طرح تثبيت بستر خاکریز

طرح تثبيت بستر خاکریز 

 

 1-1- تعريف تثبيت        

تثبيت خاك به اصلاح و بهبود خواص فيزيكي و مهندسي خاک براي تامين يك رشته اهداف از پيش تعيين شده اطلاق مي­شود. تثبيت خاكها به روشهای مختلفی از قبیل مكانيكي، شيميايي، فيزيكي، بيولوژيك (روياندن گياه)، و روش الكتريكي امكان پذير است.

1-2- اهداف تثبيت

برخي از خاكها به علت مشخصات فني نامطلوب و يا دارا بودن مقادير قابل توجهي رس يا لاي براي عمليات راه­سازي نامرغوب محسوب مي­شود.
مهمترین اهداف تثبيت خاك تامين يك يا چند آیتم از موارد زير است:

• استفاده­هاي موثر از قرضه­هاي جانبي
• اصلاح خاكهاي نرم و كم مقاومت
• افزايش دوام خاك
• افزايش مقاومت باربري خاك
• كاهش نفوذپذيري
• كاهش تورم و انقباض خاك
• كاهش رطوبت خاك
• كاهش دامنه خميري خاك
• كاهش ضخامت لايه­هاي روسازي
• جلوگيري از فرسايش خاك
• ايجاد لايه هاي اساس و زيراساس با قابليت باربري بيشتر
• بازسازي روسازي هاي فرسوده با استفاده از مصالح موجود
• آماده سازي محوطه اي براي اجراي آسانتر عمليات ساختماني
• كاهش گرد و غبار
• صرفه جوئي در مصرف مصالح
• صرفه جوئي در مصرف انرژي
• تسريع در عمليات اجرائي

 

2- انواع مواد تثبيت كننده خاك

براي تثبيت خاك از مواد تثبيت كننده نظير سيمان، آهك، قير، كلرور كلسيم يا سديم استفاده مي­شود. انتخاب نوع ماده تثبيت كننده به عوامل زيادي از قبيل جنس خاك، شرايط جوي منطقه، ميزان آمد و شد، هدف از انجام تثبيت خاك و هزينه عمليات بستگي دارد.

تعيين مقدار ماده تثبيت كننده مورد لزوم به كمك آزمايش (مقاومت و دوام) انجام مي­شود. سيمان يكي از موادي است كه از آن براي تثبيت خاكها و مصالح سنگي استفاده مي شود. از سيمان همچنين براي تثبيت       رويه­ هاي شني و بهسازي آنها براي آمد و شدهاي زياد استفاده مي­شود. معمولا هرنوع خاكي نظير شن و ماسه، خاكهاي ماسه­اي خاكهاي لاي دار و خاكهاي رسي با حد رواني كم را مي­توان با استفاده از سيمان تثبيت كرد، ليكن خاكهاي آلي به هيچ وجه مناسب برای تثبيت با سيمان نيستند. آهك ماده ديگري است كه از آن براي تثبيت خاكها استفاده مي­شود. بكار بردن آهك شكفته براي تثبيت خاكهاي شني رس دار سبب افزايش مقاومت خاك مي­شود. ايرانيان از قديم آهك را مي­شناختند و براي بالا بردن مقاومت خاك از آن استفاده مي­كردند         (شفته آهكي و بتن آهكي). افزايش مقاومت خاك تثبيت شده با آهك به علت تركيب دوغاب آهكي با كاني­هاي رسي و تشكيل سيليكات و آلومينات كلسيم است كه سبب چسباندن دانه ­هاي خاك و سنگ به يكديگر مي­شود.

ماده ديگر تثبيت كننده خاك قير است كه از آن براي تثبيت خاكهايي كه مقدار ريز دانه آنها خيلي زياد نبوده و خواص خميري آنها كم مي باشد استفاده مي­شود.

2-1-تثبيت خاك با سيمان

            هدف از طرح تثبيت خاك با سيمان ، تعيين درصد سيمان براي خاكي با مشخصات معين است. درصد سيمان انتخاب شده نه تنها بايد اهداف تثبيت خاك را تامين كند بلكه بايد از نظر اقتصادي نيز توجيه پذير باشد.

درصد سيمان اوليه تثبيت براي خاكها علائه بر هدف تثبيت خاك بستگي به دانه بندي و درصد ريزدانه خاك دارد . بطور كلي درصد سيمان لازم با افزايش درصد رس و لاي در خاكها افزايش مي يابد. معمولاً درصد سيمان لازم براي تثبيت خاكهاي شني و ماسه اي خوب دانه بندي شده كمتر از خاكهاي شني و ماسه اي بد دانه بندي شده است. پس از آنكه درصد سيمان براي تثبيت يك خاك تخمين زده باشد بايد  نمونه هايي با درصدهاي مختلف سيمان ساخته شود و در آزمايشگاه مشخصات فني خاك تثبيت شده با سيمان مورد بررسي و ارزيابي قرار گيرد و با توجه به اهداف تثبيت درصد سيمان لازم انتخاب شود.

2-1-1- خاكهاي مناسب جهت تثبيت با سيمان

       بطور كلي چنانچه دامنه خميري خاك بيش از 30 باشد عمل اختلاط خاك با سيمان دشوار بوده و تثبيت بخوبي انجام نمي گيرد. در اينگونه موارد چنانچه تثبيت خاك با سيمان همچنان مد نظر باشد بهتر است كه براي پايين آوردن خواص خميري خاك ابتدا از آهك و سپس از سيمان براي تثبيت خاك استفاده مي شود. درصد سيمان براي تثبيت خاكهاي خوب دانه بندي شده كه داراي ضريب يكنواختي بزرگتر از 5 هستند ( نظير شن و ماسه ) به مراتب كمتر از خاكهاي ريزدانه بد دانه بندي شده مي باشد.

2-1-2- تعيين درصد سيمان لازم

       معمولاً از سه روش آزمايش متداول و استاندارد شده كه عبارتند از: وزن مخصوص- درصد رطوبت((((ASTM D558 آزمايش تر و خشك شدن (ASTM   D559) و آزمايش يخبندان و ذوب((ASTM ((D560 براي درصد سيمان لازم به منظور تثبيت خاكها با سيمان استفاده مي شود

2-1 -3- عمليات اجرايي تثبيت خاك با سيمان

       مراحل عمليات اجرايي تثبيت خاك با سيمان مشابه مراحل عمليات اجرايي تثبيت خاك با آهك است با اين تفاوت كه سيمان يك ماده زودگير است و به همين دليل بايد طول راه بايد به قطعات كوچك تقسيم شود تا بتوان تمام عمليات تثبيت خاك با سيمان از جمله كوبيدن و تراكم نهايي خاك را قبل از گيرش سيمان به پايان رساند. اين طول بين100 تا 450 متر بوده و بستگي به روش انجام عمليات تثبيت خاك با سيمان ، درجه حرارت و رطوبت هوا، ضخامت لايه، نوع و تعداد ماشين آلات و تجربه فني افراد دارد . مدت اجراي عمليات ساختماني هر قطعه براي هر يك از لايه هاي روسازي از زمانيكه سيمان به مصالح اضافه مي شود تا پايان عمليات تراكم نبايد از 5 ساعت تجاوز كند.

عمليات تثبيت خاك با سيمان نبايد به هيچ وجه در هواي سرد و تا زمانيكه خاك يخ زده است انجام شود. زمان مناسب براي تثبيت خاك با سيمان از موقعي از سال است كه در آن درجه حرارت هواي محل پروژه بيشتر از 7 درجه سانتيگراد باشد و حداقل مدت يك هفته گرم باقي بماند.

مراحل و عمليات اجرايي تثبيت خاك با سيمان شامل آماده كردن خاك پخش سيمان ، اختلاط و آبپاشي، كوبيدن و تسطيح و عمل آوردن خاك تثبيت و متراكم شده با سيمان است.

2-1-4- آماده كردن خاك   

       آماده كردن خاك براي تثبيت با سيمان شامل شيار دادن و شخم زدن خاك با استفاده از شانه گريدر يا تراكتور شخم زدن به ضخامت و عمق مندرج در نقشه هاي اجرايي و همچنين خرد و نرم كردن كلوخه هاي خاك مي شود.

پس از خرد و نرم كردن خاك بايد كليه مواد گياهي و دانه هاي سنگي بزرگتر از 75 ميليمتر جمع آوري و از خاك خارج شوند بطوريكه خاك آماده شده عاري از هرگونه مواد زائد خارجي براي پخش سيمان باشد.

 2-1-5- پخش سيمان

        پخش سيمان بر روي خاك آماده شده عيناً مشابه پخش آهك بر روي مصالح انجام مي شود و ممكن است بصورت دستي و يا با استفاده از پخش كننده هاي مكانيكي بصورت خشك يا دوغاب انجام شود.پخش سيمان در دماي كمتر از 5 درجه سانتيگراد و هواي باراني به هيچ وجه مجاز نيست.

2-1-6- اختلاط خاك با سيمان

        اختلاط خاك با سيمان در محل با استفاده از تيغه گريدر و يا مخلوط كن هاي دوار به نحوي كه شرح آن براي اختلاط خاك با آهك آورده شد انجام مي شود. عمل اختلاط خاك با سيمان بايد آنقدر ادامه پيدا كند تا رنگ مخلوط يكنواخت گردد.

2-1-7- كوبيدن مخلوط خاك و سيمان

       مخلوط مرطوب بايد با استفاده از غلطك هاي مناسب متراكم شود.انتخاب نوع غلطك بستگي به نوع كار دارد. براي كوبيدن اوليه مخلوط بر حسب مورد از غلطكهاي پاچه بزي و يا چرخ لاستيكي و براي كوبيدن نهايي از غلطكهاي چرخ لاستيكي يا چرخ فولادي استفاده مي شود. عمليات تراكم بايد بلافاصله پس از افزودن آب به مخلوط خاك و سيمان حداكثر پس از آنكه 30 دقيقه از اختلاط خاك، سيمان و آب سپري شد شروع مي شود. عمليات تراكم براي لايه هاي روسازي بعد از آنكه آب به مخلوط خاك و سيمان اضافه شد بايد در مدت حداكثر 3 ساعت به پايان رسد. براي آنكه عمليات تثبيت و تراكم مخلوط خاك و سيمان بخوبي انجام شود حداكثر ضخامت متراكم شده در لايه هاي زيرسازي نبايد از 20 سانتيمتر تجاوز نمايند.

2-1-8- عمل آوردن خاك تثبيت شده با سيمان

        از آنجا كه مقاومت خاك تثبيت شده با سيمان بستگي به درجه حرارت رطوبت و زمان دارد. يك دوره 3 تا 7 روزه براي عمل آوردن خاكهاي تثبيت شده با سيمان لازم است. به همين دليل براي جلوگيري از خشك شدن سطح لايه تثبيت شده بايد آنرا مرطوب نگه داشت تا مخلوط خود را بگيرد. براي جلوگيري از تبخير رطوبت مخلوط معمولاً از حصير، پوشش هاي پلاستيكي، پارچه برزنت مرطوب و يا يك لايه نازك قير محلول كندگير يا تندگير و يا قير امولسيون استفاده مي شود.

2-2- تثبيت خاك و مصالح شني با قير

 مكانيزم تثبيت خاكها با قير بر خلاف مكانيزم تثبيت خاكها با آهك يا سيمان است. بدين معنا كه افزايش مقاومت و تغيير در خواص خميري خاكها با آهك يا سيمان در نتيجه واكنش شيميايي و پوزولاني انجام مي شود، در صورتيكه قير يك ماده خنثي است بعلت داشتن خواص چسبندگي فقط باعث اتصال دانه ها و ذرات خاك قير اندود شده به يكديگر و افزايش مقاومت آن مي شود.

 2-2-1- خاك مناسب جهت تثبيت با قير

       انتخاب نوع قير براي تثبيت خاكها بستگي به عوامل زيادي از جمله جنس و بافت سطحي خاك، دانه بندي، درصد ريزدانه، دامنه خميري، شرايط جوي محل اجراي پروژه، ميزان ترافيك، نحوه عمليات تثبيت و اهداف تثبيت خاك با قير دارد. بطور كلي خاكهايي كه براي تثبيت بستر روسازي مورد استفاده قرار مي گيرند نبايد بيش از 25 درصد مصالح مانده روي الك شماره 4 داشته و ارزش ماسه اي آنها كمتر از 25 درصد نباشد. از آن جهت كه اندود كردن دانه هاي ريز با قير دشوار است ابتدا بايد اينگونه خاكها را از حالت كلوخه خارج و سپس كاملاً خرد نمود به نحويكه بتوان كليه دانه ها را بطور كامل با قير اندود كرد.

