ایستاسازه
En Ar

خانه - آموزش - سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)

سازه نگهبان سازه ‌ای می باشد که به منظور پایدارسازی دیواره‌ های محل گودبرداری و جلوگیری از پیامدهای ریزش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. سازه نگهبان (Retaining Structure یا Excavation Support)، مجموعه ‌ای از اعضای دائم و یا موقتی است که به منظور پایدارسازی خاک یا سنگ اطراف گودبرداری‌ها استفاده می شود. در بسیاری از موارد، سازه نگهبان با عنوان سازه نگهبان دیوار حائل (Retaining Wall) نیز شناخته می‌شود. با این وجود، دیوار حائل، فقط یکی از سازه‌‌های نگهبان های مورد استفاده برای نگهداری خاک و مقابله با فشار جانبی اعمال شده بر روی آن است. سازه‌ نگهبان ها دارای انواع مختلفی مانند سازه نگهبان خرپایی ، سازه نگهبان انکراژ، سازه نگهبان نیلینگ و … می باشند. طراحی و اجرای سازه‌های نگهبان، از فعالیت‌های بسیار مهم در ساخت انواع ساختمان (مسکونی، تجاری، عمومی)، سد، پل، راه (خاکریز)، کانال، تونل و غیره به شمار می‌رود.

سازه نگهبان خرپایی و اجزای اصلی آن در پروژه¬های سعادت آباد، جنت آباد و نیاوران شرکت ایستاسازه
سازه خرپایی و اجزای اصلی آن در پروژه های سعادت آباد، جنت آباد و نیاوران شرکت ایستاسازه

اهمیت سازه نگهبان

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 آسیب ‌دیدگی افراد، تخریب ساختمان ‌های مجاور، آسیب به لوله‌کشی‌ها و … افزایش می ‌یابد. این مسئله می‌تواند هزینه‌ های مالی و جانی زیادی را همراه داشته باشد. در خاکریز جاده‌ ها، اهمیت سازه‌های نگهبان در جلوگیری از ریزش خاک به درون جاده و رانش جاده به سطوح پایین‌ تر است. در گودبرداری و اجرای فونداسیون‌ها، این سازه ‌ها برای جلوگیری از ریزش، نشست خاک و تخریب سازه‌ های اطراف اهمیت پیدا می‌کنند. در هر صورت، اجرای سازه‌ نگهبان، بخش جدایی ‌ناپذیر عملیات‌ گودبرداری است.

سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از روش‌های متداول گودبرداری در مناطق شهری جهت گودهای با عمق متوسط است. در این روش نیمرخ ­های فولادی، در فواصل معین به دیواره گود، تکیه داده می­ شود. اعضای مایل با تحمل فشار جانبی ناشی از سربار خاک و انتقال آن به زمین، مانع از ریزش دیواره گود می­ شود.

طراحی سازه نگهبان خرپایی

با توجه به عدم نیاز به اجازه از همسایه ­های مجاور، گاهی اوقات روش خرپایی مناسب‌تر، ساده ­تر، اجرایی ­تر و اقتصادی ­تر از سایر روش‌های پایدارسازی می ­باشد.

برای طراحی سازه‌های نگهبان خرپایی، کتاب های زیادی نگارش شده است. برای سادگی کار طراحی، جدول هایی، تنظیم شده است. با توجه به شرایط خاک و گودبرداری، مقاطع مورد نیاز سازه‌های نگهبان خرپایی و سایر اجزا، از این جدول ها قابل استخراج است.

یکی از بهترین منابع، برای طراحی سازه نگهبان خرپایی، کتابی است که دفتر امور مقررات ملی ساختمان منتشر کرده است.

اعضای اصلی خرپا شامل:

  • عضو قائم
  • عضو مایل
  • ریشه عضو قائم
  • پی عوض مایل
  • اعضای افقی ومایل خرپا
    می باشد
نمونه جدول طراحی سازه نگهبان خرپا - ایستاسازه
نمونه جدول طراحی روش خرپا

مبانی طراحی روش سازه نگهبان خرپایی

جهت طراحی سازه نگهبان خرپایی دو روش وجود دارد:

1) طراحی سازه نگهبان خرپایی با استفاده از جدول­هایی که با توجه به:

  • مشخصات خاک: چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی
  • عمق گودبرداری
  • سربار
  • فواصل سازه نگهبان

مقاطع اعضای قائم، مورب، اعضای خرپایی، طول شمع، ابعاد پی و بقیه جزئیات اجرای سازه نگهبان خرپا را ارائه می­ دهد.

طراحی سازه نگهبان خرپایی پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه با استفاده از نرم افزار Plaxis 2D
طراحی سازه نگهبان خرپایی پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه با استفاده از نرم افزار Plaxis 2D

2) طراحی سازه‌های نگهبان خرپایی با استفاده از نرم افزارهای اجزای محدود مثل Plaxis دو بعدی و سه بعدی که معمولاً به نتایج سبک تری می­­ رسد.

در این روش، با توجه به سختی خمشی و محوری اعضای عمودی، مایل و خرپایی شبیه سازی انجام می­ گردد و تغییرشکل عوارض مجاور گود محاسبه می ­گردد.

طراحی سازه نگهبان خرپایی با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D
طراحی سازه‌های نگهبان خرپایی با استفاده از نرم افزار Plaxis 3D

   

روش اجرای سازه نگهبان خرپایی

مراحل تفصیلی اجرای سازه نگهبان خرپایی
مراحل تفصیلی اجرای سازه خرپایی

1.حفر چاه اعضای قائم

همانند اجرای شمع فلزی در روش­ های میخ­کوبی (نیلینگ) و مهارگذاری (انکراژ)،همچنین در روش سازه نگهبان خرپایی، می­ بایست حفر چاه اعضای قائم، قبل از شروع خاکبرداری، انجام گردد. جانمایی این چاه­ها به وسیله نقشه ­برداری و با توجه به نقشه­ های اجرایی انجام می­ گردد.

جهت بتن ­ریزی ریشه اعضای قائم، کف این چاه­ها از تراز کف شالوده پایین­ تر می­ باشد.

حفر چاه، اجرای عضو قائم و بتن ریزی چاه پروژه نیاوران شرکت ایستاسازه
حفر چاه، اجرای عضو قائم و بتن ریزی چاه پروژه نیاوران شرکت ایستاسازه

2.اجرای اعضای عمودی سازه نگهبان خرپایی

غالباً مقطع اعضای قائم به صورت زوج نیمرخ IPE یا نبشی می­باشد. اعضای قائم را به صورت عمودی در چاه قرار داده و به طور کامل به دیوار می­چسبانند و سپس ریشه شمع فلزی بتن ­ریزی می­گردد.

ریشه شمع فلزی حدود 25 درصد عمق گود بوده و قطر چاه­ها حدود 80 تا 100 سانتیمتر می­باشد.

جهت گیرداری بهتر عضو قائم در بتن ریشه، قطعات نبشی یا ناودانی را به عنوان برش­گیر به عضو قائم جوش می­ دهند.

همان­طور که شمع­های فلزی در روش­های میخ­کوبی، مهارگذاری، مهار متقابل و … می­ بایست به طور کامل به دیواره گود تکیه داده شوند، جهت عملکرد مناسب سازه نگهبان خرپایی نیز عضو قائم باید کاملاً چسبیده به دیوار باشد تا تغییرشکل­ها به حداقل برسد. جهت چسبیدن کامل عضو قائم، پشت آن با مصالح مناسبی که حداقل مقاومت فشاری خاک آن قسمت را دارا باشد، پر می­ شود تا هیچ گونه فضای خالی بین عضو قائم و دیوار باقی نماند.

حفر چاه، آماده سازی عضو قائم، نصب عضو قائم و بتن ریزی چاه
حفر چاه، آماده سازی عضو قائم، نصب عضو قائم و بتن ریزی چاه

حفر چاه، آماده سازی عضو قائم، نصب عضو قائم و بتن­ ریزی چاه

اجرای اعضای مایل پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه
اجرای اعضای مایل پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه

3.اجرای اعضای مایل سازه نگهبان خرپایی

بعد از اجرای اعضای قائم سازه نگهبان خرپایی، می ­بایست اعضای مایل اجرا گردد.

