ג'ט גראוטינג Jet grouting (הנדסה אזרחית)
ג`ט גראוטינג הוא מונח כללי המתאר מגוון רחב של טכניקות המאפשרות טיוב קרקע ושינוי תכונותיה הגיאו-מכאניות כך שתוכל להתאים לצרכים החדשים הנדרשים ממנה. מבנים, מתקנים, כבישים וכו` מבוססים ומתפקדים על פני הקרקע (לעיתים אף בתוכה) ולכן נדרשות מהקרקע תכונות מוגדרות היטב בכדי שתוכל לעמוד בדרישות התכנון כך שהמבנה יוכל לתפקד בהתאם לייעוד, לקיים ולצרכים הנדרשים ממנו.
אחת הטכניקות לשינוי ושיפור תכונות הקרקע נקראת Jet grouting ועיקריה - שינוי המבנה החלקיקי של הקרקע ע"י יצירת מסת חומר חדשה באמצעות טכניקות שונות שיפורטו בהמשך.
אחת הטכניקות היא הזרקת נוזלים (אולטרה נוזלים) בלחץ גבוה (צמנט וחומרי מליטה אחרים) אל תווך החומר (האדמה) ובכך לשפר את חוזקה.
פעולת החדרת הנוזל לקרקע נקראת "דיוס" או "גראוט".
בתמונה נוכל להתרשם מאחת הטכניקות להזרקת דייס לקרקע בלחץ גבוה , מכונת Jet grouting מחדירה מקדח חלול לאדמה (צנרת פלדה חלולה ובראשה ראש לקידוח) ובלחץ גבוה מזריקה נוזל דיוס לתוך צינור הקידוח כאשר הדייס נפלט למעבה האדמה מחרירים הממוקמים בקצה המקדח.
הזרקת הדייס למעבה הקרקע משנה לגמרי את תכונותיה ויוצרת מסה הומוגנית של חלקיקים שאת חוזקם נוכל לחשב וכך לקבוע את פרמטרי התכנון המחודש. שינוי ושיפור תכונות הקרקע ממלאים תפקיד קריטי בתכנון המבנה המבוסס על הקרקע המדוייסת תחת חלוקת העומסים החדשה.
דיוס הקרקע משפיע ישירות על משטר המים שבקרקע (מי תהום) וזאת בשל שינוי בצפיפות הקרקע הנובעת מעצם הדיוס. מבנה הקרקע לאחר הדיוס - יווצרו עמודונים (גלילים) בעלי קוטר מוגדר. קוטר העמודונים יקבע בהתאם לקצב ההזרקה, לחץ ההזרקה וסוג הקרקע.
שיטות ל Jet grouting
מגוון שיטות וטכניות משמשות כיום לדיוס ושיפור תכונות הקרקע :
1. הזרקה בזחילה (חלחול) : הגראוט מוחדר לקרקע בלחץ נמוך וממלא את החללים שבין חלקיקי האדמה, מבלי לשנות באופן מהותי את מבנה ונפחם של חלקיקי הקרקע. בדרך כלל מדובר על ערבוב של מים וצמנט וערב מיוחד, הכל בהתאם לתכונות הרצויות מהקרקע לאחר ההחדרה).
2. הזרקה בדחיסה (לחץ) : גראוט בצמיגות גבוה מוחדר בלחץ גבוה לקרקע ולמעשה מהירות ההזרקה ומהירות חלקיקי הגראוט הזורמים בקרקע יוצרים ערבוב וציפוף של חלקיקי הקרקע שסביבן.
3. Jet grouting (דיוס סילוני) : שיטה זו שונה מיתר השיטות בכך שהיא מפרה לגמרי את מבנה חלקיקי הקרקע ויוצרת מבנה חדש של חומר הומוגני בעל תכונות שונות לגמרי מהקרקע אליו הוחדר. שיטת הסילון יכולה להתבצע כמעט וללא תלות בסוג הקרקע, חדירותה או גודל חלקיקיה וזאת בשל הלחץ הגבוה של הסילון. בתיאוריה ניתן לשפר את רוב הקרקעות החל מאדמות קלות דרך חרסית וכלה באדמות כבדות יותר - והכול ע"י שימוש בדיוס הסילוני. למרות שניתן להזריק כמעט וכל חומר, בפועל מוזרקים בדרך כלל צמנט ומים (ולעיתים ערב ייעודי).
