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.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن
3. انواع سازه نگهبان چه هستند؟

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.

نمونه‌ای از گودبرداری توسط ماشین‌آلات خاکبرداری
نمونه‌ای از گودبرداری توسط ماشین‌آلات خاکبرداری

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
حفر ترانشه برای جانمایی لوله‌های انتقال در زمین
حفر ترانشه برای جانمایی لوله‌های انتقال در زمین
  • 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).

ریزش دیواره‌های گود
ریزش دیواره‌های گود

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. 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.

دیوار حائل جاده

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. 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.

سازه نگهبان خرپایی
نمای جانبی سازه نگهبان خرپایی

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
مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی
مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی

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؟

سازه‌های نگهبان سپرگونه، مجموعه‌ای از سپرها، شمع‌های ردیفی و غیره هستند که به دو صورت مهاری و غیر مهاری برای پایداری گود یا خاکریز استفاده می‌شوند. اجرای مهارهای سازه نگهبان سپرگونه در پشت یا جلوی دیوار صورت می‌گیرد. میزان پایداری خاک در این نوع سازه نگهبان به عمق مدفون، مقاومت خمشی و وجود/عدم وجود المان‌های مهاری بستگی دارد. از روش‌های اجرای سازه‌های نگهبان سپرگونه می‌توان به شمع‌کوبی، سپرکوبی و مهار متقابل اشاره کرد.

سازه نگهبان شمع درجا یا شمع کوبی چیست؟

اجرای «شمع درجا» (Bored Pile یا Replacement Pile)، از روش‌های متداول برای پایدارسازی گود و ساخت فونداسیون ساختمان‌ها است. این روش، معمولا برای پایدارسازی خاک‌های چسبنده با شمع‌های اصطکاکی و اجرای فونداسیون در نزدیکی ساختمان‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمع‌های مورد استفاده برای اجرای سازه‌های نگهبان می‌توانند از جنس فولاد، بتن یا چوب باشند.

سازه نگهبان شمع
سازه نگهبان شمع

استفاده از شمع درجا در نواحی شهری (حساس به لرزش)، ساختمان‌هایی با محدودیت ارتفاع سقف، محل‌هایی با احتمال بالاآمدگی پایین و گودبرداری با ارتفاع متغیر کاربرد دارد. در روش شمع‌کوبی، بارهای سازه توسط شمع‌های ثابت به لایه‌های مقاوم زمین انتقال داده می‌شوند. این المان‌ها، فشار جانبی خاک را مانند تیر یکسرگیردار تحمل می‌کنند.

اجرای سازه نگهبان به روش شمع کوبی چگونه انجام می‌شود؟

شمع‌کوبی با استفاده از روش‌های درجا یا به صورت پیش ساخته اجرا می‌شود. اجرای شمع‌های درجا، با حفاری زمین و خارج کردن خاک/سنگ برای جانمایی شمع‌ها یا قرار دادن قفسه آرماتور و بتن‌ریزی صورت می‌گیرد. ارتفاع حفاری برابر عمق گود به علاوه طول گیرداری است. طول گیرداری انتهای شمع معمولا حدود 0.3 عمق گود در نظر گرفته می‌شود. پس از تکمیل شمع کوبی، عملیات گودبرداری شروع خواهد شد. در صورت نیاز باید شمع‌ها را در امتداد دیواره گود مهار کرد.

مراحل اجرای سازه نگهبان شمع
مراحل اجرای سازه نگهبان شمع

مزایای شمع کوبی چه هستند؟

از مزیت‌های شمع‌کوبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سرعت اجرای بالا
  • دست و پا گیر نبودن عملیات‌ها
  • هزینه پایین در حجم بالا
  • امکان استفاده به عنوان سازه نگهبان دائم
  • امکان استفاده به عنوان سازه نگهبان موقت و استفاده مجدد برای پروژه‌های دیگر
  • گزینه مناسب برای حداکثر عمق ۵ متر

معایب شمع کوبی چه هستند؟

محدودیت‌های اصلی شمع‌کوبی عبارت هستند از:

  • افزایش تعداد و مقطع شمع مورد نیاز در عمق‌های بیشتر
  • عدم امکان استفاده از شمع‌های پیش ساخته در پروژه‌های شهری

سپرکوبی چیست؟

«دیوار حائل سپر گونه» (Sheet Pile Retaining Wall) یا سپرکوبی، یکی از روش‌های پایدارسازی گود با استفاده از مقاطع فولادی، چوبی یا بتن مسلح است. در این روش، لبه‌های مقاطع با یکدیگر جفت می‌شوند و سطح لازم برای نگهداری از خاک و دیوارهای گودبرداری را فراهم می‌کنند. از کاربردهای سپرکوبی می‌توان به ساخت دیوارهای حائل، بهسازی زمین، سازه‌های زیرزمینی (پارکینگ، مغار)، سازه‌های دریایی (آبشکن، فرازبند) و غیره اشاره کرد. عملکرد سپرکوبی به پارامترهایی نظیر دائمی یا موقتی بودن سازه نگهبان، شرایط محل اجرا، عمق نفوذ شمع (سپر)، گشتاور خشمی، ماهیت سازه و نوع پایداری مورد نیاز بستگی دارد.

گود سپرکوبی شده
گود سپرکوبی شده

اجرای سازه نگهبان به روش سپرکوبی چگونه انجام می‌شود؟

سپرکوبی معمولا مطابق با مراحل کلی زیر اجرا می‌شود:

  • کوبیدن سپرها به صورت عمودی در اطراف محدوده گود
  • شروع خاکبرداری
  • نصب تیرهای پشت بند افقی در کمرکش و روی سپرها پس از رسیدن به عمق کافی
  • اتصال قیدهای فشاری قائم به پشت‌بندهای افقی در جهت عمود بر صفحه سپر

در خاک‌های غیر سست و کم‌عرض، معمولا از سپرها، پشت‌بندها و قیدهای فشاری چوبی استفاده می‌شود. در طرف مقابل، برای عرض‌های بیشتر و خاک‌های سست‌تر باید از المان‌های فلزی استفاده کرد.

