گودبرداری و پی‌کنی
گودبرداری به آن قسمت از عملیات خاکی گفته می‌شود که پایین‌تر از سطح زمین برای احداث زیرزمین، موتور خانه و … انجام می‌گیرد. ولی پی‌کنی به تمامی عملیات خاکی که در سطح زمین انجام می‌گیرد.
شناسایی زمین
شناخت خصوصیات و قابلیت زمین که قرار است سازه بر روی آن ساخته شود و همچنین نحوه‌ی گود برداری و استفاده از سازه‌های نگهبان، رعایت مسائل ایمنی و وضعیت ساختمان‌های اطراف حین گود برداری، مواری که باید مورد توجه و دقت قرار گیرد.
منظور اصلی از شناسایی زمین، بدست آوردن اطلاعات زیر است.
- بررسی توپو گرافی عمومی منطقه، وجود خاك دستی، بررسی وضعیت ترك‌ها و ناپایداری‌های احتمالی در شیب‌ها، بررسی خاصیت تورم خاك
- تعیین حداکثر و حداقل سطح آب‌های زیرزمینی که ممکن است در موارد یا مناطقی برای پی‌کنی و پی‌سازی مشکل ساز باشد.
- مقاومت خاك (تنش مجاز خاك)
- انتخاب عمق پی و مقایسه انواع پی‌ها و انتخاب مناسب‌ترین آنها
- پیش بینی نشست
- مسائل و مشکلات احتمالی ساختمان‌های مجاور در ارتباط با گودبرداری
- بررسی عمق یخبندان در منطقه
- تعیین پایداری و نفوذ ناپذیر کردن کف گود
روش‌های مختلف گودبرداری
گودبرداری در زمینهای کوچک
گود‌برداری‌های کم عمق و با وسعت کم و یا در مواردی که راه دسترسی به ماشین آلات حفاری مقدور نباشد، معمولاً با دست صورت می‌گیرد. اما در مواردی که عمق زیاد است و وسعت کم، از انواع ماشین‌های حفار مانند بیل مکانیکی (بیل بک) استفاده می‌شود.
گودبرداری در زمینهای بزرگ
در صورتی که زمین بزرگ و حجم عملیات خاکی زیاد باشد، و خاك نرم بیلی و کم دج باشد، می‌توان از انواع بیل بار کن یا لودر برای حفاری و بار کردن استفاده کرد. ولی اگر زمین دج و دارای تخته سنگ و متورم باشد، برای حفاری از انواع بولدوزر استفاده کرده و برای بار کردن از لودر کمک گرفته می‌شود. نحوه عمل بدین صورت است که لودر در ابتدا برای خود یک رمپ یا شیب درست می‌کند، سپس با پیشرفت خاك برداری، در صورتی که زمین وسیع باشد، کمپرسی‌ها برای بار گرفتن داخل گود می‌شوند.
اجرای شمع
در این روش قبل از گود برداری، محل شمع‌ها در حریم زمین گود به فواصل ۳ تا ۵ متر مشخص می‌شود. اقدام به حفر چاه‌هایی معمولاً به قطر ۸۰ الی ۱۰۰ سانتیمتر می‌کنند. عمق این چاه‌ها به اندازه ارتفاع گودبرداری به علاوه ۲۵ تا ۳۵ سانتیمتر است. سپس توسط آرماتور‌های طولی و خاموت‌های دور پیچ، چاه کنده شده را مسلح و بتن ریزی کرده و اقدام به گودبرداری با رعایت حریم شمع‌ها می‌کنند.
از مزیتهای این روش می‌توان به سرعت بالای عملیات اجرایی، پایین بودن هزینه عملیات در پروژه‌های بزرگ و دست و پا گیر نبودن آن اشاره کرد. استفاده از این روش تا عمق ۵ متر اقتصادی است و برای گود‌برداری‌های با عمق زیاد می‌توان از مهار مایل اتکا به شمع استفاده کرد، تا اجرای شمع بتنی مقرون به صرفه باشد. همچنین از شمع‌های پیش ساخته می‌توان به جای شمع‌های درجا بهره برد. ولی در پروژه‌های شهری به دلیل مشکلات اجرایی، شمع‌ها باید به صورت درجا اجرا شود.
عمق چاه‌ها مانند روش اجرای شمع بوده، ولی طول پروفیل‌ها را طوری انتخاب می‌کنند که انتهای فوقانی آن تا حدی بالاتر از تراز فوقانی گود قرار گیرد. سپس قسمت فوقانی پروفیل را به کمک تیر یا خرپاهایی به یکدیگر متصل و آنگاه اقدام به گود برداری می‌کنند. اگر عمق گود تا حدی پایین‌تر رفت، می‌توان برای اطمینان بیشتر، در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیل قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا کرد. همچنین در سیستم مهار متقابل، باید در جهت عمود بر سیستم یا همان جهت عمود بر طولی استفاده کرد. برای اطمینان از پایداری پروفیل‌ها می‌توان قسمتهای تحتانی پروفیل که در پایین‌ترین تراز چاه قرار دارد را حداقل تا عمق ۱ متر مسلح و بتن ریزی کرد. این روش در گود‌برداری‌های با عرض کم مناسب بوده و از مزیتهای آن می‌توان سرعت اجرای بالا، هزینه کمتر و جا گیر نبودن را اشاره کرد.
در صورتی که در کناره‌ها‌ی گود ساختمان‌های بدون انسجام باشد، بهتر است خود ساختمان نیز مهار متقابل شود. معمولاً سازه انتخاب شده برای این کار خرپا است.
روش سپر کوبی
این روش در مواردی که خاك محل، خیلی سست و ریزشی است و اطراف محل گودبرداری، دارای فضای کافی برای کار کردن دستگاه سپر کوب (چکش) است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش ابتدا در اطراف گود سپر‌ها را با احتساب طول گیرداری ۰/۳H در زمین می‌کوبند و سپس اقدام به گود برداری می‌کنند. در خاك‌های سست و در گود برداری‌های با ارتفاع و عرض زیاد، باید از پشت بند‌ها و قید‌های فشاری فلزی استفاده شود.
دستگاه سپر کوب معمولاً به صورت ضربه‌ای یا تخماقی است و به لحاظ ایجاد لرزش و آلودگی صوتی استفاده، از این روش در مناطق شهری توصیه نمی‌شود. معمولاً در بسیاری از موارد سپر‌ها فولادی هستند و نیم رخ آنها معمولاً به شکل ذوزنقه‌ای هستند که معمولاً به اینها سپر‌های لارسن گفته می‌شود.
اجرای خرپا
یکی از روش‌های متداول اجرای سازه‌های نگهبان، اجرای خرپا است که این روش در مناطق شهری کاربرد دارد. جهت اجرای خرپای سازه نگهبان، دو روش مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روش اول که مطمئن‌تر ولی اجرای مشکل‌تری دارد، ابتدا مانند روش اجرای شمع، چاه‌های دستی در محل عضوهای قائم خرپا حفر می‌کنند. این چاه‌ها مانند روش‌های قبلی است و انتهای چاه‌ها را به طول کافی آرماتور بندی کرده و عوض قائم خرپا را در بیرون آن قرار می‌دهند و سپس بتن ریزی می‌کنند. حد فاصل بین پروفیل قائم و خاك را به نحو مناسبی با مصالح ساختمانی پر می‌کنند ( آجر چینی با ملات ماسه سیمان) سپس خاك قسمتهای وسطی پلان را گود برداری کرده و حریم همسایه‌ها را هم با شیب مناسبی خاك برداری می‌کنند سپس فونداسبون عضو مایل خرپا را اجرا کرده و عوض مایل خرپا را از یک طرف به بالای عضو قائم و از طرف دیگر به صفحه فونداسیون اجرا شده در امتداد شیب خاك متصل می‌کنند. خاك برداری قسمت شیبدار را مرحله به مرحله از بالا به پایین انجام می‌دهند و به طبع آن عضوهای افقی و قطری خرپا را وصل می‌کنند. در روز دوم خاکبردای را در روش شیبدار انجام داده (مانند روش قبل ولی بدون حفر چاه) و فونداسیون‌های قائم و مایل خرپا را در محل گودبرداری شده اجرا و بتن ریزی می‌کنند و سپس خرپا را به صورت کامل در زمین اجرا کرده و آنها را در محل خود نصب می‌کنند و در انتها خاك برداری سایر قسمتهای شیبدار را انجام می‌دهند.
روش پلکانی یا منبری
در این روش ابتدا وسط پلان را به صورت شیبدار خاك برداری کرده سپس محل پلکان‌ها را با توجه به پلان فونداسیون در فواصل حداکثر ۶ متر و به عرض کافی خاك برداری می‌کنند. آنگاه پلکان‌ها را با استفاده از آجر یا لاشه سنگ و با ملات خاك و گل بصورت پلکان وزنی در مقابل حریم خاك برداری و در محل کنده شده اجرا می‌کنند. در نهایت خاك برداری سایر قسمت‌ها را به اتمام رسانده و حدالامکان دیوار حائل دائمی را سریعتر اجرا و در صورت استفاده از آجر با ملات ماسه سیمان، عیار سیمان مصرفی در حد ۱۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب استفاده شود تا مشکلی برای ایجاد پلکان نداشته باشد.
روش جزء به جزء
این روش در مواردی که عمق گودبرداری کم و ساختمان همسایه ناپایدار باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این صورت خاك به صورت جزء به جزء با عرض کم، توام با شمع کوبی و آجر چینی یا سنگ کوبی زیر ستون‌های همسایه خاك برداری می‌شود. استفاده از معماران تجربی و مجریان ذی صلاح در این مورد توصیه می‌شود و نوع خاك در این روش بسیار مهم است.
نکات مهم قبل از گودبرداری
- اگر عمق خاک برداری بیش از ۱۲۰ سانتی متر باشد باید دیوارهای مجاور را مستحکم کرد.
- برای جلوگیری از بروز خطرها نظیر پرتاب سنگ و سقوط آزاد و … باید اطراف محل حفاری را حصار کشی کرد.
- در گود‌هایی که عمق آنها بیش از ۱ متر است نباید کارگر در محل کار به تنهایی گمارده شود.
- هنگامی که گود برداری در مجاورت خطوط راه آهن و بزرگراه‌ها یا مراکزی که تولید ارتعاش می‌کنند انجام گیرد، باید تدابیر احتیاطی برای جلوگیری از ریزش به عمل آید.
- مصالح حاصل از گود برداری نباید در پیاده‌روها انباشته شوند.
- معابر عمومی مجاور گود برداری باید دارای نرده و حفاظ مطمئنی باشند.
- در حفاری‌های عمیق باید هنگام روز از پرچم قرمز استفاده شود و شب‌ها به وسیله چراغ‌های خطر، عابرین و رانندگان را متوجه سازند.
نحوه عملیات گودبرداری
بعد از پیاده کردن نقشه و کنترل آن در صورت لزوم اقدام به گود برداری می‌نمایند. گود برداری برای آن قسمت از ساختمان انجام می‌شود که در طبقات پایین‌تر از کف طبیعی زمین ساخته می‌شوند همانند موتور خانه‌ها، انبارها، پارکینگ‌ها و … .در موقع گود برداری چنانچه محل گود برداری بزرگ نباشد از وسایل معمولی مانند بیل و کلنگ و چرخ دستی استفاده می‌شود. برای این کار تا عمق معینی که پرتاب خاک با بیل به بیرون امکان پذیر است (معمولاً تا عمق ۲ متری) عمل گود برداری را انجام می‌دهند. برای ادامه کار پله‌ای ایجاد نموده و سپس خاک حاصله را از عمق پایین‌تر از پله را روی پله ایجاد شده ریخته و سپس از روی پله دوباره به خارج منتقل می‌کنند. برای گود برداری‌های بزرگتر، استفاده از بیل و کلنگ مقرون به صرفه نبوده و بهتر است از وسایل مکانیکی نظیر لودر استفاده شود. در این گونه موارد برای خارج کردن خاک از محل گود برداری و حمل آن به خارج از کارگاه از سطح شیبدار استفاده می‌کنند، به این صورت که در ضمن گود برداری سطح شیب داری در کنار گود برای عبور کامیون و غیره ایجاد می‌شود که بعد از اتمام کار این قسمت توسط کارگر برداشته می‌شود.
عمق گودبرداری
حداکثر عمق مورد نیاز برای گود برداری تا روی پی است. به علاوه چند سانتیمتر بیشتر برای فرش کف و عبور لوله‌ها (در حدود ۲۰ سانتیمتر که ۶ سانتیمتر برای فرش کف و ۱۴ سانتیمتر برای عبور لوله‌ها). در این صورت لازم است محل پی‌های نقطه‌ای یا پی‌های نواری و شناژ‌ها را با دست خاک برداری نمود. ولی بهتر است که گود برداری را تا زیر سطح پی‌ها ادامه بدهند زیرا در این صورت برای قالب بندی پی‌ها آزادی عمل بیشتری دارند.
در نتیجه پی‌های ما تمیزتر و درست‌تر خواهد بود. خاک حاصل از چاه کنی و نخاله‌های ساختمانی را در فضای ایجاد شده بین پی‌ها ریخته که این مطلب از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است زیرا معمولاً، در موقع گود برداری کار با ماشین صورت می‌گیرد که برای خارج نمودن نخاله‌ها و خاک حاصل از محیط کارگاه لازم است که از وسایل دستی استفاده نمایند که این امر مستلزم هزینه بیشتری نسبت به کار با ماشین است.
البته در مورد پی‌های نواری این کار عملی نیست. زیرا معمولاً پی سازی در پی‌های نواری با شفته آهک است که بدون قالب بندی بوده و شفته در محل پی‌های حفره شده ریخته می‌شود در این صورت در ساختمان‌های که با پی نواری ساخته می‌شود اگر به گود برداری نیاز باشد گود برداری را تا روی پی ادامه می‌دهند.
عمق گودبرداری لازم = ضخامت شالوده +۱۰ سانتیمتر (بتن مگر) + ضخامت کف سازی
ابعاد پی کنی
ابعاد و عمق پی کنی به ابعاد و ارتفاع پی و شرایط اقلیمی بستگی دارد. یعنی در مناطقی که در زمستان آب و هوای خیلی سرد دارند و یا میزان بارندگی زیاد است و خطر یخ‌زدگی برای پی وجود دارد، عمق پی را بیشتر از مناطق معتدل و گرمسیر در نظر می‌گیرند. به هر حال در هر نوع آب و هوایی عمق پی کنی نباید کمتر از ۵۰ سانتیمتر باشد. طول و عرض پی کنی نیز با توجه به نوع قالب‌بندی (مثال قالب آجری) حدوداً ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر بزرگتر از ابعاد پی در نظر گرفته می‌شوند.
عمق پی‌ها میبایست به قدر كافی زیاد باشد تا از بیرون زدگی جانبی مصالح از زیر پی برای شالودهها و پی‌های گسترده جلوگیری شود. بطور مشابه در گود برداری پی میبایست این نكته مد نظر باشد كه مشكل بیرون زدگی مصالح پی می‌تواند برای شالوده‌های ساختمان موجود در نواحی مجاور گود اتفاق بیفتد و ضرورت دارد كه تدابیر مقتضی در نظر گرفته شود. تعداد ترك‌های ناشی از نشست كه به هنگام گودبرداری برای سازه‌های مجاور مالكین ساختمان‌ها یافت می‌شوند بسیار قابل توجه است.
عمق شالودهها میبایست زیر بخشی از خاك باشد كه دارای تغییرات حجمی فصلی ناشی از یخ زدگی، ذوب شدن یخ و رشد گیاهان است. اكثر آیین نامه‌های ساختمانی محلی مقررات مربوط به حداقل عمق پی را در بردارد.
در پی ممكن است لازم شود شرایط خاك منبسط شونده در نظر گرفته شود در چنین شرایطی بنای ساختمان در جهت حبس بخار آب موجود در خاك است كه به طرف بالا حركت می‌نماید. این بخار آب به تدریج فشرده شده و خاك واقع در بخش درونی زیر دال كف و پی ساختمان را حتی در شرایطی كه تغییر محیطی به طور عادی روی می‌دهد اشباع می‌نماید.
نشست خاک در اثر عمق گودبرداری
با افزایش عمق گودبرداری و تعدد آن در مناطق شهری كه به دلایل مختلف از جمله دستیابی به ظرفیت باربری خاك بیشتر و نیز استفاده از فضاهای زیر زمین انجام می‌شود. مقدار و وسعت نشست زمین مجاور محل گودبرداری افزایش یافته كه مكرراً باعث آسیب رسیدن به سازه‌های مجاور می‌شود. هنگام گودبرداری دیواره گود كه در زیر پی سازه مجاور قرار دارد، مقداری حركت افقی و قائم خواهد داشت كه این جابجایی خاك موجب نشست قسمتی از پی (به صورت ناهمگن) و در نتیجه مقداری تغییر مكان و تغییر شكل در اعضای مختلف سازه شده و نهایتاً باعث بروز تغییرات در نیروهای داخلی اعضا خواهد شد. این نیروها می‌تواند موجب بروز آسیب‌های جدی در سازه شده و یا حتی موجب خرابی و فرو ریزش قسمتی از سازه شود. این موضوع مخصوصاً در مناطق شهری و مسكونی كه ساختمان‌ها ارتفاع و وزن زیادی دارند و عمق گودبرداری‌ها زیاد است، اهمیت بسیاری می‌یابد. پارامترهای متعددی در بررسی موضوع مذكور نقش دارند از جمله آنها می‌توان به مشخصات خاك، مشخصات سازه، نحوه پایدارسازی گود و نوع پی اشاره نمود.
