سازه نگهبان چیست؟ انواع و روش‌های اجرا

زمان مطالعه: 7 دقیقه

به سازه‌ای که جهت پایدارسازی دیواره‌های مکان گودبرداری استفاده می‌شود تا از پیامدهایی همچون ریزش بنا پیش‌گیری کند، سازه نگهبان می‌گویند که انواع و روش‌های طراحی و اجرای مختلفی دارد. به بیانی ساده‌تر این نوع بنا برای جلوگیری از ریزش گودها طراحی می‌شود و در سال‌های اخیر روشی کاربردی برای ایمن‌کردن گود با مهار دیوارهای مجاور بنا است. در این مطلب به اهمیت سازه نگهبان، انواع، روش اجرا و برچیدن آن می‌پردازیم. با این مطلب کاربردی از اصفهان آهن همراه باشید.

سازه نگهبان چیست؟

همان‌طور که در مقدمه هم گفتیم برای مهارکردن دیوارهای مجاور بنا و همچنین نگه‌داشتن خاک در زیر آن، از روش‌هایی به‌نام سازه نگهبان (برای ایمن کردن عملیات گودبرداری) استفاده می‌شود که در انواع مختلفی می‌توان آنها را طراحی و اجرا کرد. لازم‌به‌ذکر‌است که هزینه نهایی این سازه‌ها به قیمت امروز میلگرد و دیگر مقاطع فولادی مورد استفاده در این سازه‌ها بستگی دارد. هر کدام از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند که در ادامه به‌طور مفصل راجع‌به آنها صحبت می‌کنیم.

در واقع هنگامی بنا استحکام دارد که خاک زیر آن ثابت باشد؛ اگر خاک در زیر سازه حرکت کند، احتمال ریزش ساختمان وجود دارد. در حالت عادی و قبل از عملیات گودبرداری، فشارجانبی خاک، نرمال و متعادل است، اما پس از گود‌برداری تغییر وضعیت تنش، باعث افزایش فشارجانبی خاک و زیادشدن احتمال شکست و ریزش خاک می‌شود. بنابراین در صورت عدم انجام اقدامات مناسب، ممکن است پیامدهای ضایع‌بار و جبران‌ناپذیری به‌دنبال داشته باشد. بهترین کار در این زمان، اجرای سازه جانبی است.

سازه‌های نگهبان به المان‌های دائمی یا موقتی (Retaining Structure) گفته می‌شود که باعث پایدارسازی خاک‌ها یا سنگ حول مکان گودبرداری می‌شوند.

 اجرای این سازه‌ها از اقدامات مهم در طی ساخت انواع ساختمان‌ها، سدها، پل‌ها و تونل‌ها به حساب می‌آیند. بنابراین این بناها می‌توانند بخشی از سازه اصلی یا قسمتی فرعی و جدا از بنای اصلی باشند.

در برخی از پروژه‌ها، برای کاهش هزینه‌ها، از مرحله اجرای سازه جانبی به‌راحتی عبور می‌کنند (یعنی این‌گونه اعلام می‌کنند که خاک به اندازه کافی پایدار است و نیازی به هیچ‌گونه سازه فرعی ندارد). این در‌حالی است که هر عقل سلیمی می‌داند که رفتار خاک غیرقابل پیش‌بینی است و برای ایمنی ساختمان و افراد حاضر در محل‌کار (چه داخل، چه خارج از مکان گود‌برداری) و همچنین ساختمان‌های اطراف محل آن، باید المان‌هایی تحت عنوان سازه نگهبان استفاده شوند.

گودبرداری چیست؟

به پروسه حفر کردن، برداشت و ایجاد گودال درون زمین، گودبرداری (Excavation) می‌گویند. اما درواقع این عملیات به چه منظوری انجام می‌شود؟ این کار برای حفر شالوده برای فونداسیون بنا، آماده سازی پی سد، آماده سازی تکیه‌گاه پل، ساختن زیر زمین و مواردی دیگر انجام می‌شود.

