دیوار حائل، سازه‌ای می باشد که برای پایدارسازی توده ای از خاک یا هر ماده دیگر با شیبی تندتر از شیب طبیعی به کار برده می شود. در مهندسی عمران دیوار حائل دارای انواع گوناگونی می باشد و عموما برای نگهداری پای خاکریز های کنار راه یا پایدارسازی سواحل رودخانه و یا پایدارسازی گود برای جلوگیری از عدم ریزش و… مورد استفاده قرار می گیرد.
دیوار حائل را به عنوان یکی از پرکاربردترین سازه های موجود در طرح ها و پروژه های راه و ساختمان می توان نام برد. در بسیاری از پروژه های عمرانی چه به صورت دائم و چه موقت، اجرا و مورد بهره برداری قرار می گیرند. دیوار حائل نیز مانند سایر سازه های مهندسی از مصالح گوناگون ساخته می شود و انواع مختلفی است. مصالح دیوارهای حائل با توجه به کاربرد دیوار، شرایط محیطی، مقتضیات مالی، طول عمر مفید طرح و … تعیین می شود.
یکی از مصالح مورد استفاده در این دیوارها بتن است که چه به صورت مسلح و یا غیرمسلح کاربرد خواهد داشت. دیوار حائل بتنی غیر مسلح دارای ابعادی به مراتب بزرگتر از دیوار حائل بتنی مسلح می باشد که بسته به محدودیت های معماری و فضایی مورد استفاده واقع می شود. بارهای وارده برای طراحی دیوار حائل عمدتا استاتیکی و گاهاً طراحی لرزه ای می باشند.
به عبارت دیگر، دیوار حائل دیواری می باشد که فشار ناشی از اختلاف تراز به وجود آمده به واسطه خاکریزی، خاکبرداری و یا سایر عوامل طبیعی را تحمل می کند و آن را به صورت پایدار حفظ می نماید.
دیوارهای حائل به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
1. دیوارهای حائل صلب
2. دیوارهای حائل انعطاف پذیر
1. دیوار صلب: دیوارهایی که از نظر نشست با محیط هماهنگ نباشند را دیوار حائل صلب گویند که شامل دیوارهای زیر می باشد:
– دیوار حائل غیر وزنی شامل: دیوار حائل طره ای و پشت بند دار
– دیوار حائل وزنی شامل: دیوار حائل بنایی و بتنی
– دیوار حائل عمیق شامل: سپر های بتنی
2. دیوار حائل انعطاف پذیر: این دیوار ها از نظر نشست با محیط هماهنگ هستند و شامل دیوارهای زیر می باشند:
– دیوارهای از جنس خاک مسلح با تسمه های فولادی.
– دیوارهای قفسه ای سپرهای فولادی.
– دیوارهای حائل توری سنگی.
انواع دیوار حائل در مهندسی عمران
دیوارهای حائل برحسب مکانیزم تعادلی، به خود نامی را اختصاص می دهند. بر این اساس انواع دیوار حائل به دسته‌های زیر تقسیم می گردد:
۱) دیوار حائل وزنی
۲) دیوار طره ای
۳) دیوار حائل طره ای پشت بند دار
4) دیوار شمع‌دار
5) دیوار حائل سپری
6) دیوار سپری مهار شده
7) دیوار حائل مهار شده
8) دیوار طره‌ای جلو بند دار
9) دیوار حائل گابیونی
10) دیوار گهواره‌ای
11) دیوار حائل مخزنی
12) دیوار میخکوب شده
انواع دیگری از دیوارهای حائل هستند که کمتر مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال می‌توان به دیوارهای متشکل از قطعات پیش ساخته که درون خاک مهار شده اند اشاره کرد. استفاده از این دیوارها به علت هزینه نسبتا زیاد، محدود بوده و عمدتا برای نما سازی کنار ترانشه های بزرگراهی در مناطق شهری از آن استفاده می گردد.
