محاسبه تعداد گمانه‌ ، فاصله بین گمانه‌‌ها و عمق گمانه‌ چگونه است؟

برای محاسبه‌ی حداقل تعداد گمانه، در ابتدا شما را با مفهوم شناسایی‌ ژئوتکنیکی آشنا می‌کنیم.

شناسایی‌های ژئوتکنیکی به مجموعه اقدامات و مطالعاتی گفته می‌شود که منجر به شناخت مشخصات مهندسی لایه‌های زمین می‌شود.

این اقدامات شامل بررسی نقشه‌های زمین‌شناسی و زمین‌شناسی مهندسی با مقیاس مناسب، بررسی گزارش لایه‌های زمین در ساختگاه‌های مجاور، بازدید از برش‌ها و مقاطع خاک موجود، انجام مطالعات ژئوفیزیک و ژئوتکنیک از طریق حفر گمانه وانجام آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌باشد.

معرفی مفاهیم مهم و پرکاربرد در شناسایی‌های ژئوتکنیکی:

گمانه: عبارت است از حفاری در زمین، به منظور شناخت خواص مهندسی خاک، حفاری می‌تواند به صورت دستی با رعایت مسائل فنی و ایمنی خاص، و یا با ماشین حفاری انجام شود. در تصاویر زیر حفاری دستی و ماشینی را مشاهده می‌نمائید.

لایه‌بندی پیچیده: عبارت است از آن شرایطی از لایه‌های خاک، که شکل آن‌ها به صورت منحنی با شیب تند، و جنس آن‌ها متنوع باشند. همچنین در صورتی که لایه‌های خاک در مجاورت گسل‌ها یا نزدیک رودخانه‌ها یا پای شیب‌ها بوده و تفسیر لایه بندی مشکل باشد، آن را به عنوان لایه‌بندی پیچیده در نظر می‌گیریم.

لازم به ذکر است، در لایه‌بندی پیچیده، فاصله حداقل 30 متر ،بین گمانه‌ها قابل قبول است.

لایه بندی ساده: در سایر شرایط، غیر از آنچه که در بند اخیر بیان شده، یعنی در شرایطی که لایه بندی یکنواخت است، به آن لایه بندی ساده اطلاق می‌شود.

آیا برای ساخت یک ساختمان می‌توان از حفر گمانه صرف نظر کرد؟

بله، اما لازم است تمام شرایط زیر برقرار باشد:

• داده‌های کافی از محدوده‌ محل مورد نظر و زمین‌های با سازند زمین شناسی مشابه در دسترس باشند.
• ساختمان مورد نظر با اهمیت کم یا با اهمیت متوسط و با حداکثر 4 طبقه باشد.
• ساختمان مورد نظر با مساحت اشغال کمتر از 300 متر مربع باشد.
• در طراحی و اجرای ساختمان نیاز به گودبرداری به میزان کمتر از 2 متر باشد.
• تعداد ساختمان‌ها زیاد( بیش از 3 ساختمان مشابه و نزدیک به یکدیگر مانند شهرک‌ها، پروژه‌های انبوه‌سازی و غیره) نباشد.
• نوع زمین طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (استاندارد 2800)، از نوع 1و 2 نباشد.
• احتمال مواجه شدن با خاک‌های دستی در محل ساخت نباشد.
• احتمال مواجه شدن با خاک‌های مسئله‌دار (مانند خاک‌های متورم شونده، خاک‌های با پتانسیل روانگرایی و خاک‌های رمبنده) نباشد.
• سازه‌ای در مجاور محل مورد نظر که احتمال خسارت به آن وجود دارد نباشد.
• محل مورد نظر در منطقه خرد شده گسل اصلی واقع نشده باشد.
• منطقه دارای سطح آب زیر زمینی بالا ( بر اساس بررسی‌های محلی) نباشد.

