کنترل مخاطرات در گودبرداری‌ها چگونه انجام می‌گیرد؟
کارگرانی که در گودبرداری و عملیات خاکی مشغول به کار هستند، همواره در معرض خطر خواهند بود. حفاظت از بدنه‌های گودبرداری شده و تامین ایمنی افراد عاملی مهم است. به این منظور باید برای کنترل این خطرات و چالش‌های پیش‌رو تمهیداتی را باید در نظر بگیریم. یکی از چالش‌های اصلی در عملیات خاکی و گودها فروریختن و ریزش دیواره‌های گود است. برای این منظور باید یک سیستم مناسب برای کنترل ریزش خاک طراحی شود. این سیستم را سازه نگهبان می‌نامیم.
در طراحی باید عواملی از قبیل رطوب موجود در خاک، نوع خاک موجود، عمق دیواره‌ها، ارتعاشات ایجاد شده در محل، وجود آب‌های زیرزمینی، مدت زمان مورد نیاز برای تداوم گود در نظرگرفته شود. در صورت وجود آب با مقدار زیاد در داخل گود و سفره‌های آب زیرزمینی باید پایه‌ها به طور کامل بهم دیگر قفل و بست بشوند و در صورت وجود آب به مقدار زیاد می‌توان از پمپاز آب با دقت کافی استفاده کرد. در صورتی که زمین به اندازه کافی بزرگ و جای کافی برای اجرای عملیات را دارا باشد می‌توان گود برداری را به صورت شیب دار اجرا کرد.
روش‌های کنترل خطرات در دیواره‌های گود
شمع کوبی
یکی از سیستم‌های پشتیبانی برای دیواره‌ها (سازه نگهبان) را شمع کوبی می‌گویند. برای جلوگیری از حرکت خاک در دیواره‌ها در صورتی که شیبدار کردن دیواره‌ها کافی نباشد و به نسبت عمق گودبرداری برای اجرای شیب از حد مجاز فراتر رود شمع کوبی گزینه مناسبی است. شمع کوبی به سه روش هیدرولیک، پنوماتیک و تخته‌ای انجام می‌شود.
شیبدار سازی
ایمنی گودها از طریق شیبدار کردن دیواره‌های آن میسر است. از ساده‌ترین روش‌ها برای تامین ایمنی لازم در عملیات خاکی استفاده از شیب‌دار‌سازی دیواره است. زاویه شیب دیواره گود به عمق و نوع خاک موجود در محل بستگی دارد. در جدول زیر مقدار مجاز شیب به نسبت خاک مشخص شده است.
حفاظ گذاری
این روش به دو صورت جعبههای ترانشه و مدل ترکیبی اجرا می‌شود. در مدل ترکیبی از روش شیب‌ٔدار کردن، جعبههای ترانشه و پله بندی دیواره‌ها استفاده می‌کنند. در روش جعبههای ترانشه، به وسیله جعبههای فلزی که از سمت کف و سقف باز هستند، نیروهای وارده به جداره را جذب می‌کنند. در مکان‌هایی که امکان کار کردن فقط با شیب نیست از این روش استفاده می‌کنند.
پله‌بندی
نوع خاک و نسبت عرض به ارتفاع دیوار دو آیتم مهم در طراحی روش مهار با پله بندی هستند.
سازه‌های نگهبان
بعد از عملیات خاکی( خاک‌برداری یا گودبردای) با توجه به ارزیابی خطرات گود توسط مهندس ذی‌صلاح برای نگهداری موقت و یا دائم فشار خاک وارده از دیواره‌ها و جلوگیری از ریزش آن سازه‌هایی را برای نگهداری طراحی و اجرا می‌کنند که سازه نگهبان نام دارد. طراحی و استفاده از این سازه‌ها با توجه به نوع عملکرد آن‌ها و نیاز ما در اجرا انجام می‌شود.
در ساخت دیوار‌های سازه‌های نگهبان بایید به چه نکاتی توجه کنیم؟
- تغییرات در تنش خاک
- دست‌خوردگی زمین در اثر شمع‌کوبی و گمانه‌زنی
- الزامات مربوط به زهکشی میزان آب‌بندی مورد نیاز
- عملی بودن ایجاد مهار‌های پشت بند در دیوار
- توان دیوار در تحمل بار‌های قائم
- پایداری گمانه‌ها در حالت روباز
نکات مهم در طراحی سازه‌های نگهبان
- حرکات زمین در اثر نشست
- تغییرات در سطوح آب در مدت زمان
- تغییرات در بارگذاری و چگونگی ترکیب بار‌ها
- فرسایش خاک
- خاک‌ریزی مناسب در پشت سازه نگهبان
انواع سازه‌نگهبان از لحاظ عملکردی
سازه‌های نگهبان از لحاظ عملکردی به ۲ دسته کلی سازه‌های ۱-نگهبان انعطاف‌پذیر و ۲-سازه نگهبان صلب تقسیم می‌شوند.
