مقدمه

جت گروتینگ یکی از بهترین روش‌های تثبیت و اصلاح خاک است که توانایی حل بسیاری از مشکلات ژئوتکنیکی را دارد و در سال‌های اخیر مورد استقبال بسیاری از مهندسان ژئوتکنیک قرار گرفته است. این روش که به عنوان ایمن‌ترین روش جهت انجام عملیات ژئوتکنیکی در جهان شناخته می‌شود، در سال‌های اخیر در داخل کشور نیز مورد استقبال کارفرمایان و مهندسان ژئوتکنیک قرار گرفته است.

روش جت‌گروتینگ با عملکرد انجمادی (Solidification) به طور همزمان موجب افزایش مقاومت، کاهش نفوذپذیری و کاهش پتانسیل نشست خاک می‌گردد. روش کار بدین صورت است که ابتدا دستگاه تا عمق مورد نظر در داخل جسم خاک نفوذ می‌کند. سپس جت دوغاب سیمان با سرعت بسیار زیاد از نازل تعبیه شده در نوک حفار به سمت بیرون جریان می‌یابد. همزمان با خروج جت، حفار  با سرعت مشخصی دوران می‌کند. بدین ترتیب جت دوغاب خروجی با عملکرد تخریب و اختلاط، خاک محل را به صورت درجا تثبیت می‌کند.

 

تاریخچه روش جت‌گروتینگ

در میان تمامی روش‌های بهسازی خاک، روش جت‌گروتینگ دارای جایگاه ویژه‌ای است. امروزه همگان بر این موضوع اتفاق نظر دارند که روش جت‌گروتینگ قادر است برای بیشتر مشکلات ژئوتکنیکی راه حل‌های مناسبی ارائه کند. این روش اولین‌بار در سال 1974 در ژاپن مورد استفاده قرار گرفت. یکی از اولین کاربردهای این روش استفاده از آن به عنوان دیوار آب‌بند بود.

در ابتدا جت گروتینگ بیشتر به عنوان روشی جهت اصلاح مشخصات خاکهای سطحی به منظور احداث فونداسیون سازه‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گرفت. در دهه 80 میلادی روش جت گروتینگ در ایتالیا، آلمان و بریتانیا مورد استقبال زیادی قرار گرفت. پس از آن این روش در اروپا به طور گسترده‌ای به عنوان یک ابزار ژئوتکنیکی مطلوب رواج یافت. علاوه بر آن کاربری‌های این روش نیز گسترش یافت به طوریکه به منظور استفاده در فونداسیون، گودبرداری‌ها، تونل‌سازی، کنترل آب زیرزمینی و مقاوم‌سازی مورد استفاده قرار گرفت.

جت‌گروتینگ در دهه 80 میلادی در امریکا نیز مورد استفاده قرار گرفت، اما شروع کندی داشت. علت اصلی این موضوع عدم شناخت کافی از این تکنولوژی بود. هر چند پس از مدتی این روش در جامعه مهندسی ایالات متحده امریکا و پس از آن در کانادا مورد مقبولیت قرار گرفت، چرا که در قیاس با روش‌های دیگر برای مشکلاتی اعم از نگهداری گود، کنترل آب زیرزمینی، آب‌بندی گودها، محافظت از پل‌ها در برابر شستگی، پایدارسازی شیب‌ها و مقاوم‌سازی خاک زیر فونداسیون سازه‌های قدیمی، راه حل‌های عملی‌تر، کاراتر و مقرون به صرفه‌تری ارائه می‌کرد. در همین بازه زمانی، این روش در بیشتر کشورهای امریکای جنوبی و مخصوصا در برزیل مورد استقبال قرار گرفت.

 

دامنه کاربرد

بر خلاف بسیاری از روش‌های بهسازی و پایدارسازی، روش جت‌گروتینگ می‌تواند در گستره عظیمی از خاک‌ها مورد استفاده قرار گیرد. نتایج مرتبط با نمودار زیر در مورد خاک‌های غیر همگن و زمین‌هایی که لایه‌بندی خاک آنها در عمق تغییر می‌کند معتبر است. علاوه بر آن این روش در سنگ‌های نرم و خاک‌های با دانه‌های بزرگتر از 300 میلی‌متر مورد استفاده قرار گرفته و نتایج مثبتی داشته است.

