جت گروتینگ

یکی از روش های بهسازی خاک زیر پی و پایدارسازی گود تزریق فشار یا همان جت گروتینگ است. جت گروتینگ فرآیندی است که طی آن بصورت درجا ظرفیت باربری خاک را افزایش می دهند و بدین طریق مشخصات خاک را بهبود می دهند. در تزریق پر فشار یا جت گروتینگ ابتدا گمانه ها را عمق مورد نظر حفر می کنند سپس دوغاب سیمان ، اب و هوای فشرده تحت فشار زیاد (حدود ۲۵۰ الی ۷۰۰) با سرعت تقریبی ۱۰۰ متر بر ثانیه از بخش اتنهایی نازل میله حفاری خارج می شود و این هنگام همزمان با حرکت دورانی میله حفاری، خاک نواحی اطراف محل خروج مخلوط آب و هوای فشرده، تخریب و فشرده می شود سپس با آن مخلوط می گردد که منجر به تشکیل ستون هایی از جنس سیمان با مقاومت زیاد می شود. 
 

جت گروتینگ چیست ؟

جت گروتینگ یک فرآیند ایمن برای تحکیم خاک و اصلاح ويژگی های آن است.  با استفاده از روش جت گروتینگ یا تزریق با فشار بالا می توان بسیاری از ضعف های ژئوتکنیکی خاک را اصلاح کرد. برای بهسازی و پایدارسازی خاک در ابعاد وسیع از روش جت گروتینگ استفاده می کنند. از سایر موارد استفاده از روش جت گروتینگ در سنگ های نرم و خاک هایی است که ابعاد آنها بیش از ۳۰۰ میلی متر است.
 

روش جت گروتینگ 

جت گروتینگ براساس نوع خاک محل مورد نظر، ویژگی های فیزیکی آن و کاربرد مورد انتظار از توده ی خاک سیمان به سه روش کلی انجام می شود که هر کدام از آنها دارای اتصالات و نازل (مانیتور) متقاوت از یکدیگر هستند. در نهایت روش انتخابی و تعداد سیال های مورد نظر تاثیر مستقیمی در مقاومت فشاری ستون سیمانی حاصل از روش جت گروتینگ خواهد گذاشت.
 

تزریق پر فشار یا جت گروتینگ

همانطور که گفتیم نام دیگر تزریق پر فشار جت گروتینگ است که به عنوان روشی در پایدارسازی، آب بندی، بهسازی خاک و ... بکار می رود. تزریق پر فشار یا جت گروتینگ به دو گروه تزریق در خاک و تزریق در سنگ تقسیم می شود. بطور خلاصه در این فرآيند دوغاب تزریقی با فشار و سرعت بالا از طریق نازل هایی به درون خاک تزریق می گردد و منجر به تخریب، تغییر و اصلاح خاک می گردد. در واقع در فرآيند تزریق پر فشار یا جت گروتینگ دوغاب تزریق شده به شکل درجا با خاک ترکیب می شود و توده ای همگن از خاک اصلاح شده را ایجاد می کند. به توده ی همگن ایجاد شده اصلاح ستون خاک-سیمان می گویند. این توده ها دارای مقاومت و شکل پذیری بالا هستند و از حداقل نفوذپذیری نسبت به عوامل خارجی برخوردارند که همین عوامل باعث تقویت خاک می گردد.


 

تزریق جت گروتینگ

تزریق جت گروتینگ یا تزریق پر فشار از روش بسیار ایمن و کارا است که برای مقاوم سازی خاک استفاده قرار می گیرد. تزریق جت گروتینگ با استفاده از ابزارهای جت گروتینگ انجام می شود. با استفاده از تزریق جت گروتینگ ستون ها یا توده های همگنی از جنس مخلوط خاک و سیمان بوسیله ی پمپ تزریق مخصوص با فشار بسیار زیاد (۳۰۰ تا ۸۰۰بار) در مکان مورد نظر ایجاد می گردد. از جمله مهم ترین مزایای روش جت گروتینگ امکان استفاده از این روش در حضور آب های زیرزمینی است که این مسئله هیچ اختلالی در تزریق جت گروتینگ بوجود نمی آورد. سایر روش های موجود مورد استفاده برای تحکیم بستر عموما تنها قادر به پوشش دامنه محدودی از خاک بودند در حالیکه تزریق جت گروتینگ می تواند بخش وسیعی از خاک را بدون توجه به میزان نفوذ پذیری و وضعیت دانه بندی آن پوشش دهد. بطور کلی تزریق جت گروتینگ در موارد مختلفی کاربرد دارد که می توان دامنه ی آنرا با با تغییر پارامترهای دوغاب تزریقی گسترش داد البته شعاع حاصل از تزریق جت گروتینگ نیز مقدار ثابتی نیست و بستگی به نوع خاک، قدرت، شیوه عملکرد دستگاه ها، نوع و غلظت دوغابی تزریقی در خاک دارد که این مقدار بین ۷۰ الی ۱۵۰ سانتی متر است.
 

