بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود

بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود

بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود در پروژه های ساختمانی کشور و انتخاب مناسب ترین روش تصمیم گیری

مبحث حفاظت از پایدارسازی گود و ساختمان های موجود در مجاورت آن، همواره یکی از مهمترین مشکلات و دغدغه های موجود در علم مهندسی عمران می باشد.

چون  در صورت عدم انتخاب روش های مناسب به منظور حفاظت گودها و همچنین شیب های در حال احداث، منجر به خسارات جبران ناپذیری شده و مخاطرات بوجود آمده ناشی از نشست های احتمالی و تقلیل ظرفیت باربری و تغییر مکان های جانبی، موجب خسارات جدی خواهد شد.

از این رو نحوه گودبرداری و پایدارسازی دیواره‌های گود در محل احداث جزء ابتدایی ترین و بنیادی ترین مسائل در ساخت سازه های بزرگ می‌باشد.

یکی از تصمیم گیری های حیاتی مدیر یک پروژه ساختمانی، انتخاب روش پایدارسازی گود حفاری شده می باشد.

که پس از بررسی های صورت گرفته و ترتیب جلسات گوناگون مشورتی با مشاوران و طراحان، این تصمیم اتخاذ می شود.

انتخاب صحیح روش پایدارسازی باعث افزایش ضریب اطمینان نسبت به عدم تغییر مکان غیرمجاز جداره های گود، کاهش زمان پایدارسازی، کاهش هزینه های پایدارسازی و … خواهد شد.

بنابراین عدم انتخاب صحیح این روش نیز می تواند کلیه عوامل ذکر شده را کاملا تغییر داده و به حالت منفی درآورد.

هر یک از روشهای گودبرداری و محافظت ازآن، دارای روند اجرای خاص و مزایا و معایبی بوده که در این پژوهش با بررسی هر یک از این روشها و مقایسه آنها طبق معیارهایی نظیر کیفیت اجرا، هزینه، ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز، و … سعی می شود بهترین روش بر اساس مناسب ترین مدل تصمیم گیری  معرفی گردد.

بدین منظور با مطالعه و بررسی کتب، مقالات و پایان نامه های ارائه شده با موضوع پایدارسازی گود، با هدف تحقیق کاربرد و روش تحلیلی پیمایشی، و با استفاده از نرم افزارهای SPSS و TOPSIS به  مقایسه و معرفی برترین و مناسب ترین روش های حفاظتی گودبرداری پرداخته می شود.

تاکنون روشهای مختلفی برای اجرای پروژه های گودبرداری معرفی شده و بسته به شرایط از هر یک از این روشها جهت اجرای گود استفاده میگردد که البته همه آنها از نظر مبانی ایمنی و مدیریتی، اصولی نبوده و نیاز به بررسی دارند.

از جمله متداولترین این روشها در بیشتر کشورها و از جمله کشور ایران که بطور گسترده در اکثر پروژه ها مورد استفاده قرار میگیرند، میتوان به روشهای گودبرداری پله ای شیبدار، روش میخکوبی ، روش شمع کوبی ، گودبرداری به روش خرپایی و … اشاره نمود.

اگرچه استفاده از این روشها به موارد متعددی بستگی دارد، اما انتخاب روش اصولی و بهینه با توجه به نوع زمین، نوع ساختمان و … هنوز مسئله ای چالش بر انگیز بوده و تاکنون تحقیق جامعی درخصوص انتخاب سیستم بهینه گودبرداری صورت نپذیرفته است.

مساله گودبرداری و فعالیتهای مرتبط با آن یکی از مهمترین شاخه های علم مهندسی عمران است که به دلیل حساسیت بسیار زیاد و ارتباط آن با امنیت جانی و روانی در کنار مسائل فنی و اقتصادی دارای اهمیت ویژه ای در کشور ماست.

عدم وجود ضوابط و مقررات جامع، عدم آگاهی و اطلاع دقیق مهندسین طراح و مجری به ظرایف امر و عدم توجه علمی و اصولی مسئولان به این موضوع باعث به وجود آمدن خلاء بزرگی در زمینه دانش فنی و مدیریتی گودبرداری و پایدارسازی آن شده است.

از طرف دیگر انجام گودبرداری به دلایلی چون:

محدودیت زمین در شهرها و فعالیتهای روزافزون زمین، ضوابط و محدودیتهای شهرسازی و معماری و به خصوص ضوابط تامین پارکینگ در ساختمانها، برداشتن خاک سست سطحی و دسترسی به خاک بکر و بهتر در عمق، حفظ تعادل نیروهای وارد بر خاک، کاهش ارتفاع سازه از تراز پایه و بسیاری از عوامل فنی و اقتصادی دیگر، یک ضرورت است و با گذشت زمان و احداث سازه های بلندتر و با اهمیت تر و همچنین با اصلاحاتی که در قوانین پارکینگ در شهرداری ها اعمال شده است، تعداد گودبرداری های عمیق و نیمه عمیق افزایش یافته است.

جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این حفاری ها و به طور کلی پایدار سازی انواع گودهای ساختمانی به یک دغدغه و مساله جدی در میان مهندسین عمران تبدیل گشته است.

از این روی در دهه های گذشته روش های پایدار سازی مختلفی ابداع گشته است که این مقاله سعی دارد ضمن معرفی و مقایسه انواع متداول آن در کشور با مدل تصمیم گیری “بررسی جزء به جزء (Topsis) ” بهترین روش را برگزیند.

اهداف اصلی ایمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از :

حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود و نیز فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای کار.

انواع روشهای مهارسازی

در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است که زمین به صورتی خاکبرداری شود که جداره-های آن قائم یا نزدیک به قائم باشند. این کار ممکن است به منظور احداث زیرزمین، کانال، منبع آب و … صورت گیرد.

فشار جانبی وارد بر این جداره ها ناشی از رانش خاک بر اثر وزن خود آن، و نیز سربارهای  احتمالی روی خاک کنار گود می باشد.

این سربارها می توانند شامل خاک بالاتر از تراز افقی در لبه گود، ساختمان های مجاور، بارهای ناشی از بهره برداری از معابر مجاور و … باشند.

به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این خاکبرداری، سازه های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه های نگهبان  می گویند.

روش هاي مختلف مهارسازی گودبرداری ها در نقاط مختلف دنيا براساس پارامترهاي اجتناب از خطر، كاهش نيروهاي محرك، افزايش نيروهاي مقاوم صورت مي گيرد.

عدم انتخاب و رعايت روشي مناسب و مطمئن منجر به وارد آمدن خسارتهاي جبران ناپذير مالي  و جاني خواهد شد.

این روش ها به دو دسته زیر قابل تقسیم بندی می باشند:

روش های سنتی

این روش ها عبارتند از سازه های وزنی و اجراء منبري آجري پس از گودبرداري و اجراء پشت بند با الوارهای چوبی یا نیمرخ های فلزی که با توجه به بررسی روشهای متداول پایدارسازی گود، در این مقاله موضوعیت ندارد.

روش های علمی و فنی

انتخاب روش در این حالت بستگی به نوع خاک، شرایط اقلیمی جغرافیایی، محاسبات ژئوتکنیک محل گود دارد. روش های علمی و فنی با کاربرد بیشتر عبارتند از نيلينگ، ديواره ديافراگمي، مهارسازي با انکر، دوخت به پشت، مهار متقابل، اجراي شمع، سپر كوبي، خرپا، که در ادامه ارائه می گردد.

روش گودبرداری مرحله ای

معمولاً برای گودبرداری زمینهای سست و نرم، در ابتدا گودبرداری تحت زاویه 45 درجه تا عمق 2 متر ادامه می یابد و سپس تا مرحله بعدی با رعایت پس نشین، سطحی تخت به طول حدود 2 متر را رها ساخته، سپس گودبرداری مرحله دوم تحت همان زاویه 45 درجه به ارتفاع 2 متر گودکنی دنبال می شود.

لازم به یادآوری است که در زمین های شنی و ماسه ای و حتی خاک دستی، گودبرداری با شیب 30 درجه با رعایت روش مرحله ای بحث قبل تا 2 متر مناسب است.

پس از رهاسازی سطح تخت و آزاد، مجدداً گودبرداری مرحله دوم با همان زاویه شیب گودکنی انجام می شود. ارتفاع گودبرداری در هر مرحله می تواند تا 2 متر باشد.

روش گودبرداری دیوار برلینی

سیستم پایه های نگهبان و تخته بندی یک روش مناسب برای محافظت از دیواره  گودبرداری می باشد.

روش اجرای دیوار در این سیستم بدین صورت است که قبل از شروع گودبرداری مقاطع نیمرخ های فولادی در فواصل 2 تا 3 متری به داخل خاک کوبیده شده و سپس در طی عملیات خاکبرداری برای کنترل حرکات جانبی دیوار و ممانعت از ریزش خاک به داخل گود، الوارهای چوبی به صورت افقی در بین این پایه ها قرار داده می شوند.

در صورتی که الوارهای چوبی پشت بال های درونی پروفیل ها قرار گیرند، امکان تغییرشکل بیشتری در خاک فراهم می آید، لذا در مواردی که این مساله مهم باشد لازم است الوارها با سرعت زیاد در پشت بال های بیرونی قرار گیرند.

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

یکی از مزایای استفاده از سیستم دیوار برلینی این است که در زمین های محکم مثل زمینهای شنی و قلوه سنگی که کوبیدن پایه ها به داخل خاک به سختی انجام می گیرد، می توان موقعیت پایه ها را تغییر داد و یا اینکه محل استقرارشان را پیش حفاری نمود.

عمل پیش حفاری محل پایه ها عموما در مناطق شهری استفاده می شود تا از صدای ناشی از کوبیدن پایه ها جلوگیری شود.

البته در خاک های غیرچسبنده واقع در زیر سفره 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 حفر شده، نشست هایی در خاک منطقه ایجاد شود.

معمولا برای مقابله با این مشکل در طول حفاری چاه ها به داخل آنها گل بنتونیت تزریق می شود.

روش گودبرداری پله پله

در این روش اجرای گودبرداری به صورت پله پله اجرا می گردد. تعداد پله ها به عمق گودبرداری و تعداد طبقات زیرین بستگی دارد.

اجرای گودبرداری به این صورت است که ابتدا تا ارتفاع مطمئنی گودبرداری با شیب مطمئن 1 به 2 اجرا می گردد.

پس از رها کردن قسمتی از آن طبقه گودبرداری در مساحتی کمتر و باز هم با شیب مطمئن 1 به 2 اجرا می گردد.

با پایان یافتن گودبرداری پله ها اجرای سازه از پله زیرین آغاز شده و دیوار حائل در هر تراز اجرا می گردد.

پشت دیوارها نیز خاک کوبیده می شود.

از مزایای این روش می توان به سرعت اجرای بالا و هزینه کمتر نسبت به روشهای دیگر اشاره کرد.

عیب این روش نیز از دست دادن مساحت طبقه های زیرین به دلیل اجرای مطمئن شیب 1 به 2 است.

روش سازه های نگهبان وزنی

در بسیاری از پروژه­های ساختمانی در صورتی که عمق گودبرداری کم باشد (تا حدود 4 متر) به جهت صرفه جویی در هزینه ­های سازه ­های نگهبان اجرا شده از شیوه های سنتی دیوارهای وزنی آجری (منبری) استفاده می­شود.

در این روش ابتدا خاکبرداری با شیب پایدار انجام می­شود، سپس در بدنه گود و در محل اجرای دیوار وزنی آجری به ضخامت مشخص و محاسبه شده شیارهایی اجرا می شود.

حال در محل شیارها دیوار آجری با ملات ماسه سیمان به صورت چله­ای اجرا می­گردد.

در حین چیدن دیوارهای منبری باری نگهداری خاک بین خرپاها، درون دیواره آجری پروفیل در محلهای مشخص شده قرار داده می­شود.

پس از اتمام اجرای دیوار وزنی خاک بین منبری­ها به صورت مرحله­ای برداشته می­شود.

برای نگهداری خاک بین منبری­ها در ارتفاعات مشخص پروفیل قرار داده شده و سپس آجرچینی انجام می شود.

در صورت عدم اجرای صحیح سازه نگهبان وزنی و یا عدم انجام محاسبات درست، امکان ریزش خاک پشت دیواره گود به همراه ساختمان­ های مجاور آن وجود دارد.

یکی دیگر از متداولترین انواع سازه‌های نگهبان، “دیوار‌های توکار” است.

روش میخکوبی یا نیلینگ(Nailing)

پایه اصلی روش نیلینگ برمبنای مسلح کردن و مقاوم ساختن توده خاک موجود با استفاده از دوختن توده خاک توسط یک سری مهار کششی فولادی با فواصل نزدیک می­باشد.

استفاده از روش نیلینگ موجب افزایش مقاومت برشی توده خاک و محدود کردن تغییر مکانهای خاک در اثر افزایش مقامت برشی در سطح لغزش به علت افزایش نیروی عمودی و همچنین کاهش نیروهای لغزشی در سطح لغزش احتمالی ایجاد می­شود.

سطح ترانشه حفاری شده که توسط نیلینگ مسلح شده است، می­باید با استفاده از یک شبکه توری سیمی شاتکریت شده محافظت شود.

سه گام اصلی در ساخت دیوارهای میخکوبی شده وجود دارد که عبارتند از: حفاری کم عمق، نصب و جاگذاری میخها در این لایه و اجرای بتن پاشی (شاتکریت) و یا بتن مسلح در نمای کار.

