تثبیت لایه های خاكریز

تثبیت لایه های خاكریز و روسازی راه ها:

تثبیت خاك به اصلاح و بهبود خواص فیزیكی و مهندسی آن برای تامین یك رشته اهداف از پیش تعیین شده اطلاق می شود. تثبیت خاكها به طرق گوناگون نظیر روش های مكانیكی، شیمیایی، فیزیكی، بیولوژیك (رویاندن گیاه) و روش الكتریكی امكان پذیر است. برخی از خاكها به علت مشخصات فنی نامطلوب و یا دارا بودن مقادیر قابل توجهی رس یا لای برای عملیات راه سازی نا مرغوب محسوب می شود.

اهم اهداف تثبیت خاك تامین یك یا تعدادی از موارد زیر است:

استفاده های موثر از قرضه های جانبی
اصلاح خاكهای نرم و كم مقاومت
افزایش دوام خاك
افزایش مقاومت باربری خاك
كاهش نفوذپذیری
كاهش تورم و انقباض خاك
كاهش رطوبت خاك
كاهش دامنه خمیری خاك
جلوگیری از فرسایش خاك
كاهش ضخامت لایه های روسازی
ایجاد لایه های اساس و زیراساس با قابلیت باربری بیشتر
بازسازی روسازی های فرسوده با استفاده از مصالح موجود
آماده سازی محوطه ای برای اجرای آسانتر عملیات ساختمانی
كاهش گرد و غبار
صرفه جوئی در مصرف مصالح
صرفه جوئی در مصرف انرژی
تسریع در عملیات اجرائی

تثبیت خاك و مصالح دانه ای با آهك:

آهك انواع مختلف دارد كه متداولترین:

الف: آهك زنده (CaO)
ب: آهك شكفته (Ca(OH)2)
ج:آهك زنده دولومیتی (CaO+MgO)
د: آهك شكفته دولومیتی ((Mg(OH)2 or Ca(OH)2)

آهك زنده ماده ای است با رنگ متمایل به سفید كه درجه ذوب آن بین 2580 تا 2750 درجه سانتیگراد متغیر است. وزن مخصوص آهك زنده بین 3.1 تا 3.3 گرم بر سانتیمتر مكعب می باشد.
آهك زنده در مقایسه با آهك شكفته تغییر حجم بیشتری دارد. بطور متوسط تغییر حجم آهك زنده به آهك شكفته 2.5 تا 3 برابر بیشتر است. تبدیل آهك زنده به آهك شكفته همراه با تغییر در وزن مخصوص آن انجام می شود، بطوری كه پس از شكفته شدن وزن مخصوص آن به حدود 2.2 تا 2.4 گرم بر سانتیمتر مكعب كاهش می یابد.
بطور كلی آهك زنده ماده تثبیت كننده مؤثری نسبت به آهك شكفته است و اگر بصورت دوغاب به خاك اضافه شود مقاومت بیشتری را نسبت به موقعیكه به صورت پودر اضافه می شود ایجاد می كند.

خاك مناسب برای تثبیت با آهك:

آهك اصولاً برای تثبیت خاكهای ریزدانه كه دامنه خمیری آنها بزرگتر از 10 و خاكهای رسی خیلی خمیری ( PI > 35) مناسب است. آهك برای تثبیت خاكهایی كه حاوی مقدار بیش از دو درصد مواد آلی و همچنین حاوی مقدار بیش از نیم درصد سولفات قابل حل در آب می باشند مناسب نیست.

بطور كلی خاكهایی كه در طبقه بندی یونیفاید در گروههای SP-SC, CH-, CL, MH, GW-GC, GP-GC, GM-GC, SM-SC, SC, SM, SW-SC و یا در طبقه بندی اشتو در گروههایA4 -A5- A6- A7 و A2 قرار دارند قابلیت تثبیت شدن با آهك را دارا هستند.

