یکی از مراحل اساسی در طراحی و ساخت سازه ها و زیرساخت ها شامل انواع سازه ها، فونداسیون ها، گودبرداری ها، استحصال زمین و …، اطلاع از شرایط زیرسطحی می باشد. بدین منظور، اجرای عملیات شناسایی زمین و آزمایش های مربوطه، امری ضروری می باشد. وسعت اجرای عملیات شناسایی زمین، به نوع سازه (راه، ساختمان، استحصال زمین و …)، شرایط لایه بندی زمین و وضعیت مورد انتظار آن بستگی دارد.
به منظور شناسایی دقیق و کافی زمین ساختگاه، عملیات زیر در هر پروژه ای متناسب با ویژگی های آن، بایستی اجرا گردد:
- گردآوری اطلاعات مربوطه
- برنامه ریزی عملیات شناسایی زمین مطابق با نوع سازه، بارگذاری، شرایط زمین و …
- نمونه برداری و انجام آزمایش های محلی
- آزمایش های آزمایشگاهی
- تهیه گزارش شناسایی زمین
به منظور اطمینان از کیفیت و دقت عملیات شناسایی زمین، مراحل فوق بایستی مطابق با استانداردها و آیین نامه های بین المللی نظیر ASTM انجام شوند. در ادامه هریک از مراحل با جزییات بیشتری شرح داده می شوند.
1- گردآوری اطلاعات مربوطه
در این مرحله سعی بر آن است که از مطالعات پیشین در محدوده مورد بررسی، اطلاعات مرتبط یافت شود و با استفاده از این اطلاعات، برنامه مطالعات دقیقتر و جامعتر و همچنین مقرون به صرفه تری به کارفرما ارائه گردد. اطلاعاتی که در این مرحله گردآوری می شوند عبارتند از:
- نقشه های توپوگرافی
- نقشه های زمین شناسی و وضعیت زمین شناسی منطقه شامل گسل ها، منشا شکل گیری خاکها و زلزله ها
- اطلاعات آب و هوا و اقلیم
2- برنامه مطالعات ژئوتکنیکی
مجموعه اسپاد تحکیم با در نظر داشتن نوع سازه، شرایط زیرسطحی و زمین شناسی منطقه، برنامه مطالعات ژئوتکنیک را که شامل موارد زیر می باشد، طراحی و ارائه می نماید:
- لیست استانداردهای مورد استفاده در مراحل مختلف طراحی و اجرای مطالعات ساختگاه (شامل استانداردهای مربوط به حفاری، گمانه زنی، نمونه برداری، آزمایش های در محل، آزمایشهای آزمایشگاهی و …)
- تعداد، عمق و موقعیت گمانه های شناسایی
- روش های حفاری و نمونه برداری از خاک و سنگ
- تعداد آزمایش های نفوذ استاندارد (SPT)
- تعداد نمونه گیری از نوع دست خورده و دست نخورده
- تعداد نمونه های دست نخورده سنگ
- برنامه آزمایش های آزمایشگاهی شناسایی وضعیت ساختگاه
3- نمونه برداری و انجام آزمایش های محلی
عملیات حفاری:
اجرای حفاری با استفاده از دستگاه های حفار متناسب با عمق و قطر حفاری و نمونه برداری انجام می شود. روش حفاری بطور معمول حفاری دروانی بوده و سایر روش ها با توجه به شرایط خاک منطقه، می توانند مورد استفاده قرار گیرند.
نمونه گیری و آزمون خاک:
نمونه های دست خورده و دست نخورده در فواصل عمقی یکسان و همینطور در محل تغییر لایه ها مطابق با استانداردهای مربوطه از خاک محل اخذ می شوند. نمونه های دست خورده معمولا از مغزه های آزمایش SPT بدست می آیند. جزییات روش ها و فواصل نمونه برداری، برچسب گذاری و جابجایی نمونه ها توسط طراح عملیات شناسایی مطابق با استانداردهای بین المللی تعیین می شود.
نمونه های دست نخورده با استفاده از نمونه گیرهای جدارنازک اخذ می شوند. جزییات انتخاب نوع نمونه گیر و شرایط حفاری، بر اساس شرایط خاک و اندازه دانه ها توسط طراح انتخاب می گردد. نمونه گیر پیستونی نیز در خاکهای با مقاومت کم نظیر خاکهای سیلتی و رسی و رس های حساس به منظور اخذ نمونه های دست نخورده استفاده می شود.
حفاری دورانی و نمونه گیری از سنگ:
در نمونه گیری با حفاری دورانی، یک سیستم لوله ای با سرمته ای در انتها داخل خاک یا سنگ حفاری می کند. این عمل منجر به قرار گرفتن نمونه داخل لوله بالای سرمته می شود. نمونه گیر ها معمولا تک جداره، دو جداره و بعضا سه جداره می باشند و قطر گمانه نیز در حدود 70 الی 200 میلیمتر می باشد. نمونه گیری از سنگ بایستی حداقل 5 متر داخل سنگ بستر ادامه یابد.
کیفیت مغزه گیری از سنگ توسط پارامترهایی نظیر RQD و TCR و SCR سنجیده می شود. این مقادیر برای نمونه های مختلف اندازه گیری، ثبت و گزارش می شوند.
