نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد یازدهم، شمارۀ 2 تابستان 6931 742

بررسی عملکرد پروژۀ به سازی خاک به روش پیش-بارگذاری با استفاده از نتایج آنالیز برگشتی حاصل از مدل سازی عددی و ابزارگذاری- مطالعۀ موردی

خسرو مهرشاهی، حمید علی الهی*؛
گروه مهندسی عمران، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران تاریخ: دریافت 50/50/30 پذیرش 61/66/30 چکیده
به منظور به سازی خاک در محل مخازن نفت پرژۀ انبار نفت ماهشهر، به علت وجود لایه های زیرسطحی نرم رسی و بالا بودن تراز آب زیرزمینی در ناحیۀ بررسی شده، برای نداشتن خسارات ناشی از نشست های تحکیمی دراز مدت در اثر ساخت مخازن، از روش پیش بارگذاری به کمک خاک ریز به همراه زهکش های قائم پیش ساخته )PVD( با الگوی مثلثی استفاده شده است. برای کنترل نتایج محاسباتی و عملکرد مناسب خاک ریزها از ابزار دقیقهایی نظیر نشست سنجها و پیزومترها که در تمامی نقاط خاک ریز نصب شده اند، بهره گرفته شده است. در این مقاله آنالیز برگشتی با استفاده از نتایج ابزار دقیق و به کمک نرم افزار تفاضل محدود Settle 3D انجام شده و نتایج به دست آمده با یک دیگر مقایسه شده است. در این راستا پارامترهای تأثیرگذار ژئوتکنیکی اولیۀ حاصل از آزمایش های آزمایشگاهی و صحرایی با استفاده از این روش تصحیح شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پارامتر های آزمایشگاهی مؤثر در نظر گرفته شده برای محاسبات اولیۀ نشست تحکیمی خاک نظیر )Cc( و )Pc(، به ترتیب بیش تر و کم تر از مقادیر واقعی اندازه گیری شده است و پارامتر های آزمایشگاهی مؤثر در نظر گرفته شده برای محاسبات زمان تحکیم خاک )Kh و Kv( از مقادیر واقعی اندازه گیری شده کم تر پیش بینی شده است. هم چنین نتایج حاصل بر مبنای بررسی های پارامتریک انجام شده در مورد آرایش و عمق زهکشهای قائم، نشان داد که با افزایش طول زهکش ها نسبت به فواصل آن ها می توان کارایی این روش را افزایش داد.
2907030353494

واژه هاي كلیدي: روش پیش بارگذاری، زهکشهای پیش ساخته قائم، نشست تحکیمی ،مدلسازی عددی، مخازن انبار نفت * نویسنده مسئول [email protected]
742
مقدمه
از زیر مجموعههای پرکاربرد به سازی خاک که قدمت آن به سالها قبل از دهۀ 6395 بر
می گردد، روش “پیش بارگذاری6” است که یکی از روشهای ساده و اقتصادی در افزایش شاخصهای مقاومتی خاکهای ریزدانه اشباع است ]6[. از جمله مزایای این روش: سادگی در اجرا، کنترل و اندازهگیری میزان نشست زمین و در بعضی موارد میزان فشارهای آب منفذی با استفاده از ابزارگذاری و بررسی رفتار و عملکرد این روش در حین اجرا است. هم چنین این روش با استفاده از زهکش های قائم به منظور افزایش سرعت نشست تحکیمی به دو شکل استفاده از خاکریز2 و یا مکش9 قابل انجام است ]2[.
ب هطورکلی خاک های رسی نرم به علت تراوایی کم به زمان زیادی برای نشست تحکیمی نیاز دارند. برای افزایش سرعت تحکیم در این خاکها، زهکشهای قائم پیش ساخته )PVD ( در خاک نصب میشوند. زهکشهای قائم با کوتاه کردن مسیر زهکشی موجب افزایش سرعت فرآیند تحکیم شده که این عمل بهنوبه خود سبب افزایش مقاومت خاک رس بهصورت سریع شده و توانایی پذیرش بار جدید خاک را افزایش میدهد ]6[، ]2[.
امروزه پژوهشهای متعددی روی این روش به منظور به سازی خاک نرم انجام شده است که از نمونههای موفق پیش بارگذاری با استفاده از زهکشهای قائم پیش ساخته در پروژههای به سازی خاک میتوان به تحقیقات بوشان0 و همکاران ]9[ در سال 2555 اشاره کرد. پروژۀ مورد نظر انبار ذخیرۀ مایعات در کشور اندونزی به مساحت 20955 مترمربع بر لایه ای به ضخامت 9 الی 8 متر رس نرم تراکم پذیر واقع شده است که با خاک ریزی معادل 65 الی 69 متر ارتفاع و با به کار گیری زهکش های نواری، نشستی معادل 15 الی 675 سانتی متر به وقوع پیوسته است. ایندراراتنا1 و ردانا7 ] [ در سال 6338 ابراز داشتند که در عملیات پیش بارگذاری با نصب زهکش های نواری انجام شده، اثر ناحیه به هم خورده8 اطراف زهکش های قائم در