تجربه نشان داده است خاكهایی كه PH آنها كمتر از 7 است و یا حاوی مقدار بیش از یك درصد مواد آلی كربن دار هستند و واكنش خوبی با آهك ندارند.

طرح تثبیت خاك با آهك:

هدف اصلی از طرح تثبیت خاك با آهك تعیین درصد آهك مناسب برای خاكی با مشخصات معین است كه باید در شرایط مشخصی از نظر قرارگیری لایه در زیر سازی و یا روسازی و شرایط محیطی منطقه ای كه راه از آن می گذرد استفاده شود. متغیر اصلی در طرح تثبیت یك خاك معین درصد آهك است زیرا خصوصیات و ویژگیهای خاك ثابت است.
درصد مناسب آهك بایستی پس از ارزیابی تاثیر درصدهای مختلف آهك بر مشخصات فنی مورد نظر خاك تثبیت شده با آهك تعیین شود. درصد تثبیت آهك برای تثبیت خاكها برحسب درصد وزنی خاك خشك تعیین می شود.

طرح تثبیت خاك با آهك در آزمایشگاه با توجه به معیارهای طرح شامل مراحل زیر است:

1- آماده كردن نمونه ها
2- عمل آوردن نمونه ها
3- انجام آزمایشهای لازم
4- تعیین درصد آهك مناسب

آماده كردن مخلوطهای خاك و آهك به این ترتیب انجام می شود كه ابتدا مقدار معینی خاك و آهك بصورت خشك با یكدیگر مخلوط شده و سپس مقدار آب لازم به آن اضافه شده و به خوبی مخلوط می شوند.نحوه تراكم و وزن مخصوص نمونه های متراكم شده باید كنترل شود.
دما، رطوبت و مدت زمان عمل آوردن نمونه های آزمایشی نیز باید كنترل شود. در مواردیكه مقاومت آنی مخلوط خاك و آهك مورد نظر است عمل آوردن نمونه ها لزومی نداشته و پس از تراكم نمونه ها می توان آزمایشهای لازم را بر روی آنها انجام داد.

بطور معمول و در صورتیكه مقاومت آنی مخلوط خاك و آهك مورد نظر نباشد نمونه های خاك تثبیت شده با آهك باید قبل از انجام آزمایشهای لازم بر روی آنها به مدت 28 روز در دمای 23 درجه سانتیگراد عمل آورده شوند. شرایط عمل آوردن تسریع شده نیز شامل عمل آوردن نمونه ها به مدت 48 ساعت در دمای 50 درجه سانتیگراد است. توصیه می شود كه برای جلوگیری از كربناته شدن آهك و همچنین جلوگیری از كاهش رطوبت نمونه ها عمل آوردن نمونه ها در پوشش های پلاستیكی و یا ظروف دربسته انجام شود.

تعیین درصد آهك مناسب:

روشهای زیادی برای طرح مخلوطهای خاك و آهك وجود دارد كه از نظر هدف و منظور از تثبیت خاك می توان آنها را به دو گروه تقسیم كرد. گروه اول شامل روشهایی است كه هدف از تثبیت خاك كاهش خواص خمیری كاهش تورم و یا افزایش مقاومت آنی است. گروه دوم شامل روشهایی است كه هدف اصلی از تثبیت خاك افزایش مقاومت و دوام مصالح است.

برای تعیین درصد آهك مناسب جهت اصلاح خواص خمیری خاكهای ریزدانه، ابتدا خاك و آهك و آب با یكدیگر بخوبی مخلوط و سپس به مدت یك ساعت به همان حالت شل رها می شود تا واكنشهای آنی بین خاك و آهك به وقوع بپیوندند. درصد آهك مناسب برای یك خاك درصد آهكی است كه دامنه خمیری یا حد روانی مورد نظر را تامین نماید.

برای ارزیابی و بررسی افزایش CBR خاكها و همچنین تعیین درصد تورم خاكهای اصلاح شده با آهك از آزمایش CBR استفاده می شود.