سازه‌ی نگهبان انعطاف پذیر
سازه‌های نگهبان سپری، میخ کوبی، شمع‌های فولادی، دیوار برلنی، شمع فولادی با مهار متقابل و مهار توسط خرپا جزء این گروه هستند. در دیواره‌هایی که بر اثر فشار جانبی خاک تغییر شکل می‌دهند برای اینکه ثابت و پابرجا باشند از دیوار‌های تثبیت شده مکانیکی یا سازه نگهبان از نوع انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند.
سازه‌های نگهبان صلب
گر در برابر فشار جانبی خاک سازه‌های نگهبان جابه‌جا شوند و یا چرخش در آن‌ها اتفاق افتد جزء این گروه قرار می‌گیرند، مانند دیوار حائل وزنی، طره‌ای و پشت‌بند‌دار که برای طراحی هرکدام باید حالت‌های حدی آن‌ها حتما کنترل شود. کنترل نشست پی زیر دیوار، ظرفیت باربری پی زیر دیوار، مقابله با لغزش و واژگونی، کنترل سازه در برابر نیروهای برشی و کششی و هم‌چنین بررسی پایداری کلی از حالات حدی است که برای دیوار‌های صلب وزنی باید کنترل شوند.
انواع سازه‌های نگهبان
- روش نیلینگ یا میخ‌گذاری
- روش مهار متقابل
- روش سپرکوبی
- روش شمع درجا
- روش خرپایی
- روش انکراژ
روش نیلینگ یا میخ‌کوبی
اولین بار توسط یک مهندس اتریشی در سال ۱۹۶۰ برای پایدارسازی دیواره‌های تونل‌ها ایجاد شد. در این روش برای پایدارسازی شیب‌های خاکی ایجاد شده در گودبرداری با حفر شبکه‌ای از سوراخ‌ها در دیوار خاکی و قرار دادن میلگرد‌های فولادی انجام می‌شود. بعد‌ها توسط مهندسین فرانسوی و آلمانی، روش اتریشی میخ‌کوبی در سنگ برای شیب‌ها و دیوار‌های خاکی استفاده شد.
بعد‌ها استفاده از میخ‌کوبی در ساخت تونل‌های بزرگ راه‌ها به طور گسترده در پروژه‌های عمرانی گسترش پیدا کرد. این روش برای ساخت ساختمان‌های بلند مرتبه که مخصوصا دارای طبقات منفی هستند کاربرد دارد. روش مهار با میخ‌کوبی به عنوان یک تکنیک برای حفاظت از گودبرداری‌های با انعطاف پذیری زیاد استفاده می‌شود. روش کار این سازه نگهبان به صورتی است که برای مسلح کردن و مقاوم کردن خاک با استفاده از دوختن توده‌های خاک به وسیله مهار‌های کششی با فاصله‌های مناسب انجام می‌شود. این نوع سازه نگهبان نیلینگ نام دارد.
مراحل اجرای روش میخ‌کوبی یا نیلینگ
- گودبرداری اولیه : گودبرداری در محله اول تا حدی انجام می‌شود که دیواره‌ها بتوانند بین ۲۴ تا ۴۸ ساعت پایداری خود را حفظ کنند. عمق این گود عموما حداکثر تا ۲متر است و عرض آن نیز تا ۱۲ متر قابل اجراست.
- حفاری چاله‌ها برای نصب مهار‌های کششی و یا همان nail : در داخل دیواره‌ها برای اجرای میخ کوبی چاله‌هایی را حفر می‌کنند، عمق و شیب این چاله‌ها در خاک‌هایی با بافت‌های متفاوت مختلف خواد بود قطر این چاله‌ها عموما ۷۶ الی ۱۵۰ میلی متر در نظر گرفته می‌شود. شیب مناسب برای میخ‌گذاری نسبت به خط افق حدودا ۱۵ درجه در نظر گرفته می‌شود.
- قرار دادن آرماتور داخل چاله‌های حفر شده : بعد از حفر چاله‌ی مورد نظر، از آرماتور‌های با قطر ۲۰ تا ۴۰ میلی متری با حد تسلیم ۴۲۰ تا ۵۰۰ استفاده می‌شود. برای قرار دادن میلگرد‌ها در مرکز استوانه‌ای چاله‌ی حفر شده در دیوار باید از دستگاه مرکزکننده استفاده شود تا میلگرد‌ها دقیقا در مرکز آن قرار گیرند.
