Blogs

Writers: Morteza M. Ardekani, M.Sc, P.Eng

Shahab Yasrebi, Ph.D, P.Eng

Majid Fathi, M.Sc, P.Eng

Mehran Heydari, M.Arch

Hamid Hemati, P.Eng

حفاظت جداره گودبرداری (Shoring)

اولین مرحله برای ساخت یک ساختمان جدید، گودبرداری است که از جمله خطرناک ترین کارهای عمرانی محسوب می شود. بی توجهی در گودبرداری می تواند منجر به خسارت به ساختمان مجاور و حتی فاجعه انسانی شود. در مواردی که به علت محدودیت زمین، امکان تامین شیب پایدار فراهم نباشد، لازم است که گودبرداری حفاظت شده یا مهاربندی شده  (Shoring) صورت گیرد.

طی عملیات گودبرداری، تعادل نیروهای نگهدارنده جانبی خاک بهم خورده و در صورتی که عمق گود برداری از عمق بحرانی پایدار خاک عبور کند منجر به ظهور ترک های کششی شده و می تواند به گسیختگی و ریزش گود منجر شود. قبل از انجام هر کار ساختمانی و اقدام به گودبرداری به منظور جلوگیری از ریزش دیوارهای گود، رانش خاک و پایدار کردن گود در برابر حرکات افقی، سازه‌ای در درون خاک به نام سازه نگهبان (Shoring) احداث می‌شود که ساخت این سازه نیازمند دانش مهندسی خاک وپی (ژئو تکنیک )  است تا این سازه بتواند در برابر انواع رانش و دیگر اتفاقات پایدار باشد. البته عوامل مختلفی در میزان خطرناک بودن گود برداری موثر است:

• ضعیف بودن پارامترهای موثر در پایداری خاک
• زیاد بودن عمق گود
• طولانی شدن مدت باز ماندن گود
• بالا بودن سطح آب‌های زیرزمینی

انواع سازه های نگهبان برای حفاظت از گودبرداری

• شمع فلزی و دیواره های میان شمعی (Soldier pile and lagging)

در این روش ابتدا در حاشیه زمینی که قرار است گود برداری شود، در فواصل معین چاه‌هایی حفر می‌کنیم .عمق این چاه‌ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافی برای شمع بتنی انتهای تحتانی این چاه‌هاست. پس ازحفر چاه‌ها درون آن‌ها پروفیل‌های  I شکل یا  H  شکل قرار می‌دهیم. فاصله بین پروفیلها  2 تا 2.5 متر است بطوریکه بتوان فضای بین آنها را با الوارهای چوبی (lagging) پرنمود. ( در بعضی از شرایط ممکن است از قطعات بتنی پیش ساخته و یا پرده های شات کریت(Shot Crete) نیز برای پوشش خاک میان شمعها استفاده کرد.)

به منظور تأمین گیرداری و مهار کافی برای این پروفیل‌ها، انتهای پروفیل‌ها را به میزان مورد نیاز برای تامین پایداری دورانی  شمع ها، پایین‌تر از رقوم کف گود ادامه می‌دهیم. ( بین 0.75 تا 1.5 برابر عمق گود)  سپس شمع انتهای تحتانی را بتن ریزی می‌کنیم. بدین ترتیب پروفیل‌های فولادی مذکور درشمع مهار می‌شوند و پروفیل‌های فولادی همراه با شمع نیز در خاک مهار می‌شوند .پس ازاجرا این مرحله ،عملیات گودبرداری را به صورت مرحله به مرحله اجرا می‌نماییم.

• نیلینگ (Nailing ) و پوسته محافظ

در این روش با نصب میله هایی با زاویه 15 تا 35 درجه در بدنه گودبرداری همزمان با خاکبرداری و استفاده از پوشش های مکانیکی نظیر شات کریت بدنه خاک برای تحمل تنشهای کششی ناشی از تنش جانبی مقاوم شده و عمق پایدار گود افزایش میابد.

• شمع درجا به هم چسبیده (Tangent or Secant pile)

در مواردی که سطح آب زیرزمینی بالا بوده و لازم باشد که مهاربندی علاوه بر حفاظت از گودبرداری، نقش پوسته آب بند را هم ایفا نماید  و یا شرایط خاک اجازه و فرصت خاکبرداری و پو شاندن با lagging   را ندهد از این روش استفاده می شود. شمع درجا می تواند به صورت عمودی هم بار تحمل کند. دراین روش ابتدا شمع هایی با بتن پلاستیک یک و یا چند در میان حفاری و اجرا می گردد و سپس با رعایت هم پوشانی شمع های اصلی و سازه ای با رعایت احداث جداره زنجیره ای و پیوسته اجرا می گردد.

در همه این روشها در صورت افزایش عمق گود باید از تکیه گاه های جانبی نظیر دستک و یا تای بک برای نگهداری شمع های قائم استفاده کرد.

مشکلات گودبرداری در پروژه های ویلایی

در توسعه ساختمانهای مسکونی در تورنتو تحولاتی در سال های اخیر پدید آمده است. این تحولات و طرح های جدیدی که مهندسان معمار در این صنعت در انداخته اند هم در زمینه سازه  و هم در زمینه گودبرداری موارد جدیدی را مطرح کرده است.

