در مراحل ساخت ساختمان، پس از تخریب نوبت به خاکبرداری و گودبرداری می‌رسد. اما همانطور که می‌دانید پیش از آن باید آزمایشات مکانیک خاک انجام شود.
نتایج حاصل از آزمایشگاه، مشخصات خاک محل و سطح آب‌های زیرزمینی به ویژه وجود و عمق خاک‌های مسئله‌داری نظیر خاک‌های دستی را تعیین می‌کند.
همچنین طبق این آزمایش، توصیه‌های فنی در مورد نوع پی، مقاومت مجاز خاک زیر پی، نشست‌های مورد انتظار و پارامترهای طراحی دیوارهای حائل نیز مشخص می‌شود.
خاکبرداری در انواع عملیات عمرانی اجرا می‌شود. برای مثال در زمینه راهسازی به معنای برداشتن ناهمواری‌ها تا سطح مبنا بوده اما در ساختمان سازی به معنای برداشتن ناهمواری‌های خاک تا پی ساختمان همسایه است.
به هر گونه حفاری و خاکبرداری در تراز پایین‌تر از سطح طبیعی زمین یا در تراز پایین‌تر از زیر پی ساختمان مجاور، گودبرداری گفته می‌شود.
در زمان گودبرداری باید یکی از روش‌های پایدار سازی گود را استفاده کرد. گودبرداری جزء عملیات‌های خاکی خطرناک است که هر ساله به دلیل عدم رعایت مسائل فنی و ایمنی، موجب بروز حوادث ناخوشایندی می‌شود.
مراحل خاکبرداری و گودبرداری ساختمان
اصول گودبرداری و پی کنی برای شروع اجرای فونداسیون شامل موارد زیر است:
- بررسی وجود چاه‌ها، قنات و غیره
- بررسی ساختمان‌های مجاور و میزان استحکام آن‌ها
- برداشت ترازهای طبیعی زمین با روش‌های مناسب نقشه برداری
- پایین آوردن سطح آب در گودبرداری‌هایی که زیر سطح آب است
- مشخص شدن حجم عملیات خاکی محاسبه شده و تعداد کامیون مورد نیاز
- طراحی نقشه تسطیح با توجه به تراز زمین‌های مجاور و شیب‌های لازم برای زهکشی، تراز و عمق پی‌ها
- اجرای گودبرداری و پایدار سازی دیواره گودها
- برداشت خاک نباتی برداشته شده و تثبیت خاک زیر فونداسیون (دقت داشته باشید که احداث سازه‌های سنگین روی خاکریز متشکل از خاک رس و لای یا ماسه ریزدانه مجاز نیست.)
- اجرای خاکریزی مهندسی در لایه‌های کم ضخامت و با مشخصات مد نظر طراح در شرایطی که تسطیح اراضی با خاکریزی همراه است.
انواع روش‌های پایدارسازی گود
حالا که با مفهوم گودبرداری و خاک برداری آشنا شدیم، به معرفی انواع روش‌های پایدارسازی گود می‌پردازیم. هر کدام از این روش‌ها مزایا و معایب خود را دارند که با توجه به شرایط پروژه انتخاب می‌شوند. این روش‌ها عبارتند از:
1) گودبرداری با شیب مایل
در صورتی که فضاهای کناری محوطه باز باشد می‌توان با شیبدار کردن دیواره‌های گود یا اجرای پلکانی، گودبرداری را انجام داد. این روش برای گودهایی با عمق کم تا متوسط مناسب است.
به این نکته توجه داشته باشید که اگر ساختمان یا تاسیسات خاصی در اطراف محوطه گود وجود داشته باشند، این روش کارایی ندارد.
2) سازه نگهبان خرپایی
یکی از متداول‌ترین روش‌های اجرای سازه نگهبان و پایدارسازی دیواره گود در مناطق شهری سازه نگهبان خرپایی است. اجرای این روش ساده بوده و نیازی به تجهیزات و تخصص بالا ندارد.
همچنین این روش انعطاف زیادی برای اجرا در شرایط مختلف دارد. یکی از معایب این روش جاگیر بودن آن در گود است.
3) نیلینگ
عملیات میخ گذاری خاک یا نیلینگ یکی از روش‌های ابداعی جهت پایدارسازی ترانشه‌ها و تامین تکیه‌گاه افقی دیواره‌های خاکبرداری شده جهت جلوگیری از لغزش خاک است.
نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که نیروی کششی در میخ‌ها زمانی فعال می‌گردد که مقداری جابه‌جایی در سیستم ایجاد شود.
این موضوع ممکن است در ساختمان‌های مجاور با کاربری حساس موجب مشکل شود. بنابراین در انتخاب نوع سیستم نگهدارنده باید مقدار مجاز جابه‌جایی سازه‌های مجاور مدنظر قرار گرفته شود.
4) انکراژ
استفاده از روش انکراژ و به کار بردن میل مهارها باعث می‌شود جابجایی‌های کمتری در خاک دیواره‌های گود و سازه‌های مجاور گود ایجاد گردد.
استفاده از میل مهار یک روش متداول به عنوان المان نگهدارنده برای دیوارهای حائل و رویه‌های بتن پاشی شده است. با نصب میل مهار امکان انتقال بار کششی به لایه‌های خاک یا سنگ میسر می‌گردد.
ماهیت سیستم میخ گذاری (نیلینگ) باعث جابه‌جایی و تغییر شکل‌های جانبی در خاک برای نگهداری از آن می‌شود. این در حالی است که بعضی از مواقع حتی تغییر شکل‌های کوچک جانبی نیز برای ساختمان یا تاسیسات مجاور گود خطرناک است.
بنابراین استفاده از سیستم‌هایی که بالقوه فعال بوده (همانند سیستم میل مهار) می‌تواند این معضل را برطرف نماید.
5) مهار متقابل
مهار متقابل یا همان استرات معمولا برای نگهداری و حفاظت جداره‌های حاصل از گودبرداری در گودهایی با عرض کم در محیط‌های شهری استفاده می‌شود.
روش عملکرد مهاربندی جداره‌ها به این شکل است که توسط پشت بندهای افقی و قیدهای فشاری انجام می‌شود و شباهت زیادی به روش خرپایی دارد و در مواردی به صورت ترکیبی با هم به کار گرفته می‌شوند.
6) اجرای شمع
شمع یا پی عمیق، بار سازه فوقانی را توسط اصطکاک جدار پی و مقاومت نوک پی به زمین منتقل می‌کند. شمع‌ها زمانی که ظرفیت باربری زمین کم باشد یا بار سازه زیاد باشد، استفاده می‌شوند.
سیستم گودبرداری با شمع معمولا در مکان‌هایی استفاده می شود که:
- سازه مجاور گود به تغییر مکان خیلی حساس باشد یا انسجام کافی از نظر سازه‌ای نداشته باشد.
- در آینده احتمال گودبرداری در مجاورت سازه در دست احداث وجود داشته باشد.
- سازه نگهبان به صورت دائمی لازم باشد مانند گودبرداری جهت اجرای تقاطع‌های غیرهمسطح
- سطح آب زیرزمینی به گونه‌ای بالا باشد که کنترل ورود آب به داخل گود با روش‌های دیگر میسر نبوده یا مشکل باشد.
7) سپرکوبی (شیت پایل)
سپرها در واقع المان‌های صفحه‌ای طویلی از جنس چوب، بتن مسلح یا فلز هستند که با ضربه زدن یا ارتعاش به صورت قفل و بست با یکدیگر در زمین نصب شده و جزء دیوارهای جداکننده محسوب می‌شوند.
البته امروزه در عمل بیشتر از سپرهای فلزی با مقاطعی شامل مقطع U، مقطع Z و مقطع خطی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دقت داشته باشید که در گودهای با عرض کم، صفحه سپرها را با دستک‌های فشاری افقی، عمود بر دیواره دو طرف گود مهار می‌کنند. این در حالی است که برای مهار گودهایی با عرض زیاد، از اعضای نگهدارنده مایل برای مهار پشت بندهای افقی استفاده می‌شود.
8) دیوار دیافراگمی
در دهه 1950 میلادی برای اولین بار در ایتالیا، دیوار دیافراگمی به کار گرفته شد و از آن پس، از این روش به طور گسترده در نقاط مختلف دنیا استفاده شده است.
این روش عمدتا به منظور ایجاد پرده آب‌بند در عملیات سدسازی استفاده می‌شود.