בחירת שיטת הביצוע לדיוס הקרקע תתבצע בהתאם לתכונות הקרקע ולדרישות התכן של המבנה העתידי.
בין הפרמטרים שיבחנו לפני שתקבע שיטת הדיוס :
1. סוג הקרקע.
2. אחידות החומר ממנו עשויה קרקע.
3. נפח הקרקע המצריכה דיוס.
4. גודל החלקיקים של הקרקע ופיזורם.
5. תכולת המים בקרקע (מי תהום).
6. גבולות אטרברג.
מניתוח הנתונים הנ"ל, נוכל לחשב ולהקיש לגבי כמות הצמנט הדרושה למ"ק כמו גם מהו קצב ההזרקה הרצוי ומהו הלחץ הדרוש להזרקת הדייס. סקר קרקע מקיף (כמו גם ניסיון העבר של המתכנן וקבלן הביצוע) יובילו לבחירת השיטה המועדפת לביצוע הדיוס. המתכנן יקבע את קוטר ה"עמודים" הדרושים לביצוע באמצעות הדיוס, כמו גם את כמות הצמנט למ"א עמוד אדמה מדוייס ובמידת הצורך יקבע גם שימוש במוסף לשיפור תכונה זו או אחרת (עבידות, דחיית מים וכו`). יחס המיםצמנט הוא שיקבע את חוזק הסופי של עמוד הקרקע המדוייסת ומכאן ייגזרו העומסים המותרים על הקרקע. בדיקת החוזק הלכה למעשה תתבצע על ידי לקיחת דגימות מאתר הדיוס ובדיקתם במעבדת בנייה מוסמכת.
גראוטינג יוכל להתבצע בשלוש שיטות הזרקות שונות
1. הזרקה בודדת (Simplex Method) - צמנט גראוט מוזרק לאדמה בלחץ גבוה (כ40 bar) דרך חרירים בקצה מקדח. הסילון פוגע בקרקע ומערבב אותה עם הגראוט. השיטה מתאימה בעיקר לאדמות בעומק רדוד ולגראוטינג אופקי.
2. הזרקה כפולה (Duplex Method) - באמצעות צינורות חלולים המכילים מערכת צינורות פנימית כפולה, מוזרם אוויר דחוס בדיוק בנקודת היציאה של הגראוט - רגע לפני ההזרקה לקרקע. פעולה זו מוסיפה אנרגיה לסילון ומאפשרת הגעה לעומקים גדולים יותר (עמוד מצומט בעל קוטר גדול יותר).
3. הזרקה משולשת (Triplex Method) -שימוש במים בלחץ גבוה בנוסף לאוויר הדחוס על מנת להחדיר את הגראוט לקרקע. הצמנט מוזרק לקרקע מנחיר הממוקם מתחת לנחירים המדירים אוויר בלחץ גבוה ומים בלחץ גבוה.
השימוש בג`ט גראוטינג מתאים למצבים הבאים
1. תוספת לתמיכה מתחת למבנים קיימים וחיזוק מתחת ומסביב ליסודות קיימים.
2. חיזוק קרקע מתחת למבנים קיימים ובמקומות בהם לא ניתן לבצע חפירה ללא חשש מהתמוטטות.
3. יציקת חופה אופקית לחיזוק מעטפת מנהרות.
4. יצירת מערכת קירות אנכיים אטומים על ידי יצירת גופי צמנט מלאים.
בברכה
מהנדס לירן לוין
מנהל פורטל CivilEng להנדסה אזרחית וסביבה.
www.CivilEng.co.il
לוח דרושים מקצועי,לימודים,מאמרים מגוונים,פרויקטים הנדסיים,לוח אירועים ועוד...
