عنوان: جت گروتینگ – تاریخچه توسعه و فناوری

در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی، خاک ماده‌­ای تعیین کننده است که بسیاری از مردم از اهمیت آن آگاهی ندارند. بار وارده از سازه از طریق فونداسیون به خاک و بستر زیر آن منتقل می­‌گردد و در صورتی که آن بستر تحمل بارهای وارده را نداشته یا دچار نشست گردد، سازه از سرویس دهی خارج شده و صدمات جانی و مالی احتمالی را نیز در پیش خواهد داشت. به عنوان مثال، زمین لغزش Thredbo در سال 1997 در کشور استرالیا باعث کشته شدن 80 نفر و خسارت مالی چندین میلیون دلاری به پیست اسکی آن منطقه شد. یکی از روش‌های تحکیم بستر و پایدارسازی زمین روش جت گروتینگ یا تزریق پرفشار می‌باشد.

با توجه به طرح توسعه شهری و شرایط جغرافیایی و شهری منطقه، در برخی از شرایط دوری از خاک­های مساله دار امری اجتناب ناپذیر بوده و بایستی شرایط خاک توسط مهندسین بهبود پیدا کند. یکی از روش­های بهسازی و بهبود خاک، روش جت گروتینگ می­‌باشد.

در روش جت گروتینگ، دوغاب سیمان با فشار بسیار بالا به خاک تزریق شده که این امر باعث جابجایی هوا و آب در فضای خالی و ذرات خاک می‌­شود. با انجام این فرایند، مقاومت و دوام خاک بهبود پیدا کرده و هچنین نفوذپذیری خاک نیز کاهش پیدا می­‌کند. در این روش ابتدا حفاری تا عمق مورد نظر صورت پذیرفته و سپس عملیات تزریق با فشار جهت اجاد ستون‌های خاک-سیمان انجام می­‌گیرد. تصویر شماره 1 نمایی از روش اجرای این سیستم را نشان می­‌دهد.

تصویر شماره 1 – روش اجرای جت گروتینگ

تاریخچه روش جت گروتینگ

ایده اولیه روش جت گروتینگ، استفاده از آب با فشار بالا جهت تزریق دوغاب سیمان در دهه 1960 میلادی در ژاپن شکل گرفت. در نمونه‌­های اولیه این روش، ایجاد اشکال نامنظم ستون خاک سیمان و عدم بهبود مناسب خواص مقامتی خاک مشاهده گردید که با گذشت زمان و انجام تحقیقات این موارد مرتفع گردید و دو دسته کلی شکل گرفت:

• روش Chemical Churning Pile (CCP):

دوغاب سیمان تحت فشار در نازل انتهایی راد حفاری تزریق می­‌گردد.

• روش Column Jet Grout (CJP):

ابتدا ذرات خاک توسط فشار آب و هوا از یکدیگر جدا شده و سپس تزریق سیمان تحت فشار بالا صورت می­‌پذیرد.

ژاپن در سال 1970، به صورت گسترده از این روش جهت بهسازی خاک و کنترل نشست استفاده کرده و پس از نتایج موفق آن، سایر نقاط جهان از جمله آلمان، ایتالیا، فرانسه، سنگاپور نیز از این روش استفاده کردند. در سال 1980با برگزاری رویداد رقابتی جهت کنترل پایداری برج پیزا در کشور ایتالیا، توجه کشورهای اروپایی به این روش پیشنهاد شده توسط ژاپن جلب شد. اکنون روش جت گروتینگ به عنوان یکی از موثرترین روش­‌های بهسازی خاک به صورت جهان شمول مورد استفاده قرار گرفته است.

پیشرفت جت گروتینگ در گذر زمان

 جت گروتینگ به‌ عنوان یکی از پیچیده‌ترین و فنی‌ترین روش‌های تزریق شناخته می‌شود. هرچند این روش وابستگی کمتری به ویژگی‌های خاک در محل دارد، اما شرایط خاک درجا همچنان نقش مهمی در انتخاب روش‌های اجرا و دستیابی به نتایج مطلوب از ستون خاک-سیمان ایفا می‌کند.

این فناوری در اوایل دهه ۱۹۸۰ در ایالات متحده معرفی شد و به‌تدریج جایگاه ویژه‌ای در جامعه مهندسی پیدا کرد. این روش توانسته است انواع مختلفی از خاک‌ها را به‌ طور مؤثر برای کاربردهای متنوع اصلاح کند. در دهه گذشته، بسیاری از پیمانکاران تخصصی به رشد این سیستم کمک کرده‌اند و از سیستم‌های تک‌سیاله، دو سیاله و سه سیاله بهره برده‌اند.

