تراکم دینامیکی خاک از روش های بهسازی خاک

تراکم دینامیکی خاک یک تکنیک بهسازی خاک است که در آن به واسطه سقوط یک وزنه، خاک متراکم می شود. این وزنه که معمولاً از فولاد ساخته می شود، توسط یک جرثقیل بلند شده و روی سطح زمین پرتاب می شود. ارتعاشات ناشی از سقوط وزنه به زیر سطح زمین انتقال می یابد و به همین طریق سبب تراکم خاک در لایه های عمیق تر و نهایتاً بهسازی خاک می شود. مکان هایی که قرار است سقوط وزنه در آنها رخ دهد، معمولاً به صورت یک الگوی شبکه ای هستند. شرایط سطح زیرین ،بارگذاری و هندسه فونداسیون، از عوامل اثرگذار در تعیین فاصله الگوی شبکه محسوب می شوند.

پیشنهاد دانلود : روش های تثبیت و بهسازی خاک

شکل 1- تراکم دینامیکی مواد پرکننده شل

تراکم دینامیکی خاک از اثر دینامیکی ضربات پر انرژی که در اثر سقوط وزنه فولادی ایجاد می شود، بهره می برد. این وزنه های فولادی بزرگ، وزنی برابر با 15 تا 40 تن دارند و از ارتفاع 10 تا 30 متر به سمت زمین رها می شوند. هدف واقعی از این تکنیک انتقال امواجی با انرژی بالا از طریق یک لایه خاک متراکم برای بهبود خواص ژئوتکنیکی خاک در عمق های بیشتر است.

شکل 2

روش تراکم دینامیکی خاک برای تمام انواع خاک های دانه ای قابل استفاده است. این تکنیک به خوبی در خاک های زیر به کار گرفته می شود:

1 . غیر آلی
2 . مواد پرکننده غیر همگن
3 . زمین و خاک اصلاح شده (مناطقی که از طریق احیاء اراضی تالاب ها، دریاچه ها یا ساحل ساخته شده اند)
4 . مناطق احیاء شده با مشخصات متغیر
5 . جایی که شبکه های زیرزمینی وجود دارد و یا قطعه ای زیر خاک مدفون شده است.
خاک هایی که حفره های هوای بزرگی دارند (مانند زباله های دفن شده و زمینی که با خاک ضعیفی پر شده است)

در جدول 1 قابلیت بهسازی مصالح مختلف به روش تراکم دینامیکی خاک با توجه به نفوذپذیری آنها بر اساس مطالعات Lukas در سال 1995 آورده شده است.

جدول 1- قابلیت بهسازی مصالح مختلف به روش تراکم دینامیکی با توجه به نفوذپذیری آنها

روش تراکم دینامیکی خاک هم در خاک های اشباع و هم در خاک های غیراشباع مؤثر است. به طور معمول این تکنیک نباید در 15 متری شبکه های زیرزمینی و 30 متری ساختمان های موجود انجام شود. جرثقیل های 80 تا 120 تنی به طور خاص برای این کار طراحی شده اند.

شکل 3

فاصله بین نقاطی که ضربه وارد می شود به موارد زیر بستگی دارد:

1 . عمق لایه تراکم پذیر
2 . نفوذپذیری خاک
3 . سطح آب های زیرزمینی

لایه های عمیق تر با فواصل بیشتر و لایه های بالاتر با فواصل کمتر متراکم می شوند. اثر فوری ناشی از این تکنیک بسیار مهم است زیرا باعث کاهش سریع مقدار تخلخل اندازه گیری شده در نشست پس از ضربه می گردد. افزایش فشار منفذی و روانگرایی موضعی در برخی از خاک های اشباع، باعث کندی روند بهسازی خاک میگردد. فشار منفذی در طی دوره استراحت حذف می شود. همین موضوع موجب ایجاد خاکی بهبودیافته به دلیل تشکیل ساختار مجدد خاک می شود.

