در مهندسی ژئوتکنیک به اصلاح، به بهبود و بهسازی خواص مهندسی و فیزیکی بستر خاک با استفاده از روش‌های مختلف شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی، الکتریکی و بیولوژیکی تثبیت یا تقویت بستر گفته می‌شود. این فرایند بهترین راهکار برای بهره‌برداری از خاک و کوتاه‌شدن زمان اجرای پروژه‌های عمرانی است.
اهمیت تقویت خاک زمانی مشخص می‌شود که عدم توجه به آن از لحاظ فنی و مالی مشکلات زیادی در پروژه‌های راه‌سازی به وجود می‌آورد؛ زیرا بعضی از خاک‌ها نامرغوب هستند و خواص آنها حتما باید بهبود پیدا کند. در این مطلب قصد داریم درباره تثبیت بستر و مواد به‌کاررفته در آن، نقش محصولات ژئوسنتتیک در تثبیت خاک، تثبیت بستر رودخانه‌ها و نحوه انجام آن، تثبیت لایه‌های خاکریز و تثبیت بستر خطوط راه‌آهن صحبت کنیم.
تثبیت بستر چیست و به چه منظوری انجام می شود؟
همان‌طور که در مقدمه نیز اشاره کردیم، تثبیت بستر فرایندی است که با استفاده از آن پارامترهای ژئوتکنیکی خاک، سرعت اجرای پروژه‌ها و افزایش عمر بهره‌برداری از خاک را بهبود می‌بخشند. این روش برای بهسازی خاک‌های نرم و شل، خاک‌های انبساطی، خاک‌های رمبنده یا فرو ریزشی و خاکریزها کاربرد زیادی دارد و به اجرای اقتصادی و ایمن پروژه‌های مختلف از جمله پروژه‌های راه‌سازی، زیرسازی مسیرهای ریلی و تثبیت بستر خطوط راه‌آهن، بستر رودخانه‌ها و بستر لایه‌های خاکریز کمک زیادی می‌کند.
از مهم‌ترین اهداف تقویت بستر خاک می‌توان به مواردی مانند استفاده مؤثر از خاک، اطلاح خاک‌های نرم و کم مقاومت، افزایش استحکام، مقاومت و دوام خاک، کاهش نفوذپذیری خاک، کاهش رطوبت خاک، جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش ضخامت لایه روسازی، بازسازی روسازهای فرسوده با مواد مختلف، کاهش گردوغبار، صرفه‌جویی در مصرف مصالح و انرژی و تسریع عملیات اجرایی اشاره کرد.
از چه موادی در تثبیت بستر استفاده می شود؟
موادی که برای تثبیت بستر مورداستفاده قرار می‌گیرند، شامل موارد زیر است:
آهک
یکی از موادی که در تثبیت خاک استفاده می‌شود، آهک است. متداول‌ترین انواع آهنگ عبارت‌اند از:
- آهک زنده (CaO)
- آهک شكفته (Ca (OH) 2)
- آهک زنده دولوميتی (CaO+MgO)
- آهک شكفته دولوميتی ((Mg(OH)2 or Ca (OH)2
قدرت تثبیت‌کنندگی آهک زنده نسبت به آهک شکفته بیشتر است و معمولاً برای بسترهایی با خاک‌های ریزدانه مانند رس کاربرد دارد. برای تأثیر بهتر آهک آن را به‌صورت دوغاب به خاک اضافه می‌کنند؛ زیرا اضافه‌کردن پودر آهک به خاک تأثیر خیلی زیادی در افزایش مقاومت آن ندارد.
سیمان پرتلند
سیمان پرتلند یکی دیگری از موادی است که برای تثبیت‌کردن بستر خاک به کار می‌رود. این ماده برای تثبیت خاک‌های شنی و ماسه‌ای و به‌طور کلی خاک‌هایی با کمتر از دو درصد مواد آلی گزینه مناسب‌تری است. در خاک‌هایی که دامنه خمیری آنها از ۳۰ بیشتر است، ابتدا از آهک برای کاهش خواص خمیری و سپس از سیمان برای تثبیت استفاده می‌کنند. تثبیت خاک با سیمان مکانیزیمی شبیه به تثبیت خاک با آهک دارد. قبل از شروع فرایند تثبیت، خاک را با استفاده از تراکتور یا وسایل دیگر شخم می‌زنند تا خرد و نرم شود و دانه‌های بزرگ سنگی از آن جدا کنند.
قیر
قیر به‌عنوان یک اتصال‌دهنده آلی طبیعی از تقطیر نفت یا پالایش نفت خام به دست می‌آید و یکی دیگر از موادی است که در تثبیت بستر خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. مکانیزم استفاده از قیر کاملاً با مکانیزم آهک و سیمان فرق دارد. قیر به‌عنوان یک ماده خنثی خواص چسبندگی بالایی دارد و ذرات خاک را به یکدیگر متصل می‌کند. خاک‌های درشت‌دانه و خاک‌های شنی برای تثبیت به دوز بیشتری از قیر نیاز دارند. این ماده با تک‌تک ذرات خاک واکنش نشان می‌دهد و باعث افزایش استحکام و چسندگی آنها می‌شود.
