آیا هر پروژه گودبرداری نیاز به طراحی سازه نگهبان دارد؟ مسئولیت طراحی این سازه نگهبان بر عهده کیست؟ در این مطلب قصد داریم با اصول و نکات تئوری و اجرایی طراحی انواع سازه نگهبان آشنا شویم.

اصول گودبرداری

به هرگونه حفاری و گودبرداری در تراز پایین‌تر از سطح طبیعی زمین یا در تراز پایین‌تر از زیر فونداسیون ساختمان مجاور گودبرداری گفته می‌شود. اهداف گودبرداری شامل: تخریب یک ساختمان قدیمی برای ساخت مجدد، حفاظت از فونداسیون‌ها در برابر یخبندان، رسیدن به تراز بکر، احداث مخازن زیرزمینی و … می‌شود.

سازه نگهبان

سازه نگهبان، سازه‌ای است برای محافظت و پایدارسازی دیواره‌های محل گودبرداری که به منظور جلوگیری از پیامدهای ریزش دیواره‌های گود مورد استفاده قرار می‌گیرد. مسئولیت طراحی سازه نگهبان هر پروژه‌ای بر عهده طراح سازه آن است. سازه‌های نگهبان انواع مختلفی دارند که عوامل زیر بر انتخاب نوع آن تأثیر می‌گذارد:

سازه‌های نگهبان به طور کلی به دو نوع موقت یا دائمی تقسیم می‌شوند. در واقع می‌توانند جدا از سازه‌ی اصلی یا بخشی از سازه‌ی اصلی باشد و به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

1. سازه نگهبان خرپایی
2. سازه نگهبان مهار متقابل
3. سازه نگهبان نیلینگ
4. سازه نگهبان انکراژ
5. سازه نگهبان دوخت به پشت یا تای بک
6. سازه نگهبان شمع کوبی یا اجرای شمع درجا
7. سازه نگهبان دیوار دیافراگمی
8. سازه نگهبان سپرکوبی

سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از مناسب‌ترین، اقتصادی‌ترین و متداول‌ترین روش‌های اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است. این سازه اجرای ساده‌ای داشته و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد و می‌توان آن را در شرایط مختلف اجرا کرد.

این سازه‌ها دارای عضوهای قائم و مایل هستند که برای عضو قائم آن از دوبل IPE استفاده می‌شود. برای نصب المان‌های درون گود، در لبه‌های کنار گود چاهک‌هایی برای قرار گیری آن‌ها حفاری می‌شود. یکی از نکات حائز اهمیت برای این سازه آن است که عضو قائم آن حتما باید در مجاورت با سازه‌ی کناری قرار گیرد و اگر این امکان فراهم نبود، پشت سازه‌ی قائم را با مصالح مناسب مثل آجر فشاری پر می‌کنند.

از مزایا و معایب این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مزایای سازه نگهبان خرپایی

1. مناسب برای گودبرداری در مناطق شهری هستند.
2. انعطاف‌پذیری بالایی در زمان اجرا دارند.
3. خرپاها را می‌توان در پروژه‌های بعدی استفاده کرد.
4. نصب ساده‌ای دارند.
5. به صرفه و اقتصادی بودن.
6. عدم ورود به زمین مجاور
7. عدم نیاز به اجازه همسایه‌ها

معایب سازه نگهبان خرپایی

1. سرعت نصب پایین‌تری نسبت به روش‌های جدید دارند.
2. برای استفاده در گودهای عمیق محدودیت دارند. (به علت اینکه عضو مایل آن خیلی نیاز به فضا دارد.)
3. احتمال نیاز به حفاری دستی خاک
4. فضای زیادی از محل گودبرداری اشغال می‌کند.
5. به دلیل سهولت اجرا، ورود افراد غیرمتخصص در این حوزه زیاد است.

سازه نگهبان مهار متقابل

این سازه اصولا در گودهایی با عرض کم اجرا می‌شود. در این روش دیواره‌های دو طرف گود توسط عضوهای فلزی به یکدیگر مهار می‌شوند. این المان‌ها به صورت افقی و عمودی در تراز‌های مختلف اجرا می‌شوند. در صورتی که سازه‌های مجاور گود هم‌تراز نباشند، یعنی یکی از ساختمان‌های مجاور گود بالاتر از ساختمان دیگری باشد، باید دقت شود که المان‌های عمودی (ستون‌های) سازه نگهبان حتی‌الامکان در راستای ستون‌های ساختمان کوتاه‌تر باشد.

