حفاری ژئوتکنیک

حفاری ژئوتکنیک به منظور به دست آوردن نمونه شاهد از زیر لایه های مختلف زمین برای تست خاک ، انجام می شود. اما برای به دست آوردن این نمونه ها به روش های مختلفی از حفاری ژئوتکنیک نیاز می باشد.

به طور کلی روش های حفاری ژئوتکنیک به دو دسته حفاری ژئوتکنیک دستی و ماشینی تقسیم می شوند. سازمان نظام مهندسی ساختمان استان تهران توصیه می کند که حتی المقدور از روش های استاندارد حفاری ژئوتکنیک ماشینی به جای روش های دستی استفاده گردد. بر همین اساس حفاری ژئوتکنیک دستی در پروژه هایی که امکان حفاری ژئوتکنیک ماشینی در آن ها وجود دارد را، ممنوع اعلام کرده است.

همچنین در پروژه هایی که عمق حفاری بیش از ۳۰ متر است، به دلیل مسائل ایمنی توصیه می گردد از حفاری ژئوتکنیک دستی استفاده نشود و حفاری ژئوتکنیک ماشینی جایگزین آن گردد. در خصوص گمانه هایی که عمق آن کمتر از ۲۰ متر است، استفاده از دستگاه حفاری ژئوتکنیک ماشینی مقرون به صرفه نبوده و از طرفی حفاری ژئوتکنیک دستی نیز با خطرات اندکی همراه است. لذا توصیه می گردد در این گونه کاوش ها، از حفاری ژئوتکنیک دستی استفاده شود. 

اما به طور کلی عده ای معتقدند حفاری ژئوتکنیک دستی به دلیل کم هزینه بودن، مناسب تر است و عده ای عقیده دارند حفاری ماشینی به دلیل سطح امنیت بالاتر از حفاری ژئوتکنیک دستی ، بهتر است. لذا برای استفاده از روش درست حفاری ژئوتکنیک لازم است نسبت به حفاری ژئوتکنیک دستی و ماشینی و مزایا و معایب هریک شناخت پیدا نمود.

هزینه حفاری ژئوتکنیک

هزینه حفاری ژئوتکنیک ماشینی به عوامل مختلفی وابسته است که در ذیل به آن اشاره می شود.

• محل حفاری

 اولین و تاثیرگذارترین عامل قیمت حفاری ژئوتکنیک ماشینی ، محل انجام آزمایش است. طبیعی است که اگر آزمایش در مناطقی با خاک نرم انجام شود، حفاری در آن ارزانتر بوده و در مناطقی با خاک مستحکم، هزینه حفاری ژئوتکنیک ماشینی بیشترخواهد بود. برای سنجش میزان سختی خاک از معیاری مثل تیپ خاک استفاده می شود که از آزمایش صحرایی SPT و یا ازمایش خاک ژئوفیزیکی دان هول به دست می آید. 

• عمق حفاری

هر چه عمق حفاری با دستگاه بیشتر باشد، حفاری ژئوتکنیک ماشینی سخت تر می گردد. لذا قیمت هر متر حفاری با دستگاه و هزینه آزمایش خاک ساختمان بیشتر می شود. 

• تعداد گمانه ماشینی

استقرار دستگاه حفاری ژئوتکنیک ماشینی ، هزینه ثابت اولیه دارد. اگر تعداد گمانه ها زیاد باشد این مبلغ سرشکن شده و هزینه هر متر حفاری با دستگاه کاهش می یابد.

 همچنین قیمت هر متر حفاری ژئوتکنیک دستی تابع عوامل مختلفی است. پارامترهای موثر در هزینه حفر چاه دستی به شرح ذیل می باشند.

• نوع زمین

اولین پارامتر تاثیرگذار، محل حفاری است. حفاری در خاک های مستحکم و تیپ یک و دو پرهزینه تر از حفاری در خاک های نرمی است که در رده خاک های نوع سه و چهار قرار می گیرند. 

• عمق حفاری

حفاری ژئوتکنیک دستی خیلی عمیق و حفاری ژئوتکنیک دستی خیلی کم عمق پرهزینه است. چراکه حفاری خیلی عمیق خطرات جانی فراوانی برای کارگر دارد. همچنین حفاری کم عمق به دلیل وجود یک سری هزینه های اولیه مثل حمل بالابر و غیره، مقرون به صرفه نیست.

حفاری گمانه ، قدیمی ‌ترین روش جمع آروی اطلاعات از وضعیت زیر سطحی زمین است. معمولا حفاری گمانه توسط دستگاه‌ های حفار که دارای موتور محرک، دکل بزرگ و میله ‌های بلند و سرمته هستند، صورت می ‌پذیرد. هر چند که روش حفاری گمانه دسترسی مستقیم به لایه‌ های زیر سطحی را فراهم می ‌کند، با این حال این اطلاعات صرفا برای نقاط گمانه زنی شده اطمینان بخش و قطعی هستند. لذا تغییرات بین این نقاط با قضاوت مهندسی تخمین زده می‌ شود. حفاری گمانه آزمایش خاک هم به صورت دستی و هم به صورت ماشینی صورت می پذیرد. هرچند که تاکید سازمان نظام مهندسی بر گمانه های ماشینی است.

مهندسان ژئوتکنیک با خاک و سنگ که مصالحی طبیعی هستند، سر و کار دارند و خصوصیات این مصالح از نقطه ‌ای به نقطه دیگر و حتی در مقابل یک بارگذاری نسبت به بارگذاری دیگر متفاوت است. بنابراین لازم است پیش از طراحی ‌های ژئوتکنیکی و همچنین طراحی سازه‌ های مرتبط با زمین، کاوش ‌های صحرایی و آزمایش‌ های برجا برای شناسایی رفتار مصالح و جمع آوری اطلاعات زمین انجام گیرد.

همزمان با پيشرفت و توسعه علم و تکنولوژی، در زمينه حفاری نيز تحقيقات گسترده ای توسط شركت ها، موسسات و دولت های مختلف در حال انجام است. احتمال استفاده از برخی پروژه های تحقيقاتی در طی چند سال آينده نیز وجود دارد. در عصر حاضر نه تنها روش های موجود مدام در حال تغيير و تحول هستند، بلکه روش های نوين نيز به عرصه ظهور می رسند. حفاری گمانه به کمک انرژی هسته ای يا حفاری التراسونيک از مواردی هستند که در واقع می توان از آن ها به عنوان روش های نوينی نام برد که در مرحله تحقيقات قرار دارند و برای کاربردها و موارد خاص از آن ها استفاده می شود.

حفاری ژئوتکنیک دستی

حفاری ژئوتکنیک دستی یکی از روش های حفاری زمین و نمونه گیری از خاک جهت انجام آزمایش خاک و اخذ تاییدیه مکانیک خاک است. در روش حفاری ژئوتکنیک دستی ، زمین به صورت دایره یا مربع حفاری شده و عمل حفاری تا عمق مورد نظر ادامه می یابد. در پایان عملیات حفاری ژئوتکنیک دستی ، نمونه های اخذ شده از گمانه به آزمایشگاه ژئوتکنیک منتقل شده و با بهره گیری از این نمونه ها، آزمایش دانه بندی ، آزمایش درصد رطوبت ، آزمایش هیدرومتری ، آزمایش تحکیم ، آزمایش حدود اتربرگ و آزمایش برش مستقیم قابل انجام است.

روش انجام حفاری ژئوتکنیک دستی

حفاری ژئوتکنیک دستی نوعی از حفاری است که در آن یک نفر با بیل و کلنگ یا چکش هیلتی و مته های دستی به داخل چاه رفته و آن را حفاری می نماید. قطر گمانه حفاری شده ۷۰ الی ۸۰ سانتی متر است.

به طور کلی از ملزومات حفر چاه دستی یک دستگاه بالابر، چکش هیلتی و دو کارگر است که یکی از این کارگران در انتهای چاه به حفاری می پردازد و کارگر دیگر در سطح زمین اپراتور بالابر است.

مته دستی حفر چاه (Hand Augers)

مته دستی حفر چاه ، توسط یک یا دو نفر و به صورت دستی بکار برده می شود. به طور کلی ترکیب مته های دستی شامل سر مته ، لوله یا میله میانی و دستگیره می باشد. سر مته می تواند اشکال مختلفی داشته باشد. عمل حفاری ژئوتکنیک و نمونه برداری توسط این سرمته ها انجام می گیرد. همچنین این سر مته ها بر روی لوله یا میله میانی سوار می شوند. این لوله ها که معمولا قطر آن ها ۲۰ میلی متر است، ممکن است بصورت یک قطعه یک دست و یا ترکیبی از قطعات مختلف باشند که طول آن ها با توجه به عمق چاه متفاوت خواهد بود. میله میانی به دستگیره ای که T شکل است، وصل می گردد و در حین عمل حفاري ، دستگیره بطور همزمان چرخانده شده و به درون زمین فرو برده می شود. بدین ترتیب عمل چرخش از طریق میله میانی به مته منتقل شده و عمل حفاری انجام می گیرد.

از مته های دستی برای حفاري تا عمق های ۳۰-۱۰ متری استفاده می شود که عمق حفاری توسط جنس زمین و سطح دستیابی به آب های زیر زمینی ، کنترل می شود. حفاری ژئوتکنیک به وسیله مته های دستی معمولا برای کارهای اکتشافی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین کاربرد های دیگری همچون شناسایی تراز آب های زیر زمینی و ایجاد چاه های زهکشی نیز می تواند داشته باشد .

