أهمية تحليل التربة في البناء غير المأمون في المجارير

تحليل التربة في قطاع التشييد غير المأمون في المجارير الصحية: دليل شامل

إن أفضل الطرق التي يتم بها إجراء اختبارات لتصريف المياه غير المجهزة بالصرف الصحي قد أدت إلى ثورة الهياكل الأساسية تحت الأرض من خلال تمكين تركيب أو إصلاح أو استبدال خطوط المجاري بأقل قدر من التعطل السطحي، وطرق مثل الأنابيب المعالجة في الأماكن، وتفجير الأنابيب، وحفر الاتجاهات الأفقية، والتوقف عن ذلك، مما يسمح للمشاريع بأن تسير في إطار الطرق والأنهار والمباني والبيئات الحساسة دون حفر مفتوح.

لماذا تحليل التربة

ويوفر تحليل التربة الأساس الفعلي لكل قرار في البناء غير المفرغ، فالأرض ليست وسيطاً موحداً؛ وهي تختلف أفقياً ورأسياً في التركيبة والكثافة والرطوبة والقوة؛ والأساليب التي لا تُستخدم في الترسب مباشرة، سواء عن طريق تفكيكها (انفجار الوب)، أو عن طريق اختراقها أو الاعتماد على الأرض المحيطة بالدعم (الشراكات بين الجنسين بعد الترسبات).

السلامة والتخفيف من المخاطر

فسلامة العمال هي الأهم، إذ يمكن أن تنهار التربة غير المستقرة في حفر أو حفر أو أطقم التغليف أو تسبب فراغات تحت الأرض، وقد يتسبب ارتفاع ضغط المياه الجوفية في الحفر أو الاستيطان السطحي، وقد يحتوي التربة ذات المحتوى العضوي المرتفع على سلفيد الميثان أو الهيدروجين، أو حدوث انفجارات أو مخاطر سمية، ويحدد التحليل الشامل للتربة هذه التهديدات قبل بدء العمل، مما يسمح للمهندسين بتحديد تدابير حماية مثل العزل أو التفرغ الحقيقي.

الاختيار المنهجي والمعدات

وتنجح التقنيات المختلفة التي لا تُحصى في ظروف مختلفة من التربة، إذ إن انفجار الأنابيب، الذي يكسر الأنابيب القائمة ويوسع الحفرة، ويعمل جيدا في التربة المتسقة، ولكنه يمكن أن يسبب تذبذباً سطحياً مفرطاً في الرمال غير المستقرة، ويحتاج سداسي البروم ثنائي البنزين إلى تربة ثابتة ومثقلة تشكل ثقباً موثوقاً؛ ويمكن أن تلحق أضراراً برؤوس الحفر أو تتسبب في فقدان سوائل الحفر.

مراقبة التكاليف والقابلية للإحالة

فالظروف الأرضية غير المتوقعة هي السبب الرئيسي في أوامر التغيير والتجاوزات في الميزانية في أعمال البناء تحت الأرض، وقد يواجه مشروع يفترض أن يرتدى طوقاً موحداً ميداناً مدفوناً أو عدسة مقبرة عالية القدرة، وتتطلب تغييرات في المعدات، أو تدابير إضافية لغسل المياه، أو تدابير طوارئ يمكن أن تضيف أسابيع ومئات الآلاف من الدولارات، ويحقق في تحليل شامل للتربة في مرحلة ما بين الفئتين ومتوسطاً بنسبة تتراوح بين 0.5 و2 في المائة و2 في المائة من مجموع تكاليف المشروع في كثير من الحالات.

شركات التربة الرئيسية التي تؤثر على التشييد عديمة الفائدة

ومن أجل اتخاذ قرارات مستنيرة، يقوم المهندسون بتقييم مجموعة من ممتلكات التربة، فيما يلي أهم المشاريع التي لا تُنفذ في إطارها مرافق الصرف الصحي.

تركيب التربة وتوزيع حجم الجسيمات

فالسحــل يصنف بحجم الجسيمات: الحصى )الحجم الذي يزيد عن ٤,٧٥ مم(، والرمل )٠٧٥-٤,٧٥ ملم(، والسيل )٠,٠-٠٧٥( مليمتر، والجزر )السائل المميت( التي تُقــرر سلوك التربة، والأنابيب والمقابر هي الأنابيب الحرة ولكنها لا توفر إلا القليل من التماسك؛ ويمكن أن تنهار بسرعة في فتحة.

