گودبرداری به آن قسمت از عملیات خاکی گفته می شود که پایین تر از سطح زمین برای احداث زیر زمین ، موتورخانه و… انجام می گیرد. هرچند در بیشتر گودبرداری ها ، پی کنی نیز تواما انجام می گیرد، پی کنی به کلیه عملیات خاکی که در سطح زمین انجام می گیرد اطلاق می گردد. و برای مستحکم کردن ساختمان است .گود برداری به کندن و حفاری زمین برای رسیدن به خاک مرغوب می گویند. که به عبارتی گودبرداری به هر گونه حفاری و خاكبرداری در تراز پایین‌تر از سطح طبیعی زمین یا در تراز پایین تر از زیر پی ساختمان مجاور اطلاق می‌شود عمده تفاوت های گودبرداری و پی کنی در ساختمان به نوع عملیات خاکی و همچنین عمق آن بر می گردد. و اینکه کاربرد گودبرداری و پی کنی ساختمان کاملا متفاوت است
در گود برداری ها بسته به حجم عملیات خاکی ، دسترسی ها و رعایت مسائل ایمنی ممکن است عملیات با دست انجام گیرد. ولی معمولا عملیات خاکی حجیم با ماشین آلات سنگین مانند بیل مکانیکی ( بیل بک)،لودر و بولدزر انجام می گیرد.
ویژگی‌های گودبرداری اصولی
اجرای گودبرداری به شکل اصولی و مناسب ( ایمن‌ترین و اقتصادی‌ترین) دارای ویژگی‌های به شرح زیر می‌باشد:
- با توجه به شرایط ژئوتکنیکی خاک، نوع پروژه و وضعیت تراز آب زیرزمینی، مناسب‌ترین و ایمن‌ترین روش بین سایر روشهای گودبرداری باشد
- از تأسیسات و ساختمان‌های مجاور و همچنین تأسیسات زیرزمینی موجود بیشترین حفاظت به عمل آید.
- با توجه به شرایط ژئوتکنیکی خاک، نوع پروژه و وضعیت تراز آب زیرزمینی، مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین روش مهار گود انتخاب شود.
- کمترین نیاز به اقدامات نگهداری در زمان بهره‌برداری به‌خصوص برای پروژه‌هایی که مدت زمان زیادی امکان بکفیل (پر کردن و کوبش خاک) نمودن گود وجود ندارد داشته باشد.
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.
عوامل موثر بر عمق گودبرداری
قبل از محاسبه عمق گودبرداری در زیربنای کم عمق، عوامل زیر باید از قبل در نظر گرفته شوند:
- پی باید در چنین عمقی قرار گیرد تا در برابر آسیب های ناشی از تورم، جمع شدن یا یخ زدگی زیر خاک ایمن باشد.
- ظرفیت تحمل خاک زیر پی باید برای حمایت از بار ناشی از پی، کافی باشد.
- اگر فونداسیون روی خاک منسجم قرار گیرد، نشست نباید ناشی از تلفیق باشد.
- هرگز پایه را روی خاک های سست یا آشفته که تمایل به فرسایش در اثر باد یا سیل دارند، قرار ندهید.
- در صورت امکان، پایه باید در بالای سطح آب زیر زمین قرار داده شود، زیرا این امر می تواند از هزینه پمپاژ جلوگیری کرده و از بی ثباتی خاک به دلیل نشت آب در کف حفاری، جلوگیری کند.
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.
گود برداری و سازه‌های نگهبان
در بسياری از پروژه های ساختمانی لازم است كه زمين به صورتی خاك برداری شود كه جداره های آن قائم يا نزديك به قائم باشد. اين كار ممكن است به منظور احداث زير زمين ، كانال ، منبع آب و .. صورت گيرد. فشار جانبی وارد بر اين جداره ها ناشی از رانش خاك بر اثر وزن خود آن ، و نيز سر بار های ۱ احتمال روی خاك كنار گود می باشد. اين سربارها می توانند شامل خاك بالاتر از تراز افقی در لبه گود ، ساختمان مجاور ، بارهای ناشی از بهره برداری از معابر مجاور و … باشند. به منظور جلوگيری از ريزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از اين خاك برداری ، سازه های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می كنند كه به آن سازه های نگهبان می‌گويند.
اهداف اصلی ايمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از :حفظ جان انسان‌های خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود ، و نيز فراهم آوردن شرايط امن و مطمئن برای اجرای كار.
موضوع گود برداری و طراحی و اجرای سازه های نگهبان در مهندسی عمران دارای گستره وسيعی است و نياز به بررسی ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتكنيكی، سازه ای ، مواد و مصالح، تكنولوژيكی و اجرايی، و اقتصادی و اجتماعی دارد. در نتيجه می توان گفت كه انتخاب روش مناسب بستگی به جميع شرايط تأثيرگذار دارد، و می توان در شرايط مختلف، به صورت های گوناگونی باشد. از سوی ديگر، تئوری ها و روش های اجرايی گود برداری و سازه های نگهبان، هم مبتنی بر اصول تئوريك و هم متأثر از ملاحظات اجرايی و تجربی، توأماً، است.
پايدارسازی جداره های گودبرداری به صورتها و روشهای مختلفی صورت می گيرد كه از جمله آنها به روشهای : ۱- مهار سازی، ۲- دوخت به پشت، ۳- ديواره ديافراگمی، ۴- مهار متقابل، ۵- اجرای شمع ، ۶- سپر كوبی ، ۷-و اجرای خرپا اشاره نمود.
