برای یک فرد معمولی، کلمه گودبرداری عمیق ممکن است افکار معادن عظیم طلا را به ذهن تداعی کند. حفاری با بیش از یک میلیون تن خاک در یک روز ممکن است ده ها سال طول بکشد. بزرگترین آن ها 700 متر پایین می آید، به اندازه ای عمیق که می تواند یک برج 230 طبقه بدون ظاهر شدن بالاتر از سطح زمین اصلی را در خود جای دهد، تقریباً به اندازه برج خلیفه (829.8 متر) و بیش از Tokyo Skytree (634 متر) و برج شانگهای (632 متر). چنین گودبرداری های عمیقی برای استخراج سنگ معدن معمولاً در زمین های توسعه نیافته است. مهندسی برای معادن ریخته گری باز عمیق نیاز به ورودی قابل توجهی از مهندسان مکانیک سنگ دارد. حفاری های عمیق در خاک عموماً به عمق معادن ریخته گری روباز نیستند و به شیب های ملایم تر یا دیوار های حائل برای نگه داشتن کناره ها نیاز دارند. این کتاب به معرفی، طراحی و اجرای گودبرداری های عمیق در خاک پرداخته است.
گودهای عمیق در خاک به طور کلی برای ایجاد امکان ساخت سازه ها انجام می شود. یکی از تعریف های گودبرداری عمیق بر این فرض استوار است که اگر یک گود فرو بریزد، عواقب آن جدی خواهد بود و می تواند تلفات مالی و یا جانی را در صورت حضور افراد در گود یا مجاور آن به دنبال داشته باشد. مقررات ساخت و ساز ساختمان به یک مهندس واجد شرایط نیاز دارد تا برای حفاری های عمیق تر از 1.2 متر، پشتیبانی جانبی زمین را طراحی کند. خاک سنگین است. یک متر مکعب خاک که می تواند از کنار گودالی به عمق 1.2 متر فرو بریزد، 1.5 تا 2.0 تن وزن دارد. به هر کسی که آنجا بایستد آسیب جدی وارد می کند. حفاری های عمیق تر به طور بالقوه نگرانی جدی تری دارند. ریزش چنین گودهایی به شدت اطراف گود را تضعیف می کند. به همین دلیل، حفاری های عمیق در خاک عموماً به حمایت جانبی از زمین اطراف نیاز دارند تا از ریزش دیواره های گود جلوگیری شود و حرکت زمین را به مقادیر قابل قبولی محدود کند.
همان طور که گفته شد گودبرداری های عمیق در خاک برای امکان ساخت سازه های زیرزمینی است و این پروژه ها غالباً به دلیل وجود انواع متغیرها نظیر سطح آب های زیرزمینی و عوارض موجود در زیرزمین که ممکن است با آن مواجه شوند، پیچیده است. در مناطق شهری، زمین های اطراف باید به طور کامل حمایت شوند و سازه های مجاور باید از گزند آسیب و به ویژه تغییر شکل حتی در حد چند میلی متر دور بمانند. گاهی اوقات، زمین اطراف پروژه مربوط به یک بنای باستانی است و معیارها و ضوابط در این موارد بسیار سخت گیرانه تر از ساختمان های معمولی در سطح شهر است و به تبع باید تدابیر ویژه تری برای پایدارسازی دیواره های گود توسط مهندسین ژئوتکنیک اندیشیده شود. بنابراین به طور کلی موضوع پایدارسازی اصولی دیواره های یک گود عمیق بسیار حائز اهمیت است و بسته به نوع و شرایط پروژه روش های مختلفی برای تقویت و حفاظت از دیواره ها انجام می گیرد. از رایج ترین روش های پایدارسازی دیواره گودهای عمیق که در کتاب گودبرداری های عمیق در خاک به آن ها پرداخته شده است می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1) میخکوبی یا نیلینگ (Nailing)
۲) مهارگذاری یا انکراژ (Anchorage)
۳) ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان (Top & Down Construction)
۴) مهار متقابل یا استرات (Strut)
۵) دیوار برلنی (Berlin Wall)
۶) سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structure)
۷) دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)
۸) سپرکوبی (Sheet Pile)
۹) خاک مسلح یا ژئوسنتتیک (Geosynthetics)
با توجه به پیچیدگی عملیات گودبرداری های عمیق در خاک و پایدارسازی گودهای عمیق همواره یک مرجع مناسب برای موارد زیر مورد نیاز است:
- توسعه مفاهیم
- برنامه ریزی
- مطالعات ژئوتکنیکی
- طراحی سازه
- برنامه ریزی
- مدیریت
- نظارت و پایش شرایط و روند انجام پروژه
- مدیریت قرارداد ها
- گواهی پرداخت
- حل و فصل هر گونه ادعای ناشی از حفاری و ساخت و ساز
تکمیل موفقیت آمیز یک پروژه پایدارسازی عمیق مستلزم چندین مهارت مختلف مانند برنامه ریزی، طراحی، مجوز، قرارداد، نظارت، پرداخت و حل اختلافات و البته ظرفیت تفکر جانبی می باشد. احتمالاً مردی که در خیابان است متوجه نمی شود که چقدر کار برای حفاری ده ها هزار یا صدها هزار متر مکعب خاک انجام می شود. هدف کتاب گودبرداری های عمیق در خاک این است که کل فرآیند را برای مردم ورق بزند تا طعم موضوع را بچشند و سپس دوباره بخوانند تا از شگفتی های مهندسی ژئوتکنیک در زیر زمین قدردانی کنند. برای مهندسان ژئوتکنیک حرفه ای، گرایش به سمت تخصص بیشتر وجود دارد. طرح های آموزش حرفه ای نیز خود به مهندسان خبره نیاز دارد که در مورد کل فرآیند پروژه های مهندسی عمران دانش داشته باشند و تنها بر یک بخش تمرکز نکنند و مشخصات خاک را در یک نرم افزار رایانه ای برای پروژه ها استفاده کنند بدون اینکه اطلاعات کافی از علت آن داشته باشند. فارغ از تخصص، مهندسانی که بر روی گودهای عمیق کار می کنند و سایر مهندسین عمران باید از تمام وظایف دیگری که برای یک پروژه عمرانی مورد نیاز است تا حدودی آگاهی داشته باشند تا بتوانند در صورت نیاز کمک های لازم را با قضاوت های مهندسی خود در مراحل مختلف ارائه دهند.
اغلب پروژه های ساخت و ساز در مناطق شهری هستند. حفاری های عمیق در مناطق شهری برای زیرزمین های با ترازهای مختلف، برای ساختمان ها و برای جاده های زیرزمینی، راه آهن زیرزمینی و زیرساخت های زهکشی انجام می شود. یک طرح متداول برای یک ایستگاه راه آهن زیرزمینی این است که چندین ورودی مترو و عابر پیاده تا سطح میدان عمومی برای تهیه بلیط و دسترسی به مناطق مختلف از طریق پله برقی و پله ها به سکوها و مسیرهای راه آهن در زیر ارائه شود. حفاری برای یک ایستگاه زیرزمینی دو طبقه جدید حدود 15 تا 18 متر عمق دارد تا یک دال پایه با ضخامت 1 تا 2 متر در زیر ریل ها، فضای سر مثلاً 5 تا 7 متر بالاتر از ریل برای سیستم راه آهن، مجرای هوایی 1.5 متری ایجاد شود.
انواع سیستم های پایدارسازی گود های عمیق
اساساً باید زمین اطراف، برای گودبرداری های عمیق در خاک پایدار بماند. حرکات طرفین گودبرداری باید به دقت کنترل شود در غیر این صورت اموال مجاور ممکن است تغییر شکل داده و یا آسیب ببیند. به طور کلی، زمین مجاور باید به طور کامل با یک سیستم پشتیبانی جانبی زمین (ELS) در طول فرآیند حفاری پشتیبانی شود. یک سیستم ELS معمولاً شامل یک دیوار محکم در اطراف محیط گودبرداری و سیستم نگهدارنده است تا از جابجایی بیش از مقدار مجاز جلوگیری کند.
جایی که فضا در دسترس است و زمین به اندازه کافی مستحکم است، گاهی اوقات شیب های جانبی ایجاد می شود و ممکن است به سیستم ELS نیاز نباشد. برای حفاری های عمیق در خاکی که خود نگهدار نیست و فضا محدود است، قطعاً به سیستم ELS نیاز است. به خصوص در زیر سطح آب زیرزمینی و در خاک های ضعیف، زمین باید حمایت شود. در زیر سطح آب، خاک ها ممکن است در حفاری شسته شوند و خاک های ضعیف می توانند به صورت توده ای فرو بریزند. مقررات ساخت و ساز ساختمان ها در هنگ کنگ که مرجع نویسنده در نگارش کتاب گودبرداری های عمیق در خاک است ایجاب می کند که حفاری های بیش از 2.5 متر عمق باید با یک سیستم پایدارسازی مناسب با تمهیدات کافی ارائه شود. گسیختگی یک برش خاک با عمق 2.5 متری می تواند برای افرادی که در حفاری کار می کنند کشنده یا دارای عواقب جدی باشد. حفاری هایی که به طور قابل توجهی عمیق تر از 2.5 متر هستند نیاز به سیستم های دائمی دارند. به محض اینکه حفاری به عمق 2.5 متری یا حتی قبل از آن رسید، ELS باید اجرا شود. ELS را می توان به طور متوالی در حین حفاری زمین، با نصب الوار یا بتن پاششی (شاتکریت) برای جلوگیری از ریزش سطحی در معرض خاک اجرا نمود و پشتیبانی کلی از زمین را می توان با نصب شمع ها، در مورد گودبرداری های ترانشه ای باریک فراهم کرد. نیل ها در روش میخکوبی (نیلینگ) و انکراژ در در دیواره های گود از رایج ترین و اقتصادی ترین روش هایی است که در بسیاری از نقاط دنیا استفاده می شود. البته ذکر این نکته ضروری است که استفاده از این دو روش منوط به کسب اجازه از همسایگان مجاور گود است. با این حال، این روش‌ها برای خاک های بسیار ضعیف و یا با سطوح آب زیرزمینی بالا که ممکن است ناپایدار باشد، مناسب نیستند. بنابراین، به طور کلی یک سیستم ELS با نصب دیوارهای مستحکم قبل از انجام هر گونه حفاری قابل توجهی، اجرا می شود و سپس با پیشرفت مرحله به مرحله گودبرداری، مهاربندی نصب می شود.
چندین روش برای نصب دیوارهای حائل قبل از آغاز گودبرداری نیز در کتاب گودبرداری های عمیق در خاک ارائه شده است. روش های متداول عبارتند از: سپر کوبی، الوار گذاری (Lagging)، دیوارهای متشکل از شمع درجا ریز بتنی پیوسته، شمع های سکانتی و تانژانتی و دیوارهای دیافراگمی که بسته به شرایط مختلف، روش اتخاذ شده در کشورهای مختلف می تواند متفاوت باشد.
