سازه نگهبان چیست؟ — انواع، اجرا، مزایا، محدودیت‌ها و طراحی — آنچه باید بدانید

سازه نگهبان سازه‌ای است که به منظور پایدارسازی دیواره‌های محل گودبرداری و جلوگیری از پیامدهای ریزش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. سازه‌های نگهبان دارای انواع بسیار زیادی هستند. در این مقاله به توضیح انواع، نحوه اجرا، مزایا، محدودیت‌ها و مبانی طراحی این سازه‌ها می‌پردازیم. در انتها نیز، منابع مورد نیاز برای صلاحیت گودبرداری و سازه‌های نگهبان آزمون نظام مهندسی عمران را معرفی می‌کنیم.

گودبرداری چیست؟

«گودبرداری» (Excavation)، فرآیند حفاری، برداشت و ایجاد گودال درون زمین است. این فرآیند به منظور استخراج مواد پرکننده برای خاکریز، حفر ترانشه یا شالوده برای فونداسیون، ساخت زیرزمین، آماده‌سازی محل پی سد، آماده‌سازی پی یا تکیه‌گاه‌های پل و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فیلم آموزش مکانیک خاک، گودبرداری پی سازی و سازه های نگهبان – ویژه آزمون نظام مهندسی در فرادرس

کلیک کنید

عملیات گودبرداری با توجه به نوع خاک محل توسط دست، ماشین‌آلات سبک، ماشین‌آلات سنگین، ماشین‌آلات حفاری و مواد منفجره انجام می‌گیرد.

انواع گودبرداری چه هستند؟

گودبرداری با توجه به نوع مواد استخراجی به انواع زیر تقسیم می‌شود:

• گودبرداری خاک سطحی: برداشت بالاترین لایه زمین تا عمق حدود 150 تا 300 میلی‌متر به منظور رسیدن به لایه‌های متراکم و مناسب برای تحمل بارهای سازه
• گودبرداری خاک زیرسطحی: برداشت و انباشت لایه زیرین خاک سطحی به منظور اجرای خاکریز و فونداسیون
• گودبرداری سنگ: برداشت مواد سخت سنگی با استفاده از ماشین‌آلات حفاری یا مواد منفجره
• گودبرداری لجن: برداشت مواد بسیار مرطوب و نامناسب برای کاربری‌های مهندسی
• دسته‌بندی نشده: برداشت ترکیبی از مواد بالا

کابرد گودبرداری چیست؟

گودبرداری به منظور آماده‌سازی محیط و رسیدن به یک لایه ایمن برای اجرای سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع گودبرداری بر اساس کاربری عبارت هستند از:

• کند و آکند: برداشت مواد و استفاده مجدد از آن‌ها برای پر کردن فضاهای خالی، ساخت خاکریز، افزایش ارتفاع سطح نواحی دیگر و غیره
• حفر ترانشه: برداشت خاک در طول زیاد برای اجرای فونداسیون، جانمایی تاسیسات (لوله‌گذاری) و غیره
• حفر زیرزمین:‌ برداشت خاک زیر سطح ساختمان به منظور ایجاد طبقات زیرین

• حفاری سازه‌های مهندسی: برداشت مواد برای آماده‌سازی و اجرای محل پی و تکیه‌گاه‌های پل یا سد
• لایروبی: برداشت مواد رسوبی از سطوح پایینی آب
• گودبرداری اضافی: برداشت اجباری مواد، در اعماق بیشتر از عمق مورد نظر به دلیل نامناسب بودن شرایط آب زیرزمینی یا لایه‌های فعلی

گودبرداری و سازه های نگهبان چیست؟

به منظور درک تاثیر گودبرداری بر روی وضعیت زمین، ابتدا باید با مفهوم فشار جانبی خاک آشنا شوید. فشار جانبی، فشاری است که توسط خاک در راستای عمود بر جاذبه به لایه‌های مجاور اعمال می‌شود. در حالت عادی، فشار جانبی مقاطع مختلف توده خاک، به دلیل محصور شدگی در حالت تعادل قرار دارد. پس از گودبرداری، توزیع تنش در اطراف گود تغییر می‌کند. تغییر وضعیت تنش، افزایش موضعی فشار جانبی و اصطلاحا تمرکز تنش در نزدیکی دیواره‌های گود را در پی دارد. این مسئله، باعث افزایش احتمال رخ دادن شکست و ریزش خاک می‌شود. هر چه زاویه دیواره‌های گود نسبت به افق بیشتر باشد، احتمال ریزش نیز بیشتر خواهد بود (پایداری شیب).

در اکثر پروژه‌های ساختمانی، دیواره‌های گود به صورت قائم یا نزدیک به قائم هستند. در این شرایط، نیروهای ناشی از وزن خاک و سرباره‌های روی آن، باعث افزایش فشار جانبی اعمال شده بر دیواره‌ها می‌شوند. عدم اجرای اقدامات مناسب برای جلوگیری از ریزش گود، عواقب جبران‌ناپذیری را در پی خواهد داشت. اصلی‌ترین اقدام برای مقابله با پیامدهای گودبرداری، اجرای سازه نگهبان است.

