همه چیز درباره پایدار سازی گود – گود برداری ساختمان

یکی از مسائلی که در اجرای گود برداری دارای اهمیت بسیاری می‌باشد، تعیین شیوه مطلوب پایدار سازی گود است. در پروژه‌های ساختمان کوچک خیلی نمی‌توان از شیوه‌های متفاوت و گوناگون بهره برد، چون هم ممکن است نیازی به پایدارسازی به شیوه‌های خاص نباشد و هم در ثانی از لحاظ اقتصادی ممکن است برای پروژه مقرون به صرفه نباشد. به همین علت تنوع این شیوه‌ها در پروژه‌های بزرگتر و خاص‌تر بیشتر کابرد داشته و طراحان می‌توانند با آنالیزهای خاص نسبت به وضعیت پروژه، مخارج طرح، خصوصیات خاک محل و محدوده‌های محاور گود بهینه‌ترین طرح را انتخاب کنند.

پایدار سازی گود چگونه انجام میشود؟

پایدارسازی گود به شیوه‌های مختلفی صورت میگیرد؛ مثلا به شیوه میخکوبی، خرپایی، تاپ دان، نحوه مهار متقابل و غیره. این شیوه‌ها، دیوار حفاری و ساختمان‌های همسایه را ایمن کرده و خطر ریزش را کاهش داده و از میان می‌برد. به این ترتیب، می‌توان سیستم‌های پشتیبانی مختلفی را برای تثبیت حفاری‌ها و فضای پیرامون آنان پیشنهاد داد. این که کدام شیوه بهترین گزینه می‌باشد و ایمنی بیشتری حاصل می‌کند، به عواملی بستگی دارد. عواملی از جمله شرایط محیطی، نوع خاک، وضعیت اقتصادی و…

هدف از پایدار سازی گود چیست؟

اساسا پیش از آن که گودی پایدار گردد، میبایست ایجاد شود. عملیات گود برداری در نهایت سبب به ایجاد یک دیواره قائم شود. بر این دیواره قائم، دو گروه نیرو اجرا می‌شود

1. نیروهای مقاوم: نیروهایی که قصد به پایداری گود داشته و می‌خواهند از ریزش گود دوری نمایند.
2. نیروهای محرک: این نیروها تصمیم به تخریب دیواره گود دارند.

در صورتی که تمام نیروهای محرک بیشتر از نیروهای مقاوم گردد، دیوار گود ریزش خواهد کرد. عملیات پایدار سازی گود به منظور ارتقا نیروهای مقاوم و غالب شدن آن در مقابل نیروهای محرک صورت می‌گیرد. چون هرچه نیروهای مقاوم بیشتر گردد، مقاومت در برابر ریزش دیوار بیشتر شده و بنابراین، دیواره گود استوار می شود.

چرا پایدار سازی گود انجام میشود؟

در طول تخریب و گود برداری، مخاطرات زیادی وجود دارد. در شرایطی که از روش‌های مطلوب جهت استوار کردن گود برداری‌ها استفاده نشود، احتمال وقوع خطر صد درصد میشود. به این ترتیب، پایدار سازی و ایمن ‌سازی گود، جهت رسیدن به هدف‌های زیر صورت می‌گیرد.

• پیشگیری از ضرر و زیان‌های مالی و جانی به کارگران و همسایگان
• محافظت از اموال درون و خارج از گود
• ایجاد وضعیت ایمن و مطمئن برای اجرای عمل

تثبیت و پایدار کردن خاک، بوسیله راهکارهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی اعمال می‌شود. پایدار سازی خاک با هدف تنظیم خاصیت‌های خاک به منظور برآورده کردن بعضی از ملزومات اعمال می‌شود. خاک پنج خصوصیت اساسی دارد

1. استحکام خاک
2. پایداری حجمی آن
3. نفوذپذیری
4. مقاومت
5. تغییرپذیری

هر کدام از این خصوصیت‌های خاک را می‌توان به کمک شیوه‌های فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی به وضعیت ثابت رساند. میخ کوبی و سپرکوبی را می‌توان از روش‌های مکانیکی و به کارگیری از دوغاب و شاتکریت گود جزء شیوه‌های شیمیایی تثبیت خاک در طول گودبرداری ساختمان دانست.

