سیستم سازه نگهبان مهار متقابل یا استرات در چه نوع گودهایی کاربرد دارد؟
عملیات گودبرداری یکی از کارهای پیچیده و خطرناک رشته‌ی مهندسی عمران می‌باشد. به هر گونه حفاری در تراز پایین‌تر از سطح طبیعی زمین یا در تراز پایین‌تر از زیر فونداسیون ساختمان مجاور گودبرداری گفته می‌شود.
به دلایل مختلفی از قبیل تراکم پایین خاک و خاک‌های مسئله‌‌دار، ارتعاشات ناشی از حرکات زمین و زلزله یا حتی حرکت وسایل نقلیه سنگین در مجاور گود، عدم چسبندگی مناسب دانه‌های خاک، رطوبت بیش از حد دیواره‌های گودبرداری شده در اثر بارندگی و خیلی دلایل دیگر، ممکن است که خاک اطراف محل گودبرداری شده، دچار ریزش شود. بنابراین وجود سازه نگهبان یک امر کاملاً ضروری و مهم است که از حرکت خاک در زیر سازه جلوگیری می‌کند.
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. سازه‌های نگهبان انواع مختلفی دارند که عوامل زیر بر انتخاب نوع آن تاثیر می‌گذارد:
- تیپ خاک موجود در دیواره‌ها که بر اساس آزمایش‌های مکانیک خاک مشخص می‌شود.
- حساسیت و وضعیت ایستایی ساختمان‌های مجاور گود
- تاسیسات موجود در معابر اطراف ملک
- عمق گود
- ابعاد زمین
- بودجه‌ی در نظر گرفته شده برای اجرای سازه نگهبان
- مدت بازماندن دیواره‌های گود
سازه نگهبان‌ها 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:
- سازه نگهبان خرپایی
- سازه نگهبان مهار متقابل ( که در این مقاله به صورت تخصصی بررسی می‌شود.)
- سازه نگهبان نیلینگ
- سازه نگهبان انکراژ
- سازه نگهبان دوخت به پشت یا تای بک
- سازه نگهبان شمع کوبی یا اجرای شمع درجا
- سازه نگهبان دیوار دیافراگمی
- سازه نگهبان سپرکوبی
سازه نگهبان مهار متقابل
سازه نگهبان مهار متقابل یا استرات یکی از روش‌های پایدارسازی گود محسوب می‌شود که به علت سهولت و سرعت اجرای بالا در گودهای با عرض کم بسیار متداول است. با این وجود می‌توان با استفاده از روش‌هایی که در این مقاله به آنها اشاره خواهد شد، مهار متقابل را در گودهای با عرض متوسط نیز اجرا کرد.
همانطور که در مقاله‌ی سازه نگهبان خرپایی گفته شد یکی از محدودیت‌های آن جای‌گیری زیاد آن در گودهای با عرض کم می‌باشد که این امر برای رفت و آمد کارگران، تجهیزات ساخت و ساز، اجرای سازه و … مزاحمت ایجاد می‌کند. یا اینکه حتی می‌تواند اعضای مایل آن باهم تداخل داشته باشند. به همین منظور در سازه نگهبان مهار متقابل به جای استفاده از عضو مایل خرپا، در ترازهای مختلف از المان‌های افقی یا دستک‌های فشاری استفاده می‌کنیم ولی عضو قائم همانند همان سولجرهای خرپا اجرا می‌شود.
روش سازه نگهبان مهار متقابل در گودبرداری‌های کم عرض مزایای دیگری نسبت به سازه نگهبان خرپایی نیز دارد که شامل موارد زیر می‌شود:
- سرعت بیشتر اجرا
- جای‌گیری بسیار کمتر
- مرحله بندی کمتر اجرای کار
- امکان بیشتر اجرای کار به صورت ماشینی
اجزای تشکیل دهنده‌ی سازه نگهبان مهار متقابل
- عضوهای عمودی یا سولجرها
در حقیقت این اعضا علاوه بر مقاومت در برابر فشار خاک، حکم تکیه‌گاه‌های اعضای فشاری را نیز دارند. پروفیل‌های به کار رفته‌ی این اعضا شامل H، I و مقاطع بتنی می‌باشد. این اعضا و اتصالشان بر اساس نیروی ترکیبی طراحی می‌شوند.
- اعضای فشاری که به آنها Brace یا Strut نیز گفته می‌شود
این اعضا نقش انتقال فشار خاک از یک دیواره به دیواره‌ی متقابل را دارند. که می‌توانند بسته به عرض و عمق گود خرپا یا تیرهای افقی با پروفیل‌های دوبل IPE، دوبل IPB، لوله و قوطی باشد و طراح سازه آن را مشخص می‌کند. استرات‌ها و اتصالاتشان بر اساس نیروهای فشاری طراحی می‌شوند.
- اعضای واسط
همانطور که از اسمشان پیداست این اعضا وظیفه‌ی انتقال نیرو از المان قائم به اعضای فشاری را بر عهده دارند. اعضای واسط فشار خاک اعمال شده از سولجرها را گرفته و به اعضای فشاری منتقل می‌کند. این اعضا و اتصالاتشان بر اساس نیروی برشی و خمشی طراحی می‌شوند.
مراحل اجرای سازه نگهبان مهار متقابل
گام اول
حفر چاه‌های روبه‌روی هم در حاشیه‌ی زمین و نصب عضو قائم
در این مرحله مشابه روش اجرای سازه نگهبان خرپایی، در دو طرف گود و در فواصل معین از یکدیگر، چاه‌هایی را حفر می‌کنند که چاهک‌ها باید روبه‌روی هم قرار بگیرند. عمق این چاهک‌ها برابر با عمق گود به علاوه‌ی عمق شمع که معمولا در حدود 25 الی 35 درصد عمق گود است می‌باشد. قطر این چاهک‌ها 80 الی 100 سانتی‌متر است چون به روش دستی حفاری می‌شود و باید فضای کافی برای شخصی که حفاری را انجام می‌دهد وجود داشته باشد.
در مرحله‌ی بعد قفسه‌ی آرماتور شمع را با سولجرها به یکدیگر متصل کرده و به وسیله‌ی جرثقیل داخل چاهک‌ها جانمایی می‌کنیم. برای درگیری بهتر سولجرها با آرماتورهای شمع، از برشگیرهایی با مقطع ناودانی یا نبشی استفاده می‌کنند. پس از جانمایی و فیکس کردن آرماتورها درون چاهک‌ها، شمع انتهای آنها را به روش مخصوص، بتن ریزی می‌کنیم.
طول سولجرها معمولا به اندازه‌ای محاسبه می‌شود که قسمت فوقانی آنها بالاتر از لبه‌ی گود قرار گیرد؛ که پس از گودبرداری اولیه و نصب دستک‌های فشاری فوقانی از سرگیر شدن دستک‌ها برای کارگران و ماشین آلات حفاری جلوگیری شود.
همانطور که در روش‌های اجرای شمع، سازه نگهبان خرپایی و …می‌بایست عضو قائم به دیواره‌ی گود تکیه داده شود، جهت عملکرد مناسب سازه نگهبان مهار متقابل نیز عضو قائم باید کاملا چسبیده به دیواره‌ی گود باشد. برای این کار می‌توان پشت آن را با مصالحی مناسب مثل آجر فشاری و ملات پر کرد، تا هیچ گونه فضای خالی بین عضو قائم و دیوار باقی نماند.
گام دوم
خاکبرداری اولیه
در این مرحله با استفاده از ماشین‌آلاتی مانند لودر و بیل مکانیکی، خاکبرداری ابتدایی بسته به نوع خاک تا عمق پایدار، انجام می‌شود. در واقع این عمق به اندازه‌ای می‌باشد که سولجرها بدون دستک فشاری و به تنهایی بتوانند رانش خاک را تحمل کنند. این عمق محاسباتی است و مهندس سازه آن را مشخص می‌کند.
گام سوم
اجرای دستک فشاری
در این مرحله قسمت فوقانی دو سولجر روبه روی هم را به وسیله‌ی دستک‌های فشاری که می‌توانند خرپاها یا تیرها با پروفیل‌های مختلف باشند، به یکدیگر متصل می‌کنند. در واقع مکانیزم رفتاری این المان‌ها این گونه است که نیروی فشاری که از دیواره‌ی گود می‌گیرند را برای مهار رانش دیواره‌ی مقابل استفاده می‌کنند. یعنی دو دیواره‌ی گود بر اساس این المان یکدیگر را مهار می‌کنند.
یکی از نکاتی که در این مرحله باید به آن توجه داشت، طول این دستک‌های فشاری است. اگر این اعضا طول کمی داشته باشند، سولجرها را به سمت خودشان می‌کشند و در واقع مهاری صورت نمی‌گیرد و اگر طول زیادتر از عرض گود داشته باشند به دیواره فشار آورده و ممکن است باعث برش پانچ شوند. پس این اعضا باید با طول دقیق و به اندازه‌ی عرض گود اجرا شوند. اگر در اجرا خطایی رخ داد و طول آنها کمتر از عرض گود اجرا شد، حتما باید پشت سولجرها را با ملات مناسب پر کنیم که از دیواره‌ی گود هیچ فاصله‌ای نداشته باشند.
گام چهارم
گودبرداری مرحله‌ای
در مرحله‌ی آخر، کار گودبرداری به تدریج و لایه به لایه انجام می‌شود تا به تراز کف گود برسیم. همچنین اگر عمق گود و نیروی سربار پلاک‌های مجاور زیاد بود و یا خاک، ریزشی و سست بود بسته به نظر محاسب، دستک‌های فشاری در ترازهای پایین‌تر نیز اجرا می‌شوند.
در صورت لزوم و اگر خاک دیواره‌ی گود سست و ریزشی بود، بین دو المان قائم از مش فولادی و شاتکریت یا انواع پانل استفاده می‌کنند.
سؤالات و ابهامات خود در زمینه سازه نگهبان خرپایی را از کارشناسان ما بپرسی
اجرای سازه نگهبان مهار متقابل در گودهای با عرض متوسط
با زیاد شدن عرض گود، نیروی فشاری وارد بر تیرها افزایش یافته و امکان خیز برداشتن دستک‌های فشاری وجود دارد. برای جلوگیری از کمانش این تیرها از سه روش زیر استفاده می‌کنیم:
- استفاده از مقاطعی که شعاع ژیراسیون بالایی دارند
پروفیل‌های لوله‌ای یا پروفیل‌های با مقطع قوطی، شعاع ژیراسیون بالاتری نسبت به مقاطع I شکل دارند و می‌توان در گودهای عریض‌تر برای دستک‌های فشاری از این مقاطع استفاده کرد.
- استفاده از خرپاهای سه بعدی
در هر یک از طرفین گود، دو سولجر را نزدیک به هم اجرا کرده، سپس دو عدد خرپا که فاصله‌ی دو عضو افقی آن برابر با فاصله‌ی دو سولجر است، اجرا می‌کنیم. بعد از آن، این خرپاها را با فواصل مشخصی در بالا و پایین به هم وصل می‌کنیم. به این شکل خرپایی سه بعدی تشکیل می‌شود که می‌تواند در عرض‌های بالا به خوبی عمل کرده و نیرو را به خوبی منتقل کند.
- استفاده از عضو عمود بر تیرها
می‌توانیم دستک‌های فشاری را با مقاطع I شکل اجرا کنیم ولی برای جلوگیری از خیز آنها، طولشان را کوتاه‌تر کنیم و مقاطعی در راستای عمود بر دستک‌ها در وسط دهانه به آنها وصل کنیم. با این کار طول کمانش کم شده و مقاومت خمشی افزایش پیدا می‌کند. حتی می‌توان به جای یک ردیف مقطع عمود بر دستک‌های فشاری، از چند ردیف مقطع موازی در راستای عمود بر دستک‌ها استفاده کرده و آنها را به دستک‌های فشاری متصل کنیم.
اجرای سازه نگهبان مهار متقابل در گودهای عمیق
در صورتی که عمق گود زیاد شود، لنگر خمشی وارد شده بر سولجرها افزایش می‌یابد و باید از پروفیل‌های قوی‌تری استفاده کنیم. برای حل این موضوع می‌توانیم پس از اجرای سولجرها، دستک‌های فشاری را علاوه بر تراز فوقانی، در ترازهای دیگری نیز اجرا کنیم تا سولجرها مانند یک تیر، بر روی چند تکیه‌گاه عمل کنند و به این شکل لنگر خمشی وارد بر آنها را کاهش دهیم.
به این نکته توجه کنید که باید فضای کافی برای ماشین‌آلات و کارگران در دسترس باشد و ارتفاع آخرین دستک فشاری طوری در نظر گرفته شود که مزاحم رفت و آمد دستگاه‌ها و کارگران نباشد.