تجهیزات بهسازی خاک به روش تزریق

تجهیزات مورد استفاده برای بهسازی خاک به روش تزریق معمولا شامل ماشین حفار، میکسر ملات، پمپ و خط انتقال ملات هستند.

به طور کلی، تزریق با راندن لوله به درون زمین یا حفاری گمانه و پمپاژ ملات با فشار بالا به درون لوله یا گمانه انجام می گیرد.

نوع تجهیزات مورد استفاده برای تزریق به شرایط زمین، نوع ملات و روش انتخابی بستگی دارد. در ادامه به معرفی برخی از تجهیزات پرکاربرد تزریق می پردازیم.

ماشین آلات حفاری:
شروع فرآیند تزریق، نیازمند ایجاد مسیری برای دسترسی به حفره ها و یا شکستگی های موجود و انتقال مواد پرکننده به درون آن ها است.

این مسیر با حفر چاه یا گمانه توسط ماشین آلات حفاری فراهم می شود. ماشین آلات مورد استفاده برای حفاری گمانه یا چاه های تزریق معمولا از نوع ضربه ای و دورانی هستند.

شرایط زمین، به عنوان مهم ترین عامل برای انتخاب ماشین حفاری در نظر گرفته می شود. در مجموع، ابزارهای پنوماتیکی، مته های الماسه و حفاری شستشویی، از گزینه های متداول برای انتخاب تجهیزات حفاری هستند.

ماشین آلات حفاری ضربه ای:
«حفاری ضربه ای» (Percussion Drilling)، روشی است که به منظور حفر گمانه درون محیط های سنگی مورد استفاده قرار می گیرد.

این روش، با وارد کردن ضربه های متوالی به زمین توسط چکش مکانیکی، باعث ایجاد حفره می شود. «جک هَمِر» (Jackhammer)، «دریفتر» (Drifter) و «واگن دریل» (Wagon Drill) از متداول ترین ماشین آلات حفاری ضربه ای در بهسازی خاک به روش تزریق هستند.

حفاری توسط این ماشین آلات، اقتصادی ترین گزینه برای حفر چاه های کم عمق محسوب می شود. با رسیدن به اعماق 23 تا 38 متری (بسته به نوع سنگ)، بهره وری ماشین آلات حفاری ضربه ای کاهش می یابد.

ماشین آلات حفاری دورانی:
«حفاری چرخشی» (Rotary Drilling)، از روش های متداول برای حفر گمانه درون محیط های خاکی است. در این روش، مته ماشین حفار با سرعتی بالاتر از 3000 دور بر دقیقه می چرخد.

اعمال فشار توسط مته در حال چرخش به سطح زمین، باعث ایجاد حفره می شود. ماشین آلات حفاری دورانی دارای انواع و ابعاد مختلفی هستند که می توانند گمانه هایی با عمق چند متر تا چند کیلومتر را حفاری کنند.

در حفر چاه های تزریق معمولا از انواع کوچک این ماشین آلات استفاده می شود.

میکسر ملات:
آماده سازی مواد پرکننده توسط میکسرهای بتن یا میکسرهای مخصوص ملات انجام می گیرد. تمام تجهیزات دارای ظرفیت کافی با قابلیت اختلاط یکنواخت مصالح برای این کار مناسب هستند.

پس از آماده شدن مخلوط، ترکیب به دست آمده معمولا به درون یک حوضچه دارای هم زن (با ظرفیت مشابه یا بیشتر از میکسر) انتقال داده می شود.

این فرآیند از سفت شدن مخلوط جلوگیری می کند. به منظور افزایش ظرفیت می توان از دو یا چند میکسر به طور همزمان استفاده کرد. به طور کلی، اختلاط دستی ملات یا استفاده از میکسرهای دارای ظرفیت پایین برای فرآیند تزریق پیشنهاد نمی شوند.

پمپ:
پمپ، وسیله ای است که نیروی مکانیکی مورد نیاز برای انتقال مواد پرکننده از مخزن میکسر یا حوضچه به محل تزریق را فراهم می کند.

پمپ های مورد استفاده در فرآیند تزریق باید دارای انعطاف پذیری کافی برای کنترل فشار سیال باشند تا علاوه بر تامین نرخ تزریق مناسب، از گرفتگی لوله ها نیز جلوگیری شود.

در صورت استفاده از پمپ های دارای سرعت ثابت، به کارگیری سیستم لوله کشی و شیرهای مخصوص برای کنترل فرآیند تزریق ضروری خواهد بود. شرایط توده خاک و سنگ بر روی انتخاب فشار مناسب برای تزریق تأثیرگذار هستند.

از این رو، پیش از طراحی روش بهسازی، نمونه های محل اجرای تزریق به صورت برجا مورد آزمایش قرار می گیرند.

در مجموع، فشار تزریق از حدود 1 نیوتن بر میلی متر مربع برای خاک های ماسه ای تا 7 نیوتن بر میلی متر مربع برای سنگ ها تغییر می کند.

لوله:
لوله، یکی دیگر از تجهیزات ضروری در بهسازی خاک به روش تزیق است. به طور کلی، دو سیستم متداول برای انتقال مواد پرکننده از پمپ به گمانه وجود دارند.

ساده ترین سیستم لوله کشی تزریق، از یک خط انتقال واحد تشکیل می شود که ملات را توسط لوله، شلنگ یا ترکیبی از این دو به دهانه گمانه هدایت می کند. در این سیستم، سرعت پمپاژ، نرخ تزریق را کنترل می کند.

سیستم دوم با عنوان خط انتقال دوگانه یا سیستم چرخشی شناخته می شود. این سیستم دارای یک خط برگشت است که مواد را از دهانه گمانه به مخزن یا حوضچه باز می گرداند.

به این ترتیب، در صورت بسته بودن شیر خروجی در دهانه گمانه، ملات به طور پیوسته بین حوضچه، پمپ و دهانه حرکت خواهد کرد. استفاده از سیستم چرخشی، امکان کنترل بر روی میزان ملات ریخته شده درون گمانه، بدون تغییر در سرعت پمپاژ را فراهم می کند.

این ویژگی به همراه کاهش احتمال گرفتگی لوله ها از دلایلی هستند که باعث برتری سیستم دوگانه نسبت به سیستم واحد می شوند.

دیگر تجهیزات قابل استفاده برای تزریق:
تجهیزات معرفی در بخش های قبلی، در روش های معمول بهسازی خاک به روش تزریق مورد استفاده قرار می گیرند.

در برخی از پروژه ها، امکان اجرای تزریق توسط ماشین آلات و ابزارهای مخصوص نظیر دستگاه شاتکریت، بولت های تزریقی و دستگاه حفاری تونل (TBM) نیز وجود دارد.

در این موارد، تزریق به عنوان فرآیند ثابت در حین اجرای سازه انجام می شود.

ارزیابی شرایط زمین و کنترل کیفیت بهسازی خاک به روش تزریق توسط بررسی نتایج به دست آمده از آزمایش های صحرایی انجام می گیرد.