اختلاط عمیق خاک DSM (DEEP SOIL MIXING)

اختلاط عمیق خاک DSM (DEEP SOIL MIXING) به عنوان تکنولوژی نوین بهسازی و مقاوم سازی خاک های سست و نرم و ماسه ای که مبتنی بر حفاری و تزریق همزمان تحت فشار دوغاب سیمان در داخل خاک میباشد؛ امروزه در بسیاری از پروژه های عمرانی و ساختمانی و صنعتی که با مشکلات مربوط به سستی و ضعف باربری خاک بستر مواجه هستند؛ مورد استفاده قرار میگیرد. شمع های اختلاط عمیق خاک DSM علاوه بر اجرای سریع و مقرون به صرفه از نظر اقتصادی و زمانی؛ نسبت به سایر روشهای مشابه از اطمینان خوبی در درستی و صحت اجرا و نتیجه مطلوب نهایی برخوردار میباشد. در این نوشتار موارد استفاده از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM به تشریح ارائه شده است.

امروزه از روش های بهسازی خاک به طور گسترده ای در پروژه های عمرانی استفاده می شود. روش اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) از جمله روش های بهسازی خاک است که در دنیا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار میگیرد. با تغییر در قطر و طول ستون اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) و در حالت مسلح و غیرمسلح ظرفیت باربری قائم ستونهای اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) قابل تغییر میباشد.

عبارت اختلاط عمیق در خاکDSM ( DEEP SOIL MIXING) به روشی اطلاق میگردد که در آن پایدار کننده ای نظیر سیمان یا آهک با استفاده از یک حفار با محور تو خالی به صورت مکانیکی با خاک مخلوط میشود. فرایند اختلاط عمیق خاک یا DSM ( DEEP SOIL MIXING) موجب تولید ستون یکنواختی با قطر و پهنای تقریبا ثابت از خاک و ماده افزودنی میگردد. با همپوشانی ستون ها قبل از گیرش کامل؛ دیوارهای پیوسته ای زیر سطح زمین قابل احداث میباشند.

هدف از اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) دستیابی به پارامترهای ژئوتکنیکی اصلاح شده برای خاک از قبیل افزایش ظرفیت باربری ، مقاومت برشی و نفوذپذیری کمتر است. در زمینه های زیست محیطی نیز به منظور محدود کردن یا ثابت نمودن تراوش مواد شیمیایی در خاک می توان از ردیف ستونهای چسبیده به هم ( سکانت) اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) استفاده کرد . همچنین در ساخت بندرگاهها و سازه های دریایی، با اجرای ستونهای اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) در زیر سکوها و بارج ها ؛ میتوان به نتایج با ارزشی در افزایش ظرفیت باربری خاک زیر سکو دست یافت. در استفاده از اختلاط عمقی خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING)،زمین در شرایط درجا اصلاح میشود و مشخصات ژئوتکنیکی و مقاومتی آن به سطح قابل قبولی رسانده میشود و این زمین اصلاح شده بخشی از سیستم خاک-سازه میگردد. کنترل کیفی نیز در روش اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) به راحتی مقدور است.

ستون های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) باعث افزایش ظرفیت باربری قابل توجهی در خاک های ماسه ای می شوند. افزایش طول ستون های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) در حالت غیرمسلح تا طول مشخصی باعث افزایش کارایی این ستون ها در خاک می شود و پس از آن تاثیر افزایش طول بر افزایش مقاومت خاک کم میگردد. با مسلح سازی ستون های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) توسط پروفیل های فولادی و همچنین افزایش قطر و طول ستون های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) ؛ مقادیر ظرفیت باربری نسبت به حالت غیر مسلح افزایش می یابد. این تغییرات ظرفیت باربری در زمانی که قطر ستونهای اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) افزایش می یابد کم است ولیکن در حالتی که طول ستون های اختلاط عمیق DSM ( DEEP SOIL MIXING) افزایش می یابد بسیار چشمگیر است.

در برخی از موارد و برخی از ساختگاهها وجود خاکهای دستی و یا سست موجب نشست ساختمان و یا فونداسیون؛ می گردد در این موارد به منظور مقاوم سازی فونداسیون و ساختمان و کنترل نشست و جلوگیری از نشست بیشتر از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM برای مقاوم سازی فونداسیون ساختمان استفاده میگردد. در برخی دیگر از موارد و خصوصا در کارهای دریایی و تاسیسات نفتی در نواحی on-shore و یا Off-shore پایه ها و اسلیپرهای نگهدارنده لوله های نفتی و گازی به علت قرارگیری بر روی خاکهای ساحلی و یا خاکهای دستی که به منظور خشکاندن بستر دریا ریخته شده اند ؛ دچار نشست می شوند که در این حالت نشست پایه های بتنی و اسلیپرها می تواند آسیب جدی به لوله ها و تاسیسات نفتی و گازی وارد آورد در این موارد نیز استفاده از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM به منظور تثبیت اسلیپرها و پایه های بتنی مورد استفاده قرار میگیرد.

عملکرد سیستم اختلاط عمیق خاک DSM بدین صورت میباشد که با تزریق سیمان فضاهای خالی در میان خاک های ریز دانه و نرم را پرکرده و با نفوذ در خاکهای دانه ای توده سمنته شده و سیمانی و یکپارچه ای ایجاد میکند . استفاده های معمول از روش اختلاط عمیق خاک DSM عبارتند از:
- استفاده از روش اختلاط عمیق خاک DSM برای ساخت پرده و غشای آب بند جهت جلوگیری از تراوشات و نشت آب به داخل گودها و فضاهای تاسیساتی
- استفاده از روش اختلاط عمیق خاک DSM برای تحکیم و تثبیت زیر پی ها و فونداسیونها در خاکهای سست و ضعیف و دستی
- استفاده از روش اختلاط عمیق خاک DSM برای ایجاد حفاظت جدار در خاکهای ماسه ای و نرم و ساحلی جهت گودبرداری و کانال کنی
- استفاده از روش اختلاط عمیق خاک DSM برای پایدارسازی و مقاوم سازی خاکهای دانه ای و سیلتی و ماسه ای
- استفاده از روش اختلاط عمیق خاک DSM برای پایه های پل ها و سازه های مربوط به پل سازی

استفاده از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM برای بهسازی خاک بستر و افزایش ظرفیت باربری خاکهای سست و ضعیف:
در این حالت به علت وجود خاکهای سست و بسیار ضعیف با مشکل باربری و همیچنین SPT پایین و یا خاکهایی با خاصیت روانگرایی و یا حساس به نفوذ آب ( واگرا ) امکان ساخت ساختمان معمولی نیز بر روی آنها امکانپذیر نمی باشد در این حالت استفاده از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM به حالت Pile Group موجب افزایش ظرفیت باربری و مدول عکس العمل بستر Ks شده و مانع از نشست و یا گسیختگی خاک زیر پی میگردد .
استفاده از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM برای پایدارسازی گودبرداری :
به منظور پایدارسازی خاکهای خیلی سست و ریزدانه مانند خاکهاییکه در نواحی شمالی و یا جنوبی ساحلی ایران میباشند و یا برای برخی پروژه های گودبرداری شهری به علت وجود تاسیسات شهری مانند لوله های گاز و یا فاضلاب در اعماق بیشتر؛ می توان از شمع های اختلاط عمیق خاک DSM به عنوان سیستم پایدارسازی خاک در جدار گودبرداری استفاده نمود. در این حالتها شمع های اختلاط عمیق خاک DSM مانند شمع خمشی عمل کرده و می توان تا عمق نصف طول شمع های اختلاط عمیق خاک DSM و با توجه به فواصل اجرایی آنها از یکدیگر ؛ نسبت به گودبرداری اقدام نمود. در نواحی شمالی و یا جنوبی ایران به علت وجود خاکهای ریزدانه آبدار سست امکان پنل برداری و خاک برداری به منظور اجرای نیلینگ و انکراژ به علت سستی بیش از حد خاک میسر نمی باشد در این حالت با اجرای شمع های اختلاط عمیق خاک DSM در جدارهای گودبرداری با فواصل افقی نزدیک به هم و به صورت شمع های سکانت امکان پنل برداری و سپس اجرای نیلینگ و یا انکراژ و یا استرات و مهار متقابل میسر میگردد.

کاهش مخاطرات روانگرایی خاکهای ماسه ای و ساحلی با استفاده از ستونهای اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) و یا جت گروتینگ JET GROUTING

می توان از ستونهای اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) و یا جت گروتینگ JET GROUTING برای بهبود مقاومت و استحکام برشی حجمی خاک های سست ماسه ای و ساحلی که دارای خاصیت روانگرایی هستند در جهت جلوگیری از انتشار روانگرایی در آنها به هنگام زلزله ؛ استفاده کرد. بنابراین می توان دیواره ای از ستون‌های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) و یا جت گروتینگ JET GROUTING را به ‌صورت شبکه‌ای در زیر فونداسیون اجرا کرد تا خاک‌های روانگرا و ماسه ای قابلیت روانگرایی خود را کاهش دهند . برای جلوگیری از شکست و گسیختگی برشی در طول وقوع زمین لرزه در یک خاک ماسه ای سست و اشباع می توان پلانی از ستون های خاک-سیمانی از نوع ستون‌های اختلاط عمیق خاک DSM ( DEEP SOIL MIXING) و یا جت گروتینگ JET GROUTING را به شکل زیر در زیر فونداسیون ها اجرا کرد .