سازه هاي نگهبان

[anthonio montana 3249]

سازه هاي نگهبان

1- گود برداري و سازه هاي نگهبان

در بسياري از پروژه هاي ساختماني لازم است كه زمين به صورتي خاك برداري شود كه جداره هاي آن قائم يا نزديك به قائم باشد. اين كار ممكن است به منظور احداث زير زمين ، كانال ، منبع آب و .. صورت گيرد. فشار جانبي وارد بر اين جداره ها ناشي از رانش خاك بر اثر وزن خود آن ، و نيز سر بار هاي1 احتماليروي خاك كنار گود مي باشد. اين سربارها مي توانند شامل خاك بالاتر از تراز افقي د لبه ي گود ، ساختمان مجاور ، بارهاي ناشي از بهره برداري از معابر مجاور و ... باشند. به منظور جلوگيري از ريزش تذانشه و تبعات منفي احتمالي ناشي از اين خاك برداري ، سازه هاي موقتي را براي مهار ترانشه اجرا مي كنند كه به آن سازه هاي نگهبان2 مي گويند.

اهداف اصلي ايمن سازي جداره هاي گود با استفاده از سازه هاي نگهبان عبارتند از :حفظ جان انسانهاي خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود ، و نيز فراهم آوردن شرايط امن و مطمئن براي اجراي كار.

موضوع گود برداري و طراحي و اجراي سازه هاي نگهباندر مهندسي عمران داراي گستره وسيعي استو نياز به بررسي ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتكنيكي، سازه اي ، مواد و مصالح، تكنولوژيكي و اجرايي، و اقتصادي و اجتماعي دارد. در نتيجه مي توان گفت كه انتخاب روش مناسب بستگي به جميع شرايط تأثيرگذار دارد، و مي توان در شرايط مختلف، به صورت هاي گوناگوني باشد. از سوي ديگر، تئوري ها و روش هاي اجرايي گود برداري و سازه هاي نگهبان، هم مبتني بر اصول تئوريك و هم متأثر از ملاحظات اجرايي و تجربي، توأماً، است.

پايدارسازي جداره هاي گودبرداري به صورتها و روشهاي مختلفي صورت مي گيرد كه از جمله آنها به روشهاي : مهار سازي3 ، دوخت به پشت 4 ، ديواره ديافراگمي5 ، مهار متقابل6 ، اجراي شمع7 ، سپر كوبي8 ، و اجراي خرپا9 اشاره نمود.

 

1.surcharge 8.sheet piling

2.retaining structures;support systems 9.truss construction

3.anchorge

4.tie back

5.diaphragm wall

6.reciprocal support

7.piling

2- انواع روشهاي پايدار سازي گود

2-1- روش مهار سازي

در اين روش، براي مهار حركت و رانش خاك، با استفاده از تمهيداتي خاص، از خود خاك هاي ديواره كمك گرفته مي شود. ابتدا در حاشيه زميني كه قرار است گودبرداري شود، در فواصل معين چاههايي حفر مي كنيم. عمق اين چاهها برابر با عمق گود به اضافه ي مقداري اضافه براي شمع بتني انتهاي تحتاني اين چاهها است.

پس از حفر چاهها، در درون آنها پروفيل هاي شكل يا شكل قرار مي دهيم. به منظور تأمين گيرداري و مهاري كافي براي اين پروفيل ها، انتهاي پروفيل ها را به ميزان 25/ تا 35/ عمق گود، پايين تر از رقوم كف گود در درون بخش شمع ادامه مي دهيم و در انتهاي پروفيل ها نيز شاخكهايي را در نظر مي گيريم.