 

 

 

انواع سیستم‌های اجرا

 جهت ایجاد ستون منجمد خاک (Soilcrete) به روش جت گروتینگ، سه سیستم مختلف وجود دارد که هر کدام بسته به شرایط خاک و کاربری مورد نظر، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

  • تک‌سیال(Single Fluid)

 در این سیستم پس از نفوذ حفار به عمق مطلوب، جت دوغاب سیمان از طریق نازل‌هایی که در نوک حفار تعبیه شده‌اند با سرعتی حداقل برابر با صد متر بر ثانیه درون جسم خاک تزریق می‌شود. انرژی حاصل از سرعت جت موجب تخریب جسم خاک می‌شود. در نهایت خاک محل با دوغاب سیمان مخلوط می‌شود و بدین ترتیب عملیات تثبیت صورت می‌گیرد.

 

  • دوسیال (Double Fluid)

 در این سیستم  علاوه بر دوغاب سیمان جت هوا نیز به روند تخریب خاک کمک می‌کند. این عمل موجب افزایش اثر تخریبی در خاک و در نتیجه ایجاد قطرهای بزرگتر نسبت به روش تک سیال می‌گردد.

 

        سه‌سیال (Triple Fluid)

  در این روش تخریب بافت خاک با کمک جت آب و جت هوا با فشار بالا انجام می‌شود. پس از تخریب جسم خاک جت دوغاب سیمان خاک منطقه را به صورت درجا تثبیت می‌کند و بدین ترتیب ستون منجمد خاک شکل می‌گیرد. قطر ستون‌هایی که در این روش ایجاد می‌شود از روش‌های قبلی بیشتر است.

 

تک سیال (Single Fluid)

 

 

دو سیال (Double Fluid)

 

 

سه سیال (Triple Fluid)

 

 

کاربردهای روش جت‌گروتینگ

 همانطور که پیش‌تر گفته شد، روش جت‌گروتینگ ابزاری فوق‌العاده قدرتمند برای حل بسیاری از مشکلات ژئوتکنیکی است. این روش دارای کاربردهای متنوعی است که به طور کلی به چهار دسته تقسیم می‌شود:

  1. کنترل سطح آب زیرزمینی
  2. کنترل تغییر مکان
  3. تثبیت خاک
  4. کاربری‌های زیست‌محیطی

به منظور درک بهتر روش جت‌گروتینگ، برخی از کاربرد‌های این روش به تصویر کشیده شده است.

 

 در این شکل مشاهده می‌شود که ترکیب عملکرد سازه‌ای ستون‌های جت‌گروتینگ و سیستم انکراژ موجب پایدارسازی دیواره گود گردیده است. همچنین با استفاده از ستون‌های جت‌گروتینگ دیواره گود آب‌بند شده و بدین ترتیب از تحریک دیواره گود ناشی از جریان آب زیرزمینی جلوگیری شده است.

 

 

در این شکل مشاهده می‌شود که تثبیت خاک زیر فونداسیون این سازه موجب جلوگیری از نشست آن تحت شرایطی مانند آب‌شستگی شده است.

 

 

یکی از کاربردهای گسترده روش جت‌گروتینگ در راستای تثبیت خاک بستر راه‌ها است. با استفاده از این ستون‌ها از هر گونه نشست بستر راه تحت بارهای وارده جلوگیری می‌شود.

 

 در برخی مواقع، بارهای وارد بر سازه ممکن است به علت تغییر کاربری آن افزایش یابند. در چنین شرایطی مناسب‌ترین راه حل می‌تواند تثبیت خاک زیر فونداسیون باشد.

 

در مواقعی که در پروژه مربوطه به علت نزدیکی به ساختمان‌های قدیمی یا تاسیسات حساس به ضربه، تیم اجرایی ملزم به رعایت ضوابط خاص ایمنی باشند، استفاده از روش جت‌گروتینگ به عنوان روشی که ایمنی بالایی در جهت عدم آسیب‌رسانی به سازه‌های مجاور خود را دارد، می‌تواند بهترین گزینه باشد.

 

 در این شکل استفاده از ستون‌های جت‌گروتینگ موجب کاهش نفوذ آب در روند حفاری تونل شده است.

