جت گروتینگ (Jet-Grouting) یا تزریق پرفشار که در سال‌های اخیر علاقه‌مندان بسیاری یافته است، یکی از ایمن‌ترین روشهای تثبیت و بهسازی خاک بوده که توانایی حل بسیاری از مشکلات ژئوتکنیکی را فراهم می‌سازد. این روش نوآورانه و مبتنی بر تزریق در پایدارسازی و افزایش مقاومت و توان باربری خاک به‌صورت درجا به کار گرفته می‌شود.
برای انجام این عمل، از جت‌های پرفشار با سرعت بالا و جت‌های فرسایش آب یا هوا برای تزریق گروت در خاک استفاده می‌گردد. به این صورت که پس از حفاری گمانه تا عمق موردنظر، مخلوط تزریقی از دوغاب، آب و هوای فشرده با فشار بسیار زیاد (بین ۲۵۰ تا ۷۰۰ بار) و با سرعت بیش از یک‌صد متر بر ثانیه، از نازل انتهای میله حفاری خارج می‌شود.
در همان زمان که میله حفاری دوران می‌یابد، خاک اطراف محل خروج تخریب شده و با مخلوط تزریقی آمیخته می‌گردد. این عملیات ستونی با مقاومت بسیار بالا از خاک سیمانته ایجاد می‌کند.
در این حالت، خاک با استفاده از تزریق گروت بهبودیافته و قسمت‌های سست و ضعیف با دوغاب سیمانی جایگزین می‌شوند. این روش اکنون در داخل کشور نیز توسط کارفرمایان و مهندسان ژئوتکنیک متخصص و حرفه‌ای، مورد توجه قرار گرفته و جایگاه خود را در میان روشهای بهسازی خاک مانند اختلاط عمیق خاک و میکروپایل داراست.
تاریخچه جت گروتینگ
در دهه ۸۰ میلادی، این تکنیک در آمریکا مورد توجه واقع شد و در ابتدا، بیشتر برای اصلاح ویژگی‌های خاکهای سطحی به‌منظور ساخت فونداسیون‌های سازه‌های بزرگ به کار می‌رفت؛ اما شروع کندی داشت و با چالش‌ها و موانعی روبرو شد. اصلی‌ترین دلیل این مسئله عدم شناخت کافی از این تکنولوژی بود. بااین‌حال، پس از مدتی، این متد در جوامع مهندسی ایالات‌متحده و سپس در کانادا، تدریجاً مورد استفاده قرار گرفت.
این پیشرفت به این دلیل بود که تزریق پرفشار نسبت به روشهای دیگر برای حل مشکلاتی همچون نگهداری و آب‌بندی گودها، کنترل آب زیرزمینی، حفاظت از پل‌ها در برابر شستگی، پایدارسازی شیب‌ها و مقاوم‌سازی خاک زیر فونداسیون‌های ساختمان‌های قدیمی، راه‌حل‌هایی عملی‌تر، کاراتر و اقتصادی‌تر ارائه می‌داد. همچنین، در همین دوره زمانی، جت‌گروتینگ در بسیاری از کشورهای آمریکای جنوبی، به‌ویژه در برزیل، توسط مهندسان با استقبال ویژه‌ای مواجه شده بود.
کاربرد جت گروتینگ
روش تزریق پرفشار، برای بهسازی و پایدارسازی خاک در محدوده وسیعی از انواع خاک‌ها مورداستفاده قرار گرفته و به‌عنوان یک تکنولوژی قدرتمند، شناخته می‌شود. در ادامه، به چند مورد از کاربردهای این روش اشاره خواهیم کرد:
- ترمیم و بازسازی پی‌ها
- پایدارسازی شیروانی‌ها
- تثبیت خاک و سنگ اطراف تونل
- جایگزینی برای شمع در برخی موارد
- دوخت به کف (Underpinning)
- استفاده به‌عنوان پی سازه در خاکهای سست
- ساخت دیوار آب‌بند برای سدها و خاک‌برداری
- پایدارسازی گود با استفاده از اجرای سازه نگهبان
- آب‌بندی گودها و سازه‌های زیر سطح آب زیرزمینی
- ترمیم و بیشتر کردن ظرفیت باربری برای پی‌های سازه‌ها
- کنترل و کاهش خطر روانگرایی در خاکهای سست و اشباع
این کاربردها نشان از تنوع و کارایی بالای جت گروتینگ به‌عنوان یک روش پیشرفته در بهسازی و پایدارسازی خاک دارد.
مبانی و اصول تزریق پرفشار
هدف اساسی در طراحی و بهره‌مندی از ستون‌های جت گروتینگ افزایش ظرفیت باربری خاک در مقابل فشار و برش، کاهش نشست، مقابله با اثرات روانگرایی و کاهش نفوذپذیری خاک است. در دستیابی به هر یک از این اهداف، مطابق با روابط محاسبات مربوطه اجرا می‌شود.
به‌طورکلی، می‌توان رفتار ستون‌های جت گروتینگ را با در نظر گرفتن مقاومت جدار و نوک، به لحاظ ژئوتکنیکی مشابه شمع در نظر گرفت. مطابق با روند طراحی ستون‌های اختلاط عمیق، ظرفیت این ستون‌ها عبارت است از حداقل ظرفیت ژئوتکنیکی و سازه‌ای که مجاز است.
در تعیین ظرفیت سازه‌ای ستون‌ها، مقاومت فشاری محصور نشده، مخلوط خاک و سیمان حاصل از این روش به‌ویژه اهمیت بسیاری دارد. برآورد ظرفیت سازه‌ای ستون‌ها می‌تواند با بررسی مقاومت تک‌محوره حاصل از ستون‌ها و یا با اجرای بارگذاری بزرگ مقیاس بر روی ستون‌ها انجام شود.
نکته حائز اهمیت این است که می‌توان یکی از ستون‌ها را به‌صورت آزمایشی در خاک پروژه اجرا کرد و مقاومت ۲۸ روزه نمونه‌های اخذ شده از اعماق مختلف را اندازه‌گیری نمود. در نهایت، با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌ها، طرح ابتدایی را اصلاح کرد. لازم به ذکر است که مقاومت فشاری خاک سیمان به‌طور مستقیم با ویژگی‌های خاک و نسبت سیمان مورد استفاده در گروت مرتبط است.
روش اجرای کار
روش اجرای جت گروتینگ با استفاده از فرآیند انجمادی به‌صورت هم‌زمان، باعث افزایش مقاومت، کاهش نفوذپذیری و کاهش پتانسیل نشست خاک می‌گردد. در این روش، ابتدا دستگاه به عمق موردنظر در داخل خاک نفوذ می‌کند. سپس جت دوغاب سیمان از نوک حفار با فشار بالا به سمت بیرون پرتاب می‌شود.در همان لحظه که جت خروجی، خاک محل را تزریق می‌کند، حفار با سرعت مشخصی دوران انجام می‌دهد. این فرآیند باعث ایجاد اثر تخریب و اختلاط در خاک شده و درنتیجه خاک به‌صورت درجا، تثبیت می‌گردد.
در این زمان، بخشی از خاک که تحت تأثیر تزریق جت قرار گرفته و وابسته به عواملی نظیر فشار و زمان تزریق، مقاومت برشی خاک، اندازه نازل‌ها و وزن مخصوص دوغاب تزریق است را، شعاع تأثیر، می‌نامند. این روش، با ترکیب انجمادی، از مزایای افزایش مقاومت و بهبود ویژگی‌های خاک به‌صورت یکپارچه بهره‌مند می‌شود.
در جت گروتینگ که تنها با استفاده از ابزارهای پیشرفته قابل‌اجراست، توده‌ها یا به عبارتی ستون‌هایی مدفون از مخلوط خاک و سیمان با استفاده از پمپ تزریق مخصوص با فشار بسیار بالا (فشار ۳۰۰ تا ۸۰۰ بار) در محل تولید می‌شود.
