مدیردیوار حائل یا retaining wall دیواری است که فشار ناشی از اختلاف تراز حاصل شده از طریق خاک برداری، خاک ریزی و یا سایر عوامل طبیعی را تحمل میکند. به عبارتی، دیوار حائل عضوی سازهای است که اغلب در مناطق کوهستانی و ناهموار و یا ساختمانهایی که زیر زمین دارند یا برای ساخت روگذر در جاده و … برای مهار کردن فشار جانبی خاک، طراحی و ساخته میشوند تا بتوانند مانع از رانش خاک شود.
دیوارهای حائل را میتوان از نظر مصالح، نوع کارکرد، عملکرد سازهای و کاربری به چند نوع دستهبندی مختلف تقسیم نمود.
- دیوارهای حائل وزنی: این نوع دیوار از سادهترین نوع دیوار حائل میباشد که از مصالحی مثل بتن، سنگ، مصالح بنایی، آجر و بلوکهای حجیم بتنی ساخته میشود. این دیوارها روش اجرای سادهای دارند و نیازی به وسایل و تجهیزات عمدهای ندارند. اصولا ارتفاع دیوارهای وزنی حدود 4 متر است و به ندرت بلندتر از 6 متر اجرا میشود. پایداری این دیوارها معمولا به کمک وزن آنها تأمین شده و عموما بدون مصالح مسلح کننده طراحی و ساخته میشوند.
- دیوار حائل گابیونی: این نوع دیوارها معمولا از جعبهها و تسمههای فلزی گالوانیزه و یا تورهای پلیمری تشکیل میشوند و درون این جعبهها با شن و ماسه درشت و یا سنگ پر میشوند. یکی از مهمترین مزایای این دیوارها سهولت در اجرای آن است و میتوان بلوکهای گابیونی را در محل دیگری تولید کرده و به محل پروژه آورد. اصولا شکل دیوارهای حائل گابیونی ذوزنقهای است. از محاسن دیگر این دیوارها میتوان به مقاومت در برابر افزایش حجم فضای یخ زده اشاره کرد.
- دیوار حائل گهوارهای: مصالح به کار رفته در ساخت این دیوارها قطعات چوبی یا بتنی پیش ساخته هستند که درون آنها با مصالح دانهای متراکم پر میشوند. (در صورت استفاده از چوب باید به پوسیدن و خورده شدن و از بین رفتن تدریجی آن توجه شود.) این دیوارها اصولا برای ارتفاعات کم تا متوسط که تحت فشار جانبی کم تا متوسط قرار میگیرند استفاده میشود. از مزیتهای مهم این دیوارها انعطاف پذیری آنهاست به طوری که میتوانند بدون اینکه آسیبی ببینند تغییرات مکان زیادی را تحمل کنند. همچنین نحوه ساخت سادهای دارند و با وسایل ساده و ابتدایی ساخته میشوند.
- دیوار حائل مخزنی: این نوع دیوارها از مخزنهای بتنی یا فلزی احداث میگردند. نوع فلزی از قسمتهایی ساخته میشود که اجزای آن در محل پروژه به کمک پیچ و مهره به یکدیگر متصل میشوند. نوع بتنی آن از قطعات بتن آرمه ساخته میشود که اجزای آن همانند قطعات ساختمانهای پیش ساخته بتنی به یکدیگر متصل میشوند.
- دیوارهای حائل طرهای: این دیوارها عموما از بتن مسلح ساخته میشوند و به صورت T و L شکل به کار رفته و با عملکرد طرهای توده خاک پشت دیوار را نگهداری میکنند و پایداری خود را از وزن خاک روی پاشنه تأمین میکنند. عموما این دیوارها تا ارتفاع کمتر از 6 متر استفاده شده و در صورتی که ارتفاع از 6 تا 7 متر تجاوز نماید باید از پشت بند و جلو بند استفاده کرد.
