اصول مهندسی گودبرداری

فرستادن به ایمیل چاپ مشاهده در قالب پی دی اف

به نام خداوند بخشنده مهربان

                                                                                                                                                       

 

اصول مهندسی گودبرداری

 

پیشرفته ترین و جدیدترین تدابیر گودبرداری

(همخوان با نرم افزارهای گود برداری)

 

 

تالیف و ترجمه: حسین میسمی- سعیده سعیدی

 

گردآوری و تدوین: حسین میسمی - سعیده سعیدی


 دفتر تحقیقات – واحد نشر و امور فنی

نام کتاب: اصول مهندسی گود برداری

 تألیف و ترجمه: حسین میسمی - سعیده سعیدی

تدوین : حسین میسمی - سعیده سعیدی

بخش نرم افزار :

               آدرس:اصفهان، خیابان جهاد، فلکه جهاد،  کدپستی:۳۵۷۴۵-۸۱۸۴۶

تهران، خیابان جمال زاده شمالی، نرسیده به بلوار کشاورز، انتهای کوچه نیلوفر، پلاک ۷۴، طبقه سوم

صندوق پستی: ۴۱۳۹-۱۴۱۵۵ تلفن: ۶۶۹۴۸۰۵۴ فکس: ۶۶۹۴۸۰۵۵-۰۲۱

شماره موبایل: ۰۹۱۳۲۳۰۰۰۸۵ http://omi.ir

اصفهان: صندوق پستی ۱۴۹-۸۱۷۸۵ تلفکس: ۷۸۶۲۷۳۹-۰۳۱۱

 

 

 

مجموعه انتشارات دفتر تحقیقات به شرح ذیل می باشند:

ردیف

عنوان کتاب

۱

تحلیل شبکه و آموزش کاربری نرم­ افزار GIS & WaterGEMS

۲

مدیریت آبهای بازیافتی در ایران و جهان

۳

تحلیل شبکه جمع آوری فاضلاب و کاربری نرم ­افزار SewerGEMS و درآمدی بر نرم افزارهای GIS

۴

StormCad ۵.۵ by Haestad Methods

۵

مدلسازی و تحلیل ضربه قوچ در شبکه های آبBentley Hammer

۶

مدیریت آبیاری سطحی با کمک نرم افزار Surface

۷

کاربرد GIS در پایش وضعیت شبکه ­های توزیع آب و جمع­آوری­فاضلاب

۸

فرایندهای متعارف تصفیه آب

۹

تحلیل شبکه جمع آوری فاضلاب و آموزش کاربردی نرم افزار SewerCad

۱۰

بهسازی و مقاوم سازی مجاری مدفون

۱۱

معرفی سیستم های نوین تفکیک و جمع آوری فاضلاب در ایران و جهان

۱۲

بهسازی سازه های فولادی

۱۳

مجموعه نرم افزارهای طراحی و تحلیل شبکه آب و فاضلاب

۱۴

تحلیل شبکه و آموزش کاربری نرم­ افزار WaterCad& GIS

۱۵

تفکیک پسآب در مبدا با بررسی بکارگیری آب خاکستری

۱۶

قالب بندی و آرماتوربندی

۱۷

بهسازی سازه های بتنی و علل بروز آسیب در سازه های بتنی

۱۸

کیفیت آب و فاضلاب(با بررسی شاخصه های بهداشتی آب، فاضلاب و آب و خاک)

۱۹

راهکارهای جمع آوری ودفع پسآب بهداشتی در مجامع کوچک ایران

۲۰

بررسی راهکار اجرائی پیاده سازی سد آزاد و سامانه انتقال آن

۲۱

خوردگی و راهکارهای بهسازی اثرات آن در مجاری مدفون

۲۲

گود و گودبرداری

۲۳

مسجد حکیم گوهر اعصار اسلامی

۲۴

حمام های قدیمی

   

مجموعه نرم افزارهای بسته نرم افزاری مرکز

ردیف

عنوان

۱

ArcGIS۹.۱

۲

Bentley AutoPipe XM ۰۹.۰۰.۰۰.۰۸

۳

Bentley Staad ۲۰۰۷ and crack full

۴

hammer ۷

۵

SEWER GEMS۲۰۰۵ SEWER GEMS۲۰۰۴

۶

SEWERGEMS SEWERCAD ۵.۵

۷

water gems۳ WaterCAD_۷

۸

Program ۶ academic

۹

WaterGEMS.۰۸.۰۰.۱۱۲.۰۰_XM SewerGEMSUserGuide.pdf

۱۰

Video FOR SEWER GEMS CulvertMaster.doc

۱۱

CD Auto Setup waterGEMS WATERGEMES SHOW

 

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فصل اول: آشنایی با پدیده

۵

فصل دوم : اصلاح روش‌های

۱۴

فصل سوم: اصول پیشگیری، کاهش و مقابله با

۲۱

فصل چهارم: روش‌ها و تجهیزات

۳۸

 

۴۵

 

۶۲

 

۸۱

 

۱۱۵

مراجع :

۱۳۰

لغت نامه

۱۳۱

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

 

 

 

گودبرداری های مهارنشده

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه :

در هنگام انجام عملیات گودبرداری در یک منطقه، برای جلوگیری از وقوع گسیختگی در دیواره گود و برای کنترل تغییر شکل های ایجاد شونده در اطراف گود برداری، باید با اتخاذ تدابیری جبهه گود را مورد محافظت قرار داد. اگر موقعیت محل بگونه ای باشد که می توان دیواره گود را با شیب مطمئن خاکبرداری کرد، این روش یک روش مناسب و ارزان برای محافظت از گود خواهد بود ولی اگر چنین امکانی وجود نداشته باشد، یعنی محیط اطراف گود محدود و بسته باشد، باید بسته به ابعاد گودبرداری نوع خاک و وضعیت آب زیر زمینی، یک سازه نگهبان مناسب را انتخاب و اجرا کرد.

در این فصل و فصل بعد انواع روش های موجود در اجرای گود برداری ها (مهار بندی شده و مهار بندی نشده ) مورد بررسی قرار گرفته است. در مورد گودبرداری های مهاربندی نشده ابتدا حالت ترانشه ای شیب دار بررسی می شود.

 

۱– ۱- انواع گود ها از نظر ابعاد و عمق

در حالت کلی گود بردای ها را از نظر ابعاد و عمقشان می توان به دو گروه تقسیم کرد.

الف ‍- گود های باز : گود هایی هستند که در آنها عرض گود از عمق آن بیشتر است.

ب - گود ترانشه ای : طبق تعریف یک ترانشه گودی است که در آن عمق گود از عرض آن در کف بیشتر است.

گودهای باز و ترانشه ای را می توان هم بصورت مهار بندی نشده و هم مهار بندی شده اجرا کرد.

 

۱– ۲ - انواع گودها از نظر پایداری دیواره

از نظر پایداری دیواره گودها را می توان به دو دسته تقسیم کرد :

الف - گود های مهار بندی نشده

ب - گود های مهار شده

در اجرای یک عملیات گودبرداری در صورتیکه فضای اطراف منطقه گودبرداری محدود و بسته نباشد یک روش ساده و اقتصادی برای محافظت از دیواره های گود اجرای آن بصورت شیبدار می باشد ( در گود برداری با عمق کم در خاک های چسبنده می توان دیواره گود را بصورت قائم نیز اجرا کرد ) به این ترتیب دیگر نیازی به استفاده از سیستم مهاربندی نمی باشد. ولی اگر شرایط محل به گونه ای باشد که اجرای دیوارها بصورت مهار نشده ممکن نباشد، چاره ای جز استفاده از سازه نگهبان گود نمی ماند. ‌

اجرای سازه نگهبان گود در دو مرحله مختلف انجام می گیرد. در مرحله اول پیش از آغاز هر گونه عملیات گودبرداری دیوار نگهبان اجرا می شود و سپس در مرحله دوم با شروع خاکبرداری و پیشرفت آن، در ترازهای از قبل تعیین شده مهار های لازم نصب می شوند. ‌

 

۱- ۲ -۱ - گودبرداری های مهار نشده

۱-۲-۱-۱ - گودبرداری با دیواره قائم

گودبرداری با دیواره قائم فقط در عمق های کم و برای خاک های چسبنده امکان پذیر است. برای تعیین عمق مجاز گودبرداری در این نوع خاک ها می توان از روش های تحلیلی رانکین، کولمب، تعادل در حد بالا، تعادل در حد پایین، کمان دایره، ترزاقی و. .. استفاده کرد.

 ۱-۲-۱-۲- گودبرداری با دیواره مایل

معمولاً در گودبرداری های با عمق کم تا متوسط، می توان جبهه گود را بصورت مهارنشده و شیب دار (درصورت امکان) اجراکرد. دریک گود مهارنشده، پارامترهای عمق، شیب دیواره و همچنین وضعیت آب زیرزمینی از عوامل کنترل کننده پایداری کلی سیستم خاک و تغییر شکل های ایجاد شده در آن می باشند. بسته به نوع خاکی که در آن عملیات خاکبرداری اجرا می شود، میزان تأثیر و نقش این سه عامل کنترلی نیز تغییر می کند.

در عمل برای انتخاب شیب مطمئن خاک برداری می توان از ضوابط مطرح شده در آییننامههای گودبرداری نظیر آیین نامه اُشا" "Office security & Health Administration ( اداره امنیت و سلامتی در آمریکا )، آیین نامه استرالیا و سایر آیین نامه های معتبر گودبرداری در دنیا استفاده کرد. برای مثال آیین نامه اُشا خاک ها را بصورت زیر طبقه بندی مینماید. ‌‌‌

 

گروه A- خاک های چسبنده ای که مقاومت فشاری تک محوره  ۱۴۴ کیلو پاسکال (۴۴/۱ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ) یا بیشتر دارند. رس، رس سیلت دار، رس ماسه دار، ماسه رسی، و در بعضی موارد ماسه رسی سیلت دار از جمله خاک های این گروه هستند. اگر خاکی شرایط فوق را داشته باشد ولی ترک خورده باشد، یا شرایط محل بگونه ای باشد که خاک تحت لرزش ناشی از هر نوع بارگذاری قرار داشته باشد، و یا اگر در آن تراوش رخ دهد، جزو گروه A قرار نمی گیرد.

 

گروه B - در این گروه خاک های چسبنده با مقاومت فشاری تک محوره بیشتر از ۴۸ کیلوپاسکال وکمتر از ۱۴۴ کیلوپاسکال قرار می گیرند.از جمله خاک های دیگر این گروه می توان شن تیز گوشه، سیلت، مخلوط ماسه رسی و سیلت خاک های دست خورده ( به جز آن خاک هایی که شرایط گروه C را دارند ) را نام برد. همچنین خاک هایی که مقاومت فشاری تک محوره بیشتر از ۱۴۴ کیلو پاسکال دارند ولی ترک خورده هستند و یا در معرض لرزش قرار دارند نیز در این گروه قرار می گیرند.‌

 

گروه C - خاک های این گروه ازنوع چسبنده بامقاومت فشاری تک محوره کمتر از ۴۸ کیلوپاسکال هستند. انواع دیگرخاک های واقع شونده درگروه Cخاک های دانه ای نظیرشن، ماسه، ماسه رسی، خاکی که آب به راحتی ازآن تراوش می کند، وسنگ مستغرق ناپایدار می باشند.

