سازه نگهبان سازهای است که به منظور پایدارسازی دیوارههای محل گودبرداری و جلوگیری از پیامدهای ریزش آن مورد استفاده قرار میگیرد. سازههای نگهبان دارای انواع بسیار زیادی هستند. در این مقاله به توضیح انواع، نحوه اجرا، مزایا، محدودیتها و مبانی طراحی این سازهها میپردازیم. در انتها نیز، منابع مورد نیاز برای صلاحیت گودبرداری و سازههای نگهبان آزمون نظام مهندسی عمران را معرفی میکنیم.
گودبرداری چیست؟
«گودبرداری» (Excavation)، فرآیند حفاری، برداشت و ایجاد گودال درون زمین است. این فرآیند به منظور استخراج مواد پرکننده برای خاکریز، حفر ترانشه یا شالوده برای فونداسیون، ساخت زیرزمین، آمادهسازی محل پی سد، آمادهسازی پی یا تکیهگاههای پل و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
عملیات گودبرداری با توجه به نوع خاک محل توسط دست، ماشینآلات سبک، ماشینآلات سنگین، ماشینآلات حفاری و مواد منفجره انجام میگیرد.
انواع گودبرداری چه هستند؟
گودبرداری با توجه به نوع مواد استخراجی به انواع زیر تقسیم میشود:
- گودبرداری خاک سطحی: برداشت بالاترین لایه زمین تا عمق حدود ۱۵۰ تا ۳۰۰ میلیمتر به منظور رسیدن به لایههای متراکم و مناسب برای تحمل بارهای سازه
- گودبرداری خاک زیرسطحی: برداشت و انباشت لایه زیرین خاک سطحی به منظور اجرای خاکریز و فونداسیون
- گودبرداری سنگ: برداشت مواد سخت سنگی با استفاده از ماشینآلات حفاری یا مواد منفجره
- گودبرداری لجن: برداشت مواد بسیار مرطوب و نامناسب برای کاربریهای مهندسی
- دستهبندی نشده: برداشت ترکیبی از مواد بالا
کابرد گودبرداری چیست؟
گودبرداری به منظور آمادهسازی محیط و رسیدن به یک لایه ایمن برای اجرای سازههای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. انواع گودبرداری بر اساس کاربری عبارت هستند از:
- کند و آکند: برداشت مواد و استفاده مجدد از آنها برای پر کردن فضاهای خالی، ساخت خاکریز، افزایش ارتفاع سطح نواحی دیگر و غیره
- حفر ترانشه: برداشت خاک در طول زیاد برای اجرای فونداسیون، جانمایی تاسیسات (لولهگذاری) و غیره
- حفر زیرزمین: برداشت خاک زیر سطح ساختمان به منظور ایجاد طبقات زیرین
- حفاری سازههای مهندسی: برداشت مواد برای آمادهسازی و اجرای محل پی و تکیهگاههای پل یا سد
- لایروبی: برداشت مواد رسوبی از سطوح پایینی آب
- گودبرداری اضافی: برداشت اجباری مواد، در اعماق بیشتر از عمق مورد نظر به دلیل نامناسب بودن شرایط آب زیرزمینی یا لایههای فعلی
گودبرداری و سازه های نگهبان چیست؟
به منظور درک تاثیر گودبرداری بر روی وضعیت زمین، ابتدا باید با مفهوم فشار جانبی خاک آشنا شوید. فشار جانبی، فشاری است که توسط خاک در راستای عمود بر جاذبه به لایههای مجاور اعمال میشود. در حالت عادی، فشار جانبی مقاطع مختلف توده خاک، به دلیل محصور شدگی در حالت تعادل قرار دارد. پس از گودبرداری، توزیع تنش در اطراف گود تغییر میکند. تغییر وضعیت تنش، افزایش موضعی فشار جانبی و اصطلاحا تمرکز تنش در نزدیکی دیوارههای گود را در پی دارد. این مسئله، باعث افزایش احتمال رخ دادن شکست و ریزش خاک میشود. هر چه زاویه دیوارههای گود نسبت به افق بیشتر باشد، احتمال ریزش نیز بیشتر خواهد بود.
