افزایش چشمگیر جمعیت و روند به رشد ساختمان سازی سبب شده تا مهندسین به دنبال فضای بیشتری برای ساخت و ساز باشند از این روی در چند سال اخیر استفاده از فضاهای زیرزمینی در معماری، بسیار رایج شده است.
به منظور استفاده از فضای زیرزمین انجام عملیات گود برداری الزامی است از این روی میبایست به جهت جلوگیری از ریزش ساختمان، افزایش کیفیت بنا، حفظ جان کارگران، جلوگیری از آسیب به ساختمان های مجاور و غیره عملیات پایدارسازی گود را نیز انجام داد.
عملیات پایدار سازی گود چیست؟
پایدار سازی گود یا (soil stabilization for excavation) یکی از مهم ترین عملیات ها در پروسه ی ساخت و ساز بوده که به منظور پیشگیری از ریزش دیواره گودی، ایمن سازی ساختمان های اطراف و غیره انجام می شود.
پایدار سازی گود به روش های گوناگونی انجام شده و آن را می توان به عنوان یکی از مهم ترین و ضروری ترین اقدامات در عملیات ساخت و ساز در نظر داشت.
خوب است بدانید که عملیات پایدار سازی گود عموما در بناهای بزرگ و یا برج ها انجام شده و در ساختمان های کوچک به دلیل داشتن هزینه ی اضافی چندان کاربرد ندارد.
اهداف پایدارسازی گود
انجام عملیات گودبرداری سبب ایجاد یک دیوار عمود (قائم) شده و بر این دیوار دو نیرو به نام های نیروهای مقاوم و نیروهای محرک وارد می شود.
تعریف نیروهای محرک: این نیرو عموما میل به تخریب دیواره گود را دارد.
تعریف نیروهای مقاوم: این نیروها سعی در جلوگیری از ریزش گود داشته و تمایل بالایی به پایداری گود نیز دارند.
حال اگر مجموع نیروهای محرک بیشتر از نیروهای مقاوم باشد، دیوار گود ریزش کرده و سبب آسیب و خسارت می شود. فرآیند پایدارسازی گود به جهت افزایش نیروهای مقاوم انجام شده و با افزایش نیروهای مقاوم، مقاومت در برابر ریزش بیشتر شده و در نتیجه دیوار گود نیز پایدارتر می شود.
روش های پایدار سازی گود
روش های گوناگونی به جهت عملیات پایدارسازی گود وجود داشته که انتخاب بهترین روش بر اساس فاکتورهایی چون بودجه ی مالی، وضعیت خاک، شرایط محیط و غیره انجام می شود.
توجه: انتخاب روش مناسب عموما بر اساس نظر مهندسین و متخصصین صورت می گیرد.
روش خرپایی
روش خرپایی یکی از ساده ترین روش ها به منظور پایدارسازی گود بوده که احتیاج به تجهیزات و امکانات خاصی ندارد.
از این روش عموما به جهت پایدارسازی گودهای کم عمق و نیمه عمیق در مناطق شهری استفاده می شود.
توجه: این روش برای گودهایی با عمق کمتر از 14 متر مناسب بوده و به جهت اجرای آن میبایست نسبت عرض به عمق گود بزرگتر از 5 باشد.
روش اجرا: در ابتدا میبایست چاه هایی در اطراف گود حفر شود جالب است بدانید که عموما عمق چاه های حفر شده اندکی بیشتر از عمق گود می باشد.
حالا لازم است در قسمت تحتانی چاه عملیات شمع را اجرا کرده و سپس درون شمع را نیز آرماتوربندی کرده تا المان های قائم در آن قرار بگیرد و در مرحله ی آخر به منظور دستیابی به یک گود پایدار، میبایست برای بتن ریزی اقدام کرد.
مزایا استفاده از روش خرپا
- عدم نیاز به تخصص و مهارت
- امکان استفاده در عموم گودهای شهری
- انعطاف پذیری بالا و امکان اجرا در شرایط گوناگون
- عدم نیاز به تجهیزات و ابزارآلات پیشرفته
- امکان استفاده مجدد
از جمله معایب استفاده از این روش نیز می توان به سرعت اجرای پایین، محدودیت فضا به دلیل جاگیر بودن خرپا و الزام به برداشت بخشی از خاک به روش دستی اشاره کرد.
روش مهار متقابل
روش مهار متقابل که به مهارگذاری فشاری خاک نیز مشهور است یکی دیگر از پرکاربرد ترین روش های پایدارسازی گود بوده که شباهت بسیار زیادی به روش خرپا دارد.
توجه: از این روش عموما در گودهای کم عرض استفاده شده از این روی برای گودهای عریض مناسب نمی باشد.
اجرا: در روش مهار متقابل شمع هایی با طول بیشتر از ارتفاع گود به جهت قرار دادن المان های قائم تهیه می شود.
المان های قائم عموما پروفیل هایی به شکل H یا I بوده و بخش انتهایی آن به کمک بتن به صورت گیردار مهار می شود.
بعد از جانمایی المان های مذکور در دیوارهای گود، به جهت پایداری هر چه بیشتر، آن ها را به وسیله ی تیر و المان های افقی به صورت خرپا به یکدگیر متصل می کنند. این کار تاثیر بسیار زیادی در مقاومت و پایداری یکدیگر می گذارد.
از اعضای تیرهای افقی می توان به STRUT یا BRACE و اعضای واسط بین دیوار اشاره کرد.
توجه: در این روش فشار خاک به ترتیب از دیوار به تیرهای افقی و سپس به استرات انتقال پیدا می کند.
لازم به ذکر است در خاک های ریزشی میبایست در میان پروفیل های عمودی، تیرهای افقی چوبی و یا فولادی را نیز به کار برد.
هم چنین برخلاف روش خرپایی در این فرآیند تا حد امکان از تیرهای افقی استفاده شده و تیرها و خرپاهای مایل کاربردی ندارد.
جالب است بدانید که از این روش عموما در محیط های شهری استفاده می شود.
مزایای روش مهار متقابل
- روش مهار متقابل هزینه ی بسیار کمی به همراه دارد.
- این روش برخلاف روش خرپا، فضای بسیار کمتری اشغال می کند.
- روش مهار متقابل با سرعت بیشتری اجرا می شود.
- در این راه امکان استفاده ی مجدد از پروفیل ها وجود دارد.
- از این روش می توان در کانال های کم عمق و کم عرض استفاده کرد.
- در این روش امکان اجرای همزمان عملیات گودبرداری و پایدارسازی وجود دارد.
معایب روش مهار متقابل
- برای گودبرداری های عریض (بیشتر از 12 متر) استفاده از این روش توصیه نمی شود.
- به منظور اجرای این روش حضور کادر متخصص و افراد توانمند الزامی است.
- از این راه برای پروژه های ساختمانی و پروژه های بزرگ به ندرت استفاده می شود.
روش میخکوبی (نیلینگ)
روش میخکوبی برای اولین بار در سال 1960 مورد بررسی قرار گرفت و در همان سال به جهت حفر تونلی در استرالیا از این روش استفاده شد.
روش میخکوبی یا نیلینگ در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از مهندسین قرار گرفته از این روی در ایران به خصوص در سازه های شهری نیز کاربرد بسیار زیادی دارد.
از این روش در چند مرحله به جهت پایدار سازی خاک و بر اساس سیستم مهاربندی و پیچ کردن سنگ ها استفاده می شود.
در ابتدا میبایست حفاری به عمق یک تا دو متر انجام شود لازم به ذکر است که در این عمق خاک تا دو روز پایدار می ماند.
سپس دیوارهای خاک به کمک ابزارهای مخصوص و به صورت مایل بر اساس طراحی، به قطر 10 تا 15 حفاری شده تا میلگرد ها درون حفره ها قرار بگیرد.
در این گام به جهت گیرش میلگرد در دیواره، به کمک ابزار و ماشین آلات مخصوص داخل حفره ها دوغاب سیمان تزریق می شود لازم است این عمل در فواصل معین شود.
در پایان کار نیز به منظور پایدارسازی موقت یک لایه شاتکریت بر روی دیواره پاشیده شده و سپس گام بعدی حفاری انجام می شود.
توجه: این روش تا زمان رسیدن به ارتفاع کف گود تکرار می شود.
مزایای روش نیلینگ یا میخ کوبی
- پرکاربرد در خاک های اصطکاکی و چسبنده به جهت کاهش نیروی رانشی سطح لغزنده
- افزایش مقاومت برشی در سطوح لغزنده به دلیل افزایش نیروی قائم
- پیشگیری از فرسایش سطحی خاک
- فراهم کردن سطح مناسب به جهت ساخت و سازهای بعدی
- افزایش بازدهی عملکرد سیستم خاک تحکیم یافته
- هزینه ی پایین و اقتصادی بودن
روش مهارگذاری خاک یا انکراژ
روش انکراژ به نام های میل مهار، تای بک و یا دوخت به پشت نیز مشهور است.
این روش شباهت بسیار زیادی به روش میخ کوبی یا همان نیلینگ داشته و به جهت پایدارسازی گود و افزایش توان خاک مورد استفاده قرار می گیرد.
در روش دوخت به پشت به جهت ایجاد چاهک های افقی در دیوار گود، به کمک دستگاه های مخصوص از بالا به پایین فرآیند حفاری آغاز می شود. سپس درون چاهک های حفر شده کابل های از پیش تنیده شده قرار گرفته و با تزریق بتن کابل های مذکور به طور کامل در خاک مهار می شوند.
تفاوت روش میخ کوبی و انکراژ
- روش میخ کوبی هزینه ی بسیار پایین تری به نسبت روش انکراژ به همراه دارد.
- در روش تای بک به جای استفاده از میلگرد از کابل های از پیش تنیده شده استفاده می شود.
- در گودبرداری های عمیق معمولا از روش انکراژ استفاده می شود.
- سازه نگهبان انکراژ نیازمند مصالح و تجهیزات بیشتری به نسبت سازه نگهبان نیلینگ می باشد.
- استفاده از کابل های از پیش تنیده شده در این روش سبب افزایش توانایی و امنیت آن می شود.
مزایا روش دوخت به پشت
- از این روش می توان به جهت پایدار سازی گود های موقت و دائم استفاده کرد هم چنین این روش برای ساختمان های بزرگ بدون نیاز به هر گونه وسیله ی حفاری قابل اجرا می باشد.
- روش تای بک قابلیت حفاری های بسیار عمیق، نصب و اجرا در سطح زمین را نیز دارد.
از جمله معایب این روش نیز می توان به عدم امکان استفاده در خاک های رسی اشاره کرد.
روش پایدار سازی گود با شمع
در این روش می توان در اطراف گود با توجه به سازه نگهبان گود، نوع خاک و مشخصات گود از شمع های پیش ساخته یا درجا استفاده کرد.
توجه: شمع مذکور عموما از جنس بتن، فولاد یا چوب می باشد.
به جهت جاسازی شمع ها، چاه هایی در فاصله های معین و با قطر مشخص حفر شده و سپس به کمک شبکه آرماتور و بتن ریزی، سازه اصلی نگهبان شکل می گیرد.
در صورت زیاد بودن ارتفاع گودبرداری، شمع ها میبایست در فواصل کوتاه قرار بگیرند و هم چنین از مقاطع سازه ای قوی تری نیز استفاده شود.
مزایای روش پایدار سازی گود با شمع
- هزینه ی کم در پروژه های سنگین
- سرعت بسیار بالا در اجرا
- عدم ایجاد تداخل در خاک حین عملیات شمع کوبی
- امکان استفاده ی مجدد از شمع
جالب است بدانید که وجود شمع سبب شده تا فشار جانبی خاک، به
آن ها وارد شود.
روش سپرکوبی
در ابتدا قصد داریم تا به بررسی هدف از انجام روش سپرکوبی بپردازیم.
هدف اول: پیشگیری از نفوذ آب به محل انجام عملیات
هدف دوم: پیشگیری از رانش خاک
هدف سوم: مهار کردن دیواره های محل گودبرداری
در این روش پس از معین کردن محل دقیق گودبرداری میبایست صفحات از جنس فولاد به شکل سپرهایی در داخل خاک کوبیده می شود.
حال لازم است تا زمان رسیدن به تراز کف گود، عملیات خاکبرداری انجام شود و در کمرکش سپرها و بر روی آن ها تیرهای پشت بند افقی نصب شود. جالب است بدانید که این کار از حرکت خاک و ورق های سپر کوبیده شده به سمت داخل گود جلوگیری می کند.
در پایان لازم است قید های قائم به صورت عمودی بر صفحه سپرها به پشت بند های افقی متصل شود.
مزایا روش سپرکوبی
- سپرکوبی از ایمنی بسیار بالایی برخوردار می باشد.
- از این روش می توان به جهت اجرای کانال ها به خصوص با طول زیاد استفاده کرد.
از جمله معایب این روش نیز می توان به نیاز به تجهیزات و دستگاه های پیشرفته، فرآیند دشوار سپرکوبی در زمین های سنگی و خاک های متراکم و نیاز به وجود کادر توانمند و متخصص اشاره کرد.
روش دیواره دیافراگمی
روش دیواره دیافراگمی که به دیوارهای دوغابی نیز مشهور است، همواره به عنوان بهترین روش پایدارسازی گود شناخته شده و جنس آن از بتن مسلح می باشد.
در آغاز کار قسمتی از دیوار به کمک وسیله ای به نام گرب حفاری می شود. به یاد داشته باشید که این عمل میبایست متناسب با شرایط زمین انجام شود.
به جهت پایداری هر چه بیشتر جداره دیواره حفاری شده و پیشگیری از ریزش های موضعی از دوغاب بنتونیت و سیمان استفاده شده و تشکیل کیک بنتونیت در دیواره حفاری شده و نفوذ لایه های دانه ای جداره سبب پایدار شدن جداره می شود.
حال شبکه آرماتوربندی دیوار در داخل محل حفاری قرار داده شده و سپس فرآیند بتن ریزی آغاز می شود.
مزایای روش دیواره دیافراگمی
- از دیواره دیافراگمی به عنوان حائل در زمان بهره برداری استفاده می شود.
- هزینه ی نهایی کار در احجام بزرگ بسیار اقتصادی می باشد.
- ایمنی این کار بسیار بالا بوده و با سرعت زیادی قابل اجرا است.
- دیواره دیافراگمی به عنوان سازه نگهبان گود نیز عمل می کند.
معایب دیواره دیافراگمی
- دستگاه های حفاری مورد نیاز در روش دیواره دیافراگمی نیازمند فضای بزرگ بوده و در صورت وجود محدودیت در دو طرف دیواره، فرآیند کار بسیار دشوار و غیرممکن می شود.
- استفاده از این روش در احجام کم به دلیل بالا بودن هزینه ها چندان توصیه نمی شود.
- به منظور اجرای این روش حضور کادر متخصص و نیروهای توانمند الزامی است.
- استفاده از دستگاه های مجهز و پیشرفته به جهت حفاری در این روش الزامی است.
روش مهارسازی
از روش مهارسازی به منظور مهار حرکت و رانش خاک استفاده شده و در طول پروسه ی این روش از خود خاک های دیواره کمک گرفته می شود.
به جهت انجام این روش ابتدا میبایست به جهت حفر چاه اقدام کرد. جالب است بدانید که چاه های مذکور در فواصل معین و درحاشیه ی زمینی که قرار است گودبرداری در آن انجام شود، حفر می شود.
نکته: عمق چاه حفر شده برابر با عمق گود و مقداری اضافه برای شمع بنتی می باشد.
حال درون چاه های حفر شده به جهت تامین گیرداری فضا، پروفیل های متناسبی قرار گرفته و شاخک هایی نیز در انتهای پروفیل ها قرار می گیرد.
توجه: این نکته را به یاد داشته باشید که انتهای پروفیل ها به مقدار 0.25 تا 0.35 عمق گود، پایین تر از رقوم کف گود در درون بخش شمع ادامه داده می شود.
در این گام شمع انتهای تحتانی که فرآیند آرماتوربندی آن قبلا اجرا شده، بتن ریزی می شود. بدین صورت پروفیل های فولادی مزبور در شمع مهار شده و پروفیل های فولادی نیز همراه با شمع در خاک مهار می شود.
بعد از عبور از مراحل مذکور عملیات گودبرداری به صورت گام به گام آغاز می شود.
مزایای روش مهارسازی
- استفاده از خاک موجود برای مهار دیواره گود در این روش سبب شده تا آسیب کمتری به محیط زیست وارد شود.
- در روش مهارسازی میزان رانش خاک تاحد چشمگیری کاهش میابد.
- هزینه ی نهایی اجرای این روش بسیار مقرون به صرفه می باشد.
معایب روش مهارسازی
- روش مهارسازی به صورت گام به گام اجرا شده از این روی به زمان و هزینه ی زیادتری به نسبت دیگر روش ها نیاز دارد.
- به جهت اجرای این روش میبایست گروهی از افراد متخصص با استفاده از دستگاه های پیشرفته با یکدیگر همکاری کنند.
- در طی فرآیند مهارسازی استفاده از بدنه ی خاک مجاور دیواره گود الزامی است از این روی وقتی که خاک مجاور گود در حریم همسایه یا تاسیسات و یا در زیر ساختمان باشد، استفاده از این روش بسیار دشوار می شود.
روش بندهای افقی و مایل
این روش در گودبرداری های عمیق و با عرض های بسیار کم مورد استفاده بوده و در ایران کاربرد چندانی ندارد.
این روش از سه جزء به شرح ذیل تشکیل می شود.
- جزء مایل (به جهت ایجاد مقاومت بیشتر)
- جزء عمودی (به موازات عمق و یا دیواره های گود)
- جزء افقی (به موازات عرض گود)
برای آغاز کار به جهت جاسازی کردن اجزای عمودی میبایست در دوطرف محل مورد نظر، برای حفاری دو گودال اقدام کرده و اجزای عمودی جایگذاری شود.
حال فرآیند حفاری ادامه داشته و اجزای افقی در فاصله ی معین شده قرار می گیرد. به جهت اجرای پشت بندهای افقی و مایل شمع های صفحه ای یا همان جزء قائم نیز قرار داده می شود.
حال در این گام حفاری آغاز شده و تا رسیدن به عمق مورد نظر این عمل تکرار می شود.
بعد از رسیدن به عمق مورد نظر، محل نصب اولین پشت بند (عموما فاصله ی کمی با زمین نیز دارد) معین شده و اولین پشت بند افقی نصب می شود.
در آخر فرآیند حفر و جایگذاری پشت بندها، تا عمق از پیش تعیین شده ادامه پیدا می کند.
مزایای روش بندهای افقی و مایل
- از این روش می توان در عمق های زیاد و عرض های کم استفاده کرد.
- روش بندهای افقی و مایل بهترین گزینه برای مناطق دارای خاک سست محسوب می شود.
از جمله معایب این روش نیز می توان به هدر رفتن بخش زیادی از فضای کار و استفاده از ماشین آلات سنگین اشاره کرد.
روش تاپ داون
روش تاپ داون یا همان بالا به پایین یکی دیگر از محبوب ترین روش های پاکسازی گود بوده که برای گودبرداری های عمیق به جهت به حداقل رساندن حرکات خاک استفاده می شود.
در روش تاپ داون بر خلاف روش های قدیمی (گودبرداری از پایین به بالا)، گودبرداری از بالا به پایین انجام می شود.
در این روش ابتدا میبایست برای ساخت دیواره های دور، ستون ها و سقف نهایی اقدام کرده و با اتمام گوبرداری و ساخت فونداسیون کار به پایان می رسد.
مزایای روش تاپ داون
- از این روش می توان در صورت بالا بودن آب ها در زیر زمین استفاده کرد.
- در صورت وجود محدودیت در فضای عملکرد، روش تاپ داون بهترین گزینه می باشد.
زهکشی و اهمیت آن
به یاد داشتن نکات مذکور به جهت زهکشی الزامی است.
- نوارهای زهکشی میبایست در فاصله های افقی (حداکثر 5 متر) نصب شود.
- عرض نوارهای زهکش میبایست حداقل 20 سانتی متر باشد.
- تزریق مسلح کننده ها می تواند سبب نشست دوغاب شود. به جهت جلوگیری از این امر باید اجرای زهکش های عمقی بعد از گذشت حداقل 48 ساعت از تزریق گمانه های طرح پایدار سازی در ردیف های تحتانی و فوقانی انجام شود.
- شیارزنی بر زهکش های عمقی (در نیم دایره فوقانی مقطع) ضروری است.
- طول همپوشانی زهکش های نواری نیز میبایست حداقل 50 سانتی متر باشد.
- لوله های زهکش باید در فواصل افقی حداکثر 6 متری اجرا شود.
توجه: در صورت وجود تراز آب زیرزمینی در داخل گود و وجود جریان آب، فواصل مذکور کمتر می شود.