  2-2-2- عمليات اجرايي تثبيت خاك با قير

      عمليات اجرايي تثبيت خاك زيرسازي بستر راه با قير شامل آماده كردن خاك، پخش قير، اختلاط خاك با قير، عمل آوردن مخلوط و متراكم كردن آن است.

2-2-3- آماده كردن خاك

       براي تثبيت خاك بستر راه با قير، ابتدا لازم است كه سطح را به كمك كلنگ گريدر تا عمق و عرض مشخص شده شخم زده شود. در حين خرد و نرم كردن خاك و پس از آن بايد كليه مصالح نامناسب نظير ريشه و كنده درختان و دانه هاي بزرگتر از 63 ميليمتر جمع آوري و از محوطه كار خارج شوند بطوريكه خاك آماده شده عاري از هر گونه مواد زائد خارجي باشد. سپس خاك شخم شده براي مدتي به حال خود رها مي شود تا خشك شود.

خاك آماده شده بايد براي پخش قير بر روي آن به شكل هندسي منظم با استفاده از تيغه گريدر در يك طرف راه ريسه شود.

2-2-4- پخش قير

       پس از مشخص شدن درصد قير مناسب مقدار قير لازم براي پخش بر روي خاك ريسه شده توسط ماشين هاي قيرپاش مجهز به گرمكن، پخش شود.

قير مصرفي براي تثبيت خاك را مي توان با توجه به نوع خاك، شرايط جوي و اقتصادي و ساير امكانات محلي از بين قيرهاي محلول و يا قيرآبه ها انتخاب نمود.

2-2-5- اختلاط خاك و قير

       پس از قير پاشي و قبل از آنكه درجه حرارت قير مايع از درجه حرارت هاي مجاز از اختلاط قير با خاك كمتر شود عمل مخلوط كردن خاك با قير با استفاده از تيغه گريدر و يا مخلوط كنهاي سيار انجام شود.

2-2-6- عمل آوردن

        قبل از آنكه خاك تثبيت شده با قيرهاي مايع يا امولسيون متراكم شود بايد عمل آورده شود تا روغن هاي حلال قيرهاي محلول و يا آب قيرآبه ها ئيكه براي تثبيت خاك استفاده شده اند تبخير شود. عمل آوردن مخلوط از طريق هوا دادن آن انجام مي شود.

2-2-7 -كوبيدن مخلوط قيري

        پس از كسب اطمينان از عمل آمدن مخلوط قيري، بايد آن را با استفاده از تيغه گريدر در سطح راه پخش و سپس متراكم نمود. پخش مخلوط بايد طوري انجام شود كه ضخامت نهائي متراكم شده آن از 2 تا 3 برابر حداكثر اندازه سنگدانه تجاوز  ننمايد. نوع غلطكهاي مناسب براي متراكم كردن اين مخلوطهاي قيري غلطكهاي چرخ فولادي تاندوم و غلطكهاي چرخ لاستيكي است.

2-3-تثبيت خاك و مصالح دانه اي با آهك

آهك انواع مختلف داردكه متداولترين :

الف: آهك زنده (CaO )

ب: آهك شكفته ( Ca (OH) 2 )

 ج:آهك زنده دولوميتي (CaO+MgO)

 د: آهك شكفته دولوميتي (Mg(OH)2 or Ca(OH)2)

آهك زنده ماده­اي است با رنگ متمايل به سفيد كه درجه ذوب آن بين 2580 تا 2750 درجه سانتيگراد متغير است. وزن مخصوص آهك زنده بين 1/3 تا 3/3 گرم بر سانتيمتر مكعب مي­باشد.

آهك زنده در مقايسه به آهك شكفته تغيير حجم بيشتري دارد. بطور متوسط تغيير حجم آهك زنده به آهك شكفته 5/2 تا 3 برابر بيشتر است. تبديل آهك زنده به آهك شكفته همراه با تغيير در وزن مخصوص آن انجام مي­شود، بطوري كه پس از شكفته شدن وزن مخصوص آن به حدود 2/2 تا 4/2 گرم بر سانتيمتر مكعب كاهش مي­يابد.

بطور كلي آهك زنده ماده تثبيت كننده مؤثري نسبت به آهك شكفته است و اگر بصورت دوغاب به خاك اضافه شود مقاومت بيشتري را نسبت به موقعيكه به صورت پودر اضافه مي­شود ايجاد مي­كند.

2-3-1-  خاك مناسب براي تثبيت با آهك

بطور كلي خاكهايي كه در طبقه بندي يونيفايد در گروه­هاي SP-SC, CH-, CL, MH, GW-GC, GP-GC, GM-GC, SM-SC, SC, SM, SW-SC و يا در طبقه­بندي اشتو در گروه­هايA4 -A5- A6- A7 و A2 قرار دارند قابليت تثبيت شدن با آهك را دارا هستند.

 2-3-2- طرح تثبيت خاك با آهك

هدف اصلي از طرح تثبيت خاك با آهك تعيين درصد آهك مناسب براي خاكي با مشخصات معين است كه بايد در شرايط مشخصي از نظر قرارگيري لايه در زيرسازي و يا روسازي و شرايط محيطي منطقه­اي كه راه از آن مي­گذرد استفاده شود. متغير اصلي در طرح تثبيت يك خاك معين درصد آهك است زيرا خصوصيات و ويژگيهاي خاك ثابت است.

درصد مناسب آهك بايستي پس از ارزيابي تاثير درصدهاي مختلف آهك بر مشخصات فني مورد نظر خاك تثبيت شده با آهك تعيين شود.

درصد تثبيت آهك براي تثبيت خاكها برحسب درصد وزني خاك خشك تعيين مي­شود.

طرح تثبيت خاك با آهك در آزمايشگاه با توجه به معيارهاي طرح شامل مراحل زير است:

الف: آماده كردن نمونه ها

ب: عمل آوردن نمونه ها

ج: انجام آزمايشهاي لازم

د: تعيين درصد آهك مناسب

آماده كردن مخلوطهاي خاك و آهك به اين ترتيب انجام مي­شود كه ابتدا مقدار معيني خاك و آهك بصورت خشك با يكديگر مخلوط شده و سپس مقدار آب لازم به آن اضافه شده و به خوبي مخلوط  مي­شوند. نحوه تراكم و وزن مخصوص نمونه­هاي متراكم شده بايد كنترل شود.

 دما، رطوبت و مدت زمان عمل آوردن نمونه­هاي آزمايشي نيز بايد كنترل شود. در موارديكه مقاومت آني مخلوط خاك و آهك مورد نظر است عمل آوردن نمونه­ها لزومي نداشته و پس از تراكم نمونه­ها مي­توان آزمايشهاي لازم را بر روي آنها انجام داد.

بطور معمول و در صورتيكه مقاومت آني مخلوط خاك و آهك مورد نظر نباشد نمونه­هاي خاك تثبيت شده با آهك بايد قبل از انجام آزمايشهاي لازم بر روي آنها به مدت 28 روز در دماي 23 درجه سانتيگراد عمل آورده شوند. شرايط عمل آوردن تسريع شده نيز شامل عمل آوردن نمونه­ها به مدت 48 ساعت در دماي 50 درجه سانتيگراد است. توصيه مي­شود كه براي جلوگيري از كربناته شدن آهك و همچنين جلوگيري از كاهش رطوبت نمونه­ها عمل آوردن نمونه­ها در پوشش هاي پلاستيكي و يا ظروف دربسته انجام شود.

 

2-3-3- تعيين درصد آهك مناسب

روشهاي زيادي براي طرح مخلوطهاي خاك و آهك وجود دارد كه از نظر هدف و منظور از تثبيت خاك مي­توان آنها را به در گروه تقسيم كرد. گروه اول شامل روشهايي است كه هدف از تثبيت خاك كاهش خواص خميري كاهش تورم و يا افزايش مقاومت آني است.گروه دوم شامل روشهايي است كه هدف اصلي از تثبيت خاك افزايش مقاومت و دوام مصالح است.

 براي تعيين درصد آهك مناسب جهت اصلاح خواص خميري خاكهاي ريزدانه، ابتدا خاك و آهك و آب با يكديگر بخوبي مخلوط و سپس به مدت يك ساعت به همان حالت شل رها مي­شود تا واكنشهاي آني بين خاك و آهك به وقوع بپيوندند. درصد آهك مناسب براي يك خاك درصد آهكي است كه دامنه خميري يا حد رواني مورد نظر را تامين نمايد.

براي ارزيابي و بررسي افزايش CBR خاكها و همچنين تعيين درصد تورم خاكهاي اصلاح شده با آهك از آزمايش CBR استفاده مي­شود.

براي تعيين درصد آهك مناسب جهت افزايش مقاومت از نتايج آزمايش فشاري تك محوري بر روي نمونه هاي خاك تثبيت شده با آهك استفاده مي­شود. نحوه انجام اين آزمايش به اين ترتيب است كه ابتدا آب و آهك بخوبي با يكديگر مخلوط شده و سپس با استفاده از روش تراكم اشتو T-99 نمونه­هاي استوانه­اي شكل ساخته مي­شوند. نمونه­هاي بدست آمده به مدت و دماي مورد نظر در اين آزمايش عمل آورده شده و سپس تحت آزمايش فشاري تك محوري قرار مي­گيرد.

2-3-4-عمليات اجرايي تثبيت خاك با آهك

مراحل اجرايي عمليات تثبيت خاك با آهك شامل آماده كردن خاك، پخش آهك، اختلاط و آبپاشي، كوبيدن و تسطيح و عمل آوردن مخلوط مي­شود.

 

2-3- 4-1- آماده كردن خاك

در هنگام شخم زني و پس از آن و همچنين در حين خرد و نرم كردن خاك بايد كليه مصالح نامناسب نظير ريشه و كنده درختان، مواد كودي و گياهي، دانه­هاي بزرگ تر از 63 ميليمتر و ساير مواد زايد جمع­آوري و خارج شوند بطوريكه خاك آماده شده عاري از هر گونه مواد زايد خارجي باشد. مرطوب كردن خاكهاي خشك قبل از عمليات شخم زني نيز باعث تسهيل در اين عمليات مي­شود. بطور كلي لازم است كه حدود 5/0 سانتيمتر از سطح لايه تثبيت شده خاك با آهك با استفاده از تيغه گريدر تراشيده مي­شود زيرا كيفيت اين مصالح كه در معرض هوا قرار دارد بدليل كربناته شدن مرغوب نيست.

 

2-3-4-2- پخش آهك

پخش آهك برروي خاك آماده شده به روشهای مختلف كه عبارتند از: پخش دستي با وسايل مكانيكي بصورت خشك يا دوغاب ويا تزريق با فشار امكان پذير است.

 

2-3-4-3- اختلاط خاك و آهك

به سه روش خاك و آهك با يكديگر مخلوط مي­شود. اين روشها عبارتند از: روش اختلاط در محل، روش اختلاط در كارخانه و روش تزريق با فشار ( این روش بيشتر براي پايداري پي ساختمانها و پلها كاربرد دارد )

2-3-4-4- كوبيدن مخلوط خاك وآهك

كوبيدن مخلوط خاك آهك آماده شده بايد بلافاصله پس از آن كه مخلوط خاك و آهك بخوبي آب پاشي و مخلوط انجام شود.

كوبيدن و متراكم كردن در دو يا سه مرحله انجام مي­شود. براي مرحله اول كوبيدن مصالح تثبيت شده بهتر است كه از غلطك­هاي پاچه بزي لرزنده استفاده شود و عمليات تراكم تا زماني كه ديگر پاچه­هاي غلطك در مصالح كوبيده شده فرو نرود ادامه داشته باشد. براي مرحله دوم غلطك زني از غلطك­هاي چرخ لاستيكي استفاده شود. در برخي موارد ممكن است از غلطك­هاي چرخ فولادي براي مرحله سوم و كوبيدن نهايي مصالح تثبيت شده با آهك استفاده شود.

 

2-3-5- مكانيزم و عملكرد آهك در خاك

در تثبيت مصالح خاكي، مواد تثبيت‌كننده با ذرات خاك آميخته مي‌شوند و گاه تركيب شيميايي جديدي با خواص متفاوت به وجود مي‌آورند. به عنوان مثال، آهك؛ چه به صورت زنده (با تركيب شيميايي CaO) و چه به صورت شكفته با فرمول شيـميايي Ca(OH)₂، با ذرات رس تركيب مي‌شود و خصوصيات فيزيكي آن را بهـبود مي‌بخشد. اين عمل، يعني استفاده از آهـك به عنـوان تثـبيت‌كننـدۀ‌‌ ارزان، قابل دستـرس، و بسيار نتيـجه‌ بخش، سـاليان دراز است كه در بسيـاري از پروژه‌‌هاي عمراني مورد استفاده ‌قرارگرفته است.