- تزریق دوغاب در داخل چاله : پس از جاگذاری میلگرد‌ها برای تثبیت آن‌ها ابتدا دوغاب لازم در انتهای چاله تزریق می‌شود، سپس لوله‌ی دوغاب‌ریزی از انتها به سمت ابتدا داخل حفره را پر می‌کند.
- اجرای زهکشی مناسب
- اجرای شاتکریت ب روی جداره : لایه‌ی نازکی از بتن برای یکپارچه کردن خاک و سطح رویه‌ی چاله‌ها بر روی دیواره‌ها به صورت شاتکریت پاشیده می‌شود.
- نصب صفحات فولادی
- اجرای گودبرداری مرحله بعدی در عملیات : شاتکریت رویه نقش سازه‌ای ندارد و فقط جهت اطمینان بیشتر برای پایداری موقت خاک و مهار‌ها صورت می‌گیرد.
خاک‌های مناسب و نامناسب برای اجرای میخ‌کوبی براساس جدول زیر مشخص شده است.
| خاک نامناسب برای روش میخ‌کوبی | خاک مناسب برای روش میخ‌کوبی |
| خاک ریز دانه اشباع با PI بالای ۲۰ | خاک‌های ریزدانه سخت تا خیلی سخت |
| خاک‌های غیرچسبنده خشک با دانه‌بندی بد | خاک‌های دانه‌ای متراکم با مقدار چسبندگی ظاهری |
معایب روش نیلینگ یا میخ‌کوبی
- نیاز به تجهیزات و وسایل حرفه‌ای برای حفاری
- نیاز به تیم متخصص حرفه‌ای
- ایجاد آلودگی صوتی زیاد به نسبت دیگر روش‌ها
- هزینه زیاد برای استفاده در گودبرداری در پروژه‌های عمرانی با حجم کم
مزایای روش نیلینگ یا میخ‌کوبی
- امکان اجرای همزمان خاک‌برداری و پایدارسازی
- استفاده بهینه از فضا
- قابلیت حمل و استفاده از تجهیزات در فضاهای کوچک
روش مهار متقابل
برای حفاظت و پایدارسازی جداره‌های گود برای جلوگیری از تغییر مکان‌های جانبی در گود با عرض کم و در محیط های شهری می‌توانیم از سازه نگهبان به روش مهار متقابل استفاده کنیم. روش اجرای آن به این صورت است که ابتدا در دو سمت مقابل در محوطه گود در فاصله‌های مشخصی چاهک‌هایی به طول مساوی به علاوه ۲۵ یا ۳۵ درصد عمق گود را در دیواره حفر می‌کنند. برای پایدارسازی در داخل چاهک‌ها پروفیل‌هایی H شکل را قرار می‌دهند، سپس قسمت فوقانی پروفیل‌های روبه روی هم را به وسیله خرپا و یا تیرهایی کوچک به هم وصل می‌کنند تا پروفیل‌ها به پایداری هم در برابر نیروهای جانبی کمک کنند.
روش انکراژ یا مهارسازی
روش انکراژ شباهت زیادی به روش میخ‌کوبی دارد. در این روش در حاشیه زمینی که قرار است گودبرداری در آن صورت گیرد چاه‌هایی به عمق گود به علاوه مقدار اضافه برای شمع بتنی در انتهای چاه برای جایگذاری پروفیل‌های I و یا H شکل حفر می‌شود. برای مهار آن‌ها از پنل بتنی پیش ساخته بین پروفیل‌های قائم استفاده می‌کنیم. روش انکراژ و مراحل آن به نوعی شبیه به روش مهار سازی گود با روش میخ کوبی است با این تفاوت که در روش انکراژ از خاصیت پس تنیدگی کابل‌های موجود استفاده می‌کنند.
به همین دلیل انکراژ توانایی بیشتری برای پایدارسازی گود و مهار نیروهای موجود خواهد داشت. زمین‌هایی که در آن‌ها برای مهار دیواره‌ها از تاندون‌های پیش تنیده که در داخل چاهک‌های روی دیوار با سیمان پر شده است، برای کنترل نه تنها دیوار بلکه برای دال‌ها نیز استفاده می‌شود. برای دوغاب لازم برای پر کردن چاله‌ها از سیمان پرتلند و یا رزین پلیمری استفاده می‌کنند.