اما کم و بیش در پایدارسازی دیواره گود نیز کارایی داشته و امروزه مخصوصا در ساخت ایستگاه‌های زیرزمینی مترو بیش از پیش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با استفاده از این روش می‌توان قبل از انجام عملیات گودبرداری، دیواره نگهبان خاک را اجرا کرد. این روش به ویژه در مواردی که کارهای ساختمانی در زیر تراز سطح آب‌های زیرزمینی انجام می‌شود، کارایی بسیاری دارد.
9) جزیره‌ای
گودبرداری به روش جزیره‌ای تکنیک ویژه‌ای است که در آن پایدارسازی دیواره گود به روش مهار متقابل و کمک گرفتن از بخش مرکزی ساختمان در دست اجرا انجام می‌شود.
در این روش ابتدا المان‌های نگهدارنده قائم مثل روش مهارمتقابل در پیرامون گود با فواصل مناسب نصب می‌گردد. سپس گودبرداری قسمت مرکزی محل پروژه با نگه داشتن خاک کناره دیواره نگهدارنده به صورت شیبدار یا پلکانی تا کف گود انجام می‌شود.
پس از آن اقدام به ساخت سازه اصلی در قسمت مرکزی می‌گردد.
در ادامه بعد از آن که سازه اصلی در هسته مرکزی به اندازه کافی در طبقات بالاتر از گود، از پایین به بالا اجرا شد، خاکبرداری قسمت‌های باقی مانده گود در کناره‌ها و نصب قیدهای فشاری بین دیواره نگهدارنده و سازه اصلی از بالا به پایین همانند اجرای سیستم مهار متقابل شروع می‌شود.
10) تاپ دان (از بالا به پایین)
در این روش ساخت سازه زیرزمینی از بالا به پایین صورت می‌پذیرد و برعکس روش‌های متداول ساخت پی‌ها است.
در مرحله اول ستون‌های سازه شامل طول طبقات منفی و طول مهاری برای تحمل بار وارد مشابه المان‌های قائم در روش سازه نگهبان خرپایی اجرا شده و شروع به گودبرداری می‌کنند.
با برداشتن گود به اندازه یک طبقه منفی، نوبت به اجرای دیوارهای حائل برای مهار فشار خاک و سپس اجرای سقف می‌شود.
دال کف، سازه‌ای دائمی است که جایگزین قیدهای فشاری در روش حفاری مهاربندی شده می‌گردد تا در برابر فشار خاک پشت دیوارهای نگهدارنده مقاومت کنند. این مراحل تا رسیدن به تراز پی ادامه پیدا می‌کند.
در این روش ساخت سازه زیرزمینی با اتمام فرایند گودبرداری تکمیل می‌شود.
در مواردی که روش تاپ دان به صورت چاهک‌های دستی استفاده می‌شود، خاک زمین مورد نظر باید دارای چسبندگی نسبی باشد تا جداره چاهک پایدار باقی بماند اما در صورتی که از تجهیزات مناسب (گراب یا هیدروفرز) استفاده می‌گردد این محدودیت از بین می‌رود.
البته در ساخت و ساز شهری امکان استفاده از این تجهیزات وجود ندارد.
بهترین روش پایدارسازی گود
حالا که با روش‌های پایدارسازی گود آشنا شدیم باید بگوییم هیچ یک از روش‌های گفته شده بر سایر روش‌ها ارجحیت ندارد بلکه انتخاب نوع هر یک از آن‌ها بسته به عوامل زیر است:
1. عمق گود
به طور معمول روش پایدارسازی مناسب با توجه به عمق گود در زمین‌های شهری به شکل زیر انتخاب می‌شود:
عمق تا 7 متر: سازه نگهبان خرپایی، نیلینگ
عمق 7 تا 15 متر: نیلینگ، شمع، انکراژ، مهار متقابل
عمق 15 تا 25 متر: انکراژ، مهارمتقابل، دیوار دیافراگمی
عمق بالای 25 متر: انکراژ، دیوار دیافراگمی
2. سربار گود
سربار گود شامل موارد زیر است:
- بارهای زنده و مرده ساختمان‌های مجاور
- توقف یا تردد وسایل نقلیه در معابر مجاور
- مصالح و تجهیزات قرار داده شده در زمین‌های مجاور
- بخش شیبدار زمین‌های مجاور