طراحی سازه نگهبان و گودبرداری

دیوار حائل (Retaining Wall)

دیوار حائل چیست؟

دیوار حائل سازه ای است که برای پایدارسازی خاک با شیبی تندتر از حالت طبیعی استفاده میشود و فشار ناشی از اختلاف تراز به وجود آمده توسط خاکبرداری یا خاکریزی را تحمل میکند ؛

دیوار حائل عمدتا در شبکه های حمل نقل ریلی ، جاده ای و پایدار سازی سواحل رودخانه و… استفاده میگردد .

انواع دیوار حائل پرکاربرد :

  • دیوار های حائل صلب: این نوع از دیوار ها با نشست های حاصل در محیط هماهنگ نیستند :
  • دیوار حائل وزنی ( بنایی ، بتنی ، پیش‌ساخته)
  • دیوار حائل پشت بند دار
  • دیوار حائل طره ای
  • دیوار حائل عمیق ( سپر های بتنی )
  • دیوار های حائل انعطاف پذیر: این نوع از دیوار ها با نشست های حاصل در محیط هماهنگ هستند :
  • سپر های فولادی
  • دیوار های خاک مصلح ( تسمه فولادی ، شبکه پلیمری )
  • دیوار های توری سنگی
  • دیوار های قفسه ای ( گابیونی یا پله دار )
 

دیوار های حائل به گونه ای طراحی میگردند که بتوانند فشار خاک پشت دیوار را تحمل کرده و در سه وضعیت سکون ، محرک و مقاوم در برابر فشار های جانبی خاک متعادل باقی بمانند .

دیوار های حائل باید در برابر ناپایداری های خارجی از قبیل :  واژگونی ، لغزش ، ظرفیت باربری پی و لغزش عمقی کنترل گردند و با ضریب اطمینان صحیحی طراحی شوند .

انواع مود های گسیختگی خارجی

 

دیوار های حائل باید در برابر ناپایداری های داخلی که منجر به گسیختگی و شکست سازه ای دیوار میشود کنترل شده و طرحی گردند ، لازم به ذکر است که بحرانی ترین نقطه دیوار ، محل تماس ساقه به پی می‌باشد.

گسیختگی داخلی دیوار حائل

زهکشی دیوار حائل

زهکشی پشت دیوار حائل به دو صورت انجام میگیرد:

  • استفاده از لوله های زهکش جهت جمع آوری آب و هدایت به بیرون از دیوار
  • استفاده از مصالح با دانه بندی کاملا زهکش

سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structure)

در حالت کلی پایدار سازی گود در عملیات خاکی به دو روش انجام میگیرید:

روش اول: پایدار سازی از 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 ، دیوار 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.

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 ای 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:

 

 

ساخت به روش بالا - پایین (Top - Down Construction)

روش تاپ داون علاوه بر پایدار سازی گود ، تکنیکی است برای ساخت سازه ؛ در تمامی روش های ساخت و پایدار سازی گود ، ابتدا گودبرداری انجام شده و ساخت سازه از تراز فونداسیون شروع میگردد ، در روش تاپ داون بر خلاف دیگر روش ها ، ساخت سازه از تراز همکف ( صفر ) شروع شده و طبقات زیرین ( منفی 1 ، منفی 2 و… ) به ترتیب ساخته میشوند و در انتها فونداسیون اجرا میگردد .

روش تاپ داون ، این قابلیت را ایجاد میکند که همزمان با اجرای طبقات منفی ، طبقات روی همکف ( طبقه 1 ، طبقه 2 و… ) نیز ساخته شوند ، لذا سرعت اجرای پروژه پیشرفت چشم گیری خواهد داشت .

در این روش از اجرای خود سازه برای پایدار سازی گود استفاده میشود بدین شکل که هر طبقه منفی که ساخته میشود ، دیواره گود رادر تراز خود مهار کرده و سپس طبقه پایینی اجرا میگردد .

از این روش در اجرای ساختمان هایی استفاده میگردد که شرایط خاصی همچون: محدودیت فضا ، مجاورت با بافت فرسوده و تاریخی ، تداخل با ترافیک خیابان های اصلی ، بحث حقوقی در اجرای نیلینگ ، بحث عمق زیاد در اجرای خرپا ، عرض زیاد در اجرای مهار متقابل و… وجود داشته باشد .

