اختلاط عمیق خاک (DSM)

1- معرفی روش اختلاط عمیق خاک (DSM)

روش اختلاط عمیق خاک (deep soil mixing DSM یا deep mixing method DMM) روشی جدید به منظور بهسازی بستر و مقابله با روانگرایی می باشد که با توجه به مزایای آن، کاربرد روزافزونی یافته است. این روش شامل ترکیب نمودن خاک محل با مواد تثبیت کننده نظیر آهک یا سیمان تا عمق طراحی می باشد. این فرآیند توسط دستگاه های مخصوص که دارای تیغه اختلاط می باشند، انجام می گیرد. در این روش ستون های ترکیبی از خاک و ماده تثبیت کننده در محل ایجاد می شود. با کمک این روش می توان علاوه بر ایجاد ستون های مجزای خاک بهسازی شده، ستون های دارای همپوشانی نیز ایجاد نمود تا عمل آب بندی نیز انجام گیرد. همچنین از ترکیب این روش با نیمرخ های فولادی نیز میتوان در اجرای عملیات گودبرداری بهره برد.

2- تاریخچه

این روش برای اولین بار در ژاپن در سال 1971 به منظور بهسازی خاک استفاده گردید. در این پروژه از آهک به عنوان تثبیت کننده استفاده گردید. اما به مرور زمان سیمان به دلایلی نظیر در دسترس بودن و ارزان بودن جایگزین آهک گردید. پس از بکارگیری این روش توسط مهندسان ژاپنی، مهندسان اروپایی و آمریکایی نیز به استفاده از این روش روی آوردند. اولین کاربرد روش اختلاط عمیق در آمریکا به سال 1986 بر می گردد که به منظور تحکیم بستر یک سد مورد استفاده قرار گرفت.

3- کاربردها و مزایا

کاربردهای روش اختلاط عمیق خاک شامل موارد زیر می باشد:

بهسازی خاک به منظور مقابله با روانگرایی

بهبود و تقویت خواص مکانیکی خاک برای ساخت فونداسیون سازه های ساختمانی و مخازن نفتی

پایدارسازی و آب بندی گودهای ساختمانی و شیروانی های ناپایدار

توسعه بنادر

پایدارسازی تونل

مزایای اجرای این روش نیز عبارت اند از:

سرعت نسبتاً بالای اجرا
هزینه تمام شده کمتر در مقایسه با روش هایی نظیر شمع درجا و تراکم دینامیکی

هزینه تجهیز کارگاه پایینتر نسبت به سایر روش های سنتی نظیر شمع درجا و کوبشی

ارتعاش و آلودگی و پسماند کمتر در مقایسه سایر روشهای بهسازی خاک

کاهش زمان ساخت

4- روش اجرا

فرآیند اجرای اختلاط عمیق خاک به شرح زیر می باشد: ابتدا دکل حفاری اوگر را به داخل خاک رانده و تا عمق مورد نظر حفاری می نماید. سپس عملیات حفاری متوقف گردیده و این بار اوگر در جهت معکوس شروع به چرخش نموده و مسیر طی شده را به سمت سطح زمین باز می گردد. مسیر بازگشت به سطح با توقف های کوتاه در مسیر و چرخش های درجا به ازای هر 1 متر به مدت 1 دقیقه به منظور تزریق بهتر دوغاب همراه می باشد. در شکل زیر مراحل اجرا به صورت شماتیک نشان داده شده اند.

قطر پره های اختلاط از 0.6 تا 2 متر متغیر می باشد و ستون های مخلوط شده نیز به قطرهای مشابهی ایجاد می گردند. عمق اجرای این روش بطور متداول در حدود 5 الی 15 متر می باشد. هرچند با تغییر در مشخصات دستگاه حفاری و در صورت مناسب بودن شرایط بستر، میتوان بهسازی را تا اعماق بالاتر نیز اجرا نمود.

اجرای اختلاط عمیق خاک به دو روش تر (wet) و خشک (dry) انحام می شود. تفاوت این دو روش در نحوه اختلاط خاک و مواد تثبیت کننده (در اغلب موارد سیمان) می باشد. در روش تر، دوغاب تثبیت کننده که در میکسرها در محل کارگاه آماده شده توسط دستگاه اختلاط در عمق ترکیب می شود. در روش خشک، پودر ماده تثبیت کننده بصورت خشک با خاک محل در عمق مورد نظر ترکیب می شود. حالت خشک زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که خاک محل اشباع باشد. در این حالت پودر ماده تثبیت کننده با کمک کمپرسورهای هوا با فشار داخل خاک ترکیب می شوند و پس از قرار گرفتن در معرض آب زیرسطحی، فرآیند گیرش و سخت شدن آغاز می گردد. در ایران اغلب ستون های DSM به روش تر ایجاد شده اند. بطور معمول قطر ستون های ایجاد شده به روش خشک کمتر از روش تر می باشد.

5- محدودیت ها

اجرای این روش در زمین های سنگی و یا دارای قطعات بزرگ سنگی میسر نمی باشد. زیرا وجود سنگ ها ممکن است از چرخش پره های اختلاط خاک جلوگیری نموده و فرآیند اجرا را غیرممکن و یا دشوار نماید. همچنین استفاده از این روش به منظور تقویت بستر سازه های موجود نیز ممکن نمی باشد. زیرا اجرای عملیات با محدودیت ارتفاع بالای دستگاه میسر نمی باشد.

5- نکات مهم در خصوص طراحی و اجرای اختلاط عمیق خاک

• از نکات مهم در طراحی ستون های اختلاط عمیق، میزان آب موجود در خاک محل می باشد. زیرا میزان آب تعیین کننده غلظت دوغاب مورد استفاده می باشد و در صورتی که میزان آب مخلوط بیش از حد مجاز گردد منجر به کاهش مقاومت مخلوط شده و در نهایت بر عملکرد کلی مجموعه تاثیر منفی می گذارد.