 

تذکر :جایی که یک ساختار لایه لایه وجود دارد خاک را باید بر اساس رده خاک لایه ضعیفتر طبقه بندی کرد.‌

درصورت استفاده از روش خاک برداری مایل دیواره ها، مقدارشیب انتخابی هیچ وقت نباید بیشتر از حدود داده شده درجدول ( ۱- ۱ ) باشد. دراین جدول که براساس طبقه بندی ارائه شده در استاندارد اُشا تهیه شده است، مقادیرشیب مجازدیواره ها برای گودبرداریهای مهارنشده تا حداکثرعمق ۷/۳ متر داده شده است.

 

              جدول ۱ -۱ : مقدار شیب های مجاز در انواع خاک ها بر اساس استاندارد اُشا

نوع خاک

نسبت شیب افقی به قائم

زاویه شیب با افق (درجه)

سنگ پایدار

قائم

۹۰

گروه A

۱ : ۷۵/۰

۵۳

گروهB

۱:۱

۴۵

گروه C

۱ : ۵/۱

۳۴

گروه (A کوتاه مدت)

۱ : ۵/۰

۶۳

(برای حداکثر عمق گودبرداری برابر ۷/۳ متر )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

درشکل (۱-۱) حالت های مختلف گودبرداری مایل درخاکهای یک لایه و دو لایه داده شده است.

درشکل (۱-۲)، دردو قسمت (الف) و (ب)چند حالت مختلف ازخاک برداری مایل یا پله ای دیوارها در خاک های گروه Aو Bارائه می شود. در روش خاک برداری پله ای باید به خاطرداشت که ارتفاع سطح اولین پله ازکف گود نباید بیشتراز ۲/۱ مترشود و ارتفاع پله های بعدی نیز درخاک گروهA  تا حداکثر۵۲/۱ متر و درخاک گروه Bتا حداکثر ۲۲/ ۱ متر باید درنظرگرفته شود ؛ همچنین عمق کل ترانشه نباید از ۶ متر بیشترشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱-۱ : حالت های مختلف خاکبرداری مایل دیوارها (واحد ارتفاع فوت است )

 

 

 

 

 

الف - خاکبرداری مایل یا پله ای دیوارها در خاک گروه A

 

ب- خاکبرداری مایل یا پله ای در دیوارها در خاک گروه B

شکل ۱-۲ : حالت های مختلف خاکبرداری مایل یا پله ای دیوارها در خاک های گروه A وB

دراجرای گودبرداری باجبهه مایل درخاک های دانه ای، رگاب مهمترین عامل کنترل کننده پایداری سیستم می باشد و عملیات گودبرداری مایل، بدون استفاده از سازه نگهبان گود درخاک های دانه ای فقط در شرایطی که تراز آب زیرزمینی در عمق پایین تر ازکف گود قرار دارد یا زمانی که زهکشی آب قبل از انجام عملیات گودبرداری صورت پذیرفته باشد، امکان پذیراست. درمواقعی که خاک به صورت دانه ای خشک است، شیب گودبرداری باید زاویه کمتری نسبت به زاویه اصطکاک خاک داشته باشد. درگودبرداری های مهاربندی نشده درخاک های چسبنده، مشکل غالباً ناپایداری دیواره گود است تا ناپایداری کف گود. البته ممکن است نوع مصالح بستر گود هم در ناپایداری سیستم تأثیر بگذارد. در این نوع خاک ها مشکل پایداری در زیر بسترگود اغلب مربوط به پدیده بالازدگی درکف است که بستگی به نوع مقاومت خاک، عمق گودبرداری، شیب دیواره، هندسه گود، وضعیت سفره آب زیرزمینی و روش اجرای عملیات گودبرداری دارد.

در مورد خاک هایی که می توان رفتارشان را با دقتی قابل قبول از نتایج آزمایشات محلی و تستهای آزمایشگاهی تعیین کرد، پایداری دیواره گود به راحتی از طریق روش های تحلیلی مورد استفاده در شیب ها قابل بررسی است. اما برای موارد خاص نظیرخاک های رسی سخت، رسهای متورق[۱]، رس های حساس، رس های یخفرتی[۲] و...پایداری سیستم متأثر از روش اجرا و پلانهای زمین شناسی مربوط به نقاط ضعف در داخل لایه خاک می باشد. درجدول (۱-۲ ) عوامل کنترل کننده پایداری در انجام خاکبرداری با دیواره مایل در برخی خاک های مسئله دار داده شده است. ‌‌‌

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول ۱-۲ : عوامل کنترل کننده پایداری در خاک برداری های با دیواره مایل در خاک های مسئله دار

 

نوع خاک

 ملاحظات اولیه در طراحی شیب مطمئن در خاکبرداری

۱- رس های سفت ترک خورده و رس های متورق                      

در این نوع خاک ها اغلب مقاومت برشی در محل از مقدار تعیین شده در آزمایشگاه کمتر است، در نتیجه احتمال گسیختگی تدریجی شیب ها بدلیل ضعف مقاومتی خاک ویا تغییر شکل های نسبتا  بزرگ که موجب کاهش مقاومت های برشی تا مقادیر مقاومت باقیمانده می شود وجود دارد. نمونه های تاریخچه ای نشان می دهند که عملکرد طولانی مدت یک سیستم در این نوع خاک ها تحت کنترل زاویه اصطکاک باقیمانده قرار دارد. در بعضی رس های متورق زاویه اصطکاک باقی مانده تا ۱۲ درجه نیز می رسد. توصیه می شود برای طراحی شیب گودبرداری در این نوع خاک ها از تجارب و مشاهدات محلی ثبت شده استفاده گردد.

۲- باد رفت ها وسایر خاک های ریزشی

در این نوع خاک ها در حالت خشک تا مرطوب پتانسیل زیادی برای ریزش و فرسایش مصالح وجود دارد. در خاک باد رفتی وقتی حفاری بصورت قائم انجام می شود از تراوش آب ممانعت شده و درنتیجه دیواره ها پایدارتر می گردند. برای کاهش زوایای شیب مؤثرمی توان در دیواره ها از پله هایی در فواصل مشخص از هم استفاده کرد.

۳- خاک های برجا

بسته به شرایط هوازدگی درسنگ مادر، خصوصیات مقاومتی این نوع خاک ها ازمحلی به محل دیگر تغییرمی کند. در خاکهای برجامانده مشاهدات محلی ثبت شده می تواند به انتخاب شیب مؤثرگودبرداری کمک فراوانی نماید.‌

۴- رس های حساس

در رس های حساس بر اثر دست خوردگی چه طبیعی وچه به دست انسان، افت قابل توجهی در مقاومت خاک بوجودمی آید. برای طراحی شیب مطمئن خاکبرداری در رس حساس از تحلیل های براساس تست های زهکشی نشده تحکیم نیافته یا تست های برش پر‌ّه در محل استفاده می شود.

۵- واریزه ها

واریزه توده سستی است که از انباشته شدن سنگ ریزه ها در پای صخره های سنگی شکل می گیرد.

شیب های پایدار در این دسته ازخاک هاعموماً بین ۲۵/۱ تا ۷۵/۱ افقی به ۱ قائم هستند.ناپایداری درخاک های واریزه ای بیشتر به دلیل افزایش آب در اثرذوب شدن برف ها ایجاد می شود.

۶- ماسه های سست

مقاومت ماسه سست اشباع در اثر لرزش ناشی از زلزله یا انفجار شدیداً افت می کند. در این نوع خاک ها پدیده های روانگرایی، فرسایش و رگاب نیز می توانند مشکل ساز باشند.                                                  


 

 

 

 

 

 

فصل دوم

 

 

 

گودبرداری های مهار شده


مقدمه

در طول انجام یک عملیات گودبرداری، جلوگیری از ریزش و تغییرشکل های جانبی جبهه گود از اهمیت بسیاری برخوردار است. در مواقعی که به دلیل محدودیت های محل، نظیر بسته بودن فضای اطراف منطقه گودبرداری، نمی توان دیواره گود را به صورت شیبدار خاک برداری کرد، تنها راه حل اصولی برای اجرای مطمئن گود استفاده از یک سازه نگهبان می باشد.یک سازه نگهبان گود معمولاً در دو مرحله مختلف، یکی پیش از آغاز عملیات خاکبرداری ( بخش اصلی )، و دیگری در حین گودبرداری ( بخش مکمل ) اجرا می شود. به عبارتی با پیشروی عملیات گودبرداری به تدریج فشار ناشی از خاک بر روی سازه اصلی ( دیوارنگهبان ) افزایش می یابد و لازم است سازههای مکمل که همان مهارها می باشند نصب شوند. در این فصل درباره سازه های نگهبان و در فصل بعد درباره سازه های مکمل نگهبان بحث خواهیم کرد. ‌

 

۲-۱-گودبرداری های مهاربندی شده و انواع سازه های نگهبان

در این بخش انواع سازه های اصلی نگهبان به همراه توضیحاتی در مورد ویژگی هر یک از آنها ارائه می شود.

۲-۱-۱- دیوارهای ساخته شده ازپایه های نگهبان وتخته بندی[۳] (دیواربرلینی)

سیستم پایه های نگهبان وتخته بندی یک روش مناسب برای محافظت از دیواره گودبرداری می‌باشد. روش اجرای دیوار در این سیستم به این صورت است که قبل ازشروع گودبرداری مقاطع نیمرخ های فولادی در فواصل ۲ تا ۳ متری به داخل خاک کوبیده شده وسپس در طی عملیات خاکبرداری برای کنترل حرکات جانبی دیوار و ممانعت از ریزش خاک به داخل گود، الوارهای چوبی به صورت افقی دربین این پایه هاقرارداده می شود. در شکل (۲-۱ ) انواع مقاطع مورد استفاده در اجرای پایه های نگهبان ارائه شده است. درشکل ( ۲-۲ ) هم می توان روش اجرای سیستم دیوار برلینی را مشاهده نمود. در صورتی که الوارهای چوبی پشت بال های درونی پروفیل‌ها قرارگیرند، امکان تغییرشکل بیشتری در خاک فراهم می آید لذا در مواردی که این مسئله مهم باشد لازم است الوارها با سرعت زیاد در پشت بال های بیرونی قرار گیرند.

 


شکل۲ -۱ : انواع مقاطع مورد استفاده در اجرای پایه های نگهبان

 


شکل ۲-۲ : روش اجرای سیستم دیوار برلینی

 

در اجرای این سیستم دربرخی خاک ها نظیررس های سخت و رس های متورق به دلیل کوچک بودن تغییرشکل ها می توان بخش تخته بندی را حذف نمود.

معمولاً در گودهایی که درخاک های زه کش پذیر و در زیرتراز آب زیرزمینی اجرا می شوند فضایی درحدود ۵/۲ سانتیمتر در بین تخته ها جهت اجازه به عمل زه کشی درنظرگرفته می شود نظر به اینکه نشت آب از این فضای تعبیه شده دربین تخته ها می تواند باعث خروج مصالح ریز تر و ایجاد حفراتی در خاک پشت دیوار گردد ( که نتیجه این پدیده ایجاد افت و نشست درخاک مجاور دیوار خواهد بود )، لازم است که بازشدگی های بوجود آمده توسط الیاف گیاهی یا مصنوعی و یا فیلترها ی ژئوسنستیک پوشیده شود.

شرایط مناسب برای اجرای سیستم دیوار برلینی دررس هایی که حداقل کمی پیش تحکیم یافته هستند برقراراست. همچنین در تمام خاک های واقع در بالای تراز سفره آب زیرزمینی درصورتی که خاک کمی چسبندگی داشته باشد و یا در خاک های همگن زه کش پذیر که عمل خشک سازی مناسب درآنها اجرا می شود، این سیستم را می توان اجرا کرد. دلیل مناسب بودن سیستم دیوار برلینی در این نوع خاک ها را می توان به این صورت بیان کردکه با توجه به اینکه درطول عملیات گودبرداری تا قرار دادن الوارهای چوبی در بین پایه ها بخشی از دیوار گود بدون محافظ باقی میماند به روشنی پیداست که نتیجه اجرای سیستم دیوار برلینی در رس های نرم و ماسه های سست، وقوع تغییرشکلهای  قابل توجه درخاک مجاورگود و ریزش خاک در دیوارها خواهد بود.‌

برای گودبرداریهایی که در خاک های دانه ای تمیزودر زیر تراز سفره آب زیرزمینی انجام میگیرند اگر نشت آب از دیواره ها اجتناب ناپذیر باشد اجرای عملیات خشک سازی لازم و ضروری است. نوع روش خشک سازی مورد استفاده در محل متأثر از ارتفاع آب زیرزمینی در بالای بسترگود است. از معمولترین روش های خشکسازی مورد استفاده در عمل می توان به چاهک‌ها و ترانشه های پمپاژ، چاهای زهکش و. .. اشاره کرد. دردیوارهای برلینی بیشترین دلیل مربوط به افت زمین را می توان در خروج مصالح به وسیله آب از بین الوارهای چوبی بیان کرد، که همانطور که گفته شد باید برای مقابله با آن، محل درزهای بین الوارهای چوبی را با الیاف گیاهی خشک، یا الیاف مصنوعی پوشاند.‌

یکی از مزایای استفاده از سیستم دیوار برلینی این است که در زمین های محکم مثل زمین های شنی و قلوه سنگی که کوبیدن پایه ها به داخل خاک به سختی انجام می گیرد می توان موقعیت پایهها را تغییر داد و یا اینکه محل استقرارشان را پیش حفاری نمود. عمل پیش حفاری محل پایه ها عموماً در مناطق شهری استفاده می شود تا از صدای ناشی ازکوبیدن پایه هاجلوگیری شود. البته درخاک های غیر چسبنده واقع در زیرسفره آب زیرزمینی نصب پایه ها با این روش مشکل ساز بوده و ممکن است در اثر جریان یافتن آب از خاک اطراف به داخل چاه های حفرشده، نشست هایی در خاک منطقه ایجاد شود. معمولاً برای مقابله با این مشکل در طول حفاری چاه ها به داخل آنها گل بنتونیت تزریق می شود.‌

روشی که برای اجرای سیستم تخته گذاری در بین پایه ها انتخاب می شود تأثیر زیادی بر نحوه انتقال فشارهای خاک به دیوار و همچنین کنترل حرکات جانبی آن دارد. به عنوان مثال شکل (۲- ۳ ) را در نظر بگیرید، در این شکل در سه بخش جداگانه سه روش مختلف اجرای سیستم تخته گذاری بین پایه ها نشان داده می شود.

 

 

(الف)- ۱ تخته گذاری در پشت بال

 

 

 


(الف) -۲

 

 

(ب)تخته گذاری بر روی بلوک های فاصله دهنده واقع بر پشت بال

 

 

 

)تخته گذاری در مقابل بال

شکل ۲-۳ : روش های مختلف اجرای سیستم تخته گذاری دربین پایه های نگهبان

 

در روش اول (شکل الف)، نظر به اینکه الوارهای چوبی بر بال بیرونی پایه ها تکیه داده ‌شده‌اند، بیشتر فشار خاک مستقیماً بر پایه های نگهبان وارد می شود و فقط بخش کمی از آن توسط الوارهای چوبی به پایه ها منتقل می گردد. در شکل۲-۲ نیز از این روش برای اجرای تخته گذاری بین پایه های نگهبان استفاده شده است.

همانطورکه ملاحظه می شود برای اجرای تخته گذاری بین پایه های نگهبان استفاده شده است. همانطورکه ملاحظه می شود برای اجرای چنین سیستمی لازم است بخشی از خاک واقع دربال بیرونی پایه هاگودبرداری شود. در صورتیکه مقدارخاکبرداری بیش ازحد باشد و پس از قرار دادن الوارهای چوبی فاصله ای بین خاک و الوارها باقی بماند (شکل۲-۳ الف -۱ )، باید برای جلوگیری از حرکت خاک و ریزش دیواره گود، فضای خالی ایجاد شده را توسط تزریق ملات پر کرد. در (شکل۲-۳- ب ) روشی بکار رفته که در آن الوارهای چوبی بر روی بال داخلی پایه ها تکیه داده می شوند. برای اجرای این سیستم کل خاک اطراف پایه ها نیزخاکبرداری می شودوسپس بلوکهای فاصله دهنده ای[۴] بر روی بال داخلی پایه جوش داده شده و در نهایت الوارهای چوبی بر روی آنها تکیه داده می شود. مزیت روش فوق در این است که با بیرون ماندن پایه های نگهبان (نیمرخ های فولادی )، می توان از آنها درتسلیح سازه نگهبان دائمی نیز استفاده نمود.لازم به ذکر است که در هنگام اجرای تخته گذاری در این روش، امکان وقوع نشست ها ی بزرگ در خاک مجاور دیوار وجود دارد. پک ( ۱۹۶۹ ) مشاهده کرد که درشرایط یکسان، میزان نشست های مجاور یک دیوار اجرا شده با روش (ب) حدوداً سه برابر بزرگ تر از نشست هایی است که در روش (الف) ایجاد می شود. در روش (ج) که بهترین روش برای کاهش حرکات جانبی دیوار است، خاکبرداری فقط تا سطح بیرونی بال داخلی پایه ها  انجام شده و سپس توسط اتصالاتی الوارهای چوبی بر روی بال خارجی پایه ها  نصب می گردند. یک روش مشابه روش جدار برلینی این است که به جای تیرهای فولادی از شمع های چهار گوش بتنی پیش ساخته مسلح استفاده شود. بتدریج با پیشرفت عملیات گودبرداری بین این شمع ها شاتکریت یا بتن ریزی در جا صورت می گیرد این روش که صورت دیگری از روش جدار برلینی است روش جدار پاریسی نامیده می شود.

 

۲-۱-۲- دیوارهای سپری [۵]

سپرها اجزاء نازک و انعطاف پذیری هستند که همچون شمع در زمین کوبیده می شوند و از کنار هم قرارگرفتن آنها یک دیوار نازک وانعطاف پذیربوجود می آید.معمولاًدیوارهای سپری از جنس چوب یا فولاد انتخاب می شوند ولی در مواقعی که در محیط های ساحلی استفاده می شوند برای غلبه بر مشکل فرسایش و پوسیدگی ازسپرهای بتنی پیش ساخته، فولادهای مخصوص و یا حتی الوارهای چوبی کرئوزوت زده شده نیز می توان استفاده کرد.

 


 

شکل۲-۴ : نمونه هایی از سپر کوبی چوبی مورد استفاده در اجرا

 

همانطور که قبلاً هم مطرح شد در صورتیکه سپر کوبی چوبی مورد نظر باشد نوع خاک عامل مهمی محسوب می شود. تقریباً در هر نوع سپر کوبی باید از کلاهک سپر کوبی بر روی چوب استفاده کرد تا آسیب دیدگی سر چوب در اثر ضربات چکش به حداقل کاهش پیدا کند. کوبیدن سپر چوبی در خاک های سخت یا شن دار به آسیب دیدگی یا حتی شکاف برداشتن نوک سپر منجر میگردد. گاهی اوقات می توان با کوبیدن یک میله یا وسیله ای مشابه و بیرون کشیدن آن، یا با استفاده از آبفشان برای ایجاد سوراخ پیش حفاری شده جهت کاهش مقاومت کوبشی، جلوی آسیب دیدگی را گرفت. سپر ها را می توان بصورت نوک تیز ساخت و آنها را طوری قرار داد که سپر در حال کوبش، بصورت گوه ای در کنار سپر کوبیده شده قبلی قرار گیرد. ‌

سپر های بتنی، اعضای پیش ساخته بتنی با اتصال معمولاً کام و زبانه ای هستند. این سپرها برای تنش ها ی بهره برداری طراحی می شوند اما بدلیل وزن آنها تنش های جابجایی و کوبش را نیز باید در طراحی به حساب آورد. نوک این سپر ها معمولاً پخدار بتن ریزی می شود تا بصورت گوهای در کنار سپر کوبیده شده قبلی قرار گیرند. در شکل (۲-۵ ) نمونه ای از مقاطع سپر های بتن مسلح نشان داده شده است. ابعاد نمونه در این شکل نشانگر حجیم بودن نسبی سپر ها است. در زمان کوبش، سپرها حجم زیادی از خاک را همراه با افزایش مقاومت کوبشی جا به جا می کنند. ابعاد نسبتاً بزرگ به همراه وزن مخصوص بالا به معنی آن است که سپرها کاملاً سنگین بوده و با دیگر انواع سپرها قابل رقابت نیستند، مگر آنکه درنزدیکی محل کار ساخته شوند. ابعاد و میلگرد های آرماتوربندی نشان داده شده در شکل(۲-۵ )حالت نمونه دارد. چنانچه در اجرای این نوع سپرها درزها پس ازکوبیدن سپرها تمیز و دوغاب ریزی شوند امکان ایجاد دیواری نسبتاً آب بند وجود دارد، اما درصورت دوغاب ریزی درزهای دیوار باید در فواصل مشخص در طول دیوارکه مضربی از عرض سپرها است، درزهای انبساط ایجادکرد.‌


شکل ۲-۵ : نمونه ای از دیوار نگهبان از جنس سپر بتنی

 

سپرهای فلزی به دلیل چند مزیت زیر نسبت به دیگر مصالح، متداول ترین نوع سپر مورد استفاده دیوار ها محسوب می شوند.

الف ) در مقابل تنش های کوبشی بالای ایجاد شده در مصالح سخت یا سنگی مقاوم هستند.

ب ) نسبتاً سبک وزن هستند.

پ ) از آنها می توان چندین بار استفاده کرد.

ت ) در صورتی که مطابق با گزارش ( ۱۹۶۲ ) NBS  که اطلاعات مربوط به تعدادی از سپرهای بررسی شده را پس از مدت زمان کارطولانی خلاصه کرده است، مورد حفاظت نسبتاً کمی قرار گیرند عمر بهره برداری آنها در بالای تراز آب و زیر آب طولانی خواهد بود.

ث ) امکان افزایش طول سپر به کمک جوشکاری یا پیچ وجود دارد.

در صورتی که نتوان طول کامل طراحی را کوبید، به راحتی می توان طول اضافی را با مشعل برش قطع کرد.

ج ) چنانچه در زمان کوبش بطور کامل با خاک یا سنگ های کوچک احاطه شوند، درزها کمتر در معرض تغییر شکل قرار می گیرند.

نیمرخ سپرهای فولادی ممکن است بصورت Z، عمیق ( Deep arch )، کم عمق( Low arch) و تخت ( Straight web ) باشند. برای درز بندی و یکپارچگی، لبه های نیمرخ های فولادی به نحو خاصی بصورت کام و زبانه در می آیند. در شکل ( ۲-۶- الف) اتصال کام و زبانه انگشتی ( Thumb and finger ) و در شکل ( ۲-۶- ب ) کام و زبانه توپی (Ball and socket ) نشان داده شده است.