در اکثر پروژههای ساختمانی، دیوارههای گود به صورت قائم یا نزدیک به قائم هستند. در این شرایط، نیروهای ناشی از وزن خاک و سربارههای روی آن، باعث افزایش فشار جانبی اعمال شده بر دیوارهها میشوند. عدم اجرای اقدامات مناسب برای جلوگیری از ریزش گود، عواقب جبرانناپذیری را در پی خواهد داشت. اصلیترین اقدام برای مقابله با پیامدهای گودبرداری، اجرای سازه نگهبان است.
سازه نگهبان چیست؟
«سازه نگهبان» (Retaining Structure یا Excavation Support)، مجموعهای از المانهای دائم و یا موقتی است که به منظور پایدارسازی خاک یا سنگ اطراف گودبرداریها مورد استفاده قرار میگیرد. در بسیاری از موارد، سازه نگهبان با عنوان «دیوار حایل» (Retaining Wall) نیز شناخته میشود.
اهمیت سازه نگهبان در چیست؟
وجود سازههای نگهبان، از خطرات احتمالی ناشی از ریزش خاک یا نشست آن جلوگیری میکند. در صورت عدم اجرای سازه نگهبان یا اجرای نامناسب آن، احتمال آسیبدیدگی افراد، تخریب ساختمانهای مجاور، آسیب به لولهکشیها و غیره افزایش مییابد. این مسئله میتواند هزینههای مالی و جانی زیادی را در پی داشته باشد. در خاکریز جادهها، اهمیت سازه نگهبان در جلوگیری از ریزش خاک به درون جاده و رانش جاده به سطوح پایینتر است. در گودبرداری و اجرای فونداسیونها، این سازهها برای جلوگیری از ریزش، نشست خاک و تخریب سازههای اطراف اهمیت پیدا میکنند. در هر صورت، اجرای سازههای نگهبان، بخش جداییناپذیر عملیاتهای گودبرداری است.
انواع سازه نگهبان چه هستند؟
سازههای نگهبان معمولا به دو صورت دائمی و غیر دائمی اجرا میشوند. از سیستمهای اجرای سازههای نگهبان میتوان به روش دیوار حائل، سپرگونه، مهاربندی، خرپا، خاک مسلح، دیوار زیرزمین اشاره کرد.
هر یک از این دستهبندیها به روشهای مختلف اجرا میشوند که در ادامه به معرفی جزئیات آنها میپردازیم.
- سازه نگهبان خرپایی
- سازه نگهبان سپرگونه
- شمع کوبی
- درجا
- پیش ساخته
- سپرکوبی
- مهار متقابل
- شمع کوبی
- مهاربندی
- انکراژ
- نیلینگ
- دوخت به پشت
- دیوار حایل
- وزنی
- معمولی
- شبکهای
- گابیون
- نیمه وزنی
- پشت بند دار
- طرهای
- دیوار زیرزمین
- دیوار مستقل
- دیوار متصل
- وزنی
- دیوار دیافراگمی
- خاک مسلح
- فیزیکی
- شیمیایی
- مکانیکی
- ترکیبی
- شاتکریت
سازه نگهبان خرپایی چیست؟
استفاده از «سازه خرپایی» (Truss Construction)، یکی از متداولترین روشهای اجرای سازه نگهبان غیر دائمی در مناطق شهری است. در این روش، از المانهای فولادی به صورت افقی و عمودی برای تقویت دیوارههای گود استفاده میشود.
اجرای سازه نگهبان به روش خرپایی چگونه انجام میشود؟
اجرای سازه نگهبان خرپایی معمولا مطابق با مراحل زیر انجام میگیرد:
- حفر چاهها در مجاورت محدوده گودبرداری و به عمق گود مورد نظر برای جانمایی عضوهای قائم خرپا
- ادامه حفاری به اندازه عمق محاسبه شده برای شمع انتهای تحتانی
- آرماتوربندی محل شمع
- جانمایی خرپای قائم درون محل شمع و شروع بتنریزی
- برداشت خاک در امتداد دیواره گود با یک شیب مطمئن
- اجرای فونداسیون برای نگهداری المانهای مایل خرپا
- اتصال عضو مایل به خرپای قائم و صفحه ستون
- اجرای همزمان عملیات بالا برای خرپاهای دیگر در امتداد دیواره گود
- برداشت مرحلهای خاک بین المانهای قائم و افقی خرپا در امتداد دیواره گود
- نصب عضوهای افقی و قطری خرپا در هر مرحله
مزایای سازه نگهبان خرپایی چه هستند؟
- مناسب برای اکثر گودهای واقع در مناطق شهری
- انعطافپذیری بالا در اجرا
- امکان استفاده مجدد از خرپاها
- سادگی و عدم نیاز به دستگاههای مخصوص
معایب سازه نگهبان خرپایی چه هستند؟
- سرعت کمتر نسبت به روشهای جدید
- اشغال فضای گود توسط خرپاها
- احتمال نیاز به برداشت دستی بخش از خاک
سازه نگهبان سپر گونه چیست؟
سازههای نگهبان سپرگونه، مجموعهای از سپرها، شمعهای ردیفی و غیره هستند که به دو صورت مهاری و غیر مهاری برای پایداری گود یا خاکریز استفاده میشوند. اجرای مهارهای سازه نگهبان سپرگونه در پشت یا جلوی دیوار صورت میگیرد. میزان پایداری خاک در این نوع سازه نگهبان به عمق مدفون، مقاومت خمشی و وجود/عدم وجود المانهای مهاری بستگی دارد. از روشهای اجرای سازههای نگهبان سپرگونه میتوان به شمعکوبی، سپرکوبی و مهار متقابل اشاره کرد.
