مقاله تحلیلی:‌ کنترل آسیب در گودبرداری‌ های عمیق – قسمت اول

جلوگیری از آسیب ناشی از کاهش خاک و آب

پروژه‌های گودبرداری عمیق در محیط‌های شهرنشین و دارای ساخت‌وساز زیاد باید با دقت بیشتری طراحی و اجرا شوند. در طراحی این پروژه‌ها باید حرکت جانبی دیواره گود، نشست زمین، ضعف زمین و تغییرات فشار آب‌های زیرسطحی که همگی باعث آسیب به سازه‌های پیرامونی می‌شوند در نظر گرفته شوند (شکل 1). این آسیب می‌تواند به شکل ترک‌هایی در دیوارهای غیر سازه‌ای (مربوط به نمای ساختمان)، گیر کردن درها و پنجره‌ها یا عملکرد نامطلوب در بخش‌های دیگر (مربوط به عملکرد) و در حالت شدید باعث ایجاد تنش زیاد در اعضای سازه‌ای (مربوط به ایمنی ساختمان) شود. در این وضعیت تیم پروژه معمولاً با تا خیرات، دعوی و هزینه‌های اضافی ناشی از اقدامات اصلاحی پرهزینه مواجه می‌شود.

زمین اطراف یک گود عمیق معمولاً دچار نشست می‌شود. این نشست به دلیل حرکت دیواره به سمت گود زمان استخراج خاک رخ می‌دهد (شکل 2). در فرآیند طراحی خیز دیواره را می‌توان به‌وسیله ضوابط آیین‌نامه‌ای کنترل کرد. بر اساس آیین‌نامه BS8002-1994 (آیین‌نامه اجرایی استاندارد انگلستان برای سازه‌های حائل زمین) خیز دیواره گود به 0.5%H (H عمق گود) محدود می‌شود. این مقدار نشست زمین پشت دیواره را نیز محدود می‌کند.

 بااین‌حال در گودبرداری‌های عمیق معمولاً خیز دیواره به دلیل نیاز به جلوگیری از آسیب به سازه‌های پیرامونی به مقدار کوچک‌تری محدود می‌شود. دلیل دیگر نشست زمین مربوط به کاهش حجم خاک و آب ناشی از نشت و تراوش به داخل گود است. کاهش حجم خاک زمانی رخ می‌دهد که ریزدانه‌های خاک از طریق فضاهای خالی موجود در دیوار حائل شسته شوند. 

این مقاله نشست زمین را از منظر کاهش حجم خاک و آب در گودبرداری‌های عمیق بررسی می‌کند.

آسیب ساختمان

نشست ساختمان و بروز خسارت‌های مختلف در آن را می‌توان به هم مرتبط دانست. آسیب را می‌توان ازنظر کیفی از آسیب ناچیز تا آسیب بسیار شدید دسته‌بندی کرد. طراحان همواره باید آسیب وارد به ساختمان‌های پیرامونی را در حد ناچیز حفظ کنند بااین‌حال در واقعیت دستیابی به این موضوع گاهی اوقات پیچیده خواهد بود. به‌منظور دستیابی به آسیب ناچیز لازم است حرکت زمین و نشست‌های تفاضلی کنترل شوند.

در طول عملیات گودبرداری، محدوده توقف فعالیت کاری ازنظر نشست ساختمان به ترتیب برای ساختمان‌هایی که بر روی شمع و فونداسیون مسطح قرار دارند برابر با 6/0 اینچ (15 میلی‌متر) و 1 اینچ (25 میلی‌متر) است. تغییر شکل زاویه‌ای برابر با نشست تفاضلی بر واحد طول است. مقادیر قابل‌قبول معمولاً ازنظر معیار خدمت پذیری برابر با 1/500 و ازنظر معیار آسیب سازه‌ای برابر با 1/150 است. معمولاً دستیابی به هدف 1/500 دشوار است لذا معمولاً نشست کلی مجاز 1 اینچ برای ساختمان‌های دارای فونداسیون سطحی در نظر گرفته می‌شود. به‌عنوان‌مثال یک ساختمان مسکونی کوتاه با عرض 20 فوت (6 متر) را در نظر بگیرید که دارای نشست تفاضلی 8/0 اینچ (20 میلی‌متر) بوده و تغییر شکل زاویه‌ای آن 1/300 خواهد بود؛ بنابراین با فرض اینکه نشست تفاضلی نسبتی از نشست کلی باشد، نشست کلی مجاز 1 اینچ (25 میلی‌متر) برای یک فونداسیون سطحی می‌تواند عددی منطقی باشد. برای شمع‌ها معیار نشست سخت‌گیرانه‌تر است. برای شمع‌هایی که مطابق با CP4:2003 (استاندارد اجرایی سنگاپور برای فونداسیون‌ها) طراحی می‌شوند باید معیار نشست 6/0 اینچ (15 میلی‌متر) در شرایط بارگذاری 5/1 برابری در نظر گرفته شود.

انواع خاک‌ها و رفتار آن‌ها

به‌طورکلی دو نوع رفتار که مختص خاک‌های رسی و ماسه‌ای هستند، وجود دارد. در خاک‌های رس رفتار زهکشی نشده است. این موضوع بدین معنی است که در یک فرآیند باربرداری در طول گودبرداری، به‌منظور کاهش فشار حفره‌ای اضافی منفی زمان لازم است. در طول زمان افزایش حجم خاک نیز با کاهش مقاومت همراه است. دلیل کاهش ضریب اطمینان در طول زمان نیز همین موضوع است. در گودبرداری خاک‌های خیلی نرم، خاک ناحیه گودبرداری به دلیل آزادسازی فشار و سربار پشت دیواره دچار تورم می‌شود. در این شرایط ممکن است لازم باشد خاک در کف گود بهسازی شده یا اینکه دیوار حائل عمیق‌تری برای آن تدارک دیده شود.

در خاک‌های ماسه‌ای، معمولاً فرض می‌شود شرایط به‌صورت زهکشی شده است. به دلیل نفوذپذیری بالا آب می‌تواند به‌راحتی جریان پیدا کند. زمانی که خاک‌برداری انجام می‌شود، سرعت جریان بالا باعث می‌شود مواد ریزدانه به‌راحتی از طریق فضاهای خالی در دیوارهای حائل شسته شوند. متعاقب آن نشست رخ می‌دهد که می‌تواند باعث ایجاد آسیب در ساختمان‌ها شود. ادامه این روند ممکن است باعث تشکیل حفره شود (شکل 3).

تحلیل زمین/ کاهش حجم خاک

دو نوع سیستم دیوار حائل که ممکن است دارای فضای خالی باشند عبارت‌اند از دیوارهای متشکل از شمع صفحه‌ای و دیوارهای متشکل از شمع‌های نگهبان. این دیوارها انعطاف‌پذیر هستند و لذا برای گودبرداری‌هایی که عمق زیادی ندارند مناسب‌تر هستند.

شمع نگهبان در شرایطی که گودبرداری عمیق نیست در اولویت است زیرا نسبتاً اقتصادی بوده و نصب سریع و آسانی دارند. بااین‌حال در شرایطی که خاک ضعیف و سطح آب زیرزمینی بالا باشد،‌ مشکل ایجاد می‌شود (شکل 4).

در شمع‌های ورقه‌ای درزهای قفل‌شده در یکدیگر می‌توانند در حین نصب به علت کوبش سخت یا موانع موجود از موقعیت خود خارج شوند. شمع‌های ورقه‌ای که دوباره استفاده می‌شوند ممکن است به علت تغییر شکل لبه دارای مشکل در قفل شدن باشند. در نواحی حساس که ممکن است ارتعاشات ایجاد مشکل کند، نصب شمع‌های ورقه‌ای باید با استفاده از روش فشاری انجام شود. درصورتی‌که زمین سخت باشد، ممکن است لازم باشد قبل از نصب شمع‌ها، عملیات پیش حفاری چاه انجام شود. هرگونه فضای خالی دیگر بین شمع ورقه‌ای و چاه باید با مصالحی مناسب پر شود تا دیوار بتواند به‌صورت مستحکم در محل خود ثابت بماند. شمع‌های ورقه‌ای درصورتی‌که پس از تکمیل گودبرداری برداشته شوند می‌توانند صرفه اقتصادی داشته باشند. بااین‌حال باید توجه شود که برداشتن این شمع‌ها در شرایط خاصی از زمین بدون ایجاد ارتعاشات اضافی دشوار است و فضاهای خالی حاصل که در زمین پس از برداشتن آن‌ها ایجاد می‌شوند باید پر شوند.

ناحیه دیگری که در آن ایجاد فضاهای خالی غیرقابل‌اجتناب است در موقعیت‌هایی است که دیوار با تجهیزات موجود (مانند لوله‌های آب، کابل‌ها و غیره) برخورد می‌کند. به‌منظور جلوگیری از شسته شدن مصالح ریزدانه، اقدام احتیاطی این است که بهسازی زمین را به‌صورت موضعی (مانند دوغاب دهی) انجام داده یا از ورق‌های فولادی به‌منظور پر کردن فضاهای خالی استفاده کرد.

نفوذ آب

با پیشرفت گودبرداری سطح آب زیرزمینی اطراف آن تغییر می‌کند. در طول گودبرداری خاک و آب برداشته می‌شوند و به‌منظور تسهیل ساخت‌وساز پس‌ازآن، گود باید خشک نگه داشته شود. این بدین معنا است که یک گرادیان هیدرولیکی زیاد بین داخل و خارج گود ایجاد می‌شود. آب راهی را برای تراوش به داخل گود پیدا خواهد کرد. معمولاً سطوح پیزومتری خارج از گود هم‌زمان با افزایش عمق گودبرداری، کاهش می‌یابند. گاهی اوقات کاهش سطوح آب ممکن است قابل‌توجه نباشد لذا در این شرایط کنترل فشار حفره‌ای ضروری خواهد بود.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

برای دریافت قسمت دوم این مقاله از این صفحه اقدام فرمایید

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.