محصولات ژئوسنتتیک
انواع مختلف این محصولات شامل ژئوتکستایل، ژئوگرید و ژئوکامپوزیت در تثبیت خاک‌ها کاربرد زیادی دارند. هر یک از این مواد پلیمری ویژگی‌های مخصوص به خود را دارند. ژئوتکستایل به‌عنوان منسوجاتی متخلل در جداسازی، فیلتر، تقویت استحکام و بهبود زهکشی خاک کاربرد دارد.
ژئوگرید به‌عنوان ماده‌ای مصنوعی و شبکه‌ای برای زیرسازی و تثبت بستر جاده ها استفاده می‌شود. ژئوکامپوزیت نیز از ترکیب چند ماده مصنوعی ایجاد شده است و در فرایند تثبیت خاک از مزایای موادمصنوعی به‌کاررفته در ترکیبش استفاده می‌شود.
ژئوسنتتیک ها چه نقشی در تثبیت بستر دارند؟
محصولات ژئوسنتتیک نقش بسیار مهم و حیاتی در تثبیت بستر جاده‌ها، بزرگراه‌ها، رودخانه‌ها، لایه‌های خاکریز و خطوط راه‌آهن دارند. این محصولات با ایفای نقش جداکنندگی، فیلتر و تقویت‌کنندگی در مهندسی ژئوتکنیک به افزایش استحکام کششی و بهبود خاک کمک زیادی می‌کنند. آنها نه‌‌تنها اثر تقویت‌کنندگی دارند، بلکه در کاهش ضخامت لایه روساز نیز تأثیر زیادی دارند.
از مهم‌ترین مزایای ژئوسنتتیک‌ها و نقش آنها در تثبیت انواع بستر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نصب سریع‌تر و بالا بودن سرعت اجرا
- هزینه مقرون‌به‌صرفه‌تر نسبت به سایر روش‌های تثبیت و تقویت بستر
- مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش
- مقاومت در برابر عوامل زیستی و تأثیرات محیطی
- تقویت خاک‌های ضعیف
- کاهش نیاز به خاکریزی و حفاری
- مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش
- افزایش سرعت اجرای پروژه‌های تثبیت
- جلوگیری از ترک‌خوردگی و فرورفتگی بستر جاده‌های آسفالت
- افزایش ظرفیت باربری و مقاومت برشی خاک
- کمک به کاهش چشمگیر ضخامت لایه‌های روسازی
- کمک به تقویت بسترهای لجنی و سست
- توزیع تنش‌ها در روسازی به‌صورت یکنواخت
- کاهش هزینه‌های مربوط به تجهیزات و کارگر
- حمل و نصب آسان ژئوسنتتیک‌ها
- ازبین‌بردن نیاز به تقویت بستر با آهک
تثبیت بستر رودخانه ها و نحوه انجام آن
رودخانه‌ها یکی از مهم‌ترین منابع زیست‌محیطی هستند که در مسیرهای طولانی جریان دارند. بستر رودخانه‌ها در اثر سرعت بالای آب، ارتفاع زیاد، شیب تند و فعالیت‌های انسانی مانند دخل و تصرف کشاورزان به بستر رودخانه و تخریب اراضی اطراف آن، گسترش بی‌رویه زمین‌های کشاورزی، ساخت راههای روستایی در بستر اصلی رودخانه‌ها و… با آسیب‌های جدی مواجه می‌شود.
تثبیت و پایداری بستر رودخانه‌ها از طریق روش‌هایی مانند ساخت سازه‌هایی در امتداد رودخانه، ساخت پوشش محافظ با استفاده از سنگ و بتن، ساختن دستک‌های چوبی، بتنی یا فولادی در بخش دهانه رودخانه و تثبیت بستر رودخانه با استفاده از ژئوسنتتیک‌هایی مانند ژئوتکستایل انجام می‌شود.
استفاده از Geotextile به‌عنوان بهترین روش جلوگیری از تخریب بستر رودخانه‌ها مزایای مختلفی به‌همراه دارد. خاصیت فیلتراسیون بسیار قدرتمند این محصول قادر است که مانع از عبور ذرات تخریب‌کننده و برخورد آنها با سازه‌های محافظ موجود در کنار رودخانه‌ها شود. وجود این قابلیت تأثیر بسیار زیادی در کاهش فرسایش سازه محافظ کنار بستر رودخانه دارد.
