با توجه به گسترش افزایش اثر پدیده فرونشست در کشور و بحرانی که این معضل زیست محیطی در ابعاد مختلف اقتصادی، عمرانی، محیط زیستی، اجتماعی و ...، در کشور ایجاد کرده است، مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی به بررسی ابعاد فرونشست و ارائه راهکارهایی در این خصوص پرداخته است.
به گزارش تسنیم در گزارش مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی درباره فرونشست آمده است:
آثار فرونشست به دو شکل مستقیم وغیرمستقیم بروز می‌کند؛ ازجمله آثار مستقیم می‌توان به ترک خوردن، کج شدن، فروریختگی، فرسودگی بناها و تخریب و آسیب به شریان‌های حیاتی شامل خطوط حمل و نقل (مترو، جاده، راهآهن)، خطوط انتقال برق و مخابرات، شبکه فاضلاب، لوله‌های آب و گاز و نفت، کانال‌های دفع آب‌های سطحی، سازه‌های زیرزمینی (تونل و خطوط مترو)، پایه پل‌ها و شمع‌های مدفون در خاک و توسعه شکاف‌های زمین، شکست زمین یا گسیختگی آن اشاره کرد.
از طرفی وقوع فرونشست آثار غیرمستقیم اقتصادی نیز به جای می‌گذارد. افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری زیرساخت‌ها، کاهش ارزش زمین و اموال، رها کردن ساختمان‌ها و اماکن، اختلال در فعالیت‌های اقتصادی، توقف کسب و کار به دلیل آسیب به ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها، از دست دادن نیروی کار مولد با تلفات و صدمات و هزینه‌های تحمیل شده برای امداد رسانی ازجمله تبعات مالی وارده به شبکه زیرساخت در اثر فرونشست هستند.
با توجه به اینکه روش های معقول مقابله با فرونشست مستلزم برنامه ریزی بلندمدت اجتماعی و مدیریتی است، در کوتاه‌مدت قابل دستیابی نیستند و لذا باید راهکارهای طراحی و تعمیر و مقاوم‌سازی زیرساخت‌ها نیز مورد بررسی قرار گیرد.
وضعیت فرونشست و آسیب به زیرساخت‌ها در ایران و جهان
نتیجه تحقیقات نشان می‌دهد که استان‌های اصفهان، تهران، کرمان و خراسان رضوی در معرض خطر شدید فرونشست قرار دادند. در اصفهان حدود 10 هزار کیلومترمربع شامل 30300 واحد مسکونی، به‌طور ویژه پالایشگاه نیروگاه برق شهید منتظری، ورزشگاه نقش‌جهان، فرودگاه بین‌المللی شهید بهشتی، پست‌های خطوط انتقال نیرو فشارقوی، شهرک صنعتی محمودآباد، خطوط انتقال سوخت به فرودگاه نائین و سگزی، خطوط قطار شهری به‌ویژه خط اصفهان به شاهین‌شهر، ابنیه تاریخی مانند پل روی رودخانه زاینده‌رود به‌شدت در معرض تهدیدهای ناشی از فرونشست هستند.
فرونشست در تهران به‌صورت مستقیم زندگی 2 میلیون و 300 هزار نفر را تحت تأثیر قرار داده و مناطق 17، 18، 19، 20 و 21 را به‌طور جدی تهدید می‌کند. از مهم‌ترین زیرساخت‌هایی که در تهران در معرض خطر فرونشست هستند شامل فرودگاه امام خمینی(ره)، مهرآباد و خطوط انتقال انرژی در بخش جنوب‌غرب و خطوط قطار شهری و مترو هستند. به‌صورت کلی حدود 8 میلیون واحد مسکونی و 24 میلیون نفر در کشور در معرض خطرات و آسیب‌های فرونشست قرار دارند. فرونشست در ایران 5 تا 7 برابر متوسط و با نرخ سالیانه 25 تا 30 سانتیمتر در سال (هر 5 سال یک متر) فرونشست در کشور رخ می‌دهد.
خسارت ناشی از فرونشست در چین 1.5 میلیارد دلار برآورد شده است که حدود 70 تا 80 درصد آن خسارت‌های غیرمستقیم بوده است. شانگهای در سال 2001 تا 2010 دچار 2 میلیارد دلار خسارت ناشی از فرونشست شده است.
در بانکوک نیز براثر فرونشست خسارت‌های فراوانی به زیرساخت‌هایی مانند جاده‌ها، پیاده‌روها، زیرساخت‌های زیرزمینی و ساختمان‌های خصوصی، پایه پل‌ها و قطارهای شهری وارد شد. میزان خسارت ناشی از فرونشست در سال 2006 در هلند 3.5میلیارد یورو در سال برآورد شده است. در آمریکا نیز حدود 4.3 تا 8.7 میلیون نفر در نواحی مرزی و ساحلی تحت تأثیر خسارات فرونشست قرار دارند که در همین راستا عملیات ویژه‌ای جهت مقابله و کنترل فرونشست در بیشتر ایالت‌های آن درحال اجراست.
راهکارهای حفاظت از زیرساخت‌ها در مقابل فرونشست
اگرچه تلاش اصلی باید بر مدیریت مصرف و احیای سفره‌های آب زیرزمینی باشد، اما مقاوم‌سازی به‌عنوان یک روش علاج‌بخش میان‌مدت باید در دستور کار قرار گیرد. به بیان دیگر با ایجاد تغییراتی در ساختار خاک یا طراحی زیرساخت‌ها از آسیب و خرابی زیرساخت‌ها جلوگیری کنیم.
این دسته از راهکارها شامل همان روش‌های بهسازی زمین به‌وسیله تغییر در خصوصیات و جنس خاک (با مخلوط نمودن مصالح مناسب ـ اختلاط عمیق و تراکم سطحی یا استفاده از مواد افزودنی) و یا اضافه کردن المان‌های غیرخاکی به خاک (مانند تزریق با فشار بالا، یا ژئوسنتتیک‌ها، ستون‌های شنی، شمع‌های عمیق و ریزشمع‌ها، انکراژ یا میخکوبی، ژئوفوم) است.
همچنین در برخی از راهکارها، تغییر در روند طراحی سازه براساس فرونشست یا اضافه کردن المان‌های تقویتی پیشنهاد می‌شود. از مهم‌ترین روش‌های بهسازی خاک عبارتند از: روش تزریق، روش ﻣﯿﮑﺮوﭘﺎﯾﻞ، روش ﺷﻤﻊﮔﺬاری، روش ﻧﯿلﯿﻨﮓ، ﺑﻬﺴﺎزی ﺑﻪ کمک ژئوگرید و ژئوتکستایل، ﺑﻬﺴﺎزی با هدایت و تزریق آب‌های سطحی به داخل زمین و بهسازی پی زیرساخت‌ها و ساختمان‌های در معرض فرونشست.
در ادامه تعدادی از روش‌های پیشنهادی بیان می‌شود که در شرایط مختلف استفاده شده است.
1. بهسازی خاک به روش تزریق
ﺑﻬﺴﺎزی ﺧﺎک ﺑﻪ روش ﺗﺰرﯾﻖ ﺟﻬﺖ اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺑﺎرﺑﺮی ﺧﺎک، اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎرﮔﺬاری ﺟﺎﻧﺒﯽ شمع‌ها، ﺟلوﮔﯿﺮی از ﻧﺸﺖ آب و ﻧﺸﺴﺖ در ﺳﺎزه ﺑﻪﮐﺎر می‌رود. در اﯾﻦ روش، اﺑﺘﺪا چاله‌هایی ﺑﻪ ﻓﻮاﺻﻞ ﻣﻌﯿﻦ ﺣﻔﺮ ﮐﺮده، ﺳﭙﺲ درون چاله‌ها را ﺑﺎ دوﻏﺎب ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﻓﺸﺎر و سرعت‌بالا ﭘﺮ می‌کنند.
در کشورهایی مانند چین با استفاده از روباره تولید شده در منطقه، دوغاب تهیه و با فشار بالا به داخل گمانه تزریق می‌گردد که باعث ایجاد ستون‌های قوی می‌شود. با پر شدن فضای خالی یک لایه سخت میانی به‌وجود آمده و ناحیه ایزوله و محافظت شده ایجاد می‌شود که باعث کاهش نرخ فرونشست و حفظ زیرساخت‌های منطقه می‌شود. اﯾﻦ روش، ﭘﺮﻫﺰﯾﻨﻪ ﺑﻮده و در ﻣﻮاﻗﻊ ﺧﺎص ﺑﻪﮐﺎر می‌رود و ﺑﻪ ﭼﻬﺎر دﺳﺘﻪ ﺗﺰرﯾﻖ ﺗﺮاﮐﻤﯽ در ﺧﺎک، ﺗﺰرﯾﻖ ﻧﻔﻮذی در ﺧﺎک، ﺗﺰرﯾﻖ ﺟﺖ در ﺧﺎک و ﺗﺰرﯾﻖ ﺷﮑﺴﺖ ﻫﯿﺪروﻟﯿﮑﯽ در ﺧﺎک ﺗﻘﺴﯿﻢ می‌شوند.
2. بهسازی خطوط انتقال گاز
در این روش، نگهداری و بررسی‌های دوره‌ای برای کنترل فرونشست و اندازه‌گیری آن پیشنهاد شده است. همچنین مقادیر آنالیز المان محدود نشان داده که هنگام فرونشست لوله‌ها وارد تغییر شکل پلاستیک می‌شوند. اگرچه لوله‌ها کارایی خود را حفظ می‌کنند، اما بررسی دقیق‌تر تأثیر نگهداری‌های دوره‌ای و کنترل دوره‌ای تنش‌های وارده بر لوله بر کاهش تغییر شکل پلاستیک آن در اثر فرونشست پیشنهاد شده است.
3. بهسازی فرونشست با انحراف مسیر آب
پکن کلان‌شهری است که با کمبود جدی منابع آب همراه است و سرانه منابع آبی 1.8 سرانه ملی چین است و دو سوم منابع آبی آن از آب‌های زیرزمینی تأمین می‌شود. به همین علت بر خلاف سایر نقاط چین که فرونشست عمدتاً در اثر استخراج معادن ایجاد شده است، برداشت منابع آب زیرزمینی از عمده دلایل فرونشست در پکن است که طی سال‌ها با یک روند افزایشی درحال توسعه بود. درنهایت با اجرای طرح انحراف آب از جنوب به شمال، میزان استخراج آب‌های زیرزمینی تغییر پیدا کرده و باعث کاهش نرخ فرونشست شد.
4. استفاده از شمع برای بهسازی خطوط راهآهن
یکی از راه‌های کنترل فرونشست در خطوط راهآهن بریتانیا، ساخت یک راه انحرافی به طول 1.8کیلومتر بود که بر روی شمع‌های بتنی ساخته شود. با توجه به نتایج مدل‌سازی، اثر پارامترها نیز بررسی شد. یکی از نتایج قابل‌توجه مدل‌سازی اثر منفی افزایش سطح آب زیرزمینی بر ناپایداری شرایط فعلی بود.
5. کاهش نشست پایه پل با تزریق مصالح مناسب (رزین)
براساس بررسی‌های صورت گرفته، مراحل و میزان نشست پایه های پل مشخص شد. جهت کنترل و علاج بخشی فرونشست در پایه‌های پل از طریق تزریق آب به آبخوان‌ها پیشنهاد‌هایی ارائه شده است.
6. مقاوم‌سازی خطوط لوله انتقال آب یا گاز در برابر فرونشست
برای کاهش اثر فرونشست بر لوله‌ها در جابه‌جایی افقی لوله‌های باریک، کافی است حداقل نصف بالای مسیر لوله‌ها پر نشود و اجازه حرکت کوتاهی را به لوله بدهد؛ اما در لوله‌های بزرگ انتقال آب یا گاز لازم است در چاله خط لوله، آب ریخته شود، زیرا آب باعث کاهش اصطکاک خاک و لوله خواهد شد. برای جلوگیری از آسیب رسیدن به لوله‌ها در اثر نشست زیاد در راستای قائم، باید لوله‌ها با مقداری فاصله از سطح (رواداری 2.5 الی 5 سانتیمتر) اجرا شود.
7. بهسازی پی ساختمان‌ها در برابر فرونشست
فاخر و همکاران در سال 1400 برای حفاظت از ساختمان‌های موجود در مناطق دارای فرونشست و همچنین طراحی پی ساختمان‌های جدید روشی را مبتنی‌بر ریسک ارائه دادند. در نتایج این تحقیقات پیشنهاد شده است که در مناطق دارای فرونشست تا زمانی که آیین‌نامه‌ای برای طراحی پی در دسترس نیست باید فرونشست مجاز برمبنای بررسی محلی تعیین شود.
در طراحی و انتخاب پی در مناطق دارای فرونشست توصیه شده که پی منفرد به‌کار نرود و برای ابعاد بیش از 20 متر از درز جدایی استفاده شود. همچنین در مناطق با احتمال شکاف از پی عمیق استفاده شود. به‌طور کلی در متغیرهای ژئوتکنیکی عدم قطعیت‌های مختلفی وجود دارد، اما مهم‌ترین متغیر نامطمئن در طراحی پی در مناطق دارای فرونشست، میزان مصرف آب زیرزمینی در یک منطقه و تغییرات تراز آب زیرزمینی در آینده است، به همین دلیل طراحی پی براساس ریسک توصیه شده است.
اداره کل بنیاد مسکن انقلاب اسلامی استان اصفهان در سال 1400 مطالعات موردی بر روی نواحی با خطر بالای فرونشست در این استان انجام داده‌اند که در گزارش نهایی موارد زیر را برای طراحی و اجرای فونداسیون ساختمان به‌عنوان زیرسازه مهم‌ترین بخش ساختمان در مواجهه با پدیده فرونشست، ارائه داده‌اند.
با شناسایی حوزه‌های فرونشست و تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی که به‌صورت دوره‌ای به‌روزرسانی می‌گردند، ترجیحاً این مناطق به‌عنوان پهنه‌های ممنوعه توسعه و ساخت اعلام گردد. حتی‌الامکان در طرح‌های توسعه شهری و ملی از احداث سازه‌های مهم و دارای اهمیت بالا در مناطق با احتمال فرونشست زیاد خودداری شود.
استفاده از سیستم‌های ساختمانی و با جزئیات اجرایی جهت سبک‌سازی سازه بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد.
در مناطق با احتمال خطر بالای فرونشست و مشاهده سوابق این پدیده حتی‌الامکان از احداث ساختمان‌های سنگین و بلندمرتبه با تعداد طبقات زیاد اجتناب شود.
از به‌کارگیری پی‌های منفرد با شناژ پرهیز شود و از پی‌های نواری دو طرفه در کلیه مناطق به‌جز شهرها یا روستاهای با سابقه فرونشست که در آنها توصیه بر طراحی پی گسترده با صلبیت کافی می‌باشد، حداقل استفاده شود.
ضمن شناسایی خاک‌های مسئله‌دار ازجمله خاک‌های واگرا، رم‌بنده و حساس به آب شستگی، با اتخاذ تدابیر لازم از تشدید مخاطرات ژئوتکنیکی جلوگیری به‌عمل آید.
جهت افزایش صلبیت روسازی حتی‌الامکان از به‌کارگیری سیستم صرفاً قاب خمشی در اسکلت صرف نظر شده و از سیستم‌های ترکیبی و با دیوارهای باربر استفاده شده و تعداد ستون‌ها افزایش یابد.
در ساختمان‌های دارای طبقات زیرزمین حتی در صورت وجود یک طبقه مدفون، می‌توان جهت افزایش صلبیت سازه از دیوارهای حائل محیطی استفاده کرد.
درز انقطاع با فواصل مناسب جهت امکان جابه‌جایی هر یک از بخش‌های ساختمان‌های با پلان بزرگ تعبیه گردد.
8. استفاده از بتن یا مصالح متخلخل در پیاده‌روها و خیابان‌ها جهت هدایت آب‌های سطحی
به‌منظور هدایت نزولات جوی و جلوگیری از هدررفت و خروج آنها از منطقه، استفاده از مصالح با درصد تخلخل بالا مانند بتن‌های متخلخل یا آسفالت متخلخل در اجرای پیاده‌رو یا خیابان‌های شهری در کشورهای پیشرفته درحال گسترش است. به کمک این روش طبق شکل 3 می‌توان روان آب‌های سطحی و حتی فاضلاب‌های خاکستری را جمع‌آوری و در محل‌های مورد نظر به لایه‌های زیرین خاک تزریق کرد.
9. استفاده از ژئوگرید در لایه‌بندی بستر و روسازی
به‌منظور جلوگیری از نشست در جاده‌ها، باند فرودگاه، خطوط راهآهن و پی‌های گسترده و سطحی از ژئوگریدها در لایه‌بندی بستر و روسازی راه‌ها و پی‌ها استفاده می‌شود.
10. استفاده از مصالح نوین مانند باکتری‌ها و رزین‌ها برای تزریق و استحکام‌بخشی بستر زیرساخت‌ها
فناوری‌های پیشرفته غیرتهاجمی و مقرون‌به‌صرفه هستند و بهره برداری کامل از جاده یا پل را می‌توان به کمک آنها در طول پایدارسازی حفظ کرد. عملیات بهسازی را می‌توان در طول شب و در صورت نیاز بین ساعات شلوغی ترافیک انجام داد. همچنین وسایل نقلیه می‌توانند بلافاصله بر روی ناحیه اصلاح‌شده حرکت کنند. این روش تثبیت نیازی به حفاری ندارد و عملیات بهسازی را می‌توان در زمان کوتاهی انجام داد.
در آمریکا از این روش برای جبران نشست تا میزان 1.3 متر استفاده شده است. از تزریق رزین‌های ویژه می‌توان برای بهسازی و جبران نشست در خطوط راهآهن، شمع‌ها، زیرساخت فرودگاه‌ها، تراز کردن سریع دال‌ها، پایه پست‌های انتقال برق و غیره استفاده کرد. همچنین می‌توان لوله‌های زیرزمینی مدفون در زمین را که تحت تأثیر آسیب‌های ناشی از فرونشست قرار گرفته‌اند، بهسازی کرد.
MICP یک روش نوآورانه و امیدوارکننده برای بهبود زمین است که از فاز باکتریایی خاک برای رسوب کلسیم در محل استفاده می‌کند. فرایند هیدرولیز شامل هیدرولیز اوره در حضور آنزیم اوره است که از طریق باکتری‌های بومی تولیدکننده اوره موجود در خاک ترشح می‌شود.