پایدارسازی گود ها

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 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 می گویند.

پایدارسازی جدار های گودبرداری به صورتها و روشهای مختلفی صورت می گیرد که از جمله آنها به روشهای : مهار سازی (anchorage)، 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 که توضیحات تفصیلی آن در ادامه ارائه خواهد گردید.

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 I شکل یا H شکل قرار می دهیم. 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.

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 دوغاب سیمان با نسبت سیمان به آب 2 به 1در 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.

روش دیواره ی دیافراگمی (diaphragm wall)

در این روش ابتدا به کمک دستگاه های حفاری ویژه محل دیوار نگهبان را حفر می کنیم. سپس به طور همزمان محل حفر شده را با گل بنتونیت (bentonite slurry) و سیمان پر می کنیم تا از ریزش خاک دیواره محل حفر شده جلوگیری شود. سپس قفسه ی آرماتور های دیوار نگهبان را، که از قبل ساخته و آماده کرده ایم، در داخل محل حفر شده ی دیوار جا می دهیم. آنگاه بتن ریزی دیوار را انجام می دهیم. بتن مصرفی معمولاً از نوع بتن روان و با کارآیی زیاد است. دیوارهای دیافراگمی به صورت پیش ساخته (precast diaphragm walls) و پس کشیده (post –tensioned diaphragm walls) نیز اجرا می شود.

روش مهار متقابل

این روش برای گودهای به عرض کم مناسب است. در این روش ابتدا در دو طرف گود، در فواصل معین از یکدیگر چاهکهایی را حفر می کنیم. طول این چاهکها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه تر حدود 25/0 تا 35/0 برابر عمق گود است. این عمق اضافه به منظور تأمین گیرداری انتهای تحتانی پروفیلهایی است که در چاهک قرار داده می شوند.

سپس در درون این چاهکها پروفیلهای فولادی یا ، مطابق با محاسبات و نقشه های اجرایی، قرار می دهیم. طول این پروفیل ها را معمولاً به گونه ای در نظر می گیریم که انتهای فوقانی آنها تا حدی بالاتر ازتراز بالایی گود قرار گیرند. آنگاه قسمت فوقانی هر دو پروفیل قائم متقابل مزبور را به کمک تیر ها یا خرپاهایی به یکدیگر متصل می کنیم. این کار موجب میشود که هر دو پروفیل قائم متقابل، به پایداری یکدیگر کمک کنند.

پس از آن، عملیات گودبرداری را به تدریج انجام می دهیم . در صورت لزوم، در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیلهای قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا می کنیم. در صورتی که خاک خیلی ریزشی باشد باید در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگر استفاده کنیم. سیستم مهار متقابل فوق الذکر باید در جهت عمود بر سیستم قابی آن، یعنی در جهت طول گود، نیز به صورت مناسب مهاربندی شود.

روش اجرای شمع

در این روش، در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود در فواصل معینی از هم، شمعهایی را اجرا می کنیم. این شمعها می توانند از انواع مختلف مصالح سازه ای نظیر فولاد، بتن و چوب باشند. همچنین شمعهای بتنی را می توان به صورت پیش ساخته یا درجا اجرا کرد.

پس از اجرای شمعها، می توان عملیات گودبرداری را اجرا کرد. در صورت لزوم باید شمعها را در امتداد دیواره ی گود مهاربندی کرد.

روش سپرکوبی

در این روش، ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می کوبیم و سپس خاکبرداری را شروع می کنیم. پس از آنکه خاکبرداری به حد کافی رسید در کمرکش سپرها و بر روی آنها، تیرهای پشت بند افقی (wales) را نصب می کنیم. سپس قیدهای فشاری قائم (struts) را در جهت عمود بر صفحه ی سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می کنیم. سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری در عرضهای کم و خاکهای غیر سست، معمولاً از نوع چوبی است ولی در عرضهای بیشتر و خاکهای سست تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی اجتناب ناپذیر است.

روش خرپایی

این روش، یکی از مناسب ترین و متداول ترین روش های اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است. اجرای آن ساده بوده و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد، و در عین حال قابلیت انعطاف زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف دارد.

اجرای این نوع سازه نگهبان، ابتدا در محل عضوهای قائم خرپا، که در مجاورت دیواره ی گود قرار دارند، چاههایی را حفر می کنیم. آنگاه درون شمع را آرماتوربندی کرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می دهیم و سپس شمع را بتن ریزی می کنیم. پس از سخت شدن بتن، انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.

سپس خاک را در امتداد دیواره ی گود با یک شیب مطمئن بر می داریم. آنگاه فونداسیون پای عضو مایل را اجرا می کنیم. پس از آن، عضو مایل را از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به ورق کف ستون بالای فونداسیون متصل می کنیم. عملیات فوق را برای کلیه ی خرپاهای سازه نگهبان در امتداد دیواره به صورت همزمان اجرا می-کنیم. حال خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپاها را در سرتاسر امتداد دیواره، به صورت مرحله به مرحله برمی داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا را بتدریج نصب می کنیم تا آنکه خرپا تکمیل شود.

روش ساخت از بالا به پایین (Top/Down Construction)

این روش به‌عنوان تحول عظیمی در ساخت سازه‌ های بزرگ زیرزمینی (تونل)، برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی، در ساخت ایستگاه‌های متروی شهرهای پاریس و میلان مورداستفاده قرار گرفت و به نام روش Cut & cover شناخته شد. اساس این روش بر مبنای پیشرفت سازه تونل درون گودبرداری و سپس پر کردن محیط خارجی تونل با مصالح خاک‌ریزی پس از تکمیل سازه تونل می‌باشد. این روشِ ساخت، بیشتر برای ساخت تونل‌های سطحی اقتصادی و قابل‌قبول می‌باشد.

مراحل اجرای تاپ-دان به شرح زیر است:

1- اجرای دیوارهای حائل محیطی

2- حفاری محل شمع‌های باربر میانی از زیر تراز ستون‌ها و دیوارهای تراز همکف و نصب ستون‌ های باربر میانی

3- اجرای دال همکف)سقف نهایی سازه زیر زمینی(

4- شروع خاک‌برداری از طبقه زیر همکف

5- تکرار مرحله ۴ تا رسیدن به اجرای فونداسیون

6- اجرای آرماتور بندی و بتن‌ ریزی لایه تکمیلی دیوارهای پیرامونی و ستون‌های میانی

فارسی