یکی دیگر از بزرگ‌ترین مزایای استفاده از روش جت گروت، قابلیت تحکیم در زمین با وجود آب زیرزمینی است. وجود این آب‌ها در خاک، باعث ایجاد هیچ‌گونه مشکلی در اجرای جت گروتینگ نمی‌شود و این امر یکی از ویژگی‌های برجسته تزریق پرفشار محسوب می‌گردد.
لازم به ذکر است که با تغییر پارامترهای متنوع ازجمله افزودنی‌های مختلف به دوغاب و حتی مسلح کردن ستون جت گروت، می‌توان دامنه کاربرد این تکنیک را وسعت و تنوع بیشتری بخشید.
سه روش اجرای تزریق پرفشار شامل، سیستم تک سیال، دو سیال و سه سیال هستند که بر اساس تعداد سیال‌های مورد استفاده تقسیم‌بندی می‌شوند. انتخاب بهترین روش عموماً به نوع خاک، ویژگی‌های فیزیکی و نوع کاربری مورد انتظار از توده خاک سیمان بستگی دارد.
انواع تزریق پرفشار
تزریق پرفشار بر مبنای تعداد سیال‌های استفاده شده به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:
- سیستم تک سیاله: در این روش، سیالی که با فشار و سرعت زیاد به داخل خاک تزریق می‌شود، به‌عنوان گروت عمل می‌کند. در این سیستم، تزریق پرفشار تنها بخشی از ساختار خاک را سیمانته کرده و تأثیر آن فقط در محدوده‌ی مشخصی از زیرساخت خاکی ایجاد می‌شود.
- سیستم دو سیاله: در دو سیاله، گروت سیمانی به همراه مخلوط هوای فشرده با فشار بالا در خاک تزریق می‌شود. این سیستم با ایجاد ستون‌های سیمانی با قطر بزرگ‌تر، موجب بهسازی بیشتر ساختار خاک گشته و تأثیر آن در مساحت وسیع‌تری احساس می‌گردد.
- سیستم سه سیاله: جت گروت در این روش، علاوه بر تزریق گروت سیمانی، با انجام عمل خاک‌برداری، توسط تزریق هم‌زمان آب‌وهوای فشرده در خاک، انجام می‌شود. این سیستم نسبت به دو روش قبلی، در بهسازی خاک و بهبود پارامترهای آن، تأثیر بیشتری دارد.
مزایای جت گروتینگ
فرآیند جت گروتینگ یا تزریق با فشار بالا، گاهاً به‌عنوان یک جایگزین مؤثر برای روشهای بهسازی مانند پیش بارگذاری، استفاده از شمع و متد دینامیکی نیز معرفی می‌گردد. در مقابل بسیاری از روشهای بهسازی و پایدارسازی خاک، جت گروتینگ قابل استفاده در دامنه‌ی گسترده‌تری از انواع خاک‌ها است. تزریق پرفشار، به‌خصوص در سنگ‌های نرم و خاکهای دانه‌بندی با قطر بزرگ‌تر از ۳۰۰ میلی‌متر به کار گرفته شده و نتایج مثبتی از عملکرد آن گزارش می‌شود.
با توجه به وجود خاکهای ساحلی سست و نشست پذیر در ایران که به پدیده‌های روانگرایی و نشست مستعد هستند، نیاز به بهسازی بستر به‌وضوح مشهود است. روش تزریق پرفشار، با امکان استفاده در بازه وسیعی از انواع خاک، به‌عنوان یک گزینه مناسب جهت بهسازی چنین خاک‌هایی در نظر گرفته می‌شود.