اجزای اصلی در پایدارسازی با استفاده از مهارسازی با انکراژ چیست؟
- استرند : کابل پیش‌تنیده‌ای است که از چند مفتول فولادی تشکیل شده است. این فولاد دارای مقاومت نیروی پیش تنیدگی بالا است، در پروژه‌ها به نسبت شرایط موجود می‌شود از فولاد نیز استفاده کرد ولی مقاومت فولاد به نسبت استرند کمتر است.
- گوه : قطعه‌ی فولادی است به شکل مخروطی تو خای که در صورت استفاده از فولاد به جای استرند لزومی به استفاده از آن ندارد. کار گوه در این سیستم قفل کردن استرند در داخل سوراخ سر انکر است.
- فاصله نگهدار : برای اینکه استرند‌های داخل چاهک حفر شده به صورت دسته و ثابت با فاصله نگهداری شوند، از این وسیله استفاده می‌کنند. این اجزا برای رعایت فاصله حداقلی و مجاز بین رشته‌های استرند نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- شلنگ‌‌های تزریق : برای اطمینان از پرشدن گمانه با دوغاب مناسب در زمان تزریق دوغاب به داخل آن از یک و یا چند عدد شلنگ مناسب با طول حداقلی با طول مهار استفاده می‌شود.
- غلاف استرند : برای جلوگیری از چسبیدن استرندها به دوغاب، استرندها در طول آزاد مهار در داخل غلاف مناسب جایگذاری می‌شوند.
- پکر : برای تزریق دوغاب به داخل گمانه‌های روی دیوار از پکر استفاده می‌کنند. به این منظور باید دقت شود که باید آب بندی پکر به صورتی انجام شود که نشت اتفاق نیفتد.
- سر انکر : برای انتقال نیروی کشی مهار از استرندها بر روی مهار در سر گمانه، سر انکر را نصب می‌کنند.
مزایای روش مهاربندی با انکراژ
- سازه نگهبان در داخل گود دستگیر نیست
- کیفیت خوب به دلیل کشش انکرها
- کنترل تغییر مکان‌ها به راحتی به وسیله پس تنیدگی
- ایمنی قابل قبول
- از خاک موجود برای مهار دیواره گود استفاده می شود
معایب روش مهاربندی با انکراژ
- نیاز به افراد متخصص در رده‌های بالا
- عدم کارایی مناسب در خاک‌های نامناسب و مسئله‌دار
- زمان زیاد برای انجام عملیات به دلیل ضرورت اجرا مرحله به مرحله پایداری
- هزینه‌ی زیاد و نبود صرفه اقتصادی به نسبت روش‌های ساده‌تر اجرای سازه‌های نگهبان
- نیا به تجهیزات و ابزار‌آلات پیشرفته برای تزریق دوغاب و غیره
دیوار برلنی
دیوار پنلی که به آن‌ها شمع و یا دیوار برلنی می‌گوییم. در روش مهارسازی با دیوار برلنی به وسیله شفت حفاری شده با تخته‌بندی بین شمع ساخته می‌شود. دیوار برلنی از ترکیب پروفیل و بتن که به صورت شاتکریت بر روی دیواره و شمع‌ها انجام می‌شود. برای حفر شمع‌ها نسبت ۲۵ یا ۳۵ درصد عمق گود برای قرار دادن پروفیل‌های فولادی کافی است. برای جلوگیری از ریزش دیوار بین پروفیل فولادی از اتصالات گیرداراستفاده می‌کنند.
برای اجرای رویه‌ی بتنی شاتکریت قبل از ان مابین پروفیل و دیواره از پنل‌های پیش ساخته استفاده می‌شود. برای اجرای دیوار برلنی محاسبه تغییر شکل‌های خاک امری مهم است. روش مهار با دیوار برلنی در خاک‌های رسی که پیش تحکیم شده‌اند، خاک‌های بالای تراز سفره‌های آب زیرزمینی و خاک‌های همگن قابل اجرا است.
مزایای دیوار برلنی
- کنترل کیفیت بهتر به دلیل کشش مناسب انکر
- ضریب اطمینان بالا برای گودبرداری عمیق
- قابلیت کنترل تغییر مکان‌های به دلیل صلیب دیواره
- معایب دیوار برلنی
- نبود صرفه اقتصادی برای پروژه‌های کوچک
- نیاز به فضای زیاد در هنگام اجرا و جاگذذاری
- سرعت پایین به نسبت سایر روش‌ها
روش خرپا
یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای مهارسازی در مناطق شهری استفاده از روش خرپا است. برای ایجاد خرپا ابتدا در مجاورت دیواره برای نصب عضو‌های قائم چاه‌هایی را حفر می‌کنند و سپس داخل آن را آرماتور گذاری می‌کنند. پس از قراردادن عضو قائم خرپا در داخل این شمع حفر شده برای تثبیت بتن ریزی خواهد شد.عمق این شمع‌ها برابر با عمق گود مورد نظر همراه با مقدار مناسب برای شمع انتهایی خرپا است. نصب و گودبرداری در این روش مرحله به مرحله است و پس از نصب هر خرپا و مهار خاک پشت آن، نسبت به برداشت خاک پشت اقدام می‌کنند.