پایه های کناری پل ها نیز بعضی مواقع به عنوان دیوارهای حائل عمل خواهند کرد. با این تفاوت که اولا سربار قائم زیادی را از پل تحمل خواهند کرد و ثانیا قسمت بالای آنها توسط عرشه پل محدود بوده و تغییر مکان آن ممکن نمی باشد. پایه های کناره پل ها معمولا وظیفه نگهداری خاک و حفاظت از آب شستگی آنها را به عهده دارد.
دیوار حائل وزنی
دیوارهایی که میزان ایستادگی خود در برابر نیروهای جانبی را به وسیله وزن خود تحمل می‌کنند، دیوار حائل وزنی یا گرانشی نامیده می شوند. دیوار حائل وزنی اغلب از بتن، آجر یا سنگ ساخته شده و هنگام طراحی این نوع دیوار، نیروهای عرضی و واژگونی باید در نظر گرفته شود و مورد آزمایش قرار گیرد.
در برخی از دیوار های حائل وزنی یا گرانشی از ملات استفاده نمی شود و فقط به وزن خود متکی می باشند، دیوار وزنی سنگی، بلوکی یا آجری برای خاکریز های ساده و دیوار وزنی بتنی مسلح برای ساخت سد مورد استفاده قرار می گیرند.
دیوارهایی که میزان ایستادگی خود در برابر نیروهای جانبی را به وسیله وزن خود تحمل می‌کنند، دیوار حائل وزنی یا گرانشی نامیده می شوند.
دیوار حائل شمع دار
در دیوار حائل شمع دار دیوار نگهدارنده، شمع ها را به عمق مشخصی داخل زمین قرار می دهند تا نیروی های اصلی که به دیوار فشار وارد کرده را بتوانند مهار سازند. در طراحی از نیروی متقابل برای از بین بردن نیروی بالایی وارده به شمع استفاده می شود و مانع از کج شدن نوک شمع خواهد شد.
دیوار حائل شمع دار، المان های نگهدارنده سختی را در عمق خاکبرداری های وسیع ارائه می کنند که تقریباً هیچگونه مزاحمتی برای سازه های اطراف خود ایجاد نمی کند. بنابراین، این دیوار در کارهای موقتی یا دائمی استفاده می شود. مصالح شمع ها اغلب از فولاد، بتن مسلح یا چوب می باشد.
دیوارهای حائل سپری
دیوار حائل سپری یکی از انواع دیوار حائل می باشد که از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است و از آنها برای سازه های لب ساحل و مهار خاک های نامناسب استفاده می کنند. اجرای این دیوارها با استفاده از روش کوبشی است. پایداری دیوار حائل سپری مهار شده با استفاده از عمق دفن شده آنها در خاک و هم چنین مهارهایی که معمولا در رأس دیوار استفاده می گردند، تأمین خواهد شد.
دیوار حائل مهار شده
برای دیواره های نگهدارنده با ارتفاع زیاد، میله ها یا کابل های بلند در اعماق زمین کاشته می شود و انتهای آنها با استفاده از بتن مهار می گردد. این دیوارها به عنوان میل مهار معروف اند. آنها هنگامی کاربرد دارند که یک دیوار نگهدارنده با ضخامت کم مورد نیاز باشد و یا فضای لازم برای نصب انواع دیگر دیوارهای حائل محدود باشد.
ساخت این دیوارها برای خاک های سستی که بر روی سنگ های طبیعی قرار دارد، بسیار مؤثر بوده و معمولاً در بخش هایی از ساخت و ساز بزرگراه ها برای جلوگیری از ریزش سنگ در جاده ها در اثر حوادث مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
دیوار حائل طره ای
دیوار حائل طره ای یکی دیگر از انواع دیوارهای حائل است که اغلب از بتن مسلح ساخته شده و از یک تیغه عمودی نازک و یک پایه تشکیل شده اند. پایه به دو قسمت پاشنه و پنجه تقسیم می شود: پاشنه بخشی از پایه است که در زیر خاکریز قرار می گیرد و این دیوار حائل به بتن کمتری از دیگر دیوارهای نگهدارنده نیاز دارد، اما نیازمند ساخت و طراحی دقیق است. معمولاً اجرای آن تا ارتفاع 4.5 متری به طور مناسب پاسخگوی نیاز می باشد. دیوار حائل طره ای را می توان از قبل در کارخانه ساخت و به صورت پیش ساخته در محل پروژه مونتاژ کرد.
دیوار حائل طره ای پشت بند دار
هنگامی که ارتفاع دیواره نگهدارنده طره ای بیش از حدود 7 متر شود، تهیه یک سیستم مهاربند عمودی، معروف به طره ای پشت بند دار، در کنار خاکریز و در بالای پاشنه ارزش اقتصادی بیشتری دارد. دیوار حائل طره ای پشت بند دار، تیرهای مثلثی با عمق متغیر و عرض یکنواختی می باشند که در یک فاصله منظم، تیغه و پایه را به هم متصل می کنند.
استفاده از این طره ها به کاهش ممان خمشی ناشی از فشار بر زمین کمک می کند. در دیوار حائل طره ای پشت بند دار به دلیل عملکرد فشار جانبی خاکریز بر روی پنجه پایه، در معرض تنش قرار خواهد گرفت. بنابرین اندازه و تقویت بتن مسلح تیغه عمودی و پایه (اسلب) در این دیوار بسیار مهم، ضروری و لازم می باشد
دیوار حائل طره ای جلو بند دار
هنگامی که تیرهای مثلثی در قسمت جلوی دیواره نگهدارنده قرار داده می شوند به عنوان دیوار حائل طره ای جلو بند دار مورد استفاده قرار می گیرد. در این حالت، تیرهای مثلثی به جای پشت بند، دارای تیرهایی در جلو است. عملکرد ساختاری تیغه عمودی هم همان هست که در یک دیوار نگهدارنده پشت بند دار انجام می شود. با این حال، پاشنه پایه (اسلب) مانند یک دیوار حائل طره ای عمل می کند.
پنجه پایه (اسلب) در امتداد طول دیواره بین تیرهای مهاری جلویی (جلو بند دار) به عنوان یک دال پیوسته عمل می کند. به دلیل فشار جانبی از خاکریز بر روی تیغه عمودی و نیروی واژگونی خاک روی پنجه پایه (اسلب)، تیر های مهاری جلویی در معرض فشار قرار خواهند گرفت.
دیوار حائل گابیونی
گابیون‌ها، قفس هایی از سیم فولادی می باشند که پر شده از سنگ های معدنی یا سنگ های رودخانه ای اند. دیوار حائل گابیونی با استفاده از سیم های فولادی، سنگ ها را در پشت خود نگه می دارند. این دیوارهای حائل برای حفظ خاک تا ارتفاعات کوچک 3 الی 4 متر مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان سازه هایی با دوام و انعطاف پذیر شناخته می شوند.
دیوار حائل گابیونی به ویژه در آنجا که به دیوار نگهدارنده نیازمند هستند تا مقدار زیادی آب را از خود عبور می دهند و مانند سازه های هیدرولیکی جهت احیای زمین عمل می‌نمایند. این یک ویژگی ارزشمند می باشد، زیرا فشار هیدرواستاتیک هرگز در پشت یا زیر سازه ایجاد نمی شود تا باعث خرابی کل ساختار شود. همین حضور جریان آب، باعث ایجاد پوشش گیاهی متنوع در بالای دیوار می شود.
استفاده از پارچه فیلتر با گابیون برای جلوگیری از جاری شدن خاک و آب مجاور در داخل ساختار گابیون، الزامی می باشد. گابیون‌ها ساختارهای منعطفی را تشکیل داده که بدون تغییر شکل، قادر به تحمل حرکت زمین می باشند. با توجه به سازگاری محیط زیستی این دیوارهای سنگی نسبت به بتن، در خاکریز های رودخانه ای که نیاز به یک محیط طبیعی با پتانسیل بالای رشد برای پوشش های گیاهی و زندگی اکولوژیکی هستند، از محبوبیت بیشتری برخوردار است.
دیوار حائل گهواره ای
دیوار حائل گهواره ای یکی از انواع دیوار حائل وزنی است که با استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی یا چوبی، فرآوری و درون آن با مصالح دانه ای متراکم پر می شود. ارتفاع این گونه دیوارها معمولا 6 تا 9 متر است و از آنها برای مکان هایی که تحت فشار جانبی کم تا متوسط قرار می گیرد، استفاده می شود.
از ویژگی‌های اینگونه دیوارها می‌توان به انعطاف پذیری بالای آنها اشاره داشت. ساخت دیوار حائل گهواره‌ای تقریبا آسان بوده و برای ساخت آن احتیاج به وسایل پیچیده نمی باشد. به طور کلی می‌توان گفت استفاده از این نوع دیوار حائل به منظور نگهداری خاکریز و برای جلوگیری از ریزش مورد استفاده قرار می گیرد.
دیوار حائل مخزنی
دیوار حائل مخزنی، نوعی دیوار حائل وزنی به حساب می آید که در ساخت آنها از مخزن های فلزی یا بتنی استفاده می شود.
دیوار حائل میخکوب شده
دیوار حائل میخکوب شده یکی از عالی ترین و متداول ترین دیوارهای حائل محسوب می شود. در این نوع دیوار، از پنل، بلوک های بتنی و دیواره های موقت استفاده می شود.
علت ترک های حاصله در دیوار حائل
1. وجود خاک مرطوب در پشت دیوار حائل سبب افزایش وزن و فشار به دیوار می شود.
2. عدم در نظر گرفتن سوراخ زهکشی بر روی دیوار.
3. آبیاری بیش از حد خاک پشت دیوار و افزایش فشار.
4. بارگذاری اضافی یا بیش از حد بر روی دیوار.
5. طراحی نادرست.
6. خاک زیر دیوار در حال حرکت یا لغزش باشد.
7. در دیوارهای حائل بتنی پس از ساخت دیوار، پیمانکار پیش از موعد گیرش بتن، پشت دیوار را مجدداً پر کرده باشد که در این صورت، امکان ترک خوردگی دیوار وجود خواهد داشت.
پیشگیری از ایجاد و پیشرفت ترک در دیوارهای حائل
1. اگر ترک موجود خیلی شدید نباشد، باید صبر کنیم و دیوار را برای حرکت و ترک های اضافی پایش نماییم و شرایط زهکشی را بهبود دهیم. اگر زهکشی پشت دیوار ضعیف باشد و آب در پشت دیوار جمع گردد ممکن است که بهبود زهکشی به شرایط موجود کمک نماید.
2. یکی از راه های جلوگیری از پیشرفت ترک، ایجاد سوراخ های زهکشی یا بهبود سوراخ های موجود می باشد. در نزدیکی قسمت پایین دیوار حائل، حفاری سوراخ هایی به فواصل حدود 80 سانتیمتر از یکدیگر می‌تواند کمک کننده باشد. این سوراخ ها باعث می گردد که قسمتی از آبی که در پشت دیوار در حال جمع شدن است، تخلیه شده و در نتیجه فشاری که بر روی دیوار وارد می گردد، کاهش پیدا کند.
انتخاب نوع دیوار حائل
انتخاب دیوار حائل مناسب، مستلزم تعیین روندی معقول و تدوین خط مشی مشخص می باشد. بدیهی است تصمیم نهایی در انتخاب نوع معینی از دیوارهای حائل نیاز به بررسی های اقتصادی، فنی، امکان اجرا، اجتماعی و … دارد.
کاربرد دیوار حائل
خاکریزها، دیوار زیرزمین، دیوار ساحلی، سازه‌های نگهبان، راهسازی، سد سازی، پل سازی.
اجرای دیوارهای حائل در ساخت و ساز
در پروژه های فاز ۲ که سازمان نظام مهندسی آن را کنترل می کند، طراحی و اجرای دیوار حائل برای زیر زمین‌ها (حداقل زیر زمین ۲- به پایین) را الزامی می داند.
معمولاً سازنده نسبت به اجرای دیوارهای حائل ذهنیتی منفی دارد. برای همین به این بهانه که اجرای دیوار حائل هزینه بر و سخت است، زیر بار قبول مسئولیت نمی رود. به همین دلیل، در بسیاری از پروژه‌ها، حتی با داشتن ۲ یا ۳ طبقه زیر زمین، شاهد آن هستیم که دیوار حائل، اصلا طراحی نمی‌شود. اگر طراح سازه ای می باشید، که بیشتر از یک زیر زمین دارد، حتماً در زیر زمین ها، از دیوار حائل سازه ای استفاده کنید.
در ساختمان‌های دارای یک زیر زمین با ارتفاع بیش از ۳ متر، بهتر است از دیوار حائل بتنی استفاده شود.
مقررات ملی ساختمان
در مبحث هفتم و نهم مقررات ملی ساختمان، به دیوار حائل پرداخته می شود ولی در رابطه با الزام اجرای دیوارهای حائل سازه ای در زیر زمین‌ها، بندی وجود ندارد. زیرا این نوع دیوار یک سازه نگهبان دائم برای ساختمان محسوب می گردد.
روش‌های آب بندی دیوارهای حائل
آب‌بندی مخزنی:
به عنوان اولین و پایه ای ترین روش آب بندی دیوار حائل می‌توان به روش آب بندی مخزنی اشاره نمود. در این روش با در نظر گرفتن فشار هیدرواستاتیک آب و طراحی سازه زیرزمینی بر اساس وجود آن از ترکیب آب بند های غشائی مناسب با پایدارسازی به همراه بتن آب بند استفاده می شود که در آن آب بندهای غشائی نقش محافظت از سازه در مقابل شرایط تهاجمی محیطی را دارا بوده و وظیفه اصلی آب بندی با بتن را دارد.
این روش آب بندی نسبت به سطح آبی که پروژه در آنجا واقع شده است به 3 روش قابل انجام است:
روش ECO:
این روش در پروژه هایی که سطح آب در طولانی مدت پایین تر از کف پی قرار داشته و صرفاً نیاز به کنترل نم و رطوبت خاک دارد (Damp proofing) برای دیوار حائل استفاده خواهد شد.
بهره‌گیری از یک لایه آب بند غشائی مناسب به تنهایی توجیه فنی داشته و به لحاظ اقتصادی هزینه ناچیزی خواهد داشت.
روش MODERATE:
این روش، یک روش متوسط می باشد و می‌تواند فشار هیدرواستاتیک آب را تا ارتفاع محدودی کنترل کند. در این روش یک لایه آب بند غشائی مناسب به همراه بتن آب بند مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
روش PRO:
در روش PRO برای دیوار حائل ، مصالح آب بندی غشائی مورد استفاده در این روش با ایجاد چسبندگی بسیار مناسب با سازه باعث می گردد تا در صورت ایجاد هرگونه سوراخ شدگی، نشت به صورت کاملاً موضعی و محدود صورت گیرد، که بتن آب بند مورد استفاده کاملاً در مقابل آن ایستادگی خواهد داشت.
این مصالح از جدیدترین نسل آب بندهای غشائی برای دیوار حائل می باشد که از ضرایب اطمینان بسیار بالایی برخوردار هستند. همچنین علاوه بر ارائه جزئیات فنی نصب، طرح اختلاط و اجرا خدماتی همچون نظارت و پایش نیز در این روش ارائه می شود.
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
- شمع های سکانتی یا تانژانتی (Secant or tangent (contiguous) piles)
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)
- نیروی بالا برنده یا آپلیفت چیست؟ (?What is Uplift)
- کنترل نیروی بلند کننده پی با استفاده از تحلیل دینامیکی (Dynamic Analysis of Uplift)
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)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فلزی و سازه بتنی (Steel and concrete structures)
- بتن ریزی در سرما و استفاده از ضد یخ بتن (concrete antifreeze)
- بتن و بتن ریزی چیست ؟ | عملیات بتن ریزی چگونه صورت می گیرد؟ (?What is Concrete)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
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 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)
مطالب مرتبط :
