سازه نگهبان
سازه نگهبان خرپایی (Retaining Structures)
سازه نگهبان خرپایی یکی از روشهای پایدارسازی گودهای عمیق و دیواره های خاکبرداری شده و جلوگیری از ریزش گودها در پروژههای عمرانی است.
این سازه از اعضای خرپایی تشکیل شده که به صورت منظم و با استفاده از اتصالات محکم به هم متصل میشوند. اجرای سازه نگهبان در پروژه های عمرانی مانند ساختمان سازی(اداری،تجاری،مسکونی و…)، احداث کانال ها و تونل ها و … از اهمیت بالایی برخوردار است.
سازه نگهبان (Retaining Structures)، متناسب با شرایط در انواع مختلفی اجرا می گردند.
سازه نگهبان خرپایی، نیلینگ ، دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall) ، سازه نگهبان شمع (Pile and Lagging)، سازه نگهبان میخکوبی (Soil Nailing)، سازه نگهبان مهار متقابل (Braced Excavation) از روش های اجرای سازه نگهبان می باشد.
علت اهمیت و کاربرد سازه نگهبان
وجود سازه نگهبان از بروز بسیاری از خدمات ناشی از گودبرداری مانند ریزش دیواره و خاک، جلوگیری می کند.
اهمیت سازه نگهبان در پروژههای عمرانی به دلایل زیر بسیار حائز اهمیت است:
- پایداری و ایمنی: سازه نگهبان خرپایی باعث افزایش پایداری دیوارههای گودبرداری میشود و از ریزش خاک و صدمات احتمالی به کارگران و تجهیزات جلوگیری میکند.
- محافظت از سازههای مجاور: در مواقعی که گودبرداری نزدیک به ساختمانهای موجود صورت میگیرد، استفاده از سازه نگهبان خرپایی باعث جلوگیری از آسیب به این ساختمانها میشود.
- افزایش عمر مفید سازه: با ایجاد پایداری در دیوارهها و جلوگیری از نفوذ آب و خاک، عمر مفید سازههای زیرزمینی افزایش مییابد.
- کاهش هزینهها : استفاده از سازه نگهبان خرپایی باعث کاهش هزینههای احتمالی ناشی از ریزش خاک و تعمیرات بعدی میشود.
انواع سازه نگهبان به شرح زیر می باشد:
- سازه نگهبان خرپایی
- سازه نگهبان دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall)
- سازه نگهبان شمع و سپر (Pile and Lagging)
- سازه نگهبان میخکوبی (Soil Nailing)
- سازه نگهبان سپرکوبی (Sheet Piling)
- سازه نگهبان مهار متقابل (Braced Excavation)
انواع سازه نگهبان گود ها
سازه نگهبان خرپایی
توضیح: سازه نگهبان خرپایی یکی از روش های گودبرداری است. در این اعضا فولادی شامل تیرها، ستونها و بستها هستند که با جوشکاری، پیچ و مهره یا پرچ به هم متصل میشوند و به دیواره گود تکیه داده می شوند.
مزایا: پایداری بالا، اجرای سریع، هزینه کمتر، انعطافپذیری در طراحی.
معایب: نیاز به فضای بیشتر برای نصب، محدودیت در استفاده در زمینهای با مقاومت کم.
سازه نگهبان دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall)
توضیح: این روش شامل ساخت دیوارهای بتنی مسلح در محل گودبرداری است. دیوار دیافراگمی به صورت پیوسته و معمولاً با استفاده از قالببندیهای خاص و ریختن بتن اجرا میشود.
مزایا: پایداری بسیار بالا، امکان استفاده در زمینهای با مقاومت کم، مناسب برای گودهای عمیق.
معایب: هزینه بالا، نیاز به تجهیزات خاص و پیشرفته، زمانبر بودن اجرا.
سازه نگهبان شمع و سپر (Pile and Lagging)
توضیح: در این روش، شمعهای بتنی یا فلزی در فواصل معین در زمین قرار میگیرند و بین این شمعها از الوارهای چوبی یا فلزی به عنوان سپر استفاده میشود.