مزایای سپرکوبی چه هستند؟

از مزایت‌های سپرکوبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سرعت اجرای بالا به دلیل سبک بودن پروفیل‌ها
  • ایمنی مناسب
  • انعطاف‌پذیری بالا برای طراحی در طول‌های مختلف
  • امکان استفاده مجدد از سپرها
  • گزینه مناسب برای اجرای کانال‌هایی با طول زیاد
  • نیاز به نگهداری کم در حضور آب

معایب سپرکوبی چه هستند؟

محدودیت‌های سپرکوبی عبارت هستند از:

  • نیاز به تجهیزات مخصوص
  • نیاز به نیروی کار ماهر
  • مناسب نبودن برای عرض‌های زیاد
  • دشوار بودن جانمایی پروفیل‌ها در محیط‌های سنگی یا دارای بولدر
  • ایجاد آلودگی صوتی در صورت استفاده از چکش‌های لرزشی
  • هزینه‌بر بودن برداشتن پروفیل‌ها به دلیل استفاده از آن‌ها به عنوان سازه‌های نگهبان غیر دائمی

مهار متقابل چیست؟

«مهار متقابل» (Reciprocal Support یا Braced Cut Support)، یکی از روش‌های اجرای سازه نگهبان در گودهای کم عرض است. این روش را می‌توان به عنوان ترکیبی از روش سپرکوبی و خرپا در نظر گرفت.

مهار متقابل
مهار متقابل ترانشه

اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل چگونه انجام می‌شود؟

مهار متقابل حفریات سطحی معمولا طی مراحل زیر انجام می‌شود:

  • حفر چندین چاهک با فواصل مشخص در دو طرف محدوده گودبرداری: با عمق گود به علاوه 0.25 تا 0.35 عمق گود
  • جانمایی پروفیل‌های فولادی H یا I شکل درون چاهک‌ها: طول پروفیل‌ها باید مقداری بیشتر از عمق کل حفاری باشد.
  • اتصال انتهای بالایی پروفیل‌های متقابل (رو به رویی) توسط تیر یا خرپا: تامین پایداری بیشتر
  • شروع اجرای تدریجی عملیات گودبرداری
  • اجرای مهار متقابل در نقاط دیگر پروفیل‌های قائم در صورت نیاز
  • استفاده از الوارهای چوبی یا دیگر المان‌های مناسب بین پروفیل‌های قائم در صورت ریزشی بودن خاک

مهار متقابل باید در جهت عمود بر تیر یا خرپاهای متصل شده نیز به صورت مناسب اجرا شود.

مزایای مهار متقابل چه هستند؟

از مزایای مهار متقابل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سرعت بالا، هزینه پایین و فضای مورد نیاز کم برای اجرا در گودبرداری‌های کم عرض
  • عملکرد مناسب در اجرای کانال‌ها
  • موقتی بودن المان‌ها و امکان استفاده مجدد از آن‌ها در گودبرداری‌های دیگر
  • امکان اجرای پیوسته عملیات‌های حفاری، نصب المان‌ها و پر کردن فضای پشتی
  • عدم تاثیر ریزش‌های موضعی بر روی تمام فرآیندهای گودبرداری

معایب مهار متقابل چه هستند؟

محدودیت‌های مهار متقابل عبارت هستند از:

  • دشوار شدن مهاربندی‌های عرضی یا طولی در گو‌دهایی با طول بیش از 10 متر و عمق زیاد
  • نیاز به استفاده از المان‌های بیشتر در خاک‌های سست

در رابطه با نظارت بر الزامات اجرایی عملیات‌های ساختمان‌سازی نظیر کنترل ضوابط نظارت در مرحله شروع عملیات اجرایی، گودبرداری و پی ‌سازی، فیلم آموزشی مفصلی در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌تواند در فراگیری این مبحث به شما کمک کند. لینک این فیلم در ادامه آورده شده است.

  • برای مشاهده فیلم آموزش الزامات فنی و حقوقی مهندس ناظر و مجری ساختمان + اینجا کلیک کنید.

انکراژ چیست؟

«اَنکُر» (Anchorage) یا میل مهار، المان‌های پرکاربردی هستند که به منظور نگهداری و محدودیت ساختمان‌ها و دیگر سازه‌های مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. «انکراژ» (Anchorage) یا مهاربندی، یکی از روش‌های اجرای سازه نگهبان گودبرداری با استفاده از این المان‌ها است. میل مهار در ابعاد متنوع (حداکثر 70 متر) و با ظرفیت‌های مختلف (حداکثر 3000 کیلونیوتن) ساخته می‌شود.

انکراژ دیواره خاکریز
انکراژ دیواره خاکریز

اجرای سازه نگهبان به روش مهاربندی یا انکراژ چگونه انجام می‌شود؟

اجرای انکراژ مطابق مراحل زیر صورت می‌گیرد:

  • حفر چاه یا گمانه در حاشیه محدوده گودبرداری: به عمق گودبرداری به علاوه عمق نفوذ شمع بتنی انتهای تحتانی
  • قرار دادن پروفیل‌های H یا I شکل: به عمق گودبرداری به علاوه 0.25 تا 0.35 رقوم کف گود برای تامین گیرداری و مهار کافی
  • آرماتوربندی شمع انتهای تحتانی و بتن‌ریزی آن: تامین مهار پروفیل‌ها در شمع و مجموعه المان‌ها در خاک
  • شروع عملیات گودبرداری به صورت مرحله‌ای
  • حفر چاه‌های مایل در بدنه گودبرداری پس از اتمام هر مرحله: با قطر 10 تا 15 سانتی‌متر و عمق 5 تا 10 متر
  • میلگردگذاری و بتن‌ریزی چاه‌های مایل: جلوگیری از ریزش خاک دیواره
  • قرار دادن قطعات بتن پیش ساخته بین پروفیل‌های قائم و اتصال آن‌ها به میلگرد انتظار و پروفیل‌های قائم: امکان بتن‌ریزی درجا یا آرماتوربندی دیواره و اجرای شاتکریت به جای استفاده از بتن پیش ساخته نیز وجود دارد
  • درگیر کردن میلگردها با قطعات بتن توسط مهره و صفحات سوراخ‌دار تکیه‌گاهی
  • تکرار مراحل بالا برای هر مرحله

اجرای انکراژ

مزایای روش مهاربندی چه هستند؟

از مزایای انکراژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • بهبود مشخصات مکانیکی و کاهش رانش خاک
  • اشغال فضای بسیار کم داخل گود
  • استفاده از خاک موجود برای مهار دیواره‌ها

معایب روش مهاربندی چه هستند؟

محدودیت‌های انکراژ عبارت هستند از:

  • محدودیت استفاده از این روش در مجاورت ساختمان‌ها، تاسیسات و معابر شهری به دلیل لزوم به کارگیری بدنه خاک مجاور دیواره گود
  • زمان‌بر بودن اجرا در پروژه‌های کوچک به دلیل فرآیند مرحله‌ای
  • اقتصادی نبودن روش در پروژه‌های کوچک
  • نیاز به تجهیزات خاص برای حفر، تزریق، حمل پنل و غیره
  • نیاز به نیروی کار ماهر

دوخت به پشت چیست؟

«دوخت به پشت» (Tie Back)، روشی مشابه با انکراژ است. در این روش نیز گودبرداری به صورت مرحله‌ای و از بالا به پایین انجام می‌گیرد.