توجه: در صورتی که حتی فقط یکی از شرط‌های فوق برقرار نباشد،آنگاه لازم است شناسایی‌های ژئوتکنیکی در محل مورد نظر مطابق بند زیر انجام گیرد، و به عبارتی دیگر حفر گمانه انجام شود:

در زمان حفر گمانه چه نکاتی را باید رعایت کنیم؟

1) طبقه‌بندی نوع خاک می‌باید بر مبنای مشاهدات، و انجام آزمایش‌های مورد نیاز و متناسب با مصالح به دست آمده از حفاری گمانه یا چاهک یا هر نوع شناسایی اکتشافی زیر سطحی در نقاط مناسب انجام شود.

2) آزمایش‌های لازم به منظور ارزیابی مقاومت برشی خاک، میزان باربری خاک، اثر تغییر رطوبت بر  باربری خاک ،تراکم پذیری و تورم زایی خاک، روانگرایی و سایر موارد متناسب با نوع و مکان پروژه می‌باید انجام شود.

3) وسعت شناسایی زمین، از قبیل تعداد و نوع حفاری ، تجهیزات مورد استفاده برای حفاری و نمونه برداری باید توسط طراح صاحب صلاحیت تعیین شود.

اما آیا علاوه بر موارد فوق که می‌بایست رعایت شوند، پارامتر فاصله‌ی بین گمانه‌ها یا چاهک‌های شناسایی در حفر گمانه اهمیت دارد؟

درپاسخ باید گفت بله ، فاصله بین گمانه ها بسته به اینکه حفر گمانه برای شناخت زمین در ساختمان‌سازی گسترده و یا اینکه به منظور ساخت یک ساختمان منفرد انجام شود،تفاوت دارد که در ادامه در دو دسته بندی جدا ، به فاصله بین گمانه‌ها می‌پردازیم.

دسته اول: چنانچه حفر گمانه به منظور شناخت یک زمین جدید و بسیار بزرگ برای ساختمان سازی گسترده انجام شود(مثل شهرهای جدید)، فاصله بین گمانه‌ها به صورت زیر تعیین می‌شود.

الف) اگر لایه‌بندی زمین به صورت نسبی یکنواخت باشد،فاصله‌ی 50 تا 200 متر بین گمانه‌ها قابل قبول است.انتخاب دقیق فاصله‌ی بین گمانه‌ها می‌باید با توجه به اهمیت ساختمان و شرایط ژئوتکنیکی تعیین شود.

ب) اگر لایه بندی پیچیده باشد(مثل قرار داشتن زمین در مجاورت گسل‌ها ، نزدیک بودن به رودخانه‌ها و کوه‌ها،زمین‌های بسیار ناهموار و دره‌ها)،فاصله حداکثر 30 متر بین گمانه‌ها قابل قبول است.

پ) اگر اطلاعات ژئوتکنیکی از ساختگاه‌های مجاور یا سازند‌های زمین‌شناسی مشابه با زمین موردنظر وجود داشته باشد،فاصله بین گمانه‌ها را می‌توان بیشتر از مقادیر مندرج در بند‌های الف و ب فوق ، و حداکثر تا دو برابر فواصل فوق در نظر گرفت.

ت) اگر ساختمانی با شرایط متفاوت سازه‌ای  و یا با اهمیت بیشتری نسبت به سایر ساختمان‌ها در مجموعه‌ی مورد نظر وجود داشته باشد، می‌باید شناسایی خاصی برای آن ساختمان انجام شود.

دسته دوم: چنانچه حفر گمانه به منظور ساخت یک ساختمان منفرد انجام می‌شود:

در این حالت فاصله بین گمانه‌ها می‌باید در حدود 15 الی 60 متر باشد.

تا این قسمت با کلیات حفر گمانه (فاصله بین گمانه‌ها،شرایطی که نیاز به حفر گمانه می‌باشد و …)  آشنا شدیم؛ در ادامه به حداقل تعداد گمانه مورد نیاز می‌پردازیم.

با توجه به اینکه حداقل تعداد گمانه متأثر از مساحت ساختمان، اهمیت ساختمان، شرایط زیر سطحی، تعداد و عمق گمانه است، مبحث 7 در جداولی که در این مطلب به آن‌ها می‌پردازیم، تعدادگمانه را برای شرایط متفاوت مشخص کرده است.

جدول زیر برای شرایطی که ساختمان منفرد و بدون گودبرداری احداث می‌شود،تعداد گمانه‌ها را مشخص کرده است.

نکات مرتبط با جدول فوق:

در ستون مساحت، 2 ردیف داریم که در ردیف اول یک ساختمان منفرد با سطح اشغال کمتر از 300 متر مربع و در ردیف دوم یک ساختمان منفرد با سطح اشغال 300 الی 1000 متر مربع را مشاهده می‌کنیم.

اما اگر سطح اشغال بیشتر از 1000 متر مربع باشد، تعداد گمانه‌ها چگونه محاسبه می‌شود؟

مطابق مبحث 7 مقررات ملی ساختمان،برای سطح اشغال بیش از 1000 متر مربع، یک گمانه به ازای هر 1000 متر مربع به مقادیر تعداد گمانه در جدول اضافه می‌کنیم.

بنابراین با در دست داشتن ابعاد یک ساختمان،شرایط زیر سطحی ، لایه بندی زمین واطلاع از گروه ساختمان‌ها ،از نظر اهمیت که در لینک انتهایی این مطلب قرار داده شده است، می‌توانیم در صورت نیاز، حداقل تعداد گمانه را برای ساخت یک ساختمان به دست آوریم.

نکته مهم: حداقل تعداد گمانه در جدول 7-2-1 برای شرایطی است که ساختمان بدون نیاز به گودبرداری احداث می‌شود. اگر به گودبرداری نیاز باشد، باید تعداد گمانه ها مطابق جدول 7-2-2 اضافه شود.

اما موضوعی که بسیار اهمیت دارد، مشخص کردن تعداد گمانه در گودهای عمیق و شیروانی‌های بزرگ برای تعیین مقطع ژئوتکنیکی عمود بر هر ضلع است. که در ادامه به آن می‌پردازیم:

برای گودبرداری‌ها باید لایه‌های زمین در دیواره هر ضلع گود و در راستای عمود بر دیواره هر ضلع گود مشخص باشد. برای انجام تحلیل‌های پایداری و تغییرشکل در هر ضلع گود لازم است نیمرخ ژئوتکنیکی در دیواره هر ضلع گود و امتداد عمود برآن تعیین گردد. هر چه گود عمیق تر باشد، وسعت منطقه‌ای که باید شناسایی شود(پلان) بیشتر از سطح اشغال ساختمان می‌باشد.

همچنین در گودهای عمیق و شیروانی‌های بزرگ برای تعیین مقطع ژئوتکنیکی عمود بر هر ضلع، حفر حداقل 3 گمانه یکی در بالادست، یکی در پایین دست و دیگری روی شیب، البته در صورت وجود شیب برای هر ضلع لازم است.

عمق گمانه ها بر چه اساسی و چگونه تعیین می‌شود؟

– زمانی که در طراحی پی بر روی زمین نشست تعیین کننده باشد:
در این شرایط لازم است، عمق حداقل یکی از گمانه‌ها بیش‌تر از عمقی باشد که افزایش تنش ناشی از بار ساختمان در آن عمق به کمتر از هر یک از دو معیار زیر می‌رسد. هر عمقی که بیشتر شد ملاک عمل است:

الف) 10 درصد تنش موثر زمین درآن عمق

ب) 10 درصد تنش ناشی از ساختمان بر کف پی (که با توجه به منحنی‌های حباب تنش ،عمق می‌باید برای پی‌های مربعی بین 2B تا 2.5 B، و برای پی‌های نواری بین 3B تا 4Bباشد). منظور از B، عرض ساختمان یا پی است.

– زمانی که ظرفیت باربری زمین و گسیختگی برشی خاک زیر پی تعیین کننده باشد:

در این شرایط عمق گمانه با توجه به نظریه‌های ظرفیت باربری می‌باید بین B تا 1.5B باشد.

