مبحث ۷ — ژئوتکنیک و مهندسی پی
درسنامه — گودبرداری و پایش
خلاصه‌یِ بندهایِ ۷-۳، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
هدف و تعاریفِ پایه
•هدفِ این فصل، ارائه‌یِ حداقلِ الزاماتِ موردنیاز در طراحی، اجرا، نظارت و پایشِ گودبرداری برایِ احداثِ پروژه‌هایِ شهری است.
•گودها به دو گروهِ کلی تقسیم می‌شوند: حفاظت‌نشده (پایداری و تغییرشکلِ مجاز بدونِ هیچ‌گونه حفاظتی تأمین می‌شود) و حفاظت‌شده (پایداری با بسیجِ نیروهایِ داخلیِ خاک/عناصرِ مسلح‌کننده یا با استفاده از سازه‌یِ نگهبان تأمین می‌شود).
•گودها یا موقت‌اند یا دائم؛ گودِ موقت گودی است که برایِ زمانِ کوتاهِ تعریف‌شده به‌منظورِ اجرایِ عملیاتِ ساختمانی احداث می‌شود. پایدارسازیِ موقت می‌تواند کوتاه‌مدت (کمتر از یک سال پس از اتمام/توقفِ گودبرداری) یا بلندمدت در نظر گرفته شود.
•پایداریِ موقت: پایدارسازی‌ای که پایداریِ گود را در دورانِ احداثِ بنا تأمین می‌کند و نقشی در کاهشِ نیروهایِ رانشِ خاک بر سازه‌یِ اصلی در بهره‌برداری برایِ آن در نظر گرفته نمی‌شود؛ در پایدارسازیِ دائم باید الزاماتِ بارگذاریِ لرزه‌ای، دوامِ مصالح و جزئیاتِ متناسب با شرایطِ دائم لحاظ شود.
ملاحظاتِ کلیِ طراحیِ گود
•الزامات و مبانیِ این مبحث برایِ گودبرداری‌هایِ کمتر از ۲۰ متر است و اکیداً توصیه می‌شود از احداثِ گودِ عمیق‌تر از ۲۰ متر احتراز شود. در صورتِ ضرورتِ احداثِ گودِ عمیق‌تر باید: تصویبِ شورایِ عالیِ شهرسازی اخذ شود؛ مقادیرِ مجازِ تغییرشکل ۲۰٪ کاهش و ضرایبِ اطمینانِ پایداری/مقاومتی ۲۰٪ افزایش یابد؛ تعدادِ گمانه‌ها نسبت به جدولِ ۷-۲-۱، ۵۰٪ افزایش یابد؛ مطالعه‌یِ جامعِ جریان‌هایِ آبِ زیرزمینی، اثراتِ زیست‌محیطی و اندرکنشِ خاک-سازه انجام شود؛ و پایشِ گود با روش‌هایِ پیشرفته و گزارشِ هر دو هفته یک‌بار انجام گیرد.
•بر اثرِ گودبرداری، وضعیتِ تنشِ خاک تغییر می‌کند و ممکن است این پدیده‌ها رخ دهد: برآمدگی/تورمِ کفِ گود (که می‌تواند به جوشش و ناپایداریِ کف بینجامد)، تغییرمکانِ جانبیِ دیواره‌ها یا ناپایداریِ آن‌ها، و نشستِ زمین در نواحیِ مجاورِ گود؛ ترازِ آبِ زیرزمینی و تغییراتش در هر سه مورد تأثیرگذار است.
•در بررسیِ ناپایداریِ گودبرداری‌ها و طراحیِ سیستمِ نگهدار باید به این عوامل توجه شود: نوعِ ساختار/بافتِ لایه‌هایِ خاک، پارامترهایِ مقاومتِ برشی و تغییرشکلیِ خاک، عمق و عرضِ گودبرداری، شرایطِ آبِ زیرزمینی/سطحی، وجودِ سازه در نواحیِ مجاور، وضعیتِ سرباره‌هایِ کنارِ گود (مانندِ ترافیک) و کوتاه‌مدت/بلندمدت‌بودنِ دورانِ استفاده از گود.
•روش‌هایِ پایدارسازیِ دیواره‌یِ گود: ایجادِ شیبِ پایدار، میخ‌گذاری یا میل‌مهار، دیوارهایِ مهارشده با تیرک از جلو، دیوارهایِ مهارشده با میل‌مهار از پشت، سیستم‌هایِ نگهبانِ خرپایی، سیستمِ شمع‌ها/دیوارک‌هایِ طره‌ای، و سیستمِ شمع‌هایِ به‌هم‌پیوسته با یا بدونِ مهار.
ارزیابیِ خطرِ گود و مسئولیت‌ها
•ارزیابیِ خطرِ گودِ قائم بر اساسِ جدولِ ۷-۳-۱ و سه شرطِ همزمان انجام می‌شود: نسبتِ h/hc (عمقِ گود به عمقِ بحرانی)، عمقِ گود از ترازِ صفر، و عمقِ گود از زیرِ پیِ ساختمانِ مجاور در محدوده‌یِ ناپایداری. اگر h/hc کمتر از ۰٫۵، عمق کمتر از ۴ متر و فاصله صفر باشد، خطر «معمولی» است؛ اگر h/hc بینِ ۰٫۵ تا ۲، عمق ۴ تا ۱۰ متر و فاصله صفر تا ۶ متر باشد، خطر «زیاد» است؛ اگر h/hc بیش از ۲، عمق بیش از ۱۰ متر و فاصله بیش از ۶ متر باشد، خطر «بسیار زیاد» است. اگر شرایط به‌طورِ همزمان برقرار نباشد، بحرانی‌ترین وجه ملاک است.
•عمقِ بحرانیِ hc از رابطه‌یِ ۷-۳-۱ (تابعِ چسبندگی، وزنِ مخصوص، ضریبِ فشارِ افقیِ محرک و تنشِ سرباره) محاسبه می‌شود؛ اگر فاصله‌یِ ساختمانِ مجاور از لبه‌یِ گود کمتر از عمقِ گود باشد، تنشِ کلِ بارِ ساختمان نیز باید در محاسباتِ پایداری لحاظ شود.
•عواملی که همواره خطرِ گود را به «زیاد» یا «بسیار زیاد» ارتقا می‌دهند: وجودِ تراوشِ آب در گود؛ خاکِ دستی یا فاقدِ چسبندگیِ قابلِ‌اعتماد؛ وجودِ تأسیساتِ شهریِ عمده (آب/گاز/مخابرات) در مجاورت. اگر ساختمانِ مجاور فاقدِ انسجامِ کافی (بدونِ اسکلت یا بدونِ پیِ پیوسته)، دارایِ ارزشِ فرهنگی-تاریخی، با اهمیتِ خیلی‌زیاد در استانداردِ ۲۸۰۰، یا ۸ طبقه یا بیشتر باشد، خطرِ گود همواره «بسیار زیاد» در نظر گرفته می‌شود.
•مسئولیتِ طراحی بر اساسِ سطحِ خطر: در خطرِ «معمولی»، مسئولیتِ طراحیِ گودبرداری بر عهده‌یِ مهندسِ طراحِ ساختمان است (توصیه به استفاده از متخصصِ ژئوتکنیک نیز)؛ در خطرِ «زیاد»، مسئولیتِ طراحی باید به شرکتِ مهندسیِ ژئوتکنیکِ ذی‌صلاح واگذار و نظارت بر عهده‌یِ ناظرِ ذی‌صلاحِ ژئوتکنیک باشد؛ در خطرِ «بسیار زیاد»، طراحی توسطِ شرکتِ مهندسیِ ژئوتکنیک، پایدارسازی توسطِ پیمانکارِ ذی‌صلاح و نظارت توسطِ ناظرِ ذی‌صلاحِ ژئوتکنیک انجام شود.
•حضورِ ناظرِ ژئوتکنیک در گودهایِ با خطرِ زیاد و بسیار زیاد، در طولِ مدتِ اجرایِ عملیاتِ گودبرداری و پایدارسازی، به‌صورتِ تمام‌وقت و پیوسته در کارگاه ضروری است.
تحلیلِ پایداری، تغییرشکل و تغییرشکل‌هایِ مجاز
•تحلیلِ پایداری با روش‌هایِ تعادلِ حدی و بر اساسِ روشِ تنشِ مجاز انجام می‌گیرد (استفاده از روشِ ضرایبِ بار و مقاومت نیز مجاز است). حداقلِ ضریبِ اطمینان به شرطِ موقت‌بودنِ گود (کمتر از یک سال)، طبقِ جدولِ ۷-۳-۳: شیب‌هایِ خاکبرداری و پایداریِ کلیِ شیروانی ۱٫۳، بالاآمدنِ کفِ گود ۱٫۵.
•برایِ تحلیلِ پایداریِ گود در شرایطِ موقت، در نظر گرفتنِ بارِ زلزله الزامی نیست؛ اما اگر گود موقت نباشد، باید نیرویِ زلزله لحاظ و دوامِ مصالح نیز در انتخابِ ضریبِ اطمینان مدنظر باشد.
•اگر ساختمانی در حوزه‌یِ تأثیرِ ناپایداریِ گود وجود داشته باشد، ضرایبِ اطمینانِ جدولِ ۷-۳-۳ باید ۱٫۵ در نظر گرفته شود؛ در این موارد صرفِ تأمینِ پایداریِ جداره‌ها کافی نیست و تغییرمکانِ افقی/قائمِ مجاز باید طبقِ بندِ ۷-۳-۵ تعیین شود.
•حدودِ مجازِ تغییرشکل‌ها و تغییرمکان‌هایِ قائم/افقیِ هر گودبرداری با توجه به شرایطِ تحت‌الارضی، نوعِ خاک، نوع/پیوستگیِ پی، نوعِ سازه، اهمیتِ ساختمان، میزانِ انسجامِ ساختمانِ مجاور و نوعِ سیستمِ سازه‌ایِ آن توسطِ طراحِ ژئوتکنیکی تعیین می‌شود.
زهکشی، پایش و کنترل
•چنانچه گودبرداری در محیطِ آب‌دار نیاز به زهکشی داشته باشد، باید به تغییرشکل‌هایِ زمینِ اطراف توجهِ ویژه شود؛ استفاده از زهکشی به‌جایِ آب‌بندیِ ساختمان در بهره‌برداری، منوط به بررسیِ کاملِ اثرِ آن بر محیطِ ژئوتکنیکیِ پیرامون با رعایتِ ملاحظاتِ زیست‌محیطی است.
•در گودهایِ با خطرِ زیاد و بسیار زیاد، رفتارِ سازه‌هایِ مجاور و دیواره‌یِ گود باید با دقت پایش و نتایج به‌طورِ منظم تفسیر شود. اهدافِ پایش: تأمینِ ایمنیِ گود حینِ اجرا و پس از آن، ارزیابیِ پاسخِ سازه‌هایِ موجود، و کنترل/بازنگریِ روش و پارامترهایِ طراحی.
•برنامه‌یِ پایش مستلزمِ برنامه‌ریزیِ دقیقِ نوع، تعداد، محلِ نصب و فواصلِ اندازه‌گیری توسطِ متخصصِ ذی‌صلاح است. ابزارهایِ رایج: نشست‌سنج، کشش‌سنج، انحراف‌سنج، سلول‌هایِ بارگذاری و پیزومتر؛ در گودهایِ با خطرِ بسیار زیاد، استفاده از حسگرهایِ مناسب علاوه بر نقشه‌برداری یا میکروژئودزی اجباری است.
•بخشی از ابزارِ پایش باید پیش از شروعِ عملیاتِ گودبرداری نصب و قرائتِ اولیه انجام شود؛ به همین دلیل انتخابِ متخصصِ انجام‌دهنده و تنظیمِ برنامه‌یِ پایش باید پیش از شروعِ عملیات سامان یابد.
جدولِ مرورِ سریع
سقفِ توصیه‌شده‌یِ عمقِ گود در این مبحثکمتر از ۲۰ متر
الزامِ گودِ عمیق‌تر از ۲۰ مترتصویبِ شورایِ عالیِ شهرسازی، کاهشِ ۲۰٪ تغییرشکلِ مجاز، افزایشِ ۲۰٪ ضرایبِ اطمینان، افزایشِ ۵۰٪ تعدادِ گمانه، پایشِ هر دو هفته یک‌بار
جدولِ ۷-۳-۱: خطرِ گودِ قائمh/hc<۰٫۵ و عمق<۴m ⇒ معمولی؛ h/hc تا ۲ و عمق تا ۱۰m ⇒ زیاد؛ بیش از این‌ها ⇒ بسیار زیاد
تراوشِ آب در گودهمواره خطرِ زیاد یا بسیار زیاد
ساختمانِ ۸ طبقه یا بیشتر در حوزه‌یِ تأثیرخطرِ گود همواره بسیار زیاد
مسئولیتِ طراحی بر اساسِ خطرمعمولی=مهندسِ طراحِ ساختمان؛ زیاد=شرکتِ ژئوتکنیکِ ذی‌صلاح؛ بسیار زیاد=شرکتِ ژئوتکنیک+پیمانکارِ ذی‌صلاح+ناظرِ ژئوتکنیکِ تمام‌وقت
جدولِ ۷-۳-۳: حداقلِ ضریبِ اطمینانِ گودِ موقتشیبِ خاکبرداری ۱٫۳؛ پایداریِ کلیِ شیروانی ۱٫۳؛ بالاآمدنِ کفِ گود ۱٫۵
ضریبِ اطمینان با وجودِ ساختمانِ مجاور در حوزه‌یِ تأثیرافزایش به ۱٫۵
بارِ زلزله در تحلیلِ گودِ موقتالزامی نیست
الزامِ میکروژئودزیدر گودهایِ با خطرِ بسیار زیاد اجباری است
برو به آزمونِ همین فصل