سپس، شمع انتهاي تحتاني را ، كه قبلاً آرماتوربندي آن را اجرا كرده و كار گذاشته ايم، بتن ريزي مي كنيم. بدين ترتيب پروفيل هاي فولادي مزبور در شمع مهار مي شوند و پروفيلهاي فولادي همراه با شمع نيز در خاك مهار مي گردند. پس از اجراي مراحل فوق، عمليات گودبرداري را به صورت مرحله به مرحله اجرا مي كنيم. در هر مرحله، پس از برداشتن خاك در عمق آن مرحله، براي جلوگيري از ريزش خاك، با استفاده از دستگاههاي حفاري ويژه، در بدنه ي گود چاهكهايي افقي يا مايل، به قطر حدود 10 تا 15 سانتيمتر، دزر جداره ي گود حفر مي كنيم. آنگاه درون اين چاهكها ميلگردهايي را كار گذاشته و سپس درون آنها بتن تزريق مي كنيم. طول اين چاهكها، به نوع خاك و پارامترهاي فيزيكي و مكانيكي آن، و نيز به عمق گود بستگي دارد و مقدار آن در حدود 5 تا 10 متر است.

پس از انجام اين مرحله، پانلهاي بتني پيش ساخته اي را در بين پروفيلهاي قائم قرار داده و آنها را از سويي به ميلگردهاي بيرون آمده از چاهكها به نحو مناسبي متصل مي كنيم و از سويي ديگر پانلها را به پروفيلهاي قائم وصل مي كنيم. به جاي استفاده از اين پانلهاي پيش ساخته مي توانيم آنها را به صورت درجا اجرا كنيم. همچنين مي توانيم ابتدا بر روي ديواره آرماتور بندي كرده و سپس بر روي آن بتن پاشي1 كنيم.

براي اتصال پانلها به ميلگردهاي بيرون آمده از چاهكها مي توانيم سر ميلگردهاي مزبور را رزوه كرده با استفاده از صفحات سوراخ دار تكيه گاهي و مهره، آنها را با پانل درگير كنيم.

كليه عمليات فوق را به صورت مرحله به مرحله، از بالا به پايين اجرا مي كنيم. ملات يا خميري كه براي تزريق استفاده مي كنيم، مخلوطي است از سيمان و آب يا سيمان و آب و ماسه كه ممكن است در آن از مواد

 

 

1.shotcrete

افزودني نيز استفاده كنيم. همچنين مي توانيم از مواد پليمري و دوغاب هاي با پايه غير از سيمان پرتلند و با تركيبات خاص نيز براي تزريق استفاده كنيم. در تزريق با استفاده از سيمان پرتلند، نسبت آب به سيمان در ابتدا در حدود 5/1 است كه به تدريج آن را كاهش داده و به حدود 5/0 مي رسانيم. طراحي و برنامه ريزي و اجراي عمليات تزريق بايد توسط متخصصان آشنا به موضوع و با استفاده از دستگاههاي خاص و طبق استانداردها و ضوابط خاص صورت گيرد. همچنين بايد توجه داشته باشيم كه در صورتي كه فشار به كار برده شده براي تزريق بيش از حد لزوم باشد، ممكن است ناپايداري ها و شكستهايي در خاك ايجاد شود.

2-1-1- مزاياي روش مهار سازي

1. مشخصات مكانيكي خاك بر اثر تزريق بتن در درون چاهكها بهبود مي يابد،لذا بر اثر اين امر، علاوه بر كمك گرفتن از خاك اطراف جداره براي مهار رانش خاك، ميزان رانش خاك نيز بر اثر بهبود مشخصات مكانيكي خاك كاهش مي يابد.

2. سازه نگهبان در داخل گود جاگير نيست.

3. از خاك موجود براي مهار ديواره گود استفاده مي شود.

2-1-2- معايب روش مهار سازي

1. استفاده از بدنه ي خاك مجاور ديواره گود ضروري است. لذا در مواردي كه خاك مجاور گود در زير يك ساختمان يا در حريم همسايه يا در حريم تاسيسات و معابر شهري باشد، از اين روش نمي توان استفاده كرد يا استفاده از آن با محدوديت همراه است.

2. به دليل ضرورت اجرا عمليات به صورت مرحله به مرحله، به زمالن زيادي نياز دارد. البته اين امر ممكن است در پروژه هاي بزرگ مطرح نباشد بلكه برعكس ممكن است زمان كلي اجرا كار نيز، به ويژه با مديريت صحيح، كاهش يابد.

3. هزينه اجراي عمليات، به دليل تكنولوژي پيشرفته تر، در مقايسه با روشهاي ساده تر بيشتر است. ولي در پروژه هاي بزرگ و در احجام زياد ممكن است اين امر مطرح نباشد و برعكس هزينه كلي كار كاهش يابد.

4. به دستگاه هاي خاص نظير دستگاه هاي لازم براي حفر چاهكها، تزريق، حمل پانلها و ... نياز دارد.

5. به افراد با تخصص هاي بالاتر در رده هاي مختلف فني براي اجراي عمليات مربوطه، در مقايسه با روشهاي ساده تر نياز دارد.

2-2- روش دوخت به پشت

اين روش، مشابهت زيادي به روش مهارسازي دارد. در اين روش نيز حفاري را به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پايين گود اجرا مي كنيم.

در هر مرحله به كمك دستگاههاي حفاري ويژه، چاهكهاي افقي يا مايل در بدنه ي ديواره ي گود حفر مي كنيم. سپس، درون اين چاهكها كابلهاي پيش تنيده قرار مي دهيم و با تزريق بتن در انتهاي چاهك، اين كابلها را كاملاً در خاك مهار مي كنيم. سپس كابلهاي مزبور را به كمك جكهاي ويژه اي مي كشيم و انتهاي بيرون آمده ي كابل را بر روي سطح جداره ي گودمهار مي كنيم. آنگاه به درون چاهكهاي مزبور بتن تزريق مي كنيم. پس از سخت شدن بتن و كسب مقاومت كافي آن، كابلها را از جك آزاد مي كنيم. اين كار موجب آن مي شود كه نيروي پيش تنيدگي موجود در كابل خاك را فشرده سازد، و در نتيجه خاك فشرده تر و متراكم تر شده و رانش ناشي از آن كاهش يابد، و در عين حال كه نيروي رانش خاك در جداره گود به خاكهاي داخل بدنه ي ديواره منتقل شده و خاك بدنه ي انتهايي، به عنوان سازه ي نگهبان عمل كرده و رانش خاك بدنه ي مجاور جداره را تحمل مي كند.

عمق گودبرداري در هر مرحله، بستگي به نوع خاك و فاصله ي بين چاهكها داردو معمولاً در حدود 2 تا 3 متر است.

2-2-1- مزاياي روش دوخت به پشت

1. مشخصات مكانيكي خاك بر اثر تزريق بتن به درون چاهكها و نيز پيش تنيده شدن خاك بهبود مي يابد. در نتيجه هم از خاك اطراف جداره براي مهار رانش خاك استفاده مي شود و هم ميزان رانش خاك بر اثر بهبود مشخصات مكانيكي خاك كاسته مي شود.

2. سازه نگهبان در داخل گود جاگير نيست.

3. از خاك موجود براي مهار ديواره ي گود استفاده مي شود.

2-2-2- معايب روش دوخت به پشت

1. استفاده از بدنه خاك مجاور ديواره ي گود ضروذي است. لذا در مواردي كه خاك مجاور گود در زير يك ساختمان يا در حريم همسايه يا در حريم تاسيسات و معابر شهري باشد، از اينت روش نمي توان استفاده كرد يا استفاده از آن با محدوديت همراه است.

2.به دليل ضرورت اجراي عمليات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زيادي نياز دارد. البته ممكن است در پروژه هاي بزرگ اين امر مطرح نباشد بلكه برعكس ممكن است زمان كلي اجراي كار نيز، به ويژه با مديريت صحيح، كاهش يابد.

3.هزينه ي اجراي عمليات،به دليل تكنولوژي پيشرفته تر، در مقايسه با روش هاي ساده تر بيشتر است. ولي در پروژه هاي بزرگ و در احجام زياد ممكن است اين امر مطرح نباشدو برعكس هزينه ي كلي كار كاهش يابد.

4. به دستگاه هاي خاص نظير دستگاه هاي لازم براي حفر چاهكها، تزريق، پيش تنيدگي كابلها و ... نياز دارد.

5. به افراد با تخصص هاي بالاتر در رده هاي مختلف فني براي اجراي عمليات مربوطه، در مقايسه با روشهاي ساده تر نياز دارد.

2-3- روش ديواره ي ديافراگمي1

در اين روش ابتدا به كمك دستگاه هاي حفاري ويژه محل ديوار نگهبان را حفر مي كنيم. سپس به طور همزمان محل حفر شده را با گل بنتونيت2 و سيمان پر مي كنيم تا از ريزش خاك ديواره محل حفر شده جلوگيري شود. سپس قفسه ي آرماتور هاي ديوار نگهبان را، كه از قبل ساخته و آماده كرده ايم، در داخل محل حفر شده ي ديوار جا مي دهيم. آنگاه بتن ريزي ديوار را انجام مي دهيم. بتن مصرفي معمولاً از نوع بتن روان و با كارآيي زياد است.

ديوارهاي ديافراگمي به صورت پيش ساخته3 و پس كشيده4 نيز اجرا مي شود.

2-3-1- مزاياي روش ديواره ي ديافراگمي

1. سرعت اجراي كار بسيار زياد است.

2. درجه ي ايمني كار بسيار زياد است.

3. ديوار ديافراگمي هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار مي كند و هم در حين بهره برداري از آن به عنوان ديوار حايل استفاده مي شود.

4.ديوار ديافراگمي به ويژه براي حفاري ها و گودهاي با طول زياد مناسب است.

 

 

1.diaphragm wall

2. bentonite slurry

3.percast diaphragm walls

4.post –tensioned diaphragm walls

 

2-3-2- معايب روش ديواره ي ديافراگمي

1. در احجام كم، هزينه ي اجراي كار بسيار زياد است، ولي در احجام زياد هزينه ي كلي كار مي تواند از روشهاي ساده تر كمتر تيز باشد.

2. در اين روش، دستگاه هاي حفاري مربوطه نياز به فضاي كار زيادتري دارند و در صورتي كه از نظر فضاي دو طرف ديواره محدوديت داشته باشيم، اجراي كار ناممكن خواهد بودو يا اينكه به سختي صورت مي گيرد.

3. در اين روش به دستگاه هاي حفاري ويژه اي نياز است.

4. در اين روش به نيروهاي با تخصص بالا براي كار با دستگاه هاي مورد نظر و ساير موارد نياز است.

2-4- روش مهار متقابل

اين روش براي گودهاي به عرض كم مناسب است. در اين روش ابتدا در دو طرف گود، در فواصاي معين از يكديگر چاهكهايي را حفر مي كنيم. طول اين چاهكها برابر با عمق گود به اضافه ي مقداري اضافه تر حدود 25/0 تا 35/0 برابر عمق گود است. اين عمق اضفه به منظور تأمينگيرداري انتهاي تحتاني پروفيلهايي است كه در چاهك قرار داده مي شوند.

سپس در درون اين چاهكها پروفيلهاي فولادي يا ، مطابق با محاسبات و نقشه هاي اجرايي، قرار مي دهيم. طول اين پروفيل ها را معمولاً به گونه اي در نظر مي گيريم كه انتهاي فوقاني آنها تا حدي بالاتر ازتراز بالايي گود قرار گيرند.

آنگاه قسمت فوقاني هر دو پروفيل قائم متقابل مزبور را به كمك تير ها يا خرپاهايي به يكديگر متصل مي كنيم. اين كار موجب ميشود كه هر دو پروفيل قائم متقابل، به پايداري يكديگر كمك كنند.

پس از آن، عمليات گودبرداري را به تدريج انجام مي دهيم . در صورت لزوم، در نقاط ديگري از ارتفاع پروفيلهاي قائم نيز سيستم مهار متقابل را اجرا مي كنيم.

در صورتي كه خاك خيلي ريزشي باشد بايد در بين اعضاي قائم از الوارهاي چوبي يا اعضاي مناسب ديگر استفاده كنيم.

سيستم مهار متقابل فوق الذكر بايد در جهت عمود بر سيستم قابي آن، يعني در جهت طول گود، نيز به صورت مناسب مهاربندي شود.

2-4-1- مزاياي روش مهار متقابل

1. در گودبرداري هاي با عرض كم داراي مزاياي بسيار زيادي است كه از آن جمله سرعت زيادتر، هزينه ي

كمتر ، و جاگيري كمتر را مي توان نام برد.

2. اين روش، به ويژه در بسياري از عمليات اجراي كانالها مي تواند بسيار سودمند واقع شود.

2-4-2- معايب روش مهار متقابل

1. در صورتي كه عرض گود زياد، مثلاً بيش از حدود 10 متر، شود و نيز در صورتي كه عمق گود زياد باشد ممكن است مهاربندي هاي عرضي و يا مهار بندي هاي ترازهاي مختلف دست و پاگير شده و موجب بروز مشكل در اجراي كار بشود.

2-5- روش اجراي شمع

در اين روش، در پيرامون زميني كه قرار است گودبرداري شود در فواصل معيني از هم، شمعهايي را اجرا مي كنيم. اين شمعها مي توانند از انواع مختلف مصالح سازه اي نظير فولاد، بتن و چوب باشند. همچنين شمعهاي بتني را مي توان به صورت پيش ساخته يا درجا اجرا كرد.

در اين روش، شمعها فشار جانبي خاك را به صورت تيرهاي يكسر گيردار تحمل مي كنند. طول گيرداري لازم در انتهاي شمعها چيزي در حدود 3/0 است.

پس از اجراي شمعها، مي توان عمليات گودبرداري را اجرا كرد. در صورت لزوم بايد شمعها را در امتداد ديواره ي گود مهاربندي كرد.

2-5-1- مزاياي روش اجراي شمع

1. سرعت عمليات اجرايي بسيار بالا است.

2. سيستم به هيچ وجه دست و پاگير نيست.

3. در احجام زياد، هزينه ي عمليات كاهش مي يابد.

4.گاهي از اوقات مي توان از شمع ها به عنوان سازه نگهبان دائم( نظير ديوار حايل) يا بخشي از آن نيز استفاده كرد.

5. شمع هاي پيش ساخته را پس از جمع آوري مي توان در پروژه هاي ديگر نيز استفاده كرد.

6. در گودهاي با عمق تا حدود 5 متر، معمولاً اقتصادي اند.

2-5-2- معايب روش اجراي شمع

1. در صورتي كه ارتفاع گودبرداري زيادباشد، هم بايد فواصل شمعها از هم كم شود و هم بايد از مقاطع سازه اي قويتري براي اجراي كار استفاده كرد.

2. در بسياري از پروژه هاي شهري، به دليل مشكلات شمع كوبي، نمي توان از شمعهاي پيش ساخته استفاده كرد و فقط بايد شمعها را به صورت درجا اجرا كرد.

2-6- روش سپر كوبي

در اين روش، ابتدا در طرفين گود سپرهايي را مي كوبيم و سپس خاكبرداري را شروع مي كنيم. پس از آنكه خاكبرداري به حد كافي رسيد در كمركش سپرها و بر روي آنها، تيرهاي پشت بند افقي1 را نصب مي كنيم. سپس قيدهاي فشاري قائم2 را در جهت عمود بر صفحه ي سپرها به اين پشت بندهاي افقي وصل مي كنيم. سپرها و پشت بندها و قيدهاي فشاري در عرضهاي كم و خاكهاي غير سست، معمولاً از نوع چوبي است ولي در عرضهاي بيشتر و خاكهاي سست تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قيدهاي فشاري فلزي اجتناب ناپذير است.

2-6-1- مزاياي روش سپركوبي

1. سرعت اجراي كار بسيار زياد است.

2. درجه ي ايمني كار بسيار زياد است.

3. براي اجراي كانالها، به ويژه با طول هاي زياد، بسيار مناسب است.

2-6-2- معايب روش سپركوبي

1. در اين روش به دستگاه هاي سپركوبي، كه به هر حال يك دستگاه ويژه است، نياز است.

2. اين روش به نيروهاي با تخصص بالاتر، نسبت به روشهاي ساده تر، نيا ز دارد.

3. دستگاه هاي سپركوب به جاي كافي براي اجراي كار نياز دارند.

4. اين روش براي عرض هاي كم مناسب تر است.

 

1.wales

2. struts

2-7- روش خرپايي

اين روش، يكي از مناسب ترين و متداول ترين روش هاي اجراي سازه نگهباندر مناطق شهري است. اجراي آن ساده بوده و نياز به تجهيزات و تخصص بالايي ندارد، و در عين حال قابليت انعطاف زيادي از نظر اجرا در شرايط مختلف دارد.

براي اجراي اين نوع سازه نگهبان،ابتدا در محل عضوهاي قائم خرپا، كه در مجاورت ديواره ي گود قرار دارند، چاههايي را حفر مي كنيم.عمق اين چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداري اضافه براي اجراي شمع انتهاي تحتاني عضو خرپا است.طول شمع1 را، كه با نشان داده مي شود از طريق محاسبه بدست مي آوريم. آنگاه درون شمع را آرماتوربندي كرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار مي دهيمو سپس شمع را بتن ريزي مي كنيم. پس از سخت شدن بتن، انتهاي تحتاني عضو قائم به صورت گيردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.

سپس خاك را در امتداد ديواره ي گود با يك شيب مطمئن بر مي داريم. آنگاه فونداسيون پاي عضو مايل را اجرا مي كنيم. اين فونداسيون در پلان به صورت مربعي است. بعد يا عرض فونداسيون2 را با و ضخامت يا ارتفاع آن را با نشان مي دهيم . پس از آن، عضو مايل را از يك طرف به عضو قائم و از طرف ديگر به ورق كف ستون بالاي فونداسيون متصل مي كنيم.

عمليات فوق را براي كليه ي خرپاهاي سازه نگهبان در امتداد ديواره به صورت همزمان اجرا مي كنيم.

حال خاك محصور بين اعضاي قائم و افقي خرپاها را در سرتاسر امتداد ديواره، به صورت مرحله به مرحله برميداريم و در هر مرحله اعضاي افقي و قطري خرپا را بتريج نصب مي كنيم تا آنكه خرپا تكميل شود.

2-7-1- مزاياي روش خرپايي

1. براي عموم گودهاي واقع در مناطق شهري مناسب است.

2. از نظر اجرا در شرايط مختلف،قابليت انعطاف زيادي دارد.

3. امكان استفاده مجدد از خرپا وجود دارد.

4. ساده است و به تخصص و دستگاه هاي خاص نياز ندارد.

 

1.length of pile

2.Breadth of foundation

2-7-2- معايب روش خرپايي

1. سرعت اجرا، در مقايسه با روش هاي پيشرفته تر نسبتاً كمتر است.

2. خرپاها جاگيراند.

3. احتمال الزامي لودن برداشت بخشي از خاك با روشهاي دستي وجود دارد.

منبع: كتاب اصول و مباني گود برداري و سازه هاي نگهبان/ دكتر حميد رضا اشرفي

[swan 11]

:ws37:mrc dastet dard nakone,age ax dasht ali mishod.