مزایا: قابلیت اجرا در زمینهای مختلف، هزینه نسبتاً کمتر، سرعت اجرا.
معایب: محدودیت در استفاده برای گودهای عمیق، نیاز به تعمیر و نگهداری سپرها.
سازه نگهبان میخکوبی (Soil Nailing)
توضیح: این روش شامل نصب میخهای فولادی در دیوارههای گودبرداری و پوشش آنها با شاتکریت یا بتنپاشی است. میخها به صورت افقی یا با زاویه در دیوارهها نصب میشوند.
مزایا: هزینه نسبتاً کم، سرعت اجرا، مناسب برای گودهای با عمق متوسط.
معایب: محدودیت در استفاده برای گودهای عمیق، نیاز به کنترل دقیق کیفیت میخها و شاتکریت.
سازه نگهبان سپرکوبی (Sheet Piling)
توضیح: در این روش، صفحات فلزی به صورت عمودی در زمین کوبیده میشوند تا دیوارههای گود را پشتیبانی کنند. این صفحات معمولاً از جنس فولاد یا پلیمرهای مقاوم هستند.
مزایا: سرعت بالای اجرا، قابلیت استفاده در شرایط آبی، هزینه نسبتاً کمتر.
معایب: محدودیت در استفاده برای گودهای عمیق، نیاز به تجهیزات خاص برای کوبیدن صفحات.
سازه نگهبان مهار متقابل (Braced Excavation)
توضیح: در این روش، از تیرها و ستونهای فلزی یا بتنی برای ایجاد مهار متقابل استفاده میشود. این اعضا به صورت افقی و عمودی در داخل گود نصب میشوند تا دیوارهها را پایدار نگه دارند.
مزایا: پایداری بالا، قابلیت استفاده در گودهای با عمق زیاد، انعطافپذیری در طراحی.
معایب: هزینه بالا، نیاز به فضای بیشتر برای نصب، زمانبر بودن اجرا.
خطرات ناشی از اجرای نامناسب سازه نگهبان چیست ؟
اجرای صحیح سازه نگهبان از اهمیت بالایی برخوردار است و عدم رعایت اصول مهندسی و ایمنی در اجرای آن میتواند منجر به خطرات جدی و خسارات مالی و جانی شود.
اجرای نامناسب سازه نگهبان میتواند منجر به خطرات جدی و خسارات عمدهای شود که برخی از مهمترین آنها عبارتند از:
- ریزش دیوارههای گودبرداری
یکی از اصلیترین خطرات ناشی از اجرای نامناسب سازه نگهبان، ریزش دیوارههای گودبرداری است. این امر میتواند باعث دفن شدن کارگران، تجهیزات و حتی تخریب سازههای اطراف شود.
- آسیب به سازههای مجاور
اجرای نادرست و مهندسی نشده سازه نگهبان میتواند به سیستم لوله کشی آسیب جدی وارد کند.
اگر سازه نگهبان به درستی اجرا نشود، فشارهای جانبی ناشی از گودبرداری میتواند به سازههای مجاور منتقل شود و باعث ترکخوردگی، نشست و یا حتی تخریب این سازهها شود.
- صدمات جانی و مالی
ریزش دیوارههای گودبرداری و یا شکست سازه نگهبان میتواند منجر به حوادث جانی جدی شود. کارگران ممکن است در معرض خطرات جدی نظیر دفن شدن زیر آوار، سقوط از ارتفاع و یا برخورد با قطعات فلزی و بتنی قرار گیرند.
اجرای نامناسب سازه نگهبان میتواند هزینههای اضافی برای تعمیرات، بازسازی و یا حتی اجرای مجدد سازه را به دنبال داشته باشد.
علاوه بر این، تأخیر در پروژهها نیز میتواند هزینههای بیشتری را به کارفرمایان تحمیل کند.
- آسیب به محیط زیست
در صورت ریزش دیوارههای گودبرداری، ممکن است مواد زائد و خاکهای آلوده به محیط زیست نفوذ کنند و باعث آلودگی منابع آب و خاک شوند. این امر میتواند تأثیرات زیستمحیطی جبرانناپذیری داشته باشد.
