکثر بهسازی در فاصله یکسوم تا یکدوم عمق بهبود رخ میدهد.
شکل -2 نحوه تاثیر تراکم دینامیکی در محدوده عمق بهبود (FHWA,1995)
-2-2 تعیین پارامترهای طرح
پارامترهای طرح شامل تعیین وزن و ارتفاع سقوط کوبه، ابعاد کوبه، فاصله گره های شبکه کوبش، تعداد کل پرتابها، تعداد فازهای کوبش، الگوی هر فاز و پاسهای کوبش می باشد. مقدار انرژی اعمالی در هر پرتاب ( حاصلضرب وزن در ارتفاع سقوط کوبه)، مهمترین عامل تاثیرگذار در رسیدن به عمق بهبود مورد نظر استدر. ادبیات فنی تراکم دینامیکی معمولاً از رابطه معروف زیر برای محاسبات میزان انرژی لازم جهت رسیدن به عمق بهبود مورد نظر استفاده می شود :[4]
که در این رابطه D عمق بهبود (متر)، W وزن کوبه (تن)، H ارتفاع سقوط کوبه (متر) و n ضریب تجربی (بدون بعد) میباشد. همانطور که ملاحظه میگردد، در این رابطه تاثیر وزن و ارتفاع سقوط کوبه بصورت مستقیم در تعیین عمق بهبود در نظر گرفته شده و اثر سایر عوامل موثر بر عمق بهبود (مانند نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، فشار تماس کوبه، شکل کوبه و ...)، در مقدار ضریب n گنجانده شده است. بر اساس تجربیات مشاهده شده در پروژههای تراکم دینامیکی، مراجع مختلف مقادیر متفاوتی را برای ضریب n پیشنهاد نمودهاند. مقادیر ارائه شدهعموماً بین 0/3 تا 0/8 متغیر است .[5] جهت انتخاب وزن کوبه، بایستی محدودیت های ماشین آلات موجود نیز درنظرگرفته شود. FHWA [3] با بررسی طرحهای مختلف تراکم دینامیکی، مقادیری را برای وزن کوبه برحسب ارتفاع سقوط باتوجه به ماشین آلات موجود توصیه کرده است . طبق این توصیه در اکثر حالات میزان وزن کوبه برحسب تن،کمتر یا مساوی ارتفاع سقوط برحسب متر است. با انتخاب مقدار فشار تماسی مناسب (بین 40 تا 75 کیلوپاسکال) و با معلوم بودن وزن کوبه، مساحت قاعده و ابعاد کوبه قابل محاسبه است . ابعاد کوبه در برخی از طرحهای تراکم دینامیکی تا چند متر نیز گزارش شده است. شکل قاعده کوبه معمولا دایره ،هشت ضلعی و مربع می باشد.معمولا برای فاز های کوبش سنگین، از کوبههای با قاعده هشت ضلعی یا دایروی و برای فاز اتوکشی، از کوبههای با قاعده مربعی استفاده میشود. طبق توصیه دستورالعمل FHWA [3]، فاصله بهینه گرههای شبکه کوبش برای ایجاد همپوشانی لازم بین نواحی متراکم شده و رسیدن به تراکم یکنواخت در کل لایه ی مورد نظر 1/5 تا 2/5 برابر قطر کوبه میشود. همچنین برخی از محققین براساس نتایج کارهای عددی یا آزمایشگاهی، مقادیری برای فاصله بهینه شبکه کوبش ارائه نمودهاند. بعنوان نمونه، Chow.et.el. [6] فاصله بهینه گرههای شبکه کوبش را 2/1 برابر قطر کوبه پیشنهاد نمودهاند. گام بعدی تعیین تعداد کل پرتابها میباشد. برای این منظور ابتدا بایستی میزان انرژی لازم برای رسیدن به تراکم مورد نظر را مشخص نمود.