مزایای روش تراکم دینامیکی خاک

برخی از مزایای بهسازی خاک به روش تراکم دینامیکی به شرح زیر است :

1 . متراکم سازی مناطق بزرگی که با خاک های دانه ای سست پر شده اند.
2 . کاهش حجم ضایعات در محل دفن زباله
3 . افزایش تراکم و کاهش حفره ها
4 . افزایش ظرفیت باربری
5 . کاهش نشست های پس از ساخت و ساز

برخی از کاربردهای روش تراکم دینامیکی خاک به شرح زیر است :

1 . بنادر و فرودگاه ها
2 . انبارهای ذخیره بارهای سنگین
3 . مناطق دفن زباله

شکل 4- تراکم دینامیکی با انرژی بالا

تراکم دینامیکی با انرژی بالا

هنگامی که لازم باشد خاک بیش از 10 تا 12 متر در عمق متراکم شود، می توان از تراکم دینامیکی با انرژی بالا استفاده نمود. در این تکنیک از تجهیزاتی استفاده می شود که شامل وزنه های سقوط آزادی است که نیازمند سیستم ویژه ی رهاسازی وزنه با استفاده از گیره های هیدرولیکی برای جلوگیری از استهلاک و اصطکاک کابل و همچنین قلاب های بالابر سیکلی است.

عوامل محدود کننده روش تراکم دینامیکی خاک

محدوديت هاي محل پروژه ممكن است موجب تغييراتي در روش تراكم ديناميكي و يا انجام كارهاي اضافي جهت جبران آنها گردند. اين محدوديت ها بايستي در مطالعات اوليه جهت تعيين اثرات آنها بر هزينه و زمان پروژه مورد بررسي قرار گيرند.

1 . ارتعاش زمین

ضربه ناشي از برخورد كوبه به زمين موجب ارتعاش سطح زمين گرديده و ارتعاشات حاصل به اطراف منتقل مي شوند. با افزايش وزن كوبه و ارتفاع سقوط، دامنه ارتعاشات نيز بزرگتر مي شوند. اگر در محل اجراي عمليات تراكم ديناميكي، سازه يا تاسيساتي موجود باشند، ممكن است تحت تاثير ارتعاشات به وجود آمده خساراتي به آنها وارد شود. همچنین وجود يک لايه ماسه متراكم، شن يا سنگ بلافاصله در زير لايه متراكم شونده موجب انتقال ارتعاشات تا فواصل بيشتر مي شود و در اين شرايط بايستي بررسي هاي دقيقي جهت تعيين اثر اين لايه ها بر روي ارتعاشات حاصله انجام شود. همچنين بايستي توجه شود كه با متراكم تر شدن خاک در طول انجام عمليات تراكم ديناميكي و به خصوص در مراحل آخر، ميزان ارتعاشات حاصله افزايش خواهند يافت.

در صورتي كه ارتعاشات حاصل از حد مجاز بيشتر باشند، سه روش اصلي جهت كاهش آنها وجود دارد. روش اول كاهش ارتفاع سقوط كوبه و افزايش تعداد ضربات در هر نقطه است. روش دوم كاهش وزن كوبه و روش سوم حفر يک كانال با عمق كافي جهت قطع كردن امواج سطحي است.

2 . آلودگی صوتی

برخورد كوبه به زمين علاوه بر ارتعاشات، موجب توليد صدا نيز مي گردد. صداي توليد شده در محل اعمال ضربه معمولا در حدود 115 تا 123 دسي بل مي باشد، اما از نظر زماني تنها حدود يک درصد از زمان تراكم ديناميكي را به خود اختصاص مي دهد. محدوده بسيار پايين تري از صداهاي توليد شده نيز در زمان برداشتن و حمل كوبه و ساير عمليات توليد مي شود كه با صداي ناشي از برخورد كوبه به زمين تركيب شده و معمولا در فواصل 53 متر از محل انجام كوبش معيارهاي محيط زيستي را برآورده مي كنند.

