سازه نگهبان + انواع آن ها

عملیات گودبرداری از حساس ترین عملیات ساخت و ساز است. سالانه بسیاری از تخریب ها، ناشی از عملیات نادرست و غیرمهندسی گود برداری بوده و خسارات جانی و مالی بسیاری را به همراه داشته است.

اجرای سازه نگهبان، یکی از روش های جلوگیری از مشکلات احتمالی می باشد. سازه نگهبان برای حفظ دیواره گود برداری شده و جلوگیری از نشست خاک اجرا می شود. امروزه روش های مختلفی برای اجرای سازه نگهبان طراحی می شود که انتخاب هر کدام از آن ها به نوع ساختمان و خاک منطقه بستگی دارد. در این مطلب به توضیح سازه نگهبان و انواع آن می پردازیم.

سازه نگهبان چیست؟

همانطور که در بخش قبلی گفته شد، عملیات گودبرداری غیراستاندارد، خسارت های زیادی را به همراه دارد. به منظور مهار کردن نیروهای جانبی وارد بر دیواره، افزایش مقاومت خاک و همچنین جلوگیری از نشست ساختمان های مجاور و تخریب آن ها، از سازه نگهبان استفاده می شود. سازه های نگهبان انواع مختلفی دارند که همه آن ها اشکال متفاوت، اما عملکرد یکسانی دارند. در ادامه به آن ها اشاره می کنیم.

انواع سازه نگهبان

انواع سازه نگهبان شامل موارد زیر می باشند.

• خرپایی
• انکراژ
• نیلینگ
• دیوار دیافراگمی
• مهار متقابل
• شمع درجا
• سپرکوبی    

برای اجرای هریک از این سازه ‌های نگهبان، ابتدا مهندس ژئوتکنیک پارامترهای مکانیکی خاک، ارتفاع آب های زیرزمینی و مابقی مولفه های خاک را مورد بررسی قرار می دهد. در نهایت با توجه به محاسبه‌ دقیق آن ها، سازه نگهبان طراحی می شود.

سازه نگهبان خرپایی

سازه خرپایی از رایج ترین روش های سازه های نگهبان است که در عمق کم اجرا می شود. در ابتدا طبق نقشه، حفره هایی با فاصله‌ های مشخص، برای اجرای ستون‌ ها ایجاد می شوند که عموما تا عمق ۱ متر از تراز اصلی پی پایین ‌تر می ‌آیند. این عمق به نوع خاک، میزان سربار وارده و عمق گودبرداری بستگی دارد. بعد از آرماتور بندی حفره ها، پروفیل های IPE در آن ها قرار می گیرند و داخل آن ها با بتن پرمی شود.

در محل تماس سازه نگهبان با سازه های مجاور می توان فضای خالی را با مصالح مناسب پر کرد. برای اجرای عضو مایل، به صورت ترانشه یا فرورفتگی، خاک مجاور سازه عمودی را برمی داریم؛ توجه داشته باشید که بتن حتما مقاومت لازم را بدست آورده باشد. در نهایت، عضو مایل را به صفحه ستون متصل شده به پی منفرد، نصب می کنند و طرف دیگر آن را هم به عضو عمودی جوش می دهند.

مزایا:

• امکان استفاده در فضاهای شهری
• مقرون به صرفه به دلیل استفاده نامحدود از خرپاها
• سادگی و انعطاف پذیری در اجرا
• عدم نیاز به تخصص و دستگاه های خاص

معایب:

• سرعت پایین اجرا نسبت به دیگر روش های سازه نگهبان
• اشغال زیاد فضای زیاد و مختل کردن کار دستگاه ها
• احتمال نیاز به خاک برداری دستی

سازه نگهبان انکراژ (دوخت به پشت)

در روش انکراژ مانند روش نیلینگ (میخکوبی)، با مسلح نمودن خاک، علاوه بر پایدار نمودن شیب، از لغزش دیواره گودبرداری شده جلوگیری می شود. با بررسی و تحلیل پایداری شیب، می توان سطحی که احتمال لغزش بیشتری دارد را مشخص نمود. در چاهک های حفاری شده، کابل هایی قرار داده شده است که با تزریق بتن، چاهک ها را پر می کنند. این فرآیند به مهار شدن کابل ها درون خاک کمک می کند. غلاف، اسپیسر، سنترالایزر، سر انکر و گوه، لوله تزریق گروت و کابل (استرند) یا میله های فولادی از وسایل مورد استفاده در روش دوخت به پشت می باشند.

مزایا: در این روش اشغال فضای گود بسیار کم بوده و رانش خاک به شدت کاهش می یابد زیرا مشخصات مکانیکی بهبود می یابد.

معایب: اجرای این روش بسیار طولانی است و نیازمند نیروی با مهارت و متخصص می باشد. همچنین تجهیزات پیشرفته ای برای انجام این روش نیاز است. به همین علت این روش برای پروژه های کوچک صرفه اقتصادی ندارد.

برای اطلاع بیشتر درباره نیلینگ و انکراژ می توانید مقاله زیر را مطالعه نمایید.

سازه نگهبان نیلینگ (میخ گذاری یا میخکوبی)

برای اجرای سازه نگهبان به روش نیلینگ، ابتدا خاک آن منطقه را تا عمق ۴ متر گودبرداری و چاه هایی معمولا با طول ۲ متر، قطر ۱۵ سانتیمتر و شیب ۱۵% را حفر می کنند. به منظور جلوگیری از رانش خاک و حرکت دیواره گود برداری شده، مانند روش دوخت به پشت، میله هایی درون خاک گذاشته می شود.

برای دوختن توده خاک در فاصله های نزدیک به هم، معمولا از آرماتورهای AIII با طول های مشخص استفاده می شود. برای افزایش ضریب اطمینان پایداری گودبرداری، میخ ها باید بتوانند سطح گسیختگی را قطع کنند. سپس لوله هایی را برای تزریق دوغاب به داخل نیل و خارج کردن هوا از آن نصب و داخل آن ها را با ملات پر می کنند. در نهایت سطح دیواره جهت جلوگیری از فرسایش، با بتن پوشانده می شود.

مزایا:

• امکان استفاده در فضایی با متراژ کم
• سازگار با محیط زیست
• کاهش هزینه ها به علت سرعت بالای اجرا

معایب: مخکوبی برای خاک های سست نامناسب است و در زمین هایی که آب زیر زمینی آن بالا می باشد، بهتر است به کار برده نشود.

سازه نگهبان دیوار دیافراگمی

در این روش نیز مانند دیگر روش ها، چاهک هایی حفاری می شود. یک شبکه آرماتوربندی از پیش ساخته شده در محل حفاری قرار گرفته و با بتن ریزی، ساخت دیوار دیافراگمی تکمیل می شود. این روش مزایای زیادی از جمله سرعت اجرا و ایمنی بالا دارد و همچنین برای گودبرداری های عمیق مناسب است؛ اما هزینه های بالای اجرا و نیاز به افراد متخصص، از موانع اصلی رواج آن در ساخت و ساز می باشند.

سازه نگهبان مهار متقابل

در این روش با حفر چاه های کم عمقی بین ۰.۲۵ تا ۰.۳۵ با فاصله مشخص در اطراف محل گودبرداری، تیرهایی H یا I شکلی با طول بیشتر از چاه ها، درون آن ها قرار می دهند. انتهای بالای پروفیل ‌های متقابل را به تیرها متصل می کنند. در نهایت عملیات گودبرداری شروع می شود. در صورت ریزش خاک منطقه می توان از الوارهای چوبی بین دیگر پروفیل‌ های قائم استفاده کرد. در حقیقت این روش ترکیبی از روش سپرکوبی و خرپایی است.

مزایا: از آنجایی که این روش فضای زیادی را اشغال می کند، احتمال برخورد ماشین آلات به گودها بالا می رود. در این روش نیز می توان از المان های به کار رفته در سازه، مجددا استفاده کرد.

معایب: در چاه هایی که عمق آن ها بیشتر از ۱۰ متر است، مهاربندی به سختی انجام می شود. همچنین در مناطقی که خاک آن ضعیف است، بایستی از المان های بیشتری استفاده شود.

سازه نگهبان شمع درجا

برای مناطقی که خاک نرم دارند، اجرای شمع بهترین روش است. شمع ها را می توان از سازه هایی چون فولاد، بتن و چوب ساخت که رایج ترین آن، شمع های بتنی پیش ساخته (درجا) می باشد. پس از حفر چاه هایی با فاصله ۱ تا ۲ متر و قرار دادن آرماتوربندی، عملیات بتن ریزی صورت می گیرد.

مزایا:

• سرعت بالا و هزینه پایین در اجرا
• بهترین گزینه برای گودهای عمق ۵ متر
•  اجرای آن ها به عنوان سازه نگهبان دائم و موقت

معایب: شمع های پیش ساخته را نمی توان در پروژه های شهری استفاده کرد. همچنین با اعماق بیشتر نیاز به شمع های بیشتری می باشد.

سازه نگهبان سپرکوبی

در روش سپرکوبی از سپری های فولادی و چوبی استفاده می شود که البته معمولا در خاک مقاوم از سپری های چوبی استفاده می کنند. پس از قراردادن سپرها در اطراف گود و محل خاکبرداری، تیرهای افقی به منظور اتصال به المان های قائم، بر روی سپری نصب می شوند.

استفاده مجدد از سپری ها، نیاز کم به المان های قائم و افقی و اشغال نکردن فضا، از مزایای این روش است. مانند هر روش دیگری، معایبی نیز برای آن وجود دارد که در این رابطه می توان به محدودیت اجرا در مناطق مسکونی به علت ایجاد سر و صدا اشاره کرد.

مزایا:

• اشغال فضای داخل گود کمتر است.
• در طراحی برای طول های متفاوت قابل اجراست.
• سپرهای کوبیده شده را می توان در پروژه های بعدی استفاده کرد.
• برای گود برداری کانال های طویل گزینه مناسبی می باشند.
• اجرای آن در مکان هایی که آب وجود دارد، امکان پذیر است.
• به دلیل استفاده از سپری های سبک وزن، سرعت اجرای بالایی دارد.

معایب:

• اجرای این روش آلودگی صوتی زیادی ایجاد می کند.
• در مناطقی که دارای زمین های سخت می باشند، روش سپرکوبی توصیه نمی شود.
• نیازمند به نیروی ماهر و دستگاه های پیشرفته است.

سخن آخر

در این مقاله با سازه نگهبانی آشنا شدید. همانطور که خواندید اجرای عملیات گودبرداری نیازمند دقت و شرایط خاصی است. پس از اجرای عملیات گودبرداری، برای حفظ دیواره های مجاور و خاک منطقه گود برداری شده لازم است سازه نگهبان اجرا شود. سازه های نگهبان انواع مختلفی دارند که هرکدام در عین عملکرد متفاوت، وظیفه یکسانی دارند. انواع روش های سازه نگهبان شامل خرپایی، دوخت به پشت، میخ کوبی، دیوار دیافراگمی، مهار متقابل و اجرای شمع می باشد که انتخاب هرکدام از آن ها به تشخیص مهندسان متخصص در این زمینه بستگی دارد.

سوالات متداول سازه نگهبان