التجميد الأرضي للتربة أسفل الأساسات الخرسانية

ماذا يعني التجميد الأرضي للتربة أسفل الأساسات الخرسانية؟

تجميد الأرض هو تقنية لتثبيت التربة يتم تنفيذها عن طريق تبريد التربة باستمرار. حيث أنه هناك العديد من الطرق والتقنيات لتثبيت التربة للحفر العميق أو حفر الأنفاق. كما بعضها يستخدم بالحقن وطريقة المعالجة الحرارية وغيرها الكثير. وإحدى الطرق الشائعة المستخدمة في الآونة الأخيرة هي تقنية تجميد الأرض.

تجميد الأرض هو عملية تحويل المياه المسامية أو المسام إلى جليد عن طريق تبريد التربة باستمرار. حيث أنه سيتم مناقشة طرق وتطبيقات ومزايا تجميد الأرض في هذه المقالة.

التربة الحاملة للماء خاسرة للغاية ولا تتمتع بقوة ضغط وقوة قص كافية لحبس الأحمال الخاصة بها. ولزيادة هذه القوة وجعل الطبقات الحاملة للماء غير منفذة مؤقتًا يتم استخدام طريقة تجميد الأرض.

يتم ذلك عادة لتوفير دعامة هيكلية ودعم مؤقت ومنع تدفق المياه الجوفية إلى منطقة الموقع. حيث أنه عندما يتم تجعد الطبقات الحاملة للماء، يتحول الماء الموجود فيها إلى جليد يصبح مانعًا للماء ويقوي التربة.

في الحشو، يتم استخدام المواد الدخيلة. ولكن في هذه الطريقة لا توجد حاجة إلى مواد إضافية وبعد اكتمال العمل، تعود التربة إلى حالتها الطبيعية كما كانت من قبل.

يمكن استخدام هذه الطريقة في أي نوع من أنواع التربة، بغض النظر عن حجم أو شكل أو عُمق الحفر أو تكوين التربة أو الصخور بغض النظر عن الهيكل أو حجم الحبيبات أو النفاذية. ومع ذلك، فهو الأنسب للأرض اللينة بدلاً من الصخور.

إنّه قابل للتطبيق على مجموعة واسعة من التربة ولكن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً لإنشاء جدار جليدي كبير ويجب الحفاظ على التجميد عن طريق التبريد المستمر طالما كان ذلك مطلوبًا.

تاريخ تقنية التجميد الأرضي للتربة أسفل الأساسات الخرسانية:

تم اكتشاف طريقة التجميد الاصطناعي للأرض من قبل العالم الألماني هيرمان بوتش، في عام 1883. وتم استخدامها لأول مرة في أمريكا في شركة (Chapin Mine Company) في (Iron Mountain)، حيث تم إجراء التجميد على عمق 100 قدم تحت الأرض.

ومع ذلك، يظل توفير التحكم في المياه الجوفية ودعم الحفر لغرق العمود هو التطبيق الأساسي. في الواقع، بالنسبة للأعمدة العميقة، لم يتم بعد إنشاء طريقة أفضل.

الظروف التي يكون فيها التجميد الأرضي أكثر فعالية:

• الأرض حيث تكون قابلية الاختراق عن طريق الحفر أو الحقن الدفقي أو الحفر الصدفي أو أدوات القطع العمودية الأخرى محدودة.

• أرض مملوءة وأرض تحتوي على عوائق من صنع الإنسان.

• أرض عذراء تحتوي على حصى أو صخور أو سطح تربة أو صخري غير منتظم.

• الأرض التي تعرضت للاضطراب بسبب الظروف غير المستقرة أو تدفق المياه.

مبادئ التجميد الأرضي للتربة أسفل الأساسات الخرسانية:

يتمثل المبدأ الرئيسي لهذه الطريقة في تحويل الماء إلى جليد عن طريق طرق التجميد الخارجية لإنشاء مانع تسرب المياه وتقوية التربة. حيث تعتمد فعالية التجميد على وجود الماء لتكوين الجليد، وترسيخ الجزيئات وزيادة قوة الأرض إلى ما يعادل الصخور الناعمة أو المتوسطة.

إذا كانت التربة لا تحتوي على كمية كافية من الماء لملء كل المسام عندما تتجمد، فقد يكون من الضروري توفير المزيد من الماء حتى يتم إغلاق المسام بالكامل. وهذه الطريقة فعالة للغاية في الأماكن التي تتكون فيها الأرض من الطمي. حيث لا يمكن استخدام طرق أخرى للحشو بسبب المسام الدقيقة جدًا.

تعتمد القوة التي تحققها الأرض بعد تركيب هذه الطريقة على درجة حرارة التجمد ومحتوى الرطوبة وطبيعة التربة. وبعد اكتمال التجميد الأولي ووضع الحاجز المجمد في مكانه، يتم تقليل سعة التبريد المطلوبة بشكل كبير للحفاظ على الحاجز المجمد.

