از روش‌های دیگری که سبب افزایش ظرفیت باربری مجاز خاک و همچنین جلوگیری از نشت آب در سازه‌های مثل سدها می گردد، بهسازی خاک به روش تزریق است. مبنای این روش پر کردن درزها، فضاهای خالی و منفذهای زمین با مواد دوغابی بوده که از نشست‌های زیاد جلوگیری شده و خاک زیر پی نیز تقویت می گردد. از موارد دیگر کاربرد این روش، افزایش مقاومت بارگذاری جانبی شمع‌ها، تثبیت شیروانی‌ها، بالا بردن مقاومت و توان باربری خاک، تغییر نفوذپذیری و کاهش درصد جذب آب، جلوگیری از تورم و نشست است.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
سيمان کاربردی‌ترین ماده مورد استفاده در صنعت تزريق خاک می باشد. به صورت کلی این در روش تزریق، در مرحله اول خاک تا عمق موردنظر و به قطر معمول ۹۰ میلی‌متر حفر می شود. سیال به کار رفته شده در مدت حفاری آب، هوا، بنتونیت و گروت سیمان (در صورت لزوم) است. در قدم دوم جت با فشار ۴۰۰ تا ۶۰۰ بار از داخل ۱ تا ۴ نازل با قطر ۵/۱ تا ۰/۴ میلی متر که در قسمت پایینی راد حفاری به شکل عمود قرار گرفته‌اند، اعمال می گردد. دوغاب با سرعت ۲۵۰ متر بر ثانیه به داخل نازل تزریق می‌شود و درنهایت با خاک پیرامونش ترکیب می شود. همزمان با این عملیات، میله را با سرعت ثابتی چرخیده و به بالا کشیده می‌شود. درنهایت، در این عملیات از طریق ایجاد ستون‌هایی از دوغاب بهسازی خاک صورت می‌گیرد. بهبود قطر ستون‌های دوغاب می‌تواند به وسیله ی تغییر در پارامترهایی مانند سرعت و زاویه گروت، سرعت چرخش و بیرون کشیدن، تعداد و قطر نازل‌ها انجام شود. روش جت گروتینگ امکان بهبود خاک‌های مختلف از خاک چسبنده همچون رس تا خاک‌های دانه‌ای مانند ماسه و شن را می‌دهد.
از موارد تاثیرگذار در روش تزریق در خاک، هدف تزریق، فشار آن، نوع مصالح تزریقی و جنس و دانه‌بندی مصالح وجود دارد. به همین خاطر راه های تزریق خاک به دسته‌بندی زیر طبقه بندی می‌شوند :
- اول، تزریق تراکمی در خاک (Compaction Grouting)
- دوم، تزریق نفوذی در خاک (Permeation Grouting)
- سوم، تزریق جت در خاک (Jet Grouting
- چهارم، تزریق شکست هیدرولیکی در خاک ( Hydrofracture Grouting)
تزریق تراکمی در خاک
در روش تزریق تراکمی در خاک، با تزریق دوغاب با ویسکوزیته بالا و فشار بیشتر و در مراحل متعدد، حباب‌هایی از دوغاب به وجود می آید که سبب جابه‌جا شدن خاک و درنتیجه متراکم شدن آن می شود. این روش برای محیط‌های کارستی، خاک‌های بسیار سست و فروریزشی ماسه‌ای و ریزدانه به کار می رود. این روش ندرتاً سبب بروز تغییر مکان‌های جزئی در سطح زمین شده و در صورت وجود سازه حساس در این محل، این راه تزریقی خاک باید محتاطانه به کار برده شود. در زیر به بعضی نکات مربوط به این روش اشاره می کنیم:
طرح اختلاط مخلوط دوغاب ویژه بوده تا به حفرات موجود در خاک نفوذ نکند و یا با خاک مخلوط نگردد. در عوض، در خاکی که تزریق می شود، جایگزین می‌گردد.
حجم فضاهای خالی کم شده و محیط متراکم می شود.
ملات بسیار سخت به خاک‌های سست تزریق و حبابی از ملات تزریقی تشکیل و در خاک جایگزین گشته و زمین اطراف را بدون نفوذ در حفرات خاک، متراکم می کند.
در محیط‌های شنی تراکم حداکثر نداشته ولی در محیط‌های ریزدانه سست کارایی بهتری دارد.
بیشتر در پی‌های کم عمق و به منظور بالا بردن دال‌های نشست کرده استفاده می شود.
تقریباً در همه نوع خاک‌ها به کار می رود.
تزریق نفوذی در خاک
این نوع تزریق قدیمی ترین شیوه تزریق در خاک است. درزها، شکاف‌ها و یا شکستگی‌ها در سنگ و فضاهای خالی در خاک با دوغاب، بدون برهم زدن ساختار سنگ یا خاک با حداقل فشار به وسیله ی دوغاب پر می شود. سیال دوغاب با حداقل فشار تزریق در یک بازه زمانی در فضاهای خالی موجود در بین ذرات خاک و یا در شکاف‌های سنگ تزریق می گردد تا از وقوع شکستگی‌های جدید جلوگیری شود. هدف اصلی از انجام تزریق نفوذی، کاهش نفوذپذیری و کنترل جریان آب زیرزمینی و افزایش مقاومت خاک و ایجاد توده‌ای یکپارچه‌تر و منسجم‌تر است. تزریق سیمان در خاک و تزریق شیمیایی از این دسته هستند.
تزریق جت در خاک
در این روش لایه‌های نازکی از ملات سیمانی، با فشار بسیار زیاد به دیواره‌های گمانه برخورد می‌نمایند و بعد از اصابت به دیواره‌های گمانه، به صورت همزمان از یک سو مصالح موجود را حفاری کرده و از سمت دیگر نیز با خاک ترکیب می‌شوند. همچنین عمل برش دهندگی لایه‌های نازک ملات سیمانی تزریقی را می‌توان با وارد کردن هوای فشرده در آن بالا برد.
در این روش پس از حفاری تا عمق مورد نظر به وسیله ی جت‌های تعبیه شده در انتهای سیستم حفاری آب یا دوغاب را با فشار زیاد وارد خاک نموده همزمان با چرخش جت و بالا آمدن آن ستونی از خاک اصلاح شده به وجود می آید. استفاده از آب با فشار بالا جهت گسیختن ساختار فیزیکی خاک استفاده می‌شود که به این طریق سبب اصلاح و بهبود زمین می گردند.
تزریق شکست هیدرولیکی در خاک
هنگامی که فشار تزریق بزرگ‌تر از مقاومت کششی خاک یا سنگ باشد، سبب شکست هیدرولیکی، گسیختگی و ایجاد ترک شده و دوغاب به‌سرعت به ناحیه ترک خورده نفوذ می نماید. این شیوه جهت متراکم و سخت کردن زمین و یا دسترسی به حفرات دیگری که در دسترس نیستند، استفاده می شود. این شیوه زمانی به کار می رود که برهم زدن ساختار خاک و ایجاد جابجایی تحت فشار تزریق در سطح زمین مشکل ساز نباشد.
سوالات متداول
هدف از بهسازی خاک به روش تزریق چیست؟
افزایش ظرفیت باربری مجاز خاک ، جلوگیری از نشت آب، از نشست‌های زیاد پیشگیری شده و خاک زیر پی نیز تقویت می‌شود، افزایش مقاومت بارگذاری جانبی شمع‌ها ، تثبیت شیروانی‌ها ، افزایش مقاومت و توان باربری خاک، تغییر نفوذپذیری و کاهش درصد جذب آب، جلوگیری از تورم و نشست.
روش‌های تزریق خاک به چند دسته تقسیم می شود؟
- اول، تزریق تراکمی در خاک.
- دوم، تزریق نفوذی در خاک.
- سوم، تزریق جت در خاک.
- چهارم، تزریق شکست هیدرولیکی در خاک.
عمدتا چه نوع خاک هایی می توانند نیازمند به بهسازی با تزریق باشند؟
- اول، خاک های نرم و شل: ناپایدار از نظر حجمی و دارای مقاومت ضعیف.
- دوم، خاک های تورم پذیر: پتانسیل تورم بالا در اثر جذب آب و افزایش رطوبت.
- سوم، خاک های رمبنده (فروریزشی): نشست زیاد در اثر ارتعاش و غرقاب شدن (به ویژه در آب و هوای خشک).
- چهارم، خاکریزها: زمان بر بودن تحکیم آنها تحت وزن خود.
عوامل موثر در انتخاب روش های بهسازی خاک چیست؟
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.