تقنية التكثيف بالإهتزاز و الغمر Vibroflotation لتحسين خواص التربة

التكثيف بالإهتزاز و الغمر أو ما يعرف Vibroflotation

هي أحدى طرق تحسين خواص التربة وزيادة قدرة تحملها للتأسيس وذلك بزيادة كثافتها وتحويلها إلى تربة تأسيس مستقرة.

حيث يعمل التأثير المزدوج للإهتزاز مع غمر التربة بالمياه التي يتم ضخها بخاصية دفع المياه في إعادة ترتيب حبيباتها و تقليل نسبة الفراغات بينها مما يزيد من قوة الاحتكاك بين حبيبات التربة و زيادة كثافتها.
ويتم التكثيف بالاهتزاز والغمر بواسطة معدات لها تصميم خاص قادرة على الدمك الرأسي و الأفقي في نفس الوقت.

إستخدامات وفوائد هذه التقنية :

1- زيادة وحدة الوزن لكلا من التربة المشبعة و المغمورة و تحسين زاوية الإحتكاك الداخلي للتربة مما يزيد من قدرة تحملها مثل زيادة قدرة تحمل التربة أسفل الخزانات العملاقة.

2- تقليل قيمة الهبوط الذي من الممكن حدوثه أسفل الأساسات عن طريق تقليل نسبة الفراغات بين حبيبات التربة مما يزيد معامل انضغاط التربة الناتج عن إعادة تحميل التربة.

3- تقليل حجم الأساسات ويساعد في استخدام الأساسات السطحية حيث يحسن من خواص و قدرة تحمل التربة.

4- تحسين مقاومة التربية للإنهيار نتيجة لتقليل نسبة الفراغات وزيادة الضغط الداخلي للتربة.

5- زيادة قوى القص للتربة.

6- زيادة كثافة التربة فيمكن أن يصل مقدار التحسين للكثافة ما بين 70 إلى 85%.

7- يمكن تطبيقه على المنشآت القائمة أو الجاري إنشائها.

8- يمكن إستخدامة عل تربة الردم (الزلط و الرمل) ويزيد من إمكانية التشييد عليها.

9- التوفير في الوقت و التكلفة و يعتبر من الحلول الصديقة للبيئة حيث أن المواد المستخدمة متوافرة و مصدرها الطبيعة.

و تتوقف جودة و نجاح إستخدام هذه التقنية في تحسين التربة على الأتي:

1- نوع التربة وخواصها والتدرج الحبيبي لها.
2- خصاص وقدرة جهاز Vibroflotation
3- المسافة بين أماكن المعالجة فكلما زادت المسافة بين أماكن المعالجة قلت الكثافة النسبية المحققة من التكثيف بالإهتزاز و الغمر و العكس صحيح.
4- الطريق والتقنيات المستخدمة في الإنشاء.
5- نوع وطبيعة التربة المستخدمة في الردم وعمل الخوازيق التربة.
6- كمية الردم المستخدم و العمق المطلوب الوصول إليه في هذه العملية.

جدول يوضع مدى تأثير و فعالية التكثيف بالإهتزاز و الغمر على الأنواع المختلفة للتربة

خطوات دراسة و تصميم التكثيف بالإهتزاز و الغمر:

1- في البداية يتم تحليل المنشأ المخطط له مع خصائص التربة الحالية من حيث قدرة تحملها و هبوط وسيولة التربة.

2- يتم بعد ذلك تحليل التربة المراد تحسينها لتحديد أقل قيم مطلوبة لخواص التربة لتحقيق الأداء المطلوب منها (معرفة قيم الهبوط المسموح للمنشأ و قدرة التحمل المطلوبة لهذا المنشأ)

3- معرفة هل سيتم تحسين التربة أسفل الأساسات فقط أم لكامل موقع البناء فمثلا في حالة التربة الرملية مع إستخدام القواعد المنفصلة يتم تحسين التربة أسفل القواعد على عمق يساوي ضعف عرض القاعدة و أربعة أمثال في حالة قواعد الحوائط.

4- إجراء الإختبارات لتحديد خواص التربة قبل و بعد إجراء هذه الطريقة ومقارنة النتائج ببعضها لمعرفة مدى تحسن التربة و تحقيق العدف من هذه العملية مثل اختبارات SPT – CPT –PMT .

مكونات جهاز التكثيف بالإهتزاز و الغمر:

هو عبارة عن أنبوب دائري طويل يتكون من جزئين:

الجزء الأول وه عبارة عن أنبوب علوي غير متحرك وهو يمد الجزء السفلي بالطاقة و المياه و يتم تمديدها طبقا لعمق الإختراق المطلوب.