التربة

]Shear strength] determines a soil’s ability to resist deformation and collapse, it is described by two: cohesion (c) and friction angle soil & clays like clay has strength primarily from cohesion, while granular soils rely on friction, these parameters are measured via triaxial compression tests (AS she D4767).

ظروف المياه الجوفية

فالمياه هي عدو العمل تحت الأرض، إذ أن ارتفاع مستويات المياه الجوفية يقلل من قوة التربة، ويزيد من خطر الانزلاق )إحداث جسيمات التربة في حفرة الغليان(، ويمكن أن يتسبب في حدوث قوى تهوية على الأنابيب المركبة، وأن يكون ارتفاع طاولة المياه، وتقلبات التربة الموسمية، وانهيار المياه الجوفية )تقاس باختبارات مستمرة أو منخفضة في الرأس، كما أن الـ د.5084( كل هذه الأمور.

كيميائيات التربة وتصويبها

إن إخفاق التربة في نقل الكبريتات الجريئة، والأحماض، والمركبات العضوية - ولكن التربة المحيطة يمكن أن تكون متآكلة أيضاً، فالسوارات ذات القدرة على مقاومة منخفضة (ألفي مارك ألماني)، أو المحتوى العالي من الكلور أو الكبريت، أو الأنابيب الحمضية يمكن أن تهاجم مواد الخرسانة، أو الحديد، أو الفولاذ، كما أن مؤشر اللانغليير للاستعمالات التراكمية (LSI)

وجود الملوثات والمرافق تحت الأرض

ويمكن أن تحتوي حقول البنادق والمواقع الصناعية على التربة الملوثة بالهيدروكربونات النفطية أو المعادن الثقيلة أو المركبات العضوية المتطايرة، ومن ثم فإن تطهير هذه التربة أثناء البناء الذي لا يُحصى، يمكن أن ينشر التلوث، ويُحدث متطلبات التنظيف التنظيمي، ويعرض العمال للخطر، ويحدد تحليل التربة هذه المستودعات الساخنة بحيث يمكن للمشروع تجنبها، أو احتواءها، أو تطبيق إجراءات خاصة للتداول (مثل، نظم حفر حفر حفرة للغطاء المطاط المطاط).

أساليب التحقيق في التربة للمشاريع التي لا تتطلب أي أثر

ويتبع التحقيق الشامل في إطار مشروع لا يصحح أي غزال معايير الصناعة، مثل المعايير الواردة في " جمعية البلدان الأمريكية للاختبارات والمواد " أو " جمعية الهندسة المدنية " (جمعية البلدان الأمريكية) وينبغي أن يضاهي مستوى الجهد تعقيد المشروع ومخاطره: فالبرنامج الدولي للسلامة الكيميائية الذي يتخلى عن التربة المعروفة قد يحتاج فقط إلى بعض الممل، بينما يتطلب معبر للتصحر في نهر كبير اختبارا مستمرا.

اختبارات الاختبار واختبار التخصيب القياسي

وتُعد الاختبارات المملة العمود الفقري للتحقيقات الجيولوجية التقنية، وتُقدِّم أجهزة الحفر مُقَدِّرة إلى العمق المنشود، وفي فترات منتظمة (نحو 1.5 متر أو 5 رطل)، وتُقيَّد العينات المُقسَّمة إلى التربة بواسطة مطرقة تبلغ 63.5 كلغ تنخفض بمقدار 0.76 متر. ويُسجل عدد الضربات اللازمة لدفع قيمة كل 000 150 طن متري كحد أقصى.

اختبار اختراق الكون

وتدفع هذه المادة إلى التربة بمعدل ثابت (20 مم/م) وتقيس باستمرار مقاومة البقايا واحتكاك الأكمام، وتوفر هذه المادة لمحة مفصلة عن طبقة التربة، والقوة، والضغط دون توليد قطع، وهي مفيدة بصفة خاصة في التربة الناعمة، وفي المشاريع التي يلزم فيها الحصول على البيانات بسرعة، وتضيف طبقة النسيج الخفيف من الفول السوداني إلى قياس الضغط الذي لا يقدر بثباته، مما يعطي نظرة على نظم المياه الجوفية والتصريف.

المسح الجيوفيزيائي

وتكمل الأساليب الجيوفيزيائية السطحية المملة والسبر عن طريق تغطية المناطق الأكبر بسرعة، وتشمل التقنيات المشتركة ما يلي:

• Ground —Penetrating Radar (GPR):] Emits high —frequency radio pulses to detect buried facilities, voids, and soil boundaries. Works best in dry, Sandy soils; limited in conductive clay.
• Electrical Resistivity Tomography (ERT): ] Measures subsurface resistanceivity; helps identify zones of contamination, groundwater, and varying lithology.
• Seismic Refraction:] Uses elastic waves to map the depth to bedrock or stiff layers. Useful for HDD bore paths that must avoid rock or boulders.

ولا يمكن أن تحل الفيزياء الأرضية محل أخذ العينات المباشرة، ولكنها توجه وضع المملات، وتخفض عدد الثقوب اللازمة، وتحسن الفهم العام للموقع.

اختبار المختبر

وتخضع عينات التربة المجمعة لفحوص مختبرية لتحديد كمية الممتلكات الهندسية والكيميائية وتشمل الاختبارات الرئيسية للتصميم غير المكتمل:

• محتوى الطور (ASTM D2216)
• حدود أتربرغ (الحد الأقصى للسائل واللدائن) للمناطق (ASTM D4318)
• القوة المضغوطة غير المقيدة (ASTM D2166)
• الضغط الثلاثي (المدمجة أو غير المدمجة) (ASTM D4767)
• القدرة على تحمل التكاليف بالرأس الثابت أو المتساقط (ASTM D5084)
• Soil resistanceivity, pH, sulfates, chlorides (ASTM G57, several ASTM methods)
• اختبارات الارتفاع/الوحدة للجزر الممتدة (ASTM D4546)

وتظهر هذه النتائج التقرير الجيوتقني الذي يتضمن بارامترات يوصى بها للتصميم والبناء.

How Soil Analysis Guides Trenchless Method Selection

وتؤثر البيانات المستمدة من التحقيق في التربة تأثيرا مباشرا على التقنيات غير المتناثرة التي ستكون آمنة وفعالة من حيث التكلفة، وتُراعى أدناه الاعتبارات النموذجية للطرائق الثلاثة الأكثر شيوعا.

قرص من نوع (CPP)

ويستلزم مشروع CIPP تحويل خط مهيمن إلى أنابيب موجودة، ومعالجة هذا الزر بالحرارة أو الضوء فوق البنفسج، ويتوقف الخط على الأنابيب المضيفة والتربة المحيطة للحصول على الدعم أثناء العلاج وطوال فترة خدمته، ويقرر تحليل التربة ما إذا كان الأنبوب المركب يملك القدرة الهيكلية الكافية (التي كثيرا ما تقيّم بواسطة التلفزيون المضغوط وقياسات التف) وما إذا كان يمكن للتربة أن توفر المقاومة القاطعية اللازمة لمنع خط الغلي.

Pipe Bursting

ويستخدم انفجار الأنبوب رأساً من المفرقعات المقلية يسحب من الأنبوب القديم، ويكسره ويوسع ثقبه ليستوعب أنبوباً جديداً، ويجب أن تستوعب التربة التشريد دون أن تسبب تذبذباً سطحياً غير مقبول أو تلفاً للمرافق المتاخمة، ويمكن أن تتسبب التربة ذات التكتل المنخفض (الرمل الكثيف، الصخور) في ارتفاع معدلات التسرب.

التدفئة المباشرة الأفقية

وبالإضافة إلى ذلك، فإن سداسي البروم ثنائي البنزين هو طريقة ثابتة تحفر حفرة تجريبية، ثم يعيده إلى قطره النهائي بينما يقوم بدورة حفرية (البنتونيت أو البوليمر) وتقرر خصائص التربة جدوى الحفاظ على ثقب متين، وتحتاج الرمل والحصى إلى قدر كبير من الارتداد والضغط الحاد لمنع حدوث التآكل.

فوائد التحليل الشامل للتربة

وينتج الاستثمار في تحقيق جيوتيكي شامل مكافأة ملموسة عبر دورة حياة المشروع.

انخفاض المخاطر وقلة المفاجئات

وتتمثل الفائدة الأكثر وضوحا في التقليل إلى أدنى حد من فرصة مواجهة ظروف غير متوقعة تغلق العمل، وعندما يكون من المعروف أن صورة التربة في التربة، يمكن للمتعاقد أن يعد خططا للطوارئ المناسبة، مثل تخزين مواد طين إضافية أو معدات لإزالة المياه في حالة التأهب، ويمكن معايرة الرصد في الوقت الحقيقي أثناء البناء (مثلا، قوة الاضطرابات والسحب الخاصة بـ HDD، صفائف المستوطنات الأرضية لتفجير الأنابيب) إلى بيانات التربة التي توفر الإنذار المبكر.

التصميم والوفورات في التكاليف على النحو الأمثل

وتسمح بيانات التربة للمهندسين بالتصميم على الظروف الفعلية بدلا من افتراضات أسوأ الحالات، كما أن التصميمات المتحفظة للغاية التي تُستخدم فيها أنابيب النفايات، والدفن الأعمق، والتشنجات الواسعة النطاق التي تعتمد عليها في إطار التصميمات تحت المراقبة، لا يمكن إلا أن تؤدي إلى الفشل، كما أن تحليل التربة يتيح اختيار أكثر المواد التي تستخدم الأنابيب اقتصادا )البوليسترين، والهوائي، والحديد الكميائي( وسمك الجداري استنادا إلى الحملات المتوقعة.

تعزيز مدة الخدمة وطول المدة

إن فترة بقاء تركيب المجارير التي لا تُحصى تتوقف على التفاعل بين الأنابيب والتربة والمياه الجوفية، ويمكن للتربات المكورة أن تحفر أو تحل الحديد الخرساني والمخنث في غضون سنوات، وتمارس فترات توسعية يمكن أن ترفع أو تحطم الأنابيب، وقد توحد التربة على مر الزمن، مما يؤدي إلى حدوث إخفاقات أو تسلل في المستقبل، ويوفر تحليل التربة الحماية للمنافذ المشتركة 100.

Environmental Protection and Regulatory Compliance

وتحتاج الوكالات التنظيمية إلى تقييمات بيئية للعديد من المشاريع التي لا تُعدّها الخنادق، ولا سيما تلك التي تُشبه الأراضي الرطبة أو أجساد المياه أو المواقع الملوثة، ويحدد تحليل التربة المخاطر البيئية المحتملة - تلوث المياه الجوفية، والتدخيل إلى موائل حساسة، والتآكل من عمليات إعادة السوائل إلى بلدانها، ويدعم وضع تدابير للتخفيف منها، وعلى سبيل المثال، إذا أظهرت المملات وجود طبقة ضحلية تستخدم في مياه الشرب، فقد يطلب من المتعاقد استخدام الطين المائيات المائية ورصد الضغوط العائدة.

الشلالات المشتركة وكيفية تجنبها

وحتى مع تحليل جيد للتربة، يمكن أن تحدث أخطاء، فالأغلال التالية هي من أكثر التواتر في البناء غير المكتمل.

عدم كفاية عدد أو المباعدة بين الولادات

ومن المحزن أن تكون حالة أو مللين على طول خط مجارير طوله ١ كيلو مترا غير كافية، ويمكن أن تتغير ظروف التربة تغيرا كبيرا داخل مترات، ولا سيما في البيئات الغرينية أو الجليدية، والمبادئ التوجيهية للصناعة )مثلا، المادة ٢٧ من النظام الآلي لتجهيز العمليات المتعلقة بالتصحر، ورقم D6230 لتفجير الأنابيب( توصي بإيداع كل ٥٠ إلى ١٠٠ متر في تضار متغير، وبإضافات إضافية في كل معبر حرجة )ال، وبطاقة، وبطاقة، وبطاقة، وبطاقة، وبطاقة، وبطاقة، وز(

إغراق آثار البحار والأثر الجوي

ويتباين محتوى رطوبة التربة مع الموسم، إذ يسجل التحقيق في فصل الربيع جداول مياه عالية؛ ويمكن أن يظهر التحقيق في الخريف ظروفاً جافة، وإذا كانت عائدات البناء في موسم الرطب، فإن مستوى المياه الجوفية الفعلي قد يتجاوز افتراضات التصميم، وبالمثل، فإن دورات التجميد تغير قوة التربة في المناخ المعتدل، وينبغي تحديد الوقت اللازم لإجراء تحقيقات في التربة لتعكس أسوأ الظروف، أو ينبغي أن يتضمن التصميم عوامل أمان للتغير الموسمي.

Overvis Contaminated Soil or Buried Structures

ويمكن أن يترك استخدام الأراضي التاريخية وراءه تهديدات خفية، وقد تحتوي مدافن القمامة القديمة، وخزانات التخزين الجوفية، واللاغو الصناعية السابقة - هذه المركبات على أجسام حادة، أو سوائل متآكلة، أو ميثان، وقد يوصى بإجراء تقييم للمواقع البيئية في المرحلة الأولى، مع إجراء تحقيق جيوتقني قبل أي عمل لا يفترق في المواقع الحضرية أو المواقع ذات الحقول البنية، وإذا وجدت تلوث، قد يلزم أن يشمل التصميم نظما بديلة مقفلة.

فشل في تأليف مسار "إنتر بور"

ولا تركز مشاريع كثيرة إلا على أعلى ٣-٥ متر من التربة، ولكن كثيرا ما تعمل الطرق التي لا تُعد فيها الخنادق على أعماق أكبر، ويمكن أن تبلغ معابر الديوكسينات الوبائية ٠١-٠٢ متراً. وقد تختلف التربة في هذا العمق اختلافاً كبيراً عن التربة القريبة من الأرض التي كانت أكبر منها، وزفيرها، وأقل تغيراً.

دراسة حالة: يوفر تحليل التربة مشروع حرق رئيسي

وقد خططت مدينة في جنوب شرق الولايات المتحدة للاستعاضة عن ٠٠٤ ٢ متر من مجاري الصرف الصحي التي تبلغ مساحتها ٠١ بوصة، باستخدام طلقات الانبوب، وكان التحقيق الجيوتقني الأولي يتألف من خمسة ملل على طول الطريق، ويكشف عن الطول الملتوي أساساً ببعض العدسات الرملية، وكان المقاول يخطط لتفجير مباشر مع رأس ثابت مشتعل، غير أن طاقم العمل الذي دُفن في منتصف المشروع قد اجتاز مرحلة الاختبار.

وأظهر تحليل ما بعد الحوادث أن إجراء تحقيق أشمل في التربة باستخدام نظام تقييم الأداء العام ومواقع الكهرومغناطيسية منخفضة التردد قد اكتشف الخزنة، ونقحت المدينة بعد ذلك إجراءاتها الموحدة التي تتطلب إجراء مسح جيوفيزيائي لأي مشروع لتفجير الأنابيب لمدة تزيد على 300 متر. كما أن تكلفة الدراسة الاستقصائية (نحو 000 15 دولار) كانت أقل من 10 في المائة من تكاليف الإصلاح وعقوبات التأخير، وتؤكد هذه الحالة أيضا أن تحليل التربة ليس شاملا عن الاختبارات المختبرية.

خاتمة

ولا يشكل تحليل التربة صندوقاً بيروقراطياً للتفتيش؛ فهو الركيزة الأساسية للإنشاءات المأمونة والفعالة من حيث التكلفة والمستمرة التي لا تُستخدم في مجال الصرف الصحي، ومن اختيار الطريقة والمعدات المناسبة للتنبؤ بالحركات البرية وضمان سلامة الأنابيب الطويلة الأجل، ويستفيد كل قرار من بيانات دقيقة عن سطح الأرض، ويستفيد المهندسون الذين يستثمرون في تحقيقات شاملة في مجال استغلال التربة من الممل والاختبارات الجيوفيزيائية وتحليلات المختبرية

ومع نمو سكان الحضر وتجديد مطالب الهياكل الأساسية الناشئة، ستصبح الأساليب التي لا تُحصى أكثر انتشارا، ولا تزال التكنولوجيا تتقدم، ولكن الأرض لا تزال متغيرة غير خاضعة للمراقبة، وبمعاملة تحليل التربة كجزء لا يتجزأ من عملية التصميم، يمكن للمالكين والمتعاقدين أن يقللوا إلى أدنى حد من المخاطر، وأن يضاعفوا عمر استثماراتهم، وأن يحميوا المجتمعات التي يخدمونها.

For further reading, consult the ASCE 27 Standard Practice for Horizontal Directional Drilling], the ]EPA guidance on trenchless technology], and the ASTM standards referenced throughout this article. For a case study on soil analysis cost-benefit, the Trenchaless Technology Center at Louis