سازه نگهبان شمع درجا یا شمع کوبی چیست؟
اجرای «شمع درجا» (Bored Pile یا Replacement Pile)، از روشهای متداول برای پایدارسازی گود و ساخت فونداسیون ساختمانها است. این روش، معمولا برای پایدارسازی خاکهای چسبنده با شمعهای اصطکاکی و اجرای فونداسیون در نزدیکی ساختمانهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد. شمعهای مورد استفاده برای اجرای سازههای نگهبان میتوانند از جنس فولاد، بتن یا چوب باشند.
استفاده از شمع درجا در نواحی شهری (حساس به لرزش)، ساختمانهایی با محدودیت ارتفاع سقف، محلهایی با احتمال بالاآمدگی پایین و گودبرداری با ارتفاع متغیر کاربرد دارد. در روش شمعکوبی، بارهای سازه توسط شمعهای ثابت به لایههای مقاوم زمین انتقال داده میشوند. این المانها، فشار جانبی خاک را مانند تیر یکسرگیردار تحمل میکنند.
اجرای سازه نگهبان به روش شمع کوبی چگونه انجام میشود؟
شمعکوبی با استفاده از روشهای درجا یا به صورت پیش ساخته اجرا میشود. اجرای شمعهای درجا، با حفاری زمین و خارج کردن خاک/سنگ برای جانمایی شمعها یا قرار دادن قفسه آرماتور و بتنریزی صورت میگیرد. ارتفاع حفاری برابر عمق گود به علاوه طول گیرداری است. طول گیرداری انتهای شمع معمولا حدود ۰.۳ عمق گود در نظر گرفته میشود. پس از تکمیل شمع کوبی، عملیات گودبرداری شروع خواهد شد. در صورت نیاز باید شمعها را در امتداد دیواره گود مهار کرد.
مزایای شمع کوبی چه هستند؟
از مزیتهای شمعکوبی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت اجرای بالا
- دست و پا گیر نبودن عملیاتها
- هزینه پایین در حجم بالا
- امکان استفاده به عنوان سازه نگهبان دائم
- امکان استفاده به عنوان سازه نگهبان موقت و استفاده مجدد برای پروژههای دیگر
- گزینه مناسب برای حداکثر عمق ۵ متر
معایب شمع کوبی چه هستند؟
محدودیتهای اصلی شمعکوبی عبارت هستند از:
- افزایش تعداد و مقطع شمع مورد نیاز در عمقهای بیشتر
- عدم امکان استفاده از شمعهای پیش ساخته در پروژههای شهری
سپرکوبی چیست؟
«دیوار حائل سپر گونه» (Sheet Pile Retaining Wall) یا سپرکوبی، یکی از روشهای پایدارسازی گود با استفاده از مقاطع فولادی، چوبی یا بتن مسلح است. در این روش، لبههای مقاطع با یکدیگر جفت میشوند و سطح لازم برای نگهداری از خاک و دیوارهای گودبرداری را فراهم میکنند. از کاربردهای سپرکوبی میتوان به ساخت دیوارهای حائل، بهسازی خاک، سازههای زیرزمینی (پارکینگ، مغار)، سازههای دریایی (آبشکن، فرازبند) و غیره اشاره کرد. عملکرد سپرکوبی به پارامترهایی نظیر دائمی یا موقتی بودن سازه نگهبان، شرایط محل اجرا، عمق نفوذ شمع (سپر)، گشتاور خشمی، ماهیت سازه و نوع پایداری مورد نیاز بستگی دارد.
اجرای سازه نگهبان به روش سپرکوبی چگونه انجام میشود؟
سپرکوبی معمولا مطابق با مراحل کلی زیر اجرا میشود:
- کوبیدن سپرها به صورت عمودی در اطراف محدوده گود
- شروع خاکبرداری
- نصب تیرهای پشت بند افقی در کمرکش و روی سپرها پس از رسیدن به عمق کافی
- اتصال قیدهای فشاری قائم به پشتبندهای افقی در جهت عمود بر صفحه سپر
در خاکهای غیر سست و کمعرض، معمولا از سپرها، پشتبندها و قیدهای فشاری چوبی استفاده میشود. در طرف مقابل، برای عرضهای بیشتر و خاکهای سستتر باید از المانهای فلزی استفاده کرد.
مزایای سپرکوبی چه هستند؟
از مزایتهای سپرکوبی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت اجرای بالا به دلیل سبک بودن پروفیلها
- ایمنی مناسب
- انعطافپذیری بالا برای طراحی در طولهای مختلف
- امکان استفاده مجدد از سپرها
- گزینه مناسب برای اجرای کانالهایی با طول زیاد
- نیاز به نگهداری کم در حضور آب
معایب سپرکوبی چه هستند؟
محدودیتهای سپرکوبی عبارت هستند از:
- نیاز به تجهیزات مخصوص
- نیاز به نیروی کار ماهر
- مناسب نبودن برای عرضهای زیاد
- دشوار بودن جانمایی پروفیلها در محیطهای سنگی یا دارای بولدر
- ایجاد آلودگی صوتی در صورت استفاده از چکشهای لرزشی
- هزینهبر بودن برداشتن پروفیلها به دلیل استفاده از آنها به عنوان سازههای نگهبان غیر دائمی
مهار متقابل چیست؟
«مهار متقابل» (Reciprocal Support یا Braced Cut Support)، یکی از روشهای اجرای سازه نگهبان در گودهای کم عرض است. این روش را میتوان به عنوان ترکیبی از روش سپرکوبی و خرپا در نظر گرفت.
اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل چگونه انجام میشود؟
مهار متقابل حفریات سطحی معمولا طی مراحل زیر انجام میشود:
- حفر چندین چاهک با فواصل مشخص در دو طرف محدوده گودبرداری: با عمق گود به علاوه ۰.۲۵ تا ۰.۳۵ عمق گود
- جانمایی پروفیلهای فولادی H یا I شکل درون چاهکها: طول پروفیلها باید مقداری بیشتر از عمق کل حفاری باشد.
- اتصال انتهای بالایی پروفیلهای متقابل (رو به رویی) توسط تیر یا خرپا: تامین پایداری بیشتر
- شروع اجرای تدریجی عملیات گودبرداری
- اجرای مهار متقابل در نقاط دیگر پروفیلهای قائم در صورت نیاز
- استفاده از الوارهای چوبی یا دیگر المانهای مناسب بین پروفیلهای قائم در صورت ریزشی بودن خاک
مهار متقابل باید در جهت عمود بر تیر یا خرپاهای متصل شده نیز به صورت مناسب اجرا شود.
مزایای مهار متقابل چه هستند؟
از مزایای مهار متقابل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت بالا، هزینه پایین و فضای مورد نیاز کم برای اجرا در گودبرداریهای کم عرض
- عملکرد مناسب در اجرای کانالها
- موقتی بودن المانها و امکان استفاده مجدد از آنها در گودبرداریهای دیگر
- امکان اجرای پیوسته عملیاتهای حفاری، نصب المانها و پر کردن فضای پشتی
- عدم تاثیر ریزشهای موضعی بر روی تمام فرآیندهای گودبرداری
معایب مهار متقابل چه هستند؟
محدودیتهای مهار متقابل عبارت هستند از:
- دشوار شدن مهاربندیهای عرضی یا طولی در گودهایی با طول بیش از ۱۰ متر و عمق زیاد
- نیاز به استفاده از المانهای بیشتر در خاکهای سست
انکراژ چیست؟
«اَنکُر» (Anchorage) یا میل مهار، المانهای پرکاربردی هستند که به منظور نگهداری و محدودیت ساختمانها و دیگر سازههای مهندسی مورد استفاده قرار میگیرند. «انکراژ» (Anchorage) یا مهاربندی، یکی از روشهای اجرای سازه نگهبان گودبرداری با استفاده از این المانها است. میل مهار در ابعاد متنوع (حداکثر ۷۰ متر) و با ظرفیتهای مختلف (حداکثر ۳۰۰۰ کیلونیوتن) ساخته میشود.
