گودبرداری یکی از مهم‌ترین عملیات‌های اجرایی در ساختمان سازی به شمار می‌رود. به طوری که کوچک‌ترین اهمال و بی‌احتیاطی در اجرای آن می‌تواند خسارات جبران ناپذیری در پی داشته باشد. انواع سازه نگهبان راه‌حلی مطمئن برای اطمینان حاصل کردن از اجرای صحیح عملیات گودبرداری است. انواع مختلف سازه‌های نگهبان کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند که در ادامه این مقاله از بهدی سازه به بررسی هر یک از آن‌ها می‌پردازیم.
سازه نگهبان چیست؟
سازه نگهبان به بیانی ساده، یک سازه موقت است که در عمق مشخصی از خاک قرار داده می‌شود. هدف از اجرای آن افزایش مقاومت دیواره‌های گود و جلوگیری از گسیختگی آن‌ها، جلوگیری از رانش خاک و ايجاد ايستادگي و پايداري لازم در مقابل تمامی حركات افقي دیواره‌های گود و مهار است.
سازه‌های نگهبان هر نوعی که باشند ارتباط تنگاتنگی با ویژگی‌های خاکی در آن کاشته می‌شوند دارند و از این رو باید درک و شناخت کامل و دقیقی نسبت به آن كسب كرد و به مشكلات و خصوصيات آن تسلط كامل داشت. از طرفی هم این سازه‌ها باید کاملاً بر اساس اصول استاندارد مهندسی طراحی و اجرا شوند تا بتوانند با توانمندی، پايداري و ايستادگي لازم، هرگونه رانش و ريزش و حركات افقي خاك را مهار كنند.
انواع سازه نگهبان
با توجه به پارامترهای خاک و همچنین شرایط گودبرداری باید بتوان از انواع سازه‌های نگهبان، نوع مناسب با پروژه را انتخاب کرد. انواع سازه‌های نگهبان به شرح زیر هستند.
- جداره‌های مهاربندی شده توسط المان‌های افقي و مايل
- جداره‌های مهاربندی شده توسط المان‌های كششي
- جداره‌های مهاربندی شده توسط سپرکوبی
- جداره‌های مهاربندی شده توسط شمع‌های درجا
- جداره‌های مهاربندی شده توسط ديوار ديافراگمي
- جداره‌های مهاربندی شده توسط نيلينگ
- جداره‌های مهاربندی شده توسط انكراژ
- جداره‌های مهاربندی شده توسط دوخت به پشت
- جداره‌های مهاربندی شده توسط ميكروپايل
- جداره‌های مهاربندی شده توسط خرپا
- شیب‌دار كردن
المان‌های افقی و مایل
المان‌های افقی و مایل (Braced wall using wale struts) از انواع رایج سازه نگهبان در مهاربندی و پایدارسازی گود‌ها به شمار می‌رود. این روش عملکرد ساده‌ای دارد. به طوری که در گودهای با عرض کم به جداره‌های دو طرف متصل می‌شوند از حرکت‌های اضافی آن‌ها جلوگیری می‌کنند. این انواع از سازه‌های نگهبان فضای زیادی را اشغال می‌کنند و در بسیاری از پروژه‌ها دیگر امکان استفاده از ماشین‌آلات بزرگ ساختمانی وجود نخواهد داشت.
این روش از پایدارسازی گود به طور کلی شامل سه جزء عمودی، مایل و افقی است. جزء افقی به موازات عرض گود و جزء قائم هم به موازات عمق یا دیواره‌های گود است. جزء مایل هم به منظور ایجاد مقاومت بیشتر در پایدارسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از نقاط قوت این روش امکان استفاده از آن در عمق‌های زیاد و عرض‌های کم است که امکان استفاده از روش‌های دیگر پایدارسازی گود وجود ندارد. علاوه بر این، روش خاص اجرای این نوع از پایدارسازی آن را برای استفاده در مناطق دارای خاک‌های سست بسیار مناسب کرده است.
المان‌های كششي
المان‌های كششي (Soldier beam and lagging) از دیگر انواع سازه نگهبان است. این روش در واقع قبل از شروع عملیات گودبرداری اجرا می‌شود. به طوری که قبل از همه چیز، ستون‌ها یا همان شمع‌هایی که اغلب فولادی هستند را به صورت پیوسته در داخل خاک قرار می‌دهند. فاصله این پروفیل‌ها با در نظر گرفتن عمق خاک‌برداری مورد نیاز، سایز پروفیل‌های عمودی و نیز نوع خاک محل پروژه، بین ۲ الی ۴ متر است.
مطلب پیشنهادی: روش های پایدارسازی گود، از معرفی تا اجرا
بعد از قرار دادن همه شمع‌ها، عملیات گودبرداری شروع می‌شود. بعد از هر مرحله پیشرفت و بیرون آمدن مقداری از شمع‌ها از خاک، پنل‌های چوبی، بتنی و یا فلزی را مابین ستون‌های عمودی قرار می‌دهند تا از ریزیش خاک به داخل گود جلوگیری شود.
سپر کوبی
سپر کوبی (Braced sheet pile) به عنوان یکی از انواع سازه‌های نگهبان در پایدارسازی گود زیاد به کار برده می‌شود. این سازه نگهبان اغلب به دلیل جلوگیری از رانش خاک، جلوگیری از نفوذ آب به محل انجام عملیات و به منظور مهار دیواره‌های محل گودبرداری اجرا می‌شود.
اجرای این انواع از سازه نگهبان نیز به این صورت است که پس از مشخص کردن محل دقیق اجرای آن، با استفاده از ماشین‌آلاتی مخصوص که اغلب بیل‌های مجهز به چکش هیدرولیکی یا پنوماتیک هستند، صفحات فلزی مورد نظر درون خاک تا رسیدن به عمق مورد نظر کاشته می‌شوند. این ورق‌های فلزی با متصل شده به یکدیگر یک دیواره محکم و پیوسته را شکل می‌دهند.
با شروع عملیات گودبرداری و رسیدن به یک عمق مشخص با توجه به اینکه احتمال حرکت خاک و ورق‌های فلزی وجود خواهد داشت، اقدام به نصب تیرهای پشت‌بند افقی می‌کنند. سرعت اجرای بالا، بالا بردن سطح ایمنی گودبرداری به مقدار قابل توجه و همچنین امکان استفاده مجدد از ورقه‌های فلزی از نقاط قوت این سازه‌های نگهبان هستند. از طرفی هم اجرای این روش به ماشین‌آلات خاص و دانش فنی بالا نیاز دارد و همین موضوع نیز می‌تواند هزینه اجرایی را افزایش دهد.
شمع‌های درجا
شمع‌های درجا (Bored pile walls) نیز از انواع سازه های نگهبان به کار رفته در گودبرداری‌ها هستند. در این روش، شمع‌هایی از جنس فولاد، بتن یا چوب را با فاصله‌های مشخص از یکدیگر در محل گودبرداری در داخل خاک قرار می‌دهند. روش اجرای این سازه نگهبان به این صورت است که بعد از مشخص کردن محل دقیق کاشت شمع، اقدام به فرایند حفاری می‌کنند.
بعد از اتمام حفاری با آرماتور گذاری، بتن ریز و عمل آوری بتن، شمع‌ها کامل می‌شوند. در آخر هم قسمت بالایی شمع‌ها خاک‌برداری می‌شود و شمع‌ها را به منظور کنترل رفتار آن از طریق تیرهای افقی به یکدیگر متصل می‌کنند. پس از اجرای تیر هم عملیات گودبرداری شروع می‌شود.
دیوار دیافراگمی
دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall) یکی دیگر از انواع سازه های نگهبان است که از نظر نحوه اجرا شباهت‌هایی با سازه نگهان شمع‌های درجا دارد. در این سازه‌ها نیز ابتدا محل مشخص اجرا دیوار دیافراگمی را مشخص می‌کنند. در مرحله بعد طبق اصول و استانداردهای مشخص، حفاری شروع می‌شود. در اتمام حفاری نسبت به آرماتور گذاری، بتن ریزی و عمل آوری آن اقدام می‌کنند. سرعت اجرا و ایمنی این سازه نگهبان بسیار خوب است اما اجرای آن به نیروهایی با دانش فنی بالا نیاز دارد.
نیلینگ
نیلینگ (Soil nailing) از انواع رایج سازه های نگهبان است که به دلیل سرعت بالا در اجرا و هزینه کم، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. برای اجرای این سازه نگهبان ابتدا ۱ تا ۲ متر خاک‌برداری صورت می‌گیرد سپس سوراخ‌هایی با قطرهای ۵ تا ۱۰ سانتی‌متر در دیواره‌های گود به صورت افقی و مایل اجرا می‌شود.
در مرحله بعد داخل سوراخ‌های مایل یا افقی، میلگردهایی قرار داده می‌شود و سپس داخل آن‌ها با بتن پر می‌شود. بعد از اتمام بتن ریزی در تمامی سوراخ‌ها، دیواره‌های مورد نظر را با یک شبکه فولادی می‌پوشانند و سپس با استفاده از روش بتن پاشی یک پوشش بتنی روی آن ایجاد می‌کنند. در آخر هم بعد از اتمام بتن پاشی، صفحاتی روی میلگردها بسته می‌شوند و به واسطه مهره این صفحات و میلگردها روی دیواره تثبیت می‌شوند.
این روش پایدارسازی را اغلب در خاک‌هایی که از مقاومت نسبی برخوردار هستند و پس از گودبرداری اولیه می‌توانند به طور موقت پایدار باقی بمانند، استفاده می‌کنند و در خاک‌هایی که سست هستند مناسب نیست.
انكراژ
انكراژ (Anchorage) یا همان مهارسازی از انواع دیگر سازه های نگهبان است. چگونگی اجرای این سازه نگهبان به این صورت است که قبل از شروع گودبرداری، در اطراف زمین مورد نظر در فاصله‌های از پیش تعیین شده، چاهک‌های را حفر می‌کنند. در مرحله بعد انتها چاهک را آرماتور کار می‌گذارند و بعد از آن پروفیل‌هایی مناسب با عمق و ویژگی‌های خاک را قرار می‌دهند. در مرحله بعد بتن ریزی در انتهای چاهک صورت می‌گیرد. برای اتصال پروفیل‌ها به بتن یک سری شاخک‌ها را به پروفیل از طرق جوش متصل می‌کنند.
بعد از این مراحل، عملیات گودبرداری را شروع می‌کنند تا یک عمق مشخص از پیش تعیین شده پیش می‌روند. با رسیدن به این عمق عملیات گودبرداری متوقف می‌شود و نسبت به حفر سوراخ‌هایی افقی یا مایل با قطرهای ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متری در دیواره گود اقدام می‌شود. در مرحله بعد درون سوراخ‌های آرماتور کار گذاشته و بتن ریزی می‌شود.
از طرفی هم به منظور جلوگیری از گسیختگی خاک میان پروفیل‌ها از پروفیل‌های بتنی پیش ساخته، پروفیل‌های چوبی یا اجرای بتن درجا استفاده می‌شود البته می‌توان به جای استفاده از این پنل‌ها از روش آرماتور گذاری و بتن پاشی نیز بهره برد. در ادامه پس از اتمام مرحله اول گودبرداری، مراحل بعدی نیز به همین منوال ادامه می‌یابند.
دوخت به پشت
دوخت به پشت (Tie back) نیز به عنوان یکی از انواع سازه نگهبان اغلب به منظور جلوگیری از ریزش خود اجرا می‌شوند. به منظور اجرای این سازه نگهبان، در ابتدا عملیات گودبرداری اجرا می‌شود. بعد از پیش برد گودبرداری و رسیدن به یک عمق مشخص، در دیواره‌های سوراخ‌هایی افقی یا مایل با قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر حفر می‌شود. در این سوراخ‌های آرماتورهایی قرار داده و سپس در انتهای آن‌ها بتن تزریق می‌شود. در مرحله بعد، کل دیواره‌های گود، آرماتوربندی و سپس بتن پاشی می‌شوند.
سازه نگهبان دوخت به پشت نقش مهمی در اصلاح و بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک ایفا می‌کند و به همین دلیل میزان رانش و گسیختگی آن را کاهش می‌دهد. از طرفی هم به دلیل ضخامت کمی که دارد، اجرای آن در بسیاری از پروژه‌ها نسبت به اجرای سایر انواع سازه نگهبان در اولویت است. پایدارسازی به روش دوخت به پشت با حفار افقی و تزریق همراه است و همین موضوع اجرای آن در مناطق شلوغ شهری که در خاک مجاور گود یک ساختمان قرار گرفته است را با محدودیت مواجه می‌کند. اجرای این روش می‌تواند زمان‌بر باشد و به دستگاه‌های خاص و دانش فنی بالای افراد نیاز دارد.
میکروپایل
میکروپایل (Micropile) از دیگر انواع سازه های نگهبان هستند که تحت عنوان ریزشمع نیز شناخته می‌شوند. روش میکروپایل بسته به نوع و هدف پروژه ممکن است با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان در کنار ریزشمع‌ها همراه باشد. با استفاده از این روش در واقع ظرفیت باربری و مشخصات مکانیکی خاک نظیر چسبندگی خاک، سختی خاک و یا تراکم پذیری آن بهبود می‌یابد.
روش اجرای این سازه نگهبان شامل چهار مرحله حفاری، لوله کوبی، تزریق و تسلیح است. امنیت بالا، امکان اجرا در زمین‌های سست، انعطاف پذیری بالا، سرعت بالای اجرا، هزینه‌های اجرایی کم و عدم نیاز به ماشین‌آلات سنگین ساختمانی از مزایای این سازه‌های نگهبان هستند. برای اطلاع بیشتر از این انواع سازه نگهبان به مقاله «میکروپایل چیست ؟ روش اجرا + نقش آن در بهسازی زمین» مراجعه کنید.
خرپا
خرپا (Truss – Raker) یکی از رایج‌ترین و پر کاربردترین انواع سازه نگهبان به ویژه در مناطق شهری است. نحوه اجرای این سازه نگهبان به این صورت است که در مرحله اول چاهک‌هایی را در محل اجزای قائم خرپا حفر می‌کنند. اجزای قائم در نزدیکی دیواره‌های گود قرار داده می‌شوند. در مرحله بعدی، درون چاهک یا شمع را آرماتوربندی می‌کنند و سپس عضو قائم خرپا را درون آن قرار می‌دهند و در آخر هم عملیات بتن ریزی درون شمع را شروع می‌کنند.
پس از اتمام بتن ریزی و سخت شدن آن، حجم خاک قرار گرفته میان عضو قائم خرپا و افق را مرحله به مرحله بر می‌داریم و پس از اتمام هر مرحله اجزای افقی و قائم خرپا را نصب می‌کنیم. این فرآیند تا انتهای گودبرداری ادامه می‌یابد.
شیب‌دار کردن
شیب‌دار کردن (Slopeing) نیز از دیگر سازه‌های نگهبان با یک عملکرد ساده و هزینه اجرایی کم است. عدم قرارگيری سيستم نگهداری موقت در درون زمين اصلي كه باعث كاهش مساحت زمين و يا دست و پا گير شدن اجراي سازه اصلي می‌شود و همچنين سرعت اجراي بالا و هزينه كم از مزاياي اين روش است. اين روش نياز به فضاي باز در اطراف زمين دارد لذا در زمین‌هایی كه فضاي كاري محدودي دارند از اين روش نمی‌توان استفاده کرد.
سخن آخر
سازه‌های نگهبان از مهم‌ترین بخش‌های گودبرداری در ساختمان سازی هستند. انواع سازه‌های نگهبان با توجه به مؤلفه‌های مختلفی مانند ویژگی‌های خاک و گودبرداری به کار برده می‌شوند. خوشحال خواهیم شد نظرات و پرسش‌های خود را در خصوص این محتوا با ما در میان بگذارید.