چاه هایی که به وسیله این مته های دستی حفر می گردند، اصطلاحا چاه مته ای دستی نامیده می شوند.

متداول ترین نوع مته های دستی در سه گروه زیر تقسیم می شوند.

مته چنگکی (Post – hole Auger) حفر چاه

مته چنگکی برای نمونه برداری از خاک های چسبنده و دانه ریز استفاده می شود. قطر مته های چنگکی بین ۲۰۰-۱۰۰ میلی متر می باشد.

مته حلزونی (Helical or Screw Auger) حفر چاه

مته حلزونی (پیچشی) برای نمونه برداری از هرنوع خاک (چسبنده و یا غیر چسبنده) استفاده می شود. البته خاک ها لازم است، خشک بوده و بالای سطح دستیابی به آب های زیرزمینی قرار گرفته باشند. قطر مته حلزونی بین ۱۰۰-۵۰ میلی متر می باشد.

مته فنری (Spiral Auger) حفر چاه

مته فنری همان طور که از نام آن مشخص است، ساختمانی شبیه به فنر دارد و بر حسب شکل و موارد استفاده آن به دو صورت مته فنری بسته و مته فنری باز مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایای حفاری ژئوتکنیک دستی

قیمت حفاری چاه دستی نسبت به سایر روش های حفاری کمتر است. همچنین انعطاف پذیری این روش بسیار بیشتر از حفاری ژئوتکنیک ماشینی است. چرا که نیازمند تجهیزات خاصی نبوده و امکان استفاده از این روش تحت هر شرایطی وجود دارد.

معایب حفاری ژئوتکنیک دستی 

حفاری ژئوتکنیک دستی گمانه در کنار محاسن زیادی که دارد، معایبی نیز دارد که استفاده از آن را محدود می کند. مهم ترین آن ها خطر جانی برای کارگران است. در روش حفر چاه دستی ممکن است کارگر در داخل گمانه ، دچار کمبود اکسیژن یا خفگی شود و یا به علت ریزش سنگ، دچار آسیب گردد. چراکه در گمانه هایی که درصد خاک چسبنده آن کم است، امکان ریزش جداره گمانه بسیار زیاد است.

علاوه بر ایمنی عامل دیگری که موجب محدود شدن عمق گمانه می گردد، محدود بودن طول کابل اتصال بالابر است. چراکه کابل بالابر، امکان بالا آوردن خاک از اعماق زیاد را ندارد.

 از دیگر عوامل ایجاد محدودیت در حفاری ژئوتکنیک دستی ، احتمال برخورد با سنگ، سطح آب زیرزمینی و انباره فاضلاب است. در صورت برخورد با هر یک از این عوامل، ادامه حفاری میسر نبوده و لازم است موقعیت گمانه عوض شود.

حفاری ژئوتکنیک ماشینی

حفاری ژئوتکنیک ماشینی یا حفاری با دستگاه ، نوعی از حفاری زمین است که طی آن زمین با قطر ۱۰ الی ۲۰ سانتی متر توسط دستگاه ، حفاری شده و قابلیت آن را دارد که برای حفاری های عمیق مورد استفاده قرار گیرد.

انواع روش‌ های حفاری ژئوتکنیک ماشینی

هدف اصلی در تمام روش ‌های گمانه زنی به دست آوردن نمونه ‌های شاهد از لایه ‌های زیرسطحی در اعماق مختلف است. هر یک از این روش‌ های حفاری ژئوتکنیک ماشینی برای شرایط مختلفی از خاک و سنگ مناسب هستند. بنابراین در هر پروژه بیش از یک روش نیز ممکن است مورد نیاز باشد.

حفاری ژئوتکنیک شستشویی (Wash boring Drilling) 

حفاری ژئوتکنیک شستشویی یکی از روش های ساده، متداول و ارزان در اکتشافات و گمانه زنی به شمار می آید.

در روش حفاری شستشویی مته ای در خاک قرار می گیرد که در آن سوراخ هایی وجود دارد. از این سوراخ ها آب با فشار زیاد خارج شده و خاک را می شوید. 

هنگام حفاری به روش دورانی با گل حفاری در خاک‌ های بدون چسبندگی یا خاک‌ هایی با قابلیت فرسایش زیاد، از یک غلاف بیرونی برای ایجاد یک سیستم گردشی بسته، استفاده می‌شود. 

گل حفاری ترکیبی از آب و بنتونیت است که باعث ایجاد دوغابی با چگالی اندکی بیشتر از آب، می‌ گردد. این چگالی بیشتر، از ته نشینی قطعات خرد شده خاک در کف گمانه جلوگیری نموده و به حذف راحت آن ها کمک می کند. بسیار مهم است که دوغاب ، غلظت مناسبی داشته باشد زیرا اگر بسیار غلیظ باشد باعث انسداد لوله پمپ شده و در صورتی که کم مایه باشد، باعث برجا ماندن قطعات خرد شده خاک در کف گمانه خواهد شد‌. همچنین گل حفاری از جداره گمانه در برابر ریزش محافظت می کند. بنابراین گمانه بدون غلاف یا کیسینگ (یکی از روش‌ هایی است که برای پایدار سازی گمانه در مقابل ریزش استفاده می‌شود.) در خاک ماسه ای قرار گرفته در زیر تراز آب نیز می‌تواند پایدار بماند.

حفاری شستشویی بیشتر در نهشته های نرم، نیمه سخت و سنگ های شدیدا هوازده کاربرد دارد. در روش حفاری شستشویی ، عمق حفاری به ۳۰ متر و قطر چاه های حفاری شده به ۱۵ سانتی متر محدود می شود. سرعت حفاری در نهشته های آبرفت نرم در حدود ۶ متر بر ساعت و درخاک های رس سفت ۲.۵ متر بر ساعت است. نمونه های به دست آمده از روش حفاری شستشویی اغلب دست خورده و بهم ریخته اند و ارزش زیادی برای فعالیت های شناسایی ندارند.

حفاری ژئوتکنیک ضربه ای (Percussion Drilling) 

مکانیزم روش حفاری ضربه ای ، ضربه زدن و خرد کردن خاک یا سنگ انتها گمانه است. این کار به وسیله رها کردن یک وزنه سنگین به انتها گمانه صورت می گیرد. در اثر رهایی این وزنه، ابتدا خاک یا سنگ خرد شده، سپس توسط فشار آب، خاک های خرد شده تخلیه می گردد. نوع دیگری از حفاری ضربه ای ، توسط چکش ضربه زن انجام می گردد. این چکش بادی که با فشار هوای فشرده کار می کند، مرتبا به انتها گمانه ضربه زده و خاک یا سنگ را خرد می کند.

از روش حفاری ژئوتکنیک پرکاشن ، برای حفاری در خاک های سخت و متراکم شده، خاک های رسی سفت و سنگ ها استفاده می گردد. عمق متوسط حفاری ضربه ای ، ۶۰ متر و حداکثر به بیش از ۲۰۰ متر می رسد. قطر چاه های حفاری شده بین  میلی متر می باشد. سرعت حفاری ژئوتکنیک بر حسب نوع و جنس خاکی که در آن حفاري صورت می گیرد، متفاوت است. به طوری که سرعت حفاری درنهشته های سطحی و نرم ۴-۲ متر بر ساعت، در مصالح نیمه سخت ۲-۱ متر بر ساعت و درسنگ های سخت حداکثر به ۱ متر بر ساعت می رسد.

در حفاري به روش پرکاشن ، هنگام حفاري درسنگ، نمونه های دست نخورده بدست می آید اما در خاک ها، اغلب نمونه های بدست آمده، دست خورده و بهم ریخته است. 

از حفاری ضربه ای بیشتر در حفر چاه های عمیق آب استفاده می شود و کاربرد آن در اکتشافات ژئوتکنیک به علت هزینه زیاد و عدم دستیابی به نمونه های سالم محدود است .

حفاری ژئوتکنیک دورانی (Rotary Drilling) 

حفاری ژئوتکنیک دورانی برای حفر گمانه در انواع زمین های خاکی و سنگی و تا اعماق زیاد، بکار گرفته می شود. قطر گمانه ها بین ۴۰-۲۰۰ میلی متر است. در روش حفاری دورانی ، نمونه های بدست آمده می توانند با توجه به هدف حفاری ، نمایانگر یا دست نخورده باشند.

سرعت عمل حفاری روتاری نسبت به دیگر روش ها بیشتر است. لذا از حفاری دورانی به طور گسترده در حفر چاه های عمیق اکتشافی و بهره برداری نفت و گاز استفاده می شود. کاربرد حفاری دورانی در پروژه ها و اکتشافات ژئوتکنیکی بخاطر هزینه زیاد اجرای آن و سیستم پیچیده آن محدود می باشد.

حفاری ژئوتکنیک مته ای

حفاری مته ای یا حفاری با اوگر باکت (جام حفار)، یک روش حفاری ساده و ارزان است.

در حفاری مته ای ، اوگرهای سطلی در جایی استفاده می ‌شوند که برداشت و تهیه نمونه دست خورده در حجم زیادی از خاک مورد نظر باشد. در این روش یک سطل استوانه‌ ای شبیه بشکه به قطر ۶۰ الی ۱۲۰ سانتیمتر در انتها میله حفاری قرار گرفته و امکان تهیه حجم زیادی از خاک را فراهم می‌ کند. سطل نمونه گیر، یک استوانه ‌ای فلزی روباز بوده و طولی بین ۶۰ تا ۹۰ سانتی متر دارد. 

از روش حفاری با اوگر برای حفاری شمع‌ ها نیز استفاده می گردد. ضمن آن که با توجه به قطر وسیع چاه حفاری شده، معمولا امکان حضور یک نفر در درون چاه به منظور مشاهده مستقیم لایه ‌ها و درصورت نیاز، تهیه نمونه دست نخورده وجود دارد. به رغم مزایای مذکور در خاک ‌های غیر چسبنده و درحالت زیر سطح آب زیرزمینی، استفاده از اوگرهای سطلی به دلیل احتمال ریزش جداره توصیه نمی‌ گردد.

حفاری ژئوتکنیک با مته به روش های مختلفی صورت می پذیرد که از رایج ترین آن ها می توان به حفاری ژئوتکنیک با مته حلزونی پیوسته توپر و توخالی اشاره نمود.

حفاری با مته حلزونی پیوسته توپر

حفاری با مته حلزونی توپر، ساده‌ترین روش گمانه زنی است که تنها دارای دو مولفه پایه سرمته حفار و مته حلزونی است. سرمته در نوک ساقه مته حفار قرار می گیرد. همچنین ساقه مته از حلزونی‌ های مجزایی که به یکدیگر متصل شده‌ اند، تشکیل شده است. هنگام دوران، سرمته خاک را شل نموده و شکاف می دهد. سپس حلزونی ‌ها نیز خاک را به بالای گمانه منتقل می‌ نمایند. حلزونی‌ ها ۱.۵ متر طول داشته و قطر خارجی آن ها از ۱۰ سانتیمتر تا ۳۵ سانتیمتر متغیر است.

در حفاري با مته حلزونی توپر ، پیشروی مته در داخل گمانه ، توسط نیروی هیدورلیکی و همزمان با دوران مته و سرمته در داخل خاک، انجام می ‌گیرد. سپس با رسیدن به عمق نمونه برداری ، گمانه از قطعات خرد شده خاک تمیز شده و اوگر و سرمته توسط کابل بیرون آورده می‌ شود. در ادامه وسیله نمونه برداری به داخل حفره گمانه فرستاده شده تا از کف گمانه نمونه گیری نماید. پس از اتمام نمونه برداری‌، سرمته و حلزونی‌ های اوگر به داخل گمانه رانده شده و پس از اتصال به سر صفحه، حفاری از سر گرفته می ‌شود.

حفاري با مته حلزونی پیوسته توخالی

حفاري با مته حلزونی توخالی همانند حفاري با مته توپر است زیرا در هر دو مورد پیشروی در خاک توسط مارپیچ‌ های مته انجام شده و خاک توسط آن ها به بیرون رانده می‌ شود.

در روش حفاري ژئوتکنیک با مته حلزونی توخالی به سبب خالی بودن مارپیچ ها، با فرستادن نمونه گیر از داخل ساقه مته به داخل گمانه ، نمونه گیری انجام می گردد و نیازی به خارج نمودن اوگر از داخل گمانه نمی باشد.

سپس سرمته داخلی به میله‌ های حفار متصل شده که این میله‌ ها در داخل ساقه توخالی قرار گرفته ‌اند و سرمته دیگر به انتها اوگر اصلی متصل می‌ شود. هنگام حفاري سرمته‌ های داخلی و خارجی به همراه یکدیگر چرخیده و خاک کف گمانه را برش می دهند. خاک ‌های برش خرده، توسط مارپیچ‌ ها به بالای گمانه منتقل می‌ شوند.

مزیت اصلی اوگرهای توخالی نسبت به توپر این است که میله ‌های حفار مرکزی را می ‌توان در هر زمانی جهت انجام نمونه گیری دست خورده‌، دست نخورده یا مغزه گیری از داخل گمانه خارج نمود.

حفاری ژئوتکنیک به روش مغزه گیری

برای انجام حفاري و نمونه برداری به طور همزمان یک کور بارل یا مغزه گیر در انتها میله حفار با سرمته دورانی جایگزین می ‌شود. همزمان با چرخش مغزه گیر و حرکت آن به سمت پایین، سرمته یک مقطع حلقه ای از خاک یا سنگ را برش می‌ دهد. این مقطع که مغزه نام دارد، به داخل محفظه داخلی حرکت نموده و هنگامی که محفظه مغزه گیر پر شود، حفاري متوقف شده و محفظه مغزه گیر از داخل گمانه بیرون آورده می‌ شود. درنهایت با باز نمودن محفظه مغزه گیر ، یک نمونه پیوسته از خاک یا سنگ به دست می‌ آید.