ماشین‌آلات مورد نیاز برای این فرایند با توجه به نوع خاک آن محل تعیین می‌شوند (ماشین‌های سبک، سنگین، حفاری، مواد منفجره). این پروسه به چند نوع برداشت خاک سطحی، خاک زیر سطحی، سنگ، لجن و ترکیبی تقسیم می‌شود. این امر به جهت حاضر و آماده‌سازی محیط و ایجاد لایه‌ای ایمن برای اجرای بناهای گوناگون انجام می‌گیرد.

اهمیت و کاربرد سازه نگهبان

اگر سازه جانبی اجرا نشود، چه نتایجی به‌دنبال دارد؟ در این بخش به چند مورد از دلایل لزوم و اهمیت وجود این سازه‌ها می پردازیم:

• پیش‌گیری از امکان ریزش یا نشست خاک
• جلوگیری از آسیب دیدن افراد داخل و خارج گود
• جلوگیری از تخریب ساختمان‌های اطراف بنا
• پیشگیری از آسیب دیدن لوله‌کشی‌ها
• جلوگیری از هزینه‌های بعدی
• جلوگیری از رانش جاده به سطح‌های پایین‌تر

با توجه به این موارد، سازه نگهبان کمک می‌کند تا در نهایت خطرات کمتری متوجه افراد حاضر در پروژه و کسانی شود که بعد از اتمام، از آن استفاده می‌کنند.

انواع سازه نگهبان

سازه‌های نگهبان به دو صورت دائمی و موقت (غیردائم) قابل اجرا هستند؛ در ادامه، انواع گوناگون آنها نام برده شده است و در بخش بعد به روش طراحی و اجرای مهم‌ترین انواع می پردازیم.

• خرپایی
• سپرگونه
• شمع‌کوبی

درجا

پیش ساخته

• سپرکوبی
• مهاربندی

انکراژ

نیلینگ (میخ‌کوبی)

دوخت‌به‌پشت

• مهار متقابل
• دیوار حائل
• دیوار دیافراگمی
• شاتکریت
• دیوار مسلح
• ترکیبی

روش اجرای سازه‌های نگهبان

در این قسمت در مورد چگونگی پیاده‌سازی چند نوع مهم و پرکاربرد سازه‌های جانبی صحبت می‌کنیم و آنها را با جزئیات کامل شرح می‌دهیم.

نوع 1- سازه نگهبان خرپایی

یکی از معمول‌ترین روش‌های اجرا، شیوه خرپایی است، که در گودبرداری‌های کم عمق استفاده می‌شود. در این متد برای خاک‌برداری و تکمیل سازه جانبی و پر کردن پشت آن از روش مرحله‌به‌مرحله و با مصالح مناسب برای این کار استفاده می‌کنند.

سازه خرپایی به‌هیچ عنوان نباید با خاک فاصله داشته‌باشد؛ زیرا حتی اگر ذره‌ای فاصله در این میان باشد، هیچ‌گونه فایده‌ای ندارد؛ چراکه در صورت بارندگی و اشباع شدن خاک، این سازه جانبی عملکرد مناسبی ندارد و تاثیری نیز در پایدارسازی گود ندارد. اما سازه خرپایی چگونه اجرا می‌شود؟

برای اجرای این نوع سازه در اولین مرحله باید چاهک‌هایی را در لبه‌های کناری بنا، حفر کرد. در مرحله بعد، سبد از قبل آرماتور بندی شده‌ای را در انتهای چاهک‌ها می‌گذارند. بعد از آن نیز عضو عمودی خرپا که جنس آن بیشتر اوقات از پروفیل دوبل IPE است، را در چاهک می‌گذارند.

در این مرحله برای اینکه این عضو عمودی بهتر در جای خود ثابت شود، چند ردیف برش‌گیر (از جنس نبشی یا ناودانی) را در انتهای آن جوش می‌دهند.

بعد از طی مراحل بالا باید دیواره چاهک‌ها را با پلاستیک بپوشانید تا خاک با بتن تماس پیدا نکند. در نهایت برای تکمیل سازه خرپایی، نوبت به مرحله بتن‌ریزی با استفاده از لوله ترمی می‌رسد. نکته مهم در این نوع سازه جانبی این است که عضو عمودی باید در تماس مستقیم با سازه مجاور باشد.

