گمانه زنی یا سنداژ چیست؟

به گزارش عصرسازه، جهت شناسایی نوع و جنس زمین، قبل از شروع عملیات ساختمانی باید از موقعیت و وضع قشرهای مختلف زمین، سطح آب های زیر زمینی و وضعیت شیمیایی خاک زیر شالوده تا آنجا که احتیاج است کاملا آگاه و مطمئن شویم؛ به همین جهت در زمین های مورد نظر لازم است گمانه های دستی و یا ماشینی حفر نمود تا نوع و جنس زمین و ضخامت قشرهای متشکله و غیره آن را بدست آورد.

گمانه ها ممکن است به صورت عمودی‌، شیب دار یا افقی باشند که از آنها جهت دستیابی به اهدافی از جمله ‌نمونه برداری از مصالح زمین‌، انجام آزمون های برجا‌، بررسی شرایط هیدروژئولوژی‌، ایجاد شبکه زهکشی و شمع ریزی برای پی‌ استفاده می شود.

گمانه زنی یا سنداژ خاک چیست؟

گمانه زنی یا سنداژ خاک به فرآیند ایجاد سوراخ یا حفر چاه در زمین گفته می شود و به منظور شناسایی نوع و جنس خاک مورد استفاده قرار می گیرد. سنداژ یا حفر گمانه، پیش از شروع عملیات ساختمانی برای تشخیص تیپ خاک، وضعیت آب های زیرزمینی و تعیین نحوه طراحی و پی ریزی ساختمان کاربرد دارد. اگرچه در کشاورزی و عملیات حفاری نفت و گاز نیز از گمانه زنی استفاده می شود، اما هدف ما از این مقاله کاربردهای این مفهوم در ژئوتکنیک و مهندسی خاک و پی است.

گمانه یا borehole چیست؟

گمانه یا بورهول (borehole)، سوراخی به قطر 5 تا 25 سانتیمتر است که در زمین حفر می شود و بسته به نوع خاک قطر آن متغیر است. برای مثال در شهر تهران ، قطر گمانه های معمولا در حدود 10 سانتیمتر است. در واقع گمانه نوعی چاه کوچک و با قطر کم است که در آزمون های خاک اهمیت دارد.

گمانه ها حداقل تا عمقی که تنش ناشی از سازه به 10 درصد تنش زیر شالوده برسد باید ادامه پیدا کند. جهت حفر گمانه روش های مختلفی وجود دارد. از جمله حفاری با کمک اوگر، اوگر غلاف دار، واش بورینگ، دورانی، پرکاشن و مته مغزه گیری در سنگ، که هر کدام از این روش ها معایب و مزایایی دارند و بر طبق محدوده کاربردشان انتخاب می شوند.

روش دیگر شناسایی خاک حفر چاهک های آزمایش است که قطر آن ها در مقایسه با گمانه ها بیشتر است. این روش می تواند با دست و یا با بیل های مکانیکی انجام شود. معمولاً عمق شناسایی کم است و به تراز آب زیر زمینی محدود می شود. از این روش می توان برای نمونه گیری به ابعاد بزرگ و آزمایش بارگذاری در اعماق مختلف خاک استفاده کرد.

گمانه ها ممکن است بصورت عمودی، افقی و یا شیب دار حفر شوند و با هدف نمونه برداری از مصالح زمین، لایه های سطحی، ارسال تجهیزات و ابزار، بررسی وضعیت خاک منطقه و بسیاری از اهداف دیگر نقش مهمی در صنعت ساخت و ساز دارند.

روش های گمانه زنی در حفاری

همانطور که گفته شد انواع مختلفی از تجهیزات و دستگاه های حفاری ماشینی برای گمانه زنی وجود دارد که بنا به هدف حفر بورهول، از هرکدام از آنها می توان استفاده نمود. اما چهار روش زیر بهترین روش های حفاری خاک هستند.

حفاری مارپیچی: یکی از متداول ترین روش های گمانه زنی است که مته بصورت حلزونی در زمین فرو می رود که بیشتر در زمین های نرم و نیمه سخت استفاده می شود.

حفاری شستشویی یا آبشویی: روشی ساده برای سنداژ که در حفاری خاک نیمه سخت کاربرد دارد و معمولا سوراخ های ایجاد شده توسط این روش قطری در حدود 15 سانتیمتر دارد.

روش ضربه ای: اگر قصد گمانه زنی در خاک سخت و فشرده را داشته باشیم از روش ضربه ای استفاده می کنیم. اما به علت هزینه بالای این روش در اکتشافات ژئوتکنیک، معمولا کمتر استفاده می شود.

روش حفر دورانی یا روتاری: حفاری دورانی معمولا در تمام انواع و تیپ خاک کاربرد دارد و بیشتر در پروژه های استخراج نفت و گار و برای مغزه گیری مورد توجه است.