مزایای حفاری ژئوتکنیک ماشینی

اولین مزیت حفاری ژئوتکنیک ماشینی این است که در این روش امکان حفر گمانه هایی با عمق بسیار زیاد وجود دارد. علاوه بر این، مزیت دیگری که حفاری ژئوتکنیک ماشینی را در بین مهندسین ژئوتکنیک بسیار محبوب نموده است، امنیت روش است چراکه در حفاری ژئوتکنیک ماشینی نیازی به ورود کارگر به داخل گمانه نمی باشد. بدین سبب احتمال آسیب دیدگی کارگران و اپراتوران دستگاه های حفاری، کمتر است. 

معایب حفاری ژئوتکنیک ماشینی

حفاری ژئوتکنیک ماشینی در کنار محاسن و مزیت هایی که دارد، معایبی نیز دارد. حفاری ژئوتکنیک ماشینی انعطاف پذیری زیادی نداشته و امکان استفاده از این روش تحت هر شرایطی وجود ندارد. چراکه دستگاه های حفاری بسیار سنگین بوده و حمل و نقل آن ها دشوار است. همچنین دستگاه های حفاري عموما دارای دکل های بلندی هستند که در ساختمان های جنوبی، قابلیت استفاده ندارد. از دیگر معایب حفاری ژئوتکنیک ماشینی ، هزینه بالای این نوع حفاری است.

مراحل انجام آزمایش خاک

قرارداد با آزمایشگاه خاک

می توان طی مراجعه به آزمایشگاه ژئوتکنیک با داشتن نقشه و مشخصات ملک، تعداد گمانه و عمق مورد نیاز را تعیین نموده و بر مبنای آن قیمت آزمایش خاک ساختمان تعیین خواهد شد.

اعلام شروع حفاری از طرف آزمایشگاه خاک

آزمایشگاه خاک موظف است 72 ساعت قبل از اقدام به حفاری گمانه نموده و مشخصات گمانه ها را به سازمان نظام مهندسی اعلام نماید، تا در صورت لزوم بازرسان سازمان از عملیات حفاري بازدید به عمل آوردند.

• عملیات حفاری
• استعلام برگ سبز تعهد مطالعات ژئوتکنیک (برگ سبز آزمایش خاک)
• تهیه گزارشات توسط آزمایشگاه خاک و ارسال آن به سازمان نظام مهندسی
• بررسی گزارش در سازمان نظام مهندسی حداکثر تا زمان 10 روز
• تایید نهایی گزارش خاک و ارسال به شهرداری

اهداف حفاری گمانه

بطور كلي دو نوع فعاليت در حين انجام عمل گمانه زني دنبال می شود كه عبارتند از :

• حفاری گمانه با پيشروی در زمين و نفوذ آن به منظور رسيدن به هدف مشخص از قبيل سفره آب هاي زير زمينی، لايه زمين شناسی معين، تاقدیس های نفتی يا گازی، منابع انرژی زا و …
• نمونه برداری از مصالح زمين در اعماق مورد نظر برای انجام آزمايشات مختلف و شناسايی خواص فيزيكی و مکانیکی لایه های خاک و سنگ،

بكارگيری روش ها و ابزار مورد استفاده جهت رسیدن به هر دو هدف مذکور در بخش های زير بیان شده است.

فاصله و عمق حفاری گمانه آزمایش خاک

فاصله حفاری گمانه ها از یکدیگر و همچنین عمق هر حفاری گمانه باید به نحوی انتخاب شود که پس از گمانه زنی و نمونه گیری ، اطمینان کافی از وجود اطلاعات مناسب و لازم در محدوده طرح، برای کارشناسان مطالعات ژئوتکینک به وجود آید و کارشناس مطالعات مذکور بتواند با دقت و اطمینان معقولی پارامترهای مورد نیاز طراح را برآورده نموده و در اختیار او‌ قرار دهد. به همین منظور مبحث 7 مقررات ملی ساختمان با توجه به ابعاد زمین و پی و اهمیت ساختمان، تعداد و عمق حفاری گمانه های آزمایش خاک را مشخص نموده است که به شرح زیر می باشد.

انواع روش‌ های حفاری و گمانه زنی

حفر چاه آزمایش خاک برای نمونه ‌برداری از محل احداث ساختمان صورت‌ می‌ گیرد. نمونه به دو صورت دستی و ماشینی تهیه می گردد. نمونه ‌برداری دستی مورد تائید سازمان نظام مهندسی نبوده و لازم است همه نمونه ‌برداری ‌ها به صورت ماشینی انجام شود (مگر اینکه اثبات شود امکان انجام حفاری ماشینی گمانه در ملک وجود نداشته است). پس از نمونه‌برداری نیز، نمونه‌ ها به آزمایشگاه خاک فرستاده‌ می ‌شوند.

