سازه نگهبان

سازه نگهبان چیست؟

سازه نگهبان، سازه ‌ای می باشد که به منظور پایدار سازی گود 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.

اهمیت سازه نگهبان

1. وجود سازه‌های نگهبان، از خطرات احتمالی ناشی از ریزش خاک یا نشست غیر یکنواخت آن جلوگیری می‌کند.
2. 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.
3. 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.

انواع روش های پایدارسازی گود

1. گود برداری با شیب مایل و پلکانی

   در این روش، پایدارسازی گود به صورت مرحله به مرحله تا عمق بحرانی گودبرداری انجام می‌شود.

2. سازه نگهبان خرپایی

   سازه نگهبان خرپایی از یک عضو قائم و یک عضو مایل تشکیل شده است و بقیه اعضا به صورت افقی و قطری قرار داده می‌شوند و یک شبکه مثلثی را ایجاد می‌کنند. این روش پایدارسازی به صورت مرحله به مرحله تکمیل شده و خاکبرداری انجام می‌شود.

3. مهار متقابل

   در این روش مانند سازه نگهبان خرپایی ابتدا عضو‌های قائم نصب شده و سپس دستک‌های فشاری مابین هر دو عضو قائم روبه‌روی هم اجرا می‌شوند.

4. اجرای شمع

   شمع‌ها همان پی‌های عمیق هستند که با آرایش‌های مختلفی مانند با فاصله از هم، مماس و متقاطع در گودبرداری اجرا می‌شوند.

5. سپرکوبی (انکراژ)

   در روش سپرکوبی یا شیت پایل مقاطع فلزی توسط سپرکوب در زمین کوبیده می‌شوند و سپس خاک جلوی آن‌ها برداشته می‌شوند. روش سپرکوبی را می‎‌توان به صورت ترکیبی با مهار متقابل (استرات) یا نیلینگ و انکراژ انجام داد.

6. دیوار دیافراگمی

   در روش دیوار دیافراگمی ابتدا حفاری توسط هیدروفرز یا گراب انجام شده و سپس قفسه آرماتورها درون آن قرار داده می‌شود و در مرحله آخر بتن ریزی انجام می‌گیرد. این روش معمولا برای متروها بسیار کاربردی است.

7. میخ گذاری خاک (نیلینگ)

   در روش میخ گذاری خاک یا نیلینگ، دو توده خاک به وسیله المان‌های فولادی به یکدیگر متصل می‌شوند. توجه داشته باشید که هنگام انتخاب نوع سیستم نگهدارنده، باید مقدار مجاز جابه‌جایی ساختمان‌های نزدیک را در نظر گرفت، زیرا در اجرای این روش، نیروی کششی در این المان‌ها تنها در صورت جابه‌جایی سیستم فعال می‌شود. لذا ممکن است در ساختمان‌های مجاور با کاربری حساس، ایجاد مشکل کند.

معرفی هریک از سیستم های سازه نگهبان:

1. سازه نگهبان خرپایی

   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.

   برای طراحی سازه‌های نگهبان خرپایی،جدول هایی توسط دفتر امور مقررات ملی ساختمان، 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.

   اعضای اصلی سازه نگهبان خرپایی:

   • عضو قائم
   • عضو مایل
   • ریشه عضو قائم
   • پی عضو مایل
   • اعضای افقی ومایل خرپا

   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 چاه ها به وسیله نقشه برداری و با توجه به نقشه های اجرایی انجام می گردد.جهت بتن ریزی ریشه اعضای قائم، کف این چاه ها 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 می باشد. اعضای قائم را به صورت عمودی در چاه قرار داده و به طور کامل به دیوار می چسبانند و سپس ریشه شمع فلزی بتن ریزی می گردد.

      ریشه شمع فلزی حدود ۲۵ درصد عمق گود بوده و قطر چاه ها حدود ۸۰ تا ۱۰۰ سانتیمتر می­باشد. جهت گیرداری بهتر عضو قائم در بتن ریشه، قطعات نبشی یا ناودانی را به عنوان برش گیر به عضو قائم جوش می دهند.

      همانطور که شمع های فلزی در روش های میخ کوبی، 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 تغییرشکل ها 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 میگردد و سپس اعضای مایل نصب میگردد. 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 میگردند.

   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 مرحله ای 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 و 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.

   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 دستگاه های خاص
   • عدم ورود به زمین های مجاور
   • قابلیت انطباق با روش های زهکشی
   • سرعت اجرای نسبتاً بالا
   • قابلیت اجرا در پروژه های با هندسه نامنظم

2. 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.

3. سازه نگهبان انکراژ

   اصول اجرای روش مهارگذاری یا سازه‌ نگهبان 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.