حفاری و تزریق

توسط مدیر سایت

تكنولوژي تزريق بعنوان يك راه حل مهندسي ، يك تكنيك كهن در بسياري زمين است كه درحدود دو قرن قدمت دارد. تزريق در زمين براي نخستين بار توسط شخصي بنام Berigny در سال 1802 انجام شد و لكن اين تكنيك ، تنها در چند دهه اخير پيشرفت نموده و اكنون بعنوان يك تكنيك برتر شناخته شده است .

از آنجا كه كيفيت اين تكنيك در بهسازي زمين در رابطه با اجراي انواع سازه‌هاي بزرگ و مهم در اكثر كشورهاي صنعتي پيشرفته به عنوان يك راه حل مفيد و موثر كاملا ً مورد قبول متخصصين است ، در نتيجه وجود مشكلات و موانع خاصي نظير مسائل مكانيك خاك منطقه عمل اعم از پائين بودن مقاومت زمين ، پائين بودن پي سنگ ، تخلخل زياد ، احتمال نشست يا مشكلات زمين شناسي همانند وجود شكستگي‌هاي زياد در منطقه ، تكتونيزه بودن محل ،‌وجود غارهاي زيرزميني ، بالا بودن سطح آبهاي زيرزميني ، هوا زدگي لايه‌ها ، تشكيلات مختلف زمين شناسي از لحاظ جنس ، شيب و ضخامت لايه‌ها ، يا نفوذ پذيري زمين منطقه عملياتي ، مشكلات خاكبرداري ،‌مشكلات ناشي از فرار آب ،‌وجود باتلاش و لجن زار و ... اجراي هيچ پروژه مهم و ضروري را تحت الشعاع قرار نمي دهد . چرا كه تزريق بعنوان موثرترين و اغلب اقتصادي ترين راه حل بوده كه برطرف كننده و يا كاهش دهنده اكثريت موانع و مشكلات طبيعي و حتي مصنوعي منطقه مورد نظر مي‌تواند باشد ،‌كه البته اين تكنيك حتي در برطرف كردن مشكلات سازه‌هاي اجراء شده نيز كاربرد شاياني دارد ( بلند كردن ساختمانهاي نشست كرده ، جلوگيري از ريزش تونلها در مناطق سنگريزه‌اي ، جلوگيري از تراوش آب در انواع سدهاي ساخته شده در گذشته و.....)

تكنيك تزريق همزمان با دوره ساخت سدهاي بزرگ رشد يافته است . ساخته شدن بعضي از اين سدها فقط در اثر عمليات تزريق امكان پذير بوده است ، ‌مخصوصاً سدهاي خاكي با دهها متر ارتفاع ،‌كه روي رسوبات آبرفتي ضخيم قرار گرفته بودند اجراء اينگونه سدهاي خاكي يك اثر انكار ناپذير روي تكنيك تزريق در زمينهاي آبرفتي داشت ،‌زيرا تا آن زمان تكنيك تزريق در زمين‌هاي آبرفتي پيشرفت خيلي كمي داشت در حاليكه تزريق در سنگها كاملاً شناخته شده و پيشرفته بود . دليل اين عدم پيشرفت احتمالاً اين بود كه نخستين سازه‌ها بر روي سنگها و صخره‌ها ساخته مي‌شد و مهمتري از همه تزريق در سنگها به نخستين سازه‌ها بر روي سنگها و صخره‌ها ساخته مي‌شد و مهمتر از همه تزريق در سنگها به مسائل مشكل و پيچيده‌اي همانند داشتن اطلاعات و دانش تجربي تزريق در آبرفتها نياز نداشت . با اين وصف تزريق در آبرفتها بطور چشمگيري پيشرفت كرده و امروزه اين امكان را بوجود آورده كه كارهاي واقعاً مشكل و مهمي در اعمال زمينهاي مناطق شهري به نحو احسن انجام گيرد .

بهسازي زمين منطقه‌اي با تزريق توسط يك مهندس همانند معالجه يك بيمار توسط پزشك است . همانطوريكه يك پزشك براي معالجه ، با شناخت كامل وضع بيمار و اطلاع از داروها اقدام مي‌نمايد ، بنابراين يك مهندس هم با آشنائي كامل به وضعيت و مشخصات زمين منطقه و توجه به خاصيت هر دوغابي جهت بهسازي زمين اقدام به تزريق نموده و دراين كاربايد براي شناخت كامل از وضعيت زمين با نمونه برداريهاي مختلف و آزمايشات ضروري و همچنين شناخت خواص انواع دوغابها و موارد كاربرد آنها با شم مهندسي خود و با توجه به هدفي كه از نتيجه كار دارد اقدام نمايد .

