سازه نگهبان گودبرداری

به هرگونه عملیات خاکبرداری و حفاری در ترازی پایین تر از سطح طبیعی زمین و یا تراز پایین تر از زیر پی ساختمان گودبرداری گفته می شود. گودبرداری به دلایلی همچون رسیدن به خاک بکر، حفاظت فونداسیون ها در برابر یخبندان، خراب کردن ساختمان فرسوده به منظور احداث ساختمان جدید، ساخت مخازن زیرزمینی، احداث پارکینگ و … انجام می شود. گودبرداری باید بر اساس نقشه های طراحی شده و در ابعاد و عمق مشخص شده انجام شود. چراکه بیش از مقادیر مشخص شده نه از نظر اقتصادی و نه از نظر اجرایی مقرون به صرفه نیست. در اغلب گودبرداری ها، اجرای سازه نگهبان الزامی است.

به منظور ایجاد ایمنی بیشتر پیش از آغاز عملیات گودبرداری باید ساختمان های مجاور محل پروژه از نظر نوع مصالح، وجود ترک، سقف ها یا تیرهای مشترک و … بررسی شوند. از جمله مهمترین خطرات در حین گودبرداری ریزش دیواره ها و سقوط آوار، خفگی ناشی از کمبود اکسیژن و خطرات ناشی از برخورد تجهیزات به تاسیسات زیرزمینی همچون لوله های گاز، فاضلاب و … می باشد. در اینجا اجرای سازه نگهبان اهمیت پیدا می کند.

به طور کلی گودبرداری به دو دسته گودبرداری مهاربندی شده و گودبرداری مهاربندی نشده تقسیم بندی می شود. گودبرداری های مهاربندی نشده اغلب در خاک های چسبنده اجرا می شود که در آن شرایط مکانیکی خاک موجب پایداری شیب ها و جدارهای قائم گودبرداری می گردد. یکی از روش های گودبرداری، گودبرداری با شیب پایدار می باشد. در این روش خاک به صورت شیب دار برداشته شده و پایداری گود بدون نیاز به اجرای سازه نگهبان تامین می شود.

استفاده از این روش به دلیل صرفه اقتصادی نسبت به سایر روش ها، در خاکبرداری های با حجم و وسعت بالا متداول است. این روش زمانی در پروژه های شهری قابل استفاده است که هم بتوان شیب پایدار را با توجه به فواصل ساختمان ها و املاک مجاور گود اعمال کرد و هم اینکه دبی آب زیرزمینی وارده به شیب، کم و یا قابل کنترل باشد. قابل اجرا بودن یا نبودن گودبرداری با شیب پایدار به عوامل متعددی همچون عمق خاکبرداری، میزان رطوبت، نوع و شدت هوازدگی خاک، زاویه شیب خاکبرداری و … وابسته است.

اما به طور کلی گودبرداری یکی از خطرناک ترین و پر مخاطره ترین عملیات خاکی است که به منظور حفظ جان افراد داخل و خارج گود و نیز ساختمان های مجاور محله پروژه، نیاز به مهاربندی دارد. به منظور ایمن سازی گود از سازه نگهبان استفاده می کنند. در واقع سازه های نگهبان سازه های موقت و یا دائمی هستند که به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه ها و در نتیجه جلوگیری از تبعات منفی ریزش گود اجرا می شوند.

انواع سازه های نگهبان

برای پایدارسازی جداره های گود از سازه نگهبان استفاده می شود که برخی از مهمترین و کاربردی ترین انواع سازه های نگهبان به شرح زیر است:

سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از مناسب ترین و متداول ترین روش های اجرای سازه نگهبان به ویژه در مناطق شهری به سبب اجرای ساده، عدم نیاز به دانش و فناوری پیچیده و تجهیزات خاص، در دسترس بودن مصالح مورد نیاز و … است. از دیگر مزایای سازه نگهبان خرپایی می توان به امکان استفاده مجدد از آن اشاره نمود. در عین حال سرعت پایین اجرای سازه نگهبان خرپایی نسبت به سایر روش های متداول، احتمال الزامی بودن برداشتن بخشی از خاک با روش های دستی و نیز جاگیر بودن آن از نقاط ضعف این روش به حساب می آیند. خرپاها با انتقال فشار جانبی ناشی از سربار خاک به زمین، مانع از ریزش دیواره گود می شوند.

مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی

مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی به شرح زیر است:

مرحله اول) تعیین محل قرارگیری اعضای قائم خرپا در مجاورت دیواره گود و حفر چاه در محل های مشخص شده با عمقی برابر با عمق گود به علاوه طول شمع

مرحله دوم) قرار دادن عضو قائم در چاه و بتن ریزی شمع

مرحله سوم) برداشتن مرحله ای ترانشه های خاکی

مرحله چهارم) اجرای فونداسیون بتنی منفرد همراه با صفحه ستون در پای عضو مایل

مرحله پنجم) اتصال عضو مایل به پی منفرد و عضو قائم

مرحله ششم) گودبرداری خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپا (سپر خاکی)

مرحله هفتم) برداشت خاک و اجرای اعضای مهاربندی تا شکل گیری خرپای فضایی

سازه نگهبان مهار متقابل (مهار فشاری)

روش پایدارسازی گود با مهار متقابل (مهار فشاری) روشی مشابه با روش خرپایی است که به منظور جلوگیری از تغییر مکان جانبی در گودهای با عرض کم استفاده می شود. تفاوت روش مهار متقابل با سازه نگهبان خرپایی در اجرای عضو مایل می باشد. به عبارت دیگر در روش مهار متقابل بر خلاف روش سازه نگهبان خرپایی عضو مایل اجرا نمی شود و به منظور مهاربندی و ایجاد پایداری از روش اتصال ستون های سازه نگهبان رو به روی هم به وسیله تیر یا خرپا استفاده می گردد. این روش پایدارسازی به ویژه در محیط های شهری مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت بالای اجرا، هزینه و جاگیری کمتر از جمله مزایای سازه نگهبان مهار متقابل می باشد. از معایب این روش نیز می توان به امکان دست و پاگیر شدن مهاربندی های عرضی و یا مهاربندی های ترازهای مختلف در گودبرداری های عریض و یا عمیق اشاره نمود.