طراحی سازه نگهبان نیلینگ یا میخ‌کوبی

کاربرد نیلینگ یا میخ‌کوبی، برای ایجاد پایداری دیواره در گودبرداری است و از آن معمولا در گودهایی که نمی‌توان از روش‌های قبلی استفاده کرد یا ایمنی آن‌ها کمتر است، استفاده می‌شود.

روش اجرای آن اینگونه است که گودبرداری به اندازه‌ی عمق ایمن انجام شده سپس با استفاده از ماشین حفاری دریل واگن، سوراخ‌های مایل با شیب حدود 10-15% و با قطر حدود 10-15 سانتی‌متر در سطح گود به فاصله‌ی 1 الی 2 متر حفر می‌کنند.

در مرحله‌ی بعد میلگردهای فولادی از نوع A3 به قطر معمولا 32-40 و یا 28 میلی‌متر با طول‌های مشخص که در نقشه‌ها، اطلاعات آن‌ها آورده شده را درون این گمانه‌ها به وسیله‌ی اسپیسر فیکس می‌کنند. (انتهای این میلگردها رزوه می‌شود) سپس دو عدد لوله‌ی تزریق روی نیل‌ها قرار می‌دهند. یکی از این لوله‌ها، دوغاب را درون حفره‌ها تنظیم می‌کند و از لوله‌ی دیگر هوا خارج می‌شود و پر شدن حفره از دوغاب را نشان می‌دهد. بعد از آن دیواره‌ی خاکبرداری توسط مش و شات پوشانده می‌شود و سپس شبکه‌ی مش را به وسیله‌ی صفحه‌های تکیه‌گاهی و مهره و نیل‌ها به خاک پشت دیوار مهار می‌کنند.

در اجرای این سازه باید به نکات زیر دقت شود:

• دقت به نقشه‌های تأسیسات شهری در ترازی که قرار است حفاری زمین و نیل‌ها صورت بگیرد.
• این روش حتما توسط طراح و مجری و ناظری که تجربه و علم اجرای این روش دارند، اجرا شود.
• به علت اینکه نیل‌ها، به حدود ساختمان‌های مجاور وارد می‌شود، دریافت رضایت‌نامه از صاحب پلاک‌های مجاور الزامی است.

مزایای روش نیلینگ

1. قابل استفاده در فضاهای با دسترسی دشوار و محدود
2. مصالح مورد نیاز کم
3. آلودگی صوتی پایین
4. کاهش اثرات زیست محیطی
5. سرعت اجرای بالا
6. عدم وجود محدودیت ارتفاعی
7. صرفه‌جویی در زمان، هزینه و نیروی کار

معایب روش نیلینگ

1. این سازه‌ها را در زمین‌های با سطح آب زیرزمینی بالا نمی‌توان استفاده کرد.
2. برای خاک‌های متورم و حساس به مدت کوتاه می‌توان استفاده کرد.
3. احتمال خوردگی میلگردها
4. نیازمند نیروی کار متخصص

سازه نگهبان انکراژ

این نوع از سازه نگهبان همانند روش نیلینگ می‌باشد و در روند اجرا یک سری تفاوت دارند. ابتدا چاهک‌هایی در حاشیه محدوده گودبرداری به عمق گود حفر می‌کنیم. سپس پروفیل‌های H و I را در آن‌ها فیکس کرده و آن‌ها را در شمع آرماتور بندی شده در خاک زیرین مهار می‌کنیم. سپس گودبرداری را به صورت مرحله‌ای تا عمق پایدار شروع می‌کنیم و چاه‌هایی مایل با قطر 10 تا 15 سانتی‌متر و عمق 5 تا 10 متر، در دیواره خاک حفر می‌کنیم. درون این چاه‌ها را میلگرد گذاشته و بتن‌ریزی می‌کنیم.

بعد از آن یا قطعات بتنی پیش‌ساخته بین پروفیل‌های قائم H و I شکل نصب می‌کنیم یا از بتن‌ریزی درجا یا آرماتوربندی دیواره و اجرای شات کریت به جای استفاده از بتن پیش‌ساخته استفاده می‌کنیم. سپس میلگردهای درون حفره‌های مایل را به وسیله‌ی مهره و صفحات سوراخ‌دار تکیه‌گاهی با بتن درگیر می‌کنیم و تمامی مراحل بالا را تا عمق گودبرداری انجام می‌دهیم.

