همانطور که در بخش بهسازی خاک اشاره شد، یکی از روش های اصلاح خاک های ضعیف، جهت تامین ظرفیت باربری و پایداری، اجرای اختلاط عمیق خاک بوده که به اختصار (DSM (Deep Soil Mixing گفته می شود. منظور از اختلاط عمیق خاک، مخلوط کردن خاک با مواد سیمانی کننده مانند سیمان، آهک، بنتونیت، سرباره، خاکستر بادی و غیره تا عمق مورد نظر می باشد. در نهایت خاک مخلوط با مواد سیمانی کننده به شکل ستون های منفرد و یا به هم پیوسته در می آید. بهسازی خاک با اختلاط عمیق به علت مسائل زیست محیطی و کارایی مؤثر به یکی از پرکاربرد ترین روش ها در بین روش های جدید بهسازی خاک تبدیل شده است.

روش های اجرای اختلاط روش های اجرای اختلاط عمیق خاکعمیق خاک

مقدار ماده سیمانی کننده در روش اختلاط عمیق به میزان رطوبت اولیه خاک اطراف بستگی دارد. تحقیقات انجام شده نشان داده است که اختلاط عمیق خاک باعث بهبود خصوصیات مکانیکی خاک مانند مقاومت فشاری، سختی، مدول الاستیسیته و رفتار تحکیمی خاک می شود.

مقاومت فشاری خاک اصلاح شده با این روش به عوامل مختلفی از جمله نوع خاک، میزان ماده سیمانی­ کننده، روش عمل آوری، زمان اختلاط و دیگر موارد، بستگی دارد. در شکل زیر مقدار مقاومت فشاری بر اساس مقدار ماده سیمانی­ کننده آورده شده است.

نمودار تأثیر مقدار ماده سیمانی کننده بر روی مقاومت فشاری خاک های مختلف در روش DSM

مقاوم سازی به روش اختلاط عمیق براساس اصول ساده ای طراحی و اجرا می شود، اما کارایی آن به کیفیت اجرا بستگی دارد، که این امر نیازمند تجربه پیمانکار و همچنین ماشین آلات و ابزارهای خاص می باشد.

شرکت مهندسی آساکو با بهره­ گیری از امکانات و تجهیزات کامل یکی از شرکت­ های پیشرو در زمینه طراحی و اجرای روش DSM درسراسر کشور می­ باشد.

روش های اجرای اختلاط عمیق

روش مرطوب

 ماده افزودنی سیمانی کننده به نسبت مورد­نظر با آب ترکیب شده و سپس دوغاب سیمانی با خاک تا عمق مورد­نظر توسط تجهیزات مخصوص مخلوط می شود.

روش خشک

در روش خشک ماده افزودنی به صورت پودر خشک با خاک ترکیب می شود. روش خشک تنها در خاک هایی که از رطوبت کافی جهت واکنش های شیمیایی ذرات چسباننده با خاک و آب زیر زمینی، برخوردارند، امکان­ پذیر است. از مزایای اختلاط به روش خشک می ­توان به اثرات تثبیت خاک ­های خیلی ضعیف در رسوبات عمیق اشاره کرد.  قطر ستون ­های ساخته شده در روش خشک بین 80-60 سانتی­متر متغیر بوده است و عمق آن می­ تواند بالای 25 متر ­باشد.

روش های اجرای اختلاط عمیق خاک

خاک های تثبیت شده به روش  DSMبه دو صورت ستون های منفرد و ستون های به هم پیوسته تشکیل می شوند. ستون های به هم پیوسته به منظور آب بندی و عایق بندی به کار می رود.

روش های اجرای ستون های اختلاط عمیق خاک به صورت منفرد و به هم پیوسته

همچنین در این روش ستون های خاک به شکل های منفرد، پنل، بلوکی، شبکه های تثبیت شده بسته به هدف بهسازی خاک قرار می گیرند.

آرایش های مختلف اجرای ستون های اختلاط عمیق خاک

اختلاط عمیق در چه خاک هایی کاربرد دارد؟

این روش بیشتر برای خاک های چسبنده به کار می رود و در خاک های بسیار سخت به علت دشوار بودن اختلاط استفاده نمی شود. اختلاط عمیق خاک به روش مرطوب در خاک های ریزدانه و درشت دانه و همچنین خاک های آلی و پیت ها قابل اجرا می باشد. اختلاط عمیق خاک به روش خشک در خاک های ریزدانه، خاک های آلی و پیت ها کاربرد دارد.

تجهیزات مورد نیاز جهت اجرای روش DSM

تجهیزات مورد نیاز جهت اجرای روش DSM شامل مخزن ثابت یا محرک جهت نگهداری و اختلاط مواد سیمانی، ماشین تغذیه، دکل حفاری می باشد. همچنین ابزار اختلاط نیز شامل میله های حفاری تکی یا چندگانه که در انتهای آن سر مته و در طول آن پره­ های افقی جهت اختلاط خاک قرار دارد، می باشد.

تجهیزات مورد نیاز جهت اجرای اختلاط عمیق خاک

مراحل اجرای اختلاط عمیق

برای اجرای این روش یک میله حفاری درون خاک قرار گرفته و سپس تا عمق مورد نظر درون خاک فرو برده می شود و پس از قرار گیری در پایین ترین عمق، پره ها در جهت عکس چرخیده و به طرف بالا حرکت می کند. همچنین در حین حرکت رو به بالای میله، دوغاب و یا مواد خشک از طریق نازل های تعبیه شده در میله داخل خاک ریخته و توسط پره های افقی با خاک ترکیب می شود. در این روش هیچگونه ارتعاشی در خاک و سازه های مجاور ایجاد نمی شود.

مراحل اجرای ستون های DSM

با توجه به خصوصیات خاک مورد نظر و همچنین میزان باربری و آب بندی موردنیاز ترکیب و حجم دوغاب تزریقی متفاوت می­ باشد. با اضافه کردن اجزای مختلف به دوغاب پارامتر­های مقاومتی آن تغییر می کند. برای مثال افزودن بنتونیت به جهت افزایش سفتی دوغاب و همچنین افزودن المان های فولادی باعث افزایش ظرفیت خمشی ستون ­های DSM می شود.

کاربرد های روش اختلاط عمیق

اختلاط عمیق خاک نیز مانند روش ستون شنی (ارجاع داده شود به روش ستون شنی) از روش ­های سازگار با محیط­ زیست جهت بهسازی خاک به شمار می رود. خاک حاصل شده توسط این روش از مقاومت بالاتر، تراکم ­پذیری و نفوذ­پذیری کمتری برخوردار است. به طور کلی از کاربرد­های این روش می ­توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • پایداری خاکریز­ها
  • کاهش نشست خاکریز­ها
  • پی­ ها
  • خاکبرداری مهاری
  • جابجایی پل­ ها (bridge abutment)
  • کاهش پتانسیل روان­گرایی
  • پایداری شیب ­ها (cut slope stability)

طبق آمار داده شده در تحقیقات میزان استفاده از این روش در کاربرد­های مختلف در شکل زیر آورده شده است.

میزان استفاده از روش DSM برای کاربردهای مختلف

ملاحظات طراحی در روش DSM

طراحی اختلاط عمیق خاک شامل ارزیابی و انتخاب پارامترهای خاک بهسازی شده و همچنین انتخاب الگو و ابعاد ستون ها می باشد. مقاومت فشاری مورد انتظار خاک معمولاً با توجه به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک اصلاح شده، شرایط آب زیر زمینی، نوع و مقدار سیمان و دیگر مشخصات مربوطه مانند نسبت آب به سیمان انتخاب می شود.

مزایای روش اختلاط عمیق خاک

مقاوم سازی خاک به روش اختلاط عمیق باعث افزایش کیفیت خاک شده و پارامترهای مکانیکی و مقاومتی آن را در حد برآورده کردن الزامات طراحی بهبود می بخشد. این روش برای کاهش پتانسیل روان گرایی در مناطق لرزه خیز مؤثر می باشد. به طور کلی مزایای این روش در چارت زیر آورده شده است.

اختلاط عمیق خاک