اجرای شمع و بهسازی خاک

اجرای شمع و بهسازی خاک شامل مواردی همچون اجرای میکروپایل ، اجرای شمع بتنی درجا ، شمع کوبی (اجرای شمع بتنی پیش ساخته) ، اجرای ژئوتکستایل ، جت گروتینگ ، اختلاط عمیق خاک و اجرای ستون شنی می باشد. اجرای شمع به دو صورت درجا و پیش ساخته انجام می شود. شمع های درجا در محل پروژه اجرا شده و نیازمند حفاری و آرماتورگذاری می باشند. اجرای شمع پیش ساخته به صورت کوبشی صورت می پذیرد و از این رو با عنوان شمع کوبی شناخته می شود. میکروپایل ها شمع هایی با قطر کوچکتر از ۳۰۰ میلیمتر می باشند که به منظور بهسازی خاک مورد استفاده قرار می گیرند. از ژئوتکستایل که صفحات نفوذناپذیر ساخته شده از الیاف پلیمری هستند، برای جداسازی لایه های خاک و افزایش مقاومت آن استفاده می شود. در روش جت گروتینگ از تزریق دوغاب با سرعت و فشار بسیار زیاد به منظور بهسازی خاک استفاده می گردد. اختلاط عمیق ، دیگر روش بهسازی خاک است که با تزریق مصالح به درون خاک ستون هایی از خاک و دوغاب تشکیل می شود. روش ستون شنی در خاک های سست مورد استفاده قرار گرفته و موجب تشکیل ستون های متراکم با دانه بندی مناسب می گردد. قیمت اجرای شمع و بهسازی خاک با توجه به روش مورد استفاده، متفاوت می باشد. در این بخش به معرفی خدمات اجرای شمع و بهسازی خاک و لیست شرکت های مجری آن پرداخته شده است. کاربران محترم می توانند نوع خدمت مورد نظر خود را به همراه قیمت اجرای شمع و بهسازی خاک مشاهده کرده و بهترین خدمات و قیمت را برگزینند.

در ادامه به معرفی روش های اجرای شمع و بهسازی خاک پرداخته شده است.

بهسازی خاک

امروزه با توجه به رشد جمعیت و نیاز روز افزون بشر به صنعت ساخت و ساز، توجه به نوع بستر و کیفیت آن برای دستیابی به این هدف افزایش یافته است. بدیهی است ضعف در باربری بستر یک سازه موجب به خطر افتادن کل پروژه ساخت و ساز خواهد شد. مشکلاتی که در خاک های فاقد باربری و دارای مقاومت برشی پایین رخ می دهند خود را به صورت ریزش یا ترک خوردگی ساختمان، نشست ناهمگون در پی ساختمان نشان می دهد که تخریب موضعی و یا از بین رفتن کل سازه را در پی دارد. از این رو بهسازی خاک امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. بهسازی خاک به معنی مناسب سازی کنترل شده شرایط ژئوتکنیکی خاک جهت احداث یک سازه در آن می باشد. که موجب بهبود پارامترهای ژئوتکنیکی خاک، کاهش هزینه و زمان اجرا و افزایش طول عمر بهره برداری می گردد.

اهداف بهسازی خاک

• افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست پذیری خاک
• کاهش تخلخل و نفوذپذیری خاک و افزایش چگالی آن
• بهبود مقاومت برشی خاک و افزایش ظرفیت باربری آن
• یکنواخت سازی ویژگی های تغییر شکل پذیری مصالح

خاک های مشکل ساز در پروژه های عمرانی

• خاک های نرم و شل: ناپایدار از نظر حجمی و دارای مقاومت ضعیف
• خاک های تورم پذیر: پتانسیل تورم بالا در اثر جذب آب و افزایش رطوبت
• خاک های رمبنده (فروریزشی): نشست زیاد در اثر ارتعاش و غرقاب شدن (به ویژه در آب و هوای خشک)
• خاکریزها: زمان بر بودن تحکیم آنها تحت وزن خود

به طور کلی بهسازی خاک را می توان به دو دسته سطحی (مانند تثبیت با سنگدانه، تثبیت با مصالح مخلوط، تثبیت با ماسه بادی، ژئوتکستایل و ...) و عمیق (مانند میکروپایل ها، پیش بارگذاری، تراکم دینامیکی، تزریق و ...) دسته بندی نمود.

