نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 4 زمستان 3131 3152

اصلاح و به سازی خاکهای رمبنده محمدعلی معروف، جعفر بلوری بزاز*؛
دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه عمران
چکیده
تاريخ: دريافت 2/7/33 پذيرش 31/1/32
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

خاکهای رمبنده معمولاًمعمولا ساختار باز دارند و پیوند بین ذرات ضعیف است. این خاکها به صورت سست رفتار کرده و در صورت اشباع شدن بدون تغییر در بار وارده و یا قرار گرفتن تحت نیروی ارتعاشی نشست زیادی کرده و ظرفیت باربری آن به شدت کاهش می یابد. در تحقیق حاضر مقابله با خاکهای رمبندۀ محدوده شمال شرق مشهد بررسی شده است. نتایج آزمایش های انجام شده در آزمایش گاه و آزمایش ها در محل نشان میدهد که خاک شدیداشدیداً به افزایش رطوبت حساس است و در صورت اشباع شدن، نشست اضافی چشم گیری را در مدت زمان کوتاه ایجاد می کند. بنا بر این این خاک دارای پتانسیل رمبندگی است. با توجه به احداث سازههای ریلی و احداث ساختمان در محل پروژه در اثر ارتعاش ناشی از عبور قطار و یا مرطوب شدن خاک، نشست زیاد خاک میتواند برای سازههای ریلی و ساختمانهای موجود مشکل ایجاد کند و بنا بر این باید خاک محل اصلاح و به سازی شود. به منظورمقابله با خاک های رمبنده محل پروژه و به سازی آن، روشهای گوناگون از جمله جلوگیری از مرطوب شدن خاک، تراکم خاک، جای گزینی مصالح، استفاده از پیهای عمیق، تثبیت با مصالح درشت دانه، تثبیت با آهک، تثبیت با سیمان و تثبیت با سیمان و مصالح دانهای ارزیابی شده و بهترین روش با توجه به مشخصات سایت، ویژگیهای سازههای احداثی و ملاحظات اجرایی و اقتصادی انتخاب شده است. با توجه به قرارگیری سازههای احداثی در محدودۀ شهری، خاک ریزدانۀ محل، ملاحظات اقتصادی، مدت زمان اجرا و امکانات موجود به سازی خاک با آهک به عنوان بهترین روش پیشنهاد شده است. افزودن آهک به خاک علاوه بر بهبود خواص مقاومتی خاک در کوتاه مدت و بلندمدت، سبب کاهش تورم و کاهش نفوذپذیری میشود. این خواص عمل کردی آهک، آنرا در کوتاه مدت و بلندمدت از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر میکند.
1981454399635

واژههای کلیدی: خاکهای رمبنده، ساختمانها و سازههای ریلی، مقابله با رمبندگی ، بهساازی خااک ، تثبیات باا آهک. * نويسندۀ مسئول [email protected]
مقدمه
خاکهای رمبنده معمولاً ساختار باز دارند و پیوند بین ذرات آن ضعیف است. نهشتههای سیلتی در مناطق با شرایط آب و هوایی خشک مستعد کاهش حجم چشم گیر یا رمبندگی در هنگام اشباع شدن هستند. نشست خاکهای رمبنده در اثر اشباع شدن به کاهش ظرفیت باربری خاکهای بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک منجر میشود. این خاکها در بسیاری از نقاط ایران از جمله شمالشرق آن پراکنده شدهاند [3].
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