نکته : در دو بند بالا، B عرض ساختمان یا پی است که می‌باید آن را به صورت زیر به دست آورد:

الف) ساختمان‌های باپی منفرد: اگر فاصله‌ی لب به لب دو پی مجاور بیشتر از مجموع عرض آن دو پی باشد،B  را برابر با عرض یک پی در نظر می‌گیریم. در غیر این صورت، B را برابر با عرض کل ساختمان در نظر می‌گیریم.

ب) ساختمان‌های با پی‌های نواری:اگر فاصله‌ی لب به لب دو پی مجاور بیشتر 1.5 برابر مجموع عرض آن‌ها باشد،B  را برابر با عرض یک پی در نظر می‌گیریم.در غیر این صورت ،B  را برابر با عرض کل ساختمان در نظر می‌گیریم.

پ) ساختمان‌های با پی گسترده:B را برابر با عرض کل پی گسترده در نظر می‌گیریم.

مقاله «هفت روش پایدارسازی گود و سازه‌های نگهبان» نیز به این حوزه مرتبط است، پیشنهاد می‌کنیم مطالعه کنید.

نکات مهمی که باید در تعیین عمق گمانه‌ها به آن‎‌ها توجه شود:

اگر احداث ساختمان با گودبرداری همراه باشد، می‌باید عمق گود را به عمق گمانه‌ی به دست آمده در پاراگراف های قبلی همین بند اضافه کرد.

اگر عمق مورد نیاز برای شناسایی زمین خیلی کم باشد،می‌توان از روش‌های شناسایی دستی،مانند آزمایش‌های برجای نفوذ مخروط((Cone penetration test و کاوشگر دینامیکیDynamic probing)) به جای حفر گمانه استفاده کرد.

حفر حداقل یک چاهک برای مشاهده‌ی بافت خاک در هر پروژه‌ ضروری است.اگر عمق چاهک کافی باشد می‌تواند جایگزین حفر یک گمانه بشود.

در صورتی که پیش از رسیدن به عمق نهایی گمانه، به یک بستر سنگی یا یک لایه‌ی بسیار متراکم با ضخامت زیاد برخورد کنیم،می‌توانیم عمق گمانه را کمتر در نظر بگیریم.

گمانه مورد نظر را می‌باید حداقل تا زیر نهشته‌هایی(لایه‌های رسوبی ای) که برای پی مناسب نیستند(مانند خاک‌های دستی) ادامه داد.

در هر حالت، عمق یک گمانه نباید کمتر از 6 متر زیر پی باشد، مگر در مواردی که گمانه، پیش از 6 متر به لایه‌ی سخت رسیده باشد.

در حفر گمانه اگر به لایه سنگ برخورد کنیم، می‌بایدحداقل یکی از گمانه‌ها را تا 3 متر در لایه سنگ نفوذ داد تا بتوان وجود بستر سنگی را اثبات کرد.

در مواردی که از شمع های متکی بر نوک در لایه سخت، متراکم یا سنگ استفاده می‌شود، عمق گمانه می‌باید به حدی باشد که از وجود آن لایه تا عمق کافی در زیر نوک شمع اطمینان حاصل شود. به عبارت دیگر، تعداد و عمق گمانه‌ها را می‌باید به گونه‌ای انتخاب کرد که احتمال وجود یک لایه ضعیف در زیر یک لایه سخت، متراکم یا سنگ با ضخامت کمتر از 3 متر از بین برود. همچنین در مواردی که بخشی از سنگ هوازده است، عمق گمانه می‌باید تا حدی باشد که به زیر بخش لایه‌ی هوازده‌ی سنگ برسد.

توضیحات و نکاتی که در این مطلب به آن‌ها اشاره کردیم برگرفته از مبحث 7 مقرارت ملی ساختمان بوده است. با اطلاع از این نکات می‌توانیم تعداد درست گمانه‌ها و عمق گمانه را مشخص کنیم، و از نظر شناسایی ژئوتکنیکی برای ساخت دقیق تر باشیم.

در ادامه می‌توانید حل تشریحی یک سوال آزمون را ؛ در رابطه با این مطلب مشاهده کنید:

دوره کاربردی در حوزه ژئوتکنیک:

دوره جامع «طراحی، نظارت و اجرای نیلینگ و انکراژ»