اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)

توسعه اختلاط خاک خشک در اروپا در اواخر دهه 1960 در اسکاندیناوی آغاز شد، زمانی که روش جدیدی برای تثبیت رس های نرم با آهک بدون آب مورد بررسی قرار گرفت ، استفاده تجاری از روش ستون آهکی در سوئد در سال 1975 برای حفاظت از گود ، تثبیت خاکریزها و پی های سطحی در نزدیکی استکهلم آغاز شد.

اولین پروژه اختلاط عمیق خاک در آمریکا در سال ۱۹۸۶ در زیر سدی واقع در دریاچه جکسون انجام گردید . بعد از اجرای این پروژه، این روش به طور گسترده در بهسازی خاک در این کشور مورد استفاده قرار گرفت به نحوی که انجمن بزرگراه های ایالتی (Federal Highway Administration) در آمریکا در سال ۱۹۹۷ به تدوین آئین نامه ها (FHWA-RD-99-138) و ضوابطی برای اجرای روش اختلاط عمیق پرداخت.

اولین پروژه تجاری با روش ستون سیمان آهکی در فنلاند در سال 1988 و سپس 1990 درسوئد و نروژ با استفاده از پیمانکاران سوئدی انجام شد. در اواسط دهه 1990 به یک فناوری غالب برای بهسازی زمین در اسکاندیناوی تبدیل شد.

تقویت خاک به منظور کاهش نشست و افزایش پایداری خاکریزهای جاده و راه آهن، و رویکردهای اندرکنش خاک/ستون برای خاک های رسی و/یا آلی بسیار نرم و بسیار متراکم مورد توجه قرار گرفت.

اولین کاربرد آن برای کاهش ارتعاشات ناشی از قطارهای سریع السیر در سوئد در سال 2000 انجام شد. در کشورهای اروپایی خارج از اسکاندیناوی، در لهستان از سال 1995 مورد استفاده قرار گرفت. تعداد بیشماری از پروژه ها نیز در بریتانیا و آزمایشات میدانی در هلند و آلمان انجام شد.

اختلاط عمیق خاک (DSM) ) بهبود خواص مقاومتی خاک با مخلوط کردن آن با چسب (دوغاب سیمان، دوغاب خاکستر بادی سیمان یا بنتونیت) است. در نتیجه مخلوط جامدی از خاک و سیمان با مقاومت و پارامترهای مکانیکی بسیار بالاتر ایجاد می شود که این امرمنجر به تقویت خاک می شود.

نصب ستون‌های DSM شامل وارد کردن مته دوار به زیر خاک می‌شود که ساختار خاک را تخریب کرده و آن را با چسب تزریق شده مخلوط می‌کند. فرآیند اختلاط خاک با تزریق چسب سیمان از طریق نازل های واقع در انتهای میله حفاری صورت می گیرد.

مرحله تشکیل ستون پس از رسیدن به عمق طراحی شروع می شود. نکته قابل توجه آن است که زمین بهسازی شده با این روش خود به صورت سازه زیر زمینی عمل می کند که صلبیت بیشتری از خاک اطراف دارد.

1- اختلاط درجا خاک (SSM)

اختلاط درجا خاک یکی روش های کاربردی بهسازی خاک است. می توان از آن برای تثبیت طیف وسیعی از خاک ها از جمله رس های نرم، سیلت ها و ماسه های ریزدانه استفاده کرد. تثبیت خاک های آلی مانند gyttja (خاک آلی رسوبی)، ذغال سنگ نارس و لجن نیز امکان پذیر است، اما دشوارتر است و نیاز به دقت درروش های اجرایی دارد.

با این حال، خواص مهندسی خاک تثبیت شده تنها به ویژگی های چسباننده ( بیندر) بستگی ندارد. تا حد زیادی به ویژگی های ذاتی هر خاک و نحوه رسوب آن و همچنین به شرایط اختلاط در یک کارگاه خاص بستگی دارند.

 

2- اختلاط عمیق خاک (DSM)

این روش برای تثبیت خاک تا حداقل عمق 3 متر استفاده می شود. بیندرها به صورت خشک یا دوغاب از طریق شفت های اختلاط توخالی که با ابزارهای مختلف برش سرپوشیده شده اند و مجهز به اوگر، تیغه های اختلاط یا پدال هستند به خاک تزریق می شوند تا کارایی فرآیند اختلاط را افزایش دهند.

شفت‌ها که در آرایش‌های منفرد یا چندگانه نصب شده‌اند، حول محور عمودی می‌چرخند و ستون‌های مخلوط خاکی منفرد یا همپوشانی ایجاد می‌کنند.

در مورد بازوهای مخصوص برش/اختلاط، مجهز به چرخ های کاتر نصب شده بر روی محورهای افقی برای ایجاد پانل ها یا با یک زنجیر برش گردان برای ایجاد دیواره های پیوسته، دوغاب از طریق لوله های تزریق و خروجی های نصب شده در امتداد بازو پمپ می شود.

در برخی از روش ها، اختلاط مکانیکی با تزریق همزمان دوغاب سیال با سرعت بالا از طریق نازل در ابزار اختلاط یا برش افزایش می یابد. بیندرهای خشک نیز ممکن است قبل از شروع اختلاط عمیق در ترانشه های کم عمق قرار گیرند.