شیوه های پایدارسازی گود و سازه های نگهبان

شیوه های پایدارسازی گود و سازه های نگهبان یکی از مبحث های مهم و کاربردی می باشد و به این دلیل اهمیت دارد که باید روش مناسب پایدارسازی گود را به درستی انتخاب کنیم و پایدارسازی گود و سازه نگهبان نیلینگ برای پروژه های کوچک نامناسب می باشد دلایل زیادی دارد که یکی از انها می تواند هزینه ای اقتصادی آن باشد که بسیار زیاد می شود ا توجه به قیمت نیلینگ بهتر است این روش برای کارهای بزرگ استفاد ه شود.

انواع روش های پایدار سازی به شرح زیر هستند :

۱) روش مهارسازی
۲) روش دوخت به پشت – Nailing
۳) روش دیواره دیافراگمی – Diaphragm walls-Slurry wall
۴) روش مهار متقابل
۵) روش اجرای شمع – Bored pile walls
۶) روش سپر کوبی
۷)روش خرپایی
۸) روش پشت بندهای افقی و مایل – Braced wall using wale struts

۱) روش مهارسازی

در روش مهار سازی از خاک خود دیوار بمنظور تحت کنترل درآوردن حرکت و رانش خاک ،با استفاده از تدابیر و زمینه سازی های خاص کمک گرفته می‌شود . نخست در کناره های زمینی که قرار بر گود برداری آن است ،در فاصله های مشخص چاه‌هایی حفر می‌ شوند . این چاه‌ها دارای عمقی برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافی برای شمع بتنی انتهای زیرین این چاه‌ها می باشد . بعد از اینکه حفر چاه‌ها انجام شد پروفیل‌هایI شکل یاH شکل را داخل آنها جاگذاری می کنند. برای اینکه این پروفیل ها از گیرداری و مهاری کافی برخوردار باشند ،انتهای پروفیل‌ها را به میزان ۰.۲۵ تا۰.۳۵ عمق گود ،پایین‌تر از ارقام کف گود داخل بخش شمع ادامه می‌ دهند و البته در انتهای پروفیل‌ها نیز شاخک‌هایی در نظر گرفته می شود.

پس از آن شمع انتهای زیرین را که پیش از این آرماتوربندی آن را اجرا کرده و کار گذاشته‌ شده است ،بتن ریزی می‌شود . با این کار پروفیل‌های فولادی ذکر شده درشمع مهار شده و پروفیل‌های فولادی همراه با شمع نیز در خاک مهار و تحت کنترل در می آیند . بعد از اینکه این مرحله به اجرا درآمد می توان عملیات گودبرداری را بر اساس مراحل موجود به شکل گام به گام انجام داد.
شرایط به گونه ای است که در هر مرحله بعد از برداشتن خاک در عمق آن مرحله ،برای اینکه از ریزش خاک ممانعت شود ،بوسیله ی دستگاه های حفاری ویژه در بدنه گود چاهک‌هایی افقی یا مایل ،به قطر حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر ،در دیواره گود حفر می‌ شود(آن موقع داخل این این چاهک‌ها به نوع خاک و ویژگی های فیزیکی و مکانیکی آن و همچنین به عمق گود وابسته است و مقدار آن در حدود ۵ تا ۱۰ سانتی متر می باشد )بعد از اینکه این مرحله انجام شد ،پانل‌های بتنی پیش ساخته ای را در فضای بین پروفیل‌های قائم قرار می دهند . آن‌ها را از طرف به میلگرد های بیرون آمده از چاهک‌ها به شکل صحیحی و از طرف دیگر پانل‌ها را به پروفیل‌های قائم متصل می‌کنند .به جای استفاده از این پانل‌های پیش ساخته می‌توانیم آن‌ها را به صورت درجا اجرا نماییم . همچنین می‌توانیم ابتدا بر روی دیواره آرماتور بندی کرده و سپس بر روی آن بتن پاشی کنیم .
برای اینکه پانل‌ها به میلگردهای بیرون آمده از چاهک‌ها اتصال پیدا کنند می‌توان سر میلگرد های ذکر شده را رزوه نموده و پس از آن بوسیله ی صفحات سوراخ دار تکیه گاهی و مهره آن‌ها را پانل‌ها درگیر می کنند .بایستی تمام اقدامات بالا را به صورت مرحله به مرحله ،از بالا به پایین انجام می شود .