ازجمله مزایای این تکنیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش مقاومت خاک
- جلوگیری از روانگرایی
- سرعت اجرای بسیار بالا
- کاهش نفوذپذیری خاک
- اصلاح زمین به‌صورت درجا
- امکان کنترل و تأیید کیفیت کار
- کاهش نشست خاک براثر سربار
- تبدیل زمین به بخشی از سیستم خاک – سازه
- اجرای پروژه با هزینه کمتر نسبت به پروژه‌های مشابه
- هزینه کمتر تجهیز کارگاه نسبت به موارد مشابه مانند اجرای شمع
- کاهش تولید صدا و ارتعاش در محیط‌های شهری نسبت به روشهای مشابه
تجهیزات اجرا
تجهیزات اصلی برای اجرای جت گروتینگ، عبارت‌اند از:
- سیلو
- تجهیزات اختلاط
- پمپ با فشار بالا
- تجهیزات حفاری
- کمپرسور (روش دو سیاله و سه سیاله)
- سیستم پمپاژ مخلوط تزریق با استفاده از روش تزریق تک‌سیاله و دو سیاله.
همه این تجهیزات به‌طور هماهنگ برای انجام روند جت گروتینگ با کارایی بالا و کنترل دقیق مواد به کار گرفته می‌شوند.
کنترل کیفی
یکی از جنبه‌های حیاتی در فرآیندهای پایدار کردن و بهسازی خاک و همچنین جت گروتینگ، بررسی شرایط نهایی اجرا است که به این عمل کنترل کیفی گفته می‌شود. این بررسی، تجسم و اعتبارسنجی فرضیات طراح را در محل اجرای پروژه، مورد آزمون قرار می‌دهد. طبق استانداردهای جهانی مانند ASCE و EN، کنترل کیفی در روش جت گروتینگ بر روی ستون‌های آزمایشی و اصلی به‌راحتی قابل اجرا است.
برای این منظور، این ستون‌ها، با مقادیر متفاوت فشار تزریق، گام‌های مختلف تزریق و طرح‌های مختلف اختلاط اجرا شده و اطلاعات تزریق به‌دقت ثبت می‌گردد. پس از تعیین قطر و مقاومت ستون‌های آزمایشی، مقادیر پارامترهای ستونی که قطر و مقاومت معادل فرضیات طراحی را داشته انتخاب و ستون‌های تزریق پرفشار پروژه با این پارامترها اجرا می‌گردد.
آزمایش‌ها و کنترل‌های لازم در مرحله ساخت ستون‌های نهایی، به شرح زیر هستند:
- آزمایش برای کنترل کردن مصالح، قبل از گیرش
- آزمایش‌های کنترل بعد از گیرش
- آزمایش بزرگ مقیاس
ارائه خدمات ژئوتکنیک توسط سانا پی
با توجه به فراوانی زمین‌های ساحلی در شمال و جنوب ایران، استفاده از روشهای بهسازی برای این مناطق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. خصوصاً با در نظر گرفتن میزان زلزله‌خیز بودن کشورمان، این روش‌ها به‌عنوان یک راهکار مؤثر در کاهش پتانسیل روانگرایی و جلوگیری از مشکلات ناشی از آن، بیش‌ازپیش اهمیت می‌یابد.
امروزه، با تلاش و تخصص کارشناسان ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایرانی، که از دانش و تجربه چندین دهه‌ای برخوردارند، تمام موانع در مسیر اجرای روشهای نوین بهسازی زمین پشت سر گذاشته شده است. آغاز موفق اجرای پروژه‌های مختلف با استفاده از روش جت گروتینگ نشانگر ارتقاء سریع این تکنولوژی در کشور ما بوده و امیدوارم که این توسعه به سمت بهبود استحکام سازه‌ها و کاهش آسیب‌پذیری آن‌ها در برابر زلزله ادامه یابد.
گروه مهندسی سانا پی، با بهره‌گیری از دانش فنی و اجرایی و با تیمی متشکل از مهندسین و فارغ‌التحصیلان دانشگاه‌های برجسته کشور، در زمینه صنعت ساختمان، حرفه‌ای‌ترین خدمات را ارائه می‌دهد. این مجموعه از ابتدا، خدمات آزمایشگاهی، مدیریت پروژه و طراحی خود را با استفاده از آخرین استانداردها و روشهای اجرایی و با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و برقراری ارتباط فعّال با دانشگاه‌ها و سایر ارگان‌های علمی کشور انجام داده و توانسته است به‌عنوان یکی از پیشتازان در عرصه مهندسی و ساختمان شناخته شود.