مزایای جت گروتینگ 

جت گروتینگ یا همان تزریق پر فشار در خاک مثل سایر روش ها دارای مزایای به خصوصی است که شامل موارد زیر می باشد :
۱)کنترل نشست پی 
۲)پیشگیری از روانگرایی
۳)کاهش میزان نفوذپذیری خاک
۴)افزایش ظرفیت باربری خاک تحت نیروی فشاری و برشی
 

طراحی و محاسبات جت گروتینگ              

برای دستیابی به هر یک از اهداف و مزایای ذکر شده با استفاده از عملیات جت گروتینگ مثل سایر روش های مهندسی نیازمند انجام محاسبات و طراحی هستیم. برای مثال با استفاده از مقاومت اصطکاکی و نوک این ستون ها ظرفیت باربری مجاز ژئوتکنیکی ستون های تزریقی در روش جت گروتینگ قابل محاسبه است. ظرفیت ستون ها عمدتا دو برابر ظرفیت مجاز ژئوتکنیکی و ظرفیت مجاز سازه ای در نظر گرفته می شود. ظرفیت مجاز سازه ای ستون با استفاده از مقاومت تک محوره مغزه های گرفته شده از ستون و بارگزاری بزرگ مقیاس ستون ها قابلیت محاسبه دارد. مقاومت فشاری محصور نشده حاصل از مخلوط خاک و سیمان یکی از پارامترهای در طراحی ستون های جت گروتینگ است. مقاومت فشاری مورد نظر ارتباط مستقیمی با جنس خاک و میزان سیمان بکار رفته در دوغاب دارد.
 

عملیات جت گروتینگ 

عملیات جت گروتینگ با توجه به تعداد سیال هایی که مورد استفاده قرار می گیرد به سه روش اجرا می گردد:
 
۱)جت گروتینگ به روش تک سیاله : در عملیات جت گروتینگ به روش تک سیاله پس از پایان حفاری دریچه های تخلیه بسته می شوند و همزمان با حرکت راد چرخشی را به سمت بالا، مخلوط مخصوص تزریق از طریق نازل ها و با فشار بسیار زیاد به درون خاک تزریق می شود و به این شکل مخلوط تزریقی مورد تظر با سرعت زیاد با خاک ها نواحی کناری ترکیب می شود. 
 
۲) جت گروتینگ به روش دو سیاله : در این روش قطر نهایی حاصل از نفوذ مواد تزریقی بیشتراز سایر روش ها خواهد بود. عملیات جت گروتینگ یا تزریق پر فشار به روش دو سیله شباهت زیادی با روش تک سیاله دارد با این فرق حین تزریق دوغاب به درون خاک، هوای فششرده ی موجود در محیط مخلوط تزریقی نیز همزمان به داخل خاک وارد می شود . همین مسئله سبب افزایش انرژي تزریق و شعاع نفوذ مخلوط می شود. 
 
۳)جت گروتینگ به روش سه سیاله : در عملیات جت گروتینگ به روش سه سیاله در ابتدا با هدف شکستن ساختار خاک،‌ آب و هوا از یک نازل با فشار زیاد به داخل خاک تزریق می گردند و در مرحله ی بعد مخلوط تزریقی از درون یک نازل دیگر به خاک تزریق و با آن ترکیب می شود. 
 

کاربردهای جت گروتینگ 

بطور کلی کاربرد تزریق پر فشار یا همان جت گروتینگ در بهسازی پی است. برخی از اصلی ترین کاربردهای تزریق پر فشار (جت گروتینگ) در ادامه آورده شده است : 
۱)سازه نگهبان برای پایدارسازی گود
۲)اجرای آب بندی در گودها و سازه های زیر سطح زمین
۳)ترمیم و بازسازی پی ها
۴)دیوار آب بند برای سدها و گودبرداری
۵)کنترل و پیشگیری از روانگرایی خاک های ضعیف و خطرات آنها
۶)جایگزین مناسبی برای شمع گذاری
۷)قال اجرا برای پی سازه ها در خاک های ضعیف
۸)افزایش مقاومت خاک 
۹)اصلاح خاک بصورت درجا
۱۰)سرعت و سهولت در اجرا
۱۱)قیمت اقتصادی
۱۲)قابلیت کنترل کیفی جت گروتینگ و تایید نهایی آن
۱۳)هزینه ی کمتر کارگاه

اجرای جت گروتینگ

۱) حفر گمانه ها و تزریق دوغاب : در ابتدا لازم است گمانه ها با عمق تعیین شده در نقشه های اجرایی حفر شوند تا مخلوط تزریقی با فشار ۲۰ بار و به روش دروانی با قطر تقریبی ۷۶ الی ۱۱۰ سانتی متر وارد خاک شوند. 
 
