گودبرداری و پی کنی

طبقه بندی زمینها

زمینها رابر حسب مورد می توان بر حسب نوع (اندازه) مصالح متشکله، برحسب وضعیت طبیعی، و یا برحسب میزان نشست و قابلیت تراکم طبقه بندی نمود.

الف). طبقه بندی زمینها بر حسب نوع مصالح متشکله

مصالح تشکیل دهندة انواع زمینها، به غیر از زمینهای سنگی، عبارتند از شن، ماسه، سیلت، رس و مواد آلی یا ارگانیکی حاصله از گیاهان.

ب) طبقه بندی زمینها بر حسب وضعیت طبیعی

زمینها را بر حسب وضعیت طبیعی به دو دسته زمینهای خاکریزی شده یا مصنوعی و زمینهای طبیعی تقسیم می کنند.

ج) طبقه بندی زمینها بر حسب میزان نشست

زمینهای غیر قابل تراکم

زمینهای با قابلیت تراکم کم

زمینهائی با قابلیت تراکم زیاد

تعیین مقاومت مجاز زمین

تعیین ابعاد پی به میزان زیاد بستگی به قابلیت زمین برای تحمل فشار دارد. لذا تعیین مقاومت مجاز زمین از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زمینهائی که قبلاً در آنها ساختمان و یا سازه ای ساخته شده است و وضعیت آنها مشخص است ممکن است احتیاج به آزمایشهای مجدد نداشته باشد.

موضوع تعیین مقاومت و سایر مشخصات زمین در مواقعی که زمین ناشناخته بوده و ساختمان و پروژه ایکه قرار است برروی آن ساخته شود بزرگ و قابل اهمیت باشد بسیار حائز اهمیت است.

پیاده کردن نقشه

پیاده کردن نقشه روی زمین قبل از گودبرداری و یا هر نوع عملیات اجرائی بجز برداشتن خاکهای سطحی و گیاهی و کندن بوته ها، غالباً به عمق 15 تا 25 سانتیمتر، صورت می گیرد. برای پیاده کردن نقشه روی زمین دو مشخصه بر و کف باید معین باشد.

روشهای گودبرداری و پی کنی

الف) گودبرداری در زمینهای خوب و خشک

ب) گودبرداری در زمینهای خشک نسبتاً سست

ج) گودبرداری در زمینهای سست و خشک

گودبرداری وسیع و عمیق

در مواقعی که پی ها نزدیک بهم بوده و در عمق نسبتاً زیادی باید ساخته شوند و یا در مواقعی که ساختمان دارای زیرزمین بوده و طبعاً پی ها پائین تر از کف تمام شده آن باید بنا شوند و زمین سست و ریزشی باشد، گودبرداری به یکی از طرق ترانشه محیطی، تیرهای شیب دار، فرازبندی، و دیوارهای پرده ای انجام می گیرد.

روش ترانشه محیطی

در این روش قبلاً ترانشه ای در پیرامون محل مورد نظر، نظیر زیرزمین که قرار است گودبرداری شود حفر می کنند. عرض ترانشه باید برای استقرار چوب بست، ساختن دیوار حائل و فضای لازم بریا کارگران به اندازة کافی در نظر گرفته شود. ترانشه را به یکی از طرقی که قبلاً گفته شد حفر کرده و کف آنرا به ضخامت 5 تا 10 سانتیمتر با بتن مگر پوشانده بصورت کاملاً افقی درمی آورند تا سطح مناسبی برای پی سازی و ساختن دیوار زیرزمین بوجود می آید. موقعی که دیوار اطراف کامل شد قسمت میانی را حفر کرده و خاکهای حاصله را خارج می کنند سپس کف سازی را انجام می دهند.

روش تیرهای مایل

از این روش در مواقعی استفاده می کنند که امکان حفر محل در پشت خط محیطی، بدون نیاز به چوب بست، میسر باشد و لذا اینکار فقط در مواردی که زمین به اندازة کافی مقاوم باشد امکانپذیر خواهد بود. پس از حفاری دامنه دیوارهای گودبرداری را صاف کرده و برای جلوگیری از ریزش احتمالی زمین آنرا چوب بست می کنند. دیوار حائل بتدریج و به دفعات ساخته می شود و چوب بست را به سمت بالا انتقال می دهند.

روش سدهای جعبه ای

این روش با استفاده از صندوقچه هائی که معمولاً از طریق قفل و بست کردن صفحات فلزی به یکدیگر و آب بندی کردن آنها ساخته می شوند صورت می گیرد. هرگونه نفوذ مختصر آب به داخل صندوقچه ها به وسیلة پمپ خارج می شود.

روش دیوارهای پرده ای

در این روش یک دیوار نسبتاً نازک بتنی در اطراف محل گودبرداری برای جلوگیری از ریزش خاک و قبل از گودبرداری می سازند. این روش مواقعی که محل گودبرداری نزدیک جریان آبی نظیر رودخانه واقع شده باشد و خطر نفوذ آب و ریزش زمین تواماً وجود داشته باشد نیز بکار می رود.

زه کشی افقی

زه کشی از طریق قرار دادن لوله های PVC به قطر 10 سانتیمتر، که با فیلتر نایلونی افقی برای جلوگیری از ورود ذرات دانه های خاک، مجهزند و استفاده از پمپ برای خارج کردن آبهای سطحی صورت می گیرد.

پی

کلیه سازه هائی نظیر سدها، ساختمانها و پلها که بر روی زمین قرار می گیرند دارای دو قسمت‌اند تحتانی یا پی. پی در حقیقت رابط بین سازه اصلی و زمین بوده و وظیفه اصلی آن انتقال وزن سازه اصلی آن انتقال وزن سازه اصلی و بارهای وارده بر آن به اضافة وزن خود به زمین است. پی را نمی توان مجزا از زمینی که سازه پی برروی آن قرار می گیرد بحساب آورد، بهمین علت است که خرابی پی ناشی از نشست و یا حرکت زمین را معمولاً به خرابی و یا عدم استقامت پی به حساب می آورند.

انواع پی

پی ها را می توان بطور کلی به سه گروه پی های گسترده، پی های شمعی و پیرها تقسیم کرد.

پی های گسترده:

ساده ترین و معمولترین انواع پی ها، پی های گسترده اند. نوع پی معمولاً شامل تاوه ای است از بتن مسلح به شکل مربع یا مربع مستطیل که وظیفه انتقال و توزیع بارهای وارده از ساختمان به زمین را بعهده دارد.

سطح پی باید به اندازه ای باشد که فشار وارده بر زمین بستر پی از مقاومت مجاز زمین تجاوز ننماید.

وضعیت مطلوب پی موقعی است که به شکل مربع ساخته شده و ستون درست در مرکز آن قرار داشته باشد.

پی های منفرد

نگاه کلی: سنگینی و جاذبه و همچنین سیستم‌های دیوارهای معلق ساخته شده از بتون و بنایی می‌توانند با کمک حجم زیادشان در مقابل فشار جانبی زمین مقاومت کنند. با این وجود، دوران جدیدی از دیوارهای نگهبان خاک در سال 1960 توسط Hovidal فرانسه با مفهوم زمین آرماتوری معرفی شدند. چنین دیوارهایی در مقایسه با ساختارهای گرانش نسبتا انعطاف‌پذیرترند. آنها فواید بسیاری دارند که شامل قیمت پایین آنها در هر مترمربع از سطح باز است. به دنبال گفته‌های vidal در این زمینه، یک سری تغییراتی ایجاد شد که شامل شبکه‌های استیل، شبکه‌های سیمی جوش خورده به هم و ژئوسنتز بود که در ابتدا بافت‌های زمین و سپس شبکه‌ها و مختصات زمین است. مفهوم کلی موجود برای تمام این ساختارهای آرماتوری همان زمین تثبیت یافته است. هر کدام از مواد استحکامی و انواع ترکیب بندیهای رخپوش که در دسترس است در شکل 5-2010 نشان داده شده است. زمانی که از بافت‌بندی زمین و یا شبکه‌های زمین استفاده شود، لایه‌های انفرادی آرماتور به شکل صفحات کاملی به نظر خواهد رسید. آنها از دیواربر تا مسافت برابری تا پشت خرابی بالقوة سطح هموار امتداد می‌یابد. در این جا باید دقت داشت که سطح روباز دیوار محیطی باید پوشش داده شود تا اینکه از تخریب و تضعیف ژئوسنتز که در اثر در معرض قرار گرفتن uv و دمای بالا و تخریب بوجود می‌آید، جلوگیری کند. برای شبکه‌های زمین، این امکان وجود دارد که بتوان سطح روباز را رویاند اما این پرورش سطح باید به طور دائمی صورت گیرد تا از تخریب سازواره‌های بالایی جلوگیری شود. در مورد شبکه‌های زمین، دوغاب‌های قیردار و یا فرآورده‌های دیگر آسفالت که برای پوشش دیواربر استفاده می‌شوند، دارای انعطاف‌پذیری بالایی به اندازة ارتجاع‌پذیری دیوار هستند. متأسفانه اکسیداسیون قیر باعث تخریب نسبتا سریعی می‌شود. در نتیجه بیشتر دیوارهای ژئوسنتزی محیطی توسط بتون‌های فشرده پوشیده شده‌اند (سیمان مخلوط و مرطوب/ شن و ماسه/ خمیر آب به همراه هوای موجود در دهانه) و یا می‌توان این دیوارها را بوسیلة گانیت پوشش‌دار (سیمان خشک) شن و ماسه مخلوط با آب و هوا در دهانه)

روش‌های طراحی: روش‌های طراحی اولین بار توسط lee در سال 1973 ابداع شد که او زمین‌های مستحکم به همراه باریکه‌های متالیک را جستجو می‌کرد و کار او بعدها با دیوارهای بافته شدة زمین توسط Bell در سال 1975 توافق یافت. در طول تمام این سالها اصلاحات بسیاری انجام شد که به راهنمایی‌هایی در جهت طراحی متودها هدایت می‌شد که این کار توسط سازمان‌هایی مثل NCMA در سال 1993، FHWA در سال 1995، AASHTO در سال 1997 انجام شد. پیشرفت‌های موجود در این طرح‌ها به صورت زیر می‌باشد.

1- استحکام خارجی در برابر واژگونی، استحکام کلی و یکپارچه، سرخوردگی، تخریب فونداسیون مورد بررسی قرار گرفت. شکل (a)6-201 را ببینید. 2- استحکام داخلی که در ابتدا در جهت تعیین فاصله‌بندی و طول و اصطحکاک بافت‌سازی زمین قرار می‌گیرد. 3- ملاحظات مختلف که شالم جزئیاتی در مورد دیوار رخپوش (روسازی) است را کامل می‌سازد. اولا، باید استحکام خارجی دیوارهایی را که از نظر ژئوسنتزی مستحکم شده‌اند را در نظر گرفت. که این فرآیند شامل واژگونی، استحکام کلی و یکپارچه، سرخوردگی و تخریب فونداسیون است. تمامی این خصوصیات می‌تواند برای همة سیستم‌های دیوارسازی به کار رود و می‌تواند دقیقا به عنوان دیوارهای گرانشی تلقی شود. دوما: فواصل جداشدگی لایه ژئوسنتزی باید بدست آید. فشارهای زمین به طور خطی با استفاده از شرایط ka انتشار می‌یابد که هم در شرایط خاک‌ریزی و هم سربارسازی به کار می‌رود. از نظریه لاستیک Boussiuesq برای بارهای مؤثر موجود در خاک‌ریزی استفاده می‌شود. با استفاده از یک نمودار ایستایی در هر عمقی در طول یک نمودار کلی فشار جانبی و سپس با خلاصه کردن نیروها در جهت افقی، می‌توان به معادلة زیر برای حداکثر ضخامت دامنة بالابری دست یافت: که در اینجا sv= فاصله‌بندی عمودی و ضخامت دامنة بالابری است. Tallow= فشار مجاز در ژئوسنتز. Gh= فشار کلی جانبی در عمق موردنظر و fs= عامل کلی برای عدم اطمینان ایمنی است. سوما، طول جایگزینی لایه‌های مستحکم ژئوسنتزی در محل تکیه‌گاه، le باید بدست آید. توجه داشته باشید که زمانی که این مقادیر به دست می‌آید، باید آنها را به طول‌های غیرفعال (LR) در پشت سطح تخریبی اضافه کرده تا L یعنی طول‌های استحکام کلی بدست آید:

که در این جا نام: توان و قدرت برش خاک به بافت‌سازی زمین است. Le = طول جایگزینی موردنیاز است که حداقل آن 1 متر است. SV= فاصله‌بندی عمودی (ضخامت دامنة بالابری) : فشار کلی جانبی در عمق موردنظر. Fs= عامل کلی برای عدم اطمینان ایمنی است (از 4/1 تا 5/1) r= واحد وزن خاک‌ریزی زمین است. Ci= ضریب همبستگی برای تفکیک Z: عمق از سطح زمین و Q = زاویه برش اصطحکاک و مالش موجود بین خاک و بافت‌سازی زمین است. ضریب همبستگی از یک تست تفکیکی آزمایشگاهی در مقیاس بزرگ می‌آید که از ژئوسنتز و خاک‌های مخصوص تحت شرایط زمینی مشابه استفاده خواهد کرد. سرانجام، فاصله اصطحکاک در روشی مشابه با نتایج بدست آمده از معادله زیر بدست می‌آید: که در این جا همان طول مالش یا اصطحکاک موردنیاز است که حداقل آن 1 متر است.

16ص

نگاه کلی: سنگینی و جاذبه و همچنین سیستم‌های دیوارهای معلق ساخته شده از بتون و بنایی می‌توانند با کمک حجم زیادشان در مقابل فشار جانبی زمین مقاومت کنند. با این وجود، دوران جدیدی از دیوارهای نگهبان خاک در سال 1960 توسط Hovidal فرانسه با مفهوم زمین آرماتوری معرفی شدند. چنین دیوارهایی در مقایسه با ساختارهای گرانش نسبتا انعطاف‌پذیرترند. آنها فواید بسیاری دارند که شامل قیمت پایین آنها در هر مترمربع از سطح باز است. به دنبال گفته‌های vidal در این زمینه، یک سری تغییراتی ایجاد شد که شامل شبکه‌های استیل، شبکه‌های سیمی جوش خورده به هم و ژئوسنتز بود که در ابتدا بافت‌های زمین و سپس شبکه‌ها و مختصات زمین است. مفهوم کلی موجود برای تمام این ساختارهای آرماتوری همان زمین تثبیت یافته است. هر کدام از مواد استحکامی و انواع ترکیب بندیهای رخپوش که در دسترس است در شکل 5-2010 نشان داده شده است. زمانی که از بافت‌بندی زمین و یا شبکه‌های زمین استفاده شود، لایه‌های انفرادی آرماتور به شکل صفحات کاملی به نظر خواهد رسید. آنها از دیواربر تا مسافت برابری تا پشت خرابی بالقوة سطح هموار امتداد می‌یابد. در این جا باید دقت داشت که سطح روباز دیوار محیطی باید پوشش داده شود تا اینکه از تخریب و تضعیف ژئوسنتز که در اثر در معرض قرار گرفتن uv و دمای بالا و تخریب بوجود می‌آید، جلوگیری کند. برای شبکه‌های زمین، این امکان وجود دارد که بتوان سطح روباز را رویاند اما این پرورش سطح باید به طور دائمی صورت گیرد تا از تخریب سازواره‌های بالایی جلوگیری شود. در مورد شبکه‌های زمین، دوغاب‌های قیردار و یا فرآورده‌های دیگر آسفالت که برای پوشش دیواربر استفاده می‌شوند، دارای انعطاف‌پذیری بالایی به اندازة ارتجاع‌پذیری دیوار هستند. متأسفانه اکسیداسیون قیر باعث تخریب نسبتا سریعی می‌شود. در نتیجه بیشتر دیوارهای ژئوسنتزی محیطی توسط بتون‌های فشرده پوشیده شده‌اند (سیمان مخلوط و مرطوب/ شن و ماسه/ خمیر آب به همراه هوای موجود در دهانه) و یا می‌توان این دیوارها را بوسیلة گانیت پوشش‌دار (سیمان خشک) شن و ماسه مخلوط با آب و هوا در دهانه)

روش‌های طراحی: روش‌های طراحی اولین بار توسط lee در سال 1973 ابداع شد که او زمین‌های مستحکم به همراه باریکه‌های متالیک را جستجو می‌کرد و کار او بعدها با دیوارهای بافته شدة زمین توسط Bell در سال 1975 توافق یافت. در طول تمام این سالها اصلاحات بسیاری انجام شد که به راهنمایی‌هایی در جهت طراحی متودها هدایت می‌شد که این کار توسط سازمان‌هایی مثل NCMA در سال 1993، FHWA در سال 1995، AASHTO در سال 1997 انجام شد. پیشرفت‌های موجود در این طرح‌ها به صورت زیر می‌باشد.

1- استحکام خارجی در برابر واژگونی، استحکام کلی و یکپارچه، سرخوردگی، تخریب فونداسیون مورد بررسی قرار گرفت. شکل (a)6-201 را ببینید. 2- استحکام داخلی که در ابتدا در جهت تعیین فاصله‌بندی و طول و اصطحکاک بافت‌سازی زمین قرار می‌گیرد. 3- ملاحظات مختلف که شالم جزئیاتی در مورد دیوار رخپوش (روسازی) است را کامل می‌سازد. اولا، باید استحکام خارجی دیوارهایی را که از نظر ژئوسنتزی مستحکم شده‌اند را در نظر گرفت. که این فرآیند شامل واژگونی، استحکام کلی و یکپارچه، سرخوردگی و تخریب فونداسیون است. تمامی این خصوصیات می‌تواند برای همة سیستم‌های دیوارسازی به کار رود و می‌تواند دقیقا به عنوان دیوارهای گرانشی تلقی شود. دوما: فواصل جداشدگی لایه ژئوسنتزی باید بدست آید. فشارهای زمین به طور خطی با استفاده از شرایط ka انتشار می‌یابد که هم در شرایط خاک‌ریزی و هم سربارسازی به کار می‌رود. از نظریه لاستیک Boussiuesq برای بارهای مؤثر موجود در خاک‌ریزی استفاده می‌شود. با استفاده از یک نمودار ایستایی در هر عمقی در طول یک نمودار کلی فشار جانبی و سپس با خلاصه کردن نیروها در جهت افقی، می‌توان به معادلة زیر برای حداکثر ضخامت دامنة بالابری دست یافت: که در اینجا sv= فاصله‌بندی عمودی و ضخامت دامنة بالابری است. Tallow= فشار مجاز در ژئوسنتز. Gh= فشار کلی جانبی در عمق موردنظر و fs= عامل کلی برای عدم اطمینان ایمنی است. سوما، طول جایگزینی لایه‌های مستحکم ژئوسنتزی در محل تکیه‌گاه، le باید بدست آید. توجه داشته باشید که زمانی که این مقادیر به دست می‌آید، باید آنها را به طول‌های غیرفعال (LR) در پشت سطح تخریبی اضافه کرده تا L یعنی طول‌های استحکام کلی بدست آید:

که در این جا نام: توان و قدرت برش خاک به بافت‌سازی زمین است. Le = طول جایگزینی موردنیاز است که حداقل آن 1 متر است. SV= فاصله‌بندی عمودی (ضخامت دامنة بالابری) : فشار کلی جانبی در عمق موردنظر. Fs= عامل کلی برای عدم اطمینان ایمنی است (از 4/1 تا 5/1) r= واحد وزن خاک‌ریزی زمین است. Ci= ضریب همبستگی برای تفکیک Z: عمق از سطح زمین و Q = زاویه برش اصطحکاک و مالش موجود بین خاک و بافت‌سازی زمین است. ضریب همبستگی از یک تست تفکیکی آزمایشگاهی در مقیاس بزرگ می‌آید که از ژئوسنتز و خاک‌های مخصوص تحت شرایط زمینی مشابه استفاده خواهد کرد. سرانجام، فاصله اصطحکاک در روشی مشابه با نتایج بدست آمده از معادله زیر بدست می‌آید: که در این جا همان طول مالش یا اصطحکاک موردنیاز است که حداقل آن 1 متر است.