سازه نگهبان چیست؟

«سازه نگهبان» (Retaining Structure یا Excavation Support)، مجموعه‌ای از المان‌های دائم و یا موقتی است که به منظور پایدارسازی خاک یا سنگ اطراف گودبرداری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بسیاری از موارد، سازه نگهبان با عنوان «دیوار حایل» (Retaining Wall) نیز شناخته می‌شود.

فیلم آموزش مکانیک خاک، گودبرداری پی سازی و سازه های نگهبان – ویژه آزمون نظام مهندسی در فرادرس

کلیک کنید

با این وجود، دیوار حائل، فقط یکی از سازه‌های نگهبان مورد استفاده برای نگهداری خاک و مقابله با فشار جانبی اعمال شده بر روی آن است. 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 در چیست؟

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 آسیب‌دیدگی افراد، تخریب ساختمان‌های مجاور، آسیب به لوله‌کشی‌ها و غیره افزایش می‌یابد. این مسئله می‌تواند هزینه‌های مالی و جانی زیادی را در پی داشته باشد. در خاکریز جاده‌ها، اهمیت سازه نگهبان در جلوگیری از ریزش خاک به درون جاده و رانش جاده به سطوح پایین‌تر است. در گودبرداری و اجرای فونداسیون‌ها، این سازه‌ها برای جلوگیری از ریزش، نشست خاک و تخریب سازه‌های اطراف اهمیت پیدا می‌کنند. در هر صورت، اجرای سازه‌های نگهبان، بخش جدایی‌ناپذیر عملیات‌های گودبرداری است.

انواع سازه نگهبان چه هستند؟

سازه‌های نگهبان معمولا به دو صورت دائمی و غیر دائمی اجرا می‌شوند. از سیستم‌های اجرای سازه‌های نگهبان می‌توان به روش دیوار حائل، سپرگونه، مهاربندی، خرپا، خاک مسلح، دیوار زیرزمین اشاره کرد.

فیلم آموزش پروژه محور ایتبس – طراحی دیوار حائل بتنی با ETABS در فرادرس

کلیک کنید

هر یک از این دسته‌بندی‌ها به روش‌های مختلف اجرا می‌شوند که در ادامه به معرفی جزئیات آن‌ها می‌پردازیم.

• سازه نگهبان خرپایی
• سازه‌ نگهبان سپرگونه
  • شمع کوبی
    • درجا
    • پیش ساخته
  • سپرکوبی
  • مهار متقابل
• مهاربندی
  • انکراژ
  • نیلینگ
  • دوخت به پشت
• دیوار حایل
  • وزنی
    • معمولی
    • شبکه‌ای
    • گابیون
  • نیمه وزنی
  • پشت بند دار
  • طره‌ای
  • دیوار زیرزمین
    • دیوار مستقل
    • دیوار متصل
• دیوار دیافراگمی
• خاک مسلح
  •  فیزیکی
  • شیمیایی
  • مکانیکی
  • ترکیبی
• شاتکریت

سازه نگهبان خرپایی چیست؟

استفاده از «سازه خرپایی» (Truss Construction)، یکی از متداول‌ترین روش‌های اجرای سازه نگهبان غیر دائمی در مناطق شهری است. در این روش، از المان‌های فولادی به صورت افقی و عمودی برای تقویت دیواره‌های گود استفاده می‌شود.

اجرای سازه نگهبان به روش خرپایی چگونه انجام می‌شود؟

اجرای سازه نگهبان خرپایی معمولا مطابق با مراحل زیر انجام می‌گیرد:

• حفر چاه‌ها در مجاورت محدوده گودبرداری و به عمق گود مورد نظر برای جانمایی عضوهای قائم خرپا
• ادامه حفاری به اندازه عمق محاسبه شده برای شمع انتهای تحتانی
• آرماتوربندی محل شمع
• جانمایی خرپای قائم درون محل شمع و شروع بتن‌ریزی
• برداشت خاک در امتداد دیواره گود با یک شیب مطمئن
• اجرای فونداسیون برای نگهداری المان‌های مایل خرپا
• اتصال عضو مایل به خرپای قائم و صفحه ستون
• اجرای همزمان عملیات بالا برای خرپا‌های دیگر در امتداد دیواره گود
• برداشت مرحله‌ای خاک بین المان‌های قائم و افقی خرپا در امتداد دیواره گود
• نصب عضوهای افقی و قطری خرپا در هر مرحله

مزایای سازه نگهبان خرپایی چه هستند؟

• مناسب برای اکثر گودهای واقع در مناطق شهری
• انعطاف‌پذیری بالا در اجرا
• امکان استفاده مجدد از خرپاها
• سادگی و عدم نیاز به دستگاه‌های مخصوص

معایب سازه نگهبان خرپایی چه هستند؟

• سرعت کم‌تر نسبت به روش‌های جدید
• اشغال فضای گود توسط خرپاها
• احتمال نیاز به برداشت دستی بخش از خاک

سازه نگهبان سپر گونه چیست؟