تزريق در واقع پر كردن درزها ومنفذهاي زمين منطقه‌اي با مواد سيالي كه دوغاب ناميده مي‌شود ، مي‌باشد كه بااجراي اين عمل ، اين امكان بوجود مي آيد كه منطقه مورد نظر ، نفوذ ناپذير و يا مقاوم گردد ،‌حال منطقه مذكور ممكن است شامل زمينهاي سنگي شكسته ،‌زمينهاي سنگي با درزهاي بزرگ و يا زمينهاي آبرفتي باشد .

انواع تزریق در خاک

  • تزریق نفوذی (اسلاری)
  • تزریق تحکیمی (جابجایی)
  • تزریق تراکمی (جایگزینی)
  • تزریق شکست هیدرولیکی
  • تزریق تماسی یا تعادلی

انواع تزریق در سنگ

  • تزریق نفوذی (اسلاری)
  • تزریق تحکیمی (جابجایی)
  • تزریق شکست هیدرولیکی
  • تزریق تماسی یا تعادلی

در عملیات تزریق از مواد و مصالح مختلفی استفاده می‌شود که نوع و مشخصات آنها به اهداف تزریق و نیز ویژگی‌های سنگ و یا خاکی که تحت تزریق قرار می‌گیرد، بستگی دارد. این مواد شامل مخلوط سیمان و آب همراه با مواد افزودنی، مخلوط‌های شیمیایی، ملات پلاستیک، رزین‌ها، فوم‌های مصنوعی و مواردی از این دست هستند.

مخلوط سیمان و آب به صورت غلیظ و یا رقیق در سنگ‌های درزه‌ها و شکاف‌دار در مقیاس کوچک تزریق می‌شود. از رزین‌ها برای افزایش نفوذپذیری مواد تزریقی استفاده می‌شود. اگر در حین عملیات تزریق مشاهده شود که خورند مصالح ساختگاه بالا است، آنگاه برای پر کردن حفرات از ماسه نیز در مخلوط دوغاب استفاده می‌شود. برای مخلوط دوغاب تزریق، طرح اختلاط نیز طراحی می‌شود. این طرح اختلاط نیز بستگی به مشخصات توده سنگ و یا خاک منطقه و اهداف تعیین شده در عملیات تزریق دارد.

مهمترین پارامتر در طرح اختلاط، نسبت وزنی آب به سیمان است. هر چه مقدار آب در مخلوط بیشتر بوده آنگاه میزان نفوذپذیری دوغاب تزریقی افزایش یافته و در عوض از مقاومت و پایداری آن کاسته می‌شود. به همین ترتیب اگر مقدار آب در مخلوط کمتر باشد، آنگاه مقدار نفوذپذیری آن پایین بوده و در عوض مقاومت و پایداری مخلوط افزایش پیدا می‌کند. یکی از عوامل دیگر در کارایی عملیات تزریق و موفقیت آمیز بودن آن، فشار تزریق است. اگر فشار تزریق کم باشد مواد تزریق شده در محدوده گمانه و با فاصله کمی از آن متوقف شده و درزه‌ها و شکاف‌های خاک و سنگ بطور کامل پر نمی‌شود.

در صورت افزایش بیش از حد فشار و تزریق نیز ممکن است ترك‌ها و شکاف‌های ناخواسته در خاک و یا سنگ شکل بگیرد و موجب شکل گیری پدیده شکست هیدرولیکی شود. در آن صورت لازم است هزینه‌ای اضافی صرف حفاری گمانه‌های بیشتر و انجام عملیات تزریق برای پر نمودن شکاف و درزه‌های ناخواسته شود. در هر صورت لازم است فشار تزریقی میان این دو حد باشد تا هم اهداف از تزریق حاصل شود و از طرف دیگر از صرف هزینه‌های اضافی جلوگیری شود.

عملیات حفاری

به مجموعه فعالیت‌هایی که منجر به حفر چال و نفوذ در سنگ و یا خاک می‌شوند، عملیات حفاری اطلاق می‌شود. عوامل متعددی وجود دارند که قادرند بطور مستقیم و یا غیرمستقیم بر عملیات حفاری تأثیر بگذارند. برخی از این عوامل عبارتند از خواص فیزیکی و مکانیکی توده سنگ یا خاك منطقه، عوامل زمین شناسی همچون لایه‌بندی، چین خوردگی، ناپیوستگی و به طور کلی‌مشخصات چال حفاری (قطر، عمق، اهداف) ، ماشین آلات و تجهیزات حفاری و…

هدف از حفاری، ایجاد گمانه‌ها و چال‌هایی است که برای انجام عملیات تزریق انجام می شود. حفاری به روش‌های مختلف همچون دورانی و یا ضربه‌ای صورت می‌گیرد. فواصل چاله‌ها، تعداد آنها و ردیف‌‌های مورد نیاز، در مرحله طراحی و مطالعات بدست آمده و پس از انجام عملیات نقشه برداری با تعیین محل دقیق آنها، حفاری آغاز می‌شود.