مخلوطی از سیمان و آب یا سیمان و آب وماسه که امکان دارد در آن ازمواد افزودنی نیز استفاده شود ملات یا خمیری است که برای تزریق مورد استفاده قرار می گیرد . علاوه بر آن می‌توان مواد پلیمری و دوغاب‌هایی با پایه غیر از سیمان پرتلند و با ترکیبات خاص را نیز جهت تزریق بکار برد .نکته ی قابل توجه اینکه در تزریقی که با استفاده از سیمان پرتلند انجام می شود در شروع نسبت آب به سیمان در حدود ۱.۵ می باشد که تدریجا از این نسبت کاسته شده و به حدود ۰.۵ می‌رسد. لازم به ذکر است که طراحی و برنامه ریزی و اجرای عملیات تزریق بایستی توسط کارشناسان و متخصصینی که در این حوزه تسلط کافی دارند و یا بوسیله ی دستگاه های خاص و بر اساس استانداردها و ضوابط خاص انجام شود . افزون بر آن باید این موضوع را مورد توجه قرار داد که اگر فشار به کار برده شده برای تزریق از حد لازم بیشتر باشد ، امکان دارد باعث ایجاد ناپایداری‌ها و شکست‌هایی در خاک بشود.

مزایت های روش مهارسازی

استفاده از روش مهار سازی مزایایی دارد که عبارتند از:
۱) با تزریق بتن به درون چاهک‌ها مشخصات مکانیکی خاک ارتقا خواهد یافت ؛ به این ترتیب با این اتفاق ،افزون بر اینکه خاک اطراف دیواره به مهار رانش خاک کمک می کند ،بخاطر ارتقا سطح مشخصات مکانیکی خاک از میزان رانش خاک نیز کاسته می شود .
۲) سازه نگهبان در درون گود جاگیر نمی باشد .
۳) استفاده از خاک موجود برای مهار دیواره گود نیز یکی دیگر از مزایای این روش می باشد .

عیوب روش مهارسازی

روش مهار سازی در کنار مزایایی که دارد دارای معایبی نیز می باشد که در ادامه به آنها می پردازیم.

۱) در روش مهارسازی استفاده از بدنه خاک اطراف دیواره گود بسیار ضرورت دارد ؛بنابراین در مواردی که خاک اطراف گود در زیر یک ساختمان و یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری قرار بگیرد ،نمی توان از این روش بهره برد و یا در صورت استفاده از آن محدودیت هایی بهمراه دارد .
۲) از آنجا که اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله ضروری است ، نیازمند زمان زیادی می باشد ،البته این مسئله امکان دارد در پروژه های بزرگ عیب تلقی نشود بلکه بر عکس امکان دارد از زمان کلی اجرای کار نیز،بخصوص با مدیریت صحیح ،کاسته شود .
۳) در این روش هزینه اجرای عملیات ،بخاطر فنآوری های پیشرفته تر ،نسبت به روش‌های ساده تر در سطح بالاتری قرار دارد ؛ اما به احتمال زیاد این مسیله در پروژه های بزرگ که حجم کار بسیار زیاد است مهم نباشد و بر عکس در کاهش هزینه کلی کار نقش موثری داشته باشد .
۴) روش مهار سازی نیازمند استفاده از دستگاه های ویژه از جمله دستگاه های لازم برای حفر چاهک‌ها ،تزریق ،حمل پانل‌ها می باشد .
۵) این روش نیازمند حضور افراد با تخصص‌های بالاتر در سطوح مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه می باشد که در روش‌های ساده تر حضور این افراد ضرورت ندارد.

۲) روش دوخت به پشت Nailing

روش دوخت به پشت شباهت های بسیاری با روش مهارسازی دارد. در این روش حفاری به شکل مرحله به مرحله و از بالا به پایین گود انجام می شود .
به این صورت که در هر مرحله با استفاده از دستگاه های حفاری خاص چاهک‌های افقی و مایل در بدنه جداره گود حفر می‌ شود و بعد از آن کابل‌های پیش تنیدگی را درون این چاهک‌ها قرار می‌دهند و با تزریق بتن در انتهای چاهک ،این کابل‌ها بطور کامل در خاک مهار می‌شوند.پس از آن کابل‌های فوق الذکر را با استفاده از جک‌های ویژه ای می کشند و قسمت انتهایی برون آمده کابل را بر روی سطح دیواره گود مهار می‌نمایند. اکنون باید به داخل چاهک‌های فوق الذکر بتن تزریق شود . بعد از اینکه بتن کاملا سفت شد و استحکام کافی یافت کابل‌ها را از جک آزاد می‌ نمایند .

با این اقدام نیروی پیش تنیدگی موجود درکابل به فشرده شدن خاک منتهی خواهد شد و در نتیجه خاک فشرده تر و متراکم شده و رانش ناشی از آن بسیار کمتر خواهد شد و افزون بر آن کل نیروی رانش خاک در دیواره گود به خاک‌های درون بدنه دیواره انتقال داده می شود و خاک بدنه انتهایی نقش سازه نگهبان را ایفا خواهد کرد و رانش خاک بدنه اطراف دیواره را تاب خواهد آورد . در هر مرحله بسته به نوع خاک و فاصله بین چاهک‌ها عمق گودبرداری متغییر است و بطور معمول در حدود ۲ تا ۳ متر می باشد.