مزایای روش انکراژ

1. بهبود یافتن مشخصات مکانیکی خاک و کاهش رانش آن
2. اشغال فضای بسیار کم

معایب روش انکراژ

1. زمان‌بر بودن به دلیل تعداد زیاد مراحل اجرای آن
2. برای پروژه‌های کوچک غیر اقتصادی است.
3. به تجهیزات خاصی برای حفر، تزریق و … نیاز دارد.
4. به نیروی کار متخصص نیاز دارد.
5. محدودیت استفاده از این روش در مجاورت ساختمان‌ها و تأسیسات و معابر شهری به دلیل به کارگیری بدنه‌ی خاک مجاور دیواره‌ی گود.

سازه نگهبان دوخت به پشت

دوخت به پشت روشی مشابه انکراژ است که مراحل اجرای آن به صورت زیر است:

• گودبرداری تا یک عمق مشخص
• حفر چاهک‌های افقی یا مایل در دیواره‌ی گود
• جانمایی کابل‌های پیش تنیده درون چاهک‌ها
• تزریق بتن در انتهای گمانه برای تامین مهار در خاک
• پس از گیرش بتن انتها، کشیدن کابل‌ها توسط جک‌های مخصوص
• مهار کردن قسمت بیرون زده‌ی کابل به دیواره‌ی گود
• تزریق بتن به درون چاهک‌ها
• آزاد کردن جک‌ها پس از گیرش و سخت شدن بتن
• تکرار این مراحل برای رسیدن به عمق مورد نظر گود

در اجرای این روش سازه نگهبان، نیروی پیش‌تنیدگی کابل، باعث افزایش تراکم خاک در پشت دیواره‌ی گود شده و رانش خاک را کاهش می‌دهد.

سازه نگهبان شمع‌کوبی یا اجرای شمع درجا

شمع کوبی (piling) یا اجرای شمع‌های درجا، یکی از روش‌های عالی و کاربردی برای افزایش پایداری خاک و پی‌های عمیق می‌باشد که در انواع خاک‌های نرم و سخت اجرا می‌شود. در این روش شمع‌ها را پیش از گودبرداری اجرا می‌کنند.

برای اجرای سازه نگهبان به روش اجرای شمع درجا ابتدا چاه‌هایی با قطر 80 تا 100 سانتی‌متر با استفاده از ماشین حفاری یا مقنی حفر می‌کنیم. در خاک‌های بسیار سست برای مهار دیواره‌ی خاک از غلاف فلزی (کیسینگ)، کول‌های بتنی و یا تزریق گل بنتونیت استفاده می‌کنند که باعث افزایش هزینه‌های اجرا می‌گردد. بعد از نصب اسپیسرها بر روی شبکه‌ی آرماتور شمع‌‌ها که شامل میلگردهای طولی و خاموت‌های دورپیچ می‌شود، توسط جرثقیل داخل شمع‌ها قرار می‌دهیم.

در این مرحله باید دقت شود که به دلیل اینکه وزن آرماتورها بالا می‌باشد، احتمال ریزش آرماتورها بعد از بلند کردن، توسط جرثقیل وجود دارد. پس باید در هنگام آرماتوربندی، میلگردها را محکم با سیم مفتول به هم متصل کنیم. بعد از جایگذاری شبکه‌ی آرماتور با استفاده از لوله‌ی ترمی، بتن‌ریزی را انجام می‌دهند و شمع‌های بعدی را در فاصله‌ی حدود 1 الی 2 متری به همین سبک اجرا می‌کنند. معمولا فاصله محور به محور شمع‌ها نباید از 2 برابر قطر شمع‌ها بیشتر شود. بعد از اجرای شمع‌ها گودبرداری آغاز می‌شود.

مزایای روش شمع‌کوبی

1. سرعت اجرای بالا
2. کاهش هزینه‌ها در پروژه‌های بزرگ
3. هم به عنوان سازه نگهبان و هم به عنوان دیوار حائل در سازه‌ها استفاده می‌شوند.

