تراکم سطح، زهکشی، ارتعاش، پیش تحکیم، تزریق، ترکیب افزودنی‌ها، تقویت سازه ای و استفاده از مواد ژئوسنتتیک، از متداول‌ترین روش های بهسازی خاک هستند. با وجود تعدد روش‌های بهسازی خاک، در ادامه به معرفی متداول‌ترین آن‌ها می‌پردازیم.
روش های تراکمی بهسازی خاک
«تراکم سطح» (Surface Compaction)، یکی از قدیمی‌ترین روش های بهسازی خاک است که به منظور افزایش چگالی خاک نرم و یا سست مورد استفاده قرار می‌گیرد. اجرای جاده، مسیر فرودگاه، خاکریز و هر سازه مهندسی دیگر بر روی خاک سست، عملکرد این سازه‌ها را با مشکل مواجه می‌کند. راه حل اولیه برای حل این مشکل، تراکم لایه‌های سطحی است. در صورتی که عمق خاک سست کم باشد، تراکم آن با استفاده از تجهیزاتی نظیر غلتک کافی خواهد بود.
روش‌های تراکم خاک عبارت هستند:
- استاتیک: اعمال بار تدریجی بزرگ بر روی خاک و آزادسازی آن
- ضربه‌ای یا دینامیک: رهاسازی وزنه‌های بزرگ بر روی سطح خاک
- ارتعاشی: اعمال سریع بارهای تکراری توسط صفحات یا چکش‌های فرو رفته در خاک (معمولا به همراه تراکم غلتکی)
- غلتکی: اعمال تنش توسط حرکت یک غلتک استوانه‌ای سنگین بر روی سطح خاک
- مالشی: اعمال تنش برشی با جابجایی بخش‌های مجاور خاک (غلتک پاچه بزی)
- چرخشی: اعمال تنش استاتیک و حفظ آن در یک جهت و چرخش خاک حول محور اعمال بار (آزمایشگاهی)
روش های ارتعاشی بهسازی خاک
ارتعاش، یکی از روش‌های سریع برای تراکم و افزایش چگالی خاک‌های اشباع غیر چسبنده است. اعمال ارتعاش و امواج ضربه‌ای به درون توده‌های سست، رونگرایی و افزایش چگالی ناشی از خروج آب اضافی داخل منافذ را به همراه داد. برخی از پرکاربردترین روش‌های ارتعاشی بهسازی خاک عبارت هستند از:
- انفجار (تراکم انفجاری)
- لوله ارتعاشی
- غلتک ارتعاشی
- ستون شنی ارتعاشی
- لرزه شناوری
- کوبش سنگین
روش های زهکشی بهسازی خاک
وجود آب زیرزمینی، یکی از مشکلات اصلی در حین گودبرداری است. حضور آب، فشار منفذی را افزایش و مقاومت برشی (مهم‌ترین پارامتر مکانیکی خاک) را کاهش می‌دهد. به علاوه، جریان شدید سیالات در محیط‌های خاکی، فرسایش یا حتی لغزش دیواره‌های محل گودبرداری شده را در پی دارد. روش‌های مختلفی برای کنترل سطح آب زیرزمینی وجود دارند که از متداول‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سیستم چاه نقطه ای یا چاه زهکشی
- چاه زهکشی عمیق
- سیستم آبکشی با روش پمپ خلا
- آبکشی با روش الکترواسمز
روش های پیش تحکیم برای بهسازی خاک
از متداول‌ترین روش‌های پیش از ساخت برای بهسازی خاک و جلوگیری از نشست‌های احتمالی می‌توان به پیش تراکم و پیش تحکیم اشاره کرد. برخی از پرکاربردترین انواع روش‌های پیش تراکم و پیش تحکیم عبارت هستند از:
- پیش بارگذاری
- زهکشی قائم
- تحکیم دینامیکی
- تحکیم الکترواسمز
بهسازی خاک به روش تزریق
یکی از روش‌های پرکاربرد برای بهسازی، تزریق موادی نظیر دوغاب یا دیگر مواد پایدارکننده توسط تجهیزات مخصوص به درون توده خاک است. از کاربردهای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کنترل سطح آب زیرزمینی در حین ساخت
- پر کردن فضای خالی توده خاک به منظور جلوگیری از نشست‌های اضافی
- افزایش استحکام محدوده فونداسیون خاکی برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی در حین گودبرداری، شمع‌کوبی و دیگر فعالیت‌های اجرایی
- پایدارسازی ماسه‌های سست به منظور جلوگیری از رونگرایی آن‌ها
- افزایش استحکام خاک برای کاهش نیاز به نگهدارنده‌های جانبی
- تقویت زیر پی
- کاهش ارتعاش فونداسیون توسط ماشین‌آلات
پایدارسازی شیمیایی
پایدارسازی شیمیایی یا استفاده از افزودنی‌ها، یکی دیگر از روش‌های متداول برای بهسازی خاک است. در این روش، معمولا از آهک، سیمان و خاکستر بادی، آسفالت و یا ترکیبی از این مواد برای بهبود خواص خاک استفاده می‌شود. پایدارسازی شیمیایی، به منظور کاهش نفوذپذیری، افزایش مقاومت برشی، افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست و افزایش سرعت اجرای فعالیت‌های اجرایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اختلاط خاک و افزودنی‌ها به صورت مکانیکی و برجا یا طی فرآیند بچینگ قابل اجرا است.
تقویت خاک
بهسازی خاک توسط المان‌های تقویت‌کننده، یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای پایداری شیب‌ها، ترانشه‌ها و حفریات است. المان‌های تقویت‌کننده در این روش، به عنوان بخش داخلی سازه‌های خاکی نظیر خاکریز، شیب و دیوار حائل مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته امکان به کارگیری این المان‌ها (پیچ، میل مهار، شمع) برای بهبود پایداری سازه‌های موجود نیز وجود دارد. علاوه بر این کاربری‌ها، استفاده از المان‌های تقویت‌کننده برای پایدارسازی موقت حفریات و نگهداری بخش پایینی سازه‌های موجود نیز مرسوم است.
ژئوسنتتیک چیست و چگونه عمل می‌کند؟
«ژئوسنتتیک» (Geosynthetic)، المان‌های سازه‌ای متشکل از مواد مصنوعی هستند که به منظور بهسازی خاک و زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. این المان‌ها معمولا از پلمیر ساخته می‌شوند. مواد ژئوسنتتیک، به طور گسترده در اجرای دیوارهای حائل و شیب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد برای کنترل فرسایش خاک و بهبود ظرفیت باربری فونداسیون نیز کاربرد دارند. ساختار ویژه ژئوسنتتیک، امکان توزیع و انتقال بارهای اعمال شده بین نقاط تمرکز تنش و محیط سازه را فراهم می‌کند. به این ترتیب می‌توان سازه را بر روی مواد ضعیف‌تر یا فونداسیون‌های عمیق با احتمال نشست کمتر و ظرفیت بالاربری بالاتر اجرا کرد.
از انواع مواد ژئوسنتتیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- «ژئوتکستایل» (Geotextile): منسوجات متخلخلی هستند که برای جداسازی، فیلتراسیون، تقویت، محافظت و زهکشی خاک به کار برده می‌شوند.
- «ژئوگرید» (Geogrid): مواد مصنوعی و شبکه‌ای مورد استفاده برای تقویت دیوار حائل، زیرسازی جاده یا فونداسیون سازه هستند.
- «ژئونت» (Geonet): موادی مشابه ژئوگرید هستند که اغلب به همراه ژئوتکستایل و برای زهکشی داخلی مایعات یا گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- «ژئوممبران» (Geomembrane): موادی با نفوذپذیری بسیار پایین هستند که برای کنترل جریان سیالات و جلوگیری از عبور آن‌ها کاربرد دارند.
- «ژئوکامپوزیت» (Geocomposite): موادی هستند که از ترکیب مواد مصنوعی مختلف با یکدیگر یا با مواد غیر مصنوعی ساخته می‌شوند. ژئوکامپوزیت‌ها از مزایای مواد موجود در ترکیب خود بهره می‌برند.
- «ژئوسنتتیک کِلِی لاینر» (Geosynthetic Clay Liner): موادی ژئوکامپوزیتی با عملکرد مشابه با ژئوممبران هستند.
- «ژئوفوم» (Geofoam): مواد سبک بر پايه پلي استايرن هستند که برای پر کردن، عایق حرارتی، زهکشی و کاهش فشار جانبی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرند.