بهترین روش های پایدارسازی گود و مزایای هر کدام

پایدارسازی گود (به انگلیسی:soil stabilization for excavation) عملیاتی است جهت ایمن سازی و جلوگیری از ریزش دیواره گودی که جهت ساخت ساختمان حفر شده است. این عملیات همچنین با هدف ایمن سازی ساختمان‌های مجاور  و کاهش خطر ریزش آن‌ها صورت می‌گیرد. پایدارسازی گود به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد؛ از جمله به روش میخکوبی، خرپایی، تاپ داون، روش مهار متقابل و غیره. این روش‌ها، دیوار حفاری و ساختمان‌های مجاور را ایمن کرده و خطر ریزش را کاهش داده و از بین می‌برد. بنابراین، می‌توان سیستم‌های پشتیبانی مختلفی را برای تثبیت حفاری‌ها و محیط پیرامون آنها پیشنهاد داد. اینکه کدام روش بهترین گزینه است و ایمنی بیشتری حاصل می‌کند، به عواملی بستگی دارد. عواملی از قبیل شرایط محیطی، نوع خاک، شرایط اقتصادی و غیره.

هدف از پایدارسازی گود چیست؟

اصولاً قبل از آنکه گودی پایدار شود، باید ایجاد شود! عملیات گودبرداری در نهایت منجر به ایجاد یک دیواره قائم خواهد شد. بر این دیواره قائم، دو دسته نیرو اعمال می‌شود:

1. نیروهای مقاوم: نیروهایی که تمایل به پایداری گود داشته و می‌خواهند از ریزش گود جلوگیری کنند.
2. نیروهای محرک: این نیروها تمایل به تخریب دیواره گود دارند.

اگر مجموع نیروهای محرک بیشتر از نیروهای مقاوم شود، دیوار گود ریزش خواهد کرد. عملیات پایدارسازی گود با هدف افزایش نیروهای مقاوم و غالب شدن آن در برابر نیروهای محرک صورت می‌گیرد. زیرا هرچه نیروهای مقاوم بیشتر شود، مقاومت در برابر ریزش دیوار بیشتر شده و به این ترتیب، دیواره گود پایدار خواهد شد.

در زمان تخریب و گودبرداری، خطرات متعددی وجود دارد. در صورتیکه از روش‌های مناسب جهت پایدار کردن گودبرداری‌ها استفاده نشود، احتمال وقوع خطر صد در صد خواهد شد. بنابراین، پایدارسازی و ایمن‌سازی گود، جهت نیل به اهداف زیر صورت می‌گیرد:

• پیشگیری از خسارت‌های مالی و جانی به کارگران و همسایگان مجاور
• حفظ اموال داخل و خارج از گود
• فراهم کردن شرایط ایمن و مطمئن برای اجرای کار

تثبیت و پایدار کردن خاک، توسط راهکارهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی انجام می‌شود. پایدارسازی خاک با هدف تنظیم خواص خاک به منظور برآورده کردن برخی از الزامات انجام می‌گیرد. خاک پنج ویژگی مهم دارد:

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

هر یک از این ویژگی‌های خاک را می‌توان به کمک روش‌های فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی به حالت ثابت رساند. میخکوبی و سپرکوبی را می‌توان از روش‌های مکانیکی و استفاده از دوغاب و شاتکریت جزء روش‌های شیمیایی تثبیت خاک در زمان گودبرداری ساختمان دانست.

انواع روش های پایدارسازی گود

پایدارسازی گود به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد:

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

1- روش خرپایی

این روش ساده که نیاز به تجهیزات و تخصص چندان بالایی هم ندارد، جهت پایدارسازی گود های کم عمق در مناطق شهری، بسیار مورد استفاده قرار دارد. زیرا اجرای آن برای عموم گودهای واقع در مناطق شهری مناسب است. برای اجرای این روش، ابتدا در مجاورت دیواره گود، چاههایی حفر می‌کنند. عمق این چاهها باید کمی بیشتر از عمق گود باشد. این مقدار اضافه که برای عمق چاه در نظر گرفته می‌شود، به جهت اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپا است. سپس درون شمع را آرماتوربندی می‌کنند. عضو قائم را در داخل شمع قرار داده و سپس شمع را بتن‌ریزی می‌کنند. پس از سخت شدن بتن انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.

مزیت‌ها:

• انعطاف‌پذیری زیاد از نظر اجرایی.
• عدم نیاز به دستگاه و تخصص خاص برای اجرا.
• قابل اجرا در عموم گودهای مناطق شهری.

2- پایدارسازی گود به روش نیلینگ

روش نیلینگ به منظور ایجاد ثبات در خاک، در شرایط و مناطقی که ممکن است رانش خاک یا زمین مشکل ساز شود، کاربرد دارد. اساس این روش، سیستم مهاربندی و پیچ کردن سنگ‌ها می‌باشد. آرماتور، دوغاب سیمان و شاتکریت، سه کاراکتر اصلی جهت اجرای پایدارسازی گود به روش نیلینگ هستند. در این روش، از میلگرد آجدار فولادی استفاده می‌شود. در این صورت، خاک در برابر نیروها و تنش‌های کششی تقویت شده و مقاومت آن افزایش می‌یابد. این میلگردها حکم میخ‌هایی را دارند که در خاک فرو رفته و خاک را تثبیت می‌کنند. برخی از پیمانکاران از نرم افزاری به نام Snail Plus برای تعیین طراحی و فرضیات اولیه در مورد میخ زدن خاک استفاده می‌کنند. نیلینگ مزایای زیادی دارد؛ به ویژه هنگامی که دست مهندسان برای اجرای روش‌های دیگر بسته است، این روش کارآمد است.

3- روش دوخت به پشت

پایدارسازی گود به روش دوخت به پشت یا انکراژ، شباهت زیادی به روش میخکوبی دارد. تفاوت اصلی آن، در اعمال نیروی پس تنیدگی برای اِلمان‌های تسطیح است. زیرا در روش میخکوبی از میلگرد، اما در روش دوخت به پشت از کابل‌ فولادی استفاده می‌شود. این کابل‌های فولادی، بعد از تزریق دوغاب و در حین گیرش اولیه، با جک‌های مخصوص کشیده می‌شوند. بعد از گیرش نهایی دوغاب، جک‌ها آزاد می‌شوند تا کابل‌ها با نیروی پیش تنیده، در راستای پایداری آن، فشار مضاعفی به خاک وارد آورند.

پایدارسازی گود به روش انکراژ یا همان دوخت به پشت، در درجه اول برای مقاومت در برابر بارهای جهت‌دار بیرونی که بر پی سازه تحمیل می‌شوند، طراحی و اجرا می‌شود. طراحی و ساخت صفحات لنگر خاک (انکراژ) بر نظریه‌های مختلف مبتنی بر روش‌های طراحی و ساخت صفحات لنگر در مکانیک خاک متمرکز است. اجرای انکراژ در زمین‌هایی که خاک شان سست است، دشوار می‌باشد. با توجه به اینکه اجرای انکراژ بر ساختمان های مجاور تأثیر می‌گذارد، کسب اجازه و رضایت همسایگان مجاور لازم است. این باید روش توسط مهندسان تکنسین‌های واجد شرایط و متخصص انجام شود تا اطمینان حاصل شود که کار مطابق با استانداردهای لازم پیش می‌رود.

مزیت‌ها:

• روش دوخت به پشت برای پایدار کردن گودبردای‌های دائم و موقت کاربرد دارد.
• این روش را می‌توان حتی برای ساختمان‌های بزرگ بدون نیاز به دستگاه‌های حفاری خاص اجرا کرد.
• قابلیت اجرا در مورد حفاری‌های بسیار عمیق را داد؛ بدون آنکه ساختار زمین در این امر محدودیتی ایجاد کند.
• قابلیت نصب و اجرا در سطح خاک و زمین را دارد.

4- روش تاپ داون یا ساخت بالا به پایین

از روش بالا به پایین برای گودبرداری‌های عمیق که حرکات خاک باید به حدأقل برسد و دوام ساختار حیاتی است، استفاده می‌شود. برخلاف روش‌های سنتی و رایج که گود برداری از پایین به بالا انجام می‌شود، در روش تاپ داون این کار از بالا به پایین صورت می‌گیرد. در این روش، کار با ساخت دیواره‌های دور، ستون‌ها و سقف نهایی آغاز و با تکمیل گودبرداری و ساخت فونداسیونِ ساختمان به اتمام می‌رسد. حذف یا کاهش مهارهای موقت و همچنین حذف یا کاهش سطوح قالب‌بندی، از مزیت‌های این روش است. یکی از نرم افزارهایی که می‌توان به کمک آن حفاری بالا به پایین را طراحی و بهینه‌سازی کرد، DeepEX Software است.

5- پایدارسازی گود با شمع

در این روش، در پیرامون گود، از شمع‌های پیش‌ساخته یا درجا استفاده می‌شود. جنس این شمع‌ها می‌تواند از بتن، فولاد و یا چوب باشد. برای جاسازی شمع‌ها، چاههایی در فواصل مشخص و با قطر معین حفر می‌شود. وجود شمع‌ها باعث می‌شود تا فشار جانبی خاک به آن‌ها اعمال شود. در مواردی که ارتفاع گودبرداری زیاد است، شمع‌ها باید در فاصله کم از یکدیگر درج شوند؛ علاوه بر این، باید از مقاطع سازه‌ای قوی‌تر استفاده شود. سرعت عملیات اجرایی در این روش بسیار بالاست. اجرای این روش در مورد پروژه‌های شهری با محدودیت همراه است؛ در پروژه‌های شهری، فقط می‌توان شمع‌ها را به صورت درجا اجرا کرد و نمی‌توان از انواع پیش ساخته استفاده کرد.

مزیت‌ها:

• سرعت اجرای بسیار بالا.
• کاهش هزینه‌ها در مواردی که حجم پروژه بالاست.
• دست و پاگیر نبودن سیستم.

6- روش مهار متقابل

روش مهار متقابل یا مهارگذاری فشاری خاک، برای گودهای با عرض کم مناسب است و شباهت‌هایی به روش خرپایی دارد. در این روش، شمع‌هایی با طول بیشتر از ارتفاع گود تهیه می‌شود و المان‌های قائم در داخل این شمع‌ها قرار داده می‌شود. این اِلمان‌های قائم می‌تواند تیرآهن معمولی (I شکل) یا هاش (H شکل) باشد. بخش انتهایی المان‌های قائم با بتن به صورت گیردار مهار می‌شود. پس از آنکه این اِلمان‌های قائم در دو طرف دیوارها جانمایی شد، آن را به کمک تیرها و اِلمان‌های افقی به صورت خرپا به هم متصل می‌کنند تا همدیگر را تقویت کرده و به پایداری یکدیگر کمک کنند. اعضای فشاری، استرات (Strut) یا بریس (Brace) و اعضای واسط بین دیوار، Wale (تیر افقی) نامیده می‌شود. فشار خاک از دیوار به تیرهای افقی و از طریق تیرهای افقی به Strut منتقل می‌شود.

طراحی استرات و اتصالات مربوطه، بر اساس نیروهای فشاری و طراحی تیرهای افقی و دیوار بر اساس نیروهای برشی و خمشی صورت می‌گیرد. استفاده از این روش در پروژه‌های با هندسه نا منظم با محدودیت همراه است. در شرایطی که خاک بسیار ریزشی است، می‌بایست در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگر استفاده کرد.

مزیت‌ها:

در گودبرداری‌های با عرض کم، روش مهار متقابل با سرعت بیشتر و هزینه و جاگیری کمتر کار را پیش خواهد برد.

7- دیوار دیافراگمی

دیوار دیافراگمی از دیگر روش‌هایی است که جهت پایدارسازی گودهای عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. گاه نیز این روش همراه با روش‌های دیگر استفاده می شود. برای پایدارسازی گود به روش دیافراگمی، حفاری با دستگاههای ویژه‌ای به نام هیدروفرز یا گراب انجام می‌شود. سپس برای جلوگیری از ریزش‌های موضعیِ دیواره حفاری شده، از دوغاب بنتونیت استفاده می‌شود. بنتونیت نوعی رس است. بعد از اتمام حفاری دیوار دیافراگمی، میلگرد گذاری انجام می‌شود. در پایان کار نیز برای ایجاد دیوار بتنی، بتن‌ریزی صورت می‌گیرد. بتن‌ریزی با استفاده از لوله ترمی انجام می‌شود.

8- سپرکوبی برای پایدارسازی گود

در این روش، از صفحات یا ورق فولادی استفاده می‌شود. به این صورت که صفحات فولادی را به صورت سپرهایی بر روی خاک قرار داده و در خاک می‌کوبند. این کار را در طرفین گود انجام می‌دهند تا به این ترتیب گود حالت پایدار به خود گیرد. سپس حفاری انجام می‌شود. بعد از حفاری، در کمرکش سپرها و بر روی آن‌ها، تیرهای پشت بند افقی نصب می‌کنند. در نهایت، به صورت عمودی بر صفحه سپرها به پشت بندهای افقی اتصال می‌دهند. اجرای روش سپرکوبی به دلیل صدا و لرزش ناشی از کوبش سپرها، در محیط های شهری با محدودیت‌هایی مواجه است.

مزیت‌ها:

• سرعت اجرای کار بسیار بالاست.
• ایمنی در حین کار بسیار بالاست.

9- دیوار برلینی یا دیوار سولجر پایل

دیوار برلینی یکی از قدیمی‌ترین روش‌های پایدارسازی گود است که در حفاری‌های عمیق استفاده می‌شود. این روش از اواخر قرن هجدهم در شهرهای بزرگی همچون نیویورک، برلین و لندن با موفقیت اجرا شد. این روش تلفیقی از شمع‌های فولادی یا بتنی و رویه بتنی (شاتکریت) است. این روش اجرای گودبرداری، به دیوار سولجر پایل نیز معروف است. شمع‌های فولادی یا بتنی که در این روش پایدارسازی گود استفاه می‌شوند، حکم سربازها را دارند. این شمع‌ها در فواصل منظم و به طور معمول در فواصل 6 فوت تا 12 فوت بکار گذاشته می‌شوند. جهت جلوگیری از ریزش‌های موضعی، بین شمع‌ها، از رویه‌های بتنی درجا یا پیش‌ساخته استفاده می‌شود.

اجرای دیوار برلینی طی چهار مرحله انجام می‌شود:

1. اجرای نیمرخ‌های فولادی
2. اجرای دیواره بین نیمرخ‌های فولادی
3. حفر گمانه بین نیمرخ‌های فولادی
4. میلگرد گذاری یا مهارگذاری در گمانه‌ها

بهترین روش پایدارسازی گود کدام است؟

• در مورد ایجاد ثبات در دیوارهای نگهدارنده، فضاهای تنگ و گودبرداری‌های کوچک، تثبیت شیب و تعمیر و بازسازی سازه‌های نگهدارنده موجود، روش میخکوبی مناسب است.
• در مورد گودهایی که عرض‌شان کم است، روش مهار متقابل مناسب است. این روش برای گودهای عریض مناسب نیست.
• در گودهای با عمق حدود 5 متر، استفاده از پایدار سازی گود به روش اجرای شمع، معمولاً از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. همچنین در حجم زیاد، هزینه عملیات کاهش می‌یابد.
• در شرایطی که طول کانال زیاد و عرض گود کم است و علاوه بر سرعت اجرای کار، به ایمنی بالا نیز نیاز است، سپر کوبی بهترین روش پایدار سازی گود خواهد بود.
• در مورد گودبرداری‌های عمیق که حرکات خاک باید در کمترین حالت ممکن باشد، بهترین روش، ساختِ بالا به پایین است.
• در مواردی که سطح آب زیرزمینی بالاست و یا محدودیت فضایی برای انجام کار وجود دارد و گودبرداری منجر به تداخل ترافیک با خیابان اصلی می‌شود، بهترین روش پایدارسازی گود، روش ساخت بالا به پایین است.

شرکت مجری پایدارسازی گود در تهران

با همه مواردی که ذکر شد، شرایط جانبی و محیطی را هم باید در نظر گرفت و سپس روش مناسب را انتخاب کرد. گاه شرایط ژئوتکنیکی یک منطقه بسیار متغیر است، طوریکه گاه بین لایه‌های خاک که در فواصل نزدیک بهم قرار دارند، تغییرات زیادی در خاک دیده می‌شود. چنین شرایطی، زمینه را برای تغییر شکل تنش بسیار پیچیده و گسترده کرده و انتخاب و طراحی یک سیستم پشتیبانی مناسب و ایمن را دشوار می‌کند.

پروژۀ شما هر قدر هم که بزرگ و حساس باشد و شرایط زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی خاص و پیچیده داشته باشد، جای نگرانی نیست. با خیالی آسوده، کار را به کاردان بسپارید. مهندسان با تجربه و متخصص ما در شرکت مهندسی آنلاین سازه، آمادۀ همکاری با کارفرمایان گرامی هستند. جهت کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان در کلیه امور ساختمانی، با ما تماس بگیرید. آنلاین سازه همراه شما تا پلۀ آخر. 90000011

جهت درخواست خدمات ایمن سازی گود و استعلام قیمت، بر لینک‌هایی که در بالای همین صفحه قرار دارد کلیک کنید. در صورتی که فایل خاصی دارید، آن را بارگذاری کنید. در غیر این صورت، شرح خدمات درخواستی خود را در کادر مربوطه درج کنید. پس از بررسی درخواست شما از سوی متخصصان امر، با شما تماس گرفته خواهد شد.