عملیات خاکی چیست؟
حال اگر بخواهیم تعریفی کلی از عملیات خاکی بیان نماییم، می‌توانیم بگوییم هر اقدامی که به منظور فراهم‌نمودن زمین‌ها، پاک نمودن سطح آن و سپس خاکبرداری و خاکریزی جهت انجام پروژه‌های ساختمانی صورت می‌پذیرد، عملیات خاکی نام دارد.
تاریخچه حجم عملیات خاکی:
عملیات خاکی در گذشته‌های دور و در زمان سلطنت روم باستان، بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. در آن زمان بیش از 80 هزار کیلومتر جاده ساخته شد که در این میان یکی از بزرگترین آنها، جاده آپیا نام داشت. پس از آن در قرن 7، احداث جاده‌ها و راه‌ها گسترش یافت.
البته باید متذکر گردید که قرن هجدهم و نوزدهم میلادی، عملیات خاکی با استانداردهای روز ارتقا یافته و مهندسان عمران توانستند نگرش‌های جدیدی را به کار گیرند.
ولی دوران اوج حجم عملیات خاکی را باید اوایل قرن بیستم دانست، زمانی که مکانیک خاک معرفی گردیده و سبب طرح‌ریزی متدهای نو، پیشرفت روند ساخت و… گردید.
کاربرد حجم عملیات خاکی:
حجم عملیات خاکریزی و خاکبرداری در پروژه‌های مختلفی قابل استفاده است. از کاربردهای حجم عملیات خاکی می‌توان به ساخت انواع خاکریز، گذرگاه، ترانشه و کانال اشاره نمود.
کاربرد دیگر این روش در احداث راه‌آهن، احداث بزرگراه‌ها و راه‌سازی‌ها، زیرسازی و همچنین ساخت شیب مسیرها می‌باشد.
صنایع مختلفی نیز از حجم عملیات خاکی استفاده می‌نمایند که از جمله آن در صنعت پل‌سازی در قسمت پی و تکیه‌گاه، در صنعت سدسازی (پی و بدنه)، صنعت ساختمان‌سازی مسکونی و تجاری و همچنین ساخت انواع تونل نام برد.
مراحل حجم عملیات خاکی
حجم عملیات خاکی به دو مرحله خاکبرداری و خاکریزی تقسیم‌بندی می‌شود؛ اما قبل از بررسی هر یک باید گفت که اول زمین موردنظر را بررسی نموده و پس از تایید محل اجرای پروژه، اقدام به تهیه نقشه توپوگرافی و پروفیل‌ها می‌نماییم.
عملیات خاکبرداری:
اولین مرحله برای اجرای حجم عملیات خاکی، خاکبرداری یا Excavation می‌باشد. در این مرحله با ایجاد حفره‌ای در زمین و با نظر به ابعاد پروژه موردنظر، از طریق انفجار و یا حفاری، چالزنی و همچنین انواع دستگاه‌های مکانیکی نظیر بیل، چکش و… این عمل انجام می‌پذیرد.
عملیات خاکریزی:
یکی دیگر از مراحل اجرای حجم عملیات خاکی، خاکریزی بوده که به جهت ایمن‌سازی پی یا خاکریز به منظور مراقبت از سازه است.
نحوه انجام خاکریزی (Backfilling) به این صورت است که پس از انباشتن محل مورد نظر و پاکسازی منطقه، به صورت لایه لایه خاک ریخته می‌شود.
مصالح مورد استفاده در خاکریزی بیشتر خاک درشت‌دانه، ریزدانه با پلاستیسیته متوسط، شیل و سنگ می‌باشد
.لازم به ذکر است که در صورت وسعت بالای پروژه، می‌توان با بهره‌جویی از ماشین‌آلات بزرگ، عمل خاکریزی و اجرای آن را تسریع بخشید
روش‌های محاسبه حجم عملیات خاکی
به طور معمول محاسبه حجم عملیات خاکی، شامل مراحل مختلفی بوده که در زیر به برخی از آنها اشاره می‌نماییم:
روش میانگین‌گیری:
این روش که یکی از ساده‌ترین روش‌های محاسبه حجم عملیات خاکی می‌باشد، در پروژه‌های بسیار کوچک از آن استفاده می‌شود.
برای اجرای این روش، توجه به این نکته ضروری بوده که بایستی به دلیل عدم به وجود آمدن خطای میانگین‌گیری، عملیات خاکبرداری یا خاکریزی حتما به صورت جدا از هم انجام پذیرد.
روش اجرای این میانگین‌گیری به این صورت است که پس از محاسبه‌ی مساحت پروفیل‌های عرضی در دو مقطع پیاپی و به دست آمدن معادل آن، با ضرب نمودن میانگین کسب شده، حجم عملیات خاکی مورد نظر را محاسبه می‌نماییم.