تثبیت جدار چاه ها در فرایند سنداژ

در گمانه های ژئوتکنیک که با مشکل ریزش دیواره چاه مواجه هستیم جهت تثبیت دیواره گمانه ها چندین روش مختلف داریم که در ابتدا بایستی گمانه ها را از لحاظ ریزش جدار به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی کنیم:

۱- گمانه ژئوتکنیک با پتانسیل ریزش جدار کم
۲- گمانه ژئوتکنیک با پتانسیل ریزش جدار بالا

در گمانه هایی که پتانسیل ریزش جدار کم است همانند خاک هایی که دارای مقدار کمی چسبندگی بوده و به اصطلاح دارای سیمانتاسیون هستند، راه مناسب برای جلوگیری از ریزش جدار گمانه، استفاده از گل حفاری است. متداول ترین گل حفاری، گل بنتونیت است که در استفاده از آن، بایستی غلظت رس بنتونیت به آب کاملا بررسی شود چرا که غلظت بالا به پمپ گل بنتونیت آسیب های جدی وارد خواهد کرد.

در گمانه های با پتانسیل ریزش بالا، بهترین روش استفاده از لوله کیسینگ یا جدار است که تا عمق مورد نظر حفاری کار گذاشته می شود تا از ریزش جدار گمانه جلوگیری به عمل بیاید. اما به دلیل اینکه ممکن است عمق گمانه زیاد باشد و نتوان در عمق های بالا دیگر از جدار کیسینگ کمک گرفت، لذا از دوغاب سیمان نیز می توان استفاده کرد. دوغاب سیمان با غلظت مناسب ابتدا در گمانه تزریق شده سپس بعد از ۲۴ ساعت، با احتساب گمانه ای با سایز کوچکتر از گمانه دوغاب ریزی شده، حفاری انجام شده و دوغاب از وسط شکافته می شود.

عمق و تعداد گمانه لازم برای آزمایش خاک

دو فاکتوری که در هزینه آزمایش خاک تاثیر دارد، تعداد گمانه های ایجاد شده است. اگرچه همه افراد علاقه دارند با هزینه کمتری تست های مربوطه انجام شود، اما طبق آیین نامه ها و استانداردهای سازمان نظام مهندسی و براساس شرایط زمین محل پروژه، تعداد گمانه متفاوتی نیاز است.

طبق اعلام نظام مهندسی برای ساختمان هایی با سطح اشغال کمتر از 300 متر مربع، بنا به شرایط زیرسطحی زمین، حفر یک گمانه ضروری است. اما برای ساختمانی با سطح اشغال 300 تا 1000 مترمربع، به حفر 2 گمانه نیاز داریم. که برای بیش از این مقدار، به ازای هر 1000 مترمربع اضافه، یک تا دو مورد چاهک اضافه خواهد شد.

برای تعیین عمق نیز باید براساس آیین نامه های نظام مهندسی عمل کرد. عمق گودبرداری، سطح اشغال و عرض ملک فاکتورهای تاثیرگذار در عمق بورهول هستند. طبق بند 7-2-2-1 مبحث 7 مقررات ملی ساختمان، تنها در شرایطی که تیپ خاک نوع 3 یا 4 باشد به گمانه زنی نیاز نیست اما برای تیپ 1 و 2 این فرآیند ضروری و لازم الاجراست. برای آنکه در یک ساختمان نیازی به عملیات گمانه زنی نباشد.

در نهایت شرکت مهندسین مشاوری که وظیفه اجرای این فرآیند را دارد، موظف است که مکان های حفاری را به خوبی بپوشاند تا در آینده تاثیر منفی در ساختمان نداشته باشد. همچنین عمق و تعداد گمانه ها باید تا مرحله ای که اخذ مجوز از شهرداری و نظام مهندسی محقق می شود، ادامه یابد.

در هنگام گمانه زنی رعایت موارد زیر باید مدنظر باشد

_  به طور معمول و تجربه مهندسی‌، یک و نیم برابر ارتفاع ساختمان‌، خاک زیر شالوده تحت تاثیر قرار می گیرد. توصیه می شود تا این ارتفاع مقاومت خاک مورد بررسی قرار گیرد.
_  در ساختمان های متعارف حداقل عمق گمانه دو الی سه متر در نظر گرفته شده است.
_  بهتر است محل گمانه ها خارج از محل پی و یا در قسمت هایی که تنش حداقل است حفر شود. در غیر اینصورت لازم است چاهک ها با مصالح مناسب و به نحو مناسب تر پر شود تا تفاوتی در مقاومت خاک زیر شالوده به وجود نیاید. که این مورد باعث می شود:

*  در موقع بتن ریزی و پر نمودن این قسمت، با افزایش هزینه رو به رو خواهیم شد
*  در صورت عدم دقت در پر کردن محل گمان ها ، ممکن است نشست ساختمان در نقاط مختلف یکسان نباشد