روش شمع کوبی

یکی از روش­ های متدال مهارسازی و حفاظت جداره­ های گودبرداری با شرایط متنوع اعم از زمین سخت و سست و نرم استفاده از شمع­ های درجا می­باشد و در برخی موارد علاوه بر ایفای نقش حفاظت جانبی نقش آب بندی را نیز انجام می­دهد و همواره در صورت نیاز بار قائم نیز تحمل می­نماید.

روش های مختلفی برای اجرای تکنیک­ های شمع های درجاریز وجود دارد و متداولترین آنها عبارتند از اجرای دیوار محافظت پیوسته (آب بند) و اجرای دیوار محافظت ناپیوسته

روش دیوار دیافراگمی(Diaphragm Wall)

یکی دیگر از روش­های محافظت از جداره گود، احداث دیوار دیافراگمی و یا دیوار دوغابی می­باشد.

در این روش ابتدا توسط دستگاه­ های گراب متناسب با شرایط طمین حفاری قسمتی از دیوار انجام می­شود و همزمان با حفاری جهت پیاداری جداره حفاری شده و جلوگیری از ریزش ­های موضعی از دوغاب بنتونیت استفاده می­شود.

روش خرپای فلزی

اين روش يكي ازمناسبترين و متداولترين روشهاي اجراي سازه نگهبان درمناطق شهري است.

اجراي آن ساده بوده و نياز به تجهيزات و تخصص بالايي ندارد و در عين حال قابليت انعطاف زيادي از نظراجرا و شرايط مختلف دارد. شمای کلی این نوع سازه نگهبان در شکل نشان داده شده است.

روش دوخت به پشت

در این روش مانند روش مهارسازی با انکر، حفره­ها را ایجاد کرده سپس درون آنها کابل­های پیش تنیده قرار داده    می شود.

انتهای حفره­ها بتن ریزی می­شود تا کابلها در خاک مهار شوند.

سپس کابلها را از سوراخ­های صفحات فلزی عبور داده توسط جک­های مخصوص کشیده و به صورت تنیده نگه داشته و در سطح صفحات فلزی مهار می­ شوند.

آنگاه درون چاهک­ ها بتن تزریق نموده و پس از سخت شدن بتن، جک­ ها آزاد می­گردند. در نتیجه این عمل نیروی پیش تنیدگی موجود در کابل­ ها سبب فشرده ساختن و متراکم نمودن خاک جداره شده و از رانش و ریزش خاک جلوگیری می­شود.

راهکارهایی جهت انتخاب مناسب ترین روش های پایدارسازی گود از دیدگاه مدیریت ساخت با استفاده از تکنیک تصمیم گیری Topsis

در روش  m Topsis گزینه بوسیله n شاخص ارزیابی می‌شود.

منطق اصولی این مدل راه‌حل ایده‌آل (مثبت) و راه‌حل ایده‌آل منفی را تعریف می‌کند.

راه حل ایده آل (مثبت) راه حلی است که معیار سود را افزایش و معیار هزینه را کاهش می‌دهد.

گزینه بهینه، گزینه ای است که کمترین فاصله از راه حل ایده‌آل و در عین حال دورترین فاصله از راه حل ایده‌آل منفی دارد.

 به عبارتی در رتبه‌بندی گزینه‌ها به روش تاپسیس گزینه هایی که بیشترین تشابه را با راه‌حل ایده آل داشته باشند، رتبه بالاتری کسب می‌کنند.

فضای هدف بین دو معیار به عنوان نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

در اینجا A+ و A- به ترتیب، راه حل ایده آل مثبت و راه حل ایده‌آل منفی است.

گزینه A1 به نسبت گزینه A2 فاصله کمتری تا راه حل ایده آل و فاصله بیشتری را تا راه حل ایده آل منفی دارد.

به طور کلی روش تاپسیس دارای 7 فاز یا گام می باشد شامل:

1. تشکیل ماتریس تصمیم
2. نرمال کردن ماتریس تصمیم
3. تشکیل ماتریس تصمیم نرمال موزون
4. محاسبه ایده آل های مثبت و منفی
5. محاسبه اندازه جدایی (فاصله) از ایده‌آل‌های مثبت و منفی و محاسبه راه‌حل ایده‌آل
6. محاسبه راه‌حل ایده‌آل یا نزدیکی نسبی
7. گام نهایی رتبه بندی گزینه ها

اولویت بندی روش های عملیات گودبرداری و مهارسازی

اولویت بندی روش ها و معیارها در گودبرداری از پژوهش و تحقیقات افراد در کشورهای مختلف و از آیین نامه حفاری و گودبرداری اروپا گردآوری شده، و در مصاحبه با افراد متخصص و با تجربه در امر  گودبرداری، پارامترهای بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفتند و در 9 روش اصلی گروه بندی گرديدند.