همچنین در پروژه هایی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد و اجرای فونداسیون با مشکلات زهکشی همراه باشد و یا خاک منطقه ریزشی باشد، میتوان روش تاپ داون را با دیوار دیافراگمی و شمع های عمیق اجرا کرده و مشکلات ذکر شده را حل نمود .

در کل در پروژه هایی که  با محدودیت زمانی مواجه باشیم و سرعت اجرای پروژه یک کمیت مهم باشد ، میتوان از روش تاپ داون استفاده کرد .

قابل ذکر است که روش تاپ داون یک روش تخصصی است و طراحی و اجرای آن نیازمند تسلط کامل بر فرآیند آن است ، استفاده از نیروی کارنابلد میتواند مشکلات فراوانی را برای مجری پروژه ایجاد کند .

ساخت به روش بالا – پایین شامل مراحل زیر میگردد :

  • حفر چاه ها
  • نصب و بتن ریزی شمع ها و ستون ها
  • اجرای دال سقف تراز صفر
  • آرماتور بندی برای دیوار حائل طبقه منفی 1 به همراه تیر تحتانی دیوار ها
  • عملیات قالب بندی و بتن ریزی دیوار حائل طبقه منفی 1
  • عملیات خاکبرداری برای طبقه منفی 2 تا تراز زیر تیر دیوار حائل طبقه منفی 2
  • بتن ریزی و اجرای همزمان دال طبقه منفی 1 به همراه تیر های آن تراز
  • ادامه مراحل تا آخرین طبقه و در نهایت اجرای فونداسیون

روش تاپ داون بسته به شرایط پروژه میتواند دارای اسکلت فولادی ، بتنی درجا ، بتنی پیش ساخته ، مقاطع مرکب (به عنوان مثال: مقاطع فولادی پر شده با بتن ) باشد و دایره کاربرد آن از ساختمان های مسکونی تا برج های بلند مرتبه و گود های عمیق میباشد .

در ادامه به صورت شماتیک این مراحل اجرایی برای شما عزیزان آورده شده است :

حفر چاه ها و جا نمایی شمع و ستون
حفر چاه ها و جا نمایی شمع و ستون
خاکبرداری مرحله ای
خاکبرداری مرحله ای
اجرای دیوار ، تیر و دال ها
اجرای دیوار ، تیر و دال ها
اجرای فونداسیون و ساخت طبقات بالای همکف
اجرای فونداسیون و ساخت طبقات بالای همکف

 

دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی (Diaphragm walls - Slurry walls)

دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی ( Diaphragm walls - Slurry walls )
دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی ( Diaphragm walls – Slurry walls )

دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی از جمله روش های پایدار سازی گود است که به صورت درجا ، پیش ساخته و پیش‌تنیده پس‌کشیده قابل استفاده است ، این دیوار برخلاف روش های نیلینگ ، انکراژ و خرپایی و.. که روش های پایدار سازی موقت هستند و نیاز به دیوار حائل دارند ، یک روش دائمی پایدار سازی دیواره گود محسوب میگردد
گاها دیوار دیافراگمی در ترکیب با روش های دیگر مانند ساخت به روش بالا-پایین ( Top-Down Construction ) نیز استفاده است.

اجرای دیوار دیافراگمی و در ادامه ساخت به روش بالا - پایین
اجرای دیوار دیافراگمی و در ادامه ساخت به روش بالا – پایین

همانطور که از اسم این روش پیدا است ، از دیوار حائل بتن آرمه جهت مقابله با نیرو جداره خاکی گود استفاده میگردد، در این روش ابتدا حفاری با استفاده از دستگاه هیدروفرز ( Hydraulic Cutter ) یا گراب ( Kelly Grab , Cable Grab , Hydraulic Grab ) به صورت یکی در میان انجام میگیردد ، سپس دیواره گود به وسیله دوغاب بنتونیت ( متشکل از آب و گل بنتونیت ) پوشیده شده تا دیواره دچار ریزش موضعی نگردد؛

دستگاه هیدروفرز
دستگاه هیدروفرز
ماشین آلات ویژه اجرای دیوار دیافراگمی که در تناسب با جنس خاک انتخاب میگردند
ماشین آلات ویژه اجرای دیوار دیافراگمی که در تناسب با جنس خاک انتخاب میگردند

بسته به طول پانل ها و شرایط منطقه ، هر پانل میتواند به چند بخش تقسیم گردد که به هر یک از این بخش ها یک بارت گفته میشود ، دیوار نهایی بسته به عمق خود ممکن است شامل چند پانل (Panel) شود که هر پانل شامل چند بارت (Bite) است.

حفر یکی در میان پانل ها
حفر یکی در میان پانل ها

در ادامه قفسه آرماتور در محل حفاری قرار داده شده و به وسیله لوله ترمی بتن ریزی دیوار انجام میگردد؛ این مراحل با توجه به عمق مدنظر گود + عمق مورد نیاز جهت گیرداری دیوار مطابق با نقشه های اجرایی ادامه پیدا میکند ، طول گیرداری دیوار حدودا بین 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است.
برای اجرای صحیح ، شاقول و مستقیم دیوار دیافراگمی و عدم انحراف آن ، دو دیوار هادی به عرض حدودا 0.5 الی 1 متر و عمق 1 تا 2 متر ، در طرفین محل حفر دیوار ، اجرا میگردد تا به عنوان هادی دیوار اصلی باشند .

جا نمایی قفسه آرماتور ها ، مشاهده وجود دیوار های هادی
جا نمایی قفسه آرماتور ها ، مشاهده وجود دیوار های هادی

با توجه به آنکه پانل ها به صورت یکی در میان حفاری و بتن ریزی میگردند ، برای اتصال مناسب دیوار های مجاور هم ، دو لوله در طرفین بارت ها به صورت قائم قرار داده میشود تا در سمت راست و چپ دیوار ها پس از بتن ریزی و خارج کردن لوله ها ،حالتی مقعر ایجاد شود ، با ایجاد این حالت ، دیوار مجاور که اجرا شد ، به صورتی محدب با دیوار قبلی دارای همپوشانی شده و کل سیستم عملکردی یکپارچه خواهد داشت.

نحوه اتصال دو پانل مجاور به یکدیگر
نحوه اتصال دو پانل مجاور به یکدیگر

در نهایت پس از اجرای تمامی بارت ها ، بر روی قسمت فوقانی آنها تیر یکسره افقی اجرا میگردد تا همه بارت ها به یکدیگر دوخته شوند.
پس از اتمام اجرای دیوار دیافراگمی ، گودبرداری داخل دیوار انجام شده و سازه اصلی احداث میگردد.

سپر کوبی (Sheet Piling)

سپر کوبی ( Sheet Piling )
سپر کوبی ( Sheet Piling )

یکی از روش های پایدار سازی گود و جلوگیری از ریزش خاک ، اجرای سازه نگهبان به روش سپر کوبی یا شیت پایلینگ است ؛
علت این نام گذاری ظاهر و رفتار المان های مهاری است که مانند یک سپر ، در برابر نیروی وارده از دیواره خاک مقاومت میکنند .
در پایدار سازی به روش سپرکوبی ، سپر های فولادی را با دستگاه مخصوصی به نام چکش پنوماتیک ، با ایجاد لرزش در عمق مورد نظر مطابق نقشه های اجرایی قرار میدهیم و در ادامه صفحات کوبیده شده را به یکدیگر وصل و یکپارچه میکنیم.
قابل ذکر است که اگر سپر ها به صورت صفحات مسطح به کار بروند تحت کوبش چکش پنوماتیک ، دچار اعوجاج و کمانش میشوند ، لذا جهت افزایش ممان اینرسی و شعاع ژیراسیون سپر ها ، آنها را موجدار کرده و معمولا به شکل مقاطع U یا Z می‌آورند.

همانطور که در شکل بالا مشاهده میگردد ، سپر ها توسط دو بخش انتهایی آنها به صورت نر و مادگی به یکدیگر قفل میشوند.
همانطور که در شکل بالا مشاهده میگردد ، سپر ها توسط دو بخش انتهایی آنها به صورت نر و مادگی به یکدیگر قفل میشوند.

باید توجه نمود که اگر اتصال المان های سپر کوبی به خوبی انجام گردد ، سیستم میتواند آب بند شود ؛

 در خاک های رسی به علت نفوذپذیری کم ، آب از چفت و بست سپر ها عبور نکرده و داخل گود نفوذ نخواهد کرد ؛ اما در خاک های ماسه ای که نفوذ پذیری آنها بالا است ، وجود هر گونه شکافی منجر به نشت آب به داخل گود میگردد .

با ایجاد جریان آب پشت سپر ها ، لایه خاکی که در اتصال با سپر است شسته شده و در نهایت منجر به نشست و تغییر شکل در سازه نگهبان میگردد .

پس از نصب سپر ها ، مرحله گودبرداری آغاز میگردد ، عمقی که سپر ها کوبیده میشوند برابر است با مجموع عمق گودبرداری به علاوه عمق لازم جهت گیرداری و پایدار ماندن سپر ها در خاک ، لذا در انجام عملیات خاکی باید به رقوم گودبرداری دقت نمود تا پایداری سپر ها دچار مشکل نگردد .

پس از انجام گودبرداری به علت کم بودن ممان اینرسی صفحات ، در کمرکش آنها پشت بند افقی نصب میگردد و سپس در صورت نیاز ، قید های فشاری افقی در راستای عمود بر صفحه سپر ها ، جهت حفظ پایداری سپر ها نصب میگردد  ( ترکیب سازه نگهبان استرات با سپرکوبی ).

قابل ذکر است که سازه نگهبان سپرکوبی میتواند با روش های پایدار سازی نیلینگ ، مهارمتقابل و خرپایی تلفیق گردد.

تلفیق سازه نگهبان سپرکوبی و نیلینگ
تلفیق سازه نگهبان سپرکوبی و نیلینگ
تلفیق سازه نگهبان سپرکوبی با مهارمتقابل
تلفیق سازه نگهبان سپرکوبی با مهارمتقابل
ترکیب سازه نگهبان سپرکوبی با المان های مایل روش خرپایی
ترکیب سازه نگهبان سپرکوبی با المان های مایل روش خرپایی

مزایا روش سپر کوبی :

  • برای مناطق شهری که خاکی هوازده و بسیار نرم دارند مناسب است .
  • برای مناطقی که در مجاورت رودخانه و دریا هستند مناسب است .
  • با دیگر سازه های نگهبان به خوبی تلفیق میگردد .
  • برای اجرا در زمین های سست و زمین هایی که سطح آب بالا است مناسب است .
  • سپر ها بیرون کشیده شده و قابلیت استفاده مجدد را دارند .
  • در صورت اجرای صحیح ، قابلیت آب بندی مناسبی دارد .
  • سرعت اجرا و ایمنی آن بالا میباشد .
  • برای گودبرداری در گود های عریض مناست است .

معایب روش سپر کوبی :

  • این روش نیازمند ماشین آلات ویژه میباشد .
  • این روش نیازمند نیروی کار حرفه ای تری میباشد .
  • دستگاه سپر کوب نیاز به فضای کافی برای کوبش سپر ها دارد و وجود ساختمان در مجاورت گود ، مشکل ساز است .
  • در صورتی که خاک سفت و دارای قلوه سنگ باشد ، روش سپر کوبی سخت تر خواهد شد .
  • درصورتی که در گودبرداری مسئله نشت آب مطرح باشد ، این روش کاملا آب بند نبوده و نیاز به انجام عملیات آب بندی است .

سازه نگهبان مهار متقابل (Braced Excavations, Struts)

مهار متقابل یا استرات از جمله روش های پایدار سازی گود محسوب میگردد که در گودبرداری های شهری بسیار رایج و پرکاربرد میباشد ، به دلیل اجرای آسان و هزینه منطقی آن در ساخت و ساز های مسکونی با عرض کم ، استفاده از این روش بسیار توصیه گردیده است.

روش مهار متقابل دو برتری چشم گیر دارد:1- عدم نیاز به کسب اجازه از همسایه در اجرای آن 2- عدم اشغال فضای داخلی کارگاه های کم عرض نسبت به روش پایدار سازی با تکنیک خرپایی

همچنین موارد دیگری همچون عدم نیاز به نیرو انسانی حرفه ای ، عدم نیاز به ماشین آلات و مصالح ویژه ، توانایی استفاده مجدد از پروفیل های افقی و… از جمله دیگر مزایای این روش میباشد.

همانطور که میدانید در کارگاه های کم عرض عملا تکنیک اجرای سازه نگهبان خرپایی بدون کاربرد میباشد ؛ دشواری یا عدم توانایی اجرای فونداسیون سازه و عدم امکان عبور ماشین آلات ساختمانی و مانور بیل مکانیکی، از جمله مشکلاتی است که در کارگاه های کم عرض شاهد آن هستیم و مهار متقابل به خوبی توانسته است مشکلات فوق را حل نماید.

همچنین روش مهار متقابل در مقایسه با روش خرپایی سرعت اجرایی بالاتری داشته و با حذف عضو مایل خرپا، گام بندی آن کمتر و ساده تر میباشد و اکثر مراحل به صورت ماشینی قابل اجرا است

اجزای تشکیل دهنده در روش پایدار سازی با تکنیک مهارمتقابل:

در این روش ، در گام اول مشابه با تکنیک اجرای سازه نگهبان خرپایی ، در طرفین گود ، چاه حفر میشود و توسط المان های فشاری ، پایدار سازی صورت میگیرد.

  • دیوار: دیوار ها اولین جزء در اجرای سازه نگهبان مهار متقابل بوده که در برابر فشار های ناشی از جداره گود مقاومت کرده و نیرو از عضو افقی ( عضو فشاری ) به دیوار منتقل میگردد، دیوار ها به شکل های مختلفی بسته به شرایط پروژه و انتخاب کارفرما اجرا میگردند:
  • دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی (Diaphragm Walss)
  • سپر کوبی یا شیت پایل ( Sheet Pile )
  • شمع کوبی بتنی
  • شمع کوبی فولادی
  • اعضای فشاری ( Struts یا Brace ) : اعضای فشاری نقش ایجاد تعادل نیرو در دو دیواره گود و انتقال فشار خاک از یک دیوار به دیوار مقابل دارند ، از مقاطع مختلفی میتوان به عنوان اعضای فشاری استفاده کرد که در ذیل آورده شده است:
  • مقاطع دوبل IPE
  • مقاطع دوبل IPB
  • تیر های خرپایی
  • مقاطع قوطی شکل
  • مقاطع لوله ای
  • مقاطع بتنی
  • اعضای واسط ( Wale ): اعضای واسط وظیفه برقراری اتصال و انتقال نیرو از دیوار به اعضای فشاری و در طرف مقابل دریافت آن از اعضای فشاری و انتقال به دیوار متقابل را دارند، به عبارتی این اعضا ، نیروی فشار خاک اعمال شده از جداره گود را دریافت و به اعضای فشاری یا استرات ها منتقل مینمایند. بر این اساس میتوان دریافت که نیروی داخل المان های افقی ، فشاری بوده که در ناحیه اتصال ایجاد نیرو برشی و خمشی مینمایند و در ناحیه دیوار نیز بر اساس هر 3 نیرو به صورت ترکیبی طراحی سازه ای انجام میگردد.

مزایای استفاده از روش مهار متقابل:

  • عدم نیاز به کسب اجازه از همسایگان
  • سرعت اجرای بالا
  • با انتخاب درست این روش ، کم هزینه ترین روش است
  • امکان بازمصرف المان های افقی
  • کاربردی در گود های با کم عرض ( محدودیت فضا)
  • انطباق با اجرای زهکش
  • عدم وابستگی به جنس خاک
  • عدم اشغال فضا از زمین های مجاور
  • قابل ترکیب با روش های دیگر پایدار سازی( نیلینگ ، خرپا ، انکراژ ، سپرکوبی و…)
  • عدم نیاز به ماشین آلات ویژه

معایت استفاده از روش مهار متقابل:

  • در گود های عرض صرفه اقتصادی و زمانی نخواهد داشت
  • عدم امکان افزایش عمق گود پس از مرحله نصب المان قائم
  • محدودیت اجرا در پروژه های نامنتظم
  • سرگیر شدن المان های افقی با ماشین آلات میتواند موجب فروریزش گود بر اثر ضربه وارده شود
  • نسبت به روش نیلینگ ( میخکوبی) فضای بیشتری اشغال میکند

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 ای میباشد.

اجزای تشکیل دهنده یک سازه خرپایی عموما به شکل زیر است:

  • المان های قائم ( پروفیل های IPE 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)

انکراژ

روش انکراژ یا مهار گذاری خاک ، روشی مشابه نیلینگ یا میخ کوبی می‌باشد، با این تفاوت که در این روش استرند ها پیش‌تنیده شده و عملکرد این سیستم به صورت بالقوه ( Active ) می‌باشد؛ پس از اجرای سازه نگهبان به روش انکراژ ، توان خاک بالاتر میرود و اعمال نیرو پیش‌تنیدگی منجر به حصول اطمینان بیشتری نسبت به پایداری دیواره خاکی گود و همچنین کنترل جابه‌جایی های خاک میگردد .

از روش انکراژ میتوان در جهت پایدارسازی گود های شهری ، ترانشه ها خاکی ، تعریض راه ها ، مقاوم سازی سازه نگهبان های قدیمی ، افزایش ظرفیت باربری خاک ، جلوگیری از فشار بالابرنده آب  و… استفاده نمود .

در روش انکراژ ، پس از انجام مرحله ای گودبرداری ، گمانه ها حفر شده و تاندون ها جایگذاری میگردند ، سپس بخش انتهایی تاندون با تزریق دوغاب گیردار شده و در ادامه تاندون ها توسط جک کشیده و پیش تنیده میگردند ، در نهایت با اجرای رویه بتنی مرحله بعدی گودبرداری و اجرای انکراژ آغاز میگردد .

اجزا تشکیل دهده سیستم انکراژ :

  • استرند یا میلگرد فولادی ( Strand , Mono Bar ) : استرند به معنای رشته بوده متشکل از تعدادی سیم یا رشته فولادی است پر مقاومت است ، استرند ها در کنار یکدیگر تشکیل کابل یا تاندون را میدهند ، مزیت استرند نسبت به میلگرد آن است که محدودیت طول ندارد ، در صورت استفاده از میلگرد ، به میلگردی که پیش تنیده شود مونوبار میگویند( تنش تسلیم میلگرد حدودا 400 مگاپاسکال است و کابل 1800 مگاپاسکال میباشد) .
  • فاصله نگهدار ( Spacer ) : جهت ایجاد فاصله استرند ها استفاده میگردد .
  • مرکز نگهدار ( Centralizer ) : جهت قرارگیری صحیح کابل در وسط گمانه استفاده میگردد .
  • شلنگ تزریق دوغاب ( Grout Tube ) : شلنگ تزریق به انتهای استرند ها بسته شده و جهت تزریق دوغاب استفاده میگردد .
  • پکر ( Packer ) : گاها جهت تزریق پرفشار دوغاب ، از پکر استفاده میگردد ، پکر جهت آب بند کردن میان بخش آزاد و بخش گیردار تاندون استفاده میگردد تا دوغاب وارد بخش آزاد نگردد .
  • غلاف تاندون ( Sheath ) : پس از تزریق ، عملیات پیش تنیدگی انجام میشود و لازم است بخش آزاد توسط دوغاب به خاک نچسبد ، لذا کابل داخل غلاف قرار داده میشود تا هنگام وارد شدن نیرو پیش تنیدگی ، این نیرو به خاک وارد نگردد و در تاندون تغییر شکل مدنظر حاصل گردد .
  • صفحه گوه یا سر انکر ( Wedge Plate ) : این صفحه استوانه ای جهت انتقال نیرو کششی استفاده میگردد که دارای چند سوراخ جهت عبور دادن استرند ها میباشد .
  • صفحه باربر ( Bearing Plate ): این صفحه مشابه همان صفحه ای است که در روش نیلینگ استفاده میگردد ، در روش انکراژ از دو صفحه و یا یک صفحه با ضخامت بیشتر استفاده میگردد تا هم توزیع یکنواخت نیرو پیش تنیدگی را داشته باشیم و هم  مانع برش پانچ شده در صفحه رویه بتنی شویم .
  • گوه یا انگشتی ( Wedge ):  به منظور قفل شدن استرند ها و عدم بازگشت آنها تحت اثر نیرو پیش تنیدگی ، گوه ها که المان های مخروطی و تو خالی هستند ، داخل سوراخ های صفحه گوه کارگذاشته میشود .

 

مزایا روش انکراژ :

  • فضای کاری کمتری نسبت به روش خرپا و مهارمتقابل در این روش اشغال میگردد .
  • توانایی تحمل نیروی افقی بیشتری نسبت به روش نیلینگ دارد .
  • در گود های عمیق به راحتی میتوان از این روش استفاده و پایدار سازی نمود .
  • این روش به علت پیش تنیده بودن عملکرد آن ، در برابر تغییر شکل های دیواره گود عملکرد بهتری نسبت به دیگر روش ها دارد .
  • عدم تداخل با اجزای سازه ای ( فونداسیون ، ستون و… )
  • قابل اجرا در پروژه هایی که زمین آن نامنتظم است .
  • به علت کشش انکر ها ، میتوان کنترل کیفی بهتری روی عملکرد این سیستم داشت .
  • ایمنی این روش نسبت به روش های قدیمی بیشتر ست .
  • در پروژه های عمیق و بزرگ ، به علت سرعت بالای اجرا کار ، اقتصادی تر میباشد .

معایب روش انکراژ :

  • نیازمند به نیروی اجرایی متخصص تر و ابزارآلات و تجهیزات پیشرفته تر است .
  • در پروژه های کوچک از آنجا که گودبرداری مرحله به مرحله انجام میگردد ، اقتصادی نمیباشد .
  • نیازمند کسب اجازه از مالکین ساختمان های مجاور .
  • این روش بر مبنای دوخت خاک مقاوم به خاک فعال میباشد ، لذا به بدنه خاک مجاور گود و محوطه آن نیاز است ، لذا در صورتی که این خاک در زیر یک ساختمان یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد ، ممکن است از این روش نتوان استفاده کرد .
  • در این روش مهار ها برداشته نشده و در زمین های مجاور هنگام انجام عملیات های ساختمانی ممکن است دچار مشکل و سختی کار شوند .

 

 

 

 

 

نیلینگ

یکی از روش های پایدار سازی گود دربرابر نیرو های وارده از سمت جداره خاکی و ساختمان های مجاور ، اجرای سیستم نیلینگ میباشد.

نیل در لغت به معنای میخ است و “Soil Nailing” در اصطلاح به معنی میخ‌گذاری یا میخ‌کوبی است

نیلینگ یا میخکوبی دیواره های گود روشی جهت پایداری انواع گود ، ترانشه و شیروانی ها میباشد ؛

این روش پایدار سازی تکنیکی ابداعی جهت بازگشت نیرو از سمت خاک به خود خاک است ، در این روش خاک به وسیله میلگرد های فولادی با قطر 28 الی 40 میلیمتر مسلح میشود.

عملکرد روش نیلینگ به این شکل است که با ایجاد جابه‌جایی های محسوسی که حد آن ها توسط طراح تعیین میگردد ، سیستم پایدار سازی نیلینگ فعال شده و این نیرو را به خود خاک بازمیگرداند و موجب پایداری دیواره گود میگردد.

به عبارتی روش نیلینگ یک روش با رویکرد مقاومتی (Passive) میباشد و در حالتی که نیرویی از سمت دیواره خاکی جریان پیدا نکند ، سازه نگهبان نیز نیرویی در جهت پایدار سازی وارد نمیکند؛

بدین ترتیب میتوان دریافت که استفاده از این روش در مجاورت ساختمان هایی که  دارای کاربری حساس بوده و به علت جا‌به‌جایی دچار مشکل میشوند ، مناسب نمی‌باشد ، زیرا نیرو مقاوم زمانی فعال میشود که مقداری جابجایی در سیستم رخ داده است.

اجزای تشکیل دهنده سیستم نیلینگ:

  • آرماتور های فولادی ( میخ ها):

آنچه باعث تحمل نیرو ها و مسلح شدن خاک دیواره گود میشود ، آرماتور های فولادی ای هستند که داخل گمانه ها قرار داده شده و به صورت درجا دوغاب ریزی میشوند ؛ این آرماتور ها معمولا دارای نمره ی 28 الی 40 میلیمتر هستند و با زاویه 10 تا 20 درجه نسبت به افق در دیواره گود قرار میگیرند و جنس آنها از تیپ AIII میباشد.

  • فاصله نگه دار ( Spacer )

با کار گذاری اسپیسر ، میلگرد در وسط چاهک قرار گرفته و هیچ سمت آن به خاک نمیچسبد و به صورت همسان دوغاب در اطراف میلگرد پر شده  آنرا دربرابر آسیب های زیست محیطی محافظت میکند لذا میلگرد بهترین عملکرد را در برابر نیرو های وارده خواهد داشت.

