جت گروتینگ چیست؟
یکی از روش های نوین و مبتنی بر تزریق روش جت گروتینگ است. این روش یکی از شیوه های پایدارسازی و افزایش مقاومت و توان باربری خاک به صورت درجا می باشد. تکنیک جت گروتینگ اولین بار در ژاپن مورد استفاده قرار گرفت. ایده برش بوسیله جت آب با فشار بالا در اوایل دهه ۷۰ میلادی برای استفاده در معادن زغال سنگ ایالات متحده و همچنین بریتانیا مطرح شد و پس از آن در اواسط این دهه ژاپنی ها (برادران یاماکادو در سال ۱۹۶۵) از این روش نه فقط برای برش و فرسایش خاک بلکه برای تزریق سیمان نیز استفاده کردند.
در روش اجرای جت گروتینگ پس از حفاری گمانه تا عمق مورد نظر، دوغاب تزریق بهمراه آب و هوای فشرده تحت فشار بسیار زیاد (بین ۲۵۰ تا ۷۰۰ بار) و با سرعت بیش از یکصد متر بر ثانیه از نازل انتهای میله حفاری خارج شده و همزمان با دوران میله حفاری، خاک اطراف محل خروج مخلوط تخریب گشته و با آن آمیخته می شود. این عملکرد باعث ایجاد ستونی با مقاومت بالا از جنس خاک سیمانته شده می گردد.
روش اجرای جت گروتینگ
به طور کلی اجرای روش جت گروتینگ شامل مراحل زیر است:
- حفاری تا عمق مورد نظر با قطر مناسب (حدود ۷۶ تا ۱۱۰ میلیمتر) به روش دورانی و همراه با فشار آب (۲۰ بار) انجام می شود.
- دوغاب مورد نظر در میکسر های اولیه و ثانویه تهیه می شود و آماده تزریق می گردد.
در روش جت گروتینگ یا تزریق پرفشار دوغاب سیمان به صورت دورانی در مراحل مشخص (توقف – تزریق دورانی پرفشار – بیرون کشیدن) انجام می شود. به عنوان مثال ۸ دور در ۴ ثانیه تزریق (با فشار ۳۵۰ تا ۷۰۰ بار) و سپس ۴ سانتی متر بیرون کشی و تکرار. لازم به ذکر است اعداد مذکور نظر به وجود شرایط ژئوتکنیکی مختلف در پروژه های گوناگون برای دستیابی به قطر های مختلف طراحی می گردد. پس از اجرای آزمایشی ستون ها در سایت با اعداد بدست آمده. قطر ستون های اجرا شده اندازه گیری می شود تا مشخصات فنی و اجرائی پروژه حاصل شود.
در زمان تزریق، فشار زیاد جت تزریق قادر است به داخل خاک دیواره گمانه نفوذ کرده و موجب تغییر ساختار خاک گردد. از ترکیب دوغاب سیمان و خاک، ترکیبی خاک – سیمانی پدید می آید که پس از سخت شدن، ستونی مقاوم با مشخصات باربری و ناتراوایی مناسب برای پروژه مورد نظر ایجاد می گردد. شعاعی از خاک که تحت تاثیر تزریق جت قرار گرفته، شعاع تاثیر نامیده می شود و به عواملی نظیر فشار تزریق، زمان تزریق، مقاومت برشی برجای خاک، اندازه نازل ها و وزن مخصوص دوغاب تزریق بستگی دارد.
بطور کلی وابسته به نوع خاک، سه مکانیزم اندرکنشی نشت، فرسایش و برش نشان داده شده در شکل زیر و جدول روبرو می تواند شکل گیرد.
به طور معمول، سه شیوه جهت اجرای تزریق پرفشار وجود دارد که بر اساس تعداد سیال های مورد استفاده، تقسیم بندی می شوند. این سه روش عبارتند از سیستم تک سیال، دو سیال و سه سیال. انتخاب بهترین روش عموماً به نوع خاک، خواص فیزیکی و نوع کاربرد موردانتظار از توده خاک سیمان بستگی دارد.
معمولاً، سه شیوه جهت اجرای تزریق پرفشار وجود دارد که بر اساس تعداد سیال های مورد استفاده، تقسیم بندی می شوند. این سه روش عبارتند از سیستم تک سیال، دو سیال و سه سیال. انتخاب بهترین روش عموماً به نوع خاک، خواص فیزیکی و نوع کاربرد موردانتظار از توده خاک سیمان بستگی دارد.
لازم به ذکر است نوع اتصالات (واترسویل و …) و نازل (مانیتور) در سه روش مذکور متفاوت است.
کاربردها
جت گروتینگ از جمله روش هایی است که در بازه بزرگی از خاک های مختلف کاربرد دارد. در شکل زیر محدوده های عملکرد بهینه روش جت گروت نسبت به روش های مختلف بهسازی و پایدارسازی خاک نشان داده شده است.
جت گروتینگ علیرغم اینکه به عنوان روشی جدید در زمینه بهسازی خاک شناخته می‌شود، کاربردهای بسیار متنوعی دارد که نمونه هایی از آن در زیر عنوان شده است.
- دوخت به کف (Underpinning)
- ترمیم و بازسازی پی ها
- دیوار های نگهبان
- آب بندی گود ها و سازه های زیر سطح آب زیرزمینی
کنترل کیفی
مطابق استانداردهای جهانی (ASCE,EN) کنترل کیفی اجرای ستون های تزریق پرفشار شامل محصول آزمایشی و محصول نهایی می گردد. بدین معنی که در ابتدا ستون های آزمایشی با مقادیر آزمایشی از پارامترهای مختلف نظیر فشار تزریق، گام های تزریق، طرح اختلاط های مختلف و … ساخته می شود. در این مرحله لازم است بطور دقیق، لحظه به لحظه اطلاعات تزریق تثبت گردد. پس از انجام آزمایش های تعیین قطر و مقاومت که برخی از روش های آن در ادامه ارائه شده است، مقادیر پارامترهای فوق با مقادیر هدف طرح کالیبره می شود تا در مرحله بعد با ثابت نگه داشتن آن مقادیر به کیفیت یکنواختی از اجرا و تولید ستون های جت گروت دست یافته شود.
در مرحله ساخت ستون های نهایی، آزمایش ها و کنترل های لازم عبارتند از:
- آزمایش های کنترل مصالح پیش از گیرش
- آزمایش های کنترلی پس از گیرش
- آزمایش های بزرگ مقیاس
مزایا و محدودیت ها
محدودیت های اقتصادی، زمانی و یا محیطی گاهی سبب می شود سایر روش های بهسازی مانند پیش بارگذاری، یا روش های دینامیکی مناسب نباشند. روش تزریق پرفشار به عنوان جایگزینی مناسب برای این روش ها و همچنین روش شالوده های عمیق (اجرای شمع)، قابلیت های خود را به اثبات رسانده است.
متاسفانه با گذشت حدود ۴۰ سال از آغاز بکارگیری این روش در جهان، به دلیل نبود تکنولوژی لازم جهت اجرا، امکان بومی سازی تکنولوژی در ایران فراهم نشده بود. از آنجا که کشور ایران دارای زمین های ساحلی بسیاری با موقعیت استراتژیک ویژه ای در شمال و جنوب است و این زمین ها بدلیل مقاومت کم و ساختار سست و نشست پذیر خود و قرار گرفتن در نواحی زلزله خیز مستعد پدیده هایی نظیر روانگرایی و نشست می باشند، اهمیت بهسازی بستر با توجه به اهداف سازندگی و توسعه کشور نمایان گردیده است.
هم اکنون روش جت گروتینگ که برای بهسازی محدوده وسیعی از مشخصات خاک ها قابل استفاده است، به عنوان گزینه ای مناسب مورد توجه قرار گرفته است و با همت متخصصین ژئوتکنیک و مکانیک ایرانی و با تکیه بر دانش و تجربه چندین دهه خود تمام موانع پشت سر گذاشته شده و سرآغازی بر اجرای این روش نوین در کشور گشوده شده و با اجرای موفق چند پروژه در ایران، نوید توسعه سریع روش جت گروت در کشورمان را به ارمغان آورده شده است.
از جمله مزایای این روش میتوان به موارد ذیل اشاره کرد:
- کاهش نفوذپذیری خاک
- افزایش مقاومت خاک
- کاهش نشست خاک بر اثر سربار
- جلوگیری از روانگرایی
- اصلاح زمین بصورت درجا
- تبدیل زمین به بخشی از سیستم خاک – سازه
- امکان کنترل و تایید کیفی کار
- هزینه کمتر تجهیز کارگاه نسبت به موارد مشابه نظیر اجرای شمع
- سرعت اجرای بسیار بالا
- هزینه اجرای کمتر نسبت به موارد مشابه
- تولید صدا و ارتعاش کمتر در محیط شهری نسبت به روش های مشابه
