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 گودبرداری ها 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.
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 سازه نگهبان 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 سازه های 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
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.
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.
روش اجرای سازه نگهبان 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.
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.
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.
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.
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.
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
روش های 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.
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
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
انیمیشن روش اجرای سازه نگهبان خرپایی
(Truss Retaining Structure)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- اسکلت فلزی یا سازه فولادی (Steel Structure)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- سوله چیست ؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- آیین نامه ی 2800 ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
مطالب مرتبط :
- آیین نامه های FHWA
- STenGulf , Single Sided Wall
- alamy , Retaining walls