اجرای سازه نگهبان به روش مهاربندی یا انکراژ چگونه انجام میشود؟
اجرای انکراژ مطابق مراحل زیر صورت میگیرد:
- حفر چاه یا گمانه در حاشیه محدوده گودبرداری: به عمق گودبرداری به علاوه عمق نفوذ شمع بتنی انتهای تحتانی
- قرار دادن پروفیلهای H یا I شکل: به عمق گودبرداری به علاوه ۰.۲۵ تا ۰.۳۵ رقوم کف گود برای تامین گیرداری و مهار کافی
- آرماتوربندی شمع انتهای تحتانی و بتنریزی آن: تامین مهار پروفیلها در شمع و مجموعه المانها در خاک
- شروع عملیات گودبرداری به صورت مرحلهای
- حفر چاههای مایل در بدنه گودبرداری پس از اتمام هر مرحله: با قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر و عمق ۵ تا ۱۰ متر
- میلگردگذاری و بتنریزی چاههای مایل: جلوگیری از ریزش خاک دیواره
- قرار دادن قطعات بتن پیش ساخته بین پروفیلهای قائم و اتصال آنها به میلگرد انتظار و پروفیلهای قائم: امکان بتنریزی درجا یا آرماتوربندی دیواره و اجرای شاتکریت به جای استفاده از بتن پیش ساخته نیز وجود دارد
- درگیر کردن میلگردها با قطعات بتن توسط مهره و صفحات سوراخدار تکیهگاهی
- تکرار مراحل بالا برای هر مرحله
مزایای روش مهاربندی چه هستند؟
از مزایای انکراژ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- بهبود مشخصات مکانیکی و کاهش رانش خاک
- اشغال فضای بسیار کم داخل گود
- استفاده از خاک موجود برای مهار دیوارهها
معایب روش مهاربندی چه هستند؟
محدودیتهای انکراژ عبارت هستند از:
- محدودیت استفاده از این روش در مجاورت ساختمانها، تاسیسات و معابر شهری به دلیل لزوم به کارگیری بدنه خاک مجاور دیواره گود
- زمانبر بودن اجرا در پروژههای کوچک به دلیل فرآیند مرحلهای
- اقتصادی نبودن روش در پروژههای کوچک
- نیاز به تجهیزات خاص برای حفر، تزریق، حمل پنل و غیره
- نیاز به نیروی کار ماهر
دوخت به پشت چیست؟
«دوخت به پشت» (Tie Back)، روشی مشابه با انکراژ است. در این روش نیز گودبرداری به صورت مرحلهای و از بالا به پایین انجام میگیرد.
اجرای سازه نگهبان به روش دوخت به پشت چگونه انجام میشود؟
مراحل اجرای دوخت پشت به صورت زیر هستند:
- گودبرداری تا یک عمق مشخص (معمولا ۲ تا ۳ متر)
- حفر چاهکهای افقی یا مایل در دیواره گود
- جانمایی کابلهای پیش تنیده درون چاهکها
- تزریق بتن در انتهای چاهک برای تامین مهار در خاک
- کشیدن کابلها توسط جکهای مخصوص
- مهار کردن انتهای بیرون زده کابل به دیواره گود
- تزریق بتن به درون چاهکها
- آزاد کردن جکها پس از سخت شدن بتن
- تکرار مراحل بالا برای عمقهای بعدی
در اجرای سازه نگهبان به روش دوخت به پشت، نیروی پیش تنیدگی کابل باعث افزایش تراکم خاک در پشت دیواره و کاهش رانش به سمت داخل گود میشود. در انتهای گودبرداری، مجموعه دیواره گود به عنوان یک سازه نگهبان در برابر رانش خاک مجاور مقاومت میکند.
مزایا و معایب دوخت به پشت چه هستند؟
معایب و مزایای روش دوخت به پشت مشابه روش مهارسازی است.
میخ کوبی یا نیلینگ چیست؟
«نیلینگ» (Nailing) یا میخکوبی، از روشهای پایدارسازی دیوارههای گود و شیبها است. در این روش، پس از حفاری گمانههای مخصوص، المانهای بلندی نظیر میلههای فولادی را درون خاک وارد میکنند. سپس، دوغاب را به درون حفره میریزند. البته امکان اجرای همزمان حفاری و ریختن دوغاب نیز وجود دارد. توجه داشته باشید که در روش نیلینگ، برخلاف روش انکراژ، از المانهای پیش تنیده یا بدون تنیدگی استفاده میشود.
مزایای میخ کوبی چه هستند؟
از مزایای نیلینگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- مناسب برای فضاهای محدود با دسترسی دشوار
- کم بودن مصالح مورد نیاز
- کم بودن آلودگی صوتی و اثرات مخرب زیستمحیطی
- انعطافپذیری و سرعت اجرای بالا
- عدم وجود محدودیت اجرا با توجه به ارتفاع دیواره
- صرفهجویی در هزینه، زمان و نیروی کار
معایب میخکوبی چه هستند؟
برخی از محدودیتهای نیلینگ عبارت هستند از:
- نامناسب برای زمینهایی با سطح آب زیرزمینی بالا
- کاربری کوتاه مدت و غیر دائمی برای خاکهای حساس و متورم
- احتمال خوردگی میخهای فلزی
- نیاز به نیروی کار متخصص و ماهر
الزامات طراحی روشهای مهاربندی چه هستند؟
هدف اصلی استفاده از میل یا کابل مهاری برای افزایش پایداری گود، افزایش مقاومت داخلی توده خاک به منظور جلوگیری از حالتهای شکست خارجی و حفظ ظرفیت باربری مناسب است. سازه ایجاد شده در این روشها باید حرکت خاک و دیواره را کنترل کنند. نیروی مهاری مورد نیاز برای کابل مهاری با استفاده تحلیل خاک، مشخصات آب زیرزمینی و منبع بارهای خارجی اعمال شده بر سیستم اندازهگیری میشود. توجه داشته باشید که طول مناسب پیوند المانهای مهاری و خاک باید بیشتر از محدوده سطح شکست بحرانی خاک باشد. در غیر این صورت، المانهای مهاری نمیتوانند مقاومت کافی برای جلوگیری از ریزش توده موجود در محدوده شکست را فراهم کنند و آنها نیز به همراه خاک میریزند.
سازه نگهبان وزنی یا دیوار حایل وزنی چیست؟
دیوار حائل وزنی از سادهترین انواع سازه نگهبان است که معمولا با استفاده از سنگ، بتن، آجر و دیگر مواد سنگین ساخته میشود. در سازه نگهبان وزنی، وزن دیوار حایل، پارامتر اصلی در پایدرای خاک و مقاومت در برابر فشار جانبی است.
اجرای دیوار حائل وزنی در حفریات کم عمق، معمولا با استفاده از سنگ بدون ملات یا بلوکهای بتنی صورت میگیرد. به دلیل تاثیر مستقیم وزن این سازه بر روی عملکرد آن، ابعاد و حجم مواد مورد استفاده برای ساخت آن زیاد است. در مجموع، سازه نگهبان وزنی برای نگهداری از دیوارهای گودبرداری با ارتفاع کمتر از ۳ متر مناسب است.
مزایای دیوار حائل وزنی چه هستند؟
از مزایای دیوارهای حائل وزنی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- هزینه پایین به دلیل در دسترس بودن مواد اولیه
- سادگی اجرا و عدم نیاز به نیروی کار ماهر
- وزن مخصوص بالای مواد (کاهش عرض دیوار نسبت به دیگر انواع دیوارهای حائل)
- زیبایی ظاهری در هنگام استفاده از مواد طبیعی
- دوام بالا
مزیتهای دیوار حائل وزنی، آن را به گزینهای مناسب برای نگهداری از خاکریزها و گودها در پروژههای دور افتاده تبدیل کرده است.