- عدم پایداری درازمدت سازه
اگر سازه نگهبان به درستی اجرا نشود، ممکن است در طول زمان پایداری لازم را نداشته باشد و باعث نشست و یا تخریب تدریجی سازههای مجاور شود. این امر میتواند منجر به مشکلات بلندمدت و هزینههای اضافی برای نگهداری و تعمیرات شود.
- خطرات حقوقی و قانونی
اجرای نامناسب سازه نگهبان میتواند منجر به شکایات قانونی و دعاوی حقوقی شود. کارفرمایان و پیمانکاران ممکن است با مشکلات قانونی و هزینههای حقوقی مواجه شوند که از جمله پیامدهای جدی این خطرات است.
- اختلال در عملکرد پروژه
اشتباهات در اجرای سازه نگهبان میتواند منجر به تأخیرهای ناخواسته در پروژه شود. این تأخیرها ممکن است باعث عدم تحقق زمانبندی پروژه و افزایش هزینهها شود.
راهکارهای جلوگیری از خطرات بعد از خاکبرداری و تخریب ساختمان
با رعایت نکات فنی و استانداردهای معتبر میتوان از بسیاری از این خطرات جلوگیری کرد و پروژههای عمرانی را با اطمینان بیشتری به انجام رساند.
برای جلوگیری از این خطرات، رعایت موارد زیر توصیه میشود:
- طراحی دقیق و مهندسی: طراحی سازه نگهبان باید توسط مهندسان مجرب و با استفاده از نرمافزارهای تخصصی انجام شود.
- استفاده از مواد و تجهیزات با کیفیت: استفاده از مواد مرغوب و تجهیزات استاندارد در ساخت سازه نگهبان بسیار مهم است.
- نظارت مستمر: نظارت دقیق و مستمر بر اجرای سازه نگهبان توسط تیمهای مهندسی و بازرسی ضروری است.
- آموزش کارگران: آموزش صحیح و کامل کارگران در زمینه اجرای سازه نگهبان و رعایت اصول ایمنی میتواند از وقوع بسیاری از حوادث جلوگیری کند.
- بررسیهای ژئوتکنیکی: انجام مطالعات ژئوتکنیکی و مکانیکی دقیق قبل از آغاز پروژه برای شناخت بهتر شرایط زمین و انتخاب مناسبترین روش پایدارسازی ضروری است.
- رعایت استانداردها و مقررات: اجرای پروژه مطابق با استانداردها و مقررات ملی و بینالمللی میتواند به بهبود کیفیت و ایمنی سازه کمک کند.
نحوه اجرای سازه نگهبان خرپایی
اجرای صحیح سازه نگهبان خرپایی نیازمند دقت، مهارت و رعایت استانداردهای مهندسی است. با رعایت مراحل اجرایی و استفاده از روشهای مناسب اتصال، میتوان پروژههای عمرانی را با اطمینان و کارایی بیشتری به انجام رساند و خطرات و هزینههای ناشی از اجرای نامناسب را به حداقل رساند.
- مطالعه و طراحی مناسب سازه و فواصل
- آماده سازی محل اجرا و مشخص کردن نقاط نصب
- حفر محل نصب عضو قائم
- اجرای عضو قائم
- اجرا و نصب عضو مورب
- اجرا کامل سازه نگهبان و عضو ها
- مطالعه و طراحی در قدم اول
- بررسیهای ژئوتکنیکی و مکانیکی
قبل از هر چیز، باید مطالعات ژئوتکنیکی و مکانیکی دقیق انجام شود تا ویژگیهای خاک و شرایط زمین مشخص شود.
این اطلاعات برای طراحی بهینه سازه نگهبان خرپایی ضروری است.
- طراحی سازه خرپایی
با توجه به نتایج مطالعات، مهندسان به طراحی سازه نگهبان خرپایی میپردازند. این طراحی شامل تعیین نوع و اندازه اعضای خرپا، موقعیت و تعداد آنها، و نحوه اتصال اعضا به یکدیگر است.
- آمادهسازی محل
- پاکسازی محل اجرای سازه
- تعیین نقاط نصب سازه نگهبان
- حفاری و نصب ستونها
- حفاری به عمق مشخص
حفاری به عمق تعیینشده در طراحی انجام میشود. این حفاری میتواند به صورت دستی یا با استفاده از ماشینآلات سنگین صورت گیرد.
- نصب ستونها
ستونهای فولادی در محلهای تعیینشده نصب میشوند. این ستونها باید به طور کامل در زمین محکم شوند تا بتوانند فشارهای جانبی را تحمل کنند.
- نصب تیرها و بستها
- نصب تیرهای افقی
پس از نصب ستونها، تیرهای افقی بین آنها قرار میگیرند. این تیرها به کمک بستهای فلزی یا جوشکاری به ستونها متصل میشوند.
- نصب بستها و اعضای مورب
بستها و اعضای مورب (دیگنال) برای تکمیل خرپا و ایجاد پایداری بیشتر بین ستونها و تیرها نصب میشوند.
- بررسی و اطمینان از پایداری
- بررسیهای مهندسی و رفع نواقص احتمالی
پس از نصب کامل سازه خرپایی، مهندسان باید سازه را از نظر پایداری و ایمنی بررسی کنند. این شامل تستهای مکانیکی و ارزیابی کیفیت اتصالات است.
- گودبرداری اصلی
- آغاز گودبرداری و نظارت متداوم
پس از اطمینان از پایداری سازه نگهبان، گودبرداری اصلی پروژه آغاز میشود. این مرحله شامل برداشت لایههای خاک تا عمق مورد نظر است.
مزایای اجرای سازه نگهبان خرپایی
اجرای سازه خرپایی دارای مزیتهای متعددی است که برخی از آنها عبارتند از:
- پایداری بالا: سازههای خرپایی به دلیل طراحی هندسی منظم و استفاده از مواد مقاوم، پایداری بسیار بالایی دارند.
- اجرای سریع: این سازهها به دلیل طراحی پیشساخته و استفاده از اتصالات سریع، به سرعت قابل اجرا هستند.
- هزینه کمتر: نسبت به سایر روشهای پایدارسازی، استفاده از سازه خرپایی هزینه کمتری دارد.
- انعطافپذیری در طراحی: سازههای خرپایی قابلیت انعطافپذیری بالایی در طراحی دارند و میتوانند به راحتی با شرایط مختلف زمین و پروژه سازگار شوند.
- ایمنی بالا: با استفاده از سازههای خرپایی، ایمنی کارگران و تجهیزات در حین گودبرداری افزایش مییابد.
روش متصل کردن سازه نگهبان های خرپایی
اتصالات در سازههای خرپایی از اهمیت ویژهای برخوردارند، زیرا پایداری و ایمنی سازه به کیفیت این اتصالات بستگی دارد. روشهای مختلفی برای اتصال اعضای خرپایی به یکدیگر وجود دارد که برخی از آنها شامل موارد زیر است:
- جوشکاری: استفاده از جوشکاری برای اتصال قطعات فلزی به یکدیگر. این روش بسیار متداول و مؤثر است.
- پیچ و مهره: استفاده از پیچ و مهره برای اتصال قطعات خرپایی. این روش امکان جدا کردن و تعویض قطعات را فراهم میکند.
- پرچکاری: استفاده از پرچها برای اتصال قطعات به یکدیگر. این روش نیز معمولاً در سازههای فلزی کاربرد دارد.
- اتصالات مکانیکی: استفاده از انواع بستها و کلیپهای مکانیکی برای اتصال قطعات خرپایی.
کلام پایانی
سازه نگهبان خرپایی یکی از روشهای مؤثر و کارآمد در پایدارسازی دیوارههای گودبرداری است. اهمیت این سازهها در افزایش ایمنی، محافظت از سازههای مجاور، کاهش هزینهها و افزایش عمر مفید سازههای زیرزمینی بسیار بالاست. اجرای صحیح این سازهها نیازمند مطالعه، طراحی دقیق و رعایت مراحل اجرایی است.