تراکم دینامیکی عمیقتراکم دینامیکی عمیق برای بهسازی خاک های مشکل دار به وسیله ی افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست، کمینه نمودن پتانسیل گسیختگی و کاهش دادن احتمال روانگرایی برای ساختمان های مسکونی و اداری، مخازن، بزرگراه ها، خطوط راه آهن، فرودگاه ها و بنادر مورد استفاده قرار گرفته است.
مقدمه
تراکم دینامیکی عمیق به این گونه است که یک وزنه، آزادانه از ارتفاعی با الگویی خاص بر روی سطح زمین سقوط می کند تا خاک های مشکل دار را مطابق شکل (1) تا عمقی ژرف متراکم نماید. برخوردهای متوالی باعث کاهش خلل و فرج، متراکم شدن خاک و حرکت اجباری زمین می شود. یک رانشگر به طور معمول 5 الی 40 تن وزن دارد و از ارتفاعی حدود 10 الی 40 متری رها می گردد. برخلاف تراکم سطحی، تراکم دینامیکی عمیق می تواند خاک های مشکل دار را تا عمق 10 متر نیز متراکم نماید. مفهوم تراکم دینامیکی به دوران امپراطوری روم باز میگردد. تکنولوژی نوین به مهندس فرانسوی، لوئیس منارد از دهه 1960 میلادی نسبت داده می شود. مقاله منتشر شده توسط منارد و برویز در سال 1975 اساس نظری تحکیم خاک های ریزدانه بوسیله ی کوبش های سنگین را فراهم نمود.
سازگاری: تراکم دینامیکی عمیق برای شرایط زیر مناسب است:
- خاکریزهای سست و نیمه اشباع
- خاک های اشباع با زهکشی آزاد
- لای های با نشانه خمیری کمتر از 8
- خاک های رسی با درجه اشباع پایین ( درصد رطوبت کمتر از حد خمیری)
تراکم دینامیکی عمیق به طور کلی برای خاک های رسی با نشانه خمیری بالا ( بیشتر از 8) و درجه اشباع بالا توصیه نمی شود. اگرچه این روش برای بهسازی خاک های رسی نیز در برخی کشورها استفاده شده است. اغلب جهت کاهش فشار آب حفره ای ناشی از تراکم دینامیکی عمیق، زهکشی مورد نیاز است. زمان انتظار معینی نیز برای از بین رفتن فشار آب حفره ای اضافی ضروری است. سطح آب زیرزمینی بالا (حدود 2 متری سطح زمین) باعث به حداقل رسیدن تاثیر تراکم دینامیکی می شود که تحت چنین شرایطی زهکشی بسیار ضروری است. تراکم دینامیکی عمیق زمانی مقرون به صرفه است که مساحت سایت بیشتر از 5000 متر مربع باشد. جدول (1) شرایطی را که برای تراکم دینامیکی عمیق مناسب نیست، فهرست می نماید.
| مشکلات احتمالی | وضعیت نامناسب |
| مقاومت ناکافی برای انتقال موج ضربه | رس های نرم ( مقاومت برشی زهکشی نشده کمتر از 30 کیلوپاسکال) |
| نیازمند زهکشی و ارزیابی تاثیرات احتمالی بازگشت سطح آب زیرزمینی به مقدار قبلی | سطح آب زیرزمینی بالا |
| فاصله تا نزدیک ترین سازه در حدود 30 متر و بیشتر | تاثیرات ارتعاش (در صورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی ممکن است بدتر باشد) |
| ممکن است برای جرثقیل های سنگین مناسب نباشد | سطح زمین رسی |
| امکان نشست بیش از اندازه در صورت سیل زدگی | خاکریز رسی |
| تمهیدات ایمنی برای سایت و ایمنی عمومی | گرد و خاک |
| بهسازی ممکن است به محدوده متخلخل نرسد یا آن را کمتر پایدار نماید | زمین متخلخل یا با ویژگی های کارست زیر زمین بهسازی شده |
| تراکم ممکن است شرایط غیر هوازی ایجاد نماید و ترکیب بیولوژیکی را برهم زند | مصالح کاهنده ی بیولوژیکی |
کاربردها: تراکم دینامیکی عمیق برای بهسازی خاک های مشکل دار به وسیله ی افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست، کمینه نمودن پتانسیل گسیختگی و کاهش دادن احتمال روانگرایی برای ساختمان های مسکونی و اداری، مخازن، بزرگراه ها، خطوط راه آهن، فرودگاه ها و بنادر مورد استفاده قرار گرفته است.
مزایا و معایب: تراکم دینامیکی عمیق می تواند مساحت بزرگی را نسبتا در مدت زمان کمی با هزینه ی پایین بهسازی نماید. متراکم نمودن مصالح سست نیمه اشباع با درصد ریزدانه ی کمتر از 15 با استفاده از این روش بسیار موثر است. این روش اغلب می تواند مناطق بسیار ضعیف یا سست را در حین اجرای عملیات، شناسایی نماید تا با استفاده از روش هایی چون جایگزینی و ... به خوبی بهسازی گردند. تراکم دینامیکی می تواند یک خاک ناهمگن را به یک مصالح متراکم تر، یکنواخت تر، و مقاوم تری تبدیل نماید. تجهیزات اصلی لازم برای این روش، یک دستگاه جرثقیل و یک وزنه می باشد که بسیاری از پیمانکاران دارای این تجهیزات می باشند.
تراکم دینامیکی عمیق به طور کلی هیچ گونه تاثیری در خاک های رسی اشباع ندارد. تمهیدات ویژه ای از جمله فراهم نمودن زهکشی و زمان انتظار طولانی مدت جهت استهلاک فشار آب حفره ای اضافی، برای این روش باید اتخاذ گردد. ضربه هایی که توسط این روش به خاک وارد می گردد، موجب صدا، ارتعاش و جابجایی های جانبی می شود که ممکن است مشکلاتی را برای ساختمان های اطراف، زیرساخت ها و خطوط حیاتی ایجاد نماید. این روش معمولا نیازمند ابزاری جهت کنترل ارتعاش، سطح صدا، و جابجایی های زمین است. زمانی که از این روش در خاک های رسی اشباع استفاده می شود، پیزومترهایی جهت کنترل ایجاد و اتلاف فشار آب حفره ای مورد نیاز است. سقوط وزنه ممکن است ایجاد گرد و خاک نماید که برای کارگران داخل سایت خطرساز می باشد.
اصول
چگالش دینامیکی: زمانی که تراکم دینامیکی برای خاک های دانه ای غیر اشباع استفاده می شود، ضربه یک وزنه ی سنگین به سرعت ذرات را به یک حالت متراکم تر جابجا می نماید، حفرات هوا را فشرده یا خارج می کند و حجم حفرات را کاهش می دهد.
تحکیم دینامیکی: تئوری تحکیم دینامیکی توسط منارد و برویز (1975) جهت توجیه این مساله که چرا خاک های ریزدانه اشباع نیز می تواند با سقوط های متوالی یک وزنه سنگین بهسازی گردد، توضیحاتی را پیشنهاد می نماید. آنها چهار مکانیزم اصلی را جهت تحکیم دینامیکی بیان نمودند: 1. تراکم پذیری خاک اشباع 2. روانگرایی 3. تغییر نفوذپذیری 4. بازیابی تیکسوتروپی. ضربات متوالی لزوما همیشه خاک های ریزدانه را روانگرا نمی نماید، در عوض فشار آب حفره ای اضافی تولید می نماید که می تواند تحت بارگذاری های متوالی انباشته شود. فشار آب حفره ای اضافی انباشته شده، زمانی که کوبش متوقف می گردد شروع به محو شدن می کند. بنابراین، مناسب تر است که این مکانیزم به عنوان تولید و اتلاف فشار آب حفره ای اضافی شناخته شود.
1- تراکم پذیری خاک های اشباع: کاملا واضح است که خاک های ریزدانه اشباع غیر قابل تراکم بوده و حجمشان تحت بارگذاری لحظه ای تغییر نمی کند( به طور مثال شرایط زهکشی نشده). منارد و برویز (1975) بیان نمودند که تغییر حجم ناگهانی خاک های ریزدانه اشباع به دلیل وجود حباب های ریز داخل اکثر خاک ها است که مقدارشان بین 1 تا 4 درصد است.
2- تولید و اتلاف فشار آب حفره ای اضافی: همانطور که در بالا اشاره شد، تراکم دینامیکی در حین انجام عملیات، فشار آب حفره ای اضافی تولید می نماید. اتلاف اضافه فشار آب حفره ای یک روند تحکیمی است که موجب نشست و تراکم خاک می شود. به دلیل نفوذپذیری پایین خاک های ریزدانه، معمولا زهکش های پیش ساخته قائم جهت تسریع از بین رفتن فشار آب اضافی نصب می شود.
3- تغییر نفوذپذیری: تحت ضربه های با انرژی زیاد، در اطراف نقاط برخورد درزهای قائمی ایجاد می گردد. این درزهای قائم به شکل قابل توجهی نفوذپذیری خاک های ریزدانه را افزایش می دهد، که همچنین از بین رفتن فشار آب حفره ای اضافی و تحکیم را تسریع می بخشد.
4- بازیابی تیکسوتروپیک: به دلیل دستخوردگی خاک ریزدانه به دلیل ضربه، دانه بندی آن تغییر می کند و مقاومتش کاهش می یابد. این مقاومت با گذشت زمان به دلیل بازیابی تیکسوتروپیک، مجددا بدست می آید. همچنین به همین دلیل است که خاک های ریزدانه باید پس از گذشت حداقل 30 روز از کوبش ارزیابی شوند.
تغییر حجم، فشار آب حفره ای اضافی و مقاومت خاک در زمان کوبش و بعد از آن در شکل (2) نمایش داده شده است.
جایگزینی دینامیکی: زمانی که خاک رسی بیش از اندازه نرم باشد و نفوذپذیری کمی داشته باشد، متراکم نمودن یا تحکیم آن در زمان کوبش و پس از آن، موثر نخواهد بود. به جای بهسازی خاک، می توان خاک را با سنگ و یا سنگدانه های درشت دانه جایگزین نمود. فرآیند جایگزینی دینامیکی شامل، کوبش، پر کردن و کوبش مداوم تا زمانی که ستون های سنگی مانند شکل (3) شکل بگیرند، ادامه می یابد. طراحی روش جایگزینی دینامیکی مانند ستون های سنگی، بوسیله پروب ارتعاشی یا روش کیسینگ می باشد.
روش اجرا
1- آماده نمودن سایت به وسیله ی برداشتن اشیاء(برای مثال درخت و ...) ، مسطح کردن زمین، زهکشی، و پر نمودن چاله ها. اگر سطح آب زیر زمینی در حدود 2 متری سطح زمین باشد، یا باید زهکشی انجام گیرد و یا خاکریزی شود. اگر خاک سطحی بیش از اندازه ضعیف باشد که توانایی تحمل بار ماشین آلات و ابزار آلات را نداشته باشد، نخست یک سکوی عملیات باید ساخته شود.
2- اگر در نزدیکی سایت، سازه ها و یا خطوط حیاتی وجود داشته باشد، جهت حداقل نمودن ارتعاشات و جابجایی های جانبی، یک ترانشه ی جداسازی مورد نیاز است. ترانشه باید حداقل 2 الی 3 متر عمق و 1 متر عرض داشته باشد.
3- میخ هایی را در مرکز نقاط فرود وزنه ها قرار داده و ارتفاع زمین را بررسی نمایید.
4- تجهیزات را مستقر نموده و وزنه را درست بر روی نقطه مورد نظر بالا ببرید
5- ارتفاع وزنه بالای نقطه مورد نظر را قرائت نمایید.
6- وزنه را تا ارتفاع مورد نظر بالای سطح زمین بالا برده و به طور آزاد بر روی سطح زمین رها نمایید. ارتفاع بالای وزنه را زمانی که وزنه هنوز داخل حفره می باشد، قرائت نمایید. اگر وزنه از حالت شاغول در زمان برخورد با زمین، خارج شده باشد، پس از برداشتن وزنه، کف حفره را تراز نمایید.
7- مرحله 6 را تا زمانی که تعداد برخوردها روی نقاط برخورد، به مقدار مورد نیاز برسد، تکرار نمایید. سپس به نقطه کوبش بعدی بروید.
8- مراحل 4 تا 7 را تا زمانی که نقاط کوبش برای مرحله نخست کامل شود، تکرار نمایید.
9- برای تسطیح زمین از بولدوزر استفاده نموده و تراز زمین را اندزه گیری نمایید. اختلاف میان تراز کنونی و تراز قبلی، مقدار نشست اعمال شده است.
10- پس از سپری شدن زمان، وابسته به خاک و شرایط سطح آب زیرزمینی، در صورت نیاز مراحل 3 الی 8 را تا زمانی که تمام نقاط کوبش برای بار دوم کامل شود، تکرار نمایید.
11- مرحله اتوکشی را برای تمام منطقه تراکم اعمال نمایید.
کنترل و تضمین کیفیت
پیش از هرگونه کوبش، ارتفاع و نقطه سقوط باید صحت سنجی شود. در حین عملیات کوبش، بسیار اهمیت دارد که کنترل و مشاهدات نزدیک انجام گیرد. ممکن است بر اساس کنترل و مشاهدات صورت گرفته، اصلاحاتی نیز انجام گیرد. به طور مثال، اگر یکی از چاله های به وجود آمده، عمق بیشتری نسبت به سایر چاله ها پیدا کند، نشانگر این است که در آن محل خاک ضعیفتر است. در نتیجه باید تمهیدات ویژه ای مانند حفاری و جایگزینی برای بهسازی این نواحی در نظر گرفته شود. اگر کوبش های اضافی برآمدگی های بزرگی اطراف چاله ایجاد نماید، به این معنا است که ضربات بیشتر موثر نخواهد بود و عملیات کوبش در این ناحیه باید معلق یا قطع گردد. کنترل های معمول صحرایی شامل پیزومترهایی در داخل خاک های ریزدانه اشباع، شیب سنج هایی جهت شناسایی جابجایی های افقی و شتاب سنج هایی برای ارتعاشات زمین می باشد. پس از تکمیل عملیات کوبش، کاوش های صحرایی جهت ارزیابی درجه و عمق بهسازی باید انجام گیرد. بنا بر نوع خاک و سطح آب زیر زمینی، برای خاک های درشت دانه ارزیابی صحرایی باید حداقل 1 تا 2 هفته و برای خاک های ریزدانه حداقل 3 الی 4 هفته بعد از تکمیل عملیات کوبش صورت گیرد. کاوش های صحرایی شامل نمونه گیری برای آزمایش های آزمایشگاهی، SPT ، CPT یا PMT می باشد. عمق آزمایش نیز باید پایین تر از عمق طراحی برای بهسازی باشد. آزمایش بارگذاری صفحه استاتیکی نیز ممکن است در پروژه هایی با سایت های بزرگ اجرا گردد. از آنجایی که PMT و آزمایش بارگذاری صفحه نسبت به تغییر سختی خاک حساس تر از SPT و CPT هستند، در نتیجه روش های خوبی برای ارضا این هدف می باشند.
شایان ذکر است شرکت مهار شالوده پیمانکار تخصصی اجرای تراکم دینامیکی عمیق می باشد.
تراکم دینامیکی عمیق تحکیم دینامیکی چگالش دینامیکی مقاوم سازی بهسازی خاک زهکشی زمین متخلخل خاک های رسی پیمانکار مجری مخازن اجرای تراکم دینامیکی فوندانسیون خاک اشباع تحکیم دینامیکی بارگذاری سازه ها SPT CPT PMT