از مهم‌ترین مزایای Geotextile می‌توان به مواردی مانند کاهش فرسایش خاک، بهبود استحکام خاک، بهبود کیفیت پروژه تثبیت و پایداری بستر رودخانه، عدم واردکردن آسیب به محیط‌زیست، مقاومت در برابر پارگی، اجرای سریع و آسان، صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌ها و غیره اشاره کرد.
تثبیت لایه های خاکریز
در مناطق پرآب برای کاهش خطر سیل از انواع مختلف خاکریز شامل خاکریز طبیعی، خاکریز مصنوعی، خاکریز موقت و خاکریز دائمی استفاده می‌کنند. سطح تمام خاکریزها از سطح زمین بلندتر است. خاکریزهای طبیعی از چندین لایه خاکی مانند گل‌ولای و رسوب ساخته می‌شود. برای ساخت خاکریز مصنوعی از چوب، فلز، پلاستیک، خاک و سنگ استفاده می‌کنند. خاکریز دائمی را نیز با آجر، سنگ و سیمان می‌سازند. اگر خاکریز دائمی بشکند و آسیب ببیند، از خاکریز موقت برای مقابله با سیلاب کمک گرفته می‌شود.
به‌طور کلی لایه‌های خاکریزها نقش بسیار مهمی در جلوگیری از وقوع سیلاب دارند، به همین دلیل نگهداری از آنها و تقویت بسترشان از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. برای تقویت و تثبیت لایه‌های خاکریز از ژئوسنتتیک‌هایی مانند ژئوتکستایل کمک می‌گیرند. این پارچه مصنوعی از جنس پلی‌استر یا پلی‌پروپلین است که باعث کنترل فرسایش خاکریز، زهکشی خاک و بهبود ویژگی‌های آن می‌شود و تاثیر بسیار زیادی در مقابله با سیلاب دارد.
تثبیت بستر خطوط راه آهن
یکی از مهم‌ترین و حیاتی‌ترین عناصر موجود در سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی بستر خطوط راه‌آهن است. این بستر نقش بسیار تاثیرگذاری در افزایش ایمنی و پایداری شبکه‌های حمل‌ونقل ریلی ایفا می‌کند. تثبیت بستر خطوط راه‌آهن یکی از مهم‌ترین ضروریات است؛ زیرا به مرور زمان و در اثر فشارهای ناشی از عبور قطارها و تغییر شرایط محیطی، مشکلاتی در حمل‌ونقل ریلی و خطوط راه‌آهن به وجود می‌آید.
با انجام اقداماتی مانند تعمیر و نگهداری از ریل‌ها، تعمیر و نگهداری خاکسترها به‌عنوان بستر زیر ریل، تعمیز و نگهداری پل‌ها و سکوها، استفاده از خاکریزهای ساخته‌شده با مصالح سنگی، استفاده از مواد پایه تقویت‌شده مانند خاک مقاوم، سیمان و آسفالت و استفاده از ژئوسنتیک‌ها باعث بهبود زیرساخت‌های راه‌آهن شد. ژئوسنتتیک‌های مانند ژئوممبران، ژئوتکستایل و ژئوگرید با تقویت خاک، جلوگیری از رسوب خاک، کنترل جریان آب، پایدارسازی ترک‌ها و خرابی‌ها، افزایش استحکام و پایداری، عدم نیاز به خاکریزی و حفاری باعث تثبیت و تقویت بستر راه‌آهن می‌شوند.
مراحل تقویت بستر خطوط راه‌آهن عبارت‌اند از:
- بررسی شرایط
- طراحی و تعیین نوع و نحوه استفاده از ژئوگرید
- آماده‌سازی
- پاکسازی و تمیزکاری بستر راه‌آهن
- فشرده‌سازی بستر راه‌آهن بعد از نصب ژئوگرید
- نصب پوشش و استفاده از تثبیت‌کننده‌های مناسب
- بازرسی و آزمایش بستر خطوط راه‌آهن
جمع‌بندی
در این مقاله از سایت فرنام بسپار درباره فرایند تثبیت بستر، اهمیت و نقش ژئوسنتتیک‌ها در آن صحبت کردیم و توضیح دادیم که برای این فرایند از موادی مانند آهک، سیمان پرتلند، قیر و محصولات ژئوسنتتیک استفاده می‌شود. از بین این مواد ژئوسنتتیک‌ها به دلیل برخورداری از مزایایی مانند نصب سریع، بالابودن سرعت اجرا، هزینه پایین‌تر نسبت به سایر روش‌ها، مقاومت در برابر عوامل زیستی، مقاومت بالا در برابر خوردگی و فرسایش، حمل آسان و… پرکاربردتر هستند. ضمن اینکه در مورد تثبیت کردن بستر رودخانه‌ها، لایه‌های خاکریز و بستر راه‌آهن نیز توضیحاتی ارائه کردیم. از اینکه تا پایان همراه فرنام بسپار بودید، صمیمانه سپاسگزاریم.