ولی با توجه به وجود خاک، امکان اجرای اعضای مایل نمی­ باشد. بنابراین ابتدا جلوی اعضای عمودی به صورت شیب پایدار خاکبرداری می­ گردد و سپس اعضای مایل نصب می­ گردد.

اعضای مایل در بالا به اعضای قائم جوش می­گردند و در پایین توسط صفحه ستون روی شالوده قرار داده می­ شوند.

جهت یکپارچگی عملکرد سازه نگهبان خرپایی، اعضای مایل به وسیله شناژ با یکدیگر متصل می­ گردند.

قالب بندی و بتن ریزی پی عضو مایل و نصب عضو مایل
قالب بندی و بتن ریزی پی عضو مایل و نصب عضو مایل

قالب بندی و بتن ­ریزی پی عضو مایل و نصب عضو مایل

اجرای اعضای افقی و مورب خرپایی در پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه
اجرای اعضای افقی و مورب خرپایی در پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه

4.تکمیل سازه نگهبان خرپایی و اجرای شبکه فولادی (مش) و بتن پاشی (شاتکریت)

بعد از اجرای اعضای قائم و مایل، نوبت به تکمیل سازه نگهبان می­ رسد.

در این مرحله اعضای افقی و مورب خرپایی به اعضای قائم و مایل اصلی جوش داده می­ شوند.

بعد از نصب اعضای افقی و مورب خرپایی، عملیات خاکبرداری به صورت مرحله­ای انجام می­ گردد و شبکه فولادی (مش) و بتن پاشی (شاتکریت) انجام می­ گردد.

نصب اعضای افقی و مورب خرپایی
نصب اعضای افقی و مورب خرپایی

نصب اعضای افقی و مورب خرپایی

اتصال خرپاهای مجاور در پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه
اتصال خرپاهای مجاور در پروژه جنت آباد شرکت ایستاسازه

5.اتصال سازه نگهبان­ های خرپایی به یکدیگر توسط اعضای مهاربندی

در انتهای اجرای سازه نگهبان، جهت:

  • عملکرد مناسب و یکنواخت خرپاها
  • جهت جلوگیری از کمانش خارج از صفحه خرپاها

خرپاهای مجاور توسط اعضای مهاربندی به یکدیگر متصل می­ گردند.

اعضای مهاربندی در اسرع وقت و با پیشرفت عملیات خاکبرداری پس از نصب اعضای قائم و مایل می­ بایست اجرا گردد.

مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی

مراحل اجرای سازه خرپایی

نمای 3 بعدی اجرای سازه‌نگهبان خرپایی

ترکیب روش خرپایی و میخ کوبی
ترکیب روش خرپایی و میخ کوبی

مشکل اصلی در اجرای سازه نگهبان خرپایی

مهم ترین مشکل این است: بسیاری از سازندگان تجربی، اجرای سازه‌های نگهبان خرپایی را خرج اضافه می دانند. در پروژه های کوچک، به کارگیری مهندس مجری اجباری نیست. اکثر حوادثی هم که در گودبرداری ها اتفاق می افتد مربوط به همین ساخت و ساز های کوچک است. حال این مهندس ناظر است که باید بر سر اجرای درست سازه نگهبان خرپایی با سازنده سر و کله بزند. اکثر اوقات هم، نتیجه، خیلی رضایت بخش نخواهد بود.

گاهی اوقات در پایدارسازی گودها با توجه به شرایط:

  • اجازه و عدم اجازه سازه‌­های مجاور
  • لایه­ بندی خاک
  • تغییر عرض قسمت­های مختلف گود
  • اختلاف ارتفاع عمق گود در دیواره­ ها
  • سربار گود

روش‌­های پایدارسازی (سازه نگهبان خرپایی، سازه نگهبان انکراژ، سازه نگهبان نیلنگ، تاپ دان، سپرکوبی، سولجرپایل، دیوار دیافراگمی و …) ترکیب می ­گردند.

سازه نگهبان نیلینگ:

میخ کوبی دیواره ها یا سازه نگهبان نیلینگ به معنای تسلیح برجای توده خاک موجود با نصب میلگرد های فولادی (Nails) در فواصل نزدیک به هم در یک سطح شیبدار و یا در محل گودبرداری به صورت قائم و با اجرای از بالا به پایین (Top Down Construction) می باشد.

در روش سازه نگهبان نیلینگ میلگردها معمولا داخل گمانه هایی در دیواره خاکی قرار می گیرند که به منظور جلوگیری از خوردگی میلگردها و انتقال مناسب تر نیروها بین خاک و میلگرد توسط دوغاب سیمان پر می شوند. روش سازه نگهبان نیلینگ یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارد.

سازه نگهبان انکراژ:

اصول اجرای روش مهارگذاری یا سازه‌نگهبان انکراژ مشابهت های فراوانی با روش سازه نگهبان نیلینگ (میخکوبی) دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می باشد. گام های اجرایی مشابه روش میخکوبی و شامل خاکبرداری مقطعی، حفاری گمانه ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان (در بخشی از طول گمانه)، بتن پاشی و نصب صفحه سر نیل و مهره می باشد. پس از گذشت مدت زمان مناسب جهت عمل آوری دوغاب سیمان، با نصب پایه جک، جک کششی و نیروسنج، نیروی پس تنیدگی تا مقدار مورد نظر طراحی به میلگرد تسلیح و دوغاب اطراف آن اعمال می شود.

علل ترکیب روش های مختلف سازه نگهبان
علل استفاده از ترکیب روش های مختلف

مزایای روش سازه نگهبان خرپایی

  • مناسب برای گودهای کم عمق و دارای عمق متوسط در مناطق شهری
  • عدم نیاز به اجازه همسایه­ ها
  • قابلیت انعطاف زیاد از نظر اجرا در شرایط مختلف
  • امکان بازیافت بخشی از مصالح خرپا
  • سهولت اجرا و عدم نیاز به دستگاه­های خاص
  • عدم ورود به زمین­های مجاور
  • قابلیت انطباق با روش­های زهکشی
  • سرعت اجرای نسبتاً بالا
  • قابلیت اجرا در پروژه ­های با هندسه نامنظم
مزایای روش سازه نگهبان خرپایی نسبت به سایر
مزایای روش خرپایی نسبت به سایر روشهای پایدارسازی

معایب روش سازه نگهبان خرپایی

  • محدودیت استفاده در گودهای عمیق
  • اشغال فضای داخل گود و صعوبت خاکبرداری و اجرای سازه اصلی
  • صعوبت اجرا و افت کیفیت سیستم آب­ بندی
  • عدم امکان استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری
  • احتمال ضرورت برداشت بخشی از خاک با روش­های دستی
  • صعوبت اجرا و تداخل خرپاها در کنج ­های مقعر
  • سادگی ظاهری در طرح و روش ساخت و ورود افراد کاملا غیر حرفه­ ای در این حوزه
معایب روش سازه نگهبان خرپایی نسبت به سایر
معایب روش سازه نگهبان‌خرپایی نسبت به سایر روشهای پایدارسازی

روش اجرای سازه نگهبان خرپایی (همراه با انیمیشن)

 (Truss Retaining Structure)

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)

یکی از مسائل پیش رو در رشته مهندسی عمران، ارزیابی [...]


بیشتر بخوانید

اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)

عملیات بهسازی خاک یکی از رایج ترین و مقرون به [...]


بیشتر بخوانید

مقایسه انکراژ تزریقی با انکر های مارپیچ (Injectable anchorage and helical anchorage)

امروزه پایدارسازی گودهای ساختمانی یکی از مهمترین مراحل اجرای یک [...]


بیشتر بخوانید

استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)

امروزه اهمیت فعالیت­ های ژئوتکنیکی در پروژه های عمرانی بر [...]


بیشتر بخوانید