ג`ט גראוטינג הוא מונח כללי המתאר מגוון רחב של טכניקות המאפשרות טיוב קרקע ושינוי תכונותיה הגיאו-מכאניות כך שתוכל להתאים לצרכים החדשים הנדרשים ממנה. מבנים, מתקנים, כבישים וכו` מבוססים ומתפקדים על פני הקרקע (לעיתים אף בתוכה) ולכן נדרשות מהקרקע תכונות מוגדרות היטב בכדי שתוכל לעמוד בדרישות התכנון כך שהמבנה יוכל לתפקד בהתאם לייעוד, לקיים ולצרכים הנדרשים ממנו.
אחת הטכניקות לשינוי ושיפור תכונות הקרקע נקראת Jet grouting ועיקריה - שינוי המבנה החלקיקי של הקרקע ע"י יצירת מסת חומר חדשה באמצעות טכניקות שונות שיפורטו בהמשך.
אחת הטכניקות היא הזרקת נוזלים (אולטרה נוזלים) בלחץ גבוה (צמנט וחומרי מליטה אחרים) אל תווך החומר (האדמה) ובכך לשפר את חוזקה.
פעולת החדרת הנוזל לקרקע נקראת "דיוס" או "גראוט".
בתמונה נוכל להתרשם מאחת הטכניקות להזרקת דייס לקרקע בלחץ גבוה , מכונת Jet grouting מחדירה מקדח חלול לאדמה (צנרת פלדה חלולה ובראשה ראש לקידוח) ובלחץ גבוה מזריקה נוזל דיוס לתוך צינור הקידוח כאשר הדייס נפלט למעבה האדמה מחרירים הממוקמים בקצה המקדח.
הזרקת הדייס למעבה הקרקע משנה לגמרי את תכונותיה ויוצרת מסה הומוגנית של חלקיקים שאת חוזקם נוכל לחשב וכך לקבוע את פרמטרי התכנון המחודש. שינוי ושיפור תכונות הקרקע ממלאים תפקיד קריטי בתכנון המבנה המבוסס על הקרקע המדוייסת תחת חלוקת העומסים החדשה.
דיוס הקרקע משפיע ישירות על משטר המים שבקרקע (מי תהום) וזאת בשל שינוי בצפיפות הקרקע הנובעת מעצם הדיוס. מבנה הקרקע לאחר הדיוס - יווצרו עמודונים (גלילים) בעלי קוטר מוגדר. קוטר העמודונים יקבע בהתאם לקצב ההזרקה, לחץ ההזרקה וסוג הקרקע.
שיטות ל Jet grouting
מגוון שיטות וטכניות משמשות כיום לדיוס ושיפור תכונות הקרקע :
1. הזרקה בזחילה (חלחול) : הגראוט מוחדר לקרקע בלחץ נמוך וממלא את החללים שבין חלקיקי האדמה, מבלי לשנות באופן מהותי את מבנה ונפחם של חלקיקי הקרקע. בדרך כלל מדובר על ערבוב של מים וצמנט וערב מיוחד, הכל בהתאם לתכונות הרצויות מהקרקע לאחר ההחדרה).
2. הזרקה בדחיסה (לחץ) : גראוט בצמיגות גבוה מוחדר בלחץ גבוה לקרקע ולמעשה מהירות ההזרקה ומהירות חלקיקי הגראוט הזורמים בקרקע יוצרים ערבוב וציפוף של חלקיקי הקרקע שסביבן.
3. Jet grouting (דיוס סילוני) : שיטה זו שונה מיתר השיטות בכך שהיא מפרה לגמרי את מבנה חלקיקי הקרקע ויוצרת מבנה חדש של חומר הומוגני בעל תכונות שונות לגמרי מהקרקע אליו הוחדר. שיטת הסילון יכולה להתבצע כמעט וללא תלות בסוג הקרקע, חדירותה או גודל חלקיקיה וזאת בשל הלחץ הגבוה של הסילון. בתיאוריה ניתן לשפר את רוב הקרקעות החל מאדמות קלות דרך חרסית וכלה באדמות כבדות יותר - והכול ע"י שימוש בדיוס הסילוני. למרות שניתן להזריק כמעט וכל חומר, בפועל מוזרקים בדרך כלל צמנט ומים (ולעיתים ערב ייעודי).