Preloading
Embankment
Vacuum
Prefabricated Vertical Drain
Bhushan
Indraratna
Redana
Smear Zone
742
مدت زمان کم )چندده روز( چشم گیر است ولی در مدت زمان زیاد )حدود 55 روز( اثرینداشته است. هم چنین ایندراراتنا و همکاران ]0[ در سال 2550 بررسی های تحلیلی و عددیبر تحکیم خاک رس نرم انجام دادند و متوجه شدند که کاهش درجه اشباع خاک اطرافمندرل6 یا هادی زهکش قائم در موقع نصب میتواند در مرحلۀ اولیه تحکیم موجب کاهش سرعت محو اضافه فشار آب حفرهای شود. هم چنین آن ها نشان دادند که تعیین پارامترهای خاک در نزدیکی زهکش بسیار راحت تر از داخل و خارج ناحیه دست خورده اطراف زهکش است.
ساتانانتان2 و ایندراراتنا ]1[ در سال 2551، ویژگی منطقۀ دست خورده اطراف زهکش ایجاد شده به وسیلۀ مندرل زهکش های قائم پیش ساخته را بررسی کردند و دریافتند که وسعت ناحیۀ دست خورده اطراف زهکش در خاکهای رسی مرویا9 حدوداً 0/2 برابر شعاع معادل زهکش است. به هر حال وسعت ناحیه دست خورده به علت شکل زهکش، سرعت نصب زهکش و هم چنین سختی خاک قابل تغییر است.
از پروژههای موفق دیگر میتوان به تحقیقات روجیکیاتکامجرن و همکارانش ]7[ در سال
2557 اشاره کرد. ایشان با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس0 و با استفاده از مدل رفتاری کم– کلی اصلاح شده1 به مدلسازی انبار ذخیره مایعات در بندر تیانجین7 در کشور چین پرداختند. ویژگی ژئوتکنیکی خاک این منطقه تا عمق 60 متری از خاک بسیار نرم تحکیمپذیر تشکیل یافته و برای بهسازی خاک با روش پیش بارگذاری به سرباری معادل 5 6 کیلو پاسکال نیاز بوده است. ایشان با ترکیب پیش بارگذاری از نوع خاکریز و مکش، مشکل ارتفاع زیاد خاکریز را حل کردند و با مقایسۀ نتایج ابزار دقیق و پیش بینیهای انجام شده به این نتیجه رسیدند که استفاده از ترکیب خاکریز و مکش به طور هم زمان می تواند تأثیر ب هسزایی در کوتاه کردن زمان پیش بارگذاری و هم چنین کاهش ارتفاع خاکریز و جابهجایی جانبی خاک