بعد از اینکه تراز مدنظر حاصل شد، برای متصل کردن عضو مایل، فونداسیون جداگانه‌ای را حفر، آرماتوربندی و بتن‌ریزی می‌کنند و در آخرین مرحله نیز بعد از گیرش بتن فونداسیون مذکور، عضو مایل را به صفحه ستون و همچنین به عضو عمودی جوش می‌دهند.

نوع 2- سازه نگهبان مهار متقابل

به این نوع سازه جانبی، روش پشت‌بندهای افقی و مایل هم می‌گویند که به‌منظور پیش‌گیری از تغییر مکان جانبی در گودهای کم‌عرض و در محیط‌های شهری به‌کار می‌رود. این نوع بنا، فضای بسیار زیادی را درون گود اشغال می‌کند و در نتیجه حرکت و رفت‌و‌آمد تجهیزات و ماشین‌آلات را با اختلال مواجه می‌کند.

 نوع سوم- سازه نگهبان نیلینگ (میخ‌کوبی / میخ‌گذاری)

پایه این روش، مسلح کردن خاک به‌وسیله المان‌های فولادی است و به روش میخکوبی نیز معروف است. برای آشنایی بیشتر می‌توانید مطلب «میخکوبی خاک با میلگرد چگونه انجام می‌شود؟» را مطالعه کنید. اولین کاری که در این شیوه انجام می‌شود، خاک برداری مرحله‌به‌مرحله تا عمق پایداری است. (عمق پایداری با توجه به نوع خاک و چند فاکتور دیگر تعیین می‌شود و بین 2 تا 4 متر است.) بعد از این کار نوبت به ساختن سوراخ‌های افقی و مایل با شیبی نزدیک به 10-15 درصد و قطری برابر با 10-15 سانتی‌متر به فاصله یک تا دو متری در سطح گود می‌رسد. این کار را با استفاده از ماشین خفاری دریل واگن انجام می‌دهند.

در ادامه کار، میلگردهای فولادی از گرید A3 با قطر 32-40 یا 28 میلی‌متری را با طول‌های مشخص کار می‌گذارند و انتهای آنها را رزوه (قسمت مارپیچ و یک‌نواخت اطراف پیچ) می‌کنند. بعد از این‌که اسپیسرها را به منظور نصب میخ در سوراخ نصب کردند، لوله‌های تزریق با جنس PVC را نیز نصب کرده و نیل‌ها را در سوراخ می‌گذارند. به‌طور‌معمول 2 لوله تزریق را روی نیل‌ها نصب می‌کنند.

نوع چهارم- سازه نگهبان انکراژ

این روش را با عنوان‌های دوخت به پشت، استرند و میل مهار هم می‌شناسند و یکی از موثرترین و کارآمدترین سازه‌های نگهبان برای پایدارسازی گودهای عمیق است. روش اجرای انکراژ شباهت بسیار زیادی به روش نیلینگ یا همان میخ‌کوبی دارد. برای اجرای این روش از وسایلی مانند غلاف، اسپیسر، لوله تزریق گروت، سنترالایزر، سر انکر و کابل استرند یا میله‌های فولادی استفاده می‌کنند.

نوع پنجم- سازه نگهبان شمع درجا

یکی از روش‌های کارآمد و معروف برای افزایش پایداری دیواره گودبرداری، استفاده از شمع‌های بتنی است که در انواع خاک‌های نرم و سخت پیاده‌سازی می‌شود. در این متد ابتدا چاه‌هایی را با قطر 80 تا 100 سانتی‌متر به‌وسیله ماشین‌آلات حفاری یا مقنی حفر می‌کنند. در خاک‌های سست برای اینکه جلوی ریزش شمع‌ها از غلاف فلزی (کیسینگ) را بگیرند، از کول‌های بتنی یا تزریق گل بنتونت (نوعی خاک برای شمع‌زنی ساختمان) استفاده می‌کنند.

بعد از نصب اسپیسر روی شبکه آرماتورها، شمع‌ها را (که به‌وسیله خاموت‌های دورپیچ و میلگردهای طولی بسته شده‌اند، با جرثقیل در چاه می گذارند. اگر وزن قفس آرماتورها زیاد باشد، احتمال دارد که بعد از بلند کردن توسط جرثقیل، شمع‌های مذکور ریزش پیدا کنند. به‌همین‌دلیل، بسیار مهم است که حتما در زمان آرماتوربندی میلگردها را با سیم مفتولی محکم به هم وصل کنند.

حالا نوبت به بتن‌یزی با استفاده از لوله ترمی فرا می‌رسد و شمع‌های بعدی نیز در فاصله‌های 1-2 متری با همین روش اجرا می‌شوند. دقت کنید که فاصله محوربه‌محور شمع‌های اجرا شده، نباید بیشتر از دو برابر قطر شمع‌ها شود.

نوع ششم- سازه جانبی سپرکوبی

در این شیوه، اول سپرهایی را در اطراف گود می‌کوبند و بعد خاک‌برداری شروع می‌شود. وقتی‌که خاک‌برداری تا عمق مناسبی انجام شد، تیرهای پشت‌بند افقی در کمرکش سپرها و روی آنها نصب می‌شوند. حالا نوبت به وصل المان‌های فشاری قائم به پشت‌بندهای افقی و در جهت عمود بر صفحه سپرها می‌رسد. جنس این سپرها، پشت‌بندها و المان‌های فشاری در خاک‌های غیر سست و با عرض کم از نوع چوبی و در عرض‌های زیاد و خاک‌های سست، از نوع فلزی است.

برای کوبیدن صفحات فلزی (sheet pile) در داخل خاک و دیواره گود، از چکش پنوماتیک و با متد لرزش استفاده می‌شود؛ سپس آنها را به‌هم وصل کرده و یک دیواره پیوسته تشکیل می‌دهند.

یکی از دلایل محبوبیت روش سپرکوبی، آسان بودن کوبیدن و در نهایت درآوردن آنها پس از عملیات گودبرداری است. ضمنا در این روش می‌توان برای پروژه‌های دیگر نیز از این وسایل استفاده کرد. نکته بعدی، نیاز کمتر به المان‌های افقی و مایل است و به همین دلیل فضای کمتری درون گود اشغال می‌شود و محدودیت فضای درون گود در این روش وجود ندارد.

البته در کنار مزایای فوق‌العاده این روش، استفاده از آن در محیط‌های شهری به‌خاطر ایجاد لرزش و همچنین سر و صدای زیاد ناشی از کوبیدن سپرها با محدودیت‌هایی همراه است. یک عیب دیگر متد فوق این است که به‌سختی می‌توان در زمین‌های سنگی یا خاک‌های با تراکم بالا، این سپرهای فلزی را کوبید.

برچیدن سازه نگهبان

اما چه موقع می‌توان سازه نگهبان را از بنای اصلی جدا کرد؟ وقتی که بخشی از بنای در دست ساخت (مثلا دیوار حائل یا بخشی از قاب ساختمان)، کامل شده باشد و بتوان مطمئن شد، که این قسمت ‌می‌تواند رانش خاک را تحمل کند. البته دقت کنید که در هنگام طراحی باید تمام این موارد را در نظر گرفت و چنان‌چه قصد جایگزینی قسمتی از ساختمان با سازه جانبی را دارید، می‌بایست قاب‌ها را با دقت بالا برای تحمل بارهای مذکور طراحی و اجرا کنید.

در این مطلب کاربردی از اصفهان آهن در مورد سازه نگهبان، اهمیت سازه نگهبان و کاربردهای آن، همچنن انواع کاربردی‌تر و روش‌های اجرای هر کدام به تفصیل صحبت کردیم. امیدواریم از این مقاله لذت برده باشید. لطفا نظرات و سوالات خود را در بخش دیدگاه‌ها با ما در میان بگذارید.

در روش خرپایی عمق چاهک‌ها به چه چیزی بستگی دارد؟

به نوع خاک، عمق گودبرداری و میزان سربار وارده وابسته است.

کمبود فضا در روش مهار متقابل چه خطراتی را ممکن است به‌وجود آورد؟

به‌دلیل اشغال زیاد فضا در این روش؛ امکان برخورد ماشین‌آلات و تجهیزات با المان‌های بنا و در نتیجه به خطر افتادن گود وجود دارد.

در چه صورتی استفاده از روش شمع درجا، به صرفه نیست؟

در این روش اگر میزان سستی خاک بسیار زیاد باشد، هزینه اجرا به میزان زیادی افزایش پیدا می‌کند.