برای تعیین درصد آهك مناسب جهت افزایش مقاومت از نتایج آزمایش فشاری تك محوری بر روی نمونه های خاك تثبیت شده با آهك استفاده می شود. نحوه انجام این آزمایش به این ترتیب است كه ابتدا آب و آهك بخوبی با یكدیگر مخلوط شده و سپس با استفاده از روش تراكم اشتو T-99 نمونه های استوانه ای شكل ساخته می شوند. نمونه های بدست آمده به مدت و دمای مورد نظر در این آزمایش عمل آورده شده و سپس تحت آزمایش فشاری تك محوری قرار می گیرد.

عملیات اجرایی تثبیت خاك با آهك:

مراحل اجرایی عملیات تثبیت خاك با آهك شامل آماده كردن خاك، پخش آهك، اختلاط و آب پاشی، كوبیدن و تسطیح و عمل آوردن مخلوط می شود.

آماده كردن خاك:

در هنگام شخم زنی و پس از آن و همچنین در حین خرد و نرم كردن خاك باید كلیه مصالح نامناسب نظیر ریشه و كنده درختان، مواد كودی و گیاهی، دانه های بزرگ تر از 63 میلیمتر و سایر مواد زاید جمع آوری و خارج شوند بطوریكه خاك آماده شده عاری از هر گونه مواد زاید خارجی باشد. مرطوب كردن خاكهای خشك قبل از عملیات شخم زنی نیز باعث تسهیل در این عملیات می شود. بطور كلی لازم است كه حدود 0.5 سانتیمتر از سطح لایه تثبیت شده خاك با آهك با استفاده از تیغه گریدر تراشیده می شود زیرا كیفیت این مصالح كه در معرض هوا قرار دارد بدلیل كربناته شدن مرغوب نیست.

پخش آهك:

پخش آهك برروی خاك آماده شده به طرق مختلف كه عبارتند از: پخش دستی با وسایل مكانیكی بصورت خشك یا دوغاب و یا تزریق با فشار امكان پذیر است.

پخش آهک خشک کیسه ای بصورت دستی

پخش آهک خشک با ماشین مجهز به سیستم هوای فشرده و هم زن مکانیکی

پخش آهک زنده با ماشین کمپرسی

پخش دوغاب آهک با تانکر مجهز به هم زن مکانیکی

پخش دوغاب آهک با ماشین مجهز به تلمبه مداربسته

اختلاط خاك و آهك:

به سه روش خاك و آهك با یكدیگر مخلوط می شود. این روشها عبارتند از: روش اختلاط در محل، روش اختلاط در كارخانه و روش تزریق با فشار. روش اخیرالذكر بیشتر برای پایداری پی ساختمانها و پلها كاربرد دارد.

اختلاط خاک و آهک با شخم زدن دیسک دار

اختلاط خاک و آهک با مخلوط کن دوار

آبپاشی برای عمل آوردن خاک بستر تثبیت شده با آهک

كوبیدن مخلوط خاك آهك آماده شده باید بلافاصله پس از آن كه مخلوط خاك و آهك بخوبی آب پاشی و مخلوط انجام شود. كوبیدن و متراكم كردن در دو یا سه مرحله انجام میشود. برای مرحله اول كوبیدن مصالح تثبیت شده بهتر است كه از غلطك های پاچه بزی لرزنده استفاده شود و عملیات تراكم تا زمانی كه دیگر پاچه های غلطك در مصالح كوبیده شده فرو نرود ادامه داشته باشد. برای مرحله دوم غلطك زنی از غلطك های چرخ لاستیكی استفاده شود. در برخی موارد ممكن است از غلطك های چرخ فولادی برای مرحله سوم و كوبیدن نهایی مصالح تثبیت شده با آهك استفاده شود.

تثبیت لایه های خاكریز