Mandrel
Sathananthan
Moruya
Rujikiatkamjorn
ABAQUS
Modified Cam-Clay
Tianjin
752
داشته باشد. سائوواپاکپیبون6 و همکاران ]8[ در سال 2565، تأثیر پیش بار گذاری با روش ایجادمکش در تسریع عمل تحکیم رس نرم بانکوک با استفاده از PVD در مقایسه با نتایج متناظراین آزمایش بدون پیش بارگذاری مکش را ارایه کردند.
دار2 و همکاران )2566( ]3[، روند پیش بارگذاری بندر چیتاگونگ9 در کشور بنگلادش را بررسی کردند. آن ها دریافتند که نسبت ضریب تحکیم شعاعی به قائم )Ch/Cv( عددی معادل 09/6 و هم چنین نسبت ضریب افقی به قائم تراوایی خاک )Kh/Kv(، 57/2 است.
تدجاکوسوما )2562( ]65[ با استفاده از سیستم پیش بارگذاری و زهکشهای قائم به بررسی خاکهای نرم و رسی منطقه سورابایا0 در کشور اندونزی پرداختند. ایشان در این تحقیق دریافتند که استفاده از پیش بارگذاری در بهسازی خاک این منطقه بسیار مؤثر بوده است و در مدت زمانی حدود 285 روز میزان نشست با استفاده از زهکش های قائم پیش ساخته در مقایسه با حالت بدون زهکش دو برابر افزایش یافته است. همچنین ایشان متوجه شدند که میزان نشست در اعماق سطحی خاک بسیار بیش تر از میزان نشست در اعماق بیش تر خاک است. کاسکون و و بیوندی ]66[ در سال 2569 در یک مطالعه موردی به بررسی عملکرد روش پیش بارگذاری با خاکریز و زهکش های قائم )PVD( به منظور ساخت مخازن ذخیره نفت پرداختند. در محل بررسی شده آزمایش های متنوع آزمایشگاهی و صحرایی و هم چنین از ابزارگذاری در حین خاکریزی و پس از آن استفاده شده است. سپس، پس از برداشت خاکریزهای پیش بارگذاری، با کمک آزمایش هیدرواستاتیک1 با آب، رفتار مخازن و نشست های آن را بررسی کردند. نتایج تحقیقات آن ها نشان از عملکرد مناسب عملیات پیش بارگذاری و ایجاد نشست های مجاز پس از ساخت مخازن داشته است.
برگادو7 و همکاران ]62[ در سال 256، زهکشهای پیش ساخته معمولی را با زهکش های پیشساخته مکشی8 را مقایسه کردند و دریافتند که زهکشهای پیش ساخته مکش شونده در

Saowapakpiboon
Dhar
Chittagong Sea Port
Tedjakusuma
Surabaya
Hydrostatic test
Bergado
Vacuum PVDs
752
حدود 7/6 الی 8/6 برابر زهکشهای معمولی سرعت نشست را افزایش میدهند. هم چنین بااستفاده از این زهکشها میتوان دست خوردگی کم تری در خاک اطراف زهکش ایجاد کرد.به منظور بررسی عمق مؤثر زهکش های قائم پیش ساخته )PVD(، چن و همکاران 2561 ]69[به بررسی عملکرد این نوع از زهکش ها در خاک های رسی نرم در قالب یک مطالعه موردی در کشور چین به کمک نتایج ابزار دقیق و مدل سازی عددی پرداختند. نتایج بررسی های پارامتریک آن ها نشان داد که افزایش عمق زهکش ها از مقادیر به دست آمده از مدل سازیهای عددی و نتایج ابزارگذاری در محل، موجب افزایش هزینۀ پروژه بدون افزایش در درجه تحکیم خاک می شود.
در پروژۀ انبار نفت ماهشهر به منظور به سازی خاک از روش پیش بارگذاری با خاکریز به همراه زهکشهای قائم پیش ساخته )PVD( استفاده شده که در این مقاله بررسی شده است.
با توجه به نوع لایههای خاک و شرایط زیرسطحی در محل پروژه و قرار گیری لایههای تحکیم پذیر، حجم به سازی مورد نیاز برای اصلاح خواص خاک به منظور جلوگیری از نشست وگسیختگی خاک در اثر اعمال بارهای ناشی از مخازن بسیار زیاد بوده است. با توجه به این که یکی از مشکلات اکثر پروژه های عملیات به سازی خاک به روش پیش بارگذاری، دقت نداشتن در برآوردهای نشست خاکریز و هم چنین زمانبر بودن عملیات پیش بارگذاری است، از این رو، با استفاده از انتخاب صحیح پارامترهای تأثیر گذار از جمله پارامترهای نشست تحکیمی نظیر )Cs , Cc و Pc( و زمان تحکیم خاک )Kh و Kv(، میتوان روش پیش بارگذاری را به عنوان گزینهای مناسب و کاربردی برای به سازی خاک مورد توجه قرار داد. از این رو ،در این مقاله با استفاده از آنالیز برگشتی )معکوس( نتایج حاصل از ابزار دقیق به کمک نرم افزار تفاضل محدود Settle 3D، پارامترهای ژئوتکنیکی واقعی برآورد شده و پارامترهای اولیه پیش بینی شده تأثیرگذار حاصل از آزمایش های آزمایشگاهی و صحرایی با استفاده از این روش تصحیح و برای ادامه روند طراحی و عملیات اجرایی پیشنهاد شده است. در انتها نیز کارایی روش پیش بارگذاری با مقایسۀ نشست های پیش بینی شده خاک نرم و نشستهای ناچیز قابل اغماض بعد از عملیات پیش بارگذاری در اثر احداث مخازن نفت، ارزیابی شده است.

