روش اجرای سازه نگهبان خرپایی چگونه میباشد؟
مقدمه:
در حالت کلی پایدار سازی گود در عملیات خاکی به دو روش انجام میگیرید:
روش اول: پایدار سازی با المان هایی درون خاک
روش دوم: پایدار سازی با المان هایی خارج از خاک
تکنیک هایی که با استفاده از روش اول ایجاد پایداری میکنند عبارت اند از:
نیلینگ ( میخکوبی) ، انکراژ ، ریز شمع و…
تکنیک هایی که با استفاده از روش دوم ایجاد پایداری میکنند عبارت اند از:
خرپایی ، مهار متقابل ،سپر کوبی و…
همانطور که مشاهده میکنید تکنیک پایدار سازی گود با ایجاد خرپا در دسته دوم قرار دارد و در این مقاله به بررسی شیوه طراحی و اجرای آن میپردازیم
با ما همراه باشید تا در انتهای مقاله تمامی سوالاتتان پاسخ داده شود
سازه نگهبان خرپایی ( Truss Retaining Structure ):
روش پایدار سازی خرپایی مرسوم ترین و به عبارتی ساده ترین روش پایدار سازی گود میباشد که در مناطق شهری استفاده گسترده ای دارد ، این روش در گود های کم عمق بسیار مقرون به صرفه و کاربردی میباشد و در کنار سرعت اجرای بالایی که دارد ، اگر اصولی اجرا شود تمامی مزیت های لازمه جهت اقتصادی بودن یک روش را دارا خواهد بود .
اولین گام در اجرای خرپا ، حفر چاه جهت جا نمایی المان قائم خرپا میباشد که حتما باید توسط نیرو مجرب و با نظارت مهندسین و متخصصین ساخت و ساز انجام گیرد
میتوان گفت اصلی ترین معایب سازه نگهبان خرپایی دو مورد زیر میباشد:
عدم امکان اجرا در گود های عمیق ( بیش از 10 متر)
اشغال فضای کار در کارگاه های کوچک ساختمانی
شاید بپرسید چرا نمیتوان در گود های عمیق از این روش استفاده کرد ؟
از آنجا که پایدار سازی در این روش با تکیه بر باربری پروفیل های فولادی میباشد ، در گود های عمیق ضخامت و ابعاد پروفیل ها زیاد شده و از نظر اقتصادی به صرفه نمیباشد ، همچنین هرچقدر عمق خرپا افزایش یاید ، خرپا بیشتر به سمت داخل کارگاه ساختمانی پیشروی میکند و فضای بیشتری را تحت اشغال خود قرار میدهد ، لذا در صورتی که عمق گود شما بیش از 10 متر بود بهتر است از روش های دیگری همچون ، نیلینگ ، انکراژ ، دیوار دیافراگمی و… استفاده بنمایید .
در علم مهندسی ژئوتکنیک کنترل کرنش ها و تنش های وارده به دیواره گود پس از حفاری تحت بار های مختلف استاتیکی و لرزه ای بسیار حائز اهمیت میباشد و انتخاب یک سیستم درست و منطبق با نیاز های کارفرما و مناطق شهری همواره چالشی برای مهندسین طراح بوده است تا پایداری و جان و مال دست اندر کاران حفظ گردد .
روش خرپایی یک سیستم پایدار سازی مثلثی شکل است که در اکثر پروژه های مسکونی در سطح شهر دیده میشود و گود را در برابر تغییر شکل ها و ریزش ایمن میگرداند.
اجرای سازه نگهبانی باید مستمر و صحیح انجام گیرد تا گود در برابر نیرو جانبی خاک و هوازدگی و ریزش خاک ، محافظت گردد.
سیستم خرپایی درصورتی که درست اجرا نگردد هیچگونه اثر گذاری ای نخواهد داشت و صرفا ایجاد هزینه میباشد.
تفاوت خرپا از دید ژئوتکنیک و سازه:
در علم سازه ، خرپا المان هایی با نیروی محوری و اتصالات مفصلی میباشد و تمامی نیرو ها بر مفصل وارد و منتقل میگردد و المان های خرپا تنها انتقال دهنده نیرو محوری میباشند و در برابر لنگر های خمشی و پیچشی طراحی نمیگردند؛
اما در علم ژئوتکنیک ، مفهوم خرپا متفاوت میباشد:
تفاوت جدی و مهمی که در اینجا وجود دارد این است که در سازه نگهبان خرپایی نوع اتصالات مفصلی نبوده واکثرا گیردار میباشند ، و نیرو بر طول المان ها نیز وارد میگردد.