         مشخصات مقاومتي لايه‌‌هاي تثبيت شده با آهك در راه‌سازي بر اساس عدد CBR لايۀ‌ تثبيت شده با آهك، مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد و طراحي اين لايه‌‌ها با داشتن مقاومت CBR لايه انجام مي‌شود. بنابراين ارزيابي مقاومت CBR لايه‌‌هاي خاكي تثبيت شده با آهك و تأثيرپذيري آن از ساير پارامتر‌هاي مصالح خاكي مانند توزيع دانه‌بندي و به ويژه درصد رس و هم‌چنين تغييرات آن با درصد آهك به عنوان مادۀ‌ تثبيت كننده، براي دست‌اندركاران راه‌سازي مهم و مورد توجه است. از آن‌جا كه تركيب خاك رس و آهك به دليل به‌وجود آمدن پيوند شيميايي بين ذرات رس و آهك منجر به سيماني شدن مصنوعي خاك مي‌گردد .

2-3-6- سيماني شدن مصنوعي و مكانيزم تركيب خاك با آهك

“سيمنتاسيون” به معناي عام، چسبيدن و سيماني شدن است و در مهندسي ژئوتكنيك به چسبيدن ذرات خاك به يكديگر و ايجاد يك تودۀ‌ چسبنده و با مقاومت بيشتر گفته مي‌شود.

سيماني شدن مصنوعي، عموماً در ارتباط با ماسه‌‌ها مورد بررسي قرار گرفته است؛ زيرا مصالح درشت‌تر مانند شن و ماسه‌‌هاي درشت‌دانه، اصولاً نيازمند به بهسازي نيستند و اغلب، خصوصيات ژئوتكنيكي مطلوبي دارند. به همين منظور جهت بهسازي خاك با استفاده از سيماني شدن مصنوعي آن، محققين بيشترين توجه را به ماسه‌‌ها و مصالح ريزدانه معطوف داشته‌اند.

         اصولاً پس از افزودن آهك به خاك، دو دسته واكنش آلي در خاك صورت مي‌گيرد. اين دو واكنش عبارتند از: واكنش جايگزيني يون‌هاي مثبت و واكنش تجمع- تراكم. در طي اين دو واكنش، ذرات آهك با خاك رس تركيب شده، به يكديگر مي‌چسبند و يك مخلوط سيماني با اجزاي درشت‌تر را به وجود مي‌آورند كه داراي خواص خميري كم‌تر و مقاومت بيش‌تري است. پس از آن در بلندمدت، واكنش‌هاي ديگري بين اجزاي رسي خاك و آهك صورت مي‌گيرد. واكنش‌هاي پوزولاني كه طي آن، مواد سيماني‌شدۀ‌ بيش‌تري توليد مي‌شود و مقاومت بلندمدت خاك بر آن اساس قراردارد، و واكنش‌هاي كربناسيون كه به توليد مواد غير محلول در آب مي‌انجامد، از جملۀ‌ اين واكنش‌ها هستند.

  افزايش مواد سيماني كننده در خاك تا يك سطح مشخص، مي‌تواند به افزايش تعداد نقاط برخورد و چسبندگي اجزاي درشت‌تر بيانجامد و مقاومت مخلوط را افزايش دهد.

  علاوه بر خاك ‌هاي رسي در موارد متعددي از آهك، جهت سيماني‌ شدن مصنوعي مصالح درشت ‌دانه‌تر مانند ماسه‌‌ها و لس‌‌ها(Loesses) استفاده مي‌شود كه از جملۀ‌ آن مي‌توان به كاربرد آهك زنده در تثبيت ماسه‌‌ها و رس‌‌ها در آلمان و موارد ديگر در بازسازي ماسه‌‌هاي ريزدانه در شمال غربي قارۀ‌ استراليا اشاره نمود.در اين پژوهش‌ها آهـك با اجزاي درشت‌ خاك، تشكيل يك مخلوط سيماني‌شدۀ‌ مصنـوعي را‌ مي‌دهد. اساس افزايش مقاومت اين مخلوط‌ها نيز بر پايۀ‌ نقاط برخورد(Contact Point) كه نقاط اتصال دانه‌‌هاي خاكي با آهك هستند، قرار دارد.

2-3-7-  روش‌هاي طراحي و اجراي بستر‌ها و خاك‌ريز‌هاي تثبيت شده با آهك

تعيين درصد آهك مناسب و بهينه در طرح مخلوط‌‌هاي خاك- آهك، از اهداف عمدۀ‌ مطالعۀ مخلوط‌‌ها است. براي طرح و اجراي لايه‌‌هاي خاكي و خاك‌ريز‌هاي تثبيت شده با آهك در آيين‌نامه‌‌ها و كتاب‌هاي مختلف، روش‌هاي متعددي پيشنهاد شده است. اين روش‌ها عبارتند از:

الف- روش pH: در اين‌روش، درصد آهك مناسب بر اساس pH مخلوط خاك- آهك تعيين مي‌شود. اين روش براي تثبيت خاك‌هاي درشت‌دانه‌ قابل استفاده نمي‌باشد و علاوه بر آن، مشخصات مقاومتي و تغييرشكل‌ پذيري خاك در اين روش مشهود نيست.

ب- روش نشانه خميري: درصد آهك مناسب در اين‌روش نشانه‌خميري- درصد آهكي به‌اندازه‌اي است كه خصوصيات خميري مخلوط را به مقدار مشخص و مورد نظر كاهش‌دهد. در‌اين ‌روش نيز مشخصات مقاومتي و تغيير‌شكل‌پذيري خاك پس از تثبيت قابل پيش‌بيني نيست.

ج- استفاده از نسبت باربري كاليفرنيا (CBR): در اين روش، درصد آهك مناسب براساس نسبت باربري كاليفرنياي مشخص براي خاك‌ريز موردنظر تعيين مي‌شود. در اين روش هم تغيير‌شكل‌پذيري خاك پس از تثبيت قابل پيش‌بيني نيست؛ ولي نشانه‌اي از افزايش مقاومت بر اساس اين روش، به‌دست مي‌آيد.

د- روش مقاومت فشاري تك ‌محوري: درصد آهك مناسب در روش اخير بر اساس مقاومت فشاري مخلوط خاك- آهك تعيين مي‌گردد.

ه- روش AASHTO: اين روش براساس نموگرام‌هايي درصد آهك طرح را مشخص مي‌كند. در اين روش نيز نشانه‌اي از مقاومت و خصوصيات مكانيكي مصالح پس از تثبيت به چشم نمي‌خورد.

مصالح تثبيت شده با آهك در بستر‌هاي خاكي راه، خاك‌ريز‌ها و ترانشه‌‌ها و هم‌چنين پي‌سازي در برخي زمين‌هاي نرم، قابل استفاده هستند. جهت تثبيت خاك از روش‌ها و ماشين‌آلات گوناگوني استفاده مي‌شود. اصولاً اختلاط خاك با آهك به دو صورت: اختلاط درجا و اختلاط كارگاهي انجام مي‌شود. عموماً مصالح خاكي با درصد رطوبت بهينۀ خاك با آهك خشك يا دوغآب آهك(Slurry) آميخته شده، تحت عمل تراكم قرار مي‌گيرند. اختلاط درجاي خاك و آهك در تثبيت لايه‌‌هاي سطحي بيش‌تر، مورد توجه است. در اين راستا مصالح خاكي و آهك با ماشين‌آلات مخلوط‌كن و يك يا چند بار عبور ماشين، بسته به نوع پروژه و اهداف مورد نظر، با آهك مخلوط مي‌شوند. كنترل تثبيت توسط آزمايش‌هاي تراكم، فشاري تك‌محوري يا CBR انجام‌پذير است.

بدیهی است که روش تثبيت خاك با قير و امولسيونهاي قيري به دليل پر هزينه بودن و افزايش قيمت قير نسبت به آهك و سیمان صرفه اقتصادی در پروژه های راهسازی ندارد.

برای دستیابی به اطلاعات بیشتر در این زمینه میتوانید به کتابهای متعدد روسازی راه و آئین نامه های سازمان مدیریت و برنامه ریزی که بخشی از این نوشته ها از این منابع نیز تهیه شده است مراجعه نمائید .

محسن حسن زاده

ایران عمران

Mohsen Hassanzadeh

Mohsen Hasanzadeh