گود برداری و سازه های نگهبان

در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است که زمین به صورتی خاکبرداری شود که جداره های آن قائم یا نزدیک به قائم باشد. این کار ممکن است به منظور احداث زیر زمین ، کانال ، منبع آب و .. صورت گیرد. فشار جانبی وارد بر این جداره ها ناشی از رانش خاک بر اثر وزن خود آن ، و نیز سر بار های (surcharge) احتمالی روی خاک کنار گود می باشد. این سربارها می توانند شامل خاک بالاتر از تراز افقی لبه ی گود ، ساختمان مجاور ، بارهای ناشی از بهره برداری از معابر مجاور و ... باشند. به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این خاکبرداری ، سازه های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه های نگهبان (retaining structures;support systems) می گویند.

​

اهداف اصلی ایمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از : حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود و نیز فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای کار.

موضوع گودبرداری و طراحی و اجرای سازه های نگهبان در مهندسی عمران دارای گستره وسیعی است و نیاز به بررسی ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتکنیکی، سازه ای ، مواد و مصالح، تکنولوژیکی و اجرایی و اقتصادی و اجتماعی دارد. در نتیجه می توان گفت که انتخاب روش مناسب بستگی به جمیع شرایط تأثیرگذار دارد و می توان در شرایط مختلف، به صورت های گوناگونی باشد. از سوی دیگر، تئوری ها و روش های اجرایی گود برداری و سازه های نگهبان، هم مبتنی بر اصول تئوریک و هم متأثر از ملاحظات اجرایی و تجربی، توأماً است.

پایدارسازی جداره های گودبرداری به صورتها و روشهای مختلفی صورت می گیرد که از جمله آنها به روشهای : مهار سازی (anchorge) ، دوخت به پشت (tie back) ، دیواره دیافراگمی (diaphragm wall) ، مهار متقابل (reciprocal support) ، اجرای شمع (piling) ، سپر کوبی (sheet piling) ، و اجرای خرپا (truss construction) اشاره نمود.



2- انواع روشهای پایدارسازی گود

2-1- روش مهار سازی

در این روش، برای مهار حرکت و رانش خاک، با استفاده از تمهیداتی خاص، از خود خاک های دیواره کمک گرفته می شود. ابتدا در حاشیه زمینی که قرار است گودبرداری شود، در فواصل معین چاههایی حفر می کنیم. عمق این چاهها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه برای شمع بتنی انتهای تحتانی این چاهها است.

پس از حفر چاهها، در درون آنها پروفیل های شکل یا شکل قرار می دهیم. به منظور تأمین گیرداری و مهاری کافی برای این پروفیل ها، انتهای پروفیل ها را به میزان 0.25 تا 0.35 عمق گود، پایین تر از رقوم کف گود در درون بخش شمع ادامه می دهیم و در انتهای پروفیل ها نیز شاخکهایی را در نظر می گیریم.

سپس، شمع انتهای تحتانی را ، که قبلاً آرماتوربندی آن را اجرا کرده و کار گذاشته ایم، بتن ریزی می کنیم. بدین ترتیب پروفیل های فولادی مزبور در شمع مهار می شوند و پروفیل های فولادی همراه با شمع نیز در خاک مهار می گردند. پس از اجرای مراحل فوق، عملیات گودبرداری را به صورت مرحله به مرحله اجرا می کنیم. در هر مرحله، پس از برداشتن خاک در عمق آن مرحله، برای جلوگیری از ریزش خاک، با استفاده از دستگاههای حفاری ویژه، در بدنه ی گود چاهکهایی افقی یا مایل، به قطر حدود 10 تا 15 سانتیمتر، دزر جداره ی گود حفر می کنیم. آنگاه درون این چاهکها میلگردهایی را کار گذاشته و سپس درون آنها بتن تزریق می کنیم. طول این چاهکها، به نوع خاک و پارامترهای فیزیکی و مکانیکی آن، و نیز به عمق گود بستگی دارد و مقدار آن در حدود 5 تا 10 متر است.

پس از انجام این مرحله، پانلهای بتنی پیش ساخته ای را در بین پروفیلهای قائم قرار داده و آنها را از سویی به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها به نحو مناسبی متصل می کنیم و از سویی دیگر پانلها را به پروفیلهای قائم وصل می کنیم. به جای استفاده از این پانلهای پیش ساخته می توانیم آنها را به صورت درجا اجرا کنیم. همچنین می توانیم ابتدا بر روی دیواره آرماتور بندی کرده و سپس بر روی آن بتن پاشی (shotcrete) کنیم.

برای اتصال پانلها به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها می توانیم سر میلگردهای مزبور را رزوه کرده با استفاده از صفحات سوراخ دار تکیه گاهی و مهره، آنها را با پانل درگیر کنیم.

کلیه عملیات فوق را به صورت مرحله به مرحله، از بالا به پایین اجرا می کنیم. ملات یا خمیری که برای تزریق استفاده می کنیم، مخلوطی است از سیمان و آب یا سیمان و آب و ماسه که ممکن است در آن از مواد

افزودنی نیز استفاده کنیم. همچنین می توانیم از مواد پلیمری و دوغاب های با پایه غیر از سیمان پرتلند و با ترکیبات خاص نیز برای تزریق استفاده کنیم. در تزریق با استفاده از سیمان پرتلند، نسبت آب به سیمان در ابتدا در حدود 1.5 است که به تدریج آن را کاهش داده و به حدود 0.5 می رسانیم. طراحی و برنامه ریزی و اجرای عملیات تزریق باید توسط متخصصان آشنا به موضوع و با استفاده از دستگاههای خاص و طبق استانداردها و ضوابط خاص صورت گیرد. همچنین باید توجه داشته باشیم که در صورتی که فشار به کار برده شده برای تزریق بیش از حد لزوم باشد، ممکن است ناپایداری ها و شکستهایی در خاک ایجاد شود.



2-1-1- مزایای روش مهار سازی

1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن در درون چاهکها بهبود می یابد،لذا بر اثر این امر، علاوه بر کمک گرفتن از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک، میزان رانش خاک نیز بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاهش می یابد.

2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.

3. از خاک موجود برای مهار دیواره گود استفاده می شود.



2-1-2- معایب روش مهار سازی

1. استفاده از بدنه ی خاک مجاور دیواره گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از این روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.

2. به دلیل ضرورت اجرا عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمالن زیادی نیاز دارد. البته این امر ممکن است در پروژه های بزرگ مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرا کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.

3. هزینه اجرای عملیات، به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روشهای ساده تر بیشتر است. ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشد و برعکس هزینه کلی کار کاهش یابد.

4. به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهکها، تزریق، حمل پانلها و ... نیاز دارد.

5. به افراد با تخصص های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای ساده تر نیاز دارد.



2-2- روش دوخت به پشت

این روش، مشابهت زیادی به روش مهارسازی دارد. در این روش نیز حفاری را به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پایین گود اجرا می کنیم.

در هر مرحله به کمک دستگاههای حفاری ویژه، چاهکهای افقی یا مایل در بدنه ی دیواره ی گود حفر می کنیم. سپس، درون این چاهکها کابلهای پیش تنیده قرار می دهیم و با تزریق بتن در انتهای چاهک، این کابلها را کاملاً در خاک مهار می کنیم. سپس کابلهای مزبور را به کمک جکهای ویژه ای می کشیم و انتهای بیرون آمده ی کابل را بر روی سطح جداره ی گودمهار می کنیم. آنگاه به درون چاهکهای مزبور بتن تزریق می کنیم. پس از سخت شدن بتن و کسب مقاومت کافی آن، کابلها را از جک آزاد می کنیم. این کار موجب آن می شود که نیروی پیش تنیدگی موجود در کابل خاک را فشرده سازد، و در نتیجه خاک فشرده تر و متراکم تر شده و رانش ناشی از آن کاهش یابد، و در عین حال که نیروی رانش خاک در جداره گود به خاکهای داخل بدنه ی دیواره منتقل شده و خاک بدنه ی انتهایی، به عنوان سازه ی نگهبان عمل کرده و رانش خاک بدنه ی مجاور جداره را تحمل می کند.

عمق گودبرداری در هر مرحله، بستگی به نوع خاک و فاصله ی بین چاهکها دارد و معمولاً در حدود 2 تا 3 متر است.



2-2-1- مزایای روش دوخت به پشت

1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن به درون چاهکها و نیز پیش تنیده شدن خاک بهبود می یابد. در نتیجه هم از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک استفاده می شود و هم میزان رانش خاک بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاسته می شود.

2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.

3. از خاک موجود برای مهار دیواره ی گود استفاده می شود.



2-2-2- معایب روش دوخت به پشت

1. استفاده از بدنه خاک مجاور دیواره ی گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختم