تزریق در واقع پر کردن درزها و منفذ های زمین منطقه ای با مواد سیالی که دوغاب نامیده میشود، است.تکنولوژی تزریق به عنوان یک راه حل مهندسی، یک تکنیک کهن در بهسازی زمین است که در حدود دو قرن قدمت دارد. عمل تزریق شامل دو بخش زیر است :
– اطلاعات و دانش کافی در مورد دوغاب ها
– تکنیک های تزریق دوغاب در خاک
تزریق را می توان از دیدگاه های متفاوت دسته بندی کرد. از دیدگاه مصالح نیازمند تزریق، این روش ها به سه دسته تزریق در خاک، تزریق در سنگ و تزریق در سازه تقسیم بندی می شوند؛ از دیدگاه مکان تزریق، این روش ها به دو دسته تزریق در سطح زمین و تزریق در سازه های زیر زمینی تقسیم می شوند.
تاریخچه
تزریق در زمین برای نخستین بار توسط شخصی به نام برینی در سال ۱۸۰۲ میلادی انجام شد، ولی درایران از سال های ۱۳۶۳-۱۳۶۴ تزریق به صورت مستقل اجرا شد؛در سال ۱۸۰۲ میلادی در فرانسه تزریق برای بهبود ظرفیت باربری مصالح تشکیل دهنده موجود در زیر یک سازه آبگیر، به کار برده شد.گسترش تزریق سیمان از سال ۱۸۰۰ میلادی در فرانسه و انگلستان ادامه یافت. کاربردهای این روش، بیشتر در مورد سازه های عمرانی نظیر کانال ها، لنگر گاه ها و پل ها بود.
اولین آثار ثبت شده استفاده از تزریق سیمان در ساخت فضاهای زیر زمینی به سال ۱۸۶۴ مربوط می شود. درآن سال ، پتر بارلو با استفاده از یک پوشش آهنی قالب ریزی شده، سپر یک تکه استوانه ای شکل تونل را (که از داخل ساخته می شد) به وجود آورد. در این حالت، فضای خالی کروی شکل قسمت انتهایی سپر با استفاده از ملات تزریق، پر گردید (یترولو ۱۹۹۴). در سال ۱۹۳۸، نیز اولین عملیات منظم تزریق توده های سنگی در ایالات متحده آمریکا، در سد نیو کراتون انجام پذیرفت(ویور ۱۹۹۱). گفته می شود که اجرای تزریق در سد هوور، بین سال های ۱۹۳۲ و ۱۹۳۵، نقطه شروع طراحی سیستماتیک برنامه های تزریق در ایالات متحده آمریکا بوده است.
گر چه تزریق در خاک، سنگ و سازه ممکن است اهداف گونا گونی داشته با شد ولی شاید بتوان گفت در یک دید کلی تزریق به خاطر افزایش پایداری، افزایش مقاومت، کاهش نفوذ پذیری و یا اتصال بین سازه و ساختگاه صورت می گیرد. عملیات تزریق کاربرد گسترده ای در مهندسی عمران جدید دارد. این کاربرد ها عبارت اند از :
الف ) کاهش نفوذ پذیری تشکیلات واقع در زیر پی سازه های آبی جهت کنترل تراوش و کاهش آب مخزنی؛
ب ) کنترل نیروی زیر فشار (آپلیفت) سازه یا جلو گیری از خطر فرسایش خاک شالوده ؛
پ ) افزایش مقاومت مصالح زیر پی سازه های سنگین و یا کاهش تغییر شکل پذیری مصالح شالوده که گاهی به آن تزریق تحکیمی گفته می شود؛
ت ) ارتباط عناصر ساختمانی مجزا در یک سازه همگن به کمک تزریق نظیر سد های بتنی وزنی و یا در سد های قو سی ؛
ث ) کار گذاشتن یا نصب کابل های تقویتی در سازه های بتنی پیش فشرده یا پیش ساخته ؛
ج ) نصب میل مهار های پیش فشرده ؛
چ ) بالا آوردن و قائم نمودن ساختمان ها و سازه های مایل ؛
ح ) پر نمودن حفره های بین سنگ ها و پوشش تونل که به آن تزریق تماسی گویند؛
خ ) نو سازی و تقویت ساختمان های تاریخی آسیب دیده ؛
د ) ساخت بتن در زیر آب با تزریق در شن هایی که قبلا جایگزین شده و به روش پیرپاکت معروف است؛
و کاربردهای دیگر.
مزایا و معایب
مزایای اقتصادی تزریق باعث طرفداری و توجه شایان به این تکنیک در مقایسه با سایر تکنیک ها شده است، به ویژه وقتی که مشکلات تکنیکی خاصی وجود داشته باشد؛ برخی از آن ها عبارت اند از :
الف ) چنانچه لازم است فونداسیون طرحی پایین تر از سطح آب های زیرزمینی، خاکبرداری شود؛ فونداسیون عمیق، برای اجرای عملیات ساختمانی به زمان زیادی نیاز دارد؛
ب ) وقتی اجرای یک پی مناسب خیلی مشکل باشد، این مورد معمولا در کارهای داخل شهر، در تونل های انتقال، مجاری فاضلاب، راه های زیر زمینی مترو و . . . پیش می آید؛
پ ) وقتی ابعاد هندسی محل فونداسیون خیلی پیچیده باشد و شرایط مرزی و تشکیلات مختلفی از لحاظ جنس و از نظر زمین شناسی وجود داشته باشد؛
ت ) وقتی، وجود سازه هایی در مجاور فونداسیون جدید، اجازه و امکان خاکبرداری در عمق های خیلی پایین را ندهد.
