گودبرداری و سازه نگهبان یکی از مهم ترین بخش های طراحی و اجرای ساختمان می باشد. عدم آشنایی با با ضوابط و دستورالعمل های اصولی و علمی در زمینه اجرای انواع سازه نگهبان موجب بروز حوادث و صدمات جانی و مالی بسیاری می شود. عوامل زیادی در یک گود برداری و اجرای سازه نگهبان اصولی موثر هستند؛ تمام این عوامل باید کار خود را به نحو احسن انجام دهند تا این هدف محقق گردد.

از این رو در این مقاله سعی کرده ایم که روش اجرا و نکات لازم در هنگام اجرای انواع سازه نگهبان­ رایج را بیان کنیم. سازه نگهبان­ هایی که در کشور ما به صورت متداول از آن ها استفاده می­شود عبارت اند از: سازه نگهبان خرپایی (Truss Guard Structure)، مهار متقابل (Braced Cuts)، مهار گذاری (Soil Anchorage)، دوخت به پشت (Soil Nailing)، دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)، سپرکوبی (Sheet Pile)، اجرای شمع درجا (Pile) که در ادامه با هرکدام از آن ها آشنا خواهیم شد.

سازه نگهبان چیست؟

در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است تا خاک برداری در زمین انجام شود. در نتیجه این خاک برداری دیواره ها یا جداره های خاکی قائم و یا مایل به وجود می آید. به منظور جلوگیری از ریزش دیواره های گودها و ترانشه ها و مقابله با تبعات منفی احتمالی ناشی از گودبرداری سازه های موقتی را برای مهار دیواره های گود یا ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه نگهبان می گویند.

مطابق بند 7-1-3-3 از مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان سازه نگهبان به سازه ای اطلاق می شود که برای نگهداری خاک به کار برده می شوند. این سازه ها شامل انواع دیوارها و سیستم های نگهبان هستند،  که در آن ها عناصر سازه ای ممکن است با خاک  یا سنگ ترکیب شده و یا در آن ها از تسلیح خاک استفاده شود.

سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از اولین روش ­های ابداع شده برای پایدارسازی گود می­باشد؛ که ساده و انعطاف­ پذیر است و در گود­های متداول شهری بسیار استفاده می­شود. این روش نیازمند بکار گیری نیرو متخصص و دستگاه خاص نیست. در این قسمت روش اجرای سازه نگهبان خرپایی به صورت گام به گام آورده شده­ است. در اجرای سازه نگهبان خرپایی خاکبرداری و نصب المان‌ها به صورت مرحله‌ ای صورت می­گیرد.

حفاری چاه در مسیر گودبرداری

بعد از اتمام عملیات تخریب ساختمان و رسیدن به تراز سطح زمین محل قرارگیری عضوهاي قائم خرپا در لبه دیواره گود مشخص می­گردد. در این محل ­ها چاه­ هایی حفر می­شوند که عمق این چاه­ ها برابر با عمق گود به اضافه طول شمع (H+L_P) می­باشد.

• طول شمع از ۲۵% ارتفاع گود نباید کمتر باشد.
• قطر چاه بایستی به گونه­ای باشد که کارگر برای حفاری به راحتی بتواند داخل آن شود. لذا توصیه می شود حداقل ۸۰ سانتی متر باشد. (در اکثر پروژه ها قطر 1 متر را حفاری می کنند)

 

 

ویدئو تکمیلی: آموزش تخریب ساختمان

اجرای عضو قائم و شمع انتهای آن

پس از حفر چاه ­ها قفسه آرماتور­های شمع را مطابق با طراحی می­بندیم و آن را در انتهای چاه ­ها قرار می­دهیم. سپس عضو قائم خرپا در چاه‌ها قرار می‌گیرد. چند ردیف برش ‌گیر از نبشی یا ناودانی روی عضو قائم خرپا جهت درگیری بیشتر فولاد با بتن نصب می‌گردد. مقداری از طول عضو قائم در شمع قرار می گیرد. به این ترتیب پس از سخت شدن بتن، انتهای عضو قائم در زمین به صورت گیردار عمل خواهد نمود. قسمت انتهایی چاه تا تراز کف گود با بتن پر می شود.

⇐ هرگونه فاصله بین سازه نگهبان خرپایی و دیوار گود موجب بی فایده بودن و عدم کارایی آن می‌گردد. در صورت وجود فاصله باید با مصالح مناسب پر شود.