- دیوارهای طرهای پشت بند دار: در مکانهایی که ارتفاع دیوارها معمولا بلند تر از 6 الی 7 متر است و فشار جانبی خاک زیاد است از پشت بندهایی استفاده میشود که تیغه دیوار را به پایه متصل میکند و به این وسیله میزان تنشهای برشی و لنگرهای خمشی کم میشود. البته باید به این مورد توجه کرد که امکان اجرای پشت بند درون خاک ریز وجود داشته باشد و سپس طراحی گردد. پشت بندها معمولا تحت کشش قرار میگیرند. فواصل بین پشت بندها عموما حدود یک دوم تا یک سوم ارتفاع دیوار بوده و از روش آزمون و خطا به دست میآید. اولین پشت بند میتواند در ابتدای دیوار یا در فاصلهای از ابتدای دیوار تعبیه شود.
- دیوارهای طرهای جلوبند دار: این نوع دیوارها مشابه دیوارهای حائل طرهای پشت بند دار هستند با این تفاوت که مهاربندی آنها در جلوی دیوار انجام میشود. این تیغههای مهاری تحت فشار قرار میگیرند. از این نوع دیوارها عملا به ندرت استفاده میشود چون اصولا فضای جلوی دیوارهای حائل در دوران بهره برداری مورد استفاده قرار میگیرند و نمیتوان از تیغههای مهاری در جلوی دیوار استفاده کرد. از این دیوارها در ارتفاعات خیلی بلند (10 الی 12 متر) استفاده میشود.
- دیوارهای طرهای طبقهای: از این دیوارها برای ارتفاعات بسیار زیاد ممکن است استفاده شود و در صورت استفاده، نیاز به دقت بالایی برای اجرا دارند. استفاده از این نوع دیوار توصیه نمیشود مگر آنکه نیروهای اجرایی، با تجربه و ابزار و تجهیزات لازم در دسترس باشد و در هنگام اجرا به وسیلهی ابزار خاص عملکرد دیوار مرتبا مورد بررسی قرار گیرد.
- دیوار حائل نیمه وزنی: در این نوع دیوارها میزان کمی آرماتور در وجه پشتی دیوار (سمت خاکریز) وجود دارد که از داخل تیغه به درون پایه خم شده و ادامه پیدا میکند. با وجود این آرماتورها ضخامت دیوار را میتوان کاهش داد.
- دیوار حائل سپری: از این نوع دیوارها عموما برای سازههای لب ساحل، حفاریهای موقت و برای خاکهای نامناسب مثل رس نرم (به علت اینکه این نوع دیوار نیاز به پی ندارد) استفاده میشود. برای حفاریهای موقت و نگهداری خاک از رانش جانبی اصولا جنس سپرها از چوب انتخاب میشود و همچنین در دهانههای تا 2 متر و ارتفاعهای 2 متر نیز میتوان از چوب استفاده کرد. البته استفاده از چوب برای مهاربندی دراز مدت توصیه نمیشود به علت اینکه دچار فرسایش و پوسیدگی میشود.
برای مهار دائمی بهتر است از دیوارهای بتنی مسلح شده استفاده شود همچنین برای اینکار از صفحات فولادی سپری هم استفاده میکنند زیرا مناسبتر و معمول تر نیز هست. صفحات فولادی را میتوان را در وزنها و شکلهای مختلف با مقاومتهای متفاوت با قابلیت توانایی تحت خمشهای زیاد و کمانشهای احتمالی در برابر کوبش دیوار مقاوم باشد تولید کرد. همچنین اگر دیوار نیاز به افزایش طول داشت میتوان به اندازه جوش صفحه دیگری به آن اضافه کرد.
از این نوع دیوار حائل عموما برای ارتفاعات کم تا متوسط (3 الی 4 متر) استفاده میشود. توصیه میشود از این نوع دیوار برای مهارهای موقت خاک استفاده شود. پایداری این نوع دیوار از عمق دفن دیوار در خاک پایین دست، به دست میآید.
- دیوار حائل سپری مهار شده: این نوع دیوارها همانند دیوار سپری، پایداری خود را از عمق مدفون خود در خاک و بعلاوه از مهارهایی که عموما در رأس دیوار استفاده میشوند تأمین میکنند. نقش مهاربندها در این دیوارها کاهش لنگرهای خمشی ایجاد شده در دیوار سپری و در نهایت کاهش عمق نفوذ دیوار سپری در خاک است. اگر دیوار سپری خیلی مرتفع باشد میتوان از چند ردیف مهاربند هم استفاده کنیم، در این صورت میتوان عمق نفوذ سپر درون خاک را کم کرد.
برای تثبیت مهارهای جانبی میتوان از روشهای مختلفی استفاده کرد. مهارهای تکی از میل مهارهایی تشکیل شدهاند که به یک بلوک بتنی در خاک ریز پشت دیوار در فاصله مناسب متصل میشوند. (این فاصله تا جایی است که به خاک سفت یا سنگ برسد). میتوان به جای بلوک بتنی از شمع تکی یا گروهی و یا دالهای بتنی استفاده کرد. از این نوع دیوار معمولا در خاکهای سست تراکم پذیر استفاده میکنند و برای اجرای آن باید خاک مناسب در نزدیکی دیوار وجود داشته باشد.
جزئیات دیوار حائل زیر زمین
در مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان انواع سازه نگهبان موقت برای مهار فشار خاک آورده شده که یکی از این سازههای نگهبان دیوارهای زیرزمین است. از آنجا که امروزه ساخت زیرزمین در سازهها مرسوم بوده و نیاز به پارکینگ به علت افزایش جمعیت و خودروها امری ضروری است، به این نوع دیوار حائل بیشتر میپردازیم. در واقع دیوارهای حائل زیرزمین به عنوان سازه نگهبان دائم برای مهار کردن فشار جانبی خاک است. دیوارهای زیر زمین به دو نوع متصل و منفصل تقسیم میشوند.
- دیوارهای متصل: دیوارهایی که به ستون و یا بخشی از اسکلت سازه متصل هستند و باهم درگیر هستند و هنگام مواجهه با هر نیرویی با آنها یکپارچه عمل میکنند. از این نوع دیوار در ساخت و سازهای قدیمی و اصولا از مصالح بنایی مثل آجر، بلوک و سنگ در یک طبقه زیرزمین (3 متر پایین تر از تراز زمین) اجرا میشده است.
در سازههای بنایی اکثر دیوارهای پیرامونی دیوار حمال بوده و از ضخامت زیادی برخوردار هستند و دیوارهای زیرزمین نیز به همین صورت و با ضخامت 30 تا 40 سانتی متر اجرا میشوند. بناهای قدیم کاملا تجربی به این نتیجه رسیده بودند که تا 3 متر ارتفاع زیر زمین این قطر دیوار میتواند فشار خاک را مهار کند و همین دیوارهای باربر نقش دیوار حائل زیرزمین را داشتند.
- دیوارهای منفصل: دیوارهایی که به تیر و ستون و سقف سازه هیچ اتصالی ندارند. این دیوارها به صورت مجزا و با فاصله از دیوارهای زیر زمین در دورتادور زیر زمین اجرا میشوند و کار آن جلوگیری از رانش خاک است و پیش از رسیدن به دیوار اصلی ساختمان این نیروها را مهار میکنند. در این حالت میتوان دیوارهای زیرزمین را مانند سایر دیوارهای پیرامونی ساختمان از مصالحی مانند بلوک و سفال بسازیم و حتی در آن بازشو تعبیه کنیم.
اجرای این دیوارها قبل از آرماتور بندی و اجرای فونداسیون انجام میشود و با توجه به اینکه به تیر و ستون اتصالی ندارند، عملکرد طرهای دارند و در اکثر مواقع مقطع آن ذوزنقهای یا T شکل است. به کار گیری این نوع دیوار که از جنس بتن آرمه است در کنار شرایط دیگر این امکان را به ما میدهد که تراز پایه ساختمان را از روی دیوار حائل حساب کنیم که در طراحی وقتی ارتفاع ساختمان کم میشوند ضریب زلزله کم شده و ساختمان با مقاطع کوچکتری جواب میدهد و سبک تر میشود. همچنین این دیوارها محدودیت تعداد طبقات زیرزمین را حذف کرده و میتوانیم تا چندین طبقه زیر زمین طراحی کنیم.
