گودبرداری بنا بر تعریف مهندسی به هر نوع حفاری پایین‌تر از سطح زمین و یا پایین‌تر از زیر پی ساختمان مجاور تلقی می‌شود. در دنیای مدرن، امروزه به دلیل ساخت بناهای چندطبقه و گسترش ساخت‌وساز نیاز به پارکینگ در ساختمان در حال افزایش است. ازاین‌رو گودبرداری روشی مناسب برای ساخت پارکینگ در ساختمان‌های چندطبقه می‌باشد. گودبرداری با توجه به جنس زمین می‌تواند به چند متر زیرزمین برسد و به‌منظور دستیابی به خاک سفت و یا ساخت بنایی که قسمتی از آن پایین‌تر از سطح زمین قرار می‌گیرد انجام می‌شود. به‌عبارتی‌دیگر از بین بردن برآمدگی‌ها و برجستگی‌های زمین به‌صورت عمیق و یا نیمه عمیق گودبرداری نامیده می‌شود.
یکی از مسائلی که در اجرای گودبرداری بسیار حائز اهمیت است، انتخاب روش مناسب پایدارسازی گود می‌باشد. در پروژه‌های کوچک خیلی نمی‌توان از روش‌های مختلف و متفاوت استفاده کرد، زیرا هم ممکن است نیازی به پایدارسازی به روش‌های خاص نباشد و هم در ثانی ازنظر اقتصادی ممکن است برای پروژه مقرون‌به‌صرفه نباشد. به همین دلیل تنوع این روش‌ها در پروژه‌های بزرگ‌تر و خاص‌تر بیشتر کاربرد دارد و طراحان می‌توانند با آنالیزهای خاص نسبت به موقعیت پروژه، هزینه‌های طرح، مشخصات خاک محل و محدوده‌های مجاور گود بهینه‌ترین طرح را انتخاب نمایند.
1- میخکوبی یا نیلینگ:
میخکوبی دیواره‌ها یا نیلینگ به معنای تسلیح برجای توده خاک موجود با نصب میلگردهای فولادی (Nails) در فواصل نزدیک به هم در یک سطح شیب‌دار و یا در محل گودبرداری به‌صورت قائم و با اجرای از بالا به پایین می‌باشد. میلگردها معمولاً داخل گمانه‌هایی در دیواره خاکی قرار می‌گیرند که به‌منظور جلوگیری از خوردگی میلگردها و انتقال مناسب‌تر نیروها بین خاک و میلگرد توسط دوغاب سیمان پر می‌شوند. روش نیلینگ یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می‌کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارند.
روش نیلینگ در سال ۱۹۶۰ میلادی برای اولین بار موردبحث و بررسی قرار گرفت. این روش بر اساس روش سیستم مهاربندی و پیچ کردن سنگ‌ها می‌باشد. اولین بار این سیستم پایدارسازی برای حفر تونلی در استرالیا در سال ۱۹۶۰ به کار گرفته شد. در این تونل برای پایدارسازی از آرماتور، تزریق دوغاب سیمان و شاتکریت استفاده گردید. در سال‌های بعد نیز به‌مرور این تکنیک در سطح جهان گسترش یافت. در ایران نیز استفاده از روش نیلینگ در سال‌های اخیر توسعه چشمگیری یافته و یکی از کاربردی‌ترین روش‌ها به‌ویژه در ساخت‌وسازهای شهری می‌باشد.
از دیدگاه اصول علمی مطرح در مهندسی ژئوتکنیک، روش نیلینگ به‌صورت مقاوم عمل کرده و اثر خود را از طریق اندرکنش خاک – میلگرد حاصل از ایجاد تغییر شکل در خاک اعمال می‌کند. ازاین‌رو استفاده از سیستم نیلینگ در موقعیت‌هایی که حساسیت به تغییر مکان‌های ناشی از گودبرداری بالابوده و یا در مجاورت سازه‌های حساس، قدیمی و فرسوده واقع هستند و یا شامل خاک‌های نرم و متوسط به لحاظ سختی و مقاومت هستند، به‌طورکلی توصیه نمی‌گردد.
پس از نصب میلگردهای نیلینگ، یک دیواره سطحی کم ضخامت که معمولاً شامل شاتکریت همراه با یک‌لایه تسلیح سبک فولادی به‌صورت شبکه‌ای از میلگرد می‌باشد، سطح دیواره شیروانی یا گود را می‌پوشاند. هدف از اجرای این دیواره جلوگیری از فرسایش سطحی خاک، ایجاد سطح تمام‌شده مناسب‌تر برای ساخت‌وسازهای احتمالی بعدی می‌باشد. هدف مهم‌تر از ساخت این دیواره‌ها افزایش بازدهی عملکرد سیستم خاک تحکیم یافته به‌ویژه در بخش‌های نزدیک به دیواره گود می‌باشد.
اگر به صورت خلاصه بخواهیم تعریفی از میخکوبی داشته باشیم به این صورت است که نیلینگ یا میخکوبی خاک روش جدیدی است که به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحصربه‌فرد خود، به‌عنوان راه‌حل بسیار مناسبی در موارد مختلف ازجمله پایدارسازی شیب‌ها، شیروانی‌ها، ترانشهها، افزایش ظرفیت باربری و محدودکردن تغییرشکل‌ها با ایجاد حداقل دست‌خوردگی در وضعیت طبیعی زمین کاربردهای فراوانی دارد. برخی از کاربردهای وسیع این روش تسلیح خاک شامل پایدارسازی شیب‌های طبیعی و یا ترانشه‌های مجاور راه‌ها، تعریض راه‌ها، گودبرداری در مجاورت سازه‌های موجود، پایدارسازی و مقاوم‌سازی سازه‌های نگهبان قدیمی و … می‌باشد.
2- مهار گذاری یا انکراژ:
اصول اجرای روش مهار گذاری یا انکراژ مشابهت‌های فراوانی با روش نیلینگ (میخکوبی) دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می‌باشد. گام‌های اجرایی مشابه روش میخکوبی و شامل خاک‌برداری مقطعی، حفاری گمانه‌ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان (در بخشی از طول گمانه)، بتن پاشی و نصب صفحه سر نیل و مهره می‌باشند. پس از گذشت مدت‌زمان مناسب جهت عمل‌آوری دوغاب سیمان، با نصب پایه جک، جک کششی و نیروسنج، نیروی پس تنیدگی تا مقدار موردنظر طراحی به میلگرد تسلیح و دوغاب اطراف آن اعمال می‌شود.
لازم به ذکر است در بعضی از موارد عملیات حفر چاه وجود نداشته و پروفیل حائل فولادی پس از اتمام عملیات مقطعی خاک‌برداری، حفاری و نصب المان تسلیح در محل مربوطه انجام می‌شود. درنهایت پس‌ازاین مرحله عملیات کشش المان تسلیح (اعمال نیروی پس تنیدگی) صورت می‌پذیرد.
مراحل انجام این کار به این صورت است:
در مرحله اول یک دیوار نگهبان اجرا می‌گردد. در مرحله دوم خاک‌برداری تا تراز نصب اولین ردیف انکرها انجام می‌گردد. در مرحله سوم حفاری گمانه جهت اجرای انکر انجام می‌گردد. در مرحله چهارم تزریق و در مرحله پنجم پس از گیرش دوغاب عملیات کشش و خاک‌برداری و اجرای پوشش بتنی انجام می‌گردد. در این روش امکان اجرای پوشش دائمی نیز در صورت نیاز وجود دارد. این پوشش‌ها نیز می‌تواند از نوع بتن پاششی، بتن پیش‌ساخته، بتن درجاریز و سایر انواع تکنولوژی‌های جدیدتر برای اجرای پوشش طرح دار و سازگار با محیط پیرامون می‌باشد. درروش انکراژ انواع روش‌های تزریق جهت تأمین مقاومت قسمت گیردار وجود دارد.