۲)تزریق دورانی : پس از حفر گمانه ها عملیات تزریق پر فشار (جت گروتینگ) بصورت تزریق دورانی پر فشار در سه مرحله ی‌: توقف، تزریق دورانی با فشار بالا و بیرون کشیدن انجام می گیرد. 
۳)آب بندی : در صورتی که حین بهسازی خاک با نظر کارشناس نیاز به آب بندی نیز باشد می توان در ترکیب مخلوط تزریقی مورد نظر مقدار بنتونیت افزود. 
 

دستگاه جت گروتینگ

برای اجرای عملیات جت گروتینگ یا تزریق پر فشار نیازمند تجهیزات به خصوصی هستیم. این تجهیزات عبارتند از :
۱)سیلوها
۲)تجهیزات اختلاط 
۳)پمپ فشار بالا
۴)پمپ مخلوط تزریق (جت گروتینگ به روش تک سیاله و دو سیاله)
۵)کمپرسور (جت گروتینگ به روش دو سیاله و سه سیاله)
۶)تجهیزات حفاری
 

بهسازی خاک با روش جت گروتینگ

در مواقعی که خاک محیط مورد نظر ضعیف و سست است احتمال نشست پی و روانگرایی افزایش پیدا می کند این موضوع به ویژه در مناطق ساحلی بسیار مشهود است. برای پیشگیری از چنین خزراتی بهسازی خاک ضرورت پیدا می کند. روش تزریق پر فشار یا جت گروتینگ یکی از انواع روش های بهسازی محسوب می شود که می تواند جایگزین بسیار مناسبی برای روش های دینامیکی موجود در بهسازی باشد . 
 

دستگاه پمپ تزریق جت گروتینگ

دستگاه پمپ تزریق جت گروتینگ از دو بخش اصلی نیروی محرکه و پمپاژ دوغاب تشکیل شده است. موتور شش سیلندر کومنز نیروی محرکه ی پمپ را تامین می کند و از گازوییل به عنوان سوخت مصرفی دستگاه استفاده می شود. بخش مربوط به پمپاژ دوغاب نیز از میلنگ، پیستونها رفت و برگشتی و اتاق کنترل فشار و دبی پمپ تشکیل شده است. دستگاه پمپ تزریق پر فشار عموما دارای فشار تقریبی ۹۰۰ بار اسمی است.
 

کنترل کیفی جت گروتینگ 

براساس استاندارد جهانی (ASCNE,EN)، آزمایش کنترل کیفی جت گروتینگ متشکل از محصول آزمایشی و محصول نهایی است. بنابراین در مرحله ی اول که اطلاعات مرتبط با تزریق به طور دقیق ثبت می شوند، ستون های آزمایشی با مقادیر آزمایشی از مولفه های مختلف مثل فشار تزریق، گام های تزریق و طرح های اختلاط مختلف تولید می شوند. بعد از اجرای آزمایش های مربوط به قطر و مقاومت، مقادیر مولفه های ذکر شده با مقادیر هدف کالیبره می شوند تا در ادامه آن ها ثابت نگه داشته شوند و ستون های جت گروتینگ با کیفیت یکنواخت ایجاد شوند. آزمایش های لازم در مرحله ی ساخت ستون های نهایی شامل موارد زیر است:
آزمایش های کنترل مصالح قبا از گیرش
آزمایش های کنترلی بعد از گیرش 
آزمایش های بزرگ مقیاس
 

خصوصیات و محدودیت های جت گروتینگ

بسیاری از اوقات به دلیل محدودیت های اجرایی، اقتصادی و زمانی امکان اجرای سایر روش های بهسازی وجود ندارد. تزریق جت گروتینگ، روش مناسبی برای شمع کوبی و یا سایر روش های مشابه محسوب می شود. روش جت گروتینگ به عنوان یک تکنولوژی نوین، سالها در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. زمین های ساحلی در شمال و جنوب ایران از مقاومت پایینی برخوردار بوده و مستعد نشست یا وقوع رونگرایی هنگام وقوع زلزله هستند. به همین دلیل اجرای روش های بهسازی یا جت گروتینگ در ایران از اهمیت بالایی برخوردار است. تزریق جت گروتینگ برای طیف وسیعی از خاک ها قابل استفاده است و مزایای بیشماری دارد. در ادامه به برخی از مزایای تزریق جت گروتینگ اشاره می شود: 
۱-ایجاد خاصیت نفوذ ناپذیری در خاک با جت گروتینگ
۲-ارتقا سطح مقاومت خاک با تزریق جت گروتینگ
۳-پیشگیری از روانگرایی با اجرای جت گروتینگ
۴-قابلیت جت گروتینگ در اصلاح زمین بصورت درجا
۵-امکان کنترل و تأیید کیفی جت گروتینگ
۶-سرعت بالای اجرای عملیات جت گروتینگ
۷-آلودگی صورتی کمتر روش جت گروتینگ نسبت به سایر روش ها
۸-قیمت اقتصادی تجهیز کارگاه در عملیات جت گروتینگ نسبت به سایر روش ها
۹-تبدیل زمین به بخشی از سیستم خاک و سازه در عملیات جت گروتینگ