شکل ۲-۶ : اتصالات بین سپر های فولادی،

الف : اتصال کام و زبانه انگشتی - ب : اتصال کام و زبانه توپی

 

سپر های فولادی برای گودهای با عمق زیاد بکار برده می شوند و مهمترین ویژگی شان این است که برای کنترل بالا زدگی در خاک های رسی و رگاب در خاک های ماسه ای اشباع می توان آنها را به داخل عمق های بیشتر در زیر کف گود کوبید. حسن دیگر این سیستم ها آب بندی نسبتاً خوب آنها می باشد، ولی اگر درحین کوبیدن آسیب ببینند آبگذری درآنها می تواند شدید بوده و مشکل ساز گردد.در سپر های اجرا شده درخاک های ماسه ای سست، نشت آب از محل قفل و بست بین سپرها ممکن است باعث خروج مصالح و در نتیجه افت خاک زمین مجاور گردد.

سپر ها را به سه طریق می توان اجرا کرد :

۱ ) کوبیدن

۲ ) تغییر دادن مشخصات زمین

۳ ) حفاری

به لحاظ اجرایی از هیچ یک از روش های فوق نمی توان در مناطق محدود شهری جهت گودبرداری در کنار یک ساختمان بهره برد، زیرا در روش اول فضای محدود، امکان کوبیدن سپر در منتهی الیه دیوار همسایه را به دستگاه لرزاننده نمی دهد همچنین سرو صدای زیاد عملاً اجرای آن را غیر ممکن می سازد. در روش دوم زمین با لرزاندن یا با فشار آب، نرم می گردد تا سپر به آسانی در خاک فرو رود ( زمینهای دانه ی ). بدلیل آنکه عملیات اجرایی در نزدیک پی همسایه انجام میگیرد سست کردن خاک با اضافه کردن آب، خود باعث نشست پی های مجاور می شود. ‌

به طور کلی از دیگر معایب این روش می توان موارد زیر را نام برد.

الف ) سپرهای استاندارد درکشور تولید نمی شوند و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند.

ب ) در سپر ها هم به لحاظ مسأله کمانش در سپر و هم مشکل غلبه بر اصطکاک جداره سپر برای کوبش در اعماق زیاد، محدودیت عمق وجود دارد.

 

 ۲-۱-۳ - دیوارهای بتنی[۶]

این روش از دهه ۱۹۲۰ شکل گرفت  و بسته به شرایط پروژه های مختلف تغییراتی در نحوه اجرا و اجزای سازه ای آن پدید آمد.این دیوارها که به جدار زمینی هم معروفند سه نقش اساسی ایفا می کنند.

۱ ) ناتراوا کردن زمین

۲ ) سازه نگهبان برای گود

۳ ) باربری قائم

بعلت کم بودن ضخامت دیوار در مقایسه با ارتفاع دیوارهای جدا کننده این دیوارها هم جزء المان های انعطاف پذیر به شمار می آیند. هر چند کاربرد سپر ها و دیوارهای جدا کننده بهم نزدیک می باشد ولی از حدود ۵۰ سال پیش مزایای بیشتر دیوار جدا کننده باعث شده است که از سپرها کمتر استفاده گردد.

ویژگی عمده سیستم دیوار بتنی آن است که می تواند به عنوان یک حصار آب بند مورد استفاده قرار گیرد. برخلاف دیوار سپری که در اجرای آن، کوبیدن سپر باعث ایجاد دست خوردگی شدید در خاک می شود و یا دردیوار برلینی که مسئله ریزش دیواره همواره درآن مطرح میباشد، روش اجرای دیوار بتنی طوری است که با حداقل دست خوردگی و ریزش خاک همراه می باشد.

دیوارهای بتنی عموماً با استفاده از روش ترانشه حاوی گل بنتونیت[۷] اجرا می شوند. در این روش مطابق شکل( ۲ - ۷ )در امتداد خط دیوار، پانل هایی به صورت جداگانه گودبرداری و بطور همزمان باگل حفاری پرمی شوند.سپس شبکه آرماتورهای تسلیح به داخل پانل ها انتقال یافته و عمل بتن ریزی پانل صورت می پذیرد. کارآیی روش مذکور خیلی زیاد است بطوری که در اجرای دیوارهای بتنی ساختمان مرکز تجارت جهانی نیویورک با استفاده از این روش ترانشه هایی با عمق بیش از ۲۰ متر در میان نهشته های ضخیم سیلت آلی نرم ایجاد شده، که پایدار مانده است.

البته چگالی گل بنتونیت که در حدود ۰۶/۱ است به تنهایی نمی تواند موجب پایداری دیوارههای پانل ها شود بلکه عرض پانل نیز تأثیر مهمی بر این مسئله دارد ( بنتونیت فقط نقش پایداری موقت دیوارهای خاکی را دارد و با بتن ریزی از محیط خارج می گردد). معمولاً ضخامت هریک از پانل ها حدود ۵۰ تا ۱۰۰ سانتیمتر و عرض آنها تا حداکثر۷ متر انتخاب می شود.

باتوجه به اینکه دیوارهای بتنی ناتراوا هستند، دراجرای آنها درخاک های دانه ای دیگرنیازی به اجرای عمل خشک سازی نیست و فقط باید درزهایی بر روی دیوارجهت خروج آب پشت آن تعبیه شود.از این روش بخوبی می توان برای حفاریهایی که طول زیادی دارند استفاده نمود. زیرا این عملیات در گروههای کوچک مقرون به صرفه نبوده وهزینه بالایی دارد.از این روش نیاز دستگاه حفاری به فضای عملیاتی بالا است. لذا درمحل هایی که دارای محدودیت جانبی هستند به سختی کارمی کند.

چنانچه خاک محل دارای خلل و فرج زیاد و بسیار تراوا باشد سطح اجراشده دیوار بسیار ناهموار خواهد بود و حتی گاهی مشاهده شده است که تکه های چند متری از بتن سخت شده حین حفاری از دیوار بیرون زده است. لذا در این موقع بایستی هزینه اضافه تری برای ترمیم دیوارهزینه کرد.گاهی اوقات این کار باعث افزایش ضخامت دیوارشده که درنتیجه برای کارفرما از نظر اقتصادی توجیهی ندارد.