یکی از این موارد جدید افزایش عمق گود برداری در ساختمانهای مسکونی ویلایی است. در گذشته در کانادا و علی الخصوص در تورنتو ساختمانها ی ویلایی دارای زیر زمین های محدود و با ارتفاع کم بود و با توجه به خاک منطقه معمولا نیازی به نگهداری جداره گود نداشت.

افزایش ارتفاع زیر زمین ها و تراز قرارگیری طبقه هم کف در طراحی های امروزی باعث شده است تا عمق گود برداری در ساختمانهای ویلایی در شهر تورنتو از 2.8 تا 3.5 متر شود. این ارتفاع گود برداری در بسیاری از نقاط شهر بدون حفاظت جدار امکان پذیر نیست.

از حدود دوسال پیش شهرداری تورنتو برای صدور پروانه های ساختمانی از متقاضیان خواسته است که نقشه حفاظت گود برداری را به ضیمه نقشه های دیگر تهیه و ارسال کنند. در شروع این روند مهندسان سازه بر اساس آموزه های دانشگاهی و روشهای متداول در حفاظت گودهای ساختمان های بلند از سیستم های معمول شورینگ استفاده و نقشه ها را محاسبه و تهیه کردند. در بسیاری از موارد نزدیکی حفاری برای شمع های سیستم نگهدارنده گود به ساختمان های همسایه باعث شد اعتراضاتی در مورد آسیب دیدن فنداسیون و دیوار های زیرزمین و عایق بندی آن به شهرداری ارسال شود. افزایش این اعتراضات شهرداری ها را بر آن داشت تا ضوابط کنترل لرزش (vibration control) را که تا آن زمان برای اجرای آن سخت گیری نمیکردند به مرحله اجرا بگذارند. اجرای این دستور العمل مشکلات اجرایی و قانونی را برای روشهای معمولی حفاری شمع فراهم نموده که در این مجال فرصت بیان جزییات آن نیست.

در این بررسی موردی از یک روش ابداعی در حفاظت گود صحبت خواهیم کرد که دارای مزایای زیادی در حفاظت گود های شهری و برای ساختمانها ویلایی است.

 OLD YONGE 245 مطالعه موردی پروژه

در این پروژه ارتفاع متوسط گودبرداری در جدار جنوبی سایت 3.4 متر بوده و با توجه به تجربه سازنده در مورد حفاظت به روش Soldier pile and lagging و مشکلاتی که این روش به لحاظ اجرایی و قانونی برای وی ایجاد کرده بود، سازنده و گروه طراحی پروژه علاقه مند به استفاده از روشی بودند که بدون ایجاد ارتعاش امکان حفاظت جداره گود را فراهم نماید. با توجه به تجربیات گذشته شرکت Geomaple Geotechnics  در شرایط مشابه و همکاری طراح پروژه از روش ابداعی ENSCON-GEOMAPLE برای حفاظت جداره گود این پروژه استفاده شده است.

دراین روش از پیچ شمع های لوله ای ( Helical Piles) به عنوان soldier pile   استفاده شده است. ارتفاع زیاد شمعهای عمودی با استفاده از شمع های مورب تای بک ز همان نوع پیچ شمع مهار شده است. مقطع کلی طرح در شکل زیر نشان داده شده است.

مزایای اجرای روش جدید:

روش ابداعی جدید مزایایی به شرح زیر دارد:

• عدم نیاز به حفاری
• عدم ایجاد لرزش در هنگام اجرا
• جلوگیری از ریزش احتمالی زیر فنداسیون همسایه در هنگام حفاری شمع
• نیاز نداشتن به کیسینگ در خاک های ریزشی و ماسه های سست
• امکان اجرای تای بک در زاویه تند مانند بیش از 50 درجه تا 75 درجه نسبت به افق
• نیاز به جای بسیار کم
• عدم تداخل دستک ها با قالب بندی بتن
• جلوگیری از ریزش رویه جداره گود در هنگام نصب جداره میان قابی

اجرای سریع و بدون ارتعاش و جابجایی خاک در این روش بدون خارج کردن خاک از زمین شمع ها بوسیله یک بیل مکانیکی در بدنه خاک پیچانده میشود و بنابر این هیچ ریسکی برای ترک خوردگی در خاک همسایه و یا نشست زیر پی همسایه وجود ندارد

آنچه در این پروژه جالب توجه بوده است، استفاده از شمع پیچها به عنوان تای بک بوده است. از محاسن این روش این است که میتوان تا بک هایی با زاویه نزدیکتر به قائم تا حدود 75 درجه اجرا کرد. بنابر این در این پروژه در فاصله 4 فوتی مرز زمین تای بک اجرا شد و با طول 3 متر از زمین خارج نشد و تجاوزی به ملک مجاور بوجود نیامد.

اجرای سریع پوشش خاک با استفاده از سیستم بتن پاششی ( shotcrete) بدون نیاز به خالی کردن بخش زیادی از خاک پشت شمعها از دیگر محاسن این روش است.