ستون شنی چیست؟

همانطور که در بخش بهسازی خاک گفته شد یکی از روش های تثبیت و بهسازی خاک های سست و مشکل دار ستون شنی (Stone Column) می باشد. ستون های شنی از مصالح شنی و یا سنگ های خرد تشکیل شده که در چاه های استونه ای با روش های ارتعاشی متراکم می ­شوند و ستون هایی که به طور کامل با خاک اطراف درگیر است را تشکیل می دهند. بهسازی خاک با ستون شنی ارتعاشی در محل هایی که سطح آب بالا باشد نیز کاربرد دارد. 

اجرای ستون های شنی به منظور بهسازی خاک

مانند روش های دیگر بهسازی خاک، ستون های شنی نیز برای کاهش نشست و افزایش ظرفیت باربری خاک استفاده می شود. این روش بیشتر در خاک های نرم و چسبنده اجرا می شود. افزایش زهکشی خاک با توجه به افزودن مصالح دانه ای با استفاده از ستون های شنی، فرآیند تحکیم را سرعت می بخشد. همچنین این روش با افزایش مقاومت برشی خاک باعث بهبود پایداری شده و با افزایش ضخامت لایه غیر روان گرا از روان گرایی جلوگیری کرده و بنابراین صدمات وارد شده به پی کاهش می یابد. اجرای این ستون در خاک نه تنها باعث جایگزینی خاک ­های سست با مصالح مرغوب می شود بلکه می تواند در ویژگی های خاک و حالت های تنش خاک نیز تغییر ایجاد کند.

ضخیم تر شدن پوسته سخت و غیر¬روان گرا با استفاده از اجرای ستون های شنی

 ظرفیت باربری یک ستون شنی به خصوصیات اصطکاکی سنگ و شن، چسبندگی و اصطکاک خاک اطراف و انعطاف ­پذیری و صلبیت پی نسبت داده می­ شود.

اجرای روش ستون شنی با ایجاد تغییرات زیر در خاک باعث افزایش باربری و کاهش نشست خاک می گردد.

ستون های شنی

شرکت مهندسی آساکو با بهره گیری از امکانات و تجهیزات کامل (وایبروفلوت) و همچنین با در اختیار داشتن متخصصین مجرب و با ­تجربه، قادر به طراحی و اجرای این روش مطابق با جدید­ترین استاندارد ها و با سطح کیفی بسیار بالا در سراسر کشور می­ باشد.

خاک های مناسب برای اجرای ستون های شنی

ستون شنی یک روش تثبیت خاک به روش مکانیکی است که برای اصلاح خاک های نرم و سست مانند رس ها، سیلت ها و ماسه-سیلت، به کار می رود. بیشترین کاربرد اجرای روش ستون شنی در خاک های ماسه ای و همچنین توده های رسی نرم با فشردگی پذیری بالا و مقاومت کم می باشد که عموماً مناطق ساحلی را شامل می شوند.

انواع روش های اجرای ستون شنی

تجهیزات مورد نیاز برای اجرای ستون شنی، بیل مکانیکی همراه با وایبروفلات جهت متراکم کردن شن و مصالح دانه ­ای در خاک می­ باشد.

ستون شنی با روش های مختلفی، بسته به شرایط منطقه و عوامل زیست محیطی و هدف پروژه، اجرا می شود. در زیر روش های اجرای ستون­ شنی ذکر شده است:

ستون های ارتعاشی- جایگزینی

به طور کلی این روش به ساخت ستون های شنی با روش مرطوب و تغذیه از بالا اشاره دارد که برای نفوذ وایبروفلات یا دستگاه لرزاننده در خاک، از جت آب استفاده می ­شود. هنگام نفوذ وایبروفلات بخشی از خاک درمحل، شسته شده، به سطح منتقل می شود و با مصالح پر­کننده (سنگ خرد شده و یا شن) جایگزین می گردد. 

ستون های ارتعاشی- جابجایی

این روش به ساخت ستون های شنی با روش خشک و تغذیه از بالا یا پایین اشاره دارد. در روش جابجایی یا روش خشک وایبروفلات تحت وزن خود و جت فشار هوا به عمق مورد نظر نفوذ می کند. در این روش خاک درجا به سطح منتقل نمی شود، اما توسط مصالح پرکننده (مانند سنگ خرد شده یا شن) جابجا می گردد.

روش¬های تغذیه از بالا و پایین در اجرای ستون های شنی

مراحل اجرای ستون شنی

به طور کلی مراحل اجرای ستون شنی شامل موارد زیر می باشد:

  • جای گیری وایبروفلات در نقطه مورد نظر و پر کردن محفظه آن برای تغذیه ویبراتور
  • نفوذ ویبراتور تا عمق مورد­نظر و ایجاد جابجایی (تراکم) در اطراف خاک
  • پر کردن چاله حفاری از پایین ترین عمق به کمک جت آب یا فشار هوا
  • تکمیل احداث ستون شنی و تسطیح زمین برای آغاز عملیات ساختمانی

مراحل اجرای ستون شنی در خاک

تجهیزات لازم جهت احداث ستون های سنگی

  • دستگاه لرزاننده یا وایبروفلات از نوع الکتریکی یا هیدرولیکی
  • جرثقیل که لوله های حفاری و ویبراتور را کنترل می کند
  • سیستم تزریق شن یا سنگ
  • دستگاه های کنترل کیفیت

تجهیزات مربوط به اجرای ستون شنی

ملاحظات طراحی ستون های شنی

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، ستون های سنگی یا شنی به شکل مثلث متساوی الاضلاع در خاک ایجاد می شوند.

نحوه آرایش ستون های شنی

به علت نشست های یکسان ستون شنی و خاک اطراف، بار به نسبت سختی بین ستون شنی و خاک توزیع می گردد. ستون های شنی به دلیل سختی بیشتر نسبت به خاک اطراف، ظرفیت باربری بیشتری داشته و لذا در آن تمرکز تنش به وجود می آید. 

به منظور ارزیابی کاربرد ستون شنی ارتعاشی، برای سیستم خاک و پی مورد نظر، لازم است ابتد عملکرد خاک اصلاح نشده بررسی و سپس اجرای ستون های شنی در خاک موردنظر برای بهبود ظرفیت باربری، تراکم و نشست ارزیابی شود.

طراحی اولیه ستون های شنی به شرح زیر انجام می شود:

  • تخمین نشست برای شرایط بار­گذاری مورد نظر در خاک اصلاح نشده با استفاده از روش های رایج محاسبات نشست (جهت تعیین لزوم بهسازی).
  • فرض مقادیر نسبت جاگزینی سطح و قطر ستون.
  • تعیین فاصله بین ستون ها بر­اساس نسبت جایگزینی و قطر ستون فرض شده.
  • محاسبه ظرفیت بار­بری ستون ها جهت بررسی برآورده شدن الزامات طراحی پروژه. (در صورت پاسخگو نبودن ظرفیت بار­بری، لازم است قطر جدیدی فرض و مجدداً محاسبات تا برآورده شدن مقاومت مورد نیاز انجام شود.)
  • ارزیابی کل نشست خاکریز پس از اجرای ستون شنی
  • ارزیابی نرخ زمانی نشست (در صورت طولانی بودن زمان نشست لازم است فاصله بین ستون ها تغییر یابد.)
  • در نهایت می بایست محاسبه ظرفیت باربری نهایی جهت بررسی پایداری کل صورت گیرد.

مزایای اجرای ستون های شنی

این روش یکی از اقتصادی ترین روش های تثبیت و بهسازی خاک بوده و با استفاده از مصالح بسیار ارزان قیمت اجرا می شود. از مزایای دیگر این روش عدم نیاز به آبگیری و خاکبرداری بوده و همچنین اجرای آن زمان کوتاهی را درگیر می­ کند و امکان اجرای آن در همه فصول سال میسر است. به طور کلی مزایای استفاده از این روش در زیر آورده شده است:

  • کاهش پتانسیل روان گرایی خاک های غیر­چسبنده
  • افزایش ظرفیت باربری محل، جهت احداث پی سطحی بر روی آن
  • افزایش سختی خاک
  • بهبود شرایط زهکشی
  • کنترل تغییر شکل ها و تسریع فرآیند تحکیم

محدودیت ها

به طور کلی به دلیل نیاز به یک منطقه وسیع برای نگهداری تجهیزات لازم و مصالح مورد استفاده، این روش برای پروژه های کوچک تر و یا در جا­­هایی که دسترسی محلی کمی دارند، عملی نمی باشد.

همچنین به طور جزئی تر، برای اجرای ستون های شنی در رس های حساس محدودیت خاصی وجود دارد. ذرات رس، اطراف ستون های شنی یا سنگی را مسدود کرده و باعث کاهش زهکشی شعاعی می شوند. برای غلبه بر این محدودیت و بهسازی مؤثر در این روش لازم است ستون های شنی با ژئوفوم یا ژئوکامپوزیت های مناسب محصور شوند.

استفاده از محصور کننده در ستون شنی