757
مروري بر تئوري تحکیم شعاعی
روش های مختلفی برای در نظر گرفتن توام تحکیم قائم و شعاعی ارایه شده است کهساده ترین آن را کاریلو6 ] 6[ در سال 2 63 با رابطۀ )6( بیان کرده است.
(1-U)=(1-U )(1-U )vh(1)
که در این رابطه ،U درصد تحکیم متوسط کل، Uv درصد تحکیم متوسط در جهت قائم و Uh درصد تحکیم متوسط شعاعی است. هم چنین روابطی برای به دست آوردن درجۀ تحکیم متوسط همراه با زهکش قائم پیشنهاد شده است ]2[، ]60[ که در روابط )2( و )9( آورده شده است. مقادیر Uv و Uh را می توان بهترتیب از روابط )2( و )9( محاسبه کرد:
 4 Tv  0 . 5
2457561-84792

π
0.179
2.8
1+
v





π

0.179

2.8

1+

v

U %10 0v= , T =vCHv2t (2)
 4 T 
 π 

273814065624

h -8F nTh  , Th = dCev2t
U=1-exp  (3)
که در آن Uv درصد تحکیم متوسط قائم ،Tv عامل زمان بدون بُُعد برای زهکشی قائم، Cv ضریب تحکیم در جهت قائم ،H طول حداکثر مسیر زهکشی قائم، t زمان محاسبه درجه تحکیم، Uh درصد تحکیم متوسط شعاعی ،Th عامل زمان بدون بُُعد برای زهکشی شعاعی ،Ch ضریب تحکیم در جهت شعاعی و de قطر دایره معادل مربوط به تأثیر زهکش مطابق شکل 6 است که برای آرایش مثلثی زهکشها 50/6 برابر فاصله زهکشها (S) و برای آرایش مربعی 69/6 برابر فاصله زهکشها پیشنهاد شده است ]2[.
F(n) پارامتری است که در برگیرنده فواصل، قطر معادل، ظرفیت دبی خروجی زهکش و ناحیۀ دست خورده خاک اطراف زهکش است که در ساده ترین حالت با استفاده از رابطۀ ) ( ب هدست می آید ]2[.
207076178836

281534478836

F(n) = nn22-1ln(n)- 3n4n22-1 ln(n)-

34, n = ddwe(4)

1. Carillo
752
n نسبت قطر دایره معادل به قطر چاه زهکش ،de قطر دایره معادل مربوط به تأثیر زهکش و dw قطر چاه زهکش است.
برای زهکش های نواری )Band-shaped PV drain(، قطر معادل چاه زهکش dw که به منظوراستفاده در محاسبات از رابطۀ )0( به دست می آید:
d =w 

2a b  (5)

کاهش قطر معادل چاه زهکش را برای زهکش های نواری با نسبت a/b کوچک تر از 05 بر اساس رابطۀ 1 پیشنهاد شده است ]2[. پارامترهای رابطه های )0(و)1( در شکل 2 نشان داده شده است.
dw

)1(

شکل 2. چاه هاي زهکش ]7[ شکل 7. قطر معادل زهکش نواري ]7[
برای در نظر گرفتن تأثیر دست خوردگی خاک در اثر نصب زهکش و هم چنین مقاومت زهکش در فرآیند تحکیم شعاعی، رابطۀ )7( پیشنهاد شده است ]2[:
U100h%  1 exp 

F(n) F 8Tsh Fr(7)
در رابطۀ مذکور، Fs فاکتور دست خوردگی خاک است و از رابطۀ )8( قابل محاسبه است:
F =skh

ks-1ln(ds

dw)(8)
که در آن ds قطر ناحیۀ دست خورده اطراف زهکش، kh ضریب نفوذپذیری خاک در جهت افقی در ناحیۀ دست نخورده وks ضریب تراوایی خاک در جهت افقی در ناحیۀ دستخورده است. مطابق شکل 9 پارامترهای دخیل در رابطۀ )8( ارایه شده است.
754

شکل 2. زهکش نواري و دست خوردگی خاک اطراف به همراه پارامترهاي مربوط ]7[
پارامتر Fr در رابطۀ )7( فاکتور مقاومت زهکش است که



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید