نکات مهم خاکبرداری از زبان دکتر نادی - مجله بوشهری ها

با توجه به اهمیت این موضوع بر آن شدیم که به گفت و گویی تخصصی با دکتر نادی، دکترای ژئوتکنیک و عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد نجف آباد بپردازیم. در ادامه با ما همرا باشید.

مقدمه ای برگودبرداری

ابتدا ضروری است تا به توضیح مقدمه ای در خصوص گودبرداری بپردازیم. در این قسمت به توضیح این مسئله می پردازیم که ممکن است چه مشکلاتی برای سازه در قسمت گودبرداری رخ دهد و چه اتفاقاتی منجر به ریزش گود می شوند؛ و سپس به دسته بندی انواع تخریب گود می پردازیم.

در مرحله بعد به توضیحی در خصوص روش های پایدارسازی گودبرداری می پردازیم؛ و در سرانجام توصیه ای کلی برای انتخاب روش پایدارسازی گودبرداری با توجه به شرایط محیطی ارائه خواهد شد. درنهایت نیز مسائلی چون شرایط ساختمان های پیرامون، خصوصیات خاک و سایر مواردی که در طراحی باید در نظر گرفته شوند را بررسی می کنیم.

پس ازاین موارد به مبحث تغییر شکل و مهار آب می پردازیم و درنهایت نیز گودبرداری به روش top-down (از بالا به پایین) رو بررسی می کنیم.

انواع گسیختگی کدام اند؟

یکی از مواردی که ممکن است ریزش گود اتفاق نیفتد اما گسیختگی خاک زیر پی ساختمان مجاور است. این مورد بیشتر برای سازه های بنایی رخ می دهد. در این شرایط گوه گسیختگی زیر پی مجاور گودبرداری اتفاق می افتد. در این شرایط دیواره گود مسئله ای پیدا نکرد بلکه گوه گسیختگی ایجادشده است. بنابراین اولین موردی و مسئله ای که ممکن است طی گودبرداری رخ دهد گسیختگی خاک زیر پی ساختمان مجاور است.

مورد دیگر عوامل مؤثر روی ظرفیت باربری پی مانند ضریب انحراف بار است که در مکانیک خاک و پی سازی بررسی می شود. این مورد زمانی اتفاق می افتد که گودبرداری اجرا شده است، قبل از انجام گودبرداری فشار خاک در دو طرف یکسان است. اما زمانی که خاک برداری انجام می شود فشار ازیک طرف برداشته می شود؛ و درنتیجه انحراف بار ناشی از نیروی افقی در یک سمت رخ می دهد؛ و مورد دیگر ضریب شیب است که در ظرفیت باربری تأثیر می گذارد و زمانی تأثیرگذار است که گودبرداری با زاویه و یا به صورت قائم اجرا شده و سپس این ضریب اعمال می شود. در این مورد نوع دیگری از آسیب گود که ایجاد گوه گسیختگی در دیواره گود است، رخ می دهد.

نوع دیگری از آسیب، ریزش شیروانی ها است که ممکن است طی فرایند شهرک سازی در این نقاط، راه سازی، عبور تأسیسات و عواملی از این قبیل دچار مشکل شود. در این حالت ممکن است گودبرداری اجرا شده باشد و یا گودبرداری اجرانشده باشد.

موردی که در این میان باید به آن توجه نمود بحث عملکرد سازه ای است به طوری که اگر گسیختگی اتفاق نیفتد، ترک خوردگی ساختمان مجاور تا چه حد مجاز است؟ تغییر شکل مجاز چقدر است؟ آیین نامه ها در این خصوص چه مواردی را بیان می نمایند؟

باید بیان نمود که این موارد در آیین نامه ابهام داشته و صراحتی وجود ندارد، آیین نامه تنها بیان می نماید که می بایست اثرات گود روی ساختمان مجاور بررسی شود ولی در خصوص این موضوع که این مقدار تا چه حدی می بایست محدود شود، عددی ارائه نمی شود.

یکی دیگر از عوامل مؤثر در تخریب گود خطا در فرضیات است. مواردی چون ناهمگنی خاک در اثر عبور خطوط لوله، اثر ناهمسانی خاک در درزها و شکاف ها، تغییر شکل خاک ناشی از تغییر رطوبت، افزایش فشار آب منفذی می توانند روی تخریب گود تأثیرگذار باشند.

هدف از بررسی این موارد حفظ ایمنی و سلامت افراد در محوطه گود، حفظ پایداری و عملکرد دیواره ها و سازه های پیرامونی و حفظ محیط زیست می باشد. با در نظر دریافت این اهداف می بایست شرایط مالی و قوانین و مقررات نیز در نظر گرفته شوند.

پایدارسازی گود چه روش هایی دارد؟

روش اولی که با آن می توان پایداری شیب را حاصل کرد حذف گوه گسیختگی به صورت شیب دار یا شیب پلکانی می باشد. استفاده از المان های طره ای چون شمع و دیوار حائل روش دیگری است و به صورتی اجرا می شود که بخشی از این المان طره ای داخل زمین قرار گیرد و در نتیجه فشار خاکی که وارد می شود به سبب گیرداری شمع یا دیوار حائل در داخل خاک، از ریزش جلوگیری می نماید. نکته استفاده از این روش این است که می بایست سختی این المان های طره ای زیاد بوده و در نتیجه ابعادشان بزرگ و با توجه به موقعیت و شرایط حدود 0/8 تا 1/1 متر باشد. روش های دیگر پایدار سازی گود می تواند خرپا یا مهار متقابل و یا نیل و انکر باشد.

ممکن است در بعضی شرایط امکان اجرای نیل به دلایلی چون ورود به حریم همسایه و عدم کسب اجازه وی یا هجوم بیش از حد آب و عدم امکان احداث دیوار شاتکریت، فراهم نباشد. در این موقعیت شرایط خاص می باشد و می بایست با استفاده از سپر کوبی یا همان احداث دیوار فولادی و پس از آن اجرای مهار متقابل یا نیل و انکر پایداری را حاصل نمود.

در بعضی موارد ممکن است بنا به دلایلی چون برخورد به مانع سنگی و یا ارتعاش در محیط شهری، امکان کوبیدن صفحه وجود نداشته باشد. در این صورت می توان از روش هایی چون تزریق استفاده کرد بدین صورت که ابتدا خاک را با تزریق پایدار کرد و سپس گود برداری را انجام داد. روش هایی مثل جت گروتینگ یا اختلاط عمقی راهکارهایی هستند که ابتدا خاک را با استفاده از دوغاب پایدار کرده و سپس گود برداری انجام می شود.

روش دیگر استفاده از سازه اصلی به عنوان سازه نگهبان است. در این حالت در زمان احداث گود پی وجود ندارد. پس سازه اصلی موقتا روی شمع اجرا می شود. بدین ترتیب که چاه کنده شده، شمع اجرا شده و سازه اصلی روی شمع قرار می گیرد.

نکته ای که در خصوص روش نیلینگ وجود دارد این است که استفاده از این روش در زمین های شهری احتیاج به اجازه همسایه مجاور دارد و اجرای آن با محدودیت هایی روبه است.

روش اجرای نیلینگ چگونه است؟

روش اجرای میخ کوبی با در نظر دریافت گوه گسیختگی بدین صورت انجام می شود:

برای مثال عمق گودبرداری 10 متر است. ابتدا یک یا دو متر خاکبرداری را انجام داده به صورتی که طی گودبرداری اولیه، گسیختگی زیردیوارهمسایه اتفاق نیفتد. بعد از این مرحله با دستگاه هایی چون دریل واگن یا راسول، حفاری به قطر حدودی 10 سانتی متر (کمی بیشتر یا کمتر) و با زاویه 10 تا 15 درجه نسبت به افق، انجام می شود.

در خصوص طول نیل باید گفت که این مقدار رابطه مستقیم با عمق گود برداری دارد. چرا که با افزایش عمق حفاری گوه گسیختگی بزرگ تر شده و به نیل بلندتری برای مهار گود احتیاج است؛ بنابراین طول نیل تابعی از عمق گود و معینات خاک است اما به طورحدودی می توان گفت که طول نیل های ردیف اول حدود 1 تا 1/2 عمق گود می باشد.

بعد از اتمام حفاری و خروج مته، میلگرد و شلنگ تزریق وارد شده سپس با استفاده از شلنگ تزریق، دوغاب تزریق می شود. بدین ترتیب میلگرد به خاک متصل می شود. پس از این مرحله زهکش را قرار داده تا آب جمع نشود. دلیل استفاده از زهکش یا ژئودرین، جلوگیری از افتادن آب در پشت نیل است درغیر این صورت باید نیل برای مقاومت در برابر فشار آب طراحی شده باشد چرا که اگر این موارد رعایت نشوند نیل دچار آسیب می شود.

سپس شبکه فولادی را به منظور مسلح کردن دیوار جای گذاری کرده و پس از این مرحله بتن پاششی اجرا می شود. بتن پاششی به روش خشک بدین معناست که شن و ماسه و سیمان جدا و آب جدا از دو شلنگ وارد شده و در سر نازل با هم مخلوط می گردند. در نهایت نیز صفحه، واشر و مهره بسته می شوند.

بدین ترتیب مرحله اول در قسمت بالایی گود انجام می شود. ادامه پایدارسازی گود با نیلینگ دراعماق پایین تر، دقیقا با همین مراحل تکرار می شود.

در حالت عادی و تا زمانی که خاک تغییر شکل پیدا نکرده عملا نیرویی به نیل وارد نمی شود. به بیان دیگر شرط اعمال نیرو به نیل تغییرشکل گود است. تغییر شکل حدود 2 هزارم عمق گود می باشد. برای مثال اگر عمق گود 10 متر باشد، تغییر شکل 2 سانتی متر و اگر 20 متر باشد تغییر شکل 4 سانتی متر می باشد اما تغییر شکل 4 سانتی متر موجب آسیب به سازه های پیرامونی می شود؛ بنابراین می بایست این تغییر شکل کاهش پیدا کند به این منظور از نیل پس تنیده یا انکر استفاده می شود. پس انکر یا مهاری همان نیل یا میخ پس تنیده می باشد؛ بنابراین زمانی که عمق گود زیاد است برای جلوگیری از تغییر شکل از مهاری که کابل یا میلگرد است، استفاده می شود.

به طور کلی می توان گفت مسلح نمودن خاک بیشتر در احداث دیواره به کار برده می شود تا پایدار سازی دیواره و این تسلیح بدین صورت انجام می شود که خاک لایه لایه برداشته شده، سپس مسلح نماینده ها را کار می گذارند. استفاده از مسلح نماینده مانند این است که یک سر طناب را داخل خاک به خارج از گوه گسیختگی قلاب کرده و قسمتی از طناب داخل گوه قرار گیرد. استفاده از مسلح نماینده ها بیشتر در موارد خارج از شهر استفاده می شود البته در مواردی چون ساخت کوله های پل در محیط شهری نیز کاربرد دارد.

روش تاپ داون top down چیست؟

این روش بیشتر برای سازه های اسکلت فلزی استفاده می شود اگرچه برای سازه های بتنی پیش ساخته و درجا نیز کاربرد دارد. برای مثال خانه بخردی مربوط به دوره صفویه با بیش از 400 سال قدمت می باشد و زمانی که تخریب ساختمان مجاور شروع شد، ترک هایی در خانه بخردی دیده شد؛ بنابراین عملیات تخریب متوقف گشت و چاه هایی احداث شد. عمق این چاه ها حدود 14 متر بود که 5 متر بیش تر از عمق گودبرداری یعنی 9 متر می باشد. در مرحله بعد آرماتوربندی و قالب بندی ستون ها در داخل چاه انجام شد و بتن ریزی اجرا گشت؛ و سپس ستون همه طبقات و سقف طبقه بالا نیز انجام شد. پس از اجرای ستون های بتنی فاصله بین این ستون ها و ساختمان کاه گلی بخردی با آجر و گچ پر شد؛ بنابراین خانه بخردی تخریب نشده و می تواند به این سازه جدید تکیه کند و اکنون می توان عملیات تخریب سازه مجاور را ادامه داد. بدین ترتیب با اجرای هر مرحله از تخریب و خاک برداری می توان سقف آن طبقه را احداث کرد و درنهایت نیز پی اجرا می شود؛ بنابراین عملیات از بالا به پایین انجام می شود که به معنی همان top down است.

کاربرد این روش زمانی است که عمق گود زیاد می باشد و دو تا سه طبقه یا حتی تعداد بیشتری از طبقات باید بسته شوند. در این صورت استفاده از این روش بسیار مناسب است. برای مثال در زمانی که گود برداری در کنار ساختمان پنج طبقه آجری با ملات گل، در حال انجام است و اگر قرار باشد از نیل استفاده شود تنها می توان زیر سازه را پایدار کرد و اگر با اضافه کردن المان فولادی یا سولجر نهایت می توان یک طبقه را محافظت کرد، استفاده از خرپا نیز برای بیشتر از یک طبقه توجه مالی ندارد بنابراین می توان از روش top down استفاده کرد بدین ترتیب که چاه را احداث کرده، ستون ها را اجرا کرده و در نهایت خاک برداری انجام شود. با استفاده از این روش می توان تعداد طبقات بیشتری را محافظت نمود. در واقع در این روش سازه اصلی همان سازه نگهبان است که موقتا روی شمع ها می نشیند.

چگونه می توان بهترین روش را برای پایدارسازی گود انتخاب نمود؟

به طور کلی در انتخاب روش گود برداری بایستی به هزینه های مالی توجه شود. تقریبا تا دو طبقه زیر زمین استفاده از خرپای فلزی نسبت به نیلینگ از لحاظ مالی توجیه پذیر می باشد در غیر این صورت توجیه مالی روش نیلینگ بیشتر است.

مورد دیگری که تاثیر گذار می باشد، استفاده از عایق رطوبتی است. باید بررسی شود که آیا هجوم آب اتفاق می افتد یا خیر و اگراین موضوع رخ می دهد یا خاک ریزشی شدید است، می بایست در مرحله اول دیواره احداث شود و سپس گودبرداری انجام شود. نحوه اجرای دیواره یا به صورت تزریق و یا به صورت اختلاط عمقی می باشد. به عبارتی ابتدا خاک بهسازی می شود و سپس گودبرداری اجرا می شود. برای مثال برای گود برداری ماسه بادی کویری حتما ضروری است که قبل ازعملیات، خاک و سیمان ترکیب شوند، خاک محکم شده و سپس خاکبرداری اجرا شود و یا در مناطق ساحلی که در هنگام خاک برداری با هجوم آب روبرو خواهیم بود می بایست تمهیداتی چون سپر کوبی، شمع کوبی و یا شمع در نظر گرفته شود و بعد از احداث دیواره گود برداری انجام پذیرد.

در صورتی که می توان آب را زهکشی کرد می توان از هریک از روش ها با در نظر دریافت مسائل مالی و قوانین و ضوابط استفاده کرد. مواردی که ذکر شد بیان کلی برای انتخاب روش مناسب پایدار سازی گود بود.

در زمان گودبرداری چه نکاتی باید در نظر گرفته شوند؟

اطلاعات مورد احتیاج قبل از اجرای عملیات، توپوگرافی منطقه و زمین های اطراف می باشد تا در صورت وجود، گودال یا تپه معین باشد.

نحوه زهکشی سطحی نیز باید بررسی شود تا امکان هجوم آب سطحی معین شود. آیا در آن محدوده فضای سبزی وجود دارد تا در حین آبیاری آن، آب به دیواره گود نفوذ کند.

هم چنین باید به گودبرداری های مجاور نیز دقت شود. برای مثال اگر به فاصله 6 متر از یک پروژه جدید، پروژه دیگری با عمق گودبرداری 10 متر در حال انجام است نمی توان برای پایداری گود پروژه جدید از روش نیلینگ استفاده کرد چرا که وارد حریم همسایه می شود.

مورد دیگری که باید به آن توجه شود دسترسی های محلی و کنترل ترافیک است. برای مثال در بعضی از کوچه های باریک و کم عرض شهر امکان تردد بیل مکانیکی وجود ندارد و اجرای پایدارسازی گود با محدودیت هایی رو به روست.

وجود خاک دستی و نامناسب موضوع دیگری است که باید به آن توجه شود. در قسمت هایی که خاک دستی یا خاک آن محدوده مخلوط شده است، استفاده از روش نیلینگ خیلی قابل اعتماد نیست چرا که نمی توان به درستی تشخیص داد که نوع خاک و خواص آن چیست. توصیه می شود از روشی برای پایدارسازی گود استفاده شود که می توان از آن مطمئن بود. روش هایی مانند اجرای شمع که در این مواقع، شرایط بهتری را ایجاد می نماید.

تاسیسات زیربنایی چون لوله های آب و گاز نیز باید بررسی شوند. اگر روش نیلینگ مورد استفاده قرار می گیرد باید به صورتی باشد که با تاسیسات برخوردی نداشته باشد و یا در حین احداث سازه باید دقت شود که آسیبی به سازه های زیربنایی وارد نشود.

بررسی عدم ورود به حریم سازه های مجاور در روش هایی مانند میخ کوبی و استفاده از مهاری، یکی دیگر از نکاتی است که در پایدارسازی گود باید بدان توجه شود.

علاوه بر مواردی که در بالا توضیح داده شد، مطالعات زیر سطحی شامل عمق و تعداد گمانه نیز از جمله موارد تأثیر گذاراند. برای مثال بعضی آیین نامه ها عمق مناسب حدس و مطالعه روی خواص خاک را دو برابر عمق گود می دانند.

مشخص سطح آب زیر زمینی و نوسانات آن یکی دیگر از مواردی است که باید در پایدارسازی گود در نظر گرفته شود. این آیتم برای نواحی اطراف رودخانه بسیار مهم است. چرا که ممکن است بنا به دلایلی مانند برداشت بیش از حد آب زیرزمینی و یا خشکسالی، تراز آب زیر زمینی افت کند، اما پس از مدتی مجددا تراز آب زیرزمینی بالا بیاید و اگر این موضوع در نظر گرفته نشود و سازه برای تراز پایین تر آب طراحی شود در صورتی که این شرایط برهم بخورد و تراز آب بالا بیاید مشکلاتی به وجود خواهد آمد.

موارد فوق الذکر با انجام آزمایشات آزمایشگاهی و صحرایی و مدلسازی نرم افزاری قابل بررسی و کنترل، می باشند.

به منظور پایداری گود چه مواردی باید در نظر گرفته شوند؟

پایداری را می توان با در نظر دریافت گسیختگی خاک، جوشش ماسه و برکنش کف، کنترل نمود. هم چنین تغییر شکل ها و حرکات جانبی دیواره وساختمان های مجاور، بالا زدگی کف، نشست تأسیسات و سازه های پیرامونی نیز می بایست بررسی شوند. پس از در نظر دریافت این موارد بررسی تنش انجام می شود. به این معنا که میخ، خرپا، مهار متقابل یا سایر اجزا چه نیرویی را تحمل کرده و بعد از تحلیل این موارد، طراحی انجام می شود.

بنابراین کنترل پایداری، کنترل تغییر شکل و بررسی تنش مواردی هستند که در طراحی گود می بایست در نظر گرفته شوند.

سازه هایی که به منظور پایدارسازی گود طراحی می شوند به دو صورت موقت و دائم می باشند. طبق آئین نامه انجمن حمل و نقل و بزرگراه های امریکا FHWA، اگر استفاده از این سازه ها کمتر از 2 سال به طول بیانجامد آن سازه موقت و در غیر این صورت آن سازه دائم می باشد. تفاوت اساسی در طراحی سازه های نگهبان دائم و موقت بدین صورت است که در طراحی سازه های موقت احتیاجی به اعمال بار لرزه ای نیست در خالی که برای طراحی سازه های دائم بار لرزه ای نیز باید در نظر گرفته شود.

چگونه می توان فشار آب را کنترل کرد؟

به طور کلی مبحث مهار آب هم در زمان احداث گود مد نظر است و هم در زمان بهره برداری از سازه باید به این موضوع توجه شود.

در زمان احداث گود به دو روش استفاده از سیستم زهکشی و یا احداث دیوارآب بند می توان آب را مهار کرد. زهکشی بدین معنی که آب وارد شده اما تخلیه می شود و یا سطح آب به وسیله احداث چاه، پایین انداخته می شود. برای احداث دیوار آب بند نیز با استفاده از شمع های هم پوشان، دیوار بتنی یا تزریق از ورود آب ممانعت به عمل می آید.

در زمان بهره برداری نیز سیستم زهکشی مشابه با زمان ساخت می باشد؛ اما در این مرحله سیستم عایق، دیواره آب بند نیست بلکه استفاده از سیستمی مانند عایق های پایه قیری، عایق های پایه پلیمری (پلی اتیلن ها و پی وی سی ها) یا عایق های پایه رسی (GCL) می باشد.

حین گود برداری در محیط شهری به چه مواردی باید توجه داشت؟

به منظور خاکبرداری در محیط شهری باید به حفاظت و نگهداری از تاسیسات شهری، ساختمان های مجاور، مباحث مربوط به آثار تاریخی، دفع پساب های حفاری، آبکش گود و محل تخلیه بدین معنی که پس از زهکشی آب در کجا تخلیه شود، ورود به حریم مجاور و حفظ و نگهداری درختان، قنات ها و چشمه ها مواردی هستند که ممکن است حین گودبرداری در محیط شهری با آن روبرو شد.

گفتنی است در حین اجرای گودبرداری باید قوانین و مقررات مربوط به این بخش رعایت شوند. برای مثال دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان، دستورالعمل اجرایی گودبرداری را ارائه کرده و در آن توضیح وظایف ناظر و کارفرما معین شده و سطوح خطر هم در این دستورالعمل ذکر شده است، هم چنین می بایست به مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان نیز رجوع شود.

در سرانجام لازم می دانیم از دکتر نادی که مشتاقانه وقت و اطلاعات ارزشمندشان را در اختیار مجموعه ما قرار دادند، صمیمانه تشکر کنیم.