در صورت افزایش رطوبت این خاکها ساختار آن فروریخته و علاوه بر کاهش ظرفیت باربری متحمل نشست زیادی میشوند. نشست زیاد و کاهش ظرفیت باربری میتواند علاوه بر سازهها برای پی سدها نیز ایجاد مشکل کند [2]. برای پیش بینی نشست ناشی از رمبندگی باید چندین عامل مانند دست خوردگی نمونه، میزان رطوبت اولیه، وسعت و عمق مرطوب شدن ،میزان پتانسیل رمبندگی خاک بستر، حساسیت سازه به نشست و نشستهای نسبی و تغییرات شرایط بارگذاری را مد نظر قرار داد ]4[. کاهش خطرات ناشی از رمبندگی در زمان ساخت همیشه ارزانتر از تعمیرات آینده است و باید به مقابله با این پدیده پرداخت. امکان اصلاح خاک برای پروژه ای به شرایط سایت، مشخصات سازه، ملاحظات اجرایی، ملاحظات اقتصادی و میزان ریسک پذیری وابسته است ]5[.
روشهای مقابله با خاکهای رمبنده به سه گروه مشخصات سایت و ملاحظات سازهای ،دوری گزیدن از خاکهای رمبنده و اصلاح خاکهای رمبنده تقسیم میشوند. ممکن برای یک پروژه هم زمان از ترکیبی از چند روش استفاده شود. خلاصهای از این روشها بدین شرح است:
در صورتیکه پروژه در نزدیکی معادن قرضه قرار گرفته است میتوان با جای گزینی مصالح و یا اختلاط مصالح با خاک محل، خاک را تثبیت کرد با این حال اگر سازه در محدودۀ مسکونی احداث میشود باید از روش های مخرب مانند تراکم دینامیکی اجتناب کرد.
بار اعمالی سازه باید با دالهای سخت، پیهای گسترده و یا پی نواری با آرماتوربندی 3151
حجیم تحمل شود تا از نشستهای نامتقارن جلوگیری کند. در صورتیکه بار وارده به خاکبستر زیاد باشد میتوان به منظور کاهش سربار از ستونهای سنگی و یا خاک ریزهای عمیق در زیر پی استفاده کرد.
زه کشی آب و جلوگیری از مرطوب شدن خاکهای رمبنده از بهترین روشهای مقابله با این پدیده است. جلوگیری از نفوذ آب و زه کشی نه تنها برای سازههای جدید مهم است بلکه برای نگه داری سازههای موجود که بدون دانشی در مورد خاکهای رمبنده طراحی شده اند نیز مؤثر است. سادهترین روش مقابله با خاکهای رمبنده دوری گزیدن از خاک های رمبنده است. خاک برداری جزیی لایۀ رمبنده و جای گزینی آن با مصالح دانهای متراکم و انتقال بار به لایههای مقاوم زیرین با استفاده از پایههای عمیق و یا شمع ،ستون های سنگی
]1[، اختلاط عمیق و ستونهای سنگی همراه با میل مهار از جملۀ این روش ها است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

اصلاح خاکهای رمبنده شامل تراکم خاک، تثبیت مکانیکی، تثبیت با محلولهای شیمیایی و تثبیت با مواد پایدار کننده است. با متراکم کردن خاک یا خاک برداری و تراکم مجدد آن در چندین لایه میتوان خاک را اصلاح کرد. تراکم دینامیکی ]7[ و تراکم دینامیکی سریع ]8[ از روشهای دیگر متراکم کردن خاکهای رمبنده هستند.
تثبیت مکانیکی خاک با افزودن و ترکیب ماده دیگری به خاک )که فقط روی خواص فیزیکی خاک تأثیر دارد( حاصل میشود. هدف اصلی در این روش، اصلاح دانه بندی خاک است. با استفاده از مواد پایدار کننده و افزودن یک یا چند ماده به خاک خواص شیمیایی و فیزیکی آن تغییر می یابد. علاوه بر تثبیت با محلولهای شیمیایی، تثبیت با سیمان ،تثبیت با آهک و تثبیت با آهک و خاکستر بادی از جمله مواد استفاده شده در به سازی خاکند.
محققان زیادی در مورد تثبیت خاکهای رمبنده با آهک، آهک و خاکستر بادی، سیمان ،آهک و میکروسیلیس را بررسی کردهاند ]3[، ]31[، ]33[. خاک تثبیت شده با سیمان دارای پلاستیسیتۀ کم تر، تغییرات حجمی کم تر و مقاومت بیش تر از خاکهای اصلاح نشده است ]32[. هم چنین افزودن آهک به خاک، باعث کاهش خواص خمیری و پتانسیل تورم، افزایش مقاومت، بهبود کارایی و بالا بردن دوام می شود ]31[. افزودن آهک به مصالح دانه ای نیز باعث افزایش مقاومت و سختی می گردد. از آن جا که اثرات سودمند تثبیت خاک، نتیجه واکنشهای مختلف بین بخش ریزدانه خاک و آهک است، خاکهای ریزدانه مانند خاک رس و رس لای دار، پاسخ بسیار بهتری به این واکنشها می دهند. حداقل مقدار خاک رس موجود در مخلوط برای انجام واکنش با آهک 31 درصد است. هم چنین افزودن آهک به همراه خاکستر بادی میتواند خواص ژئوتکنیکی خاکهای رمبنده را بهبود بخشد ]34[. برای ماسه ها و خاک های بدون چسبندگی افزودن یک ماده پوزولانی برای تولید واکنش سیلیکا- آهک لازم است. خاکستر بادی، خاکستر آتشفشانی و شیل های ریزدانه منبسط شونده، نمونه هایی از مواد پوزلانی مناسب هستند.
علاوه بر روشهایی که شرح داده شد ،استفاده از انرژی انفجار، آب اندازی، تسلیح و مقاوم سازی خاک با استفاده از ژئوسنستیکها، ورقههای فلزی و میل گرد، تزریق، افزودنیهای شیمیایی )نظیر سیلیکات سدیم و کلرید کلسیم( و مقاوم سازی شیمیایی خاکهای آبرفتی با محلول رس سیلیکات از جمله روشهای دیگر در تثبیت خاکهای رمبنده هستند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