3 . جابجایی های جانبی زمین

پس از اعمال ضربه جابجايي جانبي در زمين ايجاد مي شود. متاسفانه هنوز روشي مدون جهت پيش بيني اين جابجايي ها وجود نداشته و قضاوت ها بر پايه تجربيات گزارش شده، صورت مي گيرد. در صورت استفاده از كوبه هاي سبک تر و ارتفاع سقوط كمتر جابجايي هاي كمتري به وجود خواهد آمد.

4 . بالا بودن تراز آب زیرزمینی

آب هاي زيرزميني كه تراز آنها كمتر از 2 متر زير تراز زمين محل اجراي عمليات تراكم ديناميكي باشد، اغلب موجب به وجود آمدن مشكلاتي مي گردند. در حين اعمال ضربات، عمق فروچاله ها معمولا در محدوده 0/6 تا 1/2 متر بوده و فشار آب حفره اي زيادي كه در توده خاک توليد مي شود، معمولا موجب بالا آمدن سطح آب زيرزميني خواهد شد. وارد شدن ضربات بيشتر مي تواند موجب اختلاط داخلي آب و خاک و به دنبال آن نرم شدگي ناحيه بالايي توده خاک شود.

5 . وجود لایه های سخت یا نرم

عمق تاثير تراكم ديناميكي مي تواند تحت تاثير وجود يک لايه سطحي سخت در بالاي يک نهشته ضعيف و يا وجود يک لايه نرم و تراكم پذير در ميان يک نهشته سخت تر قرار گيرد. اگر لايه سخت نسبتا ضخيم در اعماق فوقاني وجود داشته باشد (1 تا 2 متر)، انرژي ضربه مي تواند در ميان اين لايه توزيع شده و با شدت بسيار كمتري به لايه ضعيف پايين منتقل شود و در نتيجه موجب كاهش عمق تاثير و درجه اصلاح خاک گردد. لايه هاي سخت شده ضخيم بايستي قبل از انجام تراكم ديناميكي برداشته شده يا ضعيف گردند تا انرژي به لايه هاي پايين تر منتقل گردد. اگر اين لايه سخت شده نسبتا نازک باشد، احتمالا كوبه به درون اين لايه نفوذ كرده و انرژي كافي را به لايه هاي پايين تر منتقل مي كند. لايه هاي نرم جاذب انرژي در سطح زمين را مي توان حفاري كرد و يا با افزودن خاک هاي دانه اي كه در اثر اعمال ضربه به درون خاک نرم نفوذ مي كنند تثبيت نمود. رس هاي نرم يا نهشته هاي آلي در عمق و در ميان تشكيلات مي توانند انرژي تراكم ديناميكي را جذب نمايند. در اين حالت انرژي بسيار كمي به زير اين لايه ها منتقل شده و در نتيجه لايه هاي پايين تر به ميزان مطلوب متراكم نمي گردند.

6 . محدودیت عمق تاثیر

عمق تاثير تراكم ديناميكي خاک تابعي از وزن كوبه و ارتفاع سقوط مي باشد. با استفاده از كوبه هايي با وزن 18 تا 22 تن و ارتفاع سقوط 23 تا 33 متر، حداكثر عمق تاثير در محدوده 6 تا 12 متر خواهد بود. براي اصلاح خاک در اعماق بزرگ تر از 6 تا 12 متر بايد از روش تراكم در تركيب با ساير روش ها استفاده شود.

ملاحظات طراحی

جزييات طرح تراكم ديناميكي منطقه مورد نظر با توجه به مشخصات زمين محل پروژه، مشخص مي گردد. اين جزئيات عبارتند از:

1 . انتخاب وزن كوبه و ارتفاع سقوط براي دستيابي به عمق تاثير مورد نظر
2 . تعيين ميزان انرژي مورد نياز جهت رسيدن به ميزان اصلاح مورد نظر
3 . تعيين محدوده گسترش عمليات تراكم ديناميكي
4 . تعيين فواصل بين نقاط اعمال ضربه و تعداد ضربات
5 . تعيين تعداد مراحل اعمال ضربه
6 . بررسي نياز به لايه پايدارساز سطحي