جت‌گروتینگ (Jet-Grouting) یکی از شیوه‌های پایدارسازی و افزایش مقاومت و توان باربری خاک بصورت درجا می‌باشد. در این روش پس از حفاری گمانه تا عمق موردنظر، سوسپانسیون تزریق بهمراه آب و هوای فشرده تحت فشار بسیار زیاد (بین ۳۰ تا ۲۵۰ بار) و با سرعت بیش از یکصد متر بر ثانیه از نازل انتهای میله حفاری خارج شده و همزمان با دوران میله حفاری، خاک اطراف محل خروج مخلوط تخریب گشته و با آن آمیخته می‌شود . راد یا میله حفاری همگام با این عمل به آرامی بالا کشیده می‌شود و بدین ترتیب ستونی متشکل از مصالح تخریب شده درجا و سوسپانسیون تزریق شده در داخل آن، تشکیل می‌گردد و تا ارتفاع موردنظر ادامه پیدا می‌کند.
شعاع تأثیر عمل جت‌گروتینگ در خاک‌های مختلف یکسان نیست و بسته به نوع خاک، شیوه عملکرد دستگاه و نوع و غلظت مخلوطی که تزریق می‌شود، مقدار محدوده تأثیر نیز فرق می‌کند. شعاع تأثیر عملیات جت‌گروتینگ گاه تا ۳.۵ متر نیز می‌رسد.
در صورتیکه علاوه بر بهسازی خاک از نظر مقاومتی، آب بند کردن آن نیز موردنظر باشد می‌توان به مخلوط تزریق مقداری بنتونیت نیز اضافه نمود.
انواع متدهای عملیات جت گروتینگ
سه روش عمده در عملیات جت‌گروتینگ بکار برده می‌شود که عبارتند از:
۱– روش یک جزئی (Single Fluid Process)
در این روش مخلوط تزریق و آب و هوای فشرده همگی از طریق لوله حفاری (راد) وارد گمانه شده و بوسیله یک نازل در انتهای راد تزریق می‌شوند.
۲– روش دو جزئی (Dubble Fluid Process)
در این روش مخلوط تزریق و هوای فشرده هرکدام از یک لوله مجزا در داخل راد حفاری عبور کرده و در انتهای آن از طریق یک نازل واحد خارج می‌شوند. این شیوه باعث افزایش میزان نفوذ مخلوط تزریق شده و در احداث دیوارهای آب بند کاربرد دارد.
۳– روش سه جزئی (Triple Fluid Process)
در این روش مخلوط تزریق، آب و هوای فشرده هر کدام از یک لوله مجزا در داخل راد حفاری عبور کرده و در انتهای راد، آب و هوای فشرده از یک نازل و مخلوط تزریق از نازل دیگری که اندکی پایین‌تر قرار گرفته خارج می‌شوند. همزمان با بالا کشیده شدن راد حفاری ابتدا فشار آب و هوا باعث تخریب خاک اطراف شده و سپس دوغاب در داخل آنها تزریق می‌شود. این شیوه به کارایی بیشتر عمل گروتینگ کمک شایانی می‌کند و بخصوص در خاک‌هایی که چسبندگی بیشتری دارند بهتر و کارسازتر است.
فرم های مختلف ایجاد شده توسط جت گروتینگ
فرم‌های اساسی که بوسیله عمل جت‌گروتینگ بوجود می‌آیند عبارتند از :
۱- فرم ستونی
۲- فرم صفحه‌ای
فرم هندسی به چگونگی حرکت و دوران لوله حفاری و سرعت بالا آمدن آن و فشار و سرعت تزریق بستگی دارد. بالا کشیدن لوله حفاری بدون چرخش و همزمان با تزریق دوغاب باعث ایجاد فرم صفحه‌ای و پانل مانند می‌شود. با استفاده از چند نازل می‌توان پانل‌های مضاعف تولید نمود.
چرخش لوله حفاری هنگام بالاکشیدن و همزمان با تزریق دوغاب باعث ایجاد فرم ستونی با مقطع دایره می‌شود. با چرخش ناقص می‌توان فرم‌های ستونی با مقاطع نیم دایره و حتی ربع دایره نیز ایجاد نمود
از ترکیب فرم‌های اصلی می‌توان اشکال متنوعی ایجاد نموده و در موقعیت‌های مختلف بکار برد. مانند نمونه‌هایی که در شکل زیر مشاهده می‌شوند.