معایب روش شمع‌کوبی

1. افزایش تعداد و مقطع شمع مورد نیاز در عمق‌های بیشتر
2. عدم امکان استفاده از شمع‌های پیش ساخته در پروژه‌های شهری به علت مشکلات شمع‌کوبی

سازه نگهبان دیوار دیافراگمی

دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall) یا دیوار دوغابی (Slurry Wall) یکی دیگر از روش‌های پایداری گود است. در این روش برای پایداری دیواره از دیواره‌ای از جنس بتن مسلح استفاده می‌شود. از این دیوار در زمین‌های با خاک نرم یا زمین‌های با سطح آب زیرزمینی بالا استفاده می‌شود. از این روش معمولا به منظور ایجاد دیوارهای آب‌بند در اطراف تونل‌ها، فونداسیون‌ها و… استفاده می‌کنند. اجرای دیوارهای دیافراگمی هزینه‌ی بالایی دارد اما سرعت اجرای آن‌ها نیز بالا می‌باشد و فضای کمی اشغال می‌کنند. کاربرد اصلی این سازه‌ها در ساخت و سازهای شهری است.

روش اجرای دیوار دیافراگمی اینگونه است که در مرحله‌ی اول محل دیوار را به کمک دستگاه‌های مخصوص حفر می‌کنند. در مرحله‌ی دوم همزمان با حفر، محل حفاری را با گل بنتونیت و سیمان به منظور جلوگیری از ریزش دیواره پر می‌کنند. در مرحله‌ی سوم آرماتوربندی دیوار را همراه با اسپیسرها به وسیله‌ی جرثقیل در محل دیوار جایگذاری کرده و سپس با بتن اسلامپ بالا به وسیله‌ی لوله‌ی ترمی بتن‌ریزی می‌کنند. در مرحله‌ی آخر نیز شروع به گودبرداری محل مورد نظر می‌کنند.

سازه نگهبان سپرکوبی

در این روش ابتدا سپرهایی در اطراف گود می‌کوبند و سپس عملیات خاکبرداری را انجام می‌دهند. در مرحله‌ی بعد تیرهای پشت‌بند افقی را در کمرکش و روی سپرها پس از رسیدن به عمق کافی نصب می‌کنند. بعد از آن قیدهای فشاری قائم بر صفحه‌ی سپرها را به این پشت‌بندها متصل می‌کنند. سپرهای استفاده شده در سازه نگهبان شامل چوبی، بتنی و فلزی می‌شوند.

مزایای روش سپرکوبی

1. سرعت اجرای بالا به دلیل سبک بودن پروفیل‌ها
2. ایمنی بسیار بالا
3. مورد استفاده برای پروژه‌های با طول زیاد و عرض کم
4. امکان استفاده مجدد از سپرها
5. نیاز به نگهداری کم در حضور آب

معایب روش سپرکوبی

1. الزام استفاده از تجهیزات خاص
2. نیاز به نیروی متخصص برای اجرا
3. نیاز به فضای کافی برای دستگاه سپرکوب
4. مناسب نبودن برای عرض‌های زیاد
5. دشوار بودن جانمایی پروفیل‌ها در محیط‌های سنگی
6. ایجاد آلودگی صوتی در صورت استفاده از چکش‌های لرزشی
7. هزینه‌بر بودن برداشت پروفیل‌ها اگر از آن‌ها به عنوان پروفیل غیر دائمی استفاده شود.

کلام آخر

انواع سازه نگهبان که در این مقاله بررسی شد، برای حفظ جان و مال افراد اجرا می‌شوند. بنابراین مهندسان موظف هستند در خاکبرداری‌ها بسته به نوع پروژه، یکی از سازه‌های نگهبان را اجرا کنند. جالب است بدانید که امکان ریزش دیواره در گودبرداری‌های با عمق کم نیز وجود دارد. اگر عمق گودبرداری از 1.2 متر بیشتر باشد، اجرای سازه نگهبان الزامی است. البته این عمق برای خاک‌های معمولی و شرایط غیر بحرانی است. در صورت نامساعد بودن خاک و احتمال وجود بارهای بیش از اندازه، احتمال ریزش دیواره‌های گود در عمق کمتر از 1.2 متر نیز وجود دارد.

از آنجایی که در برخی از پروژه‌های قبلی که به طور غیراصولی خاکبرداری شده بودند، ساختمان همسایه به یک‌باره فرو ریخته و ساکنین فرصت تخلیه نداشته‌اند. به همین علت توصیه می‌شود قبل از اقدام به خاکبرداری برای اجرای پروژه حتما از مهندسان متخصص در این زمینه مشاوره بگیرید.