نوع دیگری ازدیوارهای بتنی بنام دیوار ( SPTC) وجود داردکه بیشتر برای محافظت ازگودبرداریهای عمیق در زمین نرم مورد استفاده قرار می گیرد. دراجرای این سیستم نخست در امتداد خط دیوار و در فواصل مشخص ( معمولاً دو برابر ضخامت دیوار ) سوراخ هایی حفر شده و در داخل آن  مقاطع نیمرخ های فولادی قرار داده می شود. قطرسوراخ باید به اندازه ای باشدکه نیمرخ فولادی را محکم نگه داشته و اجازه حرکت آن را ندهد. همچنین برای جلوگیری از افت خاک اطراف و ریزش دیواره سوراخ ها، باید همزمان با عملیات حفاری، داخل آنها با گل بنتونیت پرشود. پس از استقرار پایه ها فواصل بین آنها بوسیله روش ترانشه حاوی گل، گودبرداری و بتن ریزی میشود. در این سیستم در مواقعی که خاک بستر گود ضعیف است می توان تیرهای فولادی را تا رسیدن به لایه های مقاوم تر کوبید ولی اجرای دیوار فقط تا کف گود و یا تا عمقی که برای کنترل بالا زدگی کف گود کافی باشد انجام می شود.


شکل ۲-۷ : ترتیب اجرای دیوار نگهبان از نوع دیوار بتنی مسلح

۲-۱-۴ - دیوارهای ساخته شده از مجموعه شمع های در جا

در اجرای این سیستم در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود شمع های بتنی درجا، در فواصل معین از هم اجرا می شوند و سپس عملیات گود برداری و حفاری انجام می شود. در حقیقت شمع های اجرا شده فشار جانبی خاک را همانند یک تیر کنسول تحمل می کنند. طول گیرداری لازم برای شمع ها در حدود ۳/۰ ارتفاع گود می باشد.

یکی از مزیت های سیستم فوق، بالا بودن سرعت عملیات اجرایی در آن است. طبیعی است که با افزایش ارتفاع گود، فواصل بین شمع ها کمتر شده و قطر مورد نیاز آنها بیشتر می گردد. با توجه به مطالعات صورت گرفته پیشنهاد شده است که از این روش برای گود برداری های با عمق حداکثر ۵ متر استفاده شود.سختی دیوار نگهبان در مقدار تغییر شکل های و توزیع فشار پشت دیوار تأثیر فراوانی دارد.

چهار نوع دیواری که معرفی شدند جزو سیستم های دیوار نگهبان متداول در دنیا می باشند. در جدول ( ۲- ۱ ) حدود سختی هر یک از این سیستم ها ارائه شده است. همانطور که در این جدول ملاحظه می گردد در میان این چهار سیستم، سختی دیوار بتنی بیشترین مقدار و سختی دیوار سپری فولادی کمترین مقدار را داراست.

جدول ۲-۱ : حدود سختی سیستم های دیوار نگهبان

نوع دیوار

EI سختی دیوار (کیلو نیوتن در متر مربع )

۱ – دیوار سپری فولادی

۳۵۰ - ۳۵۰۰۰

۲ - دیوار برلینی

۸۵۰ -۵۰۰۰

۳ - دیوار بتنی

۱۲۰۰۰۰-۹۵۰۰۰۰

۴- دیوار ساخته شده از شمع های گروهی

۴۱۵۰۰۰ - ۴۷۵۰۰۰

 

۲-۱- ۵ - جدار زمین با روش بالا به پایین

این روش حدود ۲۰ سال است بطور موفقیت آمیزی در پروژه های مهم و بزرگ در سرتا سر دنیا اجراشده است. مراحل اجرا بدین شکل است که ابتدا مشابه دیوارهای جدا کننده، دیوار بتنی با ضخامت کم ( نسبت به ارتفاع گود ) ساخته می شود، سپس در محل ستونها چاههایی حفر می شود و پی ستونها بصورت شمع اجرا می گردد. ستونهای اصلی ساختمان در آن کار گذاشته می شود و سپس تا زیر سقف زیر زمین اول گودبرداری شده و تیر ریزی و دال کف آن بطور کامل اجرا می‌شود. در مرحله بعدی تا زیرسقف زیرزمین دوم نیز اجرا می گردد وبه همین ترتیب در ضمن اینکه خاکبرداری صورت می گیرد طبقات زیر زمین نیز ساخته می شود و حتی همزمان طبقات بالای سطح زمین را نیز می توان اجرا کرد.

 

 

 مزیت های این روش عبارتست از :

۱ ) شروع اجرای طبقات بالا قبل از خاک برداری کامل و اجرای فونداسیون.

۲ ) کاهش ضخامت دیوار به دلیل استفاده از دیافراگم طبقات به عنوان حائل.

 

همچنین معایبی که می توان برای این روش بر شمرد عبارتند از :

۱ ) مشکل بودن عملیات خاکبرداری با این روش

۲ ) کند بودن اجرای ستونها و دال و تیر ریزی نسبت به حالت عادی

لازم نیست حتماً پی ساختمان شمع باشد چنانچه پی گسترده در نظر گرفته شده باشد می توان ابتدا پی را با توجه به بارهای موقتی که به آن وارد می شود بصورت شمع کوتاه طراحی نمود و پس از گودبرداری کامل پی گسترده را اجرا کرد.

 

 


 

 

 

 

 

فصل سوم

 

 

 

 

سازه های مکمل نگهبان (مهاربندی های جانبی )

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[۱] - Shales

[۲] - Clay tills

[۳] Soldier Piles and Laggings

[۴] - Spacer Blocks

[۵] - Sheet Pile

[۶] - Concrete Walls

 

[۷] - Slurry Trench Method

 

جستجو

برای استفاده از تمامی مطالب ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید:

برخی از مطالب این سایت به دلیل حجم بالای آن ها، فقط در اختیار اعضای سایت قرار می گیرد.