انواع شیوه‌های پایدار سازی گود

پایدار سازی گود به شیوه‌های مختلفی صورت می‌گیرد

1. شیوه سازه نگهبان خرپایی
2. شیوه میخ کوبی یا نیلینگ
3. پایدار سازی گود به شیوه دوخت به پشت (Tie back) یا مهارکششی دیواره‌های گود (Anchorage)
4. پایدار سازی گود به شیوه تاپ دان یا ساخت بالا به پایین (Top-Down)
5. پایدار سازی گود با شمع
6. شیوه مهار متقابل یا مهارگذاری فشاری یا استرات (Braced Excavations – Struts)
7. پایدار سازی گود به شیوه دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی (Diaphragm Pile Wall)
8. روش سپر کوبی (Sheet Pile)
9. روش دیوار برلینی یا سولجر پایل

شیوه خرپایی در پایدار سازی گود

این شیوه معمولی که نیاز به امکانات و تخصص چندان بالایی هم ندارد، جهت پایدار سازی گودهای کم عمق در بخش‌های شهری، بسیار مورد استفاده قرار دارد. چون اجرای آن برای مردم گودهای واقع در بخش‌های شهری مطلوب می‌باشد.

برای اجرای این شیوه، ابتدا در مجاورت دیواره گود، چاه‌هایی حفر می‌نمایند. عمق این چاه‌ها می‌بایست مقداری بیشتر از عمق گود باشد. این مقدار اضافه که برای عمق چاه در نظر گرفته می‌شود، به دلیل اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپا می‌باشد.

آنگاه داخل شمع را آرماتور بندی می‌نمایند. عضو قائم را در درون شمع قرار داده و بعد از آن شمع را بتن‌ ریزی می‌نمایند. بعد از سخت شدن بتن انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در درون شمع قرار خواهد داشت.

مزیت‌های شیوه خرپایی

• انعطاف ‌پذیری زیاد از لحاظ اجرایی
• عدم لزوم استفاده از دستگاه و تخصص خاص برای اجرا
• قابل انجام در اکثر گودهای مناطق شهری

پایدار سازی گود به شیوه نیلینگ

شیوه نیلینگ به منظور ایجاد ثبات در خاک، در موقعیت و مناطقی که ممکن است رانش خاک یا این که زمین مشکل ساز گردد، کاربرد دارد. اساس این شیوه، سیستم مهار بندی و پیچ کردن سنگ‌ها می‌باشد. آرماتور، دوغاب سیمان و شاتکریت، سه کاراکتر مهم جهت اجرای پایدار سازی گود به شیوه نیلینگ می‌باشند.

در این شیوه، از میلگرد آجدار فولادی به کار گیری می‌شود. در این حالت، خاک در قبال نیروها و تنش‌های کششی تقویت گردیده و مقاومت آن افزایش می‌یابد. این میلگردها حکم میخ‌هایی را دارند که در خاک فرو رفته و خاک را تثبیت می‌نمایند.

برخی از پیمانکاران از نرم افزاری به اسم Snail Plus برای تعیین پیاده سازی و احتمالات اولیه درباره میخ زدن خاک به کارگیری می‌نمایند. نیلینگ مزایای زیادی دارد؛ به ویژه وقتی که دست مهندسان برای اجرای شیوه‌های دیگر بسته است، این روش کارآمد میباشد.