בחירת שיטת הביצוע לדיוס הקרקע תתבצע בהתאם לתכונות הקרקע ולדרישות התכן של המבנה העתידי.
בין הפרמטרים שיבחנו לפני שתקבע שיטת הדיוס :
1. סוג הקרקע.
2. אחידות החומר ממנו עשויה קרקע.
3. נפח הקרקע המצריכה דיוס.
4. גודל החלקיקים של הקרקע ופיזורם.
5. תכולת המים בקרקע (מי תהום).
6. גבולות אטרברג.
מניתוח הנתונים הנ"ל, נוכל לחשב ולהקיש לגבי כמות הצמנט הדרושה למ"ק כמו גם מהו קצב ההזרקה הרצוי ומהו הלחץ הדרוש להזרקת הדייס. סקר קרקע מקיף (כמו גם ניסיון העבר של המתכנן וקבלן הביצוע) יובילו לבחירת השיטה המועדפת לביצוע הדיוס. המתכנן יקבע את קוטר ה"עמודים" הדרושים לביצוע באמצעות הדיוס, כמו גם את כמות הצמנט למ"א עמוד אדמה מדוייס ובמידת הצורך יקבע גם שימוש במוסף לשיפור תכונה זו או אחרת (עבידות, דחיית מים וכו`). יחס המיםצמנט הוא שיקבע את חוזק הסופי של עמוד הקרקע המדוייסת ומכאן ייגזרו העומסים המותרים על הקרקע. בדיקת החוזק הלכה למעשה תתבצע על ידי לקיחת דגימות מאתר הדיוס ובדיקתם במעבדת בנייה מוסמכת.
גראוטינג יוכל להתבצע בשלוש שיטות הזרקות שונות
1. הזרקה בודדת (Simplex Method) - צמנט גראוט מוזרק לאדמה בלחץ גבוה (כ40 bar) דרך חרירים בקצה מקדח. הסילון פוגע בקרקע ומערבב אותה עם הגראוט. השיטה מתאימה בעיקר לאדמות בעומק רדוד ולגראוטינג אופקי.
2. הזרקה כפולה (Duplex Method) - באמצעות צינורות חלולים המכילים מערכת צינורות פנימית כפולה, מוזרם אוויר דחוס בדיוק בנקודת היציאה של הגראוט - רגע לפני ההזרקה לקרקע. פעולה זו מוסיפה אנרגיה לסילון ומאפשרת הגעה לעומקים גדולים יותר (עמוד מצומט בעל קוטר גדול יותר).
3. הזרקה משולשת (Triplex Method) -שימוש במים בלחץ גבוה בנוסף לאוויר הדחוס על מנת להחדיר את הגראוט לקרקע. הצמנט מוזרק לקרקע מנחיר הממוקם מתחת לנחירים המדירים אוויר בלחץ גבוה ומים בלחץ גבוה.
השימוש בג`ט גראוטינג מתאים למצבים הבאים
1. תוספת לתמיכה מתחת למבנים קיימים וחיזוק מתחת ומסביב ליסודות קיימים.
2. חיזוק קרקע מתחת למבנים קיימים ובמקומות בהם לא ניתן לבצע חפירה ללא חשש מהתמוטטות.
3. יציקת חופה אופקית לחיזוק מעטפת מנהרות.
4. יצירת מערכת קירות אנכיים אטומים על ידי יצירת גופי צמנט מלאים.
בברכה
מהנדס לירן לוין
מנהל פורטל CivilEng להנדסה אזרחית וסביבה.
www.CivilEng.co.il
לוח דרושים מקצועי,לימודים,מאמרים מגוונים,פרויקטים הנדסיים,לוח אירועים ועוד...
