خاک، سازه نگهبان و بهسازی
آزمایش خاک یکی از فرآیند های مهم پیش از احداث ساختمان است، در این تست ویژگی های خاک (شیمیایی و فیزیکی)، توسط افراد متخصص آزمایش میشود، در ابتدا نمونه گیری از خاک با استفاده از از تجهیزات و دستگاه های خاص صورت میگیرد سپس نمونه خاک مورد نظر به آزمایش تخصصی خاک منتقل شده و کارشناسان پس از انجام آزمایشهای خود طی گزارشی ویژگی ها و تیپ خاک، ساختار مکانیکی و لایه های ژئوتکنیکی را مشخص میکنند.
اهمیت تست خاک در ساختمان سازی به این علت است که وزن ساختمان و تاثیر نیروهای طبیعی مثل باد بر سازه و انتقال مجموع این نیروها بر بافت خاکی که ساختمان روی آن قرار دارد، بستگی دارد، از این رو آزمایش خاک و شناسایی تیپ و ویژگی های آن ضروری است.
کاربرد آزمایش خاک
- تعیین میزان رطوبت
- تست تراکم استاندارد
- حد روانی
- حد خمیری
- تشخیص منحنی دانه بندی
- مشخص کردن چگالی
- آزمایش تحکیم
- آزمایش مقاومت و نشست
- تعیین نسبت باربری
مراحل انجام آزمایش خاک
اولین مرحله در انجام آزمایش خاک نمونه برداری است، خوب است بدانید نمونه برداری به دو روش دستی و ماشینی امکان پذیر است،اما چندسالی است نمونه برداری به صورت دستی مورد تایید سازمان نظام مهندسی نمیباشد و مهندسین ساخت و ساز برای تهیه نمونه خاک از ماشین و ابزارآلات مخصوص استفاده میکنند. لازم به ذکر است که سازمان نظام مهندسی به طور مستقیم بر این فرآیند نظارت دارد.
محل نمونه گیری مکانی است که ساختمان در آنجا بناست که احداث شود، در ادامه به صورت لیست وار مراحل انجام آزمایش خاک را ذکر میکنیم:
- قرارداد با شرکت ازمایشگاهی
- عملیات حفاری
- استعلام برگ سبز تعهد مطالعات ژئوتکنیک -برگ سبز ازمایش خاک
- تهیه گزارشات توسط ازمایشگاه خاک و ارسال آن به سازمان نظام مهندسی
- بررسی در سازمان خداکثر تا زمان 10 روز
- تایید نهایی گزارش خاک و ارسال به شهرداری
انواع آزمایش خاک برای ساخت و ساز
تست های مختلفی برای بررسی خاک قبل از شروع پروژه ساخت و ساز ساختمانی وجود دارد. انتخاب نوع آزمایش ها جهت بررسی خواک بستگی به نوع ساخت و ساز و همچنین شرایط اقلیمی منطقه و زمین دارد. به طور کلی اصلی ترین و مهم ترین آزمایش های مربوط به تست خاک در پروژه های ساختمان سازی را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- آزمایش نفوذ استاندارد
- آزمایش هم ارز ماسه
- تست رطوبت
- آزمایش حد روانی
- آزمایش دانه‌بندی به روش سرند کردن
- آزمایش برش مستقیم
- آزمایش سه محوری
- آزمایش وزن مخصوص خاک
- آزمایش ضریب نفوذپذیری
- آزمایش تک محوری خاک چسبنده
- آزمون حدود اتربرگ
- آزمایش تحکیم
- تست دانسیته
- تست تراکم پروکتور
لیست تجهیزات آزمایشگاه خاک
- تجهیزات CBR آزمایشگاه خاک
- تجهیزات مقاومت برشی سه محوری
- دستگاه آزمایش برجا/دسته بندی خاک
- تجهیزات آزمایش هیدرومتری
- تجهیزات نمونه گیری خاک
- تجهیزات آزمایشگاه خاک جهت تعیین مقاومت تک محوری
- تجهیزات آزمایشگاهی برش مستقیم
- دستگاه آزمایش تحکیم خاک
- تجهیزات صفحه متخلخل در آزمایشگاه خاک
- پوسته غشا
- تجهیزات آزمایش حدود اتربرگ
- دستگاه آزمایش نفوذپذیری خاک
- دستگاه آزمایش سیمان خاک
- دستگاه تراکم پروکتور
- دستگاه اندازه گیری بار – نشست
سازه نگهبان
طبقات منفی در ساختمان‌ها، یکی از گزینه‌هایی است که در سال‌های اخیر، سازندگان برای تأمین پارکینگ موردنیاز واحدهای احداثی خود به اجرای آن رو آورده‌اند. البته نمی‌توان گفت 100% طبقات منفی برای تأمین پارکینگ اجرا میشود ولی می‌توان گفت حل مشکل پارکینگ یکی از دلایل اصلی اجرای ساختمان‌ها با طبقات منفی است.
اما مهم‌ترین چالش پیش رو در این ساختمان‌ها که طبقه منفی دارند گودبرداری است. متأسفانه به دلیل عدم آشنایی سازندگان حتی بسیاری از سازندگان با اصول گودبرداری و رفتارهای خاک، در سال‌های اخیر شاهد وارد شدن خسارات سنگین مالی و جانی به پلاک‌های مجاور و پروژه‌های در حال ساخت بوده‌ایم.
سازه نگهبان به سازه‌ای گفته میشود که برای تأمین پایداری دیواره‌های گود و پلاک‌های مجاور اجرا در داخل زمین پروژه اجرا میشود. این سازه می‌تواند یک سازه فرعی و جدا از سازه اصلی یا بخشی از سازه اصلی باشد. برخی سازندگان برای فرار از مخارج گودبرداری که بعضاً نیز قابل‌توجه است بدون اجرای سازه نگهبان اقدام به گودبرداری میکنند و به‌ظاهر باور دارند که خاک زمین پایداری کافی را داشته و نیازی به اجرای سازه‌های جانبی برای تأمین پایداری دیوارهای گود نیست. اما تجربه ثابت کرده که رفتار خاک غیرقابل‌پیش‌بینی و بسیار متنوع است و برای تأمین ایمنی افراد داخل و خارج گود و نیز حفظ پلاک‌های مجاور گود، لازم است سازه‌هایی جانبی با عنوان سازه نگهبان اجرا شود.
نکات تأثیرگذار در انتخاب روش اجرای سازه نگهبان
بعد از آشنایی با تعریف سازه نگهبان و اهمیت آن، لازم است با عوامل تأثیرگذار در انتخاب روش پایدارسازی دیواره‌های گود آشنا شویم. چراکه نمی‌توان برای پایدارسازی تمام گودها از یک روش سازه نگهبان استفاده کرد. عواملی که می‌توانند در انتخاب روش اجرایی سازه نگهبان تأثیرگذار باشند عبارت‌اند از:
- تیپ خاک موجود در دیواره‌ها که بر اساس آزمایشات مکانیک خاک مشخص میشود.
- وضعیت ایستایی و حساسیت پلاک‌های مجاور گود.
- تأسیسات موجود در معابر موجود در اطراف ملک.
- عمق گود
- ابعاد زمین
- بودجه در نظر گرفته‌شده برای اجرای سازه نگهبان
- مدت بازماندن دیواره‌های گود
اجرای سازه نگهبان توسط شرکت :
مرحله 1. جانمایی تیرآهن ها و كوبش تیرآهن ها با دستگاه تیرآهن کوب یا ویبره سنگین
مرحله 2. جانمایی تیرآهن ها و كوبش تیرآهن ها با دستگاه ویبره سنگین برایی پروژه های بزرگ و عمیق
مرحله 3: برداشت خاک یک دهنه بین تیرآهن ها تا عمق مطمئن و غیر ریزشی
جوشکاری نبشی در جان تیرآهن ها و جانمایی میله گرد ها افقی و کوبش میله گرد های قائم تا عمق مورد نظر
مرحله 4: قالب بندی دیواره و بتن ریزی ان در همان روز، جهت جلوگیری از هواخوردن و ریزش خاک ماسه ای
مرحله 5: بعد از اجرای دیوار مرحله اول خاک برداری تا این لول انجام شده و شمع ها اجرا میشود.
سپس همزمان خاک برداری و تخریب سرشمع ها با فاصله مطمئن اتفاق افتاده و کنترل سطح آب با زهکش و اجرای دستک ها روی شمع ها اتفاق می افتد
مرحله 6: اجرای زهکش افقی با بلوک و سنگ بیست و لوله های مشبک جهت انتقال آب به چاه ها و تخیله آب
مرحله 7: اجرای دستک ها طبق نقشه بر روی شمع ها یا پی های منفرد
مرحله 8: اجرای مرحله دوم و سوم دیوار بعد از اجرای دستک ها و امن شدن پروژه
مرحله 9: برداشت خاک، تسطیح و مگر
بهسازی خاک
راهکارهای مقاوم‌سازی پی و در واقع بهسازی خاک زیر فونداسیون یکی از معضلات اساسی در ساخت سازه‌ها می‌باشد. با افزایش جمعیت و مشاهده خسارات ناشی از زلزله و سایر عوامل طبیعی این معضل و نیاز بشر به ایجاد سازه‌هایی مقاوم و مستحکم و تقویت و بهسازی سازه‌های قدیمی به طور روزافزون گسترش یافته است. بعنوان مثال خاکريزهای اجرا شده بر روي خاک های نرم (رس‌هاي حساس)، ديوارهاي حائل رودخانه‌ها که بر ماسه‌هاي بسيار سست بنا مي‌شوند و يا سازه‌هاي دريايي که بر روي رسوبات سست واقع بر گسل‌هاي قاره‌اي بنا شده‌‌اند. عدم شناخت رفتار خاک‌هاي روانگرا يا حساس، ممکن است يکپارچگي سازه‌هاي واقع شده بر آن‌ها را مورد تهديد قرار دهد.
از مهم‌ترین مسائل در این زمینه بهسازی خاک بوده که در واقع بازسازی کنترل شده خاک در جا برای استفاده مجدد در یک ساختار جدید ژئوتکنیکی و یا بهبود وضعیت ساختار فعلی مدنظر می‌باشد. در اینجا نگاهی اجمالی به روش‌های نوین بهسازی زمین و زمینه‌های کاربردی آن‌ها خواهد شد که هدف نهایی تمامی آن‌ها، بهبود پارامترهای ژئوتکنیکی خاک، کاهش هزینه،کوتاه شدن زمان اجرا و افزایش طول عمر بهره‌برداری بوده و به منظور تغییر خصوصیات خاک و در نهایت کاهش نشست سازه، بهبود مقاومت برشی خاک، از بین بردن فضاي خالی زیاد در بافت مصالح خاکی و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری آن، افزایش ضریب اطمینان در مقابل لغزش شیروانی خاکریزها و سدهای خاکی، کاهش خصوصیات فشرده شدن و تورم خاک انجام می‌شوند.
از کاربردی ترین روش‌های بهسازی خاک می‌توان به موارد زیر اشاره نمود :
میکروپایل
از روش‌های رایج بهسازی خاک، روش میکروپایل می‌باشد. میکروپایل به عنوان یک المان باربر اضافه شده و ضمن افزودن مقاومت خاک، با تزریق دوغاب سیمان خصوصیت های مکانیکی خاک را اصلاح می‌کند. میکروپایل شمع‌هایی با قطر کمتر از 30 سانتی‌متر هستند كه پس از حفر گمانه يا کوبش کيسينگ، آرماتور فولادي در داخل آن جايگذاري شده و بصورت درجا تزريق مي‌شود و مزایایی چون جلوگیری از نشست خاک، افزایش ظرفیت باربری و سختی خاک، ایجاد تراکم، سرعت بالای اجرای کار، صرفه اقتصادی و … را به همراه دارد.
نیلینگ
یکی دیگر از روش‌های بهسازی خاک میخ‌کوبی جدار دیوار یا نیلینگ است که با هدف پایدارسازی شیب‌ها و دیواره‌های حفاری و حفاظت از گودبرداری و ساختمان‌های مجاور سازه اجرا شده و در واقع یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می‌کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارند. ضمنأ لایه سطحی شاتکریت و شبکه میلگرد پس از نصب نیلینگ ها از فرسایش خاک جلوگیری می‌کند. نیلینگ در مواردی چون پایدارسازی ترانشه ها در احداث بزرگراه‌ها و راه‌آهن‌ها و جداره‌های سازه‌های زیرزمینی و سازه‌های شهری کاربرد دارد.
بهسازی خاک به روش تزریق
روش دیگر افزایش ظرفیت باربری خاک و جلوگیری از نشست آب در سازه، تزریق سیمان به خاک می‌باشد. تزریق با پر کردن خلل و فرج خاک علاوه بر موارد فوق، در تثبیت شیروانی‌ها و جلوگیری از تورم نیز کاربرد دارد. تزریق در خاک به انواع مختلفی نظیر تزریق تراکمی، نفوذی، جت و شکست هیدرولیکی اجرا میشود.
شمع گذاری در خاک
در موارد کمبود ظرفیت باربری خاک، نیاز به انتقال نیرو به سطوح پایین‌تر خاک وجود دارد، چرا که در سطوح زیرین تراکم و اصطکاک بیشتر، مقاومت بالاتری را به دنبال دارد. لذا در این موارد از روش شمع گذاری استفاده کرده و سازه را نسبت به نشست مقاوم میکنیم.
تراکم دینامیکی
تراکم دینامیکی خاک یکی از روش‌های تراکم عمقی خاک است. از فواید تراکم می‌توان به افزایش باربری خاک، کاهش نشست‌های ناخواسته و پایداری شیروانی‌ها اشاره کرد.در طول فرآیند تقویت شالوده، با افتادن چکش از ارتفاع ۲۰ متری به سرعت ۷۲۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسیم که در قویترین زلزله‌ها رخ می‌دهد.
ستون شنی ارتعاشی
جرای ستون شنی به منظور بهسازی و یا تحکیم خاک شامل جابجایی بخشی از لایه های فوقانی خاک های مسئله دار با یک ستون قائم متراکم شنی است که بایستی در لایه های ضعیف اطراف ستون شنی به خوبی نفوذ کرده باشد. وقتی از فشار آب در روند اجرای ستون شنی به منظور بهسازی و یا تحکیم خاک استفاده می شود این روش به نام روش جایگزینی ارتعاشی (Vibro Replacement or wet process) یا اجرای تر ستون شنی نامیده می شود. اما زمانی که اجرای ستون شنی در خاک هایی نیمه اشباع مانند توده خرده سنگی قدیمی باشد روند بهسازی خاک بدون فشار آب و به نام اجرای ستون شنی به روش خشک یا ارتعاشی جابجایی نامیده می شود. روش ستون شنی ارتعاشی مشتمل بر سه مرحله حفاری، تراکم و تسلیح و اجرای بالشتک شنی می باشد.