أما الجزء الثاني و هو الجزء السفلي وهو يشتمل على غرفة الهزاز و هي تتكون من جزئين:
الجزء الأول يشتمل على محرك كهربائي ذو قدرة عالية ما بين 1500 إلى 1800 دورة في الدقيقة و لتحريك أو تدوير الحمل الموجود بالجزء الثاني و الذي هو عبارة عن رأس الهزاز و الذي يشتمل على حمل غير مركزي يعمل على توليد الإهتزازات حيث يولد الموتور و الحمل قوة طرد مركزية ما بين 30 إلى 50 طن تحدث اهتزازات في الإتجاه الأفقي
و الوزن الكلي للهزاز يكون قابل للتعديل بواسطة قطاعات و أوزان الأنابيب المتصلة به.

طريقة عمل الجهاز :

1-يوجه الجهاز فوق المنطقة المراد دمكها ثم يتم تشغيل مضخة المياه في مقدمة الجهاز بكامل قوتها للبدء في اختراق التربة.

2-يكون الجهاز معلق بواسطة رافعة ويخفض تحت تأثير وزنه وبمساعدة الإهتزازات و ضخ المياه أو الهواء المضغوط بواسطة الأنابيب السفلية فتعمل على تنظيف سطح الأنابيب أعلى الهزاز مما يسهل عملية الإختراق حيث يعمل تدفق المياه على تقليل قوة الإحتكاك بين التربة و السطح الخارجي للهزاز ويقلل مقاومة التربة للإختراق نتيجة لإزالة عوالق التربة من على سطح الأنابيب الملتصقة بها و يدور جسم الهزاز حول محور رأسي بأقصى إزاحة تتراوح بن 23- 32 مم

3-يعمل عازل الإهتزاز على جعل الجزء العلوي من الأنابيب ثابت نسبيا أثناء حركة و الإهتزاز.

شكل يوضح تحرك الحمل الغير مركزي لتوليد الإهتزازات

4- تستمر هذه العملية حيث تزداد سرعة ضخ المياه بسرعة أكبر من تصريفها لأعلى مما يساعد الجهاز على أختراق التربة تحت تأثير وزنه و الإهتزازات الناشئة عن الهزاز.

5- يتم تحويل اتجاه ضخ المياه من أسفل إلى أعلى مع تقليل ضغط المياه لمنع أي تراكم لتربة الردم و تسهيل عملية ملىء مكان الحفر بالرمل أو التربة المناسبة لتكوين خوازيق من التربة المالئة .

6- بعد إتمام العملية السابقة يتم إجراء الإختبارات المعتادة على خوازيق التربة الجديدة للتأكد من نجاح العملية مثل:

- إختبار الإختراق القياسي Standard Penetration Test : لتحديد مقاومة التربة الرملية أثناء تنفيذ الجسة

-إختبار مخروط الإختراق Cone Penetration test : لتعيين حد السيولة للتربة

-إختبار مقياس الضغط Pressuremeter test : تحديد الثوابت المرنة للتربة Elastic Constants ومعامل القص للتربة Shear Strength

- إختبار لوح التحميل Plate load test : لقياس قدرة تحمل التربة

- اختبار مقياس التمدد الحراري Dilatometer test : يستخدم هذا الاختبار للحصول على جميع معاملات التربة الضرورية

قطاع يوضع شكل خوازيق الرمل بعد إستخدام Vibroflotation

تطبيقات إستخدام هذه التقنية:

1-المنشأت بمختلف أنواعها
2-الخزانات
3- محطات توليد الطاقة و معامل تكرير البترول و المنشأت الخاصة بإنتاج المواد الكيميائية
4-الأرصفة البحرية
5-خطوط الأنابيب
6-السدود و المنشآت الساندة
7- الطرق

من أمثلة المشاريع التي تم إستخدام هذه التقنية بها:

1- مطار شانغي سنغافورة : حيث تم إستخدام هذه التقنية بواسطة شركة هيونداي للهندسة لتحسين خواص التربة أسفل مدارج لهبوط الطائرات حيث أن تربة موقع المطار عبارة عن طمر النفايات و مياه البحر

2- جزر النخيل بدبي : وهي عبارة عن ثلاث جزر صناعية بنيت علي ساحل دبي. وتعد أكبر ثلاث جزر صناعية في العالم حيث تم ردم أجزاء من البحر على سواحل مدينة دبي و لتحسين خواص الردم لتكون التربة قابلة للتأسيس عليها تم إستخدام هذه التقنية.

3- مبنى thompson community centre:
وهو موجود بكندا وتم إستخدام هذه التقنية و المبنى قائم نتيجة لتوقع حدوث سيولة للتربة في حالة حدوث زلزال مما تطلب تحسين للتربة الرملية بعمل خوازيق من الحصى المدموك.