آزمایش نفوذ استاندارد (SPT):
آزمایش SPT در گمانه های حفاری شده به منظور تخمین قوام، سختی، تراکم نسبی و پارامترهای مقاومتی خاک مورد بررسی انجام می شود. از خاک مورد استفاده در تست SPT در طبقه بندی خاک نیز استفاده می شود. آزمایش SPT در سنگهای هوازده ضعیف نیز قابل استفاده می باشد. آزمایش SPT بایستی در فواصل معین (حدودا 1/5 الی 2 متر) و یا محل تغییر لایه ها در تمامی گمانه ها انجام شود. تعداد ضربات لازم برای نفوذ نمونه گیر به میزان 15 سانتیمتر در سه مرحله 15 سانتیمتری اندازه گیری می شود. عدد خام SPT، مجموع تعداد ضربات لازم برای نفوذ نمونه گیر داخل خاک به ازای 15 سانتیمتر دوم و سوم می باشد.
4- آزمایش های آزمایشگاهی
آزمایش های طبقه بندی خاک:
- تعیین میزان رطوبت در محل
- تعیین وزن مخصوص نمونه ها
- تعیین وزن مخصوص ویژه دانه ها
- تعیین حدود اتربرگ ریزدانه های خاک
- تعیین نمودار دانه بندی خاک با کمک مجموعه الک ها وآزمایش هیدرومتری
آزمایش های تعیین پارامترهای مقاومتی و تغییر شکلی خاک:
- آزمایش مقاومت فشاری غیرمحصور (UCS)
- آزمایش تحکیم یک بعدی
- آزمایش تعیین پارامترهای چسبندگی و اصطکاک خاک به روش برش مستقیم
- آزمایش تعیین پارامترهای مقاومتی و تغییرشکلی خاک به روش سه محوری
- آزمایش تعیین مقاومت سنگ (آزمایش بار نقطه ای)
- آزمایش تعیین مقاومت غیرمحصور سنگ
- آزمایش های شیمیایی آب زیرزمینی و ترکیبات خاک (سولفات، کلرید، میزان PH و …)
- آزمایش های واگرایی (پین هول، کرامب)
- سایر آزمایش های متداول ژئوتکنیک شامل
5- تهیه گزارش شناسایی زمین
گزارش شناسایی زمین متناسب با مشخصات و ویژگی های هر پروژه تهیه و تنظیم می شود. با این وجود، معمولا هر گزارش شناسایی استاندارد، شامل موارد زیر می باشد:
خلاصه ای شامل
- توصیف مشخصات پروژه
- شرح عملیات انجام گرفته
- استانداردهای فنی
- مشخصات سایت
شناسایی های ژئوتکنیکی در محل
- حفاری گمانه ها
- نمونه گیری از خاک
- نمونه گیری از سنگ (در صورت وجود)
- آزمایش نفوذ استاندارد
- سایر آزمایش های برجا
- جمع بندی از شناسایی های در محل
آزمایش های آزمایشگاهی
- آزمایش های طبقه بندی خاک
- آزمایش های تعیین پارامترهای مقاومتی و تغییرشکلی خاک
- آزمایش های تعیین پارامترهای مقاومتی و تغییرشکلی سنگ
- آزمایش های شیمیایی آب و خاک
- جمع بندی از آزمایش های آزمایشگاهی
ارزیابی وضعیت خاک و پارامترهای آن شامل
- لایه بندی خاک
- تعیین پارامترهای تغییرشکلی هر لایه
- تغیین پارامترهای مقاومتی هر لایه
- تعیین ظرفیت باربری مجاز، نهایی و مدول بستر خاک و فونداسیون های پیشنهادی
- گزارش عمق برخورد به آب زیرزمینی
جمع بندی و توصیه های فنی
- وضعیت خاک محل برای ساخت سازه مورد نظر
- توصیه های فنی به منظور ساخت فونداسیون و روش های مناسب بهسازی زمین بر اساس سازه مورد نظر
ضمایم
- لاگ گمانه ها
- نمودارهای ترسیم شده برای آزمایش های مختلف
- تصاویر عملیات حفاری و گمانه زنی
- تصاویر نمونه ها و آزمایش های صورت گرفته
- وقایع روزانه ثبت شده حین عملیات
جمع بندی
در این مطلب، سعی گردید کلیات فرآیند شناسایی زمین و مطالعات ساختگاه به همراه چندی جزییات اجرایی ارائه گردد. مجموعه اسپاد تحکیم با تکیه بر دانش مهندسی تیم طراحی و بهره گیری از تجربیات تیم اجرایی، تاکنون بیش از چند ده پروژه مطالعات ساختگاه را طراحی و اجرا نموده است. همچنین شرکت اسپاد تحکیم طرح اولیه رایگان برای پروژه های کارفرمایان محترم ارائه می نماید تا بتوانند در انتخاب روش مناسب و کنترل هزینه ها، تصمیم گیری صحیح و مقرون به صرفه ای داشته باشند. برای مشاهده پروژه های مطالعات ساختگاه که توسط مجموعه اسپاد تحکیم طراحی و اجرا شده، اینجا کلیک کنید.