تفاوت دیوار حائل بتن آرمه با دیوار برشی
دیوارهای حائل بتن آرمه از لحاظ ظاهری شبیه به دیوار برشی هستند ولی عملکرد آنها بسیار متفاوت از دیوار برشی است. بارهای وارده در طراحی دیوار برشی اصولا از جنس لرزهای (دینامیکی) هستند ولی عمده بارهای وارده به دیوارهای حائل استاتیکی و گاهی لرزهای است. همچنین جهت وارد شدن بار در دیوار برشی هم راستای با صفحه دیوار است ولی در دیوار حائل عمود بر صفحه دیوار است.
لزوم استفاده از دیوار حائل
در مواردی که دیوار زیر زمین در تماس با خاک اطراف است برای جلوگیری از نیروی رانش خاک دیوار حائل که در واقع نوعی سازه نگهبان دائم است اجرا میشود. سازمان نظام مهندسی اجرای دیوار حائل بتن آرمه را برای زیر زمین های بیش از یک طبقه (3 متر) الزام کرده است. به همین دلیل گاهی طراحان برای صرفه اقتصادی پروژه زیر زمینهای یک طبقه را دیوار حائل بتنی اجرا نمیکنند و از دیوار با مصالح بنایی برای فشار جانبی خاک استفاده میکنند. هرچند این کار از لحاظ آیین نامه ممانعتی ندارد ولی امکان انتقال تراز پایه به بالاتر را حذف کرده و عملا سازه سنگینتر طراحی میگردد.
بارهای وارده بر دیوار حائل
بیشتر مهندسین سازه تنها بار وارده بر دیوار حائل را بار ناشی از فشار خاک اطراف دیوار در نظر میگیرند و این گونه تصور میشود که تنها یک بار که ناشی از فشار جانبی خاک است به صورت توزیع مثلثی به دیوار وارد میشود. طبق نشریه شماره 308 نیروهای وارده به دیوار حائل عبارت است از وزن خود دیوار، فشار عمودی زمین (وزن خاک)، فشار جانبی زمین (خاک)، بار زنده عمودی، بار زنده مستقیم افقی، فشار آب افقی و شناوری یا جا به جایی به دلیل سطح سفره آب زیر زمینی. با توجه به دیتیلهای اجرایی دیوار حائل میتوان بارهای وارده بر آن را سه نیروی وزن خاک، نیروی زلزله و فشار سربار در نظر گرفت.
کاربردهای مختلف دیوار حائل
انواع دیوارهای حائل را در خاک ریزها، دیوار ساحلی، سد سازی، پل سازی، راه سازی، سازه نگهبان و دیوار زیر زمین استفاده میکنند.
عوامل مؤثر بر انتخاب نوع دیوار حائل
برای انتخاب نوع دیوار حائل مهندسین سازه موارد زیر را در نظر میگیرند و بهترین نوع دیوار را به شما پیشنهاد میدهند.
- ارتفاع متوسط دیوار
- مساحت دیوار
- موقعیت محل احداث دیوار نسبت به سازههای مجاور
- موقعیت شیب یا برش مورد نظر
- تغییرات امتداد دیوار در جهت افقی و عمودی
- نوع بار و بزرگی آن که ناشی از ساختمانهای مجاور محل احداث است
- نوع فونداسیون مورد نیاز با توجه به جنس خاک
- سطح آب زیر زمینی، نوسانات آن و شرایط جزر و مد
- جنس خاک ریز پشت دیوار
- موقت یا دائمی بودن دیوار
- تأمین مصالح مناسب برای خاک ریز پشت دیوار
- مقدار تغییر مکان مجاز زمین حین ساخت و دوران بهره برداری و اثرات آن بر سازههای مجاور
- وضعیت لرزه خیزی منطقه
- آیین نامه یا دستورالعمل طراحی و اجرا
- اهمیت پروژه
- نوع و مقدار بارگذاری ناشی از سربارها
- تجارت محلی به ویژه در اجرا
- نوع وسایل و ابزار موجود برای ساخت و ساز
- فضای موجود برای ساخت و ساز
- مقدار سرمایه گذاری
- ظاهر و نمای دیوار
- عمر مفید و مسائل نگهداری در دوران بهره برداری