مزایای روش مهار و پایدارسازی گود با خرپا
- بدون نیاز به تیم متخصص و دستگاه‌های حرفه ای
- ساده و کارامد بودن برای مناطق شهری
- امکان استفاده دوباره از عضو‌های خرپا در عملیات دیگر
- معایب روش مهار با خرپا
- جاگیر بودن عضو‌های خرپا در محوطه گودبرداری
- سرعت اجرای کمتر به نسبت سایر روش‌های پیشرفته تر
- الزامی بودن برداشت خاک به روش دستی در پشت خرپا
دوخت به پشت و میکروپایل
این رو ش شباهت زیاده به مهارسازی با انکراژ دارد. مراحل انجام دوخت به پشت شامل ۴ مرحله کلی حفاری، لوله کوبی، تزریق و تسلیح است. در روش دوخت به پشت ابتدا برای حفر لوله‌های میکرو پایل اقدام می‌کنند. در صورتی که امکان کوبش میله‌ها به تنهایی به دلیل نوع خاک و جنس ان مناسب نباشد، ابتدا برای کوبش میله‌ها اقدام می‌شود. این حفاری تا عمق مناسبی که امکان کوبش باشد با روش‌های حفاری دورانی و یا دورانی ضربه ای انجام می‌گیرد. در گمانه‌های حفر شده برای نصب لوله‌های میکروپایل از روش لوله کوبی بهره می‌گیرند، به صورتی که لوله‌ها را از قسمت نوک تیز به داخل گمانه‌ها و یا خاک می‌کوبند و سپس لوله دوم را به لوله اول از انتها وصل می‌کنند این روند تا طول مناسب ادامه می‌یابد.
برای اتصال لوله‌ها بهم از جوش و بوشن رزوه‌ای استفاده می‌شود. پس ازاتمام مراحل لوله کوبی برای تثبیت باید دوغاب مناسب سیمانی تزریق شود. پس از آماده شدن دوغاب سیمانی به نسبت مناسب، توسط پکر‌های به خاک تزریق می‌شود. این دوغاب عامل اصلی چسبندگی بین جداره‌ها است. مرحله آخر در انجام این روش نصب آرماتور تسلیح است. پیش از گیرش نهایی دوغاب سیمانی در گمانه آرماتور تسلیح را نصب می‌کنند.
مراحل مشابه بین روش مهار و پایدارسازی با انکراژ و دوخت به پشت با میکروپایل کدامند؟
- تزریق بتن در طول چاهک حفر شده
- قرار دان کابل‌ها در داخل چاهک
- نحوه اجرای مرحله به مرحله حفاری
- حفر چاهک افقی و مایل در دیواره گود با شیب مناسب
مزایای روش دوخت به پشت و میکروپایل
- امکان کنترل تغییر مکان‌ها در خاک
- جاگیر نبودن سازه در داخل گود برای ادامه عملیات
- ایمنی کافی و مطلوب
- مهار عالی رانش خاک به دلیل پیش‌تنیدگی و تزریق سیمان داخل خاک
معایب روش دوخت به پشت و میکروپایل
- عدم کارایی مناسب در خاک‌های مسئله دار مانند حفاری زیرزمین و انبار‌ها
- صرف زمان زیاد برای انجام مرحله به مرحله
- نیاز به تیم حرفه‌ای و متخصص به نسبت سایر روش‌ها
- هزینه بالا برای اجرا در عملیات عمرانی کوچک
برای مهارسازی و پایدارسازی گود به جز موارد بالا که به عنوان سازه‌های نگهبان مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توانیم به روش‌های زیر نیز اشاره کنیم که در بخش بعدی مقاله پیش رو سایر روش‌ها را بررسی می‌کنیم.
- سازه نگهبان به روش سپر کوبی
- سازه نگهبان به روش شمع و شمع‌های درجا
- سازه نگهبان به روش دیوار دیافراگمی
- پایدار سازی به روش شیب‌دارد کردن