FHWA [3] مقدار انرژی اعمالی به منظور دستیابی به تراکم حداکثر را برحسب نوع خاک و براساس تجربیات طرحهای تراکم دینامیکی مختلف بصورت تخمین اولیه ارائه کرده است . هرچند باید توجه داشت که مقادیر ارائه شده جنبه راهنمایی داشته و میزان انرژی بهینه با انجام عملیات تراکم آزمایشی و یا در حین اجرای عملیات اصلی تراکم دینامیکی قابل تعیین است. پس از تعیین مقادیر انرژی اعمالی کل و انرژی اعمالی در هر پرتاب، میتوان تعداد پرتابهای لازم برای رسیدن به بهسازی مورد نظر را بدست آورد. لذا تعداد کل پرتابها در فازهای کوبش سنگین با استفاده از رابطه زیر قابل تعیین است:
که در این رابطه EA انرژی اعمالی کل در واحد سطح، N تعداد کل پرتابها در کل فازهای کوبش سنگین و Ae سطح موثر در اطراف هر نقطه کوبش میباشدمعمولاً. انجام 7 تا 15 پرتاب در هر نقطه کوبش مقدار مناسبی میباشد. در صورتیکه تعداد پرتابهای بدست آمده از رابطه (2) کمتر یا بیشتر از مقادیر فوق باشد، باید ابعاد کوبه و فاصله گرههای شبکه کوبش را اصلاح کرد. پس از تعیین تعداد پرتابها، تعداد فازها مشخص می شودمعمولاً. عملیات کوبش در چند فاز انجام میگیرد که شامل تعدادی فاز کوبش سنگین و یک فاز تراکم سطحی می باشد. اولین فاز کوبش سنگین برای بهسازی عمیقترین لایه اجرا میگردد و فاصله نقاط کوبش در این فازنسبتاً زیاد است . فازهای بعدی برای بهسازی لایه میانی اجرا شده و فواصل کوبش در این فازها کمتر از فاز اول است. در فاز نهایی که به فاز اتوکشی مشهور است، لایه سطحی با اعمال انرژی کمتر از فازهای کوبش سنگین متراکم میشود. تخمین اولیه از تعداد پاسهای کوبش با توجه به شرایط سطح آب زیرزمینی و خصوصیات مصالح و درحین انجام تراکم آزمایشی بدست میآید.
-3 مطالعه موردی تاثیر لایه سطحی سخت
-1-3 معرفی پروژه مورد مطالعه
در مقاله حاضر، به بررسی تاثیر وجود لایه سطحی سخت بر عمق و میزان بهسازی با روش تراکم دینامیکی پرداخته می شود. بدین منظور، مطالعه موردی عملیات بهسازی با روش تراکم دینامیکی در سایت پتروشیمی هرمز واقع در اراضی استحصالی فاز دوم توسعه مجتمع پتروشیمی عسلویه مدنظر قرار گرفته است. مساحت اراضی موردنظر برای بهسازی با روش تراکم دینامیکی در پروژه موردمطالعه بیش از 18 هکتار میباشد که 8/3 هکتار از این اراضی در تراز +8/0 متر نسبت به متوسط تراز آب دریا (MSL) و 9/9 هکتار از اراضی در تراز +6/0 متر اجرا و مورد بهسازی قرار گرفته است .[7]
تراز نهایی زمین در نیمه شمالی سایت پتروشیمی هرمز،+8/0 متر و در نیمه جنوبی سایت، تراز نهایی زمین +6/0 متر میباشد. لازم به ذکر است که تراز زمین درهنگام شروع عملیات تراکم دینامیکی بخش عمدهای از نیمه جنوبی سایت +6/0 متر بوده و تراز زمین در قسمتهای دیگر نیمه جنوبی +3/0 متر بود . لذا در نواحی از بخش جنوبی که خاکریزی تا تراز نهایی +6/0 متر انجام شده بود، عملیات تراکم دینامیکی در همین تراز انجام شده و در سایر نواحی که تراز اولیه خاکریز +3/0 متر بود، پس از اجرای مرحله اول عملیات بهسازی با روش تراکم دینامیکی، خاکریزی تا تراز نهایی +6/0) متر) انجام شده و مرحله دوم عملیات تراکم دینامیکی در این تراز اجرا گردید .[7]
-2-3 معیار بهسازی و الگوی تراکم
مطالعات ژئوتکنیک انجام شده در این پروژه نشان میدهد که خاکریز استحصالی عمدتاً شامل ترکیبی از شن و ماسه قلوه سنگ دار و قطعه سنگ دار (عمدتاً (GM میباشد. با توجه به شرایط ژئوتکنیکی مناسب بستر دریا، نیازی به بهسازی بستر نبوده و لذا عمق بهبود مورد نیاز حداکثر، معادل ارتفاع خاکریز میباشد که ضخامت این خاکریز در کل اراضی بین 0 تا 15 متر متغیر است. کل محدوده بهسازی با توجه به شرایط موجود سایت، عمق خاکریزی در نواحی مختلف سایت و تراز نهایی مورد نظر، به 4 ناحیه Z1) تا (Z4 و تعدادی زیرناحیه تقسیم شده است. محدوده مورد مطالعه در مقاله حاضر، ناحیه 4 میباشد. محتوای ریزدانه مصالح خاکریز در این ناحیه قابل توجه بوده و در برخی نواحی بیش از %30 می باشد. عمق خاکریز سست در این ناحیه بین 14 تا 18 متر بوده که با توجه به اینکه
دستیابی به اعماق بهبود بیش از 12 متر با تجهیزات موجود امکان پذیر نبوده، عملیات تراکم دینامیکی در دو مرحله
