ارزیابی خطر گودبرداری بر اساس مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان

 

گودبرداری و توجه به مسائل مربوط به آن، بخش لاینفک پروژه‌های عمرانی است!

خاک یک محیط پیچیده و ناشناخته‌ است؛ به همین سبب، با وجود قدمت بالای این رشته، یعنی مهندسی ژئوتکنیک، هنوز هم مسائل حل نشده زیادی در این حیطه وجود دارد که پاسخ روشنی برای آن یافت نشده است. نکته قابل توجه در بحث‌های مربوط به خاک و ژئوتکنیک، این است که آیین‌نامه‌های موجود، موارد حداقلی را بیان کرده‌اند و هر مهندس ذیصلاح، باید از تجربه و تشخیص خودش نیز استفاده لازم را ببرد. در این مقاله، تمرکز اصلی بر روی ارزیابی خطر گودبرداری می‌باشد، اما نیاز است، مقدماتی طی شود تا به این موضوع بسیار مهم پرداخته شود. بحث مربوط به ارزیابی خطر گودها و تفویض مسئولیت‌ها، بخش مهمی از دیدگاه آزمون نظام مهندسی می‌باشد که در این مقاله سعی شده است به همراه یک مثال آموزشی کامل، این روند کامل توضیح داده شود.

۱- شناخت خاک

همانطورکه بالاتر بیان شد، خاک یک محیط پیچیده است؛ شاید پیچیده بودن آن به این علت باشد که خاک، در هر منطقه، یک خصوصیات متفاوتی دارد و نمی‌توان یک نسخه کلی برای همه مسائل چید؛ لذا دیده می‌شود که آیین‌نامه‌ها به استفاده از آزمون‌های برجا (مثل بارگذاری صفحه و پرسیومتری و…)، در برخی مواقع توصیه کرده‌اند.

در مرحله نخست، قبل از انجام هر اقدام ژئوتکنیکی، لازم است که مطالعاتی انجام شود. این مطالعات می‌تواند نکاتی درباره لایه‌های خاک و خصوصیات آن، لرزه‌خیزی، داده‌های هیدرولوژیکی، تاریخچه ساختگاه و… باشد؛ ‌حال این که کدام اطلاعات برای کار ما مفید است، تابعی از نوع پروژه‌ای و شرایط زمین می‌باشد که باید تشخیص داده شود. در حالت کلی، بررسی‌های ژئوتکنیکی را می‌توان در سه مرحله دسته‌بندی کرد: ۱- بررسی‌های مقدماتی  ۲- بررسی‌های طراحی  ۳- بررسی‌های کنترلی.

---

مطالب مرتبط : گودبرداری و انواع روش‌های آن

---

۱-۱ بررسی‌های مقدماتی

در این مرحله، باید با دقت کافی، ملزومات لازم برای ساختگاهی که مورد نیاز است، بررسی شود و از بین ساختگاه‌های موجود، ارزیابی صورت بگیرد و بهترین مورد انتخاب شود. همچنین باید تخمین زده شود که اگر در حین اجرا، روند به همان صورتی که پیشنهاد شده بود، پیش‌ نرود، چه پیامدهایی به دنبال کار می‌آید و چگونه باید این موارد را اصلاح کرد. در بررسی مقدماتی باید اطلاعاتی از قبیل بررسی آب‌زیرزمینی، لرزه‌خیزی منطقه، توپوگرافی منطقه، تاریخچه ساختگاه، نقشه‌های قدیمی منطقه و…، جمع‌آوری شود.

۲-۱ بررسی‌های طراحی

در این مرحله، هدف، فراهم نمودن اطلاعاتی است که بتوان طراحی ایمن و اقتصادی برای سازه مورد نظر داشت و همچنین مانند مرحله قبل، پیش‌بینی شود که اگر روند اجرا، از مسیر طراحی در نظر گرفته شده، فاصله بگیرد، چه پیامدهایی دارد و راه‌حل چه خواهد بود. در بررسی‌های طراحی باید اطلاعات لازم و کافی از خاک به‌دست آورده شود که این هدف، به کمک گمانه انجام می‌گیرد.

۳-۱ بررسی‌های کنترلی

در این مرحله باید بررسی شود که آیا ایمنی کافی به هنگام عملیات گودبرداری و ساخت‌ پی و سازه، وجود دارد یا خیر، و یا بررسی شود که آیا فرضیاتی که برای طراحی قرار است استفاده شود، با شرایط محیط و ساختگاه متناسب است یا خیر. در این نوع بررسی‌ها، باید به طور کلی، کنترل‌های مضاعفی مربوط به خاک و سنگ (به طور مثال، اگر در حین اجرا، به خاک‌های مسئله‌دار و یا حفره‌های زیرزمینی‌ای برخورد شود که قبلا دیده نشده باشد، باید به آن دقت کرد و در روند اجرا، این مسئله را گنجاند) و کنترل‌های مضاعفی مربوط به آب زیرزمینی (به طور مثال، به کمک پیزومترها، مشخصه‌های جریان آب زیرزمینی و رژیم فشار حفره‌ای، به‌دست آورده شود)، انجام شود.

۲- ارزیابی خطر گود

تا به این‌جا، با روند شناسایی‌های ژئوتکنیکی آشنا شدیم. در این بین، مسائل پراهمیت دیگری نیز وجود دارد که در این محتوا به آن پرداخته نشده است و ارزیابی خطر گود، زیر ذره‌بین این مقاله می‌باشد. برای لحاظ کردن خطر گود باید جدول زیر از مبحث هفتم در نظر گرفته شود:

 

 

برای تشخیص ارزیابی خطر گود، باید هر سه ستون اول تا سوم،‌ را بررسی کرد. به عنوان یک نکته کلی، در نظر داشته باشید که خطر گودی را در نظر می‌گیریم که بحرانی‌تر است. بگذارید با یک مثال روند را به جلو ببریم؛ فرض کنید از ستون اول به مقدار ۵/۰ تا ۲ رسیدیم و این مقدار به ما، خطر گود را زیاد گزارش می‌کند؛ از ستون دوم به مقدار کمتر از ۴ رسیدیم و این مقدار به ما، خطر گود را معمولی گزارش می‌‌کند و در نهایت اگر فرض کنیم، ستون سوم به ما مقدار صفر را بدهد، این جدول، خطر گود را معمولی گزارش می‌کند. پس از بررسی سه ستون جدول، به خطرهای گود زیاد، معمولی و معمولی رسیدیم که باید بحرانی‌ترین وضعیت یعنی خطر گود زیاد را در نظر بگیریم. اما در ادامه به بررسی دقیق‌تر هر کدام از ستون‌ها پرداخته شده است.

۱-۲ ستون اول

در این ستون باید نسبت دو ارتفاع به هم لحاظ شود. منظور از h عمق گود مورد نظر می‌باشد و منظور از h_c عمق بحرانی می‌باشد. عمق بحرانی به عمقی تئوری گفته می‌شود که به علت وجود چسبندگی در خاک، گودبرداری بدون استفاده از سیستم‌های نگهبان پایدار بماند. عمق بحرانی به چسبندگی خاک، وزن مخصوص خاک، ضریب فشار افقی زمین در حالت محرک و تنش ناشی از سربار کنار گود، بستگی دارد و از رابطه پایین، قابل محاسبه می‌باشد

 

 

اما یکسری نکات باید در محاسبه عمق بحرانی لحاظ شود:

۱- اگر ساختمانی کنار گود قرار داشته باشد و فاصله این ساختمان تا لبه گود کمتر از عمق گود باشد، باید تنش حاصل از کل بار ساختمان در محاسبات پایداری گود در نظر گرفته شود. این موضوع در شکل پایین نشان داده شده است:

 

 

یعنی در شکل بالا اگر L < H باشد، باید بار ساختمان در طراحی در نظر گرفته شود.

۲- اگر آب یا رطوبت قابل توجهی نیز وجود داشت، به اثر آن بر روی عمق بحرانی باید توجه کرد.

برای درک بهتر این دو عمق (یعنی عمق گود و عمق بحرانی)، مثالی بزنیم. شکل پایین را در نظر بگیرید؛ فرض کنید سربار ساختمان معادل ۱۵ کیلوپاسکال، چسبندگی خاک ۲۰ کیلوپاسکال باشد و همچنین یک خاک چسبنده داریم. وزن مخصوص خاک هم ۱۵ کیلونیوتن بر مترمکعب در نظر گرفته شود. خطر گود در این حالت چه خواهد بود؟

 

 

 

 

با توجه به شکل، عمق گود (h) برابر ۴ متر است. حال به محاسبه عمق بحرانی می‌پردازیم؛ ابتدا با توجه به نکته‌ای که در رابطه با عمق بحرانی بیان کردیم، با توجه به اینکه فاصله ساختمان تا لبه گود (۲ متر) از عمق گود (۴ متر) کمتر است، پس باید سربار ساختمان در محاسبات مربوط به عمق بحرانی لحاظ شود. همچنین چون خاک چسبنده است، ضریب فشار افقی زمین در حالت محرک برابر ۱ می‌باشد. پس عمق بحرانی برابر خواهد بود با: 

 

 

 

 

در نهایت برای ارزیابی خطر گود در این حالت، کافیست عمق گود بر عمق بحرانی تقسیم شود یعنی ۴ تقسیم بر ۶۷/۱ که حدودا برابر ۴/۲ می‌شود. حال با مراجعه به جدول بالا، مقدار ۴/۲ برای ستون اول، خطر گود را بسیار زیاد نتیجه می‌دهد.

۲-۲ ستون دوم و سوم

در این قسمت قصد داریم با عمق گود از تراز صفر و عمق گود از زیر پی ساختمان موجود در محدوده ناپایداری دیواره گود آشنا شویم. این دو عمق، پیچیدگی خاصی ندارد و برای توضیح آن کافیست از مثال زده شده در قسمت قبل استفاده کنیم. به شکل مثال قبل، توجه بفرمایید؛ در این شکل عمق گود از تراز صفر برابر ۴ متر می‌باشد که با توجه به ستون دوم، این مقدار خطر گود را زیاد گزارش می‌کند، و اما با توجه به شکل مثال، عمق گود از زیر پی ساختمان موجود در محدوده ناپایداری دیواره گود برابر ۵/۱ متر می‌باشد که از ستون سوم، این مقدار خطر گود را زیاد اعلام می‌کند.

در نهایت در مثال حل شده، از سه ستون، به سه خطر بسیار زیاد، زیاد و زیاد رسیدیم که بحرانی‌ترین حالت یعنی خطر گود بسیار زیاد را در نظر می‌گیریم.

* توجه: اگر داوطلب آزمون‌های نظام مهندسی هستید، باید در حل این سوالات برای ذخیره زمان، به یکسری از نکات که در ادامه بیان شده است توجه کنید. به طور مثال در همین مثال آموزشی حل شده، وقتی در حالت اول، خطر گود بسیار زیاد شد، دیگر نیاز به بررسی دو ستون دیگر نبود، چرا که خطر گود دیگر بحرانی‌تر از بسیار زیاد که نخواهد شد! اما گاهی یک شرایطی هست که بدون انجام محاسبه سه ستون بالا، می‌توانیم خطر گود را همواره بسیار زیاد اعلام کنیم؛ این شرایط عبارتند از:

۱- ساختمان فاقد انسجام و یک‌پارچگی کافی برای تحمل نشست‌های افقی و قائم نظیر ساختمان بدون اسکلت یا بدون پی پیوسته بتنی مسلح (پی‌های نواری و گسترده) یا هرگونه ساختمانی که در آن نشانه آشکار فرسودگی و ضعف در باربری مشاهده گردد.

 ۲- ساختمان با ارزش فرهنگی و تاریخی (مثل موزه و…)

 ۳- ساختمان با اهمیت بسیار زیاد در استاندارد ۲۸۰۰ (مثل بیمارستان‌ها، مراکز مخابرات و…)

 ۴- ساختمان ۸ طبقه یا بیشتر

بنابراین فرض کنید در مثال آموزشی بیان شده، اگر یکی از چهار مورد بالا ذکر شده بود، مثلا در مثال می‌گفت ساختمانی ده طبقه در حوزه تاثیر ناپایداری گود وجود دارد، بدون هیچ محاسبه‌ای، خطر گود همواره بسیار زیاد باید اعلام شود.

اما بعضی شرایط دیگر نیز هست که می‌توان گفت حتما خطر گود معمولی نیست، یعنی یا خطر گود زیاد است و یا بسیار زیاد؛ این شرایط عبارتند از:

۱- اگر تراوش آب در گود موجود باشد، همواره خطر گود زیاد یا بسیار زیاد است.

۲- اگر خاکی که در آن گودبرداری انجام می‌شود دستی یا فاقد چسبندگی قابل اعتماد باشد، خطر گود با توجه به معیارهای دیگر زیاد یا بسیار زیاد است.

۳- در صورت وجود تأسیسات شهری عمده (مانند خطوط اصلی آب، گاز و مخابرات) در مجاورت گود، خطر گود زیاد یا بسیار زیاد ارزیابی می‌شود.

۳- تفویض مسئولیت‌ها

بعد از ارزیابی خطر گودها به تفویض مسئولیت‌ها می‌رسیم. با توجه به اینکه خطر گود معمولی، زیاد یا بسیار زیاد باشد، باید مسئولیت‌های طراحی، اجرا و نظارت مشخص شود.

۱- اگر خطر گود معمولی شد،‌ مسئولیت طراحی گودبرداری بر عهده مهندس طراح ساختمان خواهد بود. البته توصیه می‌شود کارفرما در کنار مهندس طراح در پایدارسازی گود از یک مهندس ذیصلاح استفاده نماید.

۲- اگر خطر گود زیاد باشد، مسئولیت طراحی گودبرداری باید بر عهده یک شرکت مهندسی ژئوتکنیک ذیصلاح واگذار شود. نظارت بر اجرای عملیات بر عهده ناظر ذیصلاح ژئوتکنیک است.

۳- اگر خطر گود بسیار زیاد باشد، مسئولیت طراحی گودبرداری باید توسط یک شرکت مهندسی ژئوتکنیک ذیصلاح، عملیات پایدارسازی گود توسط پیمانکار ذیصلاح و نظارت بر اجرای عملیات توسط ناظر ذیصلاح ژئوتکنیک انجام گردد.

در این مقاله سعی شد توضیح جامعی در رابطه با ارزیابی خطر گود داده شود. ارزیابی خطر گود یکی از مسائل مهم در روند اجرا و همچنین یکی از موضوعات مورد توجه طراحان سوال آزمون نظام مهندسی بوده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با گودبرداری و مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، می‌توانید از کتاب مکانیک خاک، گودبرداری، پی‌سازی و سازه‌های نگهبان استفاده نمایید.

 

 

 

انتشارات نوآور

واحد علمی نشر نوآور