چگونگی انجام روش:

پیشینه استفاده از این روش به حدود سه ده اخیر باز می گردد و تابحال نیز بعنوان یک روش جهت پایداری ترانشه ها و محافظت از گود با انعطاف پذیری زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.

شیوه اجرای نیلینگ

برنامه اصلی استفاده از روش نیلینگ بر اساس مسلح کردن و مقاوم نمودن توده خاک بوسیله ی دوختن توده خاک با استفاده از مهارهای کششی فولادی Nail با فاصله های نزدیک به یکدیگر است.

استفاده از این روش باعث می شود:

۱) مقاومت برشی توده خاک افزایش پیدا کند.
۲) مقاومت برشی در سطح لغزش Slid بخاطر افزایش نیروی قائم افزایش خواهد یافت.
۳) نیروی لغزش در سطح گسیختگی و لغزش را کاهش می دهد.
نکته بسیار حائز اهمیت اینکه تمام سطوح ترانشه های حفاری شده که باید بوسیله ی نیلینگ مسلح شوند نخست با استفاده از شبکه مش و شاتکریت مورد حفاظت قرار گرفته و پس از آن سیستم نیلینگ روی آنها به اجرا در می آید.

روش نیلینگ چه کاربردی در پروژه های عمرانی دارد

نیلینگ دارای کاربرد های زیادی در انواع پروژه های عمرانی می باشد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱) ایجاد پایداری ترانشه ها در ساخت و ساز بزرگراه ها و راه آهن ها.
۲) ایجاد پایداری دیواره تونلها وسازه های زیر زمینی.
۳) استحکام بخشی و ایجاد حفاظت گود در سازه های مناطق شهری، بناهای کنار گود، ایستگاه های زیر زمینی مترو و…
۴)ایجاد استحکام برای کوله های کنار پل ها در زمین های سست و ریزشی .

بطور معمول برای مهار کششی نیلینگ آرماتورهای فولادی با قطر ۲۰ الی ۴۰ میلیمتر و با حدتسلیم ۴۲۰ الی ۵۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع را بکار می گیرند که داخل یک چاله حفاری شده با قطر ۷۶ الی ۱۵۰ میلیمتر تعبیه شده و دور آن داخل چال تزریق می شود. فاصله های میان مهارهای کششی تقریبا ۱ الی ۲ متر بوده و بطور تقریبی دارای طولی معادل ۷۰ الی ۱۰۰ درصد ارتفاع گود هستند و کمترین شیب نسبت به افق تقریبا ۱۵ درجه می باشد .
شایان توجه است که رویه شاتکریت شده روی ترانشه های حفاری شده فاقد نقش سازه ای هستند اما می توان به منظور اطمینان جهت پایداری موقت خاک میان مهارها مورد استفاده قرار بگیرد.

اجرای سیستم نیلینگ (nailing) چه مراحلی دارد؟

همانطور که در تصویر مشاهده می کنید مراحل اجرای نیلینگ بشکل شماتیک به تصویر کشیده شده است .

۱) مرحله اول شامل گودبرداری ترانشه و یا گود و ایجاد قدم بعدی عملیات.
۲) در محله دوم نوبت به حفاری چاله با هدف نصب مهار کششی Nail میرسد.
۳) پس از آن باید آرماتور داخل چال قرار گرفته و تزریق چال انجام شود.
۴) در مرحله چهارم سیستم زهکشی و شاتکریت دیو
اره و نصب ضخامت فولادی اجرا می گردد .
۵) پس از آن باید گودبرداری ترانشه و یا گود و ایجاد پله های بعدی علمیات انجام شود.
۶) در نهایت پوشش شاتکریت نهایی پس از پایان یافتن آخرین مرحله حفاری اجرا می شود.

طراحی نیلینگ (nailing) بر چه اصولی استوار است؟

مراحل طراحی سیستم نیلینگ به شرح زیر می باشد :

• مشخص کردن هندسه سازه .
• مشخص نمودن عمق و زاویه شیب خاکبرداری .
• محاسبه بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش .
• انتخاب نوع آرماتور شامل: سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز مقاومت موضعی آنها ضمانت شود تا بتوان از لحاظ استحکام و ظرفیت چسبندگی برای تحمل نیروها متفاوت آن محاسبه شود و با ضریب اطمینان در خور و قابل قبول کنترل گردند.
• بررسی پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله های حفاری و کنترل ضریب اطمینان مناسب.
• نیروهایی که بر صفحه فولادی Bearing plate وارد می شود ، محاسبه می شود.
• توجه به سطح پیزومتریک آبهای زیر زمینی و در نظر گرفتن آنها و همینطور مورد توجه قرار دادن سیستم زهکش.