سازه نگهبان
اجرای سازه نگهبان، از جمله اقدامات اولیه در ساخت، خاک برداری و گودبرداری محسوب می شود.به منظور احداث زیر زمین، کانال، منبع آب و …و همینطور سایر پروژه‌های ساختمانی می بایست که جدارههای زمین به صورت قائم یا نزدیک به قائم خاکبرداری شود. فشار جانبی وارد بر این جداره‌ها ناشی از رانش خاک بر اثر وزن خود و نیز سربارهای احتمالی روی خاک کنار گود نظیر خاک بالاتر از تراز افقی لبه‌ی گود، ساختمان مجاور، بارهای ناشی از بهره‌برداری از معابر مجاور و …. می‌باشد.
به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این خاکبرداری، افزایش مقاومت دیواره‌های گود و جلوگیری از گسیختگی آنها، جلوگیری از رانش خاک و ايجاد ايستادگي و پايداري لازم در مقابل تمامی حركات افقي دیواره‌های گود و مهار ، سازه‌های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می‌کنند که به آن سازه نگهبان می گویند.
سازه نگهبان که از نظر عملکرد به 5 گروه زیر تقسیم میشوند.
دیوار وزنی. این سازه های به دیوارهای وزنی و نیمه وزنی، پشت بند دار و طره ای تقسیم میشوند،
دیوار سپرگونه، این گروه شامل مسلح کردن با سپرها و شمع های ردیفی هستند،
دیوار زیرزمین شامل دیوارهای مستقل و متصل است،
خاک مسلح ، مسلح کردن با تسمه فلزی، ورق پلیمری، سازه های پارچه گونه در این دسته قراردارند،
میل مهاری و میخکوبی.
انواع روشهای پایدار سازی گود
پایدارسازی جداره های گودبرداری به روشهای مختلفی صورت می گیرد که از جمله آنها به روشهای زیر اشاره نمود:
- جدارههای مهاربندی شده توسط المان‌های افقی و مایل (Braced wall using wale struts)
- جدارههای مهاربندی شده توسط المان‌های كششی (Soldier beam& lagging)
- جدارههای مهاربندی شده توسط سپر كوبی (Braced sheet pile)
- جدارههای مهاربندی شده توسط شمع‌های درجا (Bored pile walls)
- جدارههای مهار بندی شده توسط دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall)
- جدارههای مهاربندی شده توسط نیلینگ (Soil nailing)
- جدارههای مهاربندی شده توسط انكراژ (Anchorage)
- جدارههای مهاربندی شده توسط دوخت به پشت – پین گذاری (Tie back)
- جدارههای مهاربندی شده توسط میكروپایل (Micro pile)
- جدارههای مهاربندی شده توسط خرپا (Truss – Raker)
- شیبدار كردن (Sloping)
مهار بندی جداره‌ها توسط المان‌های افقی و مایل
این روش ساده برای نگهداری و حفاظت جدارههای حاصل از گودبرداری و برای جلوگیری از تغییر مكان‌های جانبی در گودهایی با عرض كم در محیطهای شهری استفاده میشود. از معایب این روش اتلاف قابل توجهی از فضای كاری داخل گود و محدودیت در به كارگیری ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز و همچنین افزایش ریسك برخورد با المان‌ها و به مخاطره انداختن آنها است.
این روش به طور کلی شامل سه جزء عمودی، مایل و افقی است. جزء افقی به موازات عرض گود و جزء قائم هم به موازات عمق یا دیواره‌های گود است. جزء مایل هم به منظور ایجاد مقاومت بیشتر در پایدارسازی مورد استفاده قرار میگیرد.
مهاربندی توسط المان‌های كششی
از این روش به عنوان روش متداول در پایدار سازی موقت گود در مناطق شهری و قبل از شروع عملیات گودبرداری استفاده میشود. در این روش پروفیل‌های فولادی به صورت ستونهای پیوسته به درون خاك فرو برده، عمق فرورفتگی تا عمق كف گود خواهد بود. فاصله بین المان‌ها بین ۲ الی ۴ متر بوده به طوری كه بتوان فضای بین آنها را با الوارهای چوبی (لارده چینی) پر نمود. بعد از قرار دادن همه شمع‌ها، عملیات گودبرداری شروع میشود. بعد از هر مرحله پیشرفت و بیرون آمدن مقداری از شمع‌ها از خاک، پنل‌های چوبی، بتنی و یا فلزی را مابین ستونهای عمودی قرار می‌دهند تا از ریزش خاک به داخل گود جلوگیری کنند. در این روش از مهارهای كششی به منظور حفاظت جانبی گود استفاده میشود و اتصال بین ستون‌ها توسط میل مهارها جوشكاری میشود.
مهاربندی توسط سپر کوبی
این سازه نگهبان اغلب به دلیل جلوگیری از رانش خاک، جلوگیری از نفوذ آب به محل انجام عملیات و به منظور مهار دیواره‌های محل گودبرداری اجرا میشود. در این روش صفحه فلزی داخل خاك و جداره گود توسط بیل‌های مجهز به چکش هیدرولیکی یا پنوماتیك و با استفاده از لرزش كوبیده میشوند و با انواع اتصالات بین خود به یكدیگر متصل شده و یك جداره پیوسته را تشكیل می‌دهند. از مزایای این روش راحتی در كوبیدن، نصب و بیرون كشیدن صفحات فلزی بوده و مصالح آن مجدداً قابل استفاده در پروژه‌های دیگر است. در کانالهای با عرض کم و طول زیاد بهترین گزینه می باشد. همچنین در این روش به المان‌های افقی و مایل كمتری نیاز است. بنابراین محدودیت‌های اشغال فضای داخل گود كمتر وجود دارد. از جمله معایب این روش وابستگی به نصب سپرهای فلزی است كه در محیطهای شهری به دلیل وجود تاسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از كوبش سپرها محدودیت‌هایی را به وجود می‌آورد. همچنین كوبیدن سپرها در زمین‌های سنگی یا خاك‌های بسیار متراكم به سختی انجام پذیر است و در زمین‌های با شرایط مذكور با محدودیت مواجه میشود. از طرفی هم اجرای این روش به ماشین‌آلات خاص و دانش فنی بالا نیاز دارد و همین موضوع نیز می‌تواند هزینه اجرایی را افزایش دهد.
بیشترین کاربرد این روش نیز در دریچه‌های دریایی، حوضچه خشک، دیوار حائل، پایدارسازی دائم خاکریز رودخانه‌ها، پایدارسازی دائم کانال‌ها، پایدارسازی دائم سازه‌های آبی، نهرهای زهکشی، می باشد.
مهار بندی توسط شمع‌های درجا
یكی از روشهای متداول پایداری و حفاظت جداره‌ها با شرایط متنوع اعم از زمین سخت و سست و نرم استفاده از شمع‌های درجا است و در برخی موارد علاوه بر ایفای نقش حفاظت جانبی نقش آب بندی را نیز انجام می‌دهد و همواره در صورت نیاز بار قائم نیز تحمل می‌كند.
مهار بندی جداره‌ها توسط شمع‌های درجا در موارد زیر به عنوان گزینه برتر برای سیستم‌های حفاظت جانبی گود مطرح است:
- امكان اجرای سپر فولادی (كوبیدن و نصب) وجود ندارد و یا سختی و تراكم زمین بیش از حد توان سپر كوبی و با دشواری زیادی مواجه است.
- به دلیل وجود آب‌های زیرزمینی و بالا بودن سطح آن نیاز به آب بند بودن جداره است.
- امكان ایجاد مهارهای جانبی (كششی) در زیر ساختمان‌های مجاور ناشی از گودبرداری وجود ندارد یا در تلاقی با تاسیسات زیر بنایی شهری و مستحدثات زیرزمینی (تونل) باشد.
- امكان استفاده از سیستم حفاظت گود به عنوان بخشی از سازه اصلی و باربری وجود داشته باشد.
مهار بندی توسط دیوار دیافراگمی
یكی دیگر از روشهای محافظت از جداره گود احداث دیوار دیافراگمی و یا دیوار دوغابی است. در این روش ابتدا توسط دستگاه‌های گراب متناسب با شرایط زمین حفاری قسمتی از دیوار انجام میشود و همزمان با حفاری جهت پایداری جداره دیواره حفاری شده و جلوگیری از ریزش‌های موضعی از دوغاب بنتونیت استفاده میشود. تشكیل كیك بنتونیت در داخل دیواره حفاری شده و نفوذ در لایه‌های دانه‌ای جداره باعث میشود جداره همواره پایدار بماند و بلافاصله پس از رسیدن به عمق مورد نظر، آرماتور گذاری شده و در نهایت بتن ریزی میشود.
این روش در زیر هسته سدهای خاكی نیز كاربرد بسیار دارد و از هرگونه نشتی جلوگیری می‌نماید. استفاده از این تكنیك در مناطق شهری نیز با محدودیت‌های نظیر استفاده از روش مهار بندی افقی و مایل و المان‌های كششی دارا هستند. سرعت اجرا و ایمنی این سازه نگهبان بسیار خوب است اما اجرای آن به نیروهایی با دانش فنی بالا نیاز دارد.
جدارههای مهاربندی شده توسط نیلینگ
این روش به دلیل سرعت بالا در اجرا و هزینه کم، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تئوری استفاده از روش نیلینگ بر مبنای مسلح كردن و مقاوم نمودن توده خاك با استفاده از دوختن توده خاك توسط مهارهای كششی فولادی با فواصل نزدیك به یكدیگر است. استفاده از این روش موجب افزایش مقاومت برشی توده خاك، محدود نمودن و تحت كنترل در آوردن تغییر مكان‌های خاك در اثر افزایش مقاومت برشی در سطح لغزش، افزایش نیروی قائم و همچنین باعث كاهش نیروی لغزش در سطح گسیختگی و لغزشی میشود. باید توجه داشت تمامی سطوح ترانشه‌های حفاری شده كه توسط نیلینگ بایستی مسلح شوند با استفاده از شبكه مش و شاتكریت ابتدا حفاظت شده و سپس سیستم نیلینگ روی آنها اجرا میشوند. از این رو استفاده از این روش در موقعیت‌هایی که حساسیت به تغییر مکان‌های ناشی از گودبرداری بالا بوده و یا در مجاورت سازه‌های حساس، قدیمی و فرسوده واقع هستند، یا شامل خاک‌های نرم و متوسط به لحاظ سختی و مقاومت هستند، بطور کلی توصیه نمی‌گردد.
برای اجرای این سازه نگهبان ابتدا 1 تا 2 متر خاکبرداری صورت میگیرد سپس سوراخ‌هایی با قطرهای 5 تا 10 سانتی‌متر در دیواره‌های گود به صورت افقی و مایل اجرا میشود.
در مرحله بعد داخل سوراخ‌های مایل یا افقی، میلگردهایی قرار داده میشود و سپس داخل آنها با بتن پر میشود. بعد از اتمام بتن ریزی در تمامی سوراخ‌ها، دیواره‌های مورد نظر را با یک شبکه فولادی می‌پوشانند و سپس با استفاده از روش بتن پاشی یک پوشش بتنی روی آن ایجاد می‌کنند. در آخر هم بعد از اتمام بتن پاشی، صفحاتی روی میلگردها بسته میشوند و به واسطه مهره این صفحات و میلگردها روی دیواره تثبیت میشوند.
جداره های مهاربندی شده توسط انکراژ
اصول اجرای روش انکراژ مشابهت‌های فراوانی با روش نیلینگ دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می‌باشد.
در این روش در حاشیه زمینی كه قرار است گودبرداری شود در فواصل معین چاه‌هایی حفر میشود. عمق چاه‌ها برابر عمق گود به علاوه مقداری اضافه برای شمع بتنی انتهای تحتانی چاه‌ها است. درون چاه‌ها پروفیل‌های I شکل و H شکل حدود ۳۰ درصد پایین‌تر از كف گود قرار داده شده و در انتهای پروفیل‌ها شاخك‌هایی در نظر گرفته میشود. برای جلوگیری از ریزش با دستگاه حفاری در بدنه چاهك‌های افقی یا مایل به قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر زده و درون آنها آرماتور به طول ۵ تا ۱۰ متر كار گذاشته و بتن تزریق میشود. از طرفی هم به منظور جلوگیری از گسیختگی خاک میان پروفیل‌ها از پروفیل‌های بتنی پیش ساخته، پروفیل‌های چوبی یا اجرای بتن درجا استفاده میشود البته می‌توان به جای استفاده از این پنل‌ها از روش آرماتور گذاری و بتن پاشی نیز بهره برد. در ادامه پس از اتمام مرحله اول گودبرداری، مراحل بعدی نیز به همین منوال ادامه می‌یابند. لازم بذکر است در بعضی از موارد عملیات حفر چاه وچود نداشته و پروفیل حائل فولادی پس از اتمام عملیات مقطعی خاکبرداری، حفاری و نصب المان تسلیح در محل مربوطه میشود.
جدارههای مهاربندی شده توسط دوخت به پشت – پین گذاری
سازه نگهبان دوخت به پشت نقش مهمی در اصلاح و بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک ایفا می‌کند و به همین دلیل میزان رانش و گسیختگی آن را کاهش می‌دهد. از طرفی هم به دلیل ضخامت کمی که دارد، اجرای آن در بسیاری از پروژه‌ها نسبت به اجرای سایر انواع سازه نگهبان در اولویت است.
این سازه نگهبان دارای شباهت بسیار زیاد با روش مهارسازی انكراژ است كه طی مراحل زیر اجرا میشود:
- در ابتدا عملیات گودبرداری اجرا میشود (عمق گودبرداری در هر مرحله، بستگی به نوع خاک و فاصله ی بین چاهکها دارد و معمولاً در حدود ۲ تا ۳ متر است.)
- حفر چاهك‌های افقی و مایل در دیواره گود با قطر 10 تا 15 سانتی‌متر
- قرار دادن كابل‌های پیش تنیدگی در چاهك
- تزریق بتن در انتهای چاهك
- كشیدن و مهار كابل‌ها در سطح جداره گود
- تزریق بتن در طول كل چاهك
- آزاد كردن كابل‌ها پس از سخت شدن كامل بتن
- در مرحله بعد، کل دیواره‌های گود، آرماتوربندی و سپس بتن پاشی میشوند
پایدارسازی به روش دوخت به پشت با حفار افقی و تزریق همراه است، لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از این روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.اجرای این روش می‌تواند زمان‌بر باشد و به دستگاه‌های خاص و دانش فنی بالای افراد نیاز دارد.
جدارههای مهاربندی شده توسط میكروپایل یا ریزشمع
در شرایطی كه میكروپایل‌ها با هدف تحكیم و بهسازی بستر پی سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، محاسبات فنی میكروپایل مشابه با محاسبه شمع‌های متداول است. این محاسبات مبتنی بر سه بخش طرح سازه‌ای ، طرح ژئوتكنیك و كنترل برش پانچ است. میكروپایل از یك سو با دارا بودن عناصر تسلیح مشتمل بر جدار ضخیم فولادی و آرماتور تسلیح، قابلیت انتقال و پخش بار به لایه‌های مقاوم زیرین و نیز كنترل نشست به دلیل سختی بالای فولاد و تسلیح عمقی خاك را دارد و از سوی دیگر به دلیل تزریق دوغاب سیمان، مشخصات مكانیكی خاك نظیر سختی، تراكم پذیری، ظرفیت باربری، ضریب اصطكاك و چسبندگی و غیره را بهبود می‌بخشد. لذا میكروپایل در مقایسه با سایر روش‌ها مانند حفاری و تزریق، تثبیت خاك با سیمان و یا آهك، تراكم دینامیكی و غیره به دلیل عملكرد تركیبی (استفاده از عناصر باربر و اصلاح خاك) دارای برتری هستند.
روش اجرای این سازه نگهبان شامل چهار مرحله حفاری، لوله کوبی، تزریق و تسلیح است. امنیت بالا، امکان اجرا در زمین‌های سست، انعطاف پذیری بالا، سرعت بالای اجرا، هزینه‌های اجرایی کم و عدم نیاز به ماشین‌آلات سنگین ساختمانی از مزایای این سازه‌های نگهبان هستند.
جداره های مهاربندی شده توسط خرپا
این روش، یكی از مناسب‌ترین و متداول‌ترین روشهای اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است. و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد، و در عین حال قابلیت انعطاف زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف دارد.
برای اجرای این نوع سازه نگهبان ابتدا در محل عضوهای قائم خرپا كه در مجاورت دیواره گود قرار دارند، چاه‌هایی را حفر می‌كنیم.( عمق این چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه برای اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپا است). آنگاه درون شمع را آرماتوربندی كرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می‌دهیم و سپس شمع را بتن ریزی می‌كنیم. پس از سخت شدن بتن انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت. سپس خاك محصور بین اعضای قائم و افقی خرپاها را در سرتاسر امتداد دیواره به صورت مرحله به مرحله بر می‌داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا را به تدریج نصب می‌كنیم تا آنكه خرپا تكمیل شود.
سازه نگهبان خرپایی هیچ گونه فاصله ای با خاک نباید داشته باشد چراکه اگر فاصله ای بین خاک و سازه نگهبان خرپایی وجود داشته باشد باعث بی فایده بودن و عدم عملکرد این روش می شود. در صورتی که خاک در اثر بارندگی اشباع شود، عملا خاک جاری می شود و سازه نگهبان خرپایی ما عملا تاثیری قابل توجه در پایدارسازی گود نخواهد داشت.
سرعت اجرای این روش، در مقایسه با روش های پیشرفته تر نسبتاً کمتر است و بحث جاگیربودن خرپا نیز از موارد مهمی است که در انتخاب این رو موثر می باشد.
شیبدار کردن
عدم قرارگیری سیستم نگهداری موقت در درون زمین اصلی كه باعث كاهش مساحت زمین و یا دستپ و پا گیر شدن اجرای سازه اصلی میشود و همچنین سرعت اجرای بالا و هزینه كم از مزایای این روش است. این روش نیاز به فضای باز در اطراف زمین دارد لذا در زمین‌هایی كه فضای كاری محدودی دارند از این روش نمی‌توان استفاده نمود.
همانطور که در مطالب بالا دیدید انتخاب روش پایدارسازی گودبرداری با توجه به شرایط خاک و دیگر عوامل مهم انجام میگیرد. جهت مشاهده اصول گودبرداری ایمن میتوانید از این لینک استفاده کنید.