گودبرداری با شیب پایدار

در این مرحله خاکبرداری با شیب پایدار شروع می­شود. شیب پایدار یک شیب ایمن است که بر اساس مطالعات ژئوتکنیک و تئوری­ های مکانیک ­خاک به دست می­ آید. خاکبرداری به صورت مرحله­ ای برای اجرای عضو مایل مطابق شکل زیر صورت می­گیرد. این خاکبرداری در خاک هایی که احتمال ریزش آن­ها بسیار زیاد است فقط در محل قرار گیری عضو مایل انجام می­شود و سرتاسری نیست.

اجرای فونداسیون برای عضو مایل سازه نگهبان

پس از گود­برداری با شیب پایدار محل اجرای فونداسیون عضو مایل خاک­برداری می­شود. قفسه آرماتور­های فونداسیون و قالب­های کف فونداسیون بسته می­شود. صفحه ستون برای عضو مایل نصب می­شود و سپس بتن فونداسیون ریخته می­شود. معمولا برای پایداری سازه نگهبان در مقابل لغزش پی­های منفرد را با شناژ به هم متصل می کنند.

• رقوم ارتفاعی بالای فونداسیون و بالای شمع بر تراز گودبرداری منطبق است.
• تراز کف گود منطبق با تراز کف فونداسیون سازه اصلی است.

 

عضو مایل سازه نگهبان خرپایی چگونه نصب می شود؟

پس از اجرای فونداسیون عضو مایل، عضو مایل مطابق با نقشه از یک سمت به صفحه ­ستون و از سمت دیگر به ابتدای عضو قائم متصل می­شود. به دلیل آسانی اجرای اتصال مفصلی نسبت به اتصال گیردار معمولا اتصال عضو مایل به صفحه ستون مفصلی اجرا می­شود.

نصب اولین عضو افقی سازه نگهبان

در این مرحله مطابق شکل زیر خاک به صورت مثلثی در سر­تا­سر گود تا تراز کف اولین عضو افقی برداشته می­شود. سپس اولین عضو افقی پس از قرار گیری در جای خود از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به عضو مایل متصل می­شود. اتصال این عضو در هر دو سمت مفصلی می­باشد.

نصب سایر اعضای افقی و قطری

در این مرحله اعضای افقی و قطری برای صلبیت بیشتر خرپا نصب می­شود. مانند قسمت قبلی برای نصب سایر اعضای افقی و قطری تا تراز کفِ عضو افقی بعدی خاکبرداری در طول دیوار صورت می­گیرد و عضو افقی و قطری مایل بعدی نصب می­شود (شکل 9). این مرحله تا رسیدن به تراز کف گود تکرار می­شود.

• در این سازه فقط نیروی محوری وجود داشته و به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در اعضا متشکله خرپا، اتصالات باید به صورت مفصلی اجرا شوند.
• اگر خاک ریزشی و سست باشد خاک بین خرپاها پس از تکمیل سازه نگهبان برداشته می­شود. در این دسته از خاک ها برای مهار خاک در فضای بین دو خرپا و جلوگیری از ریزش آن می­توان از تخته ‌گذاری، مهاربندهای قطری یا از بتن شاتکریت استفاده کرد.

مهار متقابل

یکی دیگر از روش های پایداری گود، مهار متقابل است. در این روش که برای گود برداری ها با عرض کم (10 تا 15متر) و طول زیاد کاربرد دارد برای نگهداری وجه های عمودی گود از المان هایی به نام مهار متقابل (استرات) استفاده می شود. استرات ها اعضای فشاری هستند که به المان های عمودی به نام Soldier Beam که در مجاور دیوار گود وجود دارد متصل می شوند. این اعضای فشاری باعث کنترل تغییر شکل دیوار های گود می شود، شکل پایین نمونه از یک اجرای مهار متقابل است که اجزای آن در شکل معرفی شده است. برای جلوگیری از ریزش خاک هایی که چسبندگی زیادی ندارند یا ورود آب به داخل گود برای تزار آب زیرزمینی بالا؛ دیوار های گود با بتن شاتکریت، دیوار دیافراگمی، سپرکوبی، شمع و … پوشانده می شود.

حفاری چاه در مسیر گودبرداری

همانند حفاری چاه در اجرای سازه نگهبان خرپایی محل Soldier Beam ها در مجاور دو طرف طول گود حفاری می­شود. عمق این چاه برابر با عمق گود به اضافه طول گیرداری تیر نگهبان است. این چاه ها باید دقیقا مجاور دیوار عمودی گود باشد. طول گیرداری از ۲۵% ارتفاع گود نباید کمتر باشد.

اجرای المان قائم Soldier Beam

پس از حفر چاه ­­ها المان­ های قائم را مطابق با نقشه در چاه قرار می­دهیم. معمولا پروفیل ­های فولادی H و I شکل استفاده می­شوند. انتهای چاه تا تراز کف گود (تراز کف فونداسیون سازه) با بتن پر می­شود. به این ترتیب پس از سخت شدن بتن، انتهای عضو قائم در زمین به صورت گیردار عمل خواهد نمود. معمولا برای درگیری بیشتر المان قائم با بتن از برشگیر در انتهای المان استفاده می­شود.

هرگونه فاصله بین سازه نگهبان خرپایی و دیوار گود موجب بی فایده بودن و عدم کارایی آن می‌گردد. در صورت وجود فاصله باید با مصالح مناسب پر شود.

اجرای مهارهای متقابل Strut

پس از اجرای المان های قائم نوبت به مهار های متقابل می رسد. همان طور که پیش تر گفته شد این اعضای فشاری باید به المان های قائم متصل شوند. برای این کار تا تراز اولین مهار متقابل خاکبرداری می کنیم. اولین عضو مهار متقابل به صورت گیردار به اعضای قائم متصل می شود. اتصال استرات ها به المان قائم با ورق فولادی و جوش معمولا اجرا می شود اما گاها از اتصال پیچی نیز استفاده میگردد. اگر در اجرای مهار متقابل امکان ریزش موضعی باشد پس از هر مرحله خاکبرداری دیواره گود با مصالح مناسب پوشانده می شوند.

پس از نصب اولین عضو مهار متقابل به ترتیب برای نصب سایر استرات ها خاکبرداری را تراز اجرای آن ادامه می دهیم و آن را نصب می کنیم. اتصال مهار متقابل به جز اولین و آخرین آن ها مفصلی است مطابق شکل زیر.

همانطور که در ابتدای این قسمت هم گفتیم مهار های متقابل اعضای فشاری هستند که به پایداری دو عضو قائمی که در ابتدا و انتهای آن قرار دارد کمک می کند. مسئله مهم برای اعضای فشاری رخ دادن پدیده کمانش است. یکی از عوامل موثر در افزایش خطر کمانش، طول موثر زیاد عضو فشاری است.

روش دیگری برای جلوگیری از کمانش عضو فشاری وجود دارد آن این است که به جای استفاده از پروفیل فولادی برای این عضو از خرپا استفاده کنیم. خطر کمانش از مهمترین مواردی است که باید در اجرا و طراحی این نوع سازه نگهبان به آن توجه کرد چرا که شکستن یکی از اعضا باعث افزایش نیروی فشاری عضو دیگر شده و آن عضو را هم دچار کمانش میکند، این عمل ادامه پیدا می کند تا کل سیستم از بین برود.

گاها در اجرای این سازه نگهبان نیاز است که در راستای طولی بین المان های قائم مهاربند های نصب شوند. اگر تراز فونداسیون دو همسایه‌ مجاور یکی باشد، توصیه می شود در این تراز یک استرات یا مهار متقابل اجرا شود.

بیشتر بخوانید: کمانش موضعی چیست؟

روش اجرا مهار گذاری (Soil Anchorage)

مهار یک المان تزریق شده است که به صورت پیش تنیده در خاک یا سنگ نصب می شود. هدف این عضو انتقال بار کششی اعمال شده به زمین است. مهاری های خاک تزریق شده ی پیش تنیده را به صورت خلاصه مهاری های خاک می نامند. نام دیگر این روش دوخت به پشت نیز می باشد. استفاده از این مهار ها مانند سایر روش ها برای جلوگیری از تغییر شکل های دیوار های گود می باشد. تفاوت المان های مهار با میخکوبی در خاک وجود نیروی بزرگ پیش تنیدگی در مهار است. حرکت توده خاک موجب نیرو در اجزای دیوار می گردد ولی در دیوار های مهار اصطکاکی قبل از هر گونه حرکت توده، نیروی پیش تنیدگی بزرگی وجود دارد که باعث کاهش تغییر شکل می گردد. مهار ها متشکل از میلگرد های منفرد یا کابل های مخصوص با مقاومت بالا هستند که در یک گمانه جای می گیرند. اجرای این روش چون مهار ها در دیوار همسایه وارد می شود نیازمند کسب اجازه قانونی از همسایگان دارد. این روش نسبت به روش های قبلی پیشرفته تر است و برای اجرا نیازمند تجهیزات و نیروی خاص هستیم.