3- سپرکوبی:
در این روش ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می‌کوبیم و سپس خاک‌برداری را شروع می‌کنیم. پس‌ازآنکه عمق خاک‌برداری به حد کافی رسید در کمرکش سپرها و بر روی آن‌ها تیرهای پشت‌بند افقی را نصب می‌کنیم. سپس قیدهای فشاری قائم را در جهت عمود بر صفحه سپرها به این پشت‌بندهای افقی وصل می‌کنیم سپرها و پشت‌بندها و قیدهای فشاری در عرض‌های کم و خاک‌های غیر سست معمولاً از نوع چوبی است ولی در عرض‌های بیشتر و خاک‌های سست‌تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی اجتناب‌ناپذیر است.
در این روش صفحات فلزی Sheet pile داخل خاک و جداره گود توسط چکش پنوماتیک و با استفاده از لرزش کوبیده می‌شوند و با انواع اتصالات بین خود به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته را تشکیل می‌دهند از مزایای این روش راحتی در کوبیدن، نصب و بیرون کشیدن آن‌ها به دیگر روش‌ها برتری داشته و مصالح آن مجدداً قابل‌استفاده در پروژه‌های دیگر می‌باشد، همچنین در این روش به المان‌های افقی و مایل کمتری نیاز می‌باشد.
بنابراین محدودیت‌های اشغال فضای داخل گود کمتر وجود دارد. لیکن ازجمله معایب این روش وابستگی به نصب سپرهای فلزی می‌باشند که در محیط‌های شهری به دلیل وجود تأسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از کوبش سپرها محدودیت‌هایی را به وجود می‌آورد. همچنین کوبیدن سپرها در زمین‌های سنگی و یا خاک‌های بسیار متراکم به‌سختی انجام‌پذیر است و در زمین‌های با شرایط بالا با محدودیت مواجهه می‌گردد.
4- دیواره دیافراگمی:
یکی دیگر از روش‌های محافظت از جداره گود احداث دیوار دیافراگمی و یا دیوار دوغابی Slurry Wall می‌باشد. در این روش ابتدا توسط دستگاه‌های گراب متناسب با شرایط زمین، قسمتی از دیوار حفاری می‌شود و هم‌زمان با حفاری جهت پایداری جداره دیواره حفاری‌شده و جلوگیری از ریزش‌های موضعی از دوغاب بنتونیت استفاده می‌شود تشکیل کیک بنتونیت در داخل دیواره حفاری‌شده و نفوذ در لایه‌های دانه‌ای جداره باعث می‌گردد جداره همواره پایدار بماند و سپس بلافاصله پس از رسیدن به عمق موردنظر آرماتورگذاری شده و درنهایت بتن‌ریزی می‌گردد. این روش در زیر هسته سدهای خاکی نیز کاربرد بسیار دارد و از هرگونه نشتی جلوگیری می‌نماید. استفاده از این تکنیک در مناطق شهری نیز با محدودیت‌های نظیر استفاده از روش مهاربندی افقی و مایل و المان‌های کششی دارا می‌باشد.
مزایا:
1) سرعت اجرای کار بسیار زیاد است.
2) درجه ایمنی کار بسیار زیاد است.
3) دیوار دیافراگمی هم به‌عنوان سازه نگهبان گود رفتار می‌کند و هم در حین بهره‌برداری از آن به‌عنوان دیوار حایل استفاده می‌شود.
4) دیوار دیافراگمی به‌ویژه برای حفاری‌ها و گودهای با طول زیاد مناسب است.
معایب:
1) در احجام کم، هزینهکار بسیار زیاد است، ولی در احجام بزرگ هزینه کلی اجرای کار می‌تواند از روش‌های ساده‌تر کمتر نیز باشد.
2) در این روش دستگاه‌های حفاری مربوطه نیاز به فضای کار زیادتری دارند و درصورتی‌که ازنظر فضای دو طرف دیواره محدودیت داشته باشیم اجرای کار ناممکن خواهد بود و یا اینکه به‌سختی صورت می‌گیرد.
3) در این روش به دستگاه‌های حفاری ویژه‌ای نیاز است.
4) در این روش به نیروهای با تخصص بالا برای کار با دستگاه‌های موردنظر و سایر موارد نیاز است.