معایب دیوار حائل وزنی چه هستند؟
محدودیتهای اصلی دیوارهای حائل وزنی عبارت هستند از:
- حداکثر ارتفاع ۵ متر (افزایش حجم زیاد در ارتفاعهای بیشتر)
- نیاز به فضای کافی در پشت دیوار برای اجرا و پر کردن خاکریزها
- مناسب نبودن برای خاکها نرم و احتمال رخ شکست دورانی در این نوع خاک
- نیاز به استفاده از مواد با کیفیت
- نیاز به تعبیه سیستم زهکشی به دلیل نفوذپذیری پایین
دیوار حایل نیمه وزنی چیست؟
دیوار حائل نیمه وزنی، نوع دیگری از دیوارهای وزنی است. در این سازههای نگهبان، تعداد کمی میلگرد در بخش پشتی دیوار قرار داده میشود. به این ترتیب، ضخامت مورد نیاز برای اجرای دیوار کاهش مییابد. عمکلرد دیوارهای حائل نیمه وزنی مشابه دیوارهای وزنی است.
دیوار حایل شبکه ای چیست؟
دیوار حائل سلولی، مجوف یا شبکهای، یکی از انواع سازه نگهبان وزنی است که از کنار هم قرار دادن چندین بلوک چوبی یا بتنی ساخته میشوند. پر کردن بلوکها در این سازه نگهبان توسط سنگدانه با دانهبندی مخصوص (سنگهای خرد شده یا شن درشت) انجام میگیرد. این سنگدانهها، علاوه بر افزایش وزن دیوار، امکان زهکشی مناسب آب را نیز فراهم میکنند. اصلیترین مصالح مورد استفاد برای این نوع سازه نگهبان، قطعات پیش ساخته بتن و چوب است.
دیوار حائل شبکه ای برای نواحی کشاورزی مناسب است. استفاده از این سازه نگهبان به منظور نگهداری از شیبها یا سازهها پیشنهاد نمیشود.
مزایای دیوار حائل شبکهای چه هستند؟
از مزیتهای دیوارهای حائل شبکهای میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اجرای آسان و نسبتا سریع
- امکان انبار کردن بلوکهای پیش ساخته در محل پروژه برای دسترسی سریعتر
- عدم نیاز به تعبیه سیستم زهکشی به دلیل زهکشی مناسب
- انعطافپذیری نسبتا خوب نسبت به دیوار حائل وزنی معمولی
- ظاهر جذاب
- امکان افزایش راحت ارتفاع دیوار
معایب دیوار حائل شبکهای چه هستند؟
محدودیتهای دیوارهای حائل شبکهای عبارت هستند از:
- نیاز به کف بتنی در اغلب موارد
- دوام پایین در صورت استفاده از چوب
- اقتصادی نبودن برای دیوارهای کوتاه
- نیاز به اجرای ضخامت بیشتر برای دستیابی به وزن مناسب برای مقاومت در برابر فشار جانبی
دیوار حایل گابیون چیست؟
دیوار حائل گابیون، از روشهای کارآمد ساخت سازههای نگهبان وزنی به حساب میآید. «گابیون» (Gabion)، یک قفسه فلزی به شکل مکعب یا استوانه است که با سنگ، بتن یا در برخی از موارد، ماسه و خاک پر میشود. پس از اتمام پر کردن، قفسهها مانند واحدهای بنایی بر روی یکدیگر قرار میگیرند و دیوار حائل را تشکیل میدهند. دیوار حائل گابیون در کنترل فرسایش سازهها و پایدارسازی شیبهای تند کاربرد دارد.
شاتکریت چیست؟
«شاتکریت» (Shotcrete) یا بتن پاشیده، یکی از انواع بتن معمولی با روش بتن ریزی متفاوت است. این نوع بتن معمولا به همراه مشهای فولادی برای پایدارسازی دیوارههای گود یا حفریات زیرزمینی مورد استفاده قرار میگیرد. البته در سالهای اخیر، استفاده از بتن الیافی برای اجرای شاتکریت، گسترش بیشتری پیدا کرده است.
