در پروژههای عمرانی، وقتی زمینی برای ساخت سازه، راه، تونل، کانال یا هر نوع زیرسازی آماده میشود، لازم است سطح زمین تغییر یابد: گاهی خاک برداشت میشود (خاکبرداری) و گاهی خاک یا مصالح دیگر اضافه میشود (خاکریزی). به مجموع این فعالیتها و بهعبارت دیگر به فضایی که خاک باید جابهجا شود تا زمین به وضعیت مطلوب برسد، «حجم عملیات خاکی» گفته میشود.
به عبارت سادهتر: اگر زمین شما ناهموار است و بخواهید آن را هموار یا با شیب خاصی تنظیم کنید، باید حجم مشخصی خاک برداشت یا اضافه کنید. آن حجم می بایست مشخص شود.
شماتیک مفهومی خط پروژه، خاکریزی (Fill) و خاکبرداری (Cut)
اهمیت محاسبه حجم عملیات خاکی
عملیات خاکی یکی از پایهایترین مراحل در پروژههای عمرانی است و اهمیت آن از چند جنبه قابل بررسی است:
برآورد هزینهها: حجم خاکی که باید جابهجا شود، مستقیماً بر هزینه ماشینآلات، نیروی انسانی، حملونقل، مصالح و زمان تأثیر میگذارد. محاسبه دقیق این حجم کمک میکند از هزینههای اضافی جلوگیری شود.
برنامهریزی زمان و تجهیزات: وقتی بدانیم حجم خاکبرداری یا خاکریزی چقدر است، میتوانیم تعداد ماشینآلات، دفعات حمل، نیروی انسانی مورد نیاز و زمان اجرای کار را بهتر تعیین کنیم.
مدیریت منابع و مصالح: با محاسبهٔ حجم، میتوان تأمین مصالح خاکریزی یا جابجایی خاکبرداری شده را از قبل برنامهریزی کرد و از هدررفتن منابع جلوگیری نمود.
ایمنی و کیفیت پروژه: عملیات خاکی اگر بهدرستی انجام نشود، ممکن است موجب نشست، ریزش، عدم پایداری شیبها یا مشکلات اجرایی شود. بنابراین کنترل حجم و کیفیت بسیار مهم است.
مستندسازی و صورتوضعیتها: در قراردادها معمولاً حجم خاکبرداری/خاکریزی یکی از آیتم هاست؛ محاسبه دقیق آن کمک میکند اختلافات بین پیمانکار، کارفرما یا مشاور کمتر شود.
بهطور کلی، شروع هر پروژه عمرانی موفق اغلب با اجرایِ عملیات خاکیِ خوب و محاسبهشده آغاز میشود.
مفاهیم و اصطلاحات مهم
در این بخش به چند اصطلاح کلیدی در زمینهٔ حجم عملیات خاکی اشاره میکنیم تا متن شما جامعتر و حرفهایتر به نظر برسد:
خاکبرداری (Excavation): برداشت خاک یا مصالح برای بهدست آوردن سطح موردنظر یا ایجاد فضا برای سازه.
خاکریزی (Backfill / Fill): اضافه کردن خاک یا مصالح به محل بهمنظور ایجاد سطح یا پر کردن گودالها یا فضای اجرا شده.
سطح موجود (Existing Surface / Original Ground): سطحی از زمین که قبل از عملیات خاکی وجود دارد و مبنای شروع کار است.
سطح نهایی (Finished Surface / Design Surface): سطحی که پس از عملیات خاکی باید حاصل شود، مطابق نقشههای اجرایی یا طرح.
اختلاف ارتفاع (Δh / Height Difference): تفاوت بین ارتفاع سطح موجود و سطح نهایی در نقاط مختلف؛ برای محاسبه حجم مورد استفاده قرار میگیرد.
مساحت (S / Area): مساحت سطحی که عملیات خاکی در آن انجام میشود. حجم برابر است با مساحت ضربدر اختلاف ارتفاع متوسط یا روشهای دیگر.
روشهای محاسبه (Methods of Volume Calculation): روشهایی که برای محاسبهٔ حجم خاکبرداری و خاکریزی بهکار میرود — مانند روش میانگین، روش بلوک، روش مقطعبرداری، نرمافزارها.
ضریب تراکم یا تورم خاک (Compaction / Swell Factor): زمانی که خاک از حالت طبیعی خارج میشود، ممکن است حجم آن تغییر کند (مثلاً افزایش یابد) و این نکته در محاسبات باید لحاظ شود.
برای انتخاب روشی که بتواند حجم عملیات خاکی رادر یک طرح عمرانی تعیین کند، سعی میکنند حجم توده خاک را با مقایسه با حجم یک جسم هندسی که نزدیک ترین شکل را به آن توده دارد محاسبه کنند. یکی از احجام هندسی که برای این منظور بیشتر استفاده میشود منشور است. منشور حجمی است که به دو سطح مستوی موازی محدود شده و سطوح جانبی آن نیز مستوی است.
برای یک منشور غیر مشخص میتوان حجم را بصورت زیر نوشت:
که در آن A(x) مساحت مقطع عرضی A است و L فاصله بین دو مقطع ابتدایی و انتهایی است.
در ادامه به مهم ترین روش های محاسبه حجم پرداخته میشود.
روشهای محاسبه حجم عملیات خاکی
در این بخش به سه روش مهم محاسبه حجم عملیات خاکی میپردازیم که در پروژههای مختلف کاربرد دارند.
روش «میانگینگیری سطح» (Average Area Method)
در این روش، ابتدا مساحت سطح در دو مقطع متوالی (یا دو سطح متفاوت) محاسبه میشود، سپس میانگین آنها گرفته میشود و در فاصله بین مقاطع ضرب میشود تا حجم بهدست آید.
این روش غالبا در پروژههای کوچکتر، مساحتهای منظم، زمینهای با تغییرات ارتفاع کم کاربرد دارد. زمانیکه فقط دو مقطع داشته باشیم از رابطه فوق استفاده میشود.
در صورتیکه بیش از دو مقطع داشته باشیم و تعداد مقاطع زوج باشد از رابطه فوق به صورت دو به دو بین مقاطع استفاده خواهیم کرد.
مثلا اگر چهار مقطع داشته باشیم ابتدا حجم بین مقطع اول و دوم، سپس حجم بین مقطع دوم و سوم و درنهایت حجم بین مقطع سوم و چهارم را مطابق رابطه فوق محاسبه کرده و با هم جمع میزنیم.
زمانیکه تعداد مقاطع بیشتر از دو و فرد باشد از رابطه سیمپسون یا یک ششم استفاده خواهیم کرد. به این صورت که سه مقطع را پی در پی در نظر گرفته و از رابطه زیر حجم را محاسبه نموده و با هم جمع میزنیم.
به عنوان مثال اگر پنج مقطع داشته باشیم یکبار حجم مقاطع اول تا سوم و یکبار حجم مقاطع سوم تا پنجم را محاسبه میکنیم.
روش «مقطعبرداری» (Cross-Section / Sectioning Method)
در این روش، مقاطع عرضی یا طولی متعدد در طول پروژه رسم میشوند، مساحت هر مقطع خاکبرداری یا خاکریزی محاسبه میشود و با فاصله بین مقاطع حجم محاسبه میگردد. این روش یکی از دقیقترین روشهاست که در پروژههای بزرگ و خطی مانند راهسازی، کانال، تونل، سد که زمین ناهموار است کاربرد فراوانی دارد.
روش «بلوک» (Block Method)
در این روش، منطقه عملیات را به بلوکهای مجزا تقسیم میکنند، هر بلوک جداگانه محاسبه میشود سپس مجموع بلوکها حجم کل را میدهد. دقت این روش از روش میانگین بالاتر است. زمانی که ترکیبی از خاکبرداری و خاکریزی وجود دارد یا شکل زمین پیچیده است، استفاده از این روش ارجحیت دارد. نکته: تقسیمبندی مناسب بلوکها و محاسبه دقیقتر سطح هر بلوک برای کاهش خطا مهم است.
روش شبکه بندی
در این روش یک شکل هندسی ( مربع، مستطیل یا مثلث) در نظر گرفته و گوشه های آن را ترازیابی میکنند. یک ارتفاع مبنا نیز توسط کارفرما تعیین میشود. با محاسبه اختلاف ارتفاع هر گوشه از نقطه مبنا (h0) حجم به صورت زیر (به عنوان مثال برای شکل مستطیل) حاصل میشود:
برای دریافت آموزش های بیشتر در زمینه محاسبه حجم و یا خدمات مشاوره فنی با ما در تماس باشید.