  • دوغاب ( Grout)

با ریختن دوغاب سیمان داخل چاهک ها ، میلگرد در برابر خوردگی محافظت شده و همچنین موجبات انتقال تنش از خاک به میلگرد را فراهم میگرداند.

  • گمانه ( چاهک ، سوراخ ) :

 قطر چاهک های حفر شده معمولا بین 10 الی 15 سانتیمتر میباشد ، و با زاویه 10 درجه نسبت به افق حفاری میگردند.

  • صفحه باربر ( Plate ):

وظیفه این صفحه جلوگیری از برش پانج و فرورفتن سر میلگرد به داخل رویه بتنی میباشد ، این صفحه معمولا مربعی به ضلع 20 الی 25 سانتیمتر و با ضخامت 2 سانتیمتر میباشد و وظیفه آن انتقال نیرو به رویه بتنی و خاک پشت آن میباشد.

  • سر میخ:

به قسمتی از آرماتور یا میخ فولادی که رزوه شده و در بیرون از دیواره خاکی گود قابل مشاهده است، سر میخ گفته میشود

  • مهره شش گوش و واشر:

مهره و واشر قطعاتی هستند که به سر میخ بسته شده و از آنها جهت اتصال میخ به رویه موقت استفاده میشود

  • گل‌میخ ( Headed Stud ) :

وظیفه گل‌میخ درگیر کردن رویه دائمی و موقت میباشد و معمولا برای هر میخ، 4 عدد گل‌میخ بر روی صفحه باربر نصب میگردد تا رویه بتنی دائمی که بر روی رویه موقت اولیه اجرا میگردد ، دارای یکپارچگی و درگیری مناسب باشد.

  • رویه موقت:

پوشش موقت موجب یکپارچگی سازه ای در سیستم نیلینگ میگردد و سطح تکیه گاهی برای صفحه باربر خواهد بود، این رویه معمولا به صورت بتن شاتکریت خشک یا تر بسته به شرایط پروژه اجرا میگردد ، به این شکل که ابتدا شبکه فولادی سبک ( مش ) بر روی خاک گذاشته و فیکس میگردد و سپس بتن ریزی توسط دستگاه شاتکریت انجام میشود. ضخامت این لایه بین 10 الی 20 سانتیمتر میباشد.

با اجرای رویه موقت گود دربرابر عوامل جوی ( به خصوص هوازدگی خاک ) نگهداری و محافظت میگردد. دقت گردد که اجرای این پوشش باید پیش از شروع گودبرداری مرحله بعدی باشد.

 

  • رویه دائمی:

این رویه میتواند به صورت شاتکریت به همراه شبکه فولادی ( مش) ، بتن ریزی درجا و پنل های پیش ساخته بتن مسلح اجرا گردد ، ضخامت این رویه معمولا 20 الی 30 سانتیمتر درنظر گرفته میشود، و در انتهای گودبرداری و با نصب کامل میخ ها و سفت کردن مهره های شش گوش ، بر روی پوشش موقت اجرا میگردد

  • نوار های زهکش ژئوکامپوزیت (Strip Drain):

پیش از اجرای رویه موقت ، نوار های زهکش یک درمیان به صورت عمودی بین ستون های میخ ها قرار میگیرد و به وسیله آنها میتوان آب پشت دیوار را که ناشی از بارندگی یا سطح آب زیرزمینی است ، جمع آوری کرده و  به خارج از پشت دیواره گود هدایت کرد

  • لوله های زهکش عمقی(Weep hole):

لوله های زهکش از جنش PVC بوده و  با حداقل عمق 2.5 اینچ در داخل دیواره گود قرار داده میشوند

این لوله ها در قسمت فوقانی خود دارای شیار هایی بوده تا آب از طریق این شیار ها وارد لوله گردد و توسط لوله جمع آوری و به خارج از دیواره گود منتقل گردد

جهت جلوگیری از نشست دوغاب ناشی از تزریق به لوله های زهکش ، باید اجرای لوله ها پس از گذشت حداقل 2 روز از تزریق دوغاب ، اجرا گردد.