پایدار سازی گود به شیوه دوخت به پشت

پایدار سازی گود به شیوه دوخت به پشت یا انکراژ، تشابه زیادی به شیوه میخکوبی دارد. تفاوت مهم آن، در اعمال نیروی پس تنیدگی برای اِلمان‌های تسطیح می‌باشد. چون در نحوه میخکوبی از میلگرد، ولی در شیوه دوخت به پشت از کابل‌ فولادی به کار گیری می‌شود.

این کابل‌های فولادی، پس از تزریق دوغاب و در طی گیرش اولیه، با جک‌های منحصر به فرد کشیده می‌شوند. پس از گیرش پایانی دوغاب، جک‌ها آزاد میشوند تا کابل‌ها با نیروی پیش تنیده، در راستای پایداری آن، فشار مضاعفی به خاک وارد آورند.

پایدارسازی گود به شیوه انکراژ یا همان دوخت به پشت، در درجه اول برای مقاومت در قبال بارهای جهت‌دار بیرونی که بر پی بنا تحمیل می‌گردند، پیاده سازی و اعمال می‌گردد. پیاده سازی و ساخت صفحه‌های لنگر خاک (انکراژ) بر عقیده‌های گوناگون مطابق شیوه‌های پیاده سازی و ساخت صفحه‌های لنگر در مکانیک خاک متمرکز می‌باشد.

اجرای انکراژ در زمین‌هایی که خاکشان سست می‌باشد، سخت است. با دقت به این که اجرای انکراژ بر ساختمان‌های همسایه تأثیر می‌گذارد، کسب اجازه و رضایت همسایگان مجاور ضروریست. این عمل بایستی روش توسط مهندسان تکنسین‌های دارای شرایط و کارشناس صورت پذیرد تا اطمینان نتیجه‌ها شود که شغل مبنی بر با استانداردهای مورد نیاز پیش می‌رود.

مزیت‌های شیوه دوخت به پشت

• شیوه دوخت به پشت برای پایدار کردن گود بردای‌های دائم و موقت کاربرد دارد.
• این شیوه را می‌توان حتی برای ساختمان‌های والا فارغ از نیاز به دستگاه‌های حفاری خاص ایفا کرد.
• امکان اعمال درباره حفاری‌های بسیار عمیق را دارد؛ فارغ از آنکه ساختار زمین در این امر محدودیتی ایجاد نماید. امکان نصب و انجام در سطح خاک و زمین را دارد.

پایدارسازی گود به شیوه تاپ دان یا top-down (ساخت بالا به پایین)

از روش بالا به پایین برای گود برداری‌های عمیق که حرکات خاک می‌بایست به حداقل رسد و دوام ساختار حیاتی می‌باشد، به کارگیری می‌شود. برخلاف شیوه‌های سنتی و رایج که گود برداری از زیر به بالا انجام می‌شود، در شیوه تاپ دان این عمل از بالا به پایین صورت می‌گیرد.

در این شیوه، عمل با ساخت دیواره‌های دور، ردیف‌ها و سقف پایانی شروع و با کامل شدن گود برداری و ساخت فونداسیون ساختمان به اتمام می‌رسد. حذف یا کاهش مهارهای موقت و همین طور حذف یا کاهش سطوح قالب‌بندی، از مزیت‌های این شیوه می‌باشد. یکی از نرم افزارهایی که می‌توان به کمک آن حفاری بالا به پایین را پیاده سازی و بهینه ‌سازی کرد، DeepEX Software می‌باشد.

پایدار سازی گود با شمع

در ‌این شیوه، در پیرامون گود، از شمع‌های پیش‌ساخته یا این که درجا استفاده می‌شود. جنس این شمع‌ها می‌تواند از بتن، فولاد و یا چوب باشد. برای جاسازی شمع‌ها، چاه‌هایی در فواصل مشخص و با قطر معلوم حفر می‌گردد. وجود شمع‌ها سبب می‌گردد تا فشار جانبی خاک به آنها انجام گردد.

