مقاله تحلیلی:‌ روش‌ های کنترل آب‌ های زیرزمینی در خاک برداری

آب‌های زیرزمینی مشکلات ژئوتکنیکی حادی مانند شن های روان در بیشتر پروژه‌های ساخت و ساز مانند تونل سازی ایجاد می کند. مشکلات ناشی از آب‌های زیرزمینی باعث افزایش زمان و هزینه ساخت و ساز می شوند.؛ مگر این که آب‌های زیرزمینی که عامل اصلی مشکلات هستند به نحو مناسب کنترل شوند.

 دو روش اصلی برای کنترل آب‌های زیرزمینی شامل روش پمپاژ و روش جلوگیری از انتقال آب به محل حفاری وجود دارد که در شکل 1 نشان داده شده است.

دلایل استفاده از روش‌های جلوگیری از انتقال آب به محل حفاری

در مواردی که سفره آب های زیر زمینی و  یا خاک هایی با نفوذپذیری بالا وجود دارد ، استفاده از روش‌های پمپاژ برای کنترل آب‌های زیرزمینی توصیه نمی‌شود.

دلیل این است که استفاده از پمپ‌هایی با ظرفیت بالا برای زمین‌هایی با نفوذپذیری بالا و ایجاد چاه‌های نقطه‌ای در سنگ بسیار هزینه‌بر است.

بنابراین در نظر گرفتن روش‌های جلوگیری از انتقال آب به محل حفاری در این شرایط و موارد مشابه، مقرون‌به‌صرفه تر خواهد بود.

روش‌های جلوگیری از انتقال آب به محل حفاری برای کنترل آب های زیرزمینی در محل حفاری‌

تعدادی از روش‌هایی که با استفاده از آن‌ها می‌توان از ورود آب‌های زیرزمینی جلوگیری کرد، عبارت‌اند از:

• تشکیل موانع غیرقابل نفوذ با استفاده از دوغاب سیمان و سوسپانسیون رس
• تحکیم شیمیایی برای کنترل آب‌های زیرزمینی در حفاری
• کنترل آب‌های زیرزمینی با هوای متراکم
• کنترل آب‌های زیرزمینی به روش منجمد کردن

تشکیل مانع غیرقابل نفوذ با دوغاب سیمان، سوسپانسیون رس یا قیر

این روش در نقاط دارای سنگ‌های آب‌دار یا زمین‌هایی با نفوذپذیری بالا که در آن استفاده از پمپ‌هایی با ظرفیت بالا یا کندن چاه نقطه‌ای بسیار هزینه‌بر است، استفاده می‌شود.

در این روش، نفوذپذیری با ایجاد یک مانع غیرقابل نفوذ به واسطه تزریق مواد سوسپانسیون یا سیال به داخل شکاف‌های سنگ یا فضاهای متخلخل کاهش داده می‌شود. کوچک بودن ترک‌های موجود در سنگ‌ها یا نحوه توزیع اندازه‌ی ذرات خاک، نوع مصالحی که برای دوغاب ریزی استفاده می‌شود را تعیین می‌کنند. یعنی اندازه‌ی ذرات مصالح دوغاب باید نسبت به فضاهای متخلخل بسیار کوچک‌تر باشد. شکل 3 محدوده‌ی اندازه‌ی ذرات مصالح که می‌توان در آن از دوغاب‌های مختلف استفاده کرد را نشان می‌دهد.

از نسبت تزریق پذیری که حاصل تقسیم اندازه‌ی D15 خاک بر اندازه‌ی D85 ذرات مصالح دوغاب ریزی است، برای تعیین تناسب دوغاب سوسپانسیون استفاده می‌شود. بنابراین دوغاب‌های سوسپانسیون گزینه مناسبی برای خاک مد نظر نخواهند بود؛ مگر این که نسبت تزریق پذیری از 5:15 برای دوغاب رس و 11:25 بر ای دوغاب سیمان بالاتر باشد.

علاوه بر آن توجه به مقدار مصالح مورد استفاده برای دوغاب ریزی بسیار مهم است، زیرا استفاده بیش از حد از مصالح، می‌تواند بسیار هزینه‌بر باشد. این مورد ممکن است در صورت در نظر گرفتن دوغاب‌های شیمیایی که هزینه آن‌ها نسبت به مقدار مشابه رس و سیمان بیش‌تر است، مطرح باشد. دوغاب سیال نسبت به دوغاب سوسپانسیون مؤثرتر است، زیرا تمامی منفذها و فضاهای موجود در خاک را پر می‌کند درحالی که دوغاب سوسپانسیون، حفرات بسیار ریز را پر نمی‌کند.

بعد از تعیین روش دوغاب ریزی، توجه به سازه‌ها و تجهیزاتی مانند سیستم‌های فاضلاب در اطراف منطقه‌ی دوغاب ریزی اهمیت زیادی دارد. زیرا دوغاب ریزی با فشار بسیار زیادی انجام می‌شود و می‌تواند آسیب قابل توجهی به این تجهیزات وارد کند.

تحکیم شیمیایی برای کنترل آب‌های زیرزمینی در حفاری

روش تحکیم شیمیایی برای شن‌های ماسه‌ دار یا شن‌های ریز بسیار مناسب است. متداول‌ترین ماده‌ی شیمیایی که برای تحکیم شیمیایی استفاده می‌شود، سدیم سیلیکات است. در صورتی که سدیم سیلیکات با سایر مواد شیمیایی ترکیب شود ژل سیلیکای غیر محلول و نسبتاً مقاومی تولید می شود.

دو روش برای انجام تحکیم شیمیایی وجود دارد که عبارت اند از:  فرآیند تزریق دوگانه و تزریق منفرد. مورد دوم که متعارف تر است تا حدود زیادی جایگزین مورد اول شده است.

در فرآیند تزریق دوگانه، دو لوله با فاصله 50 سانتی‌متر داخل زمین رانده می‌شوند سپس سدیم سیلیکا به یک لوله و کلسیم سیلیکات به لوله دیگر تزریق می‌شود و لوله‌ها به تدریج به سمت بالا کشیده می‌شوند.

روش دیگر این است که یک ماده‌ی شیمیایی هنگام راندن لوله در زمین و ماده شیمیایی دیگر هنگام خارج شدن لوله از زمین تزریق شود.

در فرآیند تزریق منفرد دوغاب‌های شیمیایی قبل از فرآیند تزریق ساخته می‌شوند. بنابراین مهم‌ترین نکته در این روش به  تأخیر انداختن تشکیل ژل است. زیرا نفوذ دوغاب با ویسکوزیته ی پایین‌تر ساده‌تر است و بهره‌وری بیشتری خواهد داشت.