برگشت به بالا

شرکت ابــــرنـــد

اختلاط عمیق خاک (DSM) چیست؟

 

یکی دیگر از روش های بهسازی خاک که مبتنی بر تزریق مصالح به دورن خاک است که در نهایت ستون های خاک سیمانی ایجاد می کند روش اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing) است که به اختصار DSM خوانده می شود. این روش یکی از کاربردی ترین روش های بهسازی خاک در جهان محسوب می شود که عبارت است از اختلاط خاک با مواد سیمانی و ... که با استفاده از همزن هایی در عمق انجام می گیرد و منتج به شکل گیری ستون های خاک سیمان می شود.


تاریخچه اختلاط عمیق خاک (DSM)

 

روش اختلاط عمیق خاک (DSM) برای اولین بار در سال 1971 در کشور ژاپن و به منظور بهبود ظرفیت باربری خاک در محدوده فرودگاه هاندا به کار گرفته شد. در اجرای این پروژه از آهک به عنوان ماده افزودنی استفاده گردید و در نتیجه پس از آن، ترجیح پیمانکاران در اغلب پروژه‌های اختلاط عمیق استفاده از آهک به عنوان ماده افزودنی بوده است ولی به مرور زمان و با شناخت اثرات سیمان بر خاک و همچنین در دسترس بودن آن، استفاده از سیمان به عنوان ماده افزودنی رواج بیشتری یافت.
استفاده از روش اختلاط عمیق خاک (DSM) در اواسط دهه 1970 میلادی در کشورهای اروپایی آغاز شده و با گذشت زمان توسعه یافت.
آغاز به کار روش اختلاط عمیق خاک (DSM) در آمریکا زمانی بود که در ژاپن تعداد زیادی از پیمانکاران تخصصی در این زمینه فعالیت می‌کردند. اولین پروژه‌ی اختلاط عمیق در آمریکا در سال 1986 و جهت بهسازی خاک در زیر سدی واقع در دریاچه جکسون انجام گرفت. بعد از آن پروژه‌های متعددی در آن کشور با استفاده از روش اختلاط عمیق خاک (DSM) اجرا گردید، به نحوی که انجمن بزرگراه‌های ایالتی(Federal Highway Administration) در آمریکا در سال 1997 اقدام به تدوین آیین‌نامه‌ها و ضوابطی برای اجرای روش اختلاط عمیق خاک (DSM) با کد FHWA-RD-99-138 نمود.
استفاده از روش اختلاط عمیق خاک (DSM) منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص مکانیکی و فیزیکی خاک محل که با سیمان یا افزودنی های دیگر مخلوط شده است و خاک- سیمان نامیده می شود، می گردد. خاک بهسازی شده با روش اختلاط عمیق خاک (DSM) مقاومت بالاتر، نفوذپذیری کمتر و قابلیت تراکم پذیری کمتری از خاک اولیه خواهد داشت.
اگرچه روش اختلاط عمیق خاک (DSM) بر اساس اصول ساده ای بنا شده است، اما نیاز به تجربه و مهارت در مراحل طراحی خاک-سیمان و طراحی ژئوتکنیکی و همچنین مرحله اجرا دارد.
همچنین روش اختلاط عمیق خاک (DSM) نیاز به دستگاه های حفاری و ابزار اختلاط خاص دارد تا موارد مورد نظر در مراحل کنترل کیفیت و روش های کنترل عملکرد را به درستی به انجام رساند.

روش اجرای اختلاط عمیق خاک (DSM)

در روش اختلاط عمیق خاک (DSM) ابتدا اوگر حفاری با بازوهای خود در زمین، حفاری را آغاز می کند. زمانی که به عمق مورد نظر رسید حفاری متوقف شده و اوگر به صورت معکوس حرکت را آغاز می کند و به طور آهسته به سمت بالا رانده می شود. در زمان حرکت اوگر به سمت بالا از درون نازل های تعبیه شده در نوک بازوها دوغاب با فشار به درون خاک تزریق می شود. این حرکت به سوی بالا مرحله ای بوده و پس از طی فاصله ۱ متر رو به بالا تقریبا یک دقیقه در همان تراز می چرخد و دوغاب به داخل زمین تزریق می شود. البته فاصله ها و زمان های اشاره شده با توجه به نوع دستگاه و نوع خاک متغیر است.

  • 2 1 768x418
  • 4 1

Cut-off wall با استفاده از ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) سکانتی

  •  5 1

ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) به عنوان تکیه گاه پل

تجهیزات مورد نیاز اختلاط عمیق خاک (DSM)
در روش اختلاط عمیق خاک (DSM) بسته به نوع کاربرد، سطح بهسازی مورد نیاز و تجهیزات موجود بلیدها و شفت های متعددی طراحی شده است که در ادامه بعضی از آنها ارائه شده است.

پلنت ساخت دوغاب اختلاط عمیق خاک (DSM)
این پلنت عمدتاً شامل سیلو، تانکر آب و سیستم اختلاط می باشد. دوغاب با نسبت اختلاط مشخص آب به سیمان در میکسر اولیه ساخته و سپس به میکسر ثانویه انتقال می یابد. دوغاب ساخته شده با استفاده از پمپ به اوگر توخالی انتقال می یابد. این دوغاب با فشار مشخص و با استفاده از نازل های خاص همزمان با اختلاط به درون زمین انتقال می یابد.

