منظور از عملیات خاکی چیست؟|مراحل، کاربرد و هزینه آن

عملیات خاکی به مجموعه‌ای از فعالیت‌های مرتبط با جابجایی، حمل، تراکم، و آماده‌سازی خاک برای پروژه‌های ساخت و ساز و مهندسی عمران اطلاق می‌شود.  در طی این عملیات بخشی از سطح زمین از یک مکان به مکان دیگری انتقال داده می‌شود اما همراه با تبدیل خاک به شکل و شرایط دلخواه جدید. این عملیات شامل مراحل مختلفی است که به منظور آماده‌سازی زمین برای احداث ساختمان‌ها، جاده‌ها، پل‌ها، و دیگر زیرساخت‌های عمرانی انجام می‌شود. حفاری، پر کردن و متراکم کردن برخی از روش‌هایی هستند که در انواع عملیات خاکی به کار می‌روند. عملیات خاکی یکی از ابتدایی‌ترین و مهم‌ترین مراحل در پروژه‌های عمرانی است و نقش حیاتی در تعیین موفقیت کلی پروژه ایفا می‌کند.

کاربردهای عملیات خاکی

کاربرد عملیات خاکی چیست و به چه منظور از آن استفاده می‌شود؟ در ادامه با انواع کاربردهای آن آشنا خواهیم شد:

• آماده‌سازی زمین برای ساخت‌وساز:

عملیات خاکی برای آماده‌سازی زمین و ایجاد سطوح صاف و مستحکم برای ساخت ساختمان‌ها، جاده‌ها، راه‌آهن، و فرودگاه‌ها به کار می‌رود. این فرآیند شامل تسطیح زمین، حذف موانع، و تراکم خاک است تا اطمینان حاصل شود که زیرساخت‌ها در آینده بر روی پایه‌ای محکم و استوار بنا خواهند شد.

• بهبود خصوصیات خاک:

عملیات خاکی می‌تواند شامل اصلاح خاک برای بهبود خصوصیات مکانیکی آن باشد، مانند تثبیت خاک با استفاده از آهک یا سیمان برای افزایش مقاومت. در برخی موارد، خاک‌های طبیعی یک محل خاص ممکن است ویژگی‌های مکانیکی ضعیفی داشته باشند. بنابراین، خاک آن محل بهسازی می‌شود که بتواند بارهای سنگین سازه‌های بزرگ را تحمل کند.

• کنترل آب و زهکشی:

عملیات خاکی می‌تواند به مدیریت آب‌های سطحی و زیرسطحی کمک کند. با ایجاد خاکریزها، می‌توان از آب‌گرفتگی در مناطق ساخت‌وساز جلوگیری کرد و سیستم‌های زهکشی مؤثر برای دفع آب‌های اضافی ایجاد کرد. این کار از تخریب زیرساخت‌ها و ایجاد مشکلات محیطی جلوگیری می‌کند.

• تسطیح و ترازبندی زمین:

برای ایجاد شیب‌ مناسب و کنترل رواناب سطحی، عملیات خاکی و تسطیح زمین ضروری است. این کار به منظور جلوگیری از تخریب زمین و کاهش خطرات ناشی از فرسایش خاک است و همچنین برای ساخت و زیرساخت‌های دیگر نیز ضروری است.

• ایجاد زیرساخت‌های عمرانی:

عملیات خاکی نقش مهمی در ایجاد زیرساخت‌های عمرانی مانند پل‌ها، سدها، و دیگر سازه‌های عمرانی ایفا می‌کند. برای این منظور، زمین باید به طور کامل آماده و مستحکم شود تا سازه‌های بزرگ و سنگین بتوانند بر روی آن قرار گیرند بدون اینکه مشکلاتی از قبیل نشست زمین و یا تخریب زیرساخت‌ها ایجاد شود.

(1)(2)(3)

مراحل عملیات خاکی

اکنون بپردازیم به این موضوع که اجرای عملیات خاکی چگونه انجام می‌شود و شامل چه مراحلی است؟ در ادامه اصول عملیات خاکی و مراحل انجام آن را به ترتیب ذکر کرده‌ایم:

• تحقیق و بررسی اولیه (Site Investigation)
  • بررسی ژئوتکنیکی: قبل از شروع هر گونه عملیات خاکی، لازم است که مطالعات ژئوتکنیکی جامعی در محل پروژه انجام شود. این مطالعات شامل آزمایش‌های خاک و سنگ‌های موجود در محل برای شناخت خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آن‌ها می‌باشد.
  • بررسی محیطی: ارزیابی تأثیرات زیست‌محیطی عملیات خاکی و اقدامات لازم برای کاهش آن، بخشی حیاتی از فرآیند برنامه‌ریزی است. نتایج این بررسی‌ها می‌توانند بر طراحی و اجرای عملیات خاکی تأثیر زیادی بگذارند.
  • بررسی هیدرولوژیکی: در عملیات خاکی، بررسی وضعیت آب‌های سطحی و زیرزمینی نیز بسیار مهم است. این بررسی به برنامه‌ریزی مناسب در مورد زهکشی و جلوگیری از آب‌گرفتگی کمک می‌کند. بررسی‌های هیدرولوژیکی شامل ارزیابی میزان آب‌های زیرزمینی، جهت جریان آب، و پتانسیل آب‌گرفتگی در محل پروژه است.
• تخریب و پاکسازی (Clearing and Grubbing)
  • تخریب سازه‌های قدیمی: در صورتی که سازه‌های قدیمی، درختان، یا پوشش گیاهی در مسیر عملیات خاکی قرار داشته باشند، باید آن‌ها را از میان برداشته و تخریب کرد. این کار شامل حذف درختان، بوته‌ها، و ریشه‌های گیاهی است که می‌تواند در مراحل بعدی عملیات خاکی مشکلاتی ایجاد کند.
  • پاکسازی محل پروژه: سپس، محل پروژه باید از زباله‌ها پاکسازی شود. این مرحله شامل جمع‌آوری و حمل زباله‌ها به محل‌های مناسب دفع است. پاکسازی کامل و دقیق زمین برای جلوگیری از مشکلات آینده و حفظ ایمنی محل کار ضروری است.
• برش و خاکبرداری (Excavation and Cutting)
  • برداشت خاک سطحی:(Topsoil Removal) یکی از اولین مراحل عملیات خاکی، برداشتن لایه‌های سطحی خاک (Topsoil) است. این لایه حاوی مواد آلی و مواد مغذی است که برای رشد گیاهان مفید هستند، اما برای ساخت‌وساز مناسب نیستند. برداشتن این لایه به دسترسی به خاک‌های مستحکم‌تر و مناسب‌تر برای ساخت‌وساز کمک می‌کند.
  • خاکبرداری :(Bulk Excavation)این مرحله شامل برداشتن خاک‌های غیرمفید و ضعیف و انتقال آن‌ها به محل‌های دیگر است.
• خاکریزی و تسطیح (Filling and Grading)
  • خاکریزی :(Filling)در برخی موارد، ممکن است نیاز به پر کردن گودال‌ها و مناطق خالی با خاک‌های مناسب باشد. این کار برای ایجاد سطحی صاف و یکنواخت انجام می‌شود. خاکریزی همچنین می‌تواند برای ایجاد پایه‌های مناسب برای سازه‌های آینده به کار رود.
  • تسطیح :(Grading)پس از خاکریزی، باید زمین تسطیح شود تا سطحی یکنواخت و صاف برای ساخت‌وساز ایجاد شود. این کار به جلوگیری از مشکلات ساختاری و کاهش هزینه‌های تعمیرات در آینده کمک می‌کند.
• تراکم خاک (Compaction)
  • تراکم مکانیکی:تراکم خاک یکی از مراحل حیاتی در عملیات خاکی است. این کار با استفاده از ماشین‌آلات مختلف مانند غلتک‌ها و کوبنده‌ها انجام می‌شود تا خاک به صورت فشرده و متراکم درآید. این مرحله به افزایش مقاومت خاک کمک می‌کند.
  • آزمایش تراکم:پس از تراکم خاک، آزمایش‌هایی انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که خاک به تراکم مورد نیاز رسیده است. این آزمایش‌ها شامل آزمایش‌های دانه‌بندی، رطوبت و تراکم است که برای اطمینان از پایداری و استحکام سازه‌های آینده ضروری است.
• زهکشی (Drainage)
  • سیستم‌های زهکشی سطحی:برای جلوگیری از آب‌گرفتگی و کاهش خطرات ناشی از آب‌های سطحی، سیستم‌های زهکشی سطحی ایجاد می‌شوند. این سیستم‌ها شامل شیارها و کانال‌های زهکشی است که به هدایت آب‌های سطحی کمک می‌کنند.
  • سیستم‌های زهکشی زیرزمینی:در برخی پروژه‌ها، ممکن است نیاز به نصب سیستم‌های زهکشی زیرزمینی نیز باشد. این سیستم‌ها شامل لوله‌های زهکشی است که برای جلوگیری از تجمع آب زیر سطح به کار می‌روند.

(4)(5)

محاسبه حجم عملیات خاکی

محاسبه حجم عملیات خاکی یکی از مراحل مهم و پیچیده در برنامه‌ریزی و اجرای پروژه‌های عمرانی است. چنین محاسباتی به منظور تعیین مقدار خاکی که باید برداشته یا پر شود، انجام می‌شود.

• روش‌های سنتی:
  • روش سطح مقطع (Cross-Section Method)در این روش، حجم خاکی که باید جابجا شود با محاسبه مساحت سطح مقطع‌های زمین در مکان‌های مختلف تعیین می‌شود. این روش ساده و کارآمد است، اما نیاز به داده‌های دقیق از سطح مقطع‌ها دارد.
  • روش حجم‌های موازنه‌ای (Mass Haul Diagram)این روش برای برنامه‌ریزی حمل و نقل خاک‌ها و تعیین تعادل بین مناطق برش و پر کردن استفاده می‌شود. دیاگرام‌های حجم‌های موازنه‌ای به مهندسان کمک می‌کنند تا تصمیم بگیرند که خاک‌های برداشته شده باید به کجا منتقل شوند تا هزینه‌ها و زمان حمل و نقل به حداقل برسند.
• روش‌های مدرن:
  • نرم‌افزارهای مهندسی:نرم‌افزارهای پیشرفته مانند AutoCAD Civil 3D،Bentley MicroStation و Trimble Business Center به مهندسان اجازه می‌دهند تا با استفاده از مدل‌های سه‌بعدی دیجیتال، حجم عملیات خاکی را با دقت بالا محاسبه کنند. این نرم‌افزارها می‌توانند حجم‌های برش و پر کردن را به طور دقیق محاسبه کرده و نقشه‌های مورد نیاز برای عملیات خاکی را تولید کنند.
  • تکنولوژی‌های نقشه‌برداری پیشرفته:تکنولوژی‌هایی مانند LiDAR ، GPS ، و UAV (پهپادها) برای جمع‌آوری داده‌های دقیق از سطح زمین و ایجاد مدل‌های سه‌بعدی استفاده می‌شوند. این تکنولوژی‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا بسیار دقیق و در زمان کوتاهی بتوانند حجم‌ عملیات خاکی را محاسبه کنند.

(6)(7)

انواع ماشین آلات در عملیات خاکی

 ماشین‌آلات مختلفی در عملیات خاکی به کار می‌روند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. انتخاب ماشین‌آلات مناسب بسته به نوع خاک، حجم عملیات، و شرایط محیطی پروژه بسیار مهم است.