مراحل اجرای سازه نگهبان مهار متقابل

مرحله اول) حفر چاهک هایی در دو طرف گود با عمقی برابر با عمق گود به اضافه ۲۵ تا ۳۵ درصد از عمق گود، در فواصل معین از یکدیگر

مرحله دوم) قرار دادن پروفیل هایی (فولادی یا بتنی) با طولی بیشتر از ارتفاع گود در چاهک ها

مرحله سوم) متصل نمودن هر دو پروفیل قائم متقابل به یکدیگر به کمک تیر یا خرپا

مرحله چهارم) انجام عملیات گودبرداری

سازه نگهبان نیلینگ (میخ کوبی یا میخ گذاری)

در سازه نگهبان نیلینگ از روش مسلح نمودن خاک به منظور پایدارسازی شیب و جلوگیری از لغزش دیواره گود استفاده می شود. برای اجرای نیلینگ پس از حفاری به عمق ۱ تا ۲ متر سوراخ هایی بر روی دیواره گود حفر شده و سپس درون آنها میلگرد قرار داده می شود. پس از آن زهکشی اجرا می شود و سپس درون سوراخ ها دوغاب تزریق می گردد. در ادامه عملیات بتن پاشی بر روی دیواره گود انجام می شود. این مراحل تا دستیابی به عمق مورد نظر گودبرداری تکرار می شوند. در مرحله آخر نیز پوشش دائمی (با ضخامت ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر) بر روی سطح دیواره اجرا می گردد. این پوشش دائمی می تواند شامل پانل های بتنی پیش ساخته، شاتکریت مسلح و یا بتن درجای مسلح باشد.

سازه نگهبان انکراژ (تای بک یا دوخت به پشت)

نحوه اجرای سازه نگهبان انکراژ (تای بک یا دوخت به پشت) تشابه بسیاری با روش نیلینگ دارد. در این روش به جای میلگرد گذاری در چاهک های حفر شده غالبا از کابل های پیش تنیده استفاده می گردد. پس از قرار دادن کابل در درون چاهک ها دوغاب تزریق می شود. سپس در حین گیرش اولیه، کابل ها با جک های مخصوص کشیده شده و پس از گیرش نهایی دوغاب کابل ها آزاد می شوند. این عمل موجب فشرده شدن خاک و کاهش تغییر شکل های ناشی از گودبرداری در ساختمان های مجاور می گردد. از روش انکراژ غالبا در پایدار سازی گودهای عمیق استفاده می شود.

سازه نگهبان دیوار دیافراگمی

در روش دیوار دیافراگمی همزمان با حفاری قسمتی از دیوار، به منظور پایدارسازی و جلوگیری از ریزش موضعی جداره دیواره، از دوغاب بنتونیت استفاده می شود. دوغاب بنتونیت باید در جداره های گودال حفاری شده نفوذ نماید و با ایجاد کیک بنتونیت موجب پایداری دیواره ها گردد. پس از این مرحله، شبکه فولادی در محل حفاری قرار داده می شود. سپس بتن ریزی با استفاده از لوله های ترمی انجام می گیرد. همچنین می توان از دیوار دیافراگمی علاوه بر سازه نگهبان به عنوان دیوار حائل در حین بهره برداری استفاده کرد. این نوع از سازه نگهبان به ویژه برای حفاری ها و گودهای طویل مناسب است. از دیوار دیافراگمی در ساخت تونل ها، ایستگاه های مترو، پارکینگ های طبقاتی زیرزمینی، آب بندی هسته سدهای خاکی و … استفاده می شود.

سازه نگهبان دیوار برلنی

دیوار برلنی یکی دیگر از انواع سازه های نگهبان است که در واقع ترکیبی از شمع های فولادی (پروفیل) یا بتنی به همراه رویه بتنی می باشد. شمع های بتنی برای تامین گیرداری لازم برای پروفیل ها می باشند. شمع های فولادی با انتهای گیردار به منظور جلوگیری از ریزش خاک میان پروفیل فولادی، رویه های بتنی پیش ساخته یا درجا، در محل قرار داده می شوند. مراحل اجرای رویه های بتنی بدین صورت است که پس از عملیات خاکبرداری شبکه آرماتور بین پروفیل ها قرار داده می شود. سپس قالب بندی انجام شده و بتن ریزی صورت می گیرد. از دیوار برلنی در راهسازی، پل سازی و … استفاده می شود.

روش سپرکوبی

در روش سپرکوبی خاکبرداری پس از کوبیدن سپرهایی در اطراف گود انجام می شود. پس از دستیابی به عمق مورد نظر گود، تیرهای پشت بند افقی در کمرکش سپرها و