ایستاسازه
En Ar

خانه - آموزش - مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (سازه های نگهبان) – ویرایش آذرماه 1397

در مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (سازه های نگهبان)، در ژئوتکنیک و مهندسی پی، سازه های نگهبان به سازه هایی گفته می شود که براي نگهداری دائم یا موقت فشار جانبی خاك، مصالح مشابه یا آب به کار برده می شوند. این سازه ها شامل انواع سازه های نگهبان صلب و انعطاف پذیر هستند.

انواع سازه های نگهبان

سازه های نگهبان به دو گروه اصلی صلب و انعطاف پذیر تقسیم بندي می شوند.

  • سازه های نگهبان صلب

سازه های نگهبان صلب سازه هایی هستند که بر اثر فشار جانبی خاك حرکت صلب جابجایی یا چرخش در آنها اتفاق می افتد. دیوارهاي حائل وزنی، طره اي و پشت بند دار از انواع سازه هاي نگهبان صلب هستند.

  • سازه های نگهبان انعطاف پذیر

سازه های نگهبان انعطاف پذیر، سازه هایی هستند که بر اثر فشار جانبی خاك دچار تغییر شکل می شوند. سپري ها اعم از پشت بند دار، مهار شده یا بدون مهار و پشت بند، انواع خاك مسلح، میخکوبی (نیلینگ)، بلوك و مهار (انکراژشمع های فولادی یا بتنی پشت بند دار، مهار شده یا نشده، دیوار برلنی، شمع هاي فولادی مهار شده از جلو یا توسط خرپا و نظایر آن که از انواع سازه های نگهبان انعطاف پذیر هستند که به آنها دیوار هاي تثبیت شده مکانیکی نیز اطلاق می شود.

انواع سازه هاي نگهبان - شرکت عمرانی ایستا سازه
انواع سازه های نگهبان – مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان

پایداری انواع سازه های نگهبان

براي طراحی دیوارهای صلب باید حالت های حدی زیر کنترل شود:

  • مقابله با لغزش
  • مقابله با واژگونی
  • تأمین ظرفیت باربري پی زیر دیوار
  • بررسی پایداري کلی دیوار
  • کنترل سازه اي دیوار در برابر خمش و برش
  • کنترل نشست
حالت هاي حدي جهت طراحی دیوارهاي صلب - ایستا سازه
حالت های حدی جهت طراحی دیوارهاي صلب

حالت های حدی دیوارهای انعطاف پذیر

دیوار مهار شده از جلو می تواند با مهار هاي مایل یا متقابل باشد. در دیوار با مهار متقابل یا مایل، حالت های حدی علاوه بر موارد فوق باید:

  • کمانش مهارها
  • بالا آمدگی کف گود
  • جوشش ماسه در کف گود

نیز بررسی شود.

شبیه سازی دیوارهاي انعطاف پذیر مهارگذاری شده - شرکت مهندسی ایستا سازه
شبیه سازی دیوارهاي انعطاف پذیر مهارگذاری شده

حالت های حدی دیوارهای خاك مسلح

حالت هاي حدي دیوارهای میخکوبی شده

حالت هاي حدي دیوارهای انعطاف پذیر پشت بند دار

ملاحظات طراحی و ساخت

در طراحی سازه های نگهبان، نکات زیر، در مواردی که کاربرد دارد، باید مورد توجه قرار گیرد:

تمهیدات و اثرات ساخت دیوار شامل:

  • الزامات مربوط به نگهداري موقت خاك برجا
  • تغییرات در تنش هاي برجاي خاك و حرکت هاي ناشی از ساخت و نصب دیوار در زمین
  • دستخوردگی زمین بر اثر شمعکوبی یا گمانه زنی
  • الزامات مربوط به دسترسی ها براي عملیات ساخت
  • میزان آب بندي مورد نیاز براي دیوار تمام شده
  • عملی بودن ساخت دیوار براي رسیدن به لایه اي با تراوایی اندك و تشکیل یک دیوار آب بند و ارزیابی تعادل جریان آب زیرزمینی که به این ترتیب حاصل می شود.
  • عملی بودن ایجاد مهار هاي پشت بند در زمین مجاور
  • عملی بودن حفاري بین تیرك هاي دیوارهاي نگهبان
  • توان دیوار براي تحمل بار هاي قائم
  • انعطاف پذیري سازه اي دیوار براي جلوگیري از گسیختگی هاي ترد و واژگونی ناگهانی بدون تغییر شکل هاي مقدماتی
  • ایجاد امکان دسترسی براي تعمیر و نگهداري دیوار و هرگونه زهکشی مرتبط با آن
  • شکل ظاهري و دوام دیوار و مهاري ها
  • طراحی مقطعی به قدر کافی سخت براي سپرکوبی ها به منظور رسیدن به عمق نفوذ پیش بینی شده بدون از دست رفتن اتصال سپرها به یکدیگر
  • پایداري گمانه ها یا جداره ترانشه ها در حالت روباز
  • توجه به نوع مصالح قابل دسترس و وسایل مورد نیاز براي کوبیدن خاکریزي هاي پشت دیوار و در مجاورت دیوار

در طراحی سازه های نگهبان، وضعیت طرح باید به شرح زیر مدنظر قرار گیرد:

  • تغییرات در خواص خاك در طول زمان و با توجه به شرایط محل
  • تغییرات در سطوح آب و فشار آب حفره اي در طول زمان
  • تغییرات در بارگذاري ها و چگونگی ترکیب آنها
  • حفاري، آبشستگی یا فرسایش در جلوي سازه نگهبان و منظور کردن فعالیت هاي احتمالی انسانی که منجر به برداشتن خاك در جلوي سازه نگهبان می گردد
  • خاکریزي در پشت سازه نگهبان
  • تأثیر سازه ها و سرباره هاي آتی، در صورت پیش بینی حرکات زمین بر اثر نشست و آماس

در مواردي که ایمنی و قابلیت بهره برداري طرح بستگی به عملکرد موفقیت آمیز زهکشی دارد، پیامد عدم کارآیی آن باید با توجه به صدمات جانی و هزینه هاي تعمیرات، مورد بررسی قرار گیرد. در این موارد یک یا ترکیبی از اقدامات زیر باید به کار گرفته شود:

  • یک برنامه تعمیر و نگهداري براي شبکه زهکشی باید مشخص شده و در جریان طراحی تدابیر لازم براي دسترسی هاي لازم پیش بینی شود. در این رابطه ایجاد فیلتر مناسب زهکشی ها و تعمیر و نگهداري آنها با استفاده از تزریق آب با فشار بالا می تواند کارساز باشد.
  • با استفاده از تجربیات مشابه و ارزیابی آبی که ظاهر خواهد شد نشان داده شود که شبکه زهکشی، بدون تعمیر و نگهداري، عملکرد مناسب کافی خواهد داشت. در این رابطه مقادیر آب نشتی، فشارها و میزان نهایی مواد شیمیایی موجود در آبی که ظاهر می شود، باید بررسی شود.
  • در مواردي که پایداري دیوار نگهبان به فشار جانبی مقاوم زمین جلوي سازه بستگی دارد، در محاسبات حالت حدي نهایی باید تراز سطح خاك مقاوم به اندازه  Δa کاهش داده شود. براي دیوار هاي کنسولی، مقدار Δa باید برابر با ده درصد ارتفاع آن و براي دیوار هاي مهار شده Δa باید برابر با ده درصد ارتفاع محاسبه شده از زیر پایین ترین مهار و محدود به حداکثر 0/5 متر در نظر گرفته شود.
  • مقادیر داده هاي هندسی مربوط به رژیم آب آزاد و رژیم آب زیرزمینی باید بر اساس داده هاي موجود در محل و براي شرایط هیدرولیکی و هیدروژئولوژیکی ساختگاه سازه نگهبان در مدت زمان عملکرد و بهره برداري در نظر گرفته شود.
  • در تعیین سطوح آب زیرزمینی باید به تأثیر تغییرات تراوایی بر روي رژیم این آب ها توجه داشت و احتمال وجود شرایط بر عکس براي فشار آب را به دلیل وجود سفره آب بالا آمده و یا چاه هاي آرتزین بررسی نمود.
اقدامات لازم جهت عملکرد مناسب شبکه زهکشی - مبحث هفتم مقرراتملی ساختمان -  ایستاسازه
اقدامات لازم جهت عملکرد مناسب شبکه زهکشی – مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان

فشار خاك

در تعیین فشار هاي جانبی طراحی، باید مقدار حرکت و کرنش قابل قبولی که ممکن است در سازه های نگهبان در حالت حدی مورد نظر پیش آید، در نظر گرفته شود.

در محاسبه مقادیر و جهت هاي فشار هاي طراحی خاك، موارد زیر نیز باید مورد توجه قرار گیرند:

  • سربار روي سطح و شیب زمین
  • زاویه دیوار نسبت به خط قائم
  • سفره هاي آب زیرزمینی و نیروهاي آب نشتی در زمین
  • مقدار و جهت حرکت دیوار نسبت به خاك
  • تعادل افقی و قائم براي کل سازه نگهبان
  • مقاومت برشی و وزن مخصوص خاك
  • زبري دیوار

تعیین فشار خاك در حالات مختلف

فشار خاك در حالت سکون

این فشار در حالتی ایجاد می شود که دیوار نسبت به خاك پشت دیوار تقریباً هیچ حرکتی ندارد و خاك در این وضعیت در حالت تنش سکون قرار دارد.

فشار خاك محرك و مقاوم

براي محاسبه فشارهاي خاك در حالت محرك یا مقاوم از روابط رانکین یا کولمب استفاده می شود.

فشار خاك در خاکریز متراکم شده

در مواردي که خاك پشت دیوار به صورت لایه لایه خاکریزي و متراکم می شود، فشار افزوده اي در خاك به وجود می آید. براي تعیین این فشار افزوده باید مراحل تراکم خاك در نظر گرفته شود و در محاسبه فشار خاك، اثر ناشی از وزن غلتک به حساب آورده شود.

فشار حالت محرك و مقاوم در شرایط دینامیکی

در صورت وجود زلزله، فشار جانبی خاك را می توان از روش هاي شبه استاتیکی مانند روابط مونونوبه اکابه محاسبه و این مقادیر در محاسبات پایداري و سازه اي دیوار منظور شود. همچنین نقطه اثر اضافه فشار دینامیکی بین  0/45 تا 0/60 ارتفاع دیوار از پاي دیوار در نظر گرفته شود هر چه صلبیت دیوار بیشتر باشد مقادیر کوچکتر نقطه اثر اختیار می شود.

  •  فشار مقاوم با اثر مساعد در پایداري دیوار، در شرایط زلزله نادیده گرفته شود.
  • فشار آب در شرایط زلزله باید بر اساس نوع خاك و میزان نفوذپذیري در محاسبات در نظر گرفته شود.

تعیین فشار خاک در پشت دیوار

  • در دیوارهایی که به دلایل انعطاف پذیري سازه اي و یا لغزش افقی، می تواند به اندازه کافی تغییرشکل یا تغییر مکان افقی اتفاق افتد، باید از فشار خاك در حالت محرك استفاده شود.
  • در دیوارهایی که به دلایل انعطاف پذیري سازه اي و یا لغزش افقی، تغییرشکل یا تغییر مکان افقی رخ داده اما به اندازه کافی جهت بسیج شدن نیروي محرك نباشد باید از فشار خاك در حالت سکون استفاده شود.
  • در دیوارهاي طره اي یا دیوارهاي سپري بدون مهار یا مهارشده با یک میل مهار از پشت باید از فشار خاك در حالت محرك با توزیع مثلثی استفاده شود. چنانچه مهارهاي پشت زیاد باشد (دیوار پشت بند دار)، می توان توزیع فشار خاك را با تحلیل هاي عددي یا روش هاي تجربی به دست آورد.
  • در دیوارهاي سپري مهار شده با چند تیرك افقی یا مایل از جلو، باید از توزیع فشار ذوزنقه اي یا مستطیلی استفاده شود.
  • در دیوارهاي زیرزمین که انتهاي آنها به سقف متکی هستند در شرایط بارگذاري استاتیکی باید از فشار خاك در حالت سکون استفاده شود.
  • فشار جانبی خاك در هنگام زلزله، با دو مولفه در ترکیبات بارگذاري در نظر گرفته می شود.

فشار خاك در حالت استاتیکی + اضافه فشار خاك هنگام زلزله = فشار خاك در هنگام زلزله

  • طراح می تواند جهت تعیین فشار خاك ناشی از زلزله بر روي دیوار پروژه مورد نظر، از مدل سازي عددي توسط نرم افزارهاي معتبر صحت سنجی شده استفاده نماید.

فشار خاک تحت شرایط خاص

فشار آب، فشار ریشه گیاهان، فشار ناشی از تورم خاك، فشار ناشی از یخبندان و فشار برخاست (Uplift) نیز در صورتی که وجود داشته باشند باید در نظر گرفته شود. همچنین چنانچه احتمال بروز ترك کششی وجود داشته باش باید در محاسبه فشار مد نظر قرار گیرد.

فشار آب

در تعیین فشار طراحی آب باید سطح آب آزاد و یا سطح آب زیرزمینی در نظر گرفته شوند. در شرایطی که تراز آب آزاد یا زیرزمینی متغیر باشد باید بالاترین تراز ممکن در محاسبات فشار آب لحاظ شود.

  • براي سازه هاي نگهدارنده خاك با تراوایی متوسط یا پایین، نظیر سیلت ها و رس ها، فشارهاي آب باید با فرض آنکه تراز سفره آب زیرزمینی حداقل در سطح فوقانی لایه اي که تراوایی آن کم است قرار دارد، تعیین شود، مگر آنکه یک شبکه زهکشی مطمئن نصب شده و یا از نفوذ آب جلوگیري شده باشد.
  • در مواردي که تغییرات ناگهانی در سطح سفره آزاد آب ایجاد می شود، هم وضعیت ناپایا که بلافاصله پس از تغییر در سفره آب رخ می دهد، و هم وضعیت پایا باید بررسی شود.

در مواردي که هیچ گونه تمهیدات خاصی براي زهکشی یا جلوگیري از جریان آب پیش بینی نشده باشد، باید اثرات احتمالی ترك هاي کششی یا ترك هاي انقباضی پر شده از آب در نظر گرفته شوند. در این موارد، در خاك هاي چسبنده نگهداري شده، فشار کلی طراحی معمولاً نباید از فشار هیدرو استاتیکی آبی که از سطح زمین شروع می شود کمتر در نظر گرفته شود.

روشهاي طراحی سازه هاي نگهبان

طراح می تواند هر یک از دو روش تنش مجاز و یا حالات حدي را انتخاب کند و جهت طراحی دیوار استفاده نماید.

کنترل تغییرشکل

  • در طراحی سازه هاي نگهبان در روش تنش مجاز علاوه بر کنترل ضرایب اطمینان باید تغییر شکل ها نیز کنترل شوند. در شرایط استاتیکی جهت محاسبه تغییر مکان ایجاد شده در سازه هاي نگهبان و خاکریز پشت دیوار و کنترل سایر شرایط بهره برداري (مانند لرزش ها و نظایر آن) باید تغییرمکان ایجاد شده محاسبه و سپس با توجه به تاسیسات و نوع سازه مورد استفاده، تغییرمکان به دست آمده از مقدار مجاز کمتر باشد.
  • تغییرشکل هاي دیوار باید در شرایط لرزه اي نیز کنترل شود. در شرایط لرزه اي با استفاده از روش هایی مانند بلوك لغزان نیومارك یا مدلسازي عددي می توان تغییرشکل هاي دیوار را محاسبه نمود.

مهاربندی سازه نگهبان

مهاربندی ها به عناصر سازه اي اطلاق می شوند که براي نگهداری سازه های نگهبان و انتقال نیروي کششی از آنها به یک تشکیلات باربر خاکی یا سنگی مورد استفاده قرار می گیرند.

مهاربندی سازه نگهبان شامل انواع زیر می باشند

الف – سیستم هاي متشکل از یک سر مهاری، یک طول آزاد مهاری و یک طول ثابت مهاري که با عمل تزریق در زمین تثبیت می شوند.

در این مهارها می توان از رزین، سیمان و یا بتن جهت تزریق استفاده کرد. در صورتی که از مهارهاي رزین دار استفاده شود می توان 2 ساعت پس از اجرا، آزمایشهاي مربوطه را انجام داد. همچنین تزریق بتن باید در مهارهاي با قطر زیاد (بیشتر از 25 سانتیمتر) انجام شود.

ب – سیستم هاي متشکل از یک سر مهاري، یک طول ثابت مهاري ولی طول آزاد مهاري ندارد. این سیستم به نام میخ مهاري معروف هستند.

پ – سیستم هاي متشکل از یک سر مهاري، یک طول آزاد مهاري و یک مهار بتنی یا فلزي در انتهاي مهار

ت – سیستم هاي متشکل از یک مهار پیچ و یک کلاهک مهاربندي.

از مهاربندی سازه نگهبان می توان به عنوان عناصر موقتی یا دائمی استفاده کرد. مهاربندي هایی که بیشتر از دو سال مورد استفاده قرار می گیرند باید به عنوان مهاربندي هاي دائمی طراحی شوند.

طراحی مهارها

براي طراحی مهارها در حالات حدی نهایی، ساز و کار گسیختگی باید تحلیل و بررسی شود:

الف – شکست سازه اي مهار یا سر مهارها

پ – در مهارهاي تزریق شده، گسیختگی در ناحیه بین خاك و مصالح تزریق شده

ت – در مهارهاي تزریق شده، گسیختگی در ناحیه بین میله مهار و مصالح تزریق شده دور آن

ث – در مهارهایی که با سیستم بار مرده کار می کنند، گسیختگی به جهت عدم مقاومت کافی بار مرده

ج – از دست دادن باربري مهار به جهت تغییرشکل زیاد، چرخش سر مهار و یا خزش

ساز و کار گسیختگی طراحی مهارها در حالات حدي نهایی - سازه های نگهبان
ساز و کار گسیختگی طراحی مهارها در حالات حدي نهایی در مهاربندی سازه نگهبان

الزامات مهاربندی سازه نگهبان

  • مشخصات کابل هاي پیش تنیدگی و میلگردهایی که براي مهاربندی سازه نگهبان به کار گرفته می شوند، باید بر اساس آیین نامه هاي سازه اي مربوطه تعیین شوند. طول آزاد مهاربندی های سازه نگهبان نباید کمتر از 5 متر انتخاب گردد.
  • در مهاربندي هایی که تمام یا قسمتی از آنها در خارج از زمین ساختگاه قرار می گیرند باید به احتمال قطع آنها در طول عمر سازه نگهبان توجه ویژه داشت و تمهیدات لازم براي چنین شرایطی را پیش بینی کرد.
  • براي جلوگیري از خوردگی قسمت آزاد، سر مهاربندي ها باید تزریق شده و با لاستیک هاي گریس دار و پوشش مناسب حفظ گردد.
  • طراحی اولیه مهارها باید بر اساس روش هاي تئوري انجام شود و طراحی نهایی بر اساس آزمایش هاي حین نصب صورت پذیرد.

آزمایش مهارها

پس از نصب مهارها در مهاربندی سازه نگهبان باید از رسیدن میزان باربري آنها به حد مورد نظر اطمینان حاصل شود. برخی از مهارها به میزان باربري مورد نظر می رسند اما پس از مدتی باربري خود را از دست می دهند. لذا براي کنترل کارایی مهارها باید آزمایش هاي عملکرد، باربري و خزش بر روي آنها انجام شود.

زهکشی و آب بندي دیوارها

اگر فشار هیدرواستاتیکی آب و یخ در طراحی دیوار دیده نشده است ضروري است سیستم زهکش و فیلتر مناسب در پشت دیوار استفاده شود.

دیوارهاي زیرزمین باید به صورت آب بندي شده طراحی شوند و فشار احتمالی آب در طراحی لحاظ شود.

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سایر مقاله ها

مبحث 21 مقررات ملی ساختمان (پدافند غیرعامل) – ویرایش 1395

فصل یک مبحث 21 مقررات ملی ساختمان (پدافند غیر عامل): [...]
بیشتر بخوانید

بهسازی لرزه ای سازه ها (Seismic Retrofitting of Structures)

بهسازی (Rehabilitation) در معنای کلی لغوی یعنی اصلاح کردن یا [...]
بیشتر بخوانید

مبحث 22 مقررات ملی ساختمان (مراقبت و نگهداری از ساختمان ها) – ویرایش 1392

فصل یک مبحث 22 (بیست و دوم) مقررات ملی ساختمان [...]
بیشتر بخوانید

آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)

آزمایش سه محوری خاک یکی از دقیق ترین و متداول‌ [...]
بیشتر بخوانید