به عبارتی میتوان گفت عملکرد خرپا در سازه نگهبان به مانند قاب خمشی میباشد ،پس با این تفاوتِ دیدگاه به این نوع سازه در علم ژئوتکنیک ، خرپا گفته میشود .
در ادامه یک نمونه از خرپا و یک نمونه شکل شماتیک را مشاهده میفرمایید:
سازه نگهبان اجرا شده به روش خرپایی ، با پنل های پیش ساخته بتنی.
اجزای تشکیل دهنده یک سازه خرپایی عموما به شکل زیر است:
- المان های قائم ( پروفیل های IPE دوبل در مجاورت دیواره گود)
- شمع انتهای المان قائم
- المان های مایل اصلی ( معمولا پس از حفاری با شیب 2 به 1 این المان با زاویه 45 درجه قرار داده میشود)
- پی سطحی زیر المان مایل اصلی
- اعضای قطری مایل و افقی ( در میان المان قائم و مایل اصلی قرار داده میشوند .)
- المان های بادبند بر روی دیواره گود ( جهت جلوگیری از هوازدگی و ناپایداری موضعی خاک)
- المان های بادبند در میان خرپا ها ( جهت جلوگیری از کمانش و چرخش اعضای هر خرپا)
در شکل زیر تمامی این موارد را میتوانید مشاهده بفرمایید:
طراحی سازه نگهبان خرپایی
بر اساس شرایط آب و هوایی ، عمق گود ، مجاورت های گود و بار های وارده و همچنین جنس خاک و پارامتر ها آن ( چسبندگی خاک (C)، زاویه اصطکاک داخلی خاک(Ф) ، شاخص پلاستیسیته (PI) و…) سازه نگهبان انتخاب و طراحی میگردد.
در سازه های خرپایی ، المان های سازه ای ابتدا با نرم افزار SAP طراحی میگردند ، در این گام کنترل میشود که تحت بار های اعمال شده به المان های خرپا ، المان ها دچار گسیختگی و کمانش نشوند ، در این تحلیل سربار وارده همان بار خاک بوده و با توجه به میزان جا به جایی مجاز و ایمن پیشبینی شده برای خاک محل ، فشار وارده به صورت اکتیو ، پسیو ، و یا سکون در نظر گرفته میشود.
در گام دوم با استفاده از نرم افزار Plaxis به صورت عملکردی اثر رفتار خاک بر خرپا درنظر گرفته میشود ، این نرم افزار به صورت دو بعدی و سه بعدی سازه خرپا را برای شما نمایش و تحلیل میکند ، در این تحلیل میزان جا‌به‌جایی خاک پس از گودبرداری به گونه ای بررسی میگردد تا سازه مجاور گود دچار خرابی و ریزش نشود و همچنین المان های خرپا که تحت فشار وارده در SAP طراحی شده بودند ، اکنون بر اساس مقادیر جا‌به‌جایی دیوار گود کنترل میگردد و در نهایت در گام سوم مجددا در تحلیل نرم افزار SAP خروجی نهایی ایجاد میگردد و نقشه های اجرایی از سازه خرپا تهیه و ارائه میگردد.
در ادامه تصاویری از نرم افزار Plaxis برای شما عزیزان آورده شده است:
در طراحی سازه نگهبان ، تمامی المان های فولادی ، فونداسیون سطحی ، شناژ بین فونداسیون ها ، فونداسیون شمعی ،المان قائم و رفتار خاک طراحی و کنترل میگردد
مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی:
مرحله اول: حفر چاه اعضای قائم در مجاورت گود یا سازه همسایه
قدم اول در اجرا و پایدار سازی گود ساختمان با تکنیک خرپایی ، حفر چاه های قائم مطابق با نقشه های اجرایی ارائه شده برحسب طراحی انجام شده گود ، میباشد ، محل حفر چاه های مذکور باید دقیق و توسط دوربین های نقشه برداری مشخص گردد ، در صورت عدم توجه به این موضوع ممکن است در گام های بعدی اجرای ساختمان دچار مشکل شویم و جا نمایی ستون های سازه به مشکل بربخورد.
قطر چاه حفر شده معمولا 80 الی 100 سانتیمتر میباشد به گونه ای که یک کارگر به راحتی داخل آن قرار بگیرد و عمق چاه ها پایین تر از تراز کف فونداسیون میباشد ، این عمق اضافی که به اندازه طول شمع میباشد ، به منظور جا نمایی و بتن ریزی سبد آرماتور شمع است.
مرحله دوم: جا نمایی قفسه آرماتور و المان قائم در چاه و بتن ریزی آن
بر اساس طراحی انجام شده داخل نقشه های اجرایی شکل و ابعاد پروفیل درج شده تهیه میگردد
قفسه آرماتور که برای محدوده شمع میباشد ، به پروفیل وصل شده و با یکدیگر توسط جرثقیل داخل چاه قرار داده میشوند،
باید دقت کرد که تا حد ممکن المان قائم بر دیواره گود چسبیده باشد، با چسبیدن کامل اعضای قائم به دیواره گود ، جلوی تغییر شکل ها گرفته و به حداقل میرسد و سازه نگهبان خرپایی بهترین عملکرد خود را نشان میدهد ، سپس محدوده شمع بتن ریزی و ویبره میگردد ، ضوابط بتن ریزی از ارتفاع مطابق مبحث نهم مقررات ملی باید رعایت گردد : مواردی همچون استفاده از وسایل صحیح بتن ریزی مانند لوله و شوت برای ریختن بتن شمع ها لازم الاجرا است، باید دقت کرد که ارتفاع بتن ریزی در چاهک تا تراز کف فونداسیون اصلی ساختمان در حال احداث میباشد . در ادامه از روی شمع تا سطح زمین در حد فاصل پروفیل قائم و دیواره گود توسط خاک و یا مصالح مناسب پر میگردد.
به طور کلی میتوان گفت رفتار المان قائم در سازه نگهبان خرپایی مانند سیستم تیر طره ای میباشد، در نتیجه المان های قائم تحت اثر نیرو کششی ، لنگر خمشی ، و نیروی برشی قرار میگیرند .
درنهایت هرگونه فاصله اگر مابین المان قائم و سطح دیواره گود باشد ، عملکرد سازه نگهبان کاملا بی فایده خواهد شد.
فاصله خرپا ها در این روش بسته به نوع خاک و طراحی انجام شده میباشد و حداکثر نباید بیشتر از 4 متر فاصله وجود داشته باشد.
توصیه میشود قبل از بتن ریزی دیواره گود توسط پلاستیک پوشانده شود تا سطح خاک با بتن در تماس نباشد تا در بلند مدت عوامل محیطی بتن و میلگرد شمع را دچار مشکل نکند.
نیروی کششی وارد بر عضو قائم باعث میشود این المان تمایل به بیرون آمدن از خاک داشته باشد، نیروی مقاوم در برابر این موضوع ، اصطکاک شمع با دیواره گود و همچنین وزن آن میباشد ، درصورتی که نیرو مقاوم بیشتری نیاز باشد باید شمع در عمق پایین تری قرار گیرد و یا شمع به صورت پاشنه ای اجرا شود.
همچنین با ایجاد پاشنه در انتهای هر چاه ، نیرو مقاوم بیشتری مانع بیرون زدگی اعضای قائم خرپا خواهد شد و انتهای این المان به صورت گیردار عمل میکند.
همانطور که در شکل بالا مشاهده میکنید تعدادی نبشی و لچکی به انتهای پروفیل دوبل IPE جوش داده شده است تا درگیری بیشتری با بتن ایجاد شود و خود المان قائم از داخل بتن شمع خارج نشود.
توجه کنید که در صورتی که بین عضو قائم و دیواره گود فاصله وجود دارد ، آن فاصله را توسط آجر فشاری و گچ کاملا پر کنید تا عملکرد سازه نگهبان دچار مشکل نگردد.
مرحله سوم: عملیات خاکی و گودبرداری با شیب پایدار
پس از قرار گیری اعضای قائم ، حال نوبت قراردادن عضو مایل اصلی میباشد ، برای اینکار ابتدا خاکبرداری با شیب پایدار 2 به 1 تا تراز کف انجام میگردد و سپس اقدام به اجرای فونداسیون پای عضو مایل میگردد.
مرحله چهارم: اجرای فونداسیون سطحی برای عضو مایل اصلی خرپا
در این مرحله پس از گودبرداری، در تراز کف پی ، یک عدد پی تک برای عضو مایل باید درنظر گرفته شود ، برای اجرای پی منفرد با خواندن ابعاد مشخص شده در نقشه اجرایی که معمولا مربعی به ضلع 80 تا 300 سانتیمتر و با ضخامت معمولل 50 سانتیمتر میباشد ، عملیات قالب بندی و بتن ریزی انجام میگردد .
باید دقت گردد که تراز روی این فونداسیون که صفحه انتظار بر آن نصب میشود ، نباید از روی کف گود بالاتر برود لذا حتما از مهندس نقشه بردار کنترل تراز ارتفاعی را درخواست کنید . ( تراز فوقانی فونداسیون تک باید برابر باشد با تراز تحتانی فونداسیون اصلی سازه باشد. )
قالب بندی و آرماتور بندی فونداسیون منفرد المان مورب و جای نمایی صفحه ستون با بولت
عضو مایل خرپا تحت اثر نیرو محوری ، لنگر خمشی و نیرو برشی میباشد که عمده نیرو وارده به صورت نیرو فشاری محوری تحت اثر بار دیواره گود است، با اجرای فونداسیون منفرد ، این نیرو به فونداسیون منتقل میگردد و در فونداسیون به دو مولفه قائم و افقی تبدیل میگردد ، لذا فونداسیون باید در برابر انتقال نیرو قائم به خاک مقاومت لازم را داشته و همچنین در برابر لغزش و سر خوردن خود تحت مولفه افقی نیرو نیز مقاوم باشد، به عبارتی ساده تر: پی تک باید در عمق مناسبی مدفون شده باشد تا لیز نخورد.
مرحله پنجم: نصب المان مورب به المان قائم و پی منفرد
پس از جا نمایی صفحه انتظار ، بتن ریزی و گیرش بتن در مرحله اجرای پی منفرد و همچنین حصول اطمینان از مقاومت پی منفرد ، اکنون زمان نصب المان مایل اصلی خرپایی میباشد. این المان به صورت گیردار از بالا به عضو قائم و از پایین به پی سطحی جوش داده میشود ؛ قابل ذکر است که نوع و طول جوشکاری برای ایجاد اتصالی گیردار و همچنین متناسب ابعاد المان مایل و قائم خرپا ، در نقشه های اجرایی مشخص شده است .
قبل از جا نمایی عضو مایل ، باید محدوده آن خاکبرداری و رگلاژ گردد
پس از آنکه تمامی اعضای مایل خرپا ها ، نصب شدند ، توسط شناژ آن ها را به یکدیگر وصل میکنند ، این کار باعث میشود تا عملکرد سیستم خرپایی در جهت تثبیت خاک ، هماهنگ و یکپارچه باشد.
همانطور که مشاهده میشود در جزئیات ارائه شده در نقشه اجرایی ، جوشکاری توسط نبشی با عرض و ضخامت و ارتفاع مشخص در طول مشخص به صورت گیردار با بعد جوش مشخص ، انجام میگردد.
مرحله ششم: خاکبرداری مرحله ای جهت نصب المان های قطری و افقی داخل خرپا
در این گام ، خاکبرداری به صورت مرحله ای از بالا تا پایین خرپا انجام میگردد و پس از حذف هر بخش از خاک مابین عضو مایل و قائم به صورت دستی ، یک المان سازه ای جایگزین آن میگردد تا صلبیت خرپا حفظ گردد و سختی حذف شده از دیواره گود جایگزین شود.
مرحله ششم: اجرای المان های سازه ای جهت تثبیت دیواره گود
در این مرحله خاک هر دهانه ی میان خرپا ها تراشیده میشود و از آنجا که بین خرپا ها فاصله خواهد افتاد ، ناپایداری خاک میان خرپاها محتمل میباشد ، لذا همزمان با تراشیدن خاک اقدام به اجرای المان های سازه ای میکنند تا جداره گود پایدار بماند
روش های مختلفی از قبیل اجرای مش فولادی و شاتکریت ، اجرای بادبند بر روی دیواره گود ، استفاده از آجر ، استفاده از پانل های پیش ساخته بتنی و… استفاده میگردد
در صورتی که خاک ریزشی باشد ابتدا تخته گذاری یا شاتکریت انجام شده و با نظر طراح و طبق نقشه های اجرایی ،بادبند ها نیز بر روی دیواره گود اجرا میشوند.
معمولا اجرای بادبند ها به صورت یک دهانه در میان افاقه خواهد کرد .
بهتر است در سازه نگهبان خرپایی جوانب احتیاط حفظ گردد و در طراحی المان های خرپا ، ضریب اطمینان افزایش داده شود تا کمانش در المان ها رخ ندهد .
به منظور ایجاد صلبیت و انسجام سازه خرپا ، و عدم کمانش عضو مایل اصلی آن ، سیستم مهاربندی عمود بر صفحه خرپا و همچنین در صفحه اعضای قائم معمولا یک دهانه در میان اجرا میگردد
نکات مهم در سازه نگهبان خرپایی:
- اصلی ترین علت ریزش گود در سازه خرپایی عدم اتصال المان قائم به دیواره گود میباشد ، لذا حتما کنترل شود که فضای مابین عضو قائم و دیواره گود با آجر فشاری و مصالح بنایی پر شود.
- توصیه میشود خرپا ها در محل ستون های ساختمان مجاور احداث گردند
- در احداث خرپا ها کنترل شود فضا برای ایجاد ستون خود سازه وجود داشته باشد و احداث خرپا مشکلی برای ستون گذاری خود سازه ایجاد نکند
- رقوم ارتفاعی فونداسیون منفرد خرپا باید با تراز کف فونداسیون اصلی سازه یکسان باشد
- تراز ارتفاعی بالای عضو مایل باید با تراز سقف طبقه یکسان باشد تا هنگام احداث سقف مشکلی ایجاد نگردد
- اتصالات جوشی باید مطابق نقشه و در آکس اعضای قائم انجام گیرد تا پیچش و خمش در اعضا رخ ندهد
- از جوشکاری اعضای هرپا به صورت مستقیم به یکدیگر جلوگیری کرده و تنها جوشکاری باید توسط صفحات تعیین شده در نقشه انجام گیرد تا طول جوش لازم جهت مقاومت در برابر تنش های وارده فراهم گردد
- درصورت مشاهده ترک و هرگونه تغییر وضعیت در خاک ، گزارشات مهندس ناظر به شهرداری و پیگیری مهندسین مجری جهت جلوگیری از هرگونه حادثه بسیار حائز اهمیت میباشد
- روش خرپایی در خاک های ریزشی با چسبندگی بسیار کم قابل اجرا نمیباشد و باید از سایر روش ها استفاده گردد
- مقاومت بتن مصرفی در شمع باید حداقل 20 مگاپاسکال باشد (C20)
- عیار بتن در بتن ریزی شمع ها باید حداقل 400 کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن باشد تا در مجاورت خاک دچار مشکل نگردد
- کنترل عرض ترک ها باید توسط مهندس نقشه بردار انجام گیرد تا درصورت بروز و شناسایی ترک ها توسط مهندس ناظر ، تمهیدات لازم توسط مجری پروژه در نظر گرفته شود.
در ادامه تعدادی از نمونه های اجرایی اشتباه سازه نگهبان خرپایی را مشاهده خواهید کرد
ایرادات اجرایی سازه نگهبان خرپایی:
عدم رعایت شیب پایدار در خاکبرداری
تذکر: در صورت انجام این کار ، سازه نگهبان بعد از تغییر شکل اولیه دیواره گود نصب میگردد و عملکرد درستی از این روش پایداری صورت نخواهد گرفت
عدم رعایت طول جوش لازم نسبت به ابعداد پروفیل های مایل و قائم و استفاده از نبشی اتصال کوچک تر از اندازه تعیین شده در نقشه های اجرایی
تذکر: در این تصویر طول جوش مطابق با طول محاسباتی اعلام شده نبوده است ، هرچند المان های قوی در این سازه نگهبان استفاده شده ، اما حوادث همواره به علت نقاط ضعف سازه نگهبان رخ میدهد چراکه عامل تایید کننده پایداری گود و سازه نگهبان ، ضعیف ترین قسمت آن است .
اجرای خرپای قوی با اتصالات ضعیف باعث میشود سازه نگهبان از خود عملکرد صحیحی نشان ندهد.
روال کار سازمان نظام مهندسی استان در گودبرداری ها:
مهندس ناظر باید با بازدید متوالی و هماهنگی با مالک از شروع گودبرداری آگاه باشد ، زیرا از لحظه ای که مهندس ناظر برای پروژه انتخاب میگردد ، مسئولیت های او آغاز میگردد ، مهندس ناظر باید شروع عملیات خاکی را به اطلاع سازمان نظام مهندسی استان برساند
بدین شکل که با مراجعه به سایت سازمان ، از طریق کارتابل مهندس ، این کار انجام میشود
در کارتابل مهندس ناظر ، فرمی وجود دارد که در آن مشخصات پروژه ، مجاورت ها و دیگر شرایط پروژه باید تکمیل و ارائه گردد.
در مرحله بعد با هماهنگی مهندس ناظر ، بازرسین سازمان در محل پروژه حاضر شده و بازدید انجام میدهند تا تجربیات خود را با مهندس ناظر به اشتراک گذاشته و همچنین محل گود را در برابر خطرات احتمالی بررسی نمایند.
درصورت وجود تخلف در انجام عملیات خاکی ، مهندس ناظر باید فورا گزارش آن را در کارتابل خود ثبت نماید و آگاهی لازم را به شهرداری اعلام نمایند.