اختلاط خشک(Dry mixing) و اختلاط تر(Wet mixing)
در کل دو روش اختلاط عمیق خاک (DSM) مورد استفاده قرار می گیرد. خاک مورد نظر جهت بهسازی به صورت مکانیکی یا با دوغاب مخلوط می گردد (اختلاط تر) یا با افزودنی بصورت خشک (اختلاط خشک).
همچنین علاوه بر اختلاط مکانیکی تزریق تحت فشار نیز می تواند استفاده گردد که منجر به بهبود اختلاط مکانیکی خواهد شد.
روش تر برای رس های نرم، لای و ماسه های ریز با درصد رطوبت کمتر و خاک های لایه بندی شده با خاک نرم و سفت یا متراکم مناسب تر می باشد.
روش خشک برای خاک های نرم با درصد رطوبت بالا می باشد.
در این روش بهسازی خاک های آلی نیز امکان پذیر می باشد اما نیاز به تمهیدات و روش اجرای خاص دارد.

فواید و تکنولوژی
تکنولوژی روش اختلاط عمیق خاک (DSM) بر اساس بهسازی خاک موجود محل یا خاکریز به منظور برآورده نمودن نیازهای طراحی است، بنابراین مشکلات حفاری یا جایگزینی خاک و استفاده از روش های پرهزینه تر مانند فونداسیون های عمیق (شمع) در این روش مرتفع می گردد. طیف وسیعی از کاربردها و الگوهای مختلف اجرای ستون های خاک-سیمان منجر به راه حل های مهندسی مطمئن و بسیار اقتصادی می گردد. استفاده از افزودنی های غیر سمی به خاک و کاهش حجم پساب(spoil) در مقایسه با روش جت گروتینگ و یا روش سنتی شمع های درجاریز روش اختلاط عمیق خاک (DSM) را قویاً به عنوان یک گزینه سازگار با محیط زیست معرفی کرده است. اجرا و کنترل کیفیت این روش با استفاده از آئین نامه های معتبر مانند FHWA یا استاندارد اروپائی EN14679 صورت می گیرد.

فواید اصلی روش اختلاط عمیق خاک (DSM)
• اقتصادی بودن
• بدون ایجاد ویبره و آسیب به سازه های مجاور
• تنوع در کاربرد
• کاهش زمان ساخت
• سازگار با محیط زیست

کاربردهای عمده روش اختلاط عمیق خاک (DSM)
• خاکریزی روی خاک های نرم
• به عنوان ساپورت در زیر فونداسیون های نواری و رادیه
• فونداسیون پل ها و توربین های بادی
• دیواره های گود برداری با استفاده از ستون های خاک-سیمان مسلح
• پایداری شیب
• مقابله با روانگرائی
• دیوارهای آب بند مانند Cut-off walls
• جلوگیری از گسترش آلاینده ها

دامنه کاربرد روش اختلاط عمیق خاک (DSM)

روش اختلاط عمیق خاک (DSM) در طیف وسیعی از خاک ها از ریزدانه که شامل رس و سیلت می باشد تا خاک های درشت دانه ماسه ای کاربرد دارد. وجود شن های درشت و قلوه سنگ حفاری در این روش عملاً حفاری را تا حد زیادی امکان ناپذیر می کند، لذا در این نوع خاک ها روش های دیگر بهسازی پیشنهاد می شود.

  • 1 1 768x529

با اختلاط خاک در محل می توان انواع متفاوت خاکها را اصلاح نمود. روش اصلاح بسته به میزان انرژی اختلاط و نوع مواد افزودنی متفاوت است. در خاک ¬های نرم و در مقایسه با سایر روش¬ های اصلاح خاک، این روش از اقتصادی ترین شیوه ¬های بهبود است. در این روش، با اختلاط دوغاب با خاک، مصالحی ساخته می شود که با گذشت زمان سخت¬ تر شده و مقاومت آن افزایش می¬ یابد و می تواند بعنوان مصالح مهندسی با خصوصیات ژئوتکنیکی بهتر از خاک محل در طراحی ¬ها استفاده گردد.
روش اختلاط عمیق خاک کاربرد وسیعی در بهسازی بستر دارد که برخی از آن ها در ذیل نام برده شده است:
• تقویت پی انواع سازه
• کاهش پتانسیل روانگرایی
• تقویت فونداسیون اجرا شده
• تقویت پی در راهسازی
• فونداسیون مخازن نفتی
• دیوار آب بند
• اجرای دیواره های قائم
• حفاظت شیب خاکبرداری
• توسعه بنادر
• پایدار سازی تونل

طراحی اختلاط عمیق خاک (DSM)
طراحی اختلاط عمیق خاک (DSM) شامل تعیین الگوی چینش ستون ها، قطر، تعداد و فاصله ستون ها و عمق نهایی می باشد. مانند هر طراحی دیگری که به خاک مربوط است طراحی عمدتاً بر مبنای سه مورد زیر سنجیده می شود:

الگوهای مختلف چینش ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM)

طراحی سازه ای اختلاط عمیق خاک (DSM)
مقاومت سازه ای ستون های خاک-سیمان عمدتاً بر مبنای مقاومت فشاری محدود نشده مقادیر معمول مقاومت فشاری و نفوذپذیری ستون های خاک-سیمان با عیار سیمان های مختلف در جدول زیر نشان داده شده است. از لحاظ پارامترهای مهندسی به دست آمده برای خاک بهسازی شده، ادبیات فنی نشان می دهد که با انجام اختلاط تر (Wet Mixing) می توان مقاومت فشاری تک محوری تا ۵ مگاپاسکال برای خاک های دانه ای و ۳ مگاپاسکال برای خاکهای چسبنده به دست آورد.

طراحی ژئوتکنیکی اختلاط عمیق خاک (DSM)
طراحی ژئوتکنیکی اختلاط عمیق خاک (DSM) شامل دو معیار عمده ظرفیت باربری و کنترل نشست می باشد. بسته به نسبت اصلاح سطح (α) و مقاومت ژئوتکنیکی ستون منفرد و همچنین ظرفیت باربری خاک بهسازی نشده می توان ظرفیت باربری سیستم ترکیبی خاک و ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) را محاسبه نمود.
کنترل نشست را می توان بر اساس روابط ارائه شده در ادبیات فنی یا مدل سازی نرم افزاری انجام داد. از نرم افزار های معمول جهت کنترل نشست و تغییر شکل می توان به Plaxis 2d، Plaxis3d Foundation و نرم افزار Flac اشاره کرد.

کنترل کیفیت اختلاط عمیق خاک (DSM)
جهت کنترل عملکرد ستون ها معمولا از آزمایش تک محوری بر روی نمونه های خاک-سیمان استفاده می گردد.
نمونه ها به سه صورت نمونه های آزمایشگاهی، نمونه تر (Wet grab) و یا نمونه های اخذ شده از ستون پس از زمان عمل آوری (Core sample) می باشد.
به طور کلی آزمایش ‏های مورد نیاز برای کنترل کیفی محصول اختلاط عمیق خاک (DSM) عبارتند از:
• کنترل کیفیت آب مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت سیمان مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت افزودنی‏های مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت دوغاب مصرفی
• کنترل پساب خروجی
• آزمایش های کنترل مشخصات هندسی (قطر، امتداد، طول و ...)
این آزمایش ‏ها عموماً بصورت اندازه‏ گیری مشاهده ‏ای انجام می ‏شود که شامل موارد ذیل می ‏گردد:
• انحراف در پلان
• انحراف در عمق
• انحراف قطر در عمق

نمونه گیری تر (Wet grab)
نمونه گیری تر در حین اجرای ستون ها و زمانیکه که ستون هنوز عمل آوری نشده است صورت می گیرد. نمونه گیرهای مختلفی جهت اخذ این نوع نمونه وجود دارد که در شکل زیر یک نوع نمونه گیر Wet grab همچنین بیرون کشیدن نمونه از ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) نشان داده شده است. این نمونه ها بایستی بر اساس استاندار عمل آوری شده و در زمان های مشخص شده توسط دستگاه تک محوری شکسته شود.

مغزه گیری از ستون های عمل آوری شده اختلاط عمیق خاک (DSM)
پس از زمان عمل آوری و به اصطلاح گیرش ستون ها می توان با استفاده از ابزار نمونه گیری موجود نسبت به مغزه گیری اقدام نمود. این زمان بسته به نوع خاک منطقه متفاوت بوده و برای خاک های ریزدانه و درشت دانه پیشنهادات مختلفی توسط آئین نامه ارائه شده است.

کاهش پتانسیل روانگرائی با استفاده از اختلاط عمیق خاک (DSM)
استفاده از چیدمان شبکه ای (Lattice type) ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) سبب کم شدن تغییر شکل برشی لایه های ماسه ای در هنگام زلزله و کاهش پتانسیل روانگرائی خاک می شود. عملکرد مناسب این الگو از چینش ستون ها در زلزله ۱۹۹۵ کوبه مشاهده شده است.

  • 28

چیدمان ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) برای کاهش پتانسیل روانگرایی در زیر فونداسیون سد Jackson

شرکت ابــرنـد

General Crop

شرکتابرند(سهامی خاص)با تکیه بر دانش فنی و سوابق مدیران خود در مهندسی و ساخت پروژه ­های عمرانی و با هدف توسعه و گسترش فناوری نوین و تکنیک­های روز دنیا در زمینه مدیریت، طراحی، ساخت و اجرای پروژه ­های عمرانی شكل گرفته است. اين شرکت با برخورداري از نيروهاي مجرب، خلاق و نوآور، با تكيه بر تخصص و صداقت در كار و بهره گيري از آخرين دستاوردهاي علمي و اجرایی درصدد ارائه خدمات مهندسي در گستره وسيعي از زمينه­هاي مهندسي عمران مي­باشد.