روش بلوک:
این روش که اکثرا در پروژه‌های ساخت‌وساز مورد استفاده قرار می‌گیرد، با دقتی بیشتر از روش میانگین‌گیری، در صورت انجام خاکبرداری و خاکریزی با هم، خطای محاسبات به وجود می‌آید که به مراتب کمتر از حالت قبل خواهد بود.
هر کدام از بلوک‌های خاکبرداری یا خاکریزی شده در این روش به صورت جدا و تک به تک مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
روش مقطع‌برداری:
این روش یکی از پراستفاده‌ترین و در عین حال با دقت‌ترین روش‌های برای محاسبه حجم عملیات خاکی به شمار می‌رود.
از مقطع‌برداری در اکثر پروژه‌های عظیم مانند راه‌سازی، سدسازی و… استفاده می‌گردد. البته باید توجه نمود که این روش از مشکل‌ترین روش‌های محاسبه حجم عملیات خاکی می‌باشد.
روش اجرای مقطع‌برداری به این صورت است که ناحیه موردنظر به منظور خاکبرداری و خاکریزی را از طریق روش ذوزنقه یا روش محاسبه سطح خالص بدست می‌آوریم. در مرحله بعدی پس از ضرب میانگین ناحیه در فاصله، حجم عملیات خاکی به دست می‌آید.
استفاده از نرم‌افزارهای مخصوص محاسبه حجم عملیات خاکی:
نرم‌افزارهای مخصوصی به منظور محاسبه حجم عملیات خاکی مورد استفاده قرار می‌گیرد که از جمله آن می‌توان به civil 3d در هنگام بهره‌وری از دوربین نقشه‌برداری و همچنینContext capture center یاAgisoft Photoscan در صورت استفاده از روش فتوگرامتری و با استفاده از پهپاد اشاره نمود.
محاسبه حجم عملیات خاکی با استفاده از پهپاد (فتوگرامتری):
یکی از روش‌های محاسبه حجم عملیات خاکی، استفاده از روش فتوگرامتری با پهباد می‌باشد که بیشتر در معادن از آن استفاده می‌گردد.
استفاده از این روش سرعت و دقت انجام کار را تا حد زیادی ارتقا بخشیده و کمک شایانی به یک نقشه‌برداری اصولی خواهد نمود.
روش انجام فتوگرامتری به این صورت است که ابتدا باید مکان مورد محاسبه رو بازدید نموده تا میزان وسعت زمین و همچنین تعداد پروازها را مورد ارزیابی قرار داد. این مرحله یکی از مراحل مهم محاسبه با استفاده از پهپاد می‌باشد.
مرحله بعدی پیدا نمودن نقاط کنترل در کل مسیر است.
لازم به ذکر است در صورت بالا بودن متراژ زمین تا چند صد هکتار، به ازای هر یک هکتار، یک نقطه کنترل زمین در نظر گرفته می‌شود؛ اما در صورت کم بودن متراژ زمین تا 5 هکتار، حتما بایستی به مقدار 5 تا 10 نقطه کنترل را در نظر بگیریم.
سپس مختصات نقاط انتخاب شده را با استفاده از توتال استیشن و یا جی‌پی‌اس پیدا می‌نماییم.
با استفاده از برنامه‌های مخصوص از جمله PIX 4D، تنظیمات پهپاد را انجام داده و شروع به تصویربرداری هوایی می‌کنیم.
پس از پایان مراحل تصویربرداری، حجم عملیات خاکی را با استفاده از نرم‌افزارهای ContextCapture Center مورد بررسی و پردازش قرار می‌دهیم.
خطاهای محاسبات حجم عملیات خاکی:
یکی از اتفاقات رایج در محاسبه حجم عملیات خاکی، به وجود آمدن خطا می‌باشد. این خطاها ممکن است ناشی از محاسبات ریاضی و یا استفاده از فرمول‌های غلط در محاسبه حجم عملیات خاکی باشد و یا اینکه از مخلوط اندازه‌های برش و پر کردن اتفاق بیفتد.
توجه به این نکته ضروری است که شما هرگز نمی‌توانید یک خطا را به طور کامل از بین برده و تنها می‌توان آن را تا حد زیادی تقلیل داد.
راه‌های کاهش خطای محاسبه حجم عملیات خاکی:
همانطور که اشاره گردید یکی از رویدادهای پیش‌آمده در محاسبه حجم عملیات خاکی بروز خطاهای دستگاهی و نیز شخصی می‌باشد. حال باید با انجام یک سری راه‌ها درصدد کاهش این خطاها برآییم.
یکی از این راه‌ها برداشت اطلاعات و به ثبت رساندن آن در گزارش‌هایی ساده است.
راه‌حل دیگر بهره‌جویی از یک مدل سه‌بعدی و بروز کردن آن برای کمک‌گرفتن از آن در پروژه‌های عظیم می‌باشد. همچنین ایجاد لیستی از معلومات کسب شده و سپس سامان دادن آنها است.