اجرای سازه نگهبان به روش دوخت به پشت چگونه انجام می‌شود؟

مراحل اجرای دوخت پشت به صورت زیر هستند:

  • گودبرداری تا یک عمق مشخص (معمولا 2 تا 3 متر)
  • حفر چاهک‌های افقی یا مایل در دیواره گود
  • جانمایی کابل‌های پیش تنیده درون چاهک‌ها
  • تزریق بتن در انتهای چاهک برای تامین مهار در خاک
  • کشیدن کابل‌ها توسط جک‌های مخصوص
  • مهار کردن انتهای بیرون زده کابل به دیواره گود
  • تزریق بتن به درون چاهک‌ها
  • آزاد کردن جک‌ها پس از سخت شدن بتن
  • تکرار مراحل بالا برای عمق‌های بعدی

در اجرای سازه نگهبان به روش دوخت به پشت، نیروی پیش تنیدگی کابل باعث افزایش تراکم خاک در پشت دیواره و کاهش رانش به سمت داخل گود می‌شود. در انتهای گودبرداری، مجموعه دیواره گود به عنوان یک سازه نگهبان در برابر رانش خاک مجاور مقاومت می‌کند.

مزایا و معایب دوخت به پشت چه هستند؟

معایب و مزایای روش دوخت به پشت مشابه روش مهارسازی است.

میخ کوبی یا نیلینگ چیست؟

«نیلینگ» (Nailing) یا میخ‌کوبی، از روش‌های پایدارسازی دیواره‌های گود و شیب‌ها است. در این روش، پس از حفاری گمانه‌های مخصوص، المان‌های بلندی نظیر میله‌های فولادی را درون خاک وارد می‌کنند. سپس، دوغاب را به درون حفره می‌ریزند. البته امکان اجرای همزمان حفاری و ریختن دوغاب نیز وجود دارد. توجه داشته باشید که در روش نیلینگ، برخلاف روش انکراژ، از المان‌های پیش تنیده یا بدون تنیدگی استفاده می‌شود.

دوخت به پشت

مزایای میخ کوبی چه هستند؟

از مزایای نیلینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مناسب برای فضاهای محدود با دسترسی دشوار
  • کم بودن مصالح مورد نیاز
  • کم بودن آلودگی صوتی و اثرات مخرب زیست‌محیطی
  • انعطاف‌پذیری و سرعت اجرای بالا
  • عدم وجود محدودیت اجرا با توجه به ارتفاع دیواره
  • صرفه‌جویی در هزینه، زمان و نیروی کار

معایب میخکوبی چه هستند؟

برخی از محدودیت‌های نیلینگ عبارت هستند از:

  • نامناسب برای زمین‌هایی با سطح آب زیرزمینی بالا
  • کاربری کوتاه مدت و غیر دائمی برای خاک‌های حساس و متورم
  • احتمال خوردگی میخ‌های فلزی
  • نیاز به نیروی کار متخصص و ماهر

الزامات طراحی روش‌های مهاربندی چه هستند؟

هدف اصلی استفاده از میل یا کابل مهاری برای افزایش پایداری گود، افزایش مقاومت داخلی توده خاک به منظور جلوگیری از حالت‌های شکست خارجی و حفظ ظرفیت باربری مناسب است. سازه ایجاد شده در این روش‌ها باید حرکت خاک و دیواره را کنترل کنند. نیروی مهاری مورد نیاز برای کابل مهاری با استفاده تحلیل خاک، مشخصات آب زیرزمینی و منبع بارهای خارجی اعمال شده بر سیستم اندازه‌گیری می‌شود. توجه داشته باشید که طول مناسب پیوند المان‌های مهاری و خاک باید بیشتر از محدوده سطح شکست بحرانی خاک باشد. در غیر این صورت، المان‌های مهاری نمی‌توانند مقاومت کافی برای جلوگیری از ریزش توده موجود در محدوده شکست را فراهم کنند و آن‌ها نیز به همراه خاک می‌ریزند.

سازه نگهبان وزنی یا دیوار حایل وزنی چیست؟

دیوار حائل وزنی از ساده‌ترین انواع سازه نگهبان است که معمولا با استفاده از سنگ، بتن، آجر و دیگر مواد سنگین ساخته می‌شود. در سازه نگهبان وزنی، وزن دیوار حایل، پارامتر اصلی در پایدرای خاک و مقاومت در برابر فشار جانبی است. اجرای دیوار حائل وزنی در حفریات کم عمق، معمولا با استفاده از سنگ بدون ملات یا بلوک‌های بتنی صورت می‌گیرد. به دلیل تاثیر مستقیم وزن این سازه بر روی عملکرد آن، ابعاد و حجم مواد مورد استفاده برای ساخت آن زیاد است. در مجموع، سازه نگهبان وزنی برای نگهداری از دیوارهای گودبرداری با ارتفاع کمتر از ۳ متر مناسب است.

سازه نگهبان وزنی
دیوار حائل وزنی معمولی (با مصالح بنایی)

مزایای دیوار حائل وزنی چه هستند؟

از مزایای دیوارهای حائل وزنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • هزینه پایین به دلیل در دسترس بودن مواد اولیه
  • سادگی اجرا و عدم نیاز به نیروی کار ماهر
  • وزن مخصوص بالای مواد (کاهش عرض دیوار نسبت به دیگر انواع دیوارهای حائل)
  • زیبایی ظاهری در هنگام استفاده از مواد طبیعی
  • دوام بالا

مزیت‌های دیوار حائل وزنی، آن را به گزینه‌ای مناسب برای نگهداری از خاکریزها و گودها در پروژه‌های دور افتاده تبدیل کرده است.