در پژوهش حاضر ابتدا روشهای مقابله با خاکهای رمبنده بیان شده و سپس خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاکهای رمبنده محل و روشهای متفاوت مقابله با این خاکها بحث شده است.
مشخصات فیزيکی و مکانیکی خاک محل
خاک بررسی شده از نوع خاکهای ریزدانه سیلتی (ML)، رسی سیلتی(CL-ML) و رس با پلاستیسیتۀ پایین (CL) است و وزن مخصوص خشک حدود 1g/cm 5/3 دارد. حد روانی آن ها بین 21 تا 13 درصد و حد خمیری آن بین 1 تا 31 درصد متغیر است. درصد ذرات رسی خاک بین 31 تا 15 درصد و درصد ذرات کوچک تر از mm 175/1 )رد شده از الک نمره 211( به طور میانگین حدود 85 درصد است. شکل 3 محدودۀ بررسی شده و محل گمانهها را نشان میدهد.
نتایج آزمایش های انجام شده در آزمایشگاه و هم چنین نتایج آزمایش های بارگذاری در محل نشان میدهد که خاک به افزایش رطوبت حساس است و در صورت اشباع شدن ،3152
نشست اضافی چشم گیری را در مدت زمان کوتاه ایجاد می کند، بنا بر این میتوان گفت اینخاک دارای پتانسیل رمبندگی است. پتانسیل رمبندگی با استفاده از معیار دنسیو3، آیین نامۀ ساختمانی روسیه، هولتز و هیلف و معیار ASTM بررسی شده است [3]. در معیار ASTM آزمایش تحکیم بر اساس پیشنهاد 5111ASTM D انجام میگیرد. در این روش پس از آماده سازی نمونۀ مشابه آزمایش تحکیم، )2415ASTM D(، تنش قائم تا 211 کیلو پاسکال به صورت پلهای به نمونه اعمال میشود، سپس نمونه با آب مقطر غرقاب شده و یک روز به همان حالت گذاشته میشود. سپس آزمایش تا رسیدن به بارگذاری حداکثر ادامه یافته و طی انجام آزمایش تغییر شکلها در هر مرحله ثبت میگردد. شاخص فرو ریزشی ،Ie با این رابطه تعریف می شود:
Ie  e 100e0 )3(
1
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

که در آنe ∆ تغییر در نسبت تخلخل نمونه در اثر اشباع شدن و 1e نسبت تخلخل نمونه قبل از غرقاب کردن است. بر اساس این آیین نامه جدول 3 شاخصی از شدت رمبندگی را ارائه میدهد.
پارامترهای فیزیکی و مکانیکی خاک و پتانسیل رمبندگی در محل پروژه )از عمق 1 تا 35 متر( در جدول 2 ارائه شده است.
جدول 5. شدت رمبندگی بر اساس آيین نامۀ ASTM
شاخص رمبندگی)Ie( % شدت رمبندگی شاخص رمبندگی)Ie( % شدت رمبندگی
زیاد
شدید 1/3 -31 <31 1
1/3 -2
2/3 -1 غیر رمبنده اندک متوسط
جدول 3. پارامترهای ژئوتکنیکی و پتانسیل رمبندگی لايه های خاک در محدودۀ پروژه
طبقه بندی خاک(USCS) عمق
m γd
kN/m1 w
% Cu kg/cm2 φu
Deg E
kg/cm2 CC — CS
— e1 — معیار دنیسو
)K) آیین نامه روسیه
(L) معیارASTM
Ie(%)
CL-ML 1-5 35 37 1/2 1 111 1/34 1/137 1/83 75/1- تا 12/3 325/1- تا 154/1 3 تا 8
-492751750

3. Densiov

شکل
5
.

محدود

ۀ
شده

بررسی

گمانه

محل

و
شده

حفر

های

شکل

5

.

محدود

ۀ



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید