1- مقدمه

تكنولوژي تزريق بعنوان يك راه حل مهندسي ، يك تكنيك كهن در بسياري زمين است كه درحدود دو قرن قدمت دارد. تزريق در زمين براي نخستين بار توسط شخصي بنام Berigny در سال 1802 انجام شد و لكن اين تكنيك ، تنها در چند دهه اخير پيشرفت نموده و اكنون بعنوان يك تكنيك برتر شناخته شده است .

از آنجا كه كيفيت اين تكنيك در بهسازي زمين در رابطه با اجراي انواع سازه‌هاي بزرگ و مهم در اكثر كشورهاي صنعتي پيشرفته به عنوان يك راه حل مفيد و موثر كاملا ً مورد قبول متخصصين است ، در نتيجه وجود مشكلات و موانع خاصي نظير مسائل مكانيك خاك منطقه عمل اعم از پائين بودن مقاومت زمين ، پائين بودن پي سنگ ، تخلخل زياد ، احتمال نشست يا مشكلات زمين شناسي همانند وجود شكستگي‌هاي زياد در منطقه ، تكتونيزه بودن محل ،‌وجود غارهاي زيرزميني ، بالا بودن سطح آبهاي زيرزميني ، هوا زدگي لايه‌ها ، تشكيلات مختلف زمين شناسي از لحاظ جنس ، شيب و ضخامت لايه‌ها ، يا نفوذ پذيري زمين منطقه عملياتي ، مشكلات خاكبرداري ،‌مشكلات ناشي از فرار آب ،‌وجود باتلاش و لجن زار و … اجراي هيچ پروژه مهم و ضروري را تحت الشعاع قرار نمي دهد . چرا كه تزريق بعنوان موثرترين و اغلب اقتصادي ترين راه حل بوده كه برطرف كننده و يا كاهش دهنده اكثريت موانع و مشكلات طبيعي و حتي مصنوعي منطقه مورد نظر مي‌تواند باشد ،‌كه البته اين تكنيك حتي در برطرف كردن مشكلات سازه‌هاي اجراء شده نيز كاربرد شاياني دارد ( بلند كردن ساختمانهاي نشست كرده ، جلوگيري از ريزش تونلها در مناطق سنگريزه‌اي ، جلوگيري از تراوش آب در انواع سدهاي ساخته شده در گذشته و…..).

2- حفاری

با توجه به محدودیت حفاری چاههای آب دستی توسط نیروی انسانی، در حدود 600 سال قبل از میلاد مسیح، چینی ها برای اولین بار دستگاه حفاری ضربه ای ساده ای را اختراع و توانستند به وسیله ی آن چاه های تا عمق600 متر حفاری نمایند. با انتقال تجربیات چینی ها به غرب بعد از سال 1800 میلادی همزمان با پیشرفت صنایع و توسعه ی اجتماعات بشری و نیاز روز افزون به تامین آب از منابع عمیق تر دستگاه حفاری ضربه ای پیشرفته ای که با نیروی بخار کار می کرد، ساخته شد و سیستم این دستگاه به تدریج کامل تر گردید. در اواخر قرن نوزدهم دستگاه های دورانی اولیه ساخته شد که خیلی سریع مسیر تکاملی خود را طی نمود و در سال 1930 تقریبا به طور کامل جانشین حفاری ضربه ای کابلی گردید. با این دستگاه توانستند خیلی از مشکلات و موانع کار با دستگاه ضربه ای را از قبیل دستیابی به اعماق زیاد، حفاری در سنگهای متراکم و سخت، جلوگیری از ریزش لایه های سست و از همه مهمتر کندی و طولانی شدن زمان اجرای عملیات را بر طرف نمایند.  با توجه به تاریخچه ی مذکور سیستم های حفاری را می توان به پنج گروه تقسیم کرد:

  1. سیستم حفاری دستی (Hand Held Drilling) که نیروی کار توسط انسان تامین می شود.
  2. سیستم حفاری کابلی که منبع تامین نیروی آن موتور و به صورت اعمال ضربه از طریق کابل فولادی به ابزار حفاری انجام می شود.
  3. سیستم حفاری دورانی (Rotary Drilling) که حفاری در اثر چرخش مته انجام می شود.
  4. سیستم حفاری ضربه ای-چرخشی (Down The Hole / D.T.H) که حفاری در اثر اعمال ضربه همزمان با چرخش سر مته توسط چکش حفاری و نیروی هوای فشرده صورت می گیرد.
  5. سیستم حفاری هیدرولیکی که نیروی مولد حرکت، توسط روغن تحت فشار تامین می شود.

به طور کلی منبع تامین انرژی حرکتی در دستگاه های حفاری از الکتریسیته و یا موتورهای درون سوز با روشهای تولید هوای فشرده، روغن پرفشار و یا انتقال مستقیم حرکت دورانی موتور به بخش های مختلف دستگاه تامین می گردد.

 روشهای حفاری 

  1. روش حفاری دستی
  2. روش حفاری ضربه ای کابلی
  3. روش حفاری چرخشی یا دورانی
  4. روش حفاری ضربه ای-چرخشی

3- تزریق

1-3- اهداف، مزايا و معايب تزريق سيمان

تزريق در واقع پر كردن درزها ومنفذهاي زمين منطقه‌اي با مواد سيالي كه دوغاب ناميده مي‌شود ، مي‌باشد كه بااجراي اين عمل ، اين امكان بوجود مي آيد كه منطقه مورد نظر ، نفوذ ناپذير و يا مقاوم گردد ،‌حال منطقه مذكور ممكن است شامل زمينهاي سنگي شكسته ،‌زمينهاي سنگي با درزهاي بزرگ و يا زمينهاي آبرفتي باشد .

با توجه به مزايائي كه تكنولوژي تزريق دارد نبايد از معايب آن چشم پوشي كرد . در اغلب حالات در مقايسه با ساير تكنيك‌ها ، تزريق يك راه حل كند مي باشد .

همچنين ممكن است در بعضی موارد خاص مخارج هنگفتي را در بر داشته باشد ، زيرا كه براي دستيابي به نتايجي با كيفيت بهتر ،‌نياز به استفاده از دوغابهاي مخصوص و اكيپ مجهز و متخصص مي‌باشد .  مزاياي تزريق را از نقطه نظر فني و جنبه‌هاي اقتصادي آن بايد مورد بررسي قرار داد . مزاياي اقتصادي تزريق باعث طرفداري و توجه شايان به اين تكنيك در مقايسه با ساير تكنيك‌ها شده است . بويژه وقتي كه مشكلات تكنيكي خاصي نظير موارد زير وجود داشته باشد .

  1. چنانچه لازمست فونداسيون طرحي پائين‌تر از سطح آبهاي زيرزميني خاكبرداري شود (فونداسيون هاي عميق ،‌براي اجراي عمليات ساختماني به مدت زمان زيادي نياز دارند، لذا از نظر اقتصادي مقرون به صرفه خواهد بود تا جهت مقابله با نفوذ آب در يك منطقه درمقايسه با تخليه آب توسط پمپ، آب بندي محل با تزريق انجام گيرد.
  2.  وقتي اجراي يك پي مناسب خيلي مشكل باشد . اين مورد معمولاً در كارهاي داخل شهر ، در تونلهاي انتقال،‌ مجاري فاضلاب ،راههاي زيرزميني مترو و … پيش مي آيد.
  3.  وقتي ابعاد هندسي محل فندانسيون خيلي پيچيده باشد و شرايط مرزي و تشكيلات مختلفي از لحاظ جنس و از نظر زمين شناسي وجود داشته باشد.
  4. وقتي، وجود سازه‌هائي در مجاور فنداسيون جديد ، اجازه و امكان خاكبرداري در عمق‌هاي خيلي پائين را ندهد (چرا كه احتمال حركت ،‌جابجائي و شايد هم ريزش فنداسيونهاي موجود را موجب شود) بايد خاطر نشان كرد كه تزريق عملي است كه در آن مخلوطي بصورت دوغاب با فشار پمپ به فضاهاي خالي خاك وارد شده و سپس اين دوغاب در منافذ و درزهاي خاك سفيد مي‌گردد. در نتيجه اين عمل مشخصات مكانيكي زمين اصلاح و بهبود يافته (عمل تحكيم) و يا نفوذ پذيري زمين نسبت به آب كاهش مي‌يابد(آب بندي).

از اين تعريف علاوه بر موارد فوق ساير كاربردهاي تزريق استنباط مي‌گردد كه عبارتند از :

1. غير قابل نفوذ و آب بندي كردن يك قسمت مشخصي از خاك زير يا اطراف يك سازه به منظور :

2. تحكيم زمين فنداسيون كه ممكن است بخش معلومي از آن آب بندي شده يا نشده باشد . با اين عمل مقاومت خاك (به منظور امكان حفاري تونلها ) افزايش مي‌يابد و يا قدرت تحمل (‌ظرفيت باربري )‌ خاك زيادشده و در نتيجه فنداسيون ساخت شده بر روي آن نشست بيش از اندازه نخواهد داشت . ايجاد همگني و يكنواختي كه توسط تزريق در زمين بوجود مي آيد امكان خاكبرداري با ماشين آلات بزرگ را ميسر مي‌سازد كه اين روش يكي از دهها كاربرد جديد تكنيك تزريق در بين كاربردهاي احتمالي در آينده است . از كاربردهاي خاص تزريق مي‌توان به پر كردن فضاهاي بزرگ زيرزميني مناطق متروكه معدني ، تزريق اتصالي ،بالا آوردن گل و لجن ،‌پر كرد ن ترك‌ها يا درزهاي خيلي ريز در بتون ، ايجاد برآمدگي و گيرداري درجوانب و انتهاي بست‌هاي مهاري اشاره نمود .

3-3- روشهای تزریق سیمان:

در رابطه با فشار تزريق، طبق نظريه کمب فورت بخاطر اينکه در حين اعمال فشار بلوکهاي بتوني روي ناحيه تزريق بلند نشود، دو روش زير پيشنهاد ميگردد:

  • تزريق با فشار زياد با شکستن بيشتر شکافها يا تزريق جابجائي
  • تزريق با فشار متوسط بدون خراب کردن پي يا تزريق نفوذي

4-3- تکنیک تزریق

چنانچه لازم است دوغابهاي مختلفي براي پروژه تزريق انتخاب شود، بايد مرحله ساختن دوغاب و روشهاي تزريق قبلاً تعيين گردد، چرا که نوع دوغاب و روش تزريق تاثير بسزائي در کيفيت طراح دارد.

1-4-3- ساخت و بعمل آوردن دوغاب

تهيه يک دوغاب خاص هميشه نيازمند يک رشته عمليات آماده سازي است، حتي اگر ترکيبات دوغاب بصورت مخلوط آماده در اختيار باشد. تاسيسات مورد نياز بطور کلي به مقدار دبي و کل حجم دوغابي که بايد تزريق شود بستگي دارد.

بجز در طرحهاي کوچک، در صورت نياز به دوغابهاي متفاوت، امکانات اينگونه تاسيسات طوريست که ميتواند بطور همزمان انواع دوغابها را آماده کند.

2-4-3- مقدار دوغاب و نحوه عمل آن

تخمين حجم کل دوغاب مورد نياز، بستگي به حجم منفذهاي خاک دارد که لازم است تمام منفذهاي خاکي که تزريق مي شود. حتي منفذهائي که با آب پر شده – تا حداکثر درجه ممکن با دوغاب پر شود.

3-4-3-  فشار تزريق

بحث در مورد فشار تزريق معمولاً منجر به تفکيک دو نظريه ميشود، چرا که جنبه هاي تئوري هميشه با تجارب عملي کاملاً مطابقت نميکند. فشاري که در مدخل يک چاه تزريق اندازه گيري ميشود هميشه بيشتر از تنش ناشي از وزن مصالح بالايي در تراز تزريق است.

4-4-3- نحوه كنترل دوغاب و عمليات تزريق سيمان

آخرين مراحل يک عمل تزريق، مراحل کنترل عمليات است که مهمترين و حساسترين مرحله يک عمل تزريق مي باشد. همچنانکه هر تکنيکي در اجرا، روشها و مسائل کنترلي بخصوصي به جهت تضمين کميت و کيفيت کار دارد، عمل تزريق نيز از اين امر مستثني نمي باشد.

4- کنترل عمليات تزريق

4-1- کنترل دوغاب

سيستم هاي توزين وزن و سنجش حجم بطور اتوماتيک، ما را از نسبت واقعي ترکيبات مختلف دوغاب مطمئن مي‌سازد. اندازه گيرهاي عملي و ثابت بودن مقدار مواد اصلي بايد بطور متناوب بوسيله نمونه برداري از دوغاب مصرفي، کنترل شود. اين کنترل ها عمدتاً به ويسکوزيته، زمان گيرش، ته نشين شدن و مقاومت دوغاب مربوط مي شود.

با مشاهده يک وضعيت غير عادي در يکي از اين اندازه گيري ها، نخست اندازه گيري عملي (ويسکوزيته) کنترل خواهد شد و اگر چيزي بدست نيامد، بايد مواد اصلي دوغاب بطور کاملاً دقيق کنترل شود.

5- ماشين آلات مورد نياز در يك طرح تزريق سيمان

بطور کلي ماشين آلات مورد نياز در يک طرح تزريق به دو گروه عمده تقسيم مي شود:

  • گروه اول : ماشين آلات حفاري
  • گروه دوم : وسايل و تجهيزات تزريق

هر دو گروه از ماشين آلات با توجه به حجم و ابعاد کار مي‌تواند در حجم بزرگ و يا حجم کوچک و بطور منفرد و يا متمرکز بکار گرفته شود. اما مي‌توان گفت که تجهيزات و ماشين آلات حفاري عموماً بطور منفرد و مستقل مي‌باشند، درعين حال وسايل تزريق هم بطور منفرد و مستقل، و هم بصورت ايستگاههاي مرکزي- با مخلوط کن ها، همزنها و پمپ هاي اتوماتيک با کنترل در اتاق فرمان مرکزي – مي توانند عمل کنند.

6- جمع بندی

در این مطلب، سعی گردید کلیات روش حفاری و تزریق که به منظور تثبیت بستر راه و ساختمان و سازه های موجود مورد استفاده می باشد، به همراه چندی جزییات اجرایی ارائه گردد. مجموعه اسپاد تحکیم با تکیه بر دانش مهندسی تیم طراحی و بهره گیری از تجربیات تیم اجرایی، تاکنون پروزه های تحکیم بستر متعددی به روش حفاری و تزریق و میکروپایل تحکیمی را طراحی و اجرا نموده است. همچنین  شرکت اسپاد تحکیم طرح اولیه رایگان برای پروژه های کارفرمایان محترم ارائه می نماید تا بتوانند در انتخاب روش مناسب و کنترل هزینه ها، تصمیم گیری صحیح و مقرون به صرفه ای داشته باشند. برای مشاهده پروژه های حفاری و تزریق طراحی و اجرا شده توسط مجموعه اسپاد تحکیم، اینجا کلیک کنید.