عوامل موثر در انتخاب روش های بهسازی خاک

همانند همه پروژه های مقاوم سازی، انتخاب روش بهسازی خاک نیز تابع عوامل متعددی است که برخی از آنها عبارتند از:

• نوع و میزان بهسازی خاک مورد نیاز
• نوع خاک، ساختار زمین شناسی و شرایط تراوش آب
• آسیب احتمالی به بناهای مجاور یا آلودگی منابع آب زیرزمینی
• دسترسی به تجهیزات و مصالح
• هزینه

انواع روش های بهسازی خاک

متداول ترین روش ها عبارتند از: تراکم سطحی، تراکم دینامیکی، استفاده از مواد افزودنی، تزریق، پیش فشردگی از طریق پیش بارگذاری میکروپایل، شمع گذاری و نیلینگ. در ادامه به معرفی انواع روش های بهسازی خاک پرداخته شده است.

بهسازی خاک با میکروپایل

بهسازی خاک با استفاده از میکروپایل یکی از پیشرفته ترین روش های بهسازی می باشد که به عنوان روش ریز شمع نیز شناخته می شود. میکروپایل ها دارای قطر کوچکی بوده (کمتر از ۳۰۰ میلیمتر) و از آنها به منظور انتقال بارهای استاتیکی و دینامیکی سازه به لایه های مقاوم زیرین و در نتیجه افزایش مقاومت خاک در برابر نشست استفاده می گردد. روش بهسازی خاک با استفاده از میکروپایل اغلب با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب همراه است. در واقع میکروپایل ها نقش یک المان باربر را ایفا کرده و علاوه بر افزایش مقاومت خاک، به دلیل تزریق دوغاب سیمان خصوصیات مکانیکی خاک را نیز اصلاح می کنند. در واقع می توان گفت با استفاده از میکروپایل ظرفیت باربری خاک را افزایش داده و موجب بهبود چسبندگی، سختی و تراکم پذیری خاک می گردد.

روش استفاده از میکروپایل شامل چهار مرحله حفاری، لوله کوبی، تزریق و تسلیح می باشد. کنترل کیفی میکروپایل نیز با انجام آزمایش های بارگذاری فشاری میکروپایل، بارگذاری کششی میکروپایل و بارگذاری جانبی میکروپایل انجام می شود.

مزایای روش میکروپایل

• انعطاف پذیری بالا در حین اجرا
• حداقل بودن اثرات جانبی و لرزش در سازه های مجاور به دلیل انرژی پایین و قطر ناچیز حفاری
• قابلیت اجرای ساده در شرایط وجود آب زیرزمینی
• امکان اجرا در مکان های با دسترسی محدود
• سرعت اجرای بیشتر نسبت به سایر روش های بهسازی خاک
• مناسب برای استفاده در محیط های شهری به دلیل عدم نیاز به ماشین آلات زیاد
• هزینه پایین

روش تزریق (جت گروتینگ)

بهسازی خاک به روش تزریق به منظور افزایش ظرفیت باربری خاک، افزایش مقاومت بارگذاری جانبی شمع ها، تثبیت شیروانی ها، جلوگیری از نشت آب (به طور مثال در سدها) و نیز جلوگیری از تورم و نشست استفاده می شود. در روش تزریق ابتدا چاله ها و گمانه هایی با فواصل معین حفر شده و سپس با مواد دوغابی (عموما سیمان) پر می شوند تا خاک زیر پی تقویت گردیده و از نشست های زیاد جلوگیری شود. از نکات قابل توجه این روش پر هزینه بودن آن می باشد که به همین دلیل تنها در موارد خاص مورد استفاده قرار می گیرد. روش های مختلفی برای تزریق در خاک وجود دارد که عبارتند از: تزریق جت (جت گروتینگ)، تزریق تراکمی، تزریق نفوذی و تزریق شکست هیدرولیکی که با توجه به هدف تزریق، جنس و دانه بندی مصالح موجود و ... انتخاب می شوند.

