گودبرداری عمیق یک مرحله حیاتی در ساخت سازه ها در روی زمین و البته سیستم حمل و نقل زیرزمینی است. در پایدارسازی گودهای عمیق در مناطق شلوغ شهری، نه تنها باید از پایداری خود دیواره های محدوده گودبرداری اطمینان حاصل شود، بلکه یکپارچگی و قابلیت سرویس دهی ساختمان های اطراف گود نیز باید به نحو مناسبی تضمین شود. به همین دلیل علاوه بر اهمیت مبانی طراحی و اجرا، مسئله پایش تغییر مکان ها در گود برداری به یکی از مسائل مهم در امر پایدارسازی گود تبدیل شده است. در این کتاب به تئوری و مطالعات موردی طراحی گود های عمیق پایدار و سیستم های پایدارسازی گود در محیط های پیچیده پرداخته شده است.
گودبرداری غیراصولی می تواند باعث جابجایی بیش از حد خاک و در نتیجه نشست ساختمان و یا نشست ناهموار تاسیسات زمینی در پشت دیوار شود. در این کتاب سعی شده است تا مشکلات و مسائل رایج در امر پایدارسازی گود های عمیق و اقدامات کنترلی لازم برای هر یک از آنها به طور گسترده پوشش داده شود. بحث در مورد پروژه های تکمیل شده، به مقدار قابل توجهی می تواند راهنمای خوبی برای مهندسان در ایجاد طرح های قابل اعتمادتر بوده و زمینه ارائه طرح های مناسب برای گودبرداری های عمیق دیگر را فراهم سازد. برای پایدارسازی گود های عمیق در خاک های نرم، مسائل مربوط به طراحی ضعیف و در نتیجه مشکل تغییرشکل بزرگ به دلیل درک نا مناسب از خواص مکانیکی طبیعی خاک، همچنان وجود دارد. مشاهدات یا شبیه سازی های تجربی با استفاده از روش های عددی مانند روش های اجزای محدود یا تفاضل محدود به طور گسترده برای ارائه پیش‌بینی تغییر شکل ناشی از گودبرداری مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال، کتابی که در زمینه پایدارسازی گودهای عمیق تدوین می شود باید شامل کلیه مفاهیم طراحی سیستم های نگهدارنده زمین در گودبرداری های عمیق مانند نحوه پایدارسازی با استفاده از روش‌های مختلف از جمله روش های تجربی، رویکردهای مشاهده ای، مدلسازی عددی، تحلیل احتمالی و معکوس، گزارش موردی و تحلیل موردی گسیختگی باشد.
روش های معمول در پایدارسازی گودهای عمیق موارد زیر را شامل می شود:
۱) 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 (Geosynthetic)
10) دیوار متشکل از ستون های تزریق پر فشار (Get Grouted Wall)
11) دیواره کیسونی (Caisson Wall)
کتاب طراحی گود های عمیق پایدار و سیستم های پایدارسازی گود سعی کرده است تا مفاهیم، مزیت ها و محدودیت های برخی از روش های معمول در پایدارسازی گود های عمیق را پوشش دهد. بررسی مفاهیم پایه ای پایداری؛ تخمین پاسخ گودبرداری از جمله انحراف دیوار حائل، نشست سطح زمین و همچنین نیروهای وارده از طرف خاک به مهارهای متقابل، تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان، تأثیر حفاری بر زیر ساخت ها و سازه های مجاور و برخی اقدامات حفاظتی لازم برای پیشگیری از خطرات محتمل و گزارشی از مواردی که در آنها گسیختگی رخ داده است، از جمله مواردی است که در بخش های مختلف کتاب قابل مشاهده می باشد.
تجزیه و تحلیل پایدارسازی گودبرداری های عمیق معمولاً قبل از شروع طراحی و اجرا انجام می گیرد. این تجزیه و تحلیل یک موضوع متقابل میان خاک و سازه معمولی است. خاک یک ماده غیرخطی، غیر کشسان و ناهمسانگرد است. رفتار آن معمولاً تحت تأثیر درصد رطوبت آب، تاریخچه تنش و غیره است. برخی از انواع خاک ها دارای ویژگی های تحکیم و خزش نیز هستند که عملکرد خاک ها را به شدت تحت تأثیر زمان و مکان می گرداند. از نظر تئوری، تجزیه و تحلیل یک گودبرداری عمیق شامل شبیه سازی رفتار الاستوپلاستیک خاک، رفتار سطح مشترک بین خاک و دیوار های حائل و فرآیند گودبرداری و پایدارسازی آن است. برخی از تئوری های شبیه سازی به طور کامل توسعه نیافته اند و برخی از آنها برای استفاده در کارهای مهندسی بسیار پیچیده هستند. بنابراین، تحلیل ارائه شده در بسیاری از موارد که منحصراً مبتنی بر نظریه های قدیمی است در مرحله کنونی کاربردی نیست. به طور خلاصه، در تجزیه و تحلیل منطقی گودبرداری، در مرحله فعلی، باید از مکانیک خاک معمولی و مکانیک سازه ساده، همراه با روش های شبیه سازی عددی، همراه با اصلاحات مناسب با توجه به مشاهدات میدانی استفاده کرد.
در طراحی سیستم های مختلف پایدارسازی مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک ها نقش کلیدی ایفا می کند. برای تعیین آنها آزمایش های مختلف ژئوتکنیکی انجام می شود. این آزمایش ها شامل آزمایش های رفتار بنیادین خاک، مانند وزن مخصوص، درصد رطوبت خاک ها و حدود اتربرگ و آزمایش‌های رفتار مکانیکی مانند ضریب تحکیم و مقاومت برشی است. با توجه به اطلاعات حاصل از آزمایش خاک، مهندسان می توانند قضاوت کنند که آیا شرایط زهکشی شده یا زهکشی نشده بر خاک حاکم است یا خیر. از آنجایی که استحکام بین مواد زهکشی شده و زهکشی نشده به طور قابل توجهی متفاوت است، انتخاب روش های آنالیز و نوع روش پایدارسازی و نوع دیوارهای حائل بر این اساس متفاوت است. هر چه نتایج آزمایش های خاک دقیق‌تر باشد، نتایج آنالیز منطقی تر و روش های حفاری اقتصادی تر خواهند بود. با این حال، محاسن آزمایش خاک را نمی توان به طور مستقیم مشاهده کرد و بنابراین، به طور کلی نادیده گرفته می شود.
از رایج ترین آزمایش های درجای خاک می توان به آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)، آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)، آزمایش نفوذ پذیری، و آزمایش پرسیومتری اشاره کرد. در حالی که آزمون های آزمایشگاهی ژئوتکنیکی غالباً بر روی نمونه های خاک بازیابی شده از محل انجام شده و شامل موارد زیر است:
(i) آزمون های طبقه بندی
• آزمون های چگالی ظاهری
• آزمایش های تعیین وزن مخصوص در حالت خشک، مرطوب و اشباع
• آزمایش تعیین درصد رطوبت خاک ها
• آزمایش تعیین حدود اتربرگ (حد انقباض، حد خمیری و حد روانی)
• آزمایش های دانه بندی
(ii) تعیین مقاومت برشی خاک ها
• انواع حالت های آزمون سه محوری
• آزمایش برش مستقیم
(iii) آزمایش تحکیم
• آزمایش تحکیم یک بعدی (ادئو متری)
در بخش های مختلف کتاب طراحی گود های عمیق پایدار و سیستم های پایدارسازی گود به برخی از این آزمایش های خاک اشاره شده است چرا که اهمیت آن ها تقریباً غیر قابل انکار است.
به طور کلی این کتاب شامل یازده فصل می باشد:
فصل 1 به مرور کلی و بیان مقدمه ای از مباحث مختلف کتاب می پردازد. فصل 2 تجزیه و تحلیل پایداری کلی را ارائه می دهد، که در آن روش کاهش مقاومت برای محاسبه ضریب ایمنی در برابر بالا آمدگی سطح پی اتخاذ شده است. فصل 3 توضیحات لازم در ارتباط با مبانی تعیین فشار جانبی خاک ها و همچنین نیروهای افقی وارده بر استرات را ارائه می دهد. فصل های 4 و 5 به ترتیب بر تخمین انحراف دیوار حائل و نشست های سطح زمین تمرکز دارند. فصل 6 تجزیه و تحلیل احتمالی در مورد پاسخ های دریافتی از گودبرداری توسط نویسنده ارائه گردیده است در حالی که فصل 7 به تجزیه و تحلیل های مربوط به خرابی های احتمالی پی اختصاص داده شده است به ویژه مواردی که مستقیماً باعث فروپاشی بزرگراه نیکول در سنگاپور و سقوط ایستگاه مترو Xianghu در هانگژو شده است. فصل 8 از کتاب طراحی گود های عمیق پایدار و سیستم های پایدارسازی گود، بر روی جت گروتینگ از رایج ترین روش های بهسازی خاک ها و دال های بهسازی شده با روش تزریق پر فشار و شمع های تزریق پر فشار برای کنترل تغییر شکل زمین تمرکز دارد. فصل 9 حفاظت از زیرساخت های مجاور گود را مورد بحث و بررسی قرار می دهد. فصل 10 گزارش های موجود از برخی از مطالعات موردی و تجزیه و تحلیل موجود از هر یک از آنها را ارائه می دهد در حالی که فصل 11 برخی از گسیختگی ها در پروژه های گودبرداری در سراسر جهان را خلاصه نموده و مورد بحث و بررسی قرار می دهد.
گودبرداری یک بخش ضروری برای مهندسی پی است. یعنی در ساخت زیرزمین ساختمان های بلند، مراکز خرید، مترو یا سیستم های حمل و نقل سریع انبوه و غیره از جمله مواردی است که در آن ها گودبرداری های عمیق صورت می گیرد. امروزه گودبرداری های عمیق و پایدارسازی دیواره های گود های عمیق، پیچیده تر از گذشته به نظر می رسد. به دلیل رشد سریع شهرنشینی و سرعت فزاینده توسعه زیر ساخت های شهری سبب شده است تا روز به روز بر تعداد ساخت و ساز ها و به تبع گودبرداری در محدوده شهری افزایش یابد. اگرچه کتاب های مربوط به طراحی سیستم های پایدارسازی گود، راه حل های اساسی، تحلیل عددی یا ابزاری و روش های طراحی را معرفی می‌کنند، اما معمولاً برای مقابله با شرایط فعلی حاکم در پروژه ها و تحلیل و طراحی فعلی در عمل مهندسی بسیار ساده هستند چرا که با توسعه اقتصادی و نزدیک به شهرنشینی بیشتر، گودبرداری ها عمیق تر، طولانی تر و در مقیاس بزرگتر انجام می شود. علاوه بر این گاهی اوقات گودبرداری در خاک های سخت یا محیط های پیچیده انجام می شود که بر سختی و پیچیدگی امر می افزاید. این شرایط نیازمند تجزیه و تحلیل و روش های طراحی پیشرفته و همچنین تکنیک های ساخت و ساز مدرن است.
بنابراین به طور کلی باید گفت که موفقیت آمیز بودن یک عملیات گودبرداری برای زندگی و دارایی بسیاری از مردم مهم و حائز اهمیت است. بنابراین، یک معیار طراحی مناسب باید قبل از طراحی انتخاب شود. معیار طراحی گودبرداری عمیق باید حداقل شامل روش تجزیه و تحلیل پایداری، روش های ساده و پیشرفته تجزیه و تحلیل تغییر شکل و تنش، طرح زهکشی و خروج آب از محوطه گود، طراحی اجزای سازه و حفاظت از اموال و غیره باشد.
