فرادرسبهسازی خاک به روش تزریق — از صفر تا صد — به زبان ساده
بهسازی خاک به روش تزریق یکی از روشهای اصلاح خواص محل اجرای پروژههای عمرانی یا سازههای موجود است. تزریق، اغلب با پر کردن حفرهها و شکستگی‌های درون زمین توسط دوغاب یا ملات سیمانی انجام میشود. به دلیل مزیت‌های اقتصادی و کارایی بالا، این روش به یکی از گزینه‌های محبوب بهسازی زمین در سال‌های اخیر مبدل شده است. با وجود اصول تقریبا مشابه، روشهای تزریق دارای تجهیزات و فرآیندهای اجرایی متفاوت هستند. هر یک از این روش‌ها از ویژگی‌های و مزیت‌های مختص به خود بهره می‌برند. این ویژگی‌ها، اجرای هر روش را برای شرایط مختلف مناسب می‌کنند. در این مقاله، به معرفی مبانی، تجهیزات، روشهای اجرا و منابع یادگیری بهسازی خاک به روش تزریق می‌پردازیم.
بهسازی خاک چیست؟
«بهسازی خاک» (Soil Improvement) یا به طور دقیق‌تر «بهسازی زمین» (Ground Improvement)، فرآیندی است که به منظور اصلاح خواص خاک و سنگ در پروژههای عمرانی انجام میشود. طی این فرآیند، پارامترهای ژئومکانیکی زمین نظیر ظرفیت باربری، نفوذپذیری، تراکم‌پذیری و دیگر پارامترهای موثر بر عملکرد سازه در طول عمر سرویس‌دهی آن، با توجه به الزامات پروژه افزایش یا کاهش می‌یابند.
روشهای بهسازی خاک در مقایسه با گزینه‌های دیگری مانند جایگزینی خاک ضعیف (عملیات خاکی) و طراحی مجدد بر اساس شرایط موجود از انعطاف‌پذیری بالاتر و هزینه پایین‌تری بهره می‌برند. به طور کلی، قدیمی‌ترین و متداول‌ترین کاربرد این روش‌ها در بهبود مشخصات خاک مورد استفاده برای فونداسیون سازه‌ها، بستر راه و مصالح ساختمانی است.
انواع روش های بهسازی خاک کدام هستند؟
بهسازی خاک دارای روشهای متعددی است. این روش‌ها بر اساس زمان اجرای بهسازی به انواع پیش از شروع ساخت، در حین ساخت و پس از اتمام ساخت سازه تقسیم‌بندی میشوند. بهسازی مکانیکی، هیدرولیکی، فیزیکی، شیمیایی و سازهای نیز از انواع روشهای بهسازی خاک با توجه به مکانیزم اجرا هستند. از متداول‌ترین روشهای بهسازی خاک می‌توان به تراکم دینامیکی، تزریق، اختلاط عمیق، انجماد، پایدارسازی با مواد آهکی و زهکشی قائم پیش ساخته اشاره کرد. از این میان، تراکم دینامیکی به عنوان یکی از قدیمی‌ترین روش‌ها شناخته میشود.
بهسازی خاک به روش تزریق چیست ؟
تزریق، یکی از روشهای متداول بهسازی خاک است که به طور گسترده در ساخت تونل و فونداسیون مورد استفاده قرار میگیرد. بهسازی به روش تزریق، با پر کردن حفرهها و گودالهای موجود در خاک یا سنگ توسط مواد پرکنندهای نظیر ملات سیمانی انجام میشود. افزایش چسبندگی بین مواد پرکننده و محیط در حین گیرش ملات، کاهش نفوذپذیری و افزایش مقاومت برشی زمین را در پی دارد.
مخلوط‌های متشکل از سیمان اغلب در بهسازی خاک‌های شنی یا سنگ‌های درزه‌دار به کار برده میشوند. ابعاد ذرات معلق این مخلوط‌ها برای نفوذ به محیط‌های ماسهای، رسی یا لای‌دار، بزرگ هستند. به منظور بهسازی این محیط‌ها با روش تزریق، استفاده از ملاتهای شیمیایی یا آلی عملکرد بهتری دارد. در سال‌های اخیر، دسترسی بالا به مخلوط‌های بسیار ریز، باعث بهبود عملکرد ملاتهای هیدرولیکی در بهسازی خاک به روش تزریق شده است.
تاریخچه بهسازی خاک به روش تزریق
بهسازی خاک به روش تزریق بیش از 200 سال قدمت دارد. اولین مورد ثبت شده از این روش به سال 1802 میلادی (1181 شمسی) باز می‌گردد. در فهرست زیر، به معرفی سیر تکامل این روش و توسعه روشهای مختلف آن می‌پردازیم:
- سال 1802 میلادی (1181 شمسی)
- مطرح شدن ایده بهبود ظرفیت باربری بستر کانال‌های انتقال آب توسط تزریق دوغاب سیمانی سخت‌شونده برای اولین بار
- سال 18۶۴ میلادی (1243 شمسی)
- ثبت اختراع پر کردن فضای خالی پشت سگمنت‌های یکپارچه تونل توسط ملات از طریق بخش پشتی دستگاه حفاری
- ثبت اولین استفاده از ملات سیمانی در ساخت فضاهای زیرزمینی
- سال 1893 میلادی (1272 شمسی)
- اولین اجرای اصولی تزریق درون سنگ در یک پروژه سدسازی در آمریکا
- دهه 1960 میلادی (دهه 1340 شمسی)
- توسعه روش جت گروتینگ به عنوان یکی از روشهای متحول‌کننده بهسازی خاک به روش تزریق
- سال 1977 میلادی (1356 شمسی)
- اولین کاربرد روش تزریق تراکمی برای کنترل جابجایی زمین حین ساخت تونل
- سال 1995 میلادی (1374 شمسی)
- اولین کاربرد مفهوم تزریق تعادلی (تماسی) در توسعه زیرزمینی یکی از ایستگاه‌های مترو در لندن
کاربرد بهسازی خاک به روش تزریق چیست؟
بهسازی خاک به روش تزریق در ابتدا برای جلوگیری از نفوذ آبهای زیرزمینی و تحکیم زمین مورد استفاده قرار میگرفت. امروزه، این روش در حل مسائل ژئوتکنیکی نظیر حذف یا کاهش نشستهای ناشی از گودبرداری ساختمان و تونلسازی، تقویت استحکام زمین برای بهرهگیری از آن به عنوان یک المان سازهای (نظیر فونداسیون)، اجرای سازههای نگهبان (مانند دیوار حائل)، راهسازی، سدسازی و انکراژ کاربرد دارد. در شرایطی که نفوذپذیری خاک، حجم زهکشی مورد نیاز را به طور قابل توجهی افزایش داده یا حفر چاه‌های زهکشی، هزینه پروژه را افزایش دهد، تزریق بهترین گزینه برای بهسازی خواهد بود.
روش تزریق، یکی از حوزه‌های فعال و در حال توسعه مهندسی عمران از نظر تئوری (اجرایی) و عملی (ماشین‌آلات مورد استفاده) به شمار می‌رود. از این‌رو، کاربردهای آن در رشته مهندسی عمران روز به روز در حال گسترش است. امروزه، تزریق به عنوان یکی از محبوب‌ترین روشهای بهسازی خاک در نظر گرفته میشود.
مزایای بهسازی خاک به روش تزریق چه هستند؟
مزایای متعدد روش تزریق باعث محبوبیت و کاربرد گسترده آن در بهسازی زمین شده است. از اصلی‌ترین مزایای این روش می‌توان به قابلیت اجرا در شرایط مختلف (آسان تا دشوار)، قابلیت اجرا در محدوده‌های کوچک با سقف کوتاه (انعطاف‌پذیری)، عدم ایجاد لرزش (مناسب برای سازههای حساس)، امکان اندازه‌گیری میزان بهبود ترکیبات زمین (کنترل کیفیت خوب)، بالا آوردن یا تراز کردن دال‌ها، امکان اجرا در مجاورت دیوارهای موجود و کنترل پارامترهای هیدرولیکی مانند تراوش (نشت)، جریان‌های آب زیرزمینی و فاضلاب‌های خطرناک اشاره کرد. البته هزینه این روش نسبتا زیاد بوده و نیازمند کنترل بالا برای جلوگیری از هدررفت مصالح است. این کار با بهبود خاصیت ژلی بودن ملات با اضافه کردن افزودنی‌های مخصوص انجام میشود.
از چه موادی برای روش تزریق استفاده میشود؟
ملاتهایی با پایههای متفاوت در بهسازی خاک به روش تزریق استفاده میشوند. هر یک از این ملاتها برای کاربریهای مختص به خود مناسب هستند. ملاتهای سیمانی، شمیایی، بنتونیتی، رزینی (اپوکسی)، بیتومینی، ماسهای، بدون ماسه، اصلاح شده با لاتکس، اکریلیک و فوران از جمله مواد قابل استفاده برای تزریق در پروژههای ساختمانی به شمار میروند. از این میان، ملات پایه سیمان، کاربرد بیشتری نسبت به دیگر ملاتها دارد.
تجهیزات بهسازی خاک به روش تزریق چه هستند؟
تجهیزات مورد استفاده برای بهسازی خاک به روش تزریق معمولا شامل ماشین حفار، میکسر ملات، پمپ و خط انتقال ملات هستند. به طور کلی، تزریق با راندن لوله به درون زمین یا حفاری گمانه و پمپاژ ملات با فشار بالا به درون لوله یا گمانه انجام میگیرد.
نوع تجهیزات مورد استفاده برای تزریق به شرایط زمین، نوع ملات و روش انتخابی بستگی دارد. در ادامه به معرفی برخی از تجهیزات پرکاربرد تزریق می‌پردازیم.
ماشین آلات حفاری
شروع فرآیند تزریق، نیازمند ایجاد مسیری برای دسترسی به حفرهها و یا شکستگی‌های موجود و انتقال مواد پرکننده به درون آن‌ها است. این مسیر با حفر چاه یا گمانه توسط ماشین آلات حفاری فراهم میشود. ماشین آلات مورد استفاده برای حفاری گمانه یا چاه‌های تزریق معمولا از نوع ضربه‌ای و دورانی هستند. شرایط زمین، به عنوان مهم‌ترین عامل برای انتخاب ماشین حفاری در نظر گرفته میشود. در مجموع، ابزارهای پنوماتیکی، مته های الماسه و حفاری شستشویی، از گزینه‌های متداول برای انتخاب تجهیزات حفاری هستند.
ماشین آلات حفاری ضربه ای
«حفاری ضربه‌ای» (Percussion Drilling)، روشی است که به منظور حفر گمانه درون محیط‌های سنگی مورد استفاده قرار میگیرد. این روش، با وارد کردن ضربه‌های متوالی به زمین توسط چکش مکانیکی، باعث ایجاد حفره میشود. «جک‌هَمِر» (Jackhammer)، «دریفتر» (Drifter) و «واگن دریل» (Wagon Drill) از متداول‌ترین ماشین آلات حفاری ضربه‌ای در بهسازی خاک به روش تزریق هستند. حفاری توسط این ماشین‌آلات، اقتصادی‌ترین گزینه برای حفر چاه‌های کم عمق محسوب میشود. با رسیدن به اعماق 23 تا 38 متری (بسته به نوع سنگ)، بهره‌وری ماشین آلات حفاری ضربه‌ای کاهش می‌یابد.
ماشین آلات حفاری دورانی
«حفاری چرخشی» (Rotary Drilling)، از روشهای متداول برای حفر گمانه درون محیط‌های خاکی است. در این روش، مته ماشین حفار با سرعتی بالاتر از 3000 دور بر دقیقه می‌چرخد. اعمال فشار توسط مته در حال چرخش به سطح زمین، باعث ایجاد حفره میشود. ماشین آلات حفاری دورانی دارای انواع و ابعاد مختلفی هستند که می‌توانند گمانه‌هایی با عمق چند متر تا چند کیلومتر را حفاری کنند. در حفر چاه‌های تزریق معمولا از انواع کوچک این ماشین‌آلات استفاده میشود.
میکسر ملات
آماده‌سازی مواد پرکننده توسط میکسرهای بتن یا میکسرهای مخصوص ملات انجام میگیرد. تمام تجهیزات دارای ظرفیت کافی با قابلیت اختلاط یکنواخت مصالح برای این کار مناسب هستند. پس از آماده شدن مخلوط، ترکیب به دست آمده معمولا به درون یک حوضچه دارای هم‌زن (با ظرفیت مشابه یا بیشتر از میکسر) انتقال داده میشود. این فرآیند از سفت شدن مخلوط جلوگیری می‌کند. به منظور افزایش ظرفیت می‌توان از دو یا چند میکسر به طور همزمان استفاده کرد. به طور کلی، اختلاط دستی ملات یا استفاده از میکسرهای دارای ظرفیت پایین برای فرآیند تزریق پیشنهاد نمی‌شوند.
سلام. متشکرم. خیلی ساده، مختصر و مفید بود
سلام در صورت امکان در مورد هزینه های این روش هم توضیحاتی داده شود.
تزریق به روش جت گروتینگ