عندما تتحول المياه الجوفية إلى جليد، يحدث التمدد الذي لا يكاد يذكر، ويلاحظ حوالي 9% من التوسع الذي لا يفرض أي ضغط أو إجهاد خطير على التربة. حيث أنه نظرًا لأن هذه طريقة صناعية للتبريد، يمكن فرض تجميد منتظم على أي نوع من التربة ممّا يوفر أمانًا كبيرًا عند مقارنته بطرق الحقن المختلفة.

كما هو الحال في جميع تقنيات المعالجة الأرضية، من الضروري إجراء فحص مناسب في الموقع للسماح باختيار أفضل نظام وتصميم المجموعة المناسبة من أنابيب التجميد واختيار محطة ذات طاقة كافية.

بمجرد بدء عملية التجميد، يلزم المراقبة لضمان تشكيل جدار الحاجز والتحقق من اكتمال التجميد. وأثناء عملية الحفر، يتم تركيب أنابيب مراقبة درجة الحرارة لقياس درجة حرارة الأرض.

أنواع طرق تجميد التربة أسفل الأساسات الخرسانية:

سيتم مناقشة أنواع طرق التجميد الأرضي المستخدمة للدعم المؤقت أدناه:

• الطريقة غير المباشرة للتجميد الأرضي أسفل الأساسات الخرسانية.

• الطريقة المباشرة للتجميد الأرضي أسفل الأساسات الخرسانية.

1- الطريقة غير المباشرة للتجميد الأرضي أسفل الأساسات الخرسانية:

يستخدم هذا النوع من طريقة التجميد بشكل شائع في كل مكان لتثبيت رؤوس الأنفاق. في هذه الطريقة، يتم تدوير المبرد الثانوي من خلال الأنابيب التي يتم دفعها إلى الأرض. حيث أنه يتم استخدام اثنين من المبردات في هذه الطريقة. الأول هو الأمونيا والمبرد الثاني هو كلوريد الكالسيوم.

يتم ضغط الأمونيا في وحدة التجميد وتمريرها لتبرد. يقوم المكثف بتبريد الأمونيا من شكل غازات إلى سائل. ويتم تبريد الماء في وحدة التبريد. كما أنه يتم تمرير هذه الأمونيا السائلة ويتم تبريد المبرد الثانوي بواسطة الأمونيا السائلة. بحيث يتم تمرير محلول المحلول الملحي المبرد إلى الأنابيب التي يتم دفعها بالتوازي مع الأرض.

تتجمد هذه الأنابيب وتتجمد المنطقة المحيطة بالأرض أيضًا. كما تتكرر هذه الدورة حتى تجمد مساحة الأرض المطلوبة. ومن الواضح أن الوقت اللازم لتجميد الأرض سيعتمد على قدرة مصنع التجميد فيما يتعلق بحجم الأرض المراد تجميدها وعلى تباعد وحجم أنابيب التجميد ومحتوى الماء في الأرض.

2- الطريقة المباشرة للتجميد الأرضي أسفل الأساسات الخرسانية:

هذه الطريقة لا تتطلب محطة تبريد النمل. وَيتم جلب الأمونيا إلى الموقع تحت ضغط معتدل وتخزينها في الموقع في صهاريج معزولة. كما يتم دفع الأنابيب إلى الأرض مع توفير أنابيب العودة لإخراجها إلى الجو.

هناك ميزة للاستخدام في حالات الطوارئ، أيّ التجميد السريع بدون مصنع ومعدات ثابتة معقدة. وقد يكون هذا مفيدًا بشكل مزدوج في المواقع البعيدة عن مصادر الطاقة. كما في مثل هذه الظروف، يمكن تصريف النيتروجين مباشرة من خلال أنابيب تُدفع في الأرض، ويسمح له بالهروب إلى الغلاف الجوي.

يجب مراعاة الاحتياطات اللازمة للتهوية الكافية. حيث تكون سرعة التجميد الأرضي باستخدام النايتروجين أسرع بكثير من الطرق الأخرى، أيامًا وليس أسابيع، لكن النيتروجين السائل مكلف. وهذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لفترة قصيرة من التجميد تصل إلى حوالي 3 أسابيع.

يمكن استخدامه بالاقتران مع العمليات الأخرى مع نفس مجموعة أنابيب التجميد وشبكة أنابيب التوزيع المعزولة، حيث يتم استخدام النيتروجين السائل أولاً لإنشاء التجميد بسرعة ويتبعه التبريد العادي للحفاظ على الحالة أثناء تنفيذ العمل. كما يمكن أن يكون هذا مفيدًا عندما يجعل التدفق الطبيعي للمياه الجوفية التجميد الأولي صعبًا.