 

یکی از کاربردهای روش جت‌گروتینگ استفاده از المانهای افقی جهت تثبیت خاک‌های سست‌ به منظور ایجاد تونل است.

 

 

در سازه‌های باربر جانبی که بنا به دلایلی مانند تاریخی بودن بنا نیاز به تقویت داشته باشند، می‌توان با استفاده از روش جت‌گروتینگ سهم باربری این سازه‌ها را به مقدار چشم‌گیری کاهش داد.

 

 در این شکل کاربرد روش جت‌گروتینگ در زمینه کنترل سطح آب زیرزمینی نشان داده شده است. همانطور که مشخص است، با استفاده از ستون‌های جت‌گروتینگ به صورت اورلب و ایجاد یک دیوار آب‌بند، سطح آب زیرزمینی کاهش یافته است که این امر منجر به کاهش کرنش سازه‌های خاکی ناشی از تنش‌های وارده از جانب جریان‌های زیرسطحی می‌شود.

 

 یکی دیگر از کاربردهای روش جت‌گروتینگ، استفاده از آن‌ها جهت بهبود عملکرد هسته سد‌های خاکی در راستای آب‌بندی و کنترل سطح آب می‌باشد.

 

 یکی از کاربردهای روش جت‌گروتینگ استفاده از آن‌ها به عنوان دال جهت آب‌بندی و جلوگیری از بالازدگی در کف گودها می‌باشد.

 

 

 همانطور که در شکل نشان داده شده است، می‌توان از ستون‌های جت به منظور تقویت خاک‌ زیر فونداسیون سازه‌ها استفاده کرد. همچنین می‌توان خاک زیر فونداسیون سازه‌های قدیمی را با استفاده از این روش تثبیت نموده و از نشست‌های بعدی جلوگیری نمود. علاوه بر آن این ستون‌ها با کنترل جریان آب زیرسطحی، فونداسیون سازه‌ها را از اثرات ناشی از آن‌ها محافظت می‌کنند.

 

 

 به منظور آب‌بندی اتصالات بین شمع‌ها یا ترمیم دیوارهای دیافراگمی و یا سازه‌های مشابه، می‌توان از ستون‌های جت‌گروتینگ استفاده کرد.

 

 

 این شکل نشان‌دهنده نمونه‌ای از کاربرد روش جت‌گروتینگ در زمینه زیست‌محیطی است. به منظور جلوگیری از ورود آلودگی‌ به خاک محیط، با استفاده از این روش کانال مربوطه ایزوله شده‌ است.

 

مزایای روش جت‌گروتینگ

  • در این روش خواص خاک به صورت درجا بهبود می‌یابد.
  • روش جت گروتینگ، روشی مناسب برای اصلاح عمیق خاک می‌باشد.
  • سرعت اجرای بالایی دارد.
  • تمامی عملیات تثبیت عمیق خاک در سطح زمین انجام می‌شود.
  • در این روش می‌توان ستون‌هایی با مقاطع و اشکال مختلف ایجاد کرد.
  • این روش سازگاری بالایی به منظور استفاده به عنوان فونداسیون سازه‌های زیرسطحی دارد.
  • در صورت وجود محدودیت فضا این روش گزینه بسیار مناسبی است.
  • به علت تولید نکردن آلودگی صوتی، روش جت گروتینگ روشی مناسب برای استفاده در محیط‌های شهری است.
  • از این روش می‌توان برای تثبیت خاک موجود در زیر ساختمان‌های قدیمی استفاده کرد تا میزان نشست را به حداقل ممکن رساند.
  • با استفاده از این روش می‌توان محدوده گسترده‌ای از مشکلات ژئوتکنیکی را مرتفع ساخت.
  • برای استفاده در هر نوع خاک مناسب است.
  • این روش قابلیت استفاده در شرایط سخت محیطی را دارد.
  • این روش نیازی به نگهداری ندارد.
  • ایمن‌ترین روش جهت انجام عملیات ژئوتکنیکی است.
  • در اطراف تاسیسات زیرزمینی موجود قابل استفاده است.
  • موثرترین روش مستقیم اصلاح ساختمان‌های موجود در تاسیسات است.