در سال‌های اخیر، سیستم سوپر جت به‌عنوان پیشرفتی در فناوری تزریق دو سیاله معرفی شده است. این سیستم از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه بوده و امکان اصلاح و بهسازی خاک را فراهم می‌کند.

تصویر شماره 2، نمایی از پیشرفت جت گروتینگ در گذر زمان را نشان می­‌دهد. نمونه ابتدایی آن که در سال 1970 ایجاد شد تا نسل جدید سوپر جت­ها که از سال 2000 میلادی به بعد معرفی گردید، در این تصویر قابل مشاهده است.

تصویر شماره 2 – نمایی از پیشرفت روش جت گروتینگ در گذر زمان

در ادامه به تعریف سیستم­های تک، دو و سه سیاله خواهیم پرداخت:

• سیستم تک سیاله

ساده‌ترین نوع این فناوری است. در این روش، دوغاب از طریق میله تزریق پمپ شده و از طریق نازل‌های افقی تعبیه‌شده در مانیتور، با سرعت بالا خارج می‌شود. انرژی حاصل از این جریان پرسرعت باعث تخریب ساختار خاک و جایگزینی آن با مخلوطی از دوغاب و خاک درجا می‌شود. این روش در خاک‌های غیرچسبنده بیشترین کارایی را دارد.

• سیستم دو سیاله

سیستم دوسیاله شامل تزریق هم‌زمان جریان دوغاب با سرعت بالا درون یک مخروط از هوای فشرده است. این سیستم توانایی ایجاد ستون‌های بزرگ‌تری نسبت به سیستم تک‌سیاله دارد و در خاک‌های چسبنده عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.

• سیستم سه سیاله

سیستم تزریق سه‌سیاله پیچیده‌ترین نوع این فناوری است زیرا شامل تزریق هم‌زمان سه سیال متفاوت یعنی هوا، آب و دوغاب می‌شود. در این روش، دوغاب با سرعت کمتری از نازل‌های جداگانه‌ای خارج می‌شود. این ویژگی باعث جداسازی فرآیند تخریب خاک از فرآیند تزریق دوغاب شده و در نتیجه ترکیب خاک-سیمان با کیفیت بالاتری حاصل می‌شود.

تصویر شماره 3 نمایی از کارکرد این سیستم‌­ها را نشان می­دهد.

تصویر شماره 3 – نمایی از سیستم های تک، دو و سه سیاله جت گروتینگ

کارکرد جت گروتینگ

روش جت گروتینگ دارای عملکردهای متفاوتی بوده که بسته به نیاز پروژه از این روش استفاده می‌گردد. در ادامه به بخشی از عملکردهای این روش پرداخته شده است:

• بهبود خواص مکانیکی خاک

با تزریق دوغاب سیمان به خاک، فضای خالی بین ذرات خاک پر خواهد شد. دوغاب سیمان در خاک عملکردی مشابه سیمان در بتن را دارد و باعث چسبیده شدن دانه­های خاک به یکدیگر و بهبود خواص مقاومتی و برش خاک می­‌گردد.

• کنترل و کاهش نفوذپذیری

یکی از کاربردهای استفاده از روش جت گروتینگ، کاهش نفوذپذیری و ایجاد مانع در مسیر تراوش آب می‌باشد. از این روش در زمین‌­های دارای سطح آب زیرزمینی بالا و صنعت سدسازی جهت ایجاد پرده آب بند استفاده می‌­گردد.

• کنترل نشست

از دیگر کاربردهای روش جت گروتینگ، اصلاح نشست می‌­باشد. به عنوان مثال در اصلاح نشست ساختمان­‌ها یا در محل­‌هایی که حفاری تونل­‌های زیرزمینی در زیر ساختمان­ها صورت می‌گیرد، از این روش جهت کنترل نشست استفاده می­‌گردد.

نتیجه گیری

به صورت کلی می‌­توان گفت، جت گروتینگ یکی از فن‌آوری‌های پیشرفته و موثر در مهندسی ژئوتکنیک است که توانسته با ارائه راه‌حل‌های خلاقانه و کارآمد، نقش مهمی در بهبود و تقویت خاک‌های سست ایفا کند. با توسعه تجهیزات و تکنیک‌های جدید، این روش به یکی از اصلی‌ترین گزینه‌ها برای مواجهه با چالش‌های پیچیده مهندسی تبدیل شده است. در آینده، با پژوهش‌ها و نوآوری‌های بیشتر، انتظار می‌رود که کاربردهای جت گروتینگ همچنان گسترش یابد و به یکی از ابزارهای اساسی در مهندسی عمران و ژئوتکنیک تبدیل شود.