معایب دیوار حائل وزنی چه هستند؟

محدودیت‌های اصلی دیوارهای حائل وزنی عبارت هستند از:

  • حداکثر ارتفاع ۵ متر (افزایش حجم زیاد در ارتفاع‌های بیشتر)
  • نیاز به فضای کافی در پشت دیوار برای اجرا و پر کردن خاکریزها
  • مناسب نبودن برای خاک‌ها نرم و احتمال رخ شکست دورانی در این نوع خاک
  • نیاز به استفاده از مواد با کیفیت
  • نیاز به تعبیه سیستم زهکشی به دلیل نفوذپذیری پایین

دیوار حایل نیمه وزنی چیست؟

دیوار حائل نیمه وزنی، نوع دیگری از دیوارهای وزنی است. در این سازه‌های نگهبان، تعداد کمی میلگرد در بخش پشتی دیوار قرار داده می‌شود. به این ترتیب، ضخامت مورد نیاز برای اجرای دیوار کاهش می‌یابد. عمکلرد دیوارهای حائل نیمه وزنی مشابه دیوارهای وزنی است.

دیوار حایل شبکه ای چیست؟

دیوار حائل سلولی، مجوف یا شبکه‌ای، یکی از انواع سازه نگهبان وزنی است که از کنار هم قرار دادن چندین بلوک چوبی یا بتنی ساخته می‌شوند. پر کردن بلوک‌ها در این سازه نگهبان توسط سنگدانه با دانه‌بندی مخصوص (سنگ‌های خرد شده یا شن درشت) انجام می‌گیرد. این سنگدانه‌ها، علاوه بر افزایش وزن دیوار، امکان زهکشی مناسب آب را نیز فراهم می‌کنند. اصلی‌ترین مصالح مورد استفاد برای این نوع سازه نگهبان، قطعات پیش ساخته بتن و چوب است.

سازه نگهبان شبکه ای
دیوار حائل شبکه‌ای با بلوک بتنی

دیوار حائل شبکه ای برای نواحی کشاورزی مناسب است. استفاده از این سازه نگهبان به منظور نگهداری از شیب‌ها یا سازه‌ها پیشنهاد نمی‌شود.

مزایای دیوار حائل شبکه‌ای چه هستند؟

از مزیت‌های دیوارهای حائل شبکه‌ای می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • اجرای آسان و نسبتا سریع
  • امکان انبار کردن بلوک‌های پیش ساخته در محل پروژه برای دسترسی سریع‌تر
  • عدم نیاز به تعبیه سیستم زهکشی به دلیل زهکشی مناسب
  • انعطاف‌پذیری نسبتا خوب نسبت به دیوار حائل وزنی معمولی
  • ظاهر جذاب
  • امکان افزایش راحت ارتفاع دیوار

معایب دیوار حائل شبکه‌ای چه هستند؟

محدودیت‌های دیوارهای حائل شبکه‌ای عبارت هستند از:

  • نیاز به کف بتنی در اغلب موارد
  • دوام پایین در صورت استفاده از چوب
  • اقتصادی نبودن برای دیوارهای کوتاه
  • نیاز به اجرای ضخامت بیشتر برای دستیابی به وزن مناسب برای مقاومت در برابر فشار جانبی

دیوار حایل گابیون چیست؟

دیوار حائل گابیون، از روش‌های کارآمد ساخت سازه‌های نگهبان وزنی به حساب می‌آید. «گابیون» (Gabion)، یک قفسه فلزی به شکل مکعب یا استوانه است که با سنگ، بتن یا در برخی از موارد، ماسه و خاک پر می‌شود. پس از اتمام پر کردن، قفسه‌ها مانند واحدهای بنایی بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند و دیوار حائل را تشکیل می‌دهند. دیوار حائل گابیون در کنترل فرسایش سازه‌ها و پایدارسازی شیب‌های تند کاربرد دارد.

سازه نگهبان گابیونی
دیوار حائل گابیون با سنگ‌‌های درشت

مزایای دیوار حائل گابیون چه هستند؟

از مزیت‌های دیوارهای حائل گابیون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • امکان اجرا با دست و عدم نیاز به نیروی کار ماهر
  • امکان پر کردن گابیون‌ها با استفاده از مواد پرکننده اطراف محل پروژه
  • عدم نیاز به تعبیه سیستم زهکشی
  • اصطکاک مناسب کف دیوار و امکان جانمایی مستقیم گابیون‌ها بر روی خاک

معایب دیوار حائل گابیون چه هستند؟

محدودیت‌های دیوارهای حائل گابیون عبارت هستند از:

  • دوام پایین‌تر نسبت به دیوار حائل معمولی و دیوار حائل شبکه‌ای بتنی
  • وزن مخصوص پایین و مقاومت کمتر در ضخامت‌های برابر با دیگر انواع دیوارهای حائل
  • انعطاف‌پذیری پایین‌تر به دلیل بزرگ‌تر بودن واحدها (نامناسب بودن برای افزایش ارتفاع)
  • نیاز به منسوجات ژئوتکستایل در پشت دیوار (احتمال از دست رفتن مواد ریز درون دیوار بر اثر جریان آب)

دیوار حایل طره ای چیست؟

«دیوار حائل طره‌ای» (Cantilever Retaining Wall)، یکی از انواع سازه نگهبان شامل بدنه و دال بتنی است. این نوع سازه نگهبان معمولا توسط بتن مسلح، بتن پیش ساخته، بتن پیش تنیده یا مصالح بنایی ساخته می‌شود. نمای جانبی دیوار حائل طراه‌ای اغلب مشابه حرف T به صورت برعکس است. این دیوارها، از متداول‌ترین نوع دیوارهای حائل هستند.

سازه نگهبان طره‌ای
دیوار حائل طره‌ای

دال بتنی کف دیوار حائل طره‌ای به دو بخش پاشنه (زیر خاک پرکننده) و پنجه (زیر ناحیه حفاری) تقسیم می‌شود. استفاده از این نوع سازه نگهبان برای پایداری دیوارهای گودبرداری تا حداکثر عمق 10 متر مناسب است. دیوار حائل طره‌ای از مصرف پایین بتن نسبت به دیگر سازه‌های نگهبان وزنی بهره می‌برد. با این وجود، اجرای آن نیازمند دقت بالایی است. حالت‌های شکست در این مورد نیز مشابه حالت‌های شکست سازه نگهبان وزنی خواهد بود.

مزایای دیوار حائل طره‌ای چه هستند؟

از مزیت‌های دیوارهای حائل طره‌ای می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ضخامت پایین‌تر به دلیل وزن مخصوص بالا نسبت به دیوارهای حائل شبکه‌ای و گابیون
  • استفاده مجدد از مواد استخراجی برای پر کردن پشت دیوار
  • دوام بالا
  • امکان استفاده از دیوارهای کوچک به صورت پیش ساخته

معایب دیوار حائل طره‌ای چه هستند؟

محدودیت‌های دیوارهای حائل طره‌ای عبارت هستند از:

  • نیاز به آرماتوربندی و نیروی کار ماهر
  • نیاز به تعبیه سیستم زهکشی به دلیل نفوذپذیری کم بتن
  • انعطاف‌پذیری پایین
  • نیاز به خاک مناسب در ناحیه فونداسیون

دیوار حایل پشت بند دار چیست؟

«دیوار حائل پشت بند دار» (Buttressed Retaining Wall)، یکی از انواع دیوارهای حائل طره‌ای با پشت‌بندهای یکپارچه بتنی است. این پشت‌بندها با قرارگیری بر روی پاشنه دال بتنی، باعث افزایش مقاومت سازه نگهبان در برابر بارهای بزرگ می‌شوند. فاصله بین پشت‌بندها معمولا بزرگ‌تر یا برابر نصف ارتفاع هر پشت‌بند است. ارتفاع هر پشت‌بند نیز معمولا در بازه 8 تا 12 متر قرار دارد. به طور کلی، این نوع دیوار به منظور افزایش صلبیت و کاهش خمش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سازه نگهبان پشتبند دار
دیوار حائل پشت‌بند دار

دیوار دیافراگمی چیست؟

«دیوار دیافراگمی» (Diaphragm Wall یا Slurry Wall)، یکی از روش‌های ساخت دیوار بتن آرمه در زمین‌های نرم یا زمین‌های دارای سطح آب زیرزمینی بالا است. این روش، اغلب به منظور ایجاد دیوارهای آ‌ب‌بند در اطراف تونل‌ها، ترانشه‌ها و فونداسیون‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. دیوارهای دیافراگمی هزینه بالایی دارند اما باعث صرفه‌جویی در زمان و فضا اجرا می‌شوند. به همین دلیل، کاربرد اصلی آن‌ها در ساخت و سازهای شهری است.

نمونه‌ای از تجهیزات مورد استفاده برای حفر محل پنل‌های دیوار دیافراگمی
نمونه‌ای از تجهیزات مورد استفاده برای حفر محل پنل‌های دیوار دیافراگمی

اجرای سازه نگهبان به روش دیوار دیافراگمی چگونه انجام می‌شود؟

اجرای دیوارهای دیافراگمی طی حفاری، آرماتوربندی و بتن‌ریزی انجام می‌شود:

  • حفر محل دیوار به کمک دستگاه‌های مخصوص (به صورت پنل‌های مستطیلی)
  • پر کردن همزمان محل حفاری توسط گل بنتونیت و سیمان به منظور جلوگیری از ریزش دیواره
  • جانمایی قفسه آرماتورهای دیوار و پر کردن آن توسط بتن با اسلامپ بالا
  • شروع گودبرداری پس از سخت شدن دیوار
مراحل اجرای دیوار دیافراگمی
جانمایی المان‌های مسلح کننده در بین لایه‌های خاک

دیوارهای دیافراگمی با استفاده از بتن پیش ساخته و پس کشیده نیز قابل اجرا هستند.

مزایای دیوار دیافراگمی چه هستند؟

  • سرعت اجرای بالا
  • ایمنی بسیار مناسب
  • عملکرد چندگانه به عنوان سازه نگهبان گود، دیوار حایل، پرده آب‌بند، دیوار زیرزمین و فونداسیون روسازه
  • امکان اجرا در عمق‌های زیاد (تا 80 متر) و در انواع مختلف خاک‌ها
  • مناسب برای حفاری‌ها و گودبرداری‌های بلند

معایب دیوار دیافراگمی چه هستند؟

  • هزینه زیاد برای پروژه‌های کوچک با حجم کم
  • نیاز به فضای بیشتر برای راه‌اندازی و به کارگیری تجهیزات
  • نیاز به تجهیزات حفاری مخصوص
  • نیاز به نیروی کار ماهر

دیوار زیرزمین چیست؟

دیوارهای زیرزمین سازه نیز می‌توانند به عنوان سازه نگهبان برای مقابله با ریزش خاک‌های گود مورد استفاده قرار بگیرند. به طور کلی، دیوارهای زیر زمین به دو صورت متصل و مستقل اجرا می‌شوند:

  • دیوارهای مستقل: دیوارهایی که در زیرزمین اجرا می‌ؤوند و هیچ گونه اتصالی با ستون، تیر و سقف سازه ندارند.
  • دیوارهای متصل: دیوارهایی که به ستون، سقف یا بخشی از آن‌ها متصل می‌شوند و از نظر سازه‌ای به صورت یکپارچه به دیگر عضوهای سازه عمل می‌کنند.

طراحی دیوارهای زیرزمین برای پایدارسازی گود نیز مانند دیگر انواع سازه نگهبان است.

خاک مسلح چیست؟

«خاک مسلح» (Reinforced Soil یا Mechanically Stabilized Earth)، یکی از روش‌های اجرای سازه نگهبان با به کارگیری تسمه‌های فلزی، ورق‌های پلیمری و یا منسوجات ژئوتکستایل در دیواره‌های گود است. المان‌های مسلح کننده در این روش باعث اعمال نیروی کششی محدودکننده و کاهش تنش‌های جانبی می‌شوند.

جانمایی المان‌های مسلح کننده در بین لایه‌های خاک
جانمایی المان‌های مسلح کننده در بین لایه‌های خاک

کاربرد خاک مسلح چیست؟

خاک مسلح در ساخت دیواره یا تکیه‌گاه‌های عمودی، شیب‌های تند، خاکریز بر روی زمین نرم (ظرفیت باربری پایین)، جاده‌های بدون روسازی، رویه‌های مخصوص فونداسیون، کاهنده تنش زمین‌های پرشده و ترمیم شیب‌های خاکی آسیب‌دیده کاربرد دارد.

مزایای خاک مسلح چه هستند؟

از مهم‌ترین مزایای خاک مسلح می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کم بودن میزان پرکننده مورد نیاز
  • کم بودن فضای اشغال شده
  • امکان اجرای مستقیم بر روی خاک نرم
  • سرعت اجرای بالا به دلیل امکان اجرای همزمان فرآیند مسلح کردن با جانمایی و پر کردن

معایب خاک مسلح چه هستند؟

اصلی‌ترین محدودیت‌های خاک مسلح عبارت هستند از:

  • عدم قطعیت در مورد دوام و عملکرد المان‌های مسلح‌کننده در بلند مدت
  • امکان خوردگی سریع و شدید المان‌های فولادی
  • کاهش کیفیت مواد پلیمری در تماس با اشعه فرابنفش یا آسیب دیدن این مواد در صورت جابجایی نامناسب یا برخورد با اشیای تیز

شاتکریت چیست؟

«شاتکریت» (Shotcrete) یا بتن پاشیده، یکی از انواع بتن معمولی با روش بتن ریزی متفاوت است. این نوع بتن معمولا به همراه مش‌های فولادی برای پایدارسازی دیواره‌های گود یا حفریات زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در سال‌های اخیر، استفاده از بتن الیافی برای اجرای شاتکریت، گسترش بیشتری پیدا کرده است.

اجرای شاتکریت بر روی دیواره گود
اجرای شاتکریت بر روی دیواره گود

اجرای سازه نگهبان به روش شاتکریت چگونه انجام می‌شود؟

اجرای شاتکریت معمولا مطابق با مراحل زیر انجام می‌شود:

  • تمیزگاری دیواره‌های گود
  • جانمایی و فیکس کردن مش‌های فولادی
  • اعمال شاتکریت توسط نازل و با کمک فشار هوا بر روی دیواره‌ و مش به صورت یکنواخت با ضخامت مشخص شده در طراحی

مزایای شاتکریت چه هستند؟

از مزیت‌های شاتکریت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سرعت اجرای بالا (تراکم همزمان) و نیاز به آماده‌سازی کم
  • هزینه پایین
  • اجرای راحت بر روی سطوح نامنظم
  • توزیع مناسب تنش بر روی سطح و افزایش ظرفیت باربری
  • افزایش مقاومت دیواره‌ها در برابر فرسایش

معایب شاتکریت چه هستند؟

محدودیت‌های شاتکریت عبارت هستند از:

  • امکان شسته شدن سیمان هنگام بتن ریزی در هوای بارانی
  • امکان جدا شدن مواد و اجرای نامناسب هنگام بتن ریزی در هوای طوفانی
  • نیاز به نیروی کار ماهر و متخصص
  • امکان رخ دادن ریزش‌های شدیدتر نسبت به عدم استفاده از شاتکریت (در صورت اجرای نامناسب)

عوامل موثر بر انتخاب سازه نگهبان چه هستند؟

نوع و میزان سازه‌های نگهبان به پارامترهایی نظیر پایداری و زاویه شیب طبیعی (پارامترهای مکانیک خاک)، نزدیکی گود به سازه‌های مجاور (جاده، تاسیسات، ساختمان)، سطح آب زیرزمینی، نوع خاک، عمق گودبرداری، زمان خودنگهداری دیواره‌های گود، فصل اجرا و شرایط جوی بستگی دارد.

زاویه شیب طبیعی چیست؟

«زاویه شیب طبیعی» (Angle of Response)، حداکثر زاویه پایدار سطح ماده بدون نیاز به سازه نگهبان را نمایش می‌دهد. عدد دقیق این زاویه به سطح آب زیرزمینی بستگی دارد. با این وجود، مقدار میانگین زاویه شیب طبیعی انواع خاک‌ها عبارت است از:

  • رس زهکشی شده: 45 درجه
  • رس مرطوب: 16 درجه
  • ماسه خشک و شن: 40 درجه
  • ماسه مرطوب: 22 درجه

همان‌طور که مشاهده می‌کنید؛ رطوبت، از پارامترهای بحرانی در زاویه شیب طبیعی و در نتیجه، پایداری دیواره‌های گود است.

عمق اجرای سازه نگهبان چقدر است؟

امکان ریزش دیواره و آسیب به افراد در گودبرداری‌های کم عمق نیز وجود دارد. طبق یک قاون سر انگشتی، اگر عمق گود از 1.2 متر بیشتر شود، اجرای سازه نگهبان الزامی خواهد بود. البته این قانون برای خاک‌های معمولی و بدون در نظر گرفتن شرایط بحرانی است. در صورتی که شرایط خاک نامساعد بوده و یا میزان بارهای اعمال شده بر روی آن زیاد باشد، احتمال ریزش دیواره‌های گود با عمق کمتر از 1.2 متر نیز وجود دارد. این مسئله می‌تواند باعث آسیب به کارکنان درون گود شود.

طراحی سازه نگهبان چگونه انجام می‌شود؟

طراحی سازه‌های نگهبان مطابق با دستورالعمل‌ها و استانداردهای مختلف نظیر مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان و با استفاده از روش تنش مجاز یا حالات حدی انجام می‌گیرد.

حالت حدی سازه نگهبان چیست؟

حالت حدی سازه نگهبان، معیاری برای تعیین نوع شکست احتمالی خاک پس از گودبرداری و اجرای سازه نگهبان است. سازه‌های نگهبان مختلف، عملکرد متفاوتی را در برابر حالت‌های مختلف شکست از خود به نمایش می‌گذارند. به همین دلیل، طراحی این سازه‌ها متناسب با حالت‌های حدی انجام می‌گیرد. به عنوان مثال، در طراحی دیوارهای وزنی باید حالت‌های زیر را مد نظر قرار داد:

  • لغزش
  • واژگونی
  • ظرفیت باربری پی زیر دیوار
  • پایداری کلی دیوار
  • خمش و برش سازه‌های دیوار
  • نشست
حالت های شکست
حالت‌های معمول شکست در دیوارهای حائل وزنی

برای طراحی دیوارهای سپرگونه، حالت‌های بیشتری در نظر گرفته می‌شوند. تصویر زیر برخی از این حالت‌ها را نمایش می‌دهد.

حالت های شکست سازه نگهبان مهاربندی
حالت‌های شکست سازه نگهبان مهاربندی
  • برای طراحی دیوارهای مهار شده از پشت، تمام حالت‌های حدی بالا مورد بررسی قرار می‌گیرند.
  • در صورتی که دیوار سپرگونه از نوع مهار نشده باشد، باید تمام حالت‌های حدی شماره 4 تا 10 را برای آن در نظر گرفت.
  • در دیوارهای مهار شده از جلو (مایل یا متقابل)، علاوه بر موارد بالا باید کمانش مهارها، بالا آمدگی کف گود و جوشش ماسه در کف گود را نیز مورد بررسی قرار داد.

در طراحی خاک مسلح، باید حالت‌های حدی نمایش داده شده در تصویر زیر را کنترل کرد.

حالت های شکست خاک مسلح
حالت‌های شکست خاک مسلح

فشار خاک در طراحی سازه نگهبان

فشار خاک، از مهم‌ترین پارامترهای طراحی سازه‌های نگهبان است. در محاسبه مقادیر و جهت این فشار، پارامترهای زیر در نظر گرفته می‌شوند:

  • سربار روی سطح و شیب زمین
  • زاویه دیوار نسبت به خط قائم
  • سفره‌های آب و نیروهای آب نشتی در زمین (تاثیر تنش موثر)
  • مقدار و جهت حرکت دیوار نسبت به خاک
  • تعادل افقی و قائم برای کل سازه نگهبان
  • مقاومت برشی و وزن مخصوص خاک
  • زبری دیوار

تعیین فشار خاک در طراحی سازه نگهبان

فشار خاک در حالت‌های سکون، محرک و مقاوم، خاکریز متراکم، شرایط خاص و شرایط دینامیکی محاسبه می‌شود. حالت سکون، حرکت جانبی دیوار نسبت به زمین کمتر از 0.00005 برابر ارتفاع آن است. اگر این مقدار مطابق با جدول زیر باشد، حالت فشار به محرک و مقاوم تبدیل خواهد شد.

نوع خاک نسبت حرکت جانبی به ارتفاع
مقاوم محرک
ماسه متراکم 0.001 0.01
ماسه با تراکم متوسط 0.002 0.02
ماسه سست 0.004 0.04
لای متراکم 0.002 0.02
رس متراکم 0.01 0.05
رس نرم 0.02 0.06

برای محاسبه فشار خاک متراکم، مراحل تراکم خاک و اثر ناشی از وزن غلتک نیز در نظر گرفته می‌شود. در شرایط خاص باید فشار آب، ریشه گیاهان، تورم خاک، یخبندان و برخاست (بالاآمدگی) به همراه احتمال بروز ترک کششی را در محاسبات آورد. به منظور تحلیل دینامیکی گودبرداری و سازه‌های نگهبان، از روش‌های شبه استاتیک (مانند روابط مونونوبه اکابه) با در نظر گرفتن نقطه اثر دینامیکی در 0.45 تا 0.6 ارتفاع دیوار استفاده می‌شود. به منظور آشنایی با انتخاب روش تعیین فشار خاک در پشت دیوار، از راهنمای زیر استفاده کنید:

  • دیوارهای انعطاف‌پذیر با لغزش افقی (مطابق جدول بالا): حالت محرک
  • دیوارهای انعطاف‌پذیر با لغزش افقی (کم‌تر از مقادیر جدول بالا): حالت سکون
  • دیوارهای طره‌ای یا سپری بدون مهار یا مهار شده با یک میل مهار: حالت محرک با توزیع مثلثی
  • دیوارهای طره‌ای یا سپری مهار شده با میل مهارهای زیاد: روش عددی یا تجربی
  • دیوارهای سپی مهار شده با چند تیرک افقی یا مایل: توزیع ذوزنقه‌ای
  • دیوارهای زیرزمین از نوع متصل: حالت سکون

فشار جانبی در تحلیل‌های دینامیکی با دو مولفه فشار خاک در حالت استاتیک به علاوه اضافه فشار خاک در هنگام زلزله محاسبه می‌شود. جدول زیر، روش محاسبه برای تحلیل لرزه‌ای را نمایش می‌دهد.

خاک پشت دیوار روش محاسبه فشار جانبی خاک در هنگام زلزله
متراکم یا سخت (بر اساس مدول برشی) فشار دینامیکی خاک با فرض حالت سکون و به کارگیری روابط شبه استاتیک
متوسط و سست
  1. فشار دینامیکی خاک با فرض حالت محرک و به کارگیری روابط شبه استاتیک
  2. فشار استاتیکی با فرض حالت سکون

روش طراحی سازه نگهبان

طراحی سازه نگهبان با استفاده از روش‌های تنش مجاز یا حالات حدی صورت می‌گیرد.

روش تنش مجاز در طراحی سازه نگهبان

روش تنش مجاز بر اساس مفهوم ضریب ایمنی اجرا می‌شود. حداقل ضریب ایمنی دیوارهای وزنی برای حالت‌های شکست مختلف در شرایط استاتیک و دینامیک مطابق جدول زیر است.

شرایط استاتیکی لرزه‌ای
واژگونی 2 1.2
لغزش 1.5 1.2
ظرفیت باربری پی 3 2
پایداری شیب 1.5 3

حداقل ضریب ایمنی دیوارهای سپرگونه (شمع و سپر) نیز به صورت زیر در نظر گرفته می‌شود:

  • حالت واژگونی: مانند دیوارهای وزنی
  • حالت لغزش افقی: 1.5 تا 2 برای فشار جانبی مقاوم جلوی سپر و بیشتر از 2 برای خاک‌های تحکیم یافته
  • عمق گیرداری سپر: 1.5
  • مهار: برای باربری مجاز مهارهای تزریقی در سنگ و خاک به ترتیب برابر 4 و 3، برای میل مهار متصل به شمع برابر ضریب اطمینان شمع و برای میل مهار متصل به سپر برابر ضریب اطمینان سپر

برای دیوارهای خاک مسلح، ضریب اطمینان کلی، مشابه دیوارهای وزنی (با ضریب اطمینان ظرفیت باربری 2) در نظر گرفته می‌شود. ضریب اطمینان تنش کششی مجاز نیز مطابق با رابطه زیر به دست می‌آید:

$$
\mathrm{T}_{a}=\mathrm{T}_{\mathrm{ult}}\left(\frac{1}{F S_{\mathrm{id}} \times F S_{\mathrm{cr}} \times F S_{\mathrm{cd}} \times F S_{\mathrm{bd}}}\right)
$$

  • FSid: ضریب احتمال آسیب‌دیدگی ناشی از نصب (بین 1.1 تا 1.5 با توجه به روش اجرا)
  • FScr: ضریب خزش (1 تا 3 با توجه به نوع مصالح)
  • FScd: ضریب خوردگی (1 تا 1.5 با توجه به محیط)
  • FSbd: ضریب فساد بیولوژیکی (1. تا 1.3)
  • Ta: تنش کششی مجاز
  • Tult: تنش کششی نهایی

باقی ضرایب اطمینان عبارت هستند از:

  • تنش کششی مسلح کننده‌ها: 1.5 تا 2
  • بیرون کشیدن مهار مسلح کننده‌ها: 1.5
  • اتصال بین مهار و نمای خاک مسلح: 1.5

در روش تننش مجاز، علاوه بر ضرایب ایمنی، باید تغییر شکل در شرایط استاتیکی و دینامیکی نیز کنترل شوند.

روش حالات حدی در طراحی سازه نگهبان

حالت حدی، وضعیتی است که با گذر از آن، مشخصات سازه دیگر در معیارهای طراحی صدق نمی‌کند. روش حالات حدی یا ضرایب بار برای طراحی سازه‌های نگهبان، مطابق ترکیبات بارگذاری و ضرایب معرفی شده در مباحث ششم، نهم و دهم مقررات ملی ساختمان انجام می‌شود. برای دیوارهای وزنی، سپرگونه، شیروانی و خاک مسلح ضرایب کاهش مقاومت مانند جدول زیر هستند.

کنترل‌ها (مقاومت) ضرایب کاهش نیرو یا لنگر مقاوم
شرایط استاتیکی شرایط لرزه‌ای
دیوارهای وزنی
پایداری کلی (ممان یا نیروهای مقاوم در برابر لغزش) 0.66 0.95
ظرفیت باربری (ظرفیت باربری نهایی) 0.45 0.6
واژگونی (لنگرهای مقاوم در برابر واژگونی) 0.5 0.65
لغزش (نیروهای مقاوم در برابر لغزش افقی) 0.7 0.9
دیوارهای سپرگونه
پایداری کلی 0.66 0.95
ظرفیت باربری 0.55 0.7
واژگونی 0.5 0.65
لغزش 0.9 0.95
دیوار مهاری یا المان مقاوم 0.75 0.85
مقاومت کششی 0.8 0.8
مقاومت در برابر بیرون کشش 0.65 برای خاک و 0.5 برای سنگ 0.9 برای خاک و 1 برای سنگ
شیروانی
پایداری کلی 0.66 0.8
ظرفیت باربری 0.55 0.65
لغزش 0.9 0.95
خاک مسلح
مقاومت کششی تسمه فلزی 0.75 0.95
مقاومت کششی مسلح کننده ژئوسنیتیک 0.9 1.2
مقاومت بیرون کشیدن مسلح کننده 0.9 0.95
لغزش بین مسلح کننده و خاک 0.8 0.95

نرم افزارهای تحلیل سازه نگهبان چه هستند؟

اکثر نرم افزارهای مهندسی عمران در حوزه ژئوتکنیک برای مدل‌سازی، تحلیل و طراحی سازه‌های نگهبان قابل استفاده هستند. هنگام انتخاب نرم افزار مناسب برای این کار، به قابلیت‌های نرم افزار در مدل‌سازی المان‌های پایدارسازی و مبنای ریاضی تحلیل‌های آن‌ها دقت کنید. به عنوان مثال، FLAC، یک مجموعه نرم افزاری بر پایه روش تفاضل محدود است که امکان تحلیل دو بعدی و سه بعدی انواع سازه‌های نگهبان را فراهم می‌کند. در طرف دیگر، PLAXIS، با به کارگیری روش المان محدود این کار را انجام می‌دهد. گزینه‌های متعدد دیگری برای اجرای تحلیل سازه‌های نگهبان وجود دارند که هر یک، قابلیت‌های مختص به خود را ارائه می‌کنند.

نمونه‌ای از نتایج تحلیل دیوار دیافراگمی در نسخه دو بعدی نرم افزار FLAC
نمونه‌ای از نتایج تحلیل دیوار دیافراگمی در نسخه دو بعدی نرم افزار FLAC

معرفی فیلم آموزش الزامات فنی و حقوقی مهندس ناظر و مجری ساختمان

میلگرد انتظار

بخش‌های مختلف سازه‌های بتنی و فولادی باید مطابق با الزامات فنی اجرا شوند. مهم‌ترین وظیفه مهندسان ناظر، بررسی بخش‌های مختلف سازه و کنترل مطابقت آن‌ها با الزامات آورده شده در استاندادها است. یکی از حساس‌ترین مراحل در ساخت ساختمان‌های مسکونی یا تجاری بزرگ با فونداسیون‌های متوسط تا عمیق، اجرای صحیح سازه‌های نگهبان به منظور جلوگیری از تغییر شکل زمین اطراف گودبرداری است. به منظور آشنایی کامل دانشجویان، فارغ‌الحصیلان و علاقه‌مندان به قوانین فنی و حقوقی نظارت ساختمان، فردارس، آموزش جامعی را به مدت 8 ساعت و 18 دقیقه در قالب 11 درس تهیه کرده است.

درس دوم این فرادرس، روش انصراف از طراحی سازه نگهبان، پایش گود، نظارت بر سازه نگهبان خرپایی، ایرادات احتمالی و دیگر ضوابط نظارتی برای این سازه‌ها را آموزش می‌دهد.

  • برای مشاهده فیلم آموزش الزامات فنی و حقوقی مهندس ناظر و مجری ساختمان + اینجا کلیک کنید.

گودبرداری و سازه های نگهبان در آزمون نظام مهندسی

مباحث مرتبط با سازه نگهبان، علاوه بر اهمیت اجرایی، برای موفقیت در آزمون نظام مهندسی عمران، صلاحیت طرح و اجرای گود، پی و سازه نگهبان نیز مهم است. از مهم‌ترین منابع آزمون این صلاحیت می‌توان به مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (پی و پی‌سازی) و کتاب اصول و مبانی گودبرداری و سازه‌های نگهبان (وزارت مسکن و شهرسازی) اشاره کرد. منابع کامل صلاحیت گودبرداری و سازه‌های نگهبان عبارت هستند از:

  • مبحث ششم: بارهای وارد بر ساختمان
  • مبحث هفتم: پی و پی‌سازی
  • مبحث هشتم: طرح و اجرای ساختمان‌های با مصالح بنایی
  • مبحث نهم: طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه
  • مبحث دهم: طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی
  • راهنماهای موجود و غلط‌نامه‌های مربوط به هر یک از مباحث بالا (در صورت ارائه توسط معاونت مسکن و ساختمان)
  • استاندارد 2800 ایران: آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله
  • اصلاحیه‌های مربوط به استاندارد 2800 ایران (در صورت ارائه توسط معاونت مسکن و ساختمان)
  • راهنمای طراحی دیوارهای حائل: شماره 308، سال 1396
  • دستورالعمل اجرایی گودبرداری‌های ساختمانی
  • کتاب‌های استاتیک، مقاومت مصالح، تحلیل سازه‌ها، مکانیک خاک، گودبرداری، پی‌سازی، سازه‌های نگهبان، خاک پیشرفته، پی پیشرفته و اجزا محدود (در سطح کارشناسی عمران و کارشناسی ارشد خاک و پی)

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

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