در مواقعی که طول گود برداری زیاد می‌باشد، شمع‌ها می بایست در فاصله کم از یکدیگر درج شوند؛ ضمن این، می‌بایست از مقاطع بنا قوی‌تر استفاده شود. سرعت عملیات اجرایی در ‌این شیوه بسیار بالاست. اجرای این روش در زمینه‌ی پروژه‌های شهری با محدودیت همراه بوده است؛ در پروژه‌های شهری، تنها می‌توان شمع‌ها را به طور درجا اجرا کرد و نمی‌توان از انواع پیش ساخته بهره مند شد.

مزیت‌های پایدار سازی گود با شمع

• سرعت اجرای بسیار بالا
• کاهش هزینه‌ها در مواقعی که حجم پروژه بالا است
• دست و پاگیر نبودن سیستم

پایدارسازی گود به شیوه مهار متقابل

نحوه مهار متقابل یا این که مهارگذاری فشاری خاک، برای گودهای با عرض کم مطلوب می‌باشد و تشابه‌هایی به شیوه خرپایی دارد. در‌ این شیوه، شمع‌هایی با ارتفاع بیشتر از طول گود تهیه و تنظیم می‌گردد و المان‌های قائم در درون این شمع‌ها قرار داده می‌شود. این اِلمان‌های قائم می تواند تیرآهن ساده (I شکل) یا هاش (H شکل) باشد. قسمت انتهایی المان‌های قائم با بتن به صورت گیردار مهار می‌شود.

بعد از آن که این اِلمان‌های قائم در دو طرف دیوارها جانمایی شد، آن را به کمک تیرها و اِلمان‌های افقی به صورت خرپا به هم متصل می‌نمایند تا همدیگر را تقویت کرده و همچنین به پایداری یکدیگر کمک نمایند. اعضای فشاری، استرات (Strut) یا بریس (Brace) و اعضای واسط میان دیوار (Wale) تیر افقی نامیده می‌شود. فشار خاک از دیوار به تیرهای افقی و از روش تیرهای افقی به Strut منتقل می‌شود.

پیاده سازی استرات و اتصالات مربوطه، مبتنی بر نیروهای فشاری و طراحی تیرهای افقی و دیوار بر طبق نیروهای برشی و خمشی صورت می‌گیرد. به کارگیری از این شیوه در پروژه‌های با هندسه نامنظم با محدودیت همراه می‌باشد. در‌حالتی که خاک بسیار ریزشی میباشد، می‌بایست در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مطلوب دیگر به کار گرفت.

مزیت‌ها شیوه مهار متقابل

در گود برداری‌های با عرض کم، شیوه مهار متقابل با سرعت بیشتر و هزینه و جاگیری کمتر عمل را پیش خواهد برد.

پایدارسازی گود به روش دیوار دیافراگمی

دیوار دیافراگمی از روش‌های دیگری می‌باشد که جهت پایدار سازی گودهای عمیق مورد به کار گیری قرار می‌گیرد. گاه نیز این شیوه همراه با روش‌های دیگر به کار گیری می‌گردد. برای پایدار سازی گود به طریق دیافراگمی، حفاری با دستگاه‌های ویژه‌ای به اسم هیدروفرز یا این که گراب اجرا می‌گردد. بعد از آن برای خودداری از ریزش‌های موضعی دیواره حفاری گردیده، از دوغاب بنتونیت به کارگیری می‌گردد. بنتونیت نوعی رس می‌باشد. پس از اتمام حفاری دیوار دیافراگمی، میلگرد گذاری انجام می‌شود. در پایان کار نیز برای ساخت دیوار بتنی، بتن‌ ریزی صورت می‌گیرد. بتن‌ ریزی با به کارگیری از لوله ترمی اعمال می‌شود.

