نظام تجميد التربة في تجميد الأساسات والأكوام

في مجال الهندسة المدنية، تُعدّ تقنية تثبيت التربة حلقةً أساسيةً لضمان استقرار ومتانة المباني. على الرغم من شيوع استخدام طرق معالجة الأساسات التقليدية، مثل إعادة ملء الأساسات، والخلط العميق، والتحميل المسبق، إلا أنها تواجه مشاكل مثل التكلفة العالية، وطول مدة البناء، والتلوث البيئي. مع ترسيخ مفاهيم حماية البيئة والتقدم التكنولوجي، أصبح نظام تجميد الطمي تدريجيًا حلاً مبتكرًا في معالجة الأساسات وهندسة الركائز.

المبدأ التقني لنظام تجميد الحمأة

تعتمد طرق تثبيت التربة في الموقع على إضافة مواد مُصلبة (مثل الأسمنت والجير والخبث والنفايات الصلبة الصناعية، إلخ) إلى الحمأة عالية المحتوى المائي ومنخفضة القوة، وتستخدم تفاعلات فيزيائية وكيميائية لتغيير بنية التربة لتكوين جسم متصلب عالي القوة ومنخفض النفاذية. وتتمثل العملية الأساسية في الآتي:

1. خلط المواد: يتم خلط الطمي وعامل التصلب بالتساوي وبنسب متناسبة لتشكيل خليط متجانس.

2. التفاعل الكيميائي: تتفاعل المكونات النشطة في عامل المعالجة (مثل CaO وSiO₂) مع الماء والمعادن الطينية في الطمي من خلال الترطيب والتبادل الأيوني لتكوين مادة هلامية (مثل هلام CSH).

3. التعزيز الهيكلي: تملأ المادة المتجمدة مسام التربة لتشكيل بنية شبكية كثيفة، مما يحسن بشكل كبير من قوة الضغط ومقاومة النفاذية.

هذه التقنية لا تناسب فقط الطمي المستخرج من الأنهار والبحيرات، بل يمكنها أيضًا معالجة النفايات مثل مخلفات الهندسة وطين البناء، وبالتالي تحويل النفايات إلى كنز.

المزايا الأساسية لنظام تجميد التربة في معالجة الأساسات

1. فوائد بيئية كبيرة، بما يتماشى مع مفهوم البناء الأخضر

استغلال موارد النفايات: تثبيت التربة للأساسات تتطلب عملية إعادة التدوير نقل كميات كبيرة من التربة الرديئة واستبدال الرمل والحصى، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف النقل والأعباء البيئية. ابتكارات تثبيت التربة يمكن معالجة الطمي النفايات مباشرة في الموقع، وتقليل حفر الأرض ومكبات النفايات، وتقليل انبعاثات الكربون.

الحد من انتشار التلوث: يُجمد الطمي المتصلب المعادن الثقيلة والمواد العضوية لتجنب التلوث الثانوي. على سبيل المثال، استخدم مشروع تجريف نهر في ووهان تقنية التصلب لتحويل 100,000 متر مكعب من الطمي إلى مواد لأساسات الطرق، مما قلل مساحة التربة المهجورة بأكثر من 601 طنًا مكعبًا و3 أطنان.

2. كفاءة اقتصادية متميزة وتكلفة إجمالية مخفضة

تكلفة المواد المنخفضة: يمكن تصنيع عامل التصلب من المنتجات الثانوية الصناعية (مثل خبث الفولاذ والرماد المتطاير)، وسعر الوحدة هو 1/3~1/2 فقط من الرمل والحصى التقليديين.

فترة بناء مختصرة: لا حاجة للانتظار حتى يتم الاستقرار الطبيعي أو شراء مواد مالئة، يمكن تقصير فترة البناء بمقدار 30%~50%

3. تحسين قدرة تحمل الأساس وضمان جودة المشروع

يمكن أن تصل قوة الضغط غير المحصورة للتربة الصلبة إلى 0.5~5 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير 0.01~0.1 ميجا باسكال للتربة الناعمة الطبيعية، ويمكنها تلبية متطلبات الحمل للمباني متعددة الطوابق، وأساسات الطرق، وما إلى ذلك.

من خلال تعديل نسبة عامل التصلب، يمكن حل المشاكل الجيولوجية المختلفة بطريقة مستهدفة.

4. القدرة على التكيف على نطاق واسع، وحل المشاكل الجيولوجية المعقدة

يمكنه تجميد الطمي بفعالية مع نسبة عالية من الماء (40%~200%) ومحتوى عالٍ من المواد العضوية، وهو مناسب بشكل خاص للمناطق ذات شبكات الأنهار الكثيفة والتربة الناعمة الواسعة النطاق.

في المواقع الضيقة أو مشاريع حفر الأساس العميقة، يمكن اعتماد التصلب في الموقع أو البناء المعياري بشكل مرن لتجنب القيود المفروضة على دخول الآلات الكبيرة.

تطبيق مبتكر لتكنولوجيا تجميد التربة في أكوام الأساسات

1. استبدال مواد الأساسات التقليدية وتحسين عملية البناء

- أكوام التربة المتصلبة: استخدم الطمي المتصلب مباشرة كمادة أكوام لاستبدال أكوام الخرسانة الجاهزة أو أكوام الأنابيب الفولاذية.

- تعزيز الأساس المركب: أضف عامل تصلب إلى التربة بين الأكوام لتشكيل أساس مركب "كومة صلبة + تربة متصلبّة"، مما يحسن الاستقرار العام بشكل تآزري.

 2. التغلب على تحديات الظروف الجيولوجية الخاصة

منطقة الطمي البلاستيكي: في مشروع جسر بحري في دلتا نهر اللؤلؤ، بلغ سمك طبقة الطمي البلاستيكي 15 مترًا، وكانت الأكوام المصبوبة في الموقع تقليديًا عرضة للانكماش. بعد استخدام تقنية التصلب بالرش الدوار، تم التحكم في هبوط أساسات الأكوام في حدود 5 مم.

- منطقة تمييع الزلزال: يمكن لعامل التصلب أن يزيد من كثافة طبقة التربة الرملية ويقلل من خطر تمييع الزلزال.

3. جنبا إلى جنب مع تكنولوجيا البناء الذكية

- التحكم الدقيق في النسبة: مراقبة محتوى الرطوبة في الحمأة وتغيرات القوة في الوقت الفعلي من خلال أجهزة استشعار إنترنت الأشياء، وضبط كمية عامل المعالجة المضافة بشكل ديناميكي.

- معدات البناء الآلية: آلة خلط الأكوام غير المأهولة، وطباعة التربة الصلبة ثلاثية الأبعاد وغيرها من التقنيات الجديدة لتحسين دقة وكفاءة البناء بشكل أكبر.

من خلال الابتكار التكنولوجي والممارسة الهندسية، نظام تثبيت التربة نجح هذا النظام في حل مشاكل حماية البيئة والتكلفة والكفاءة في معالجة الأساسات التقليدية. ولا تقتصر مزاياه في تصلب الأساسات وتدعيمها على تحسين المتانة وتقصير مدة البناء فحسب، بل يسهم أيضًا في تعزيز تحول هندسة الإنشاءات نحو "إعادة تدوير الموارد والحفاظ على البيئة". ومن المتوقع أن يصبح هذا النظام، بفضل التطور التكنولوجي ودعم السياسات، أحد الحلول الأساسية في مجال الهندسة الجيوتقنية مستقبلًا.