سازه نگهبان چیست؟ انواع و نحوه ی اجرای صحیح آنها
سازه نگهبان ، سازه ای است برای محافظت و جلوگیری از ریزش گودها که انواع مختلفی دارد. در سال های اخیر در اجرای عملیات گودبرداری، مهار کردن دیوارهای مجاور سازه روشی رایج برای ایمن کردن گود می باشد. اما نکته ی مهم اینجاست که علاوه بر مهار کردن دیوارهای مجاور، باید تدبیراتی هم برای نگه داشتن خاک زیر سازه های مجاور گود داشته باشیم. با استفاده از روش های مختلف سازه نگهبان می توانیم گود را ایمن کنیم.
اگر بتوانیم خاک زیرین را نگه داریم خود به خود سازه ی روی خاک هم می ایستد اما اگر سازه را نگه داریم در صورتی که خاک حرکت کند، ساختمان فرو می ریزد. در این مقاله در رابطه با روش های اجرای سازه نگهبان صحبت می کنیم.
وظیفه ی مهندس ناظر در اجرای گودبرداری و سازه نگهبان
مهم ترین نکته ای که مهندسین ناظر حتما باید به آن توجه کنند، شناسایی ترک های به وجود آمده در خاک و کنترل کردن افزایش عرض ترک ها می باشد.
یکی از نشانه های فرار خاک از زیر سازه این است که به تدریج خاک گسیخته می شود و یکدفعه خاک گسیخته نخواهد شد. منظور از گسیختگی خاک، ایجاد ترک ها و افزایش عرض آن ها به همراه پوسته پوسته شدن خاک است.
انواع روش های پایدارسازی گود
۱. سازه نگهبان خرپایی
این روش، رایج ترین شیوه ی سازه نگهبان در گودبرداری های عمق کم است. در این روش خاکبرداری و تکمیل سازه نگهبان و همچنین پر کردن پشت سازه نگهبان با مصالح مناسب به صورت مرحله ای می باشد.
سازه نگهبان خرپایی هیچ گونه فاصله ای با خاک نباید داشته باشد چراکه اگر فاصله ای بین خاک و سازه نگهبان خرپایی وجود داشته باشد باعث بی فایده بودن و عدم عملکرد این روش می شود.
در صورتی که خاک در اثر بارندگی اشباع شود، عملا خاک جاری می شود و سازه نگهبان خرپایی ما عملا تاثیری قابل توجه در پایدارسازی گود نخواهد داشت.
مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی
برای اجرای سازه نگهبان خرپایی ابتدا در لبه های کناری سازه یکسری چاهک هایی حفر می کنیم.
سپس در انتهای چاهک ها، سبدی را که از قبل آرماتوربندی کرده ایم قرار می دهیم در مرحله ی بعد عضو عمودی خرپا که معمولا از پروفیل دوبل IPE ساخته شده را در چاهک قرار می دهیم.
نکته مهم اینجاست که برای گیرداری بیشتر این عضو عمودی بهتر است که چند ردیف برشگیر از نبشی یا ناودانی را در انتهای آن جوش دهیم.
عمق چاهک ها هم با توجه به نوع خاک، میزان سربار وارده و عمق گودبرداری دارد. در مرحله ی بعد دیواره ی چاهک ها را برای جلوگیری از تماس خاک با بتن با استفاده از پلاستیک می پوشانیم، و بتن ریزی را با استفاده از لوله ترمی برای تکمیل سازه نگهبان خرپایی انجام می دهیم.
نکته ای که در سازه نگهبان به روش خرپایی وجود دارد این است که عضو عمودی باید کاملا در تماس با سازه مجاور قرار قرار بگیرد. در صورتی که امکان تماس عضو عمودی با سازه مجاور وجود ندارد، بعد از گیرش بتن باید فضای خالی در پشت عضو عمودی را با مصالح مناسب مانند آجر فشاری همراه با ملات پر کنیم.
بعد از گیرش بتن، خاک مجاور عضو عمودی را برای اجرای عضو مایل خرپا به صورت ترانشه بر می داریم. در صورتی که خاک ما مقاومت بالایی داشته باشد، می توانیم در همان مرحله ی اول به جای حفر چاهک ها، خاک محل خرپا را به صورت ترانشه برداریم.
بعد از رسیدن به تراز مدنظر باید فندانسیون منفردی را برای اتصال عضو مایل حفر، آرماتوربندی و بتن ریزی کنیم و در مرحله ی اخر هم بعد از گیرش بتن فونداسیون منفرد، عضو مایل را از یک طرف به صفحه ستون و از طرف دیگر به عضو عمودی جوش می دهیم. برای ایجاد مقاومت بیشتر سازه نگهبان، اعضای فرعی را هم اجرا می کنیم.
۲. سازه نگهبان مهار متقابل
نام دیگر سازه نگهبان مهار متقابل، روش پشت بندهای افقی و مایل است که برای جلوگیری از تغییر مکان جانبی در گودهایی با عرض کم و در محیط های شهری استفاده می شود.
معایب روش متقابل
۱. فضای زیادی را در داخل گود اشغال می کند که باعث محدودیت در به کارگیری ماشین آلات و تجهیزات موردنیاز و همچنین افزایش احتمال برخورد ماشین آلات و تجهیزات به المان ها و در نتیجه باعث به خطر افتادن گود می شود.
۳. سازه نگهبان نیلینگ (میخ گذاری یا میخکوبی)
سازه نگهبان دیگر، روش نیلینگ بر مبنای مسلح کردن خاک با استفاده از المان های فولادی می باشد. در این روش ابتدا خاک را تا عمق پایداری که به نوع خاک و موارد دیگری بستگی دارد (بین ۲ تا ۴ متر) به صورت مرحله ای بر می دارند، سپس با استفاده از ماشین حفاری دریل واگن سوراخ های افقی و مایل با شیب حدود ۱۵-۱۰ درصد و با قطر حدود ۱۵-۱۰ سانتی متر در سطح گود به فاصله های ۲ تا ۱ متری به وجود می آورند.
در مرحله ی بعد میلگردهای فولادی از نوع AIII به قطر معمولا ۴۰-۳۲ و یا ۲۸ میلی متر با طول های مشخص در نقشه های اجرایی آماده می شود و انتهای این میلگردها را رزوه می کنند. بعد از نصب اسپیسر (برای قرار گرفتن میخ در سوراخ) و لوله های تزریق از جنس PVC، نیل ها را درون سوراخ ها قرار می دهند. معمولا ۲ عدد لوله ی تزریق روی نیل ها نصب می کنند. یکی از این لوله ها برای تزریق دوغاب و یکی هم برای خالی شدن هوا از داخل سوراخ ها و همچنین برای مشخص کردن، پر شدن داخل نیل ها از دوغاب استفاده می کنند.
۴. سازه نگهبان انکراژ
نام های دیگر روش انکراژ دوخت به پشت، میل مهار و استرند می باشد که یکی از روش های بسیار موثر به عنوان سازه نگهبان در پایدارسازی گودهای عمیق است که مراحل اجرایی روش سازه نگهبان انکراژ تا حدود بسیار زیادی شبیه روش نیلینگ می باشد
وسایل مورد استفاده در روش انکراژ شامل؛
۱. غلاف
۲. اسپیسر
۳. سنترالایزر
۴. سر انکر و گوه
۵. لوله ی تزریق گروت
۶. کابل (استرند) یا میلههای فولادی
۵. اجرای شمع درجا
استفاده از شمع های بتنی درجا یکی از روش های عالی برای افزایش پایداری جداره ی گودبرداری می باشد که در انواع خاک های نرم و سخت اجرا می شود.
برای اجرای سازه نگهبان به روش اجرای شمع درجا، ابتدا چاه هایی با قطر ۸۰ تا ۱۰۰ سانتی متر با استفاده از ماشین حفاری یا مقنی حفر می کنیم. در خاک های بسیار سست برای جلوگیری از ریزش شمع ها از غلاف فلزی (کیسینگ)، کول های بتنی و یا تزریق گل بنتونت استفاده می کنند و در صورتی که خاک ما بسیار سست باشد و از موارد گفته شده استفاده کنیم، باعث افزایش مقدار قابل توجهی از هزینه های اجرا می شود.
سپس بعد از نصب اسپیسر بر روی شبکه آرماتور شمع ها که از میلگردهای طولی و خاموت های دورپیچ بسته شده اند، توسط جرثقیل شمع ها را در داخل چاه قرار می دهیم. به دلیل اینکه وزن قفس آرماتور بالا می باشد، احتمال ریزش آرماتورها بعد از بلند کردن توسط جرثقیل وجود دارد. بنابراین باید در هنگام آرماتوربندی باید میلگردها را محکم با سیم مفتول به هم متصل کنیم.
در مرحله ی بعد هم با استفاده از لوله ترمی، بتن ریزی را انجام می دهند و شمع های بعدی را در فاصله های حدودا ۲-۱ متری به همین ترتیب اجرا می کنند. معمولا هم فاصله ی محور به محور شمع های اجرا شده نباید از ۲ برابر قطر شمع ها بیشتر شود.
۶. سپرکوبی
در این روش ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می کوبیم و بعد کوبیدن سپرها خاکبرداری را شروع می کنیم. زمانی که عمق خاکبرداری به عمق کافی رسید، در کمرکش سپرها و بر روی آنها تیرهای پشت بند افقی را نصب می کنیم. سپس المان های فشاری قائم را در جهت عمود بر صفحه سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می کنیم سپرها و پشت بندها و المان های فشاری در عرض های کم و خاک های غیر سست معمولا از نوع چوبی است ولی در عرض های بیشتر و خاکهای سست تر باید از سپرها، پشت بندها و المان های فشاری فلزی استفاده کنیم.
در این روش صفحات فلزی (Sheet pile) داخل خاک و جداره گود توسط چکش پنوماتیک و با استفاده از لرزش کوبیده می شوند و با انواع اتصالات بین خود به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته را تشکیل می دهند.
از مزایای روش سازه نگهبان سپرکوبی این است که به راحتی می توانیم سپرها را بکوبیم، و بعد از اتمام عملیات گودبرداری می توانیم سپرها را به راحتی دربیاوریم و در پروژه های دیگر از آنها استفاده کنیم. همچنین در این روش به المان های افقی و مایل کمتری نیاز داریم. بنابراین محدودیت های اشغال فضای داخل گود کمتر وجود دارد. اما از معایب این روش می توانیم به وابستگی به نصب سیرهای فلزی می باشد که در محیط های شهری به دلیل وجود تاسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از کوبیدن سپرها محدودیت هایی را به وجود می آورد. همچنین کوبیدن سپرهای فلزی در زمین های سنگی و یا خاک های بسیار متراکم به سختی می باشد.