هدف اصلی در تمام روش ‌های گمانه زنی به دست آوردن نمونه ‌های شاهد از لایه ‌های زیرسطحی در اعماق مختلف جهت انجام آزمایش خاک است. هر یک از این روش ‌های حفاری گمانه برای شرایط مختلفی از خاک و سنگ مناسب هستند و بنابراین در هر پروژه بیش از یک روش ممکن است مورد نیاز باشد.

حفاری برحسب ابزارهای مورد استفاده به دو دسته دستی و ماشینی تقسیم می شود.

حفاری دستی گمانه

حفاری دستی گمانه یکی از روش های حفاری زمین و نمونه گیری از خاک جهت انجام آزمایش خاک و اخذ تاییدیه مکانیک خاک است. در این روش حفار یا مقنی زمین را به صورت دایره یا مربع و تا اعماق موردنظر، حفاری می کند. در پایان عملیات حفاری دستی گمانه ، نمونه های اخذ شده از چاه به آزمایشگاه منتقل شده و براساس آن ها آزمایش دانه بندی ، آزمایش درصد رطوبت، آزمایش هیدرومتری ، آزمایش تحكيم ، آزمایش حدود اتربرگ و آزمایش برش مستقیم انجام می گیرد.

حفاری ماشینی

حفاری ماشینی گمانه نوعی از حفاری زمین است که طی آن زمین با قطر ۱۰ الی ۲۰ سانتی متر توسط دستگاه حفار ، چاه زنی شده و قابلیت آن را دارد که برای حفاري های عمیق مورد استفاده قرار گیرد.

اصطلاحا به سوراخ ایجاد شده به وسیله حفاری ، گمانه گفته می شود. عرف آن است که حفاری آن قدر ادامه یابد تا حداقل در یکی از گمانه ها، به سنگ بستر رسیده و در جهت اطمینان سه متر در داخل سنگ، حفاری صورت گیرد.

انواع دستگاه های حفاری

انواع مختلفی از ابزار و دستگاه های گمان زنی برای حفاری گمانه و گمانه زدن در سطح جهان مورد استفاده قرار می گيرد. لذا بر حسب مكانيسم عمل آن ها، دستگاه های حفاری به چهار گروه اصلی زير تقسيم می شوند:

• حفاری مته ای گمانه
• حفاری شستشویی گمانه
• حفاری ضربه ای گمانه
• حفاری دورانی گمانه

انتخاب هركدام از اين دستگاه های گمانه زنی به مجموعه ای از عوامل زير بستگی دارد.

• موقعيت جغرافيایي محل
• جنس مصالح زمين
• قطر و عمق گمانه
• در دسترس بودن دستگاه حفاری
• هدف از عمل گمانه زنی
• كيفيت نمونه برداری

عمل حفاری گمانه در اثر بالا و پایين رفتن ابزار حفاري در درون چاه و نفوذ آن ها به زمين در اثر ضربه، صورت می گيرد.

ابزار حفاری شامل مته حفاری (تيغه)، بدنه و ميله می باشد كه به وسيله كابل فلزی به قرقره و موتور دستگاه حفاری متصل می شود. ابزار گمانه زني ابتدا توسط حركت موتور تا ارتفاع 10۰-50 سانتی متر بالا آورده شده و سپس رها می شود و موجب نفوذ مته به زمين می گردد. از آن جایی كه اين ابزار همگي از جنس فولاد هستند، در نتيجه وزن زيادی دارند. لذا در حين سقوط انرژی زيادی را به وجود می آورند.

مته حفاري در حين نفوذ در زمين، مصالح قرار گرفته در مسير خود را برش داده و می شكند. اگر گمانه زني در زیر سطح ایستابی آب های زيرزمينی جريان داشته باشد، آب به درون گمانه تراوشی کرده و ضمن مخلوط شدن با مصالح خرد شده، گل و لای را به وجود می آورند كه در مرحله بعد (مرحله نمونه برداری) از درون چاه تخليه می شوند. در صورتی كه حفاری گمانه در بالای سطح زمين صورت پذیرد، لازم است مقداری آب به درون چاه وارد شود تا با مصالح خردشده سنگ يا خاك، مخلوط گشته و گل و لای به وجود آورد تا بتوان آن ها را در مرحله بعد تخليه نمود.

عمل نمونه برداری و تخليه مصالح پس از پايان يافتن عمل حفاری گمانه و بيرون كشيدن ابزار حفاری انجام می گيرد. ابزار نمونه برداری و تخليه شامل محفظه يا بشكه های مخصوص هستند كه بر حسب جنس و نوع مصالح حفاری شده، انواع مختلفی دارند. هر محفظه در قسمت زيرين خود دارای يك پاشنه برنده و يك دريچه ای است كه به يك طرف باز می شود. بدین ترتيب اجازه ورود مصالح خرد شده و گل و لای به وجود آمده را به درون محفظه می دهد اما مانع از خروج آن ها می شود. ابزار نمونه برداری و تخليه به ميله حفاری گمانه یا چاه متصل هستند و به وسيله كابل فلزی به دستگاه حفاري وصل می گردند. همچنین حركت ابزار نمونه برداری توسط موتور تنظيم می شود.

معمولا محفظه تخليه با ضربه به ته چاه ، وارد شده و با پاشنه برنده خود به درون مصالح و گل و لای فرو می رود. سپس ضمن بالا كشيده شدن مصالح، گل و لای را به سطح زمين می آورد .

روش های ديگری برای تخليه گل و لای ته گمانه استفاده می شود به عنوان مثال هنگامی كه مصالح ته گمانه گل و لای ماسه ای فاقد چسبندگی باشد، می توان از روش پمپاژ استفاده كرد و هنگامی كه مصالح بيشتر از جنس رسی باشد، می توان از مته های پره ای كه حركت چرخشی حلزونی دارند، برای حفاری استفاده نمود.

مقایسه حفاری گمانه با روش ‌های ژئوفیزیکی

حفاري گمانه در مقایسه با روش های ژئوفیزیکی از این امتیاز برخور‌دار است که در حفاری چاه ، به طور مستقیم زمین مورد بازدید قرار گرفته و از آن نمونه گیری به عمل می آید. بر همین اساس اطمینان بیشتری نسبت به نتایج روش های گمانه زنی وجود دارد. این در حالی است که در روش ‌های ژئوفیزیکی، نمونه گیری وجود نداشته و مشخصات مورد نظر در این روش‌ ها، عمدتا بر اساس برقراری ارتباط بین خواص خاک یا سنگ و خصوصیات امواج فیزیکی به دست می آید. در نتیجه اطلاعات حاصله از آن ها حالت اجمالی داشته و از دقت بالایی برخوردار نیست‌.

اطلاعات حاصل از گمانه زنی از نقاط پراکنده ‌ای به دست می ‌آید که با بهره گیری مناسب و اضافه کردن قضاوت مهندسی و تحلیل ‌های مبتنی بر تجربه به آن ها، تغییرات لایه‌ های زیر سطحی در بین این نقاط تخمین زده می ‌شود. در چنین شرایطی اگر پدیده خاصی در بین دو گمانه اتفاق افتاده باشد، ممکن است از دید مطالعات به دور بماند. به عنوان مثال اگر یک لایه کوچک متشکل از ماسه ‌های سست و نفوذپذیر به دلیل قرار گیری در بین گمانه مورد غفلت واقع شود، می ‌تواند طراح را در محاسبه نشت پی دچار خطای بزرگی نماید.

روش‌ های ژئوفیزیک نسبت به روش ‌های حفاری ضمن برخرداری از سهولت و سرعت بیشتر از هزینه کمتری نیز برخوردار اند. همچنین روش‌ های ژئوفیزیک به رغم کاستی ‌هایی که در بین دقت تشخیص خواص لایه ‌های پی دارند، معمولا نتایج را در محدوده مورد مطالعه به طور پیوسته ارائه می ‌دهند و می ‌توانند به عنوان مکمل حفاری چاه به کار گرفته شوند.

به عنوان مثال در مطالعات ژئوتکنیک پی یک ساختمان چهار طبقه که در یک ناحیه نوساز شهری احداث خواهد شد و قرائن کافی دال بر عدم وجود قنات یا سایر عوارض نامطلوب در زیر آن وجود داشته و دو حلقه چاه نیز در آن حفاري شده است، دلیلی بر انجام مطالعات ژئوفیزیک برای تکمیل مطالعات و نتایج گمانه زني ها وجود ندارد. از طرفی دیگر برای یک سد کوتاه که به منظور تغذیه مصنوعی در یک دره عریض یا آبرفت همگن و شناخته شده احداث می‌ شود، شاید بتوان فقط با کاوش‌ های ژئوفیزیک اطلاعات مورد نیاز طراحان را به دست آورده و در هزینه ‌های حفاری صرفه جویی نمود.

هزینه حفاری گمانه

هزینه حفر گمانه با توجه به تنوع تجهیزات و دستگاه های مورد استفاده در هریک از روش های حفاري دارای رنج وسیعی می باشد.

عوامل موثر بر قیمت حفاری گمانه

هزینه حفر گمانه به عوامل متعددی بستگی دارد. از عوامل موثر در هزینه حفاری گمانه می توان به متراژ گمانه ، نوع خاک، محل حفاری گمانه ، روش و ماشین حفاری گمانه و نوع گمانه اشاره کرد.