اجرای سازه نگهبان به روش شاتکریت چگونه انجام میشود؟
اجرای شاتکریت معمولا مطابق با مراحل زیر انجام میشود:
- تمیزگاری دیوارههای گود
- جانمایی و فیکس کردن مشهای فولادی
- اعمال شاتکریت توسط نازل و با کمک فشار هوا بر روی دیواره و مش به صورت یکنواخت با ضخامت مشخص شده در طراحی
مزایای شاتکریت چه هستند؟
از مزیتهای شاتکریت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت اجرای بالا (تراکم همزمان) و نیاز به آمادهسازی کم
- هزینه پایین
- اجرای راحت بر روی سطوح نامنظم
- توزیع مناسب تنش بر روی سطح و افزایش ظرفیت باربری
- افزایش مقاومت دیوارهها در برابر فرسایش
معایب شاتکریت چه هستند؟
محدودیتهای شاتکریت عبارت هستند از:
- امکان شسته شدن سیمان هنگام بتن ریزی در هوای بارانی
- امکان جدا شدن مواد و اجرای نامناسب هنگام بتن ریزی در هوای طوفانی
- نیاز به نیروی کار ماهر و متخصص
- امکان رخ دادن ریزشهای شدیدتر نسبت به عدم استفاده از شاتکریت (در صورت اجرای نامناسب)
عوامل موثر بر انتخاب سازه نگهبان چه هستند؟
نوع و میزان سازههای نگهبان به پارامترهایی نظیر پایداری و زاویه شیب طبیعی (پارامترهای مکانیک خاک)، نزدیکی گود به سازههای مجاور (جاده، تاسیسات، ساختمان)، سطح آب زیرزمینی، نوع خاک، عمق گودبرداری، زمان خودنگهداری دیوارههای گود، فصل اجرا و شرایط جوی بستگی دارد.
عمق اجرای سازه نگهبان چقدر است؟
امکان ریزش دیواره و آسیب به افراد در گودبرداریهای کم عمق نیز وجود دارد. طبق یک قاون سر انگشتی، اگر عمق گود از ۱.۲ متر بیشتر شود، اجرای سازه نگهبان الزامی خواهد بود. البته این قانون برای خاکهای معمولی و بدون در نظر گرفتن شرایط بحرانی است. در صورتی که شرایط خاک نامساعد بوده و یا میزان بارهای اعمال شده بر روی آن زیاد باشد، احتمال ریزش دیوارههای گود با عمق کمتر از ۱.۲ متر نیز وجود دارد. این مسئله میتواند باعث آسیب به کارکنان درون گود شود.
طراحی سازه نگهبان چگونه انجام میشود؟
طراحی سازههای نگهبان مطابق با دستورالعملها و استانداردهای مختلف نظیر مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان و با استفاده از روش تنش مجاز یا حالات حدی انجام میگیرد.
حالت حدی سازه نگهبان چیست؟
حالت حدی سازه نگهبان، معیاری برای تعیین نوع شکست احتمالی خاک پس از گودبرداری و اجرای سازه نگهبان است. سازههای نگهبان مختلف، عملکرد متفاوتی را در برابر حالتهای مختلف شکست از خود به نمایش میگذارند. به همین دلیل، طراحی این سازهها متناسب با حالتهای حدی انجام میگیرد. به عنوان مثال، در طراحی دیوارهای وزنی باید حالتهای زیر را مد نظر قرار داد:
- لغزش
- واژگونی
- ظرفیت باربری پی زیر دیوار
- پایداری کلی دیوار
- خمش و برش سازههای دیوار
- نشست
برای طراحی دیوارهای سپرگونه، حالتهای بیشتری در نظر گرفته میشوند. تصویر زیر برخی از این حالتها را نمایش میدهد.
- برای طراحی دیوارهای مهار شده از پشت، تمام حالتهای حدی بالا مورد بررسی قرار میگیرند.
- در صورتی که دیوار سپرگونه از نوع مهار نشده باشد، باید تمام حالتهای حدی شماره ۴ تا ۱۰ را برای آن در نظر گرفت.
- در دیوارهای مهار شده از جلو (مایل یا متقابل)، علاوه بر موارد بالا باید کمانش مهارها، بالا آمدگی کف گود و جوشش ماسه در کف گود را نیز مورد بررسی قرار داد.
در طراحی خاک مسلح، باید حالتهای حدی نمایش داده شده در تصویر زیر را کنترل کرد.
فشار خاک در طراحی سازه نگهبان
فشار خاک، از مهمترین پارامترهای طراحی سازههای نگهبان است. در محاسبه مقادیر و جهت این فشار، پارامترهای زیر در نظر گرفته میشوند:
- سربار روی سطح و شیب زمین
- زاویه دیوار نسبت به خط قائم
- سفرههای آب و نیروهای آب نشتی در زمین (تاثیر تنش موثر)
- مقدار و جهت حرکت دیوار نسبت به خاک
- تعادل افقی و قائم برای کل سازه نگهبان
- مقاومت برشی و وزن مخصوص خاک
- زبری دیوار