اما در اغلب حالات در مقایسه با سایر تکنیک ها، تزریق یک راه حل کند می باشد. همچنین ممکن است مخارج هنگفتی را در بر داشته باشد، زیرا که برای دستییابی به نتایجی با کیفیت بهتر، نیاز به استفاده از دوغاب های مخصوص و اکیپ مجهز و متخصص می باشد.
روش های تزریق در خاک
همان طور که قبلاً بیان شد تزریق به طور عمده در سه دسته بندی تزریق در خاک، تزریق در سنگ، و تزریق در سازه صورت می گیرد. تزریق در خاک به یکی از چهار روش زیر صورت می گیرد :
۱- تزریق تراکمی (Compaction Grouting)
۲- تزریق نفوذی (Permeation Grouting)
۳- تزریق جت (Jet Grouting)
۴- تزریق شکست هیدرولیکی ( Hydrofracture Grouting)
۱٫ تزریق تراکمی در خاک
در روش تزریق تراکمی در خاک، با تزریق دوغاب با ویسکوزیته بالا و فشار بیشتر و در مراحل متعدد، حباب‌هایی از دوغاب ایجاد میشود که باعث جابه‌جا شدن خاک و درنتیجه متراکم شدن آن می‌گردد. این روش برای محیط‌های کارستی، خاک‌های بسیار سست و فروریزشی ماسه‌ای و ریزدانه کاربرد دارد. این روش ندرتاً منجر به بروز تغییر مکان‌های جزئی در سطح زمین شده و در صورت وجود سازه حساس در این محل، این روش تزریقی خاک باید محتاطانه به کار برده شود. در زیر به برخی نکات مربوط به این روش اشاره خواهد شد :
- طرح اختلاط مخلوط دوغاب ویژه است تا به حفرات موجود در خاک نفوذ نکند و یا با خاک مخلوط نشود. در عوض، در خاکی که تزریق میشود، جایگزین می‌گردد.
- حجم فضاهای خالی کاهش و محیط متراکم می‌گردد.
- ملات خیلی سخت به خاک‌های سست تزریق و حبابی از ملات تزریقی تشکیل و در خاک جایگزین شده و زمین اطراف را بدون نفوذ در حفرات خاک، متراکم می‌سازد.
- در محیط‌های شنی تراکم حداکثر ندارد اما در محیط‌های ریزدانه سست کارایی بهتری دارد.
- اغلب در پی‌های کم عمق برای بالا بردن دال‌های نشست کرده بکار می‌رود.
- تقریباً در همه نوع خاک‌ها کاربرد دارد.
۲٫ تزریق نفوذی در خاک
این نوع تزریق قدیمی‌ترین روش تزریق در خاک می‌باشد. درزها، شکاف‌ها و یا شکستگی‌ها در سنگ و فضاهای خالی در خاک با دوغاب، بدون برهم زدن ساختار سنگ یا خاک با حداقل فشار توسط دوغاب پر می‌گردد. سیال دوغاب با حداقل فشار تزریق در یک بازه زمانی در فضاهای خالی موجود در بین ذرات خاک و یا در شکاف‌های سنگ تزریق میشود تا از وقوع شکستگی‌های جدید جلوگیری شود. هدف اصلی از انجام تزریق نفوذی، کاهش نفوذپذیری و کنترل جریان آب زیرزمینی و افزایش مقاومت خاک و ایجاد توده‌ای یکپارچه‌تر و منسجم‌تر می‌باشد. تزریق سیمان در خاک و تزریق شیمیایی از این دسته می‌باشند.
۳٫ تزریق جت در خاک
در این روش لایه‌های نازکی از ملات سیمانی، با فشار بسیار زیاد به دیواره‌های گمانه برخورد می‌کنند و پس از اصابت به دیواره‌های گمانه، بطور همزمان از یک سو مصالح موجود را حفاری نموده و از سوی دیگر نیز با خاک مخلوط می‌شوند. همچنین عمل برش دهندگی لایه‌های نازک ملات سیمانی تزریقی را می‌توان با وارد کردن هوای فشرده در آن افزایش داد.
در این روش بعد از حفاری تا عمق مورد نظر توسط جت‌های تعبیه شده در انتهای سیستم حفاری آب یا دوغاب را با فشار زیاد وارد خاک کرده همزمان با چرخش جت و بالا آمدن آن ستونی از خاک اصلاح شده ایجاد می‌گردد. استفاده از آب با فشار بالا جهت گسیختن ساختار فیزیکی خاک استفاده میشود که به این طریق باعث اصلاح و بهبود زمین می‌شوند.
۴٫ تزریق شکست هیدرولیکی در خاک
زمانی که فشار تزریق بزرگ‌تر از مقاومت کششی خاک یا سنگ باشد، باعث شکست هیدرولیکی، گسیختگی و ایجاد ترک شده و دوغاب به‌سرعت به ناحیه ترک‌خورده نفوذ می‌کند. این روش جهت متراکم و سخت کردن زمین و یا دسترسی به حفرات دیگری که در دسترس نیستند، بکار می‌رود. این روش وقتی کاربرد دارد که برهم زدن ساختار خاک و ایجاد جابجایی تحت فشار تزریق در سطح زمین مشکل‌ساز نباشد.