این گروه بندی با 14 معیار اصلی در جدول 4-1 نشان داده شده است.

تمامی معیارها مرتبط با 9 روش انتخابی می باشد. روش های انتخابی برای اولویت بندی، جز مهم ترین و شاخص ترین روش های عملیات حفاری و گودبرداری در کشور می باشد که با توجه به مشاهدات و تحقیقات جمع آوری شده است.

هر 14 معیار انتخابی در همه 9 روش مهم تاثیر گذار بوده و به نوعی در انتخاب روش نقش اساسی دارد.

تعیین میزان اهمیت پارامترها

برای مشخص شدن ميزان اهميت هر یک از پارامترها و تعیین موثرترین آنها، پرسشنامه ای تنظیم گردید، که در آن مصاحبه شونده با توجه به میزان تجربه و تخصص خود به هر كدام از پارامترها نمره اي بين 0 تا 5 داده اند، كه نمره 0 بيانگر بي اهميت بودن، 1 اهمیت خیلی کم، 2  اهمیت کم، 3اهمیت متوسط، ، 4 اهمیت خیلی زیاد، 5 اهمیت ویژه بوده است.

جهت تکمیل پرسشنامه ها توسط افراد متخصص در ابتدا توضیحاتی در مورد موضوع، اهداف پایان نامه و هدف از تهیه پرسشنامه به مصاحبه شوندگان ارائه گردید.

در حین مصاحبه نیز بدون جهت دهی و سوق مصاحبه شوندگان به گزینه خاصی، توضیحاتی برای واضح تر شدن مفاهیم موجود در پرسشنامه بیان شد.

پردازش پاسخ پرسش نامه ها

برای پردازش آماری پرسشنامه ها از نرم افزار تحلیل آماری «اس پی اس اس» استفاده شده است که نتیجه خروجی آن محاسبه میانگین میزان اهمیت و انحراف معیار هر یک از عوامل و زیر عامل ها می باشد:

پس از جمع آوری پرسشنامه ها کلیه مراحل روش تصمیم گیری جزء به جزء (Topsis) انجام شد و در نهایت گزینه ها رتبه بندی شدند.

نتایج

نتايج حاصل از رتبه‌بندي گزينه‌ها با تکنيک Topsis حاکي از اين است که گزينه ی شمع کوبی از اولويت برتري نسبت به ساير گزينه‌ها برخوردار است.

با توجه به نمودار ملاحظه می شود که طبق نظر خبرگان و متخصصین، اولویت روش ها به ترتیب عبارتست از:

1. روش شمع کوبی
2. روش نیلینگ
3. روش خرپا
4. روش گودبرداری مرحله ای
5. روش سازه های نگهبان وزنی
6. روش دیوار دیافراگمی
7. روش دوخت به پشت
8. روش پله پله
9. روش دیوار برلینی

با توجه به مطالب گفته شده در فصول گذشته می توان روند اولویت بندی روش های گودبرداری را به دو بخش تعیین معیارهای اولویت بندی و ارائه مدل تصمیم گیری تقسیم بندی نمود.در هر دو روش تحلیلی روش شمع کوبی میزان اهمیت بیشتری را به خود گرفته است.

پیشنهادات

اگرچه در مراحل انجام اين تحقیق سعي گرديده حتي الامکان تمامي جوانب روند اولویت ­بندی روش های مختلف پروژه گودبرداری  مورد توجه قرار گيرد، به هيچ وجه نمي توان ادعا نمود که کاري بي عيب و نقص و کامل ارائه شده است و همواره جاي کار بيشتر وجود دارد.

براين اساس موارد زير جهت تکميل اين مطالعه پيشنهاد مي گردند:

• استفاده از منطق فازی برای بيان نظر خبرگان در تعيين اهميت معيارها
• استفاده از منطق فازی براي بيان برخي از ارزش پروژه ها كه متغیرهايی کيفی هستند
• تهیه بانک اطلاعاتی کامل از پروژه های عمرانی کلان در مورد هر یک از پارامتر های مطرح شده
• دست یافتن به الگوهایی برای وزن دهی به گروههای مختلف خبره در این زمینه و لحاظ نمودن تاثیر آنها در اولویت بندی
• مطالعات مرتبط با تحقیق حاضر بر روی تخصیص اولویت بندی مهمترین معیارهای گودبرداری

بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود – بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود – بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود – بررسی انواع روشهای متداول پایدارسازی گود

مطلب : پیچش در مقاومت مصالح

پیج اینستاگرام سیویل 2