در روش جت گروتینگ ، پس از حفاری با قطر مناسب و تا عمق مورد نظر، دوغاب تزریق می گردد. تزریق دوغاب به صورت دورانی و پرفشار انجام می شود. فشار بالا سبب می گردد که دوغاب به درون خاک دیواره نفوذ کند. این روش با افزایش ظرفیت باربری خاک، موجب بهسازی آن می شود.

مزایای روش تزریق

• افزایش ظرفیت باربری خاک در حالت اشباع
• تثبیت و تراکم لایه سست
• ترمیم تمامی خلل و فرج های موجود
• جلوگیری از آب شستگی به وسیله نفوذناپذیر کردن ترک ها

اجرای ژئوتکستایل

اجرای ژئوتکستایل از جمله روش های کارآمد در بهسازی خاک می باشد که به منظور جداسازی لایه های خاک و افزایش مقاومت آن مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا برای اجرای ژئوتکستایل ، این صفحات را به صورت اورلب بر روی زمین پهن کرده و آنها را به کمک دستگاه مخصوص دوخت، پیچ، پرچ و ... به هم متصل می کنند. جداسازی، تسلیح، زهکشی، فیلتراسیون، حفاظت و مقاوم سازی از جمله کاربردهای ژئوتکستیل می باشد. از نظر نوع، ژئوتکستایل به دو دسته بافته و نبافته تقسیم بندی می شود. اجرای ژئوتکستایل بافته به منظور تسلیح و اجرای ژئوتکستایل نبافته برای ایجاد لایه محافظ، جداساز و فیلتر انجام می شود.

اختلاط عمیق خاک

روش اختلاط عمیق از طریق اختلاط دوغاب با خاک، موجب بهسازی خاک می گردد. با توجه به نوع خاک و درصد رطوبت آن، بهسازی خاک با روش اختلاط عمیق به دو صورت تر یا خشک امکان پذیر است. در روش تر، با توجه به میزان رطوبت اولیه خاک، دوغابی تهیه می شود و به درون خاک تزریق می شود. در روش دوم، پودر خشک با کمک هوای فشرده به درون خاک تزریق می شود. در روش خشک که در خاک های با رطوبت بالا مورد استفاده قرار می گیرد، پودر خشک با رطوبت خاک واکنش داده و ستون تشکیل می شود.

اجرای ستون شنی

برای بهسازی خاک های سست و مشکل دار می توان از اجرای ستون شنی بهره برد. در این روش شن یا خرده سنگ را درون ستون های حفاری شده، به روش ارتعاشی متراکم می کنند. در واقع در اجرای ستون شنی ، بخشی از خاک نامرغوب با ستون های ماسه ای، شنی و یا سنگریزه جایگزین می گردد. بدین منظور دستگاه ویبراتور تا عمق مورد نظر نفوذ کرده و خاک اطراف را متراکم می کند. چاله حفاری شده را با استفاده از مصالح درشت دانه پر می نمایند. در نهایت نیز تسطیح سطح زمین برای آغاز عملیات ساختمانی انجام می شود.

تراکم دینامیکی

بهسازی خاک با تراکم دینامیکی یکی دیگر از انواع روش های بهسازی خاک است که به منظور تراکم عمقی خاک مورد استفاده قرار می گیرد. این تراکم عمقی به واسطه کوبیدن یک وزنه سنگین به زمین (اغلب سقوط یک وزنه فولادی با جرمی بین ۵ تا ۴۰ تن از ارتفاع ۱۰ تا ۳۰ متر توسط یک جرثقیل) و انتقال ارتعاشات ناشی از آن به لایه های عمیق تر و در نتیجه تراکم خاک و مواد پرکننده حاصل می شود. مکان های سقوط وزنه با توجه به شرایط سطح زیرین، بارگذاری و هندسه فونداسیون تعیین می گردد. از مزایای این روش بهسازی خاک می توان به افزایش ظرفیت باربری خاک، کاهش نشست های ناخواسته، پایدار شیروانی ها، متراکم سازی خاک های دانه ای سست و افزایش تراکم و کاهش حفره ها اشاره نمود.

بهسازی خاک با استفاده از پیش بارگذاری

پیش بارگذاری، به منظور پیش فشرده نمودن بستر و به کمک خاکریزی، پایین بردن سطح آب زیرزمینی از طریف زهکشی، مکش و ... و با اعمال فشاری بزرگتر از فشار وارده از طریق فونداسیون سازه به بستر انجام می شود. پیش بارگذاری زمانی انجام می شود که خاک زیرین از نوع ماسه ای با درصد بالای ریزدانه باشد، برای حفاری نیاز به پایین آوردن آب زیرزمینی باشد و یا تقویت در برابر روانگرایی مورد نیاز باشد.

پیش فشردگی از طریق پیش بارگذاری موجب کاهش نشست های احتمالی سازه، بهبود مقاومت برشی خاک، کاهش درصد رطوبت خاک و ... می شود. عموما جهت تسریع نشست خاک از زهکش های قائم استفاده می گردد که در این صورت مدت زمان تحکیم به دلیل همزمانی تحکیم قائم و شعاعی به صورت چشمگیری کاهش می یابد. یکی از مزیت های اصلی این روش بهسازی خاک ، عدم ایجاد سر و صدا و از معایب آن زمانبر بودن این روش می باشد.

هزینه بهسازی خاک

هزینه بهسازی خاک با توجه به شرایط محیطی و ژئوتکنیکی متفاوت است. از عوامل دیگر تاثیر گذار بر هزینه بهسازی خاک می توان به روش بهسازی خاک ، میزان بهسازی مورد نیاز، هزینه تجهیزات و ماشین آلات مورد استفاده و ... اشاره نمود.

اجرای شمع در گودبرداری

اجرای شمع یکی از روش های پایدارسازی گود می باشد. در گودبرداری به روش اجرای شمع ، شمع ها با فواصل کم نسبت به یکدیگر اجرا می شوند تا نیروی جانبی خاک به صورت صحیح به آنها انتقال یابد. پس از اجراي شمع می توان عملیات گودبرداری را انجام داد. گودبرداری به روش اجرای شمع در انواع خاک ها قابل اجرا است. از اجرای شمع به منظور انتقال نیرو به سطوح پایین تر خاك که دارای تراکم و اصطکاک مطلوب می باشند استفاده می گردد. در واقع شمع ها وظیفه انتقال بار ناشی از سازه به خاک مقاوم تر را بر عهده دارند. جنس شمع ها می تواند بتنی، فولادی و یا چوبی باشد. انواع روش های شمع گذاری در خاک عبارتند از شمع درجا و شمع پیش ساخته. شمع های درجا، بتنی بوده و بدون تغییر مکان می باشند. در این نوع از شمع ها ابتدا حفاری صورت گرفته و سپس بتن ریزی انجام می شود. مقطع شمع های پیش ساخته معمولا مربعی است و اغلب دارای میلگردهای معمولی به منظور مقاوم نمودن شمع در مقابل خمش و افزایش مقاومت فشاری هستند.

از آنجایی که شمع پیش ساخته نیاز به عملیاتی همچون کوبش شمع در زمین دارد، اجراي آن به ویژه در مناطق شهری و پرجمعیت چندان رایج نیست. زیرا عملیات کوبش علاوه بر ایجاد لرزش در زمین، سر و صدای فراوانی نیز ایجاد می نماید. از این رو، به منظور گودبرداری با اجراي شمع ، غالبا از شمع های بتنی درجا استفاده می گردد.

شمع بتنی درجا

همان طور که پیشتر نیز ذکر گردید به منظور پایدارسازی گود با شمع و آغاز عملیات خاکبرداری غالبا از شمع های درجای بتنی استفاده می گردد. شمع های درجا که به آن شمع ساخته شده در محل نیز گفته می شود به دو دسته شمع درجای معمولی و شمع پدستالی (انباره ای) تقسیم بندی می شوند. از جمله مزیت های گودبرداری به روش اجراي شمع درجا می توان به قابلیت اجراي آن در انواع خاک ها و همچنین عدم محدودیت در قطر و عمق حفاری اشاره نمود. شایان ذکر است که روش اجرای شمع در گودبرداری به صورت درجا سبب می گردد که فشار جانبی ناشی از خاک به صورت تیر یک سر گیردار تحمل گردد. طول این گیرداری ۰/۳ عمق گودبرداری است.

روش اجرای شمع درجا در گودبرداری

گودبرداری به روش اجراي شمع درجای بتنی به دو صورت مسلح و غیر مسلح انجام می شود. مراحل اجرای شمع درجا در پایدارسازی گود به شرح زیر می باشد: 

مرحله اول) حفاری اولیه و حفر انباره در انتهای چاه در صورت لزوم

در اولین مرحله از گودبرداری به روش اجرای شمع محل حفاری مسطح گریده و سپس بر اساس نوع خاک و قطر و طول شمع چاه هایی حفر می گردد. پس از رسیدن به عمق مورد نظر در صورت لزوم انباره حفر می شود. از نکات قابل توجه در این مرحله، محل قرارگیری دستگاه حفاری می باشد. این دستگاه باید در مکانی مستقر گردد که تا پایان عملیات حفر یک چاه نیازی به جا به جایی آن نباشد. علاوه بر این نباید در تردد سایر ماشین آلات اختلال ایجاد نماید. 

از دیگر نکات مهمی که باید به آن توجه نمود جلوگیری از ریزش دیواره محل حفاری شمع می باشد. بدین منظور غالبا از دوغاب بنتونیت استفاده می گردد. در خاک های با احتمال ریزش بالا نیز از کیسینگ استفاده می شود. برای استفاده از کیسینگ به منظور جلوگیری از ریزش دیواره حفاری ، ابتدا لوله کیسینگ تا عمق مورد نظر در زمین کوبیده شده و سپس از داخل لوله اقدام به حفاری می نمایند.

مرحله دوم) آرماتورگذاری در اجرای شمع

در صورت مسلح بودن شمع ، پس از پایان عملیات حفاری قفسه های آرماتوری که از پیش بافته شده اند توسط ماشین آلات مخصوص (مانند جرثقیل و تاورکرین) در چاه های حفر شده قرار داده می شوند. شایان ذکر است که رعایت حداقل پوشش بتنی بین قفسه آرماتور و کف چاه الزامی بوده و قفسه های آرماتور نباید تا کف چاه پایین بروند.

مرحله سوم) بتن ریزی و عمل آوری

در این مرحله از گودبرداری به روش اجرای شمع اقدام به بتن ریزی به صورت پیوسته و مداوم می نمایند. عملیات بتن ریزی باید پس از آرماتورگذاری و با کوتاه ترین فاصله زمانی از حفاری انجام گردد. همچنین کیسینگ های قرار داده شده در چاه باید در این مرحله از آن خارج شوند.

مرحله چهارم) گودبرداری در اجرای شمع

در آخرین مرحله و پس از اجرای شمع ، اقدام به گودبرداری تا عمق مورد نظر می نمایند. اجراي شمع موجب پایدارسازی گود می گردد. شایان ذکر است که در صورت لزوم باید شمع ها را در امتداد دیواره گود مهاربندی نمود.

شمع کوبی

برای شمع کوبی از شمع های پیش ساخته ای استفاده می شود که شمع های آن در کارخانه ساخته شده و به محل پروژه انتقال می یابند. برای اجرای آن، در محل کوبش شمع شابلون های فولادی نصب می شود. برای کوبش شمع از کلاهک فلزی و کفشک های بتنی یا فولادی استفاده می گردد. کلاهک فلزی از آسیب دیدن شمع در اثر ضربات شمع کوب حفاظت کرده و کفشک نیز موجب سهولت فرو رفتن شمع در خاک می شود.

مزایای و معایب روش اجرای شمع در گودبرداری

گودبردای به روش اجراي شمع دارای مزایایی همچون اقتصادی بودن در گودبرداری های با عمق حدود ۵ متر و کاهش هزینه در پروژه های با احجام زیاد می باشد. علاوه بر این غالبا سرعت اجراي آن بالا می باشد. گودبرداری به روش اجراي شمع درجا امکان افزایش مقطع شمع در قسمت انتهایی را فراهم می نماید. این امر موجب افزایش توان باربری می گردد. علاوه بر این به دلیل ایجاد سر و صدای کمتر ، روش اجرای شمع در گودبرداری یکی از بهترین روش های پایدارسازی گود در مناطق شهری می باشد.

در مقابل روش اجرای شمع در گودبرداری به صورت درجا دارای معایبی همچون احتمال جا به جایی محور مرکزی شمع در حین اجرا ، امکان جا ماندن لوله غلاف پس از بتن ریزی و همچنین تاثیرپذیری روند اجرا از شرایط جوی می باشد.