• بولدوزر (Bulldozer):بولدوزر یکی از پرکاربردترین ماشین‌آلات در عملیات خاکی است که برای برش، تسطیح، و جابجایی خاک به کار می‌رود. بولدوزرها به دلیل قدرت زیادی که دارند و قابلیت جابجایی سریع خاک، برای برش و تسطیح زمین در پروژه‌های بزرگی مانند جاده‌سازی و ساخت سد بسیار مفید هستند.
• بیل مکانیکی (Excavator)بیل مکانیکی برای حفاری و خاکبرداری در عمق‌های مختلف و بارگیری خاک‌ها در کامیون‌ها به کار می‌رود. این ماشین‌آلات با دارا بودن بازوی بلند و قابلیت چرخش ۳۶۰ درجه، برای کار در فضاهای محدود، برداشتن سنگ‌های بزرگ و خاک‌های سفت بسیار مناسب هستند.
• لودر (Loader):لودر برای بارگیری و حمل خاک و مصالح ساختمانی استفاده می‌شود. این وسیله دارای ظرفیت زیادی است و می‌تواند حجم زیادی از خاک یا مواد دیگر را حمل کند. لودرها برای پروژه‌هایی که نیاز به حمل و نقل سریع و کارآمد مواد دارند، ایده‌آل هستند.
• غلتک (Roller):غلتک‌ها برای تراکم خاک و مواد آسفالتی به کار می‌روند. انواع مختلفی از غلتک‌ها وجود دارد که هر یک برای نوع خاصی از خاک و شرایط محیطی طراحی شده‌اند.
• گریدر (Grader):گریدر برای تسطیح و شکل‌دهی به سطوح خاکی استفاده می‌شود. گریدر دارای تیغه‌ی قابل تنظیمی است که می‌تواند خاک را به طور دقیق برای ایجاد سطوح صاف یا شیب‌‌دار پخش کند. گریدرها برای ایجاد بستر مناسب برای جاده‌ها و سایر زیرساخت‌های عمرانی بسیار مهم هستند.
• کامیون کمپرسی (Dump Truck) کامیون‌های کمپرسی برای حمل خاک، سنگ، و مواد ساختمانی به کار می‌روند. این ماشین‌آلات دارای قسمت بارگیری بزرگی هستند که می‌تواند حجم زیادی از مواد را حمل کرده و در محل مورد نظر تخلیه کنند.

(8)(9)

هزینه عملیات خاکی

هزینه‌های عملیات خاکی ممکن است به عوامل مختلفی مانند نوع پروژه، مقیاس عملیات، شرایط زمین‌شناسی و محیطی، و تکنولوژی‌های استفاده شده بستگی داشته باشد. در اینجا به برخی از هزینه‌های رایج در عملیات خاکی اشاره می‌شود که با آگاهی از آن‌ها می‌توان محدوده قیمت عملیات خاکی را تخمین زد:

• هزینه‌ نیروی انسانی:این هزینه‌ها شامل دستمزد کارگران، تکنسین‌ها، مهندسان، و اپراتورهای ماشین‌آلات می‌شود. هزینه نیروی انسانی بسته به تخصص، تجربه، و منطقه جغرافیایی متفاوت است.
• هزینه‌ ماشین‌آلات:این هزینه‌ها شامل خرید، اجاره، نگهداری و تعمیرات ماشین‌آلات سنگین می‌شود. هزینه‌های ماشین‌آلات بسته به نوع، اندازه، و برند آن‌ها متفاوت است.
• هزینه‌ حمل‌ونقل:این هزینه‌ها شامل حمل خاک‌های برداشته شده به محل‌های دفع و خاک‌های مناسب به محل پروژه می‌شود. هزینه‌های حمل‌ونقل ممکن است بسته به فاصله بین محل‌های مختلف و نوع مواد حمل‌شده متفاوت باشند.
• هزینه‌ مواد مصرفی:این هزینه‌ها شامل موادی مانند سوخت و مصالح تثبیت‌کننده خاک هستند. هزینه‌های مواد مصرفی بسته به شرایط پروژه و تکنولوژی‌های استفاده شده در پروژه متفاوت است.
• هزینه‌ مطالعات و نظارت:این هزینه‌ها شامل هزینه‌های مربوط به انجام مطالعات ژئوتکنیکی، نقشه‌برداری، و نظارت مهندسی می‌شود. به دلیل اهمیت عملیات خاکی و جلوگیری از مشکلات احتمالی پروژه در آینده، نظارت بر نحوه انجام عملیات بسیار مهم است.
• هزینه‌های پیش‌بینی نشده:این هزینه‌ها شامل هزینه‌های اضافی است که ممکن است در طول پروژه به دلیل ایجاد شرایطی غیرمنتظره به وجود بیاید، مانند تغییرات آب و هوایی، مشکلات زمین‌شناسی و نیاز به تجهیزات یا مواد اضافی.

(10)(11)