یک کارگاه جت‌گروتینگ متشکل از تجهیزات و عوامل اصلی زیر است:
- دستگاه حفاری
- پمپ‌های تزریق
- کمپرسور هوای فشرده
- مخازن آب و افزودنی، سیلوی سیمان و انبار بنتونیت
- مخلوط کننده (میکسر) و همزن
- سیستم ثبت اطلاعات کامپیوتری یا دستی
- وسایل ارتباطی بین ایستگاه دوغاب سازی و محل تزریق
کاربرد های عمل جت گروتینگ
- ترمیم و بازسازی پی ها
- سازه نگهبان جهت پایدارسازی گودها
- آب بندی گودها و سازه های زیر سطح آب زیرزمینی
- دوخت به کف
- دیوار آب بند سد و خاکبرداری
- به عنوان پی سازه در خاک‌های سست
- بهسازی و افزایش ظرفیت باربری پی های سازه های موجود
- استفاده به جای شمع
- کنترل و کاهش خطر روانگرایی در خاک‌های سست و اشباع
- پایدارسازی شیروانی‌ها
- تثبیت خاک و سنگ اطراف تونل
مبانی طراحی روش تزریق پر فشار (جت گروتینگ)
همانند اعضای باربر قائم دیگر مثل شمع، فواید استفاده از روش تزریق پر فشار به صورت زیر می باشد:
- افزایش ظرفیت باربری خاک در فشار و برش
- کنترل نشست
- مقابله با روانگرایی
- کاهش نفوذپذیری
برای محاسبه تأثیر تزریق پر فشار بر هر یک از اهداف بالا همانند دیگر اعضای باربر قائم روابط مختلفی در مهندسی ژئوتکنیک ارائه گردیده است. به عنوان نمونه جهت محاسبه ظرفیت باربری مجاز ژئوتکنیکی ستون های تزریق پرفشار از مقاومت اصطکاکی و نوک این ستون ها استفاده می گردد. ظرفیت این ستون ها برابر حداقل دو مقدار زیر می باشد:
ظرفیت مجاز ژئوتکنیکی
ظرفیت مجاز سازه ای
ظرفیت مجاز سازه ای این ستون ها نیز بر اساس یکی از دو روش زیر قابل محاسبه می باشد
مقاومت تک محوره مغزه های اخذ شده از ستون
بارگذاری بزرگ مقیاس ستون ها
بنابراین یکی از پارامترهای مهم طراحی ستون های تزریق پر فشار، مقاومت فشاری محصور نشده مخلوط خاک و سیمان حاصل از این روش می باشد.
جهت تدقیق طراحی می توان یک ستون تزریق پر فشار در پروژه اجرا کرد و با نمونه گیری از اعماق مختلف این ستون، مقاومت 28 روزه این نمونه ها را به دست آورده و طراحی اولیه را اصلاح کرد. مقاومت فشاری خاک سیمان رابطه مستقیمی با شرایط زیر دارد:
- جنس خاک
- میزان سیمان به کار رفته در دوغاب
کنترل و آزمایش
پس از اتمام عملیات تزریق، با توجه به حساسیت و نیازهای طراحی، برای کنترل صحت و دقت انجام عمل گروتینگ، گمانه‌هایی با مغزه گیری ممتد در محدوده تزریق شده حفاری و با بررسی نمونه‌های حاصله بصورت چشمی یا میکروسکوپی در خصوص صحت و کفایت عملیات اظهار نظر می‌شود. در صورتیکه در برخی نقاط مخلوط تزریق بخوبی نفوذ نکرده باشد، بصورت موضعی اقدام به انجام عملیات تکمیلی می‌شود.
بر اساس استانداردهای جهانی کنترل کیفی در روش جت گروتینگ بر روی ستون های آزمایشی و اصلی قابل انجام است. بدین منظور ستون های آزمایشی با مقادیر مختلف فشار تزریق، گام های تزریق و طرح اختلاط مختلف اجرا شده و اطلاعات تزریق به طور دقیق ثبت می گردد.
پس از تعیین قطر و مقاومت ستون های آزمایشی، مقادیر پارامترهای ستونی که قطر و مقاومت مساوی فرضیات طراحی دارد را انتخاب کرده و ستون های تزریق پر فشار پروژه با آن پارامترها اجرا می گردد.
آزمایش ها و کنترل های لازم در مرحله ساخت ستون های نهایی، عبارتند از:
- آزمایش های کنترل مصالح پیش از گیرش؛
- آزمایش های کنترلی پس از گیرش؛
- آزمایش های بزرگ مقیاس؛