5- مهار متقابل:
این روش برای گودهای با عرض کم مناسب است. در این روش ابتدا در دو طرف گود، در فواصلی معین از یکدیگر چاهک‌هایی را حفر می‌نماییم. طول این چاهک‌ها برابر با عمق گود به‌اضافه مقداری اضافه‌تر به میزان حدود 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است. این عمق اضافه به‌منظور تأمین گیرداری انتهای تحتانی پروفیل‌هایی است که در چاهک قرار داده می‌شوند.
سپس درون این چاهک‌ها پروفیل های فولادی H یا I مطابق با محاسبات و نقشه‌های اجرایی قرار می‌دهیم. طول این پروفیل‌ها را معمولاً به‌گونه‌ای درنظر می‌گیریم که انتهای فوقانی آن‌ها تاحدی بالاتر از تراز بالای گود قرارگیرند.
آنگاه قسمت فوقانی هر دو پروفیل قائم مزبور را به کمک تیرها و خرپاهایی به یکدیگر متصل می‌کنیم. این کار موجب می‌شود که هر دو پروفیل متقابل قائم، به پایداری یکدیگر کمک کنند.
پس‌ازآن، عملیات گودبرداری را به‌تدریج انجام می‌دهیم. در صورت لزوم، در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیل‌های قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا می نمائیم.
درصورتی‌که خاک خیلی ریزشی باشد باید در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگر استفاده کنیم.
سیستم مهار متقابل فوق‌الذکر باید در جهت عمود بر سیستم قبلی آن یعنی در جهت طول گود نیز به‌صورت مناسبی مهاربندی شود.
6- مهار خرپایی:
این روش یکی از مناسب‌ترین و متداول‌ترین روش‌های اجرایی سازه نگهبان در مناطق شهری است. اجرای آن ساده بوده و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد و درعین‌حال قابلیت انعطاف زیادی ازنظر اجرا در شرایط مختلف دارد. برای اجرای این نوع سازه نگهبان ابتدا در محل عضوهای قائم خرپا که در مجاورت دیواره گود قرار دارند چاه‌هایی را حفر می‌کنیم. عمق این چاه‌ها برابر با عمق گود به‌اضافه مقداری اضافه برای اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپاست.
طول شمع را که با LP نشان داده می‌شود از طریق محاسبه به دست می‌آوریم. آنگاه درون شمع را آرماتوربندی کرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می‌دهیم و سپس شمع را بتن‌ریزی می‌کنیم پس از سخت شدن بتن انتهای تحتانی عضو قایم به‌صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.
سپس خاک را در امتداد دیواره گود با یک شیب مطمئن برمی‌داریم. آنگاه فونداسیون پای عضو مایل را اجرا می‌کنیم. این فونداسیون در پلان به‌صورت مربعی است. پس‌ازآن عضو مایل را ازیک‌طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به ورق کف ستون بالای فونداسیون متصل می‌کنیم. عملیات فوق را برای تمام خرپاهای سازه نگهبان در امتداد دیواره به‌صورت هم‌زمان اجرا می‌کنیم. حال خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپا را در سرتاسر امتداد دیواره به‌صورت مرحله‌به‌مرحله برمی‌داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا را به‌تدریج نصب می‌کنیم تا اینکه خرپا تکمیل شود.
9- شمع‌های درجا:
در این روش در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود در فواصل معینی از هم شمع‌هایی اجرا می‌کنیم. این شمع‌ها می‌توانند از انواع مختلف مصالح سازه‌ای نظیر فولاد، بتن و چوب باشند. همچنین شمع‌های بتنی را می‌توان به‌صورت پیش‌ساخته یا درجا اجرا کرد. در این روش شمع‌ها فشار جانبی خاک را به‌صورت تیرهای یکسر گیردار تحمل می‌کنند. طول گیرداری لازم در انتهای شمع‌ها چیزی در حدود ۳ درصد است. پس از اجرای شمع‌ها می‌توان عملیات گودبرداری را اجرا کرد. در صورت لزوم باید شمع‌ها را در امتداد گود مهاربندی کرد.