پایدارسازی گود به روش سپرکوبی

در این شیوه، از صفحات یا این که ورق فولادی به کارگیری می‌شود. به این صورت که صفحه‌های فولادی را به صورت سپرهایی بر روی خاک قرار داده و در خاک می‌کوبند. این عمل را در طرفین گود انجام می‌دهند تا به این ترتیب گود وضعیت استوار به خود گیرد. بعد حفاری اجرا می‌شود. پس از حفاری، در کمرکش سپرها و بر روی آنان، تیرهای پشت بند افقی نصب می‌نمایند. در نهایت، به صورت عمودی بر صفحه سپرها به پشت بندهای افقی اتصال می‌دهند. اجرای شیوه سپرکوبی به جهت صدا و لرزش ناشی از کوبش سپرها، در محیط‌های شهری با محدودیت‌هایی مواجه می‌باشد.

مزیت‌ها روش سپرکوبی

• سرعت اجرای عمل بسیار بالا است.
• ایمنی در طی کار بسیار بالا است.

پایدارسازی گود به روش دیوار برلینی یا دیوار سولجر پایل

دیوار برلینی یک کدام از قدیمی‌ترین شیوه‌های پایدارسازی گود می‌باشد که در حفاری‌های عمیق به کار گیری می‌گردد. این شیوه از اواخر قرن هجدهم در شهرهای بزرگی همانند نیویورک، برلین و لندن با موفقیت اعمال شد. این شیوه تلفیقی از شمع‌های فولادی یا این که بتنی و شیوه بتنی (شاتکریت) می‌باشد. این شیوه اجرای گود برداری، به دیوار سولجر پایل نیز مشهور می‌باشد. شمع‌های فولادی یا بتنی که در این شیوه پایدار سازی گود استفاه می‌شوند، حکم سربازها را دارند. این شمع‌ها در فواصل منظم و به صورت معمول در فواصل 6 فوت تا 12 فوت به کار گذاشته می‌شوند. جهت خودداری از ریزش‌های موضعی، میان شمع‌ها، از روش‌های بتنی درجا یا این که پیش‌ساخته به کار گیری می‌شود.

اجرای دیوار برلینی طی چهار مرحله انجام می‌گردد:

• اجرای نیمرخ‌های فولادی
• اجرای دیواره میان نیمرخ‌های فولادی
• حفر گمانه در بین نیمرخ‌های فولادی
• میلگرد گذاری یا مهارگذاری در گمانه‌ها

بهترین شیوه پایدارسازی گود کدام می‌باشد؟

به منظور ساخت ثبات در دیوارهای نگهدارنده، فضاهای تنگ و گودبرداری‌های کوچک، تثبیت شیب و تعمیر و نوسازی بنا‌های نگهدارنده موجود، شیوه میخکوبی مطلوب می‌باشد. درباره‌ی گودهایی که پهنا‌ی آن‌ها کم بوده، شیوه مهار متقابل مطلوب می‌باشد. این شیوه برای گودهای عریض مطلوب نیست. در گودهای با عمق حدود 5 متر، به کارگیری از استوار سازی گود به شیوه اجرای شمع، معمولاً از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه می‌باشد. همین طور در حجم زیاد، هزینه عملیات کاهش می‌یابد.

در صورتی که طول کانال زیاد و پهنای گود کم بوده و ضمن سرعت اجرای عمل، به ایمنی بالا نیز نیاز می‌باشد، سپر کوبی بهترین و مناسب‌ترین شیوه استوارسازی گود خواهد بود. درباره ی گود برداری‌های عمیق که حرکات خاک می‌بایست در کمترین شرایط ممکن باشد، بهترین شیوه، ساخت بالا به پایین می‌باشد. در مواقعی که سطح آب زیرزمینی بالاست و یا محدودیت فضایی برای اعمال فعالیت وجود دارد و گود برداری باعث به تداخل ترافیک با خیابان اصلی می‌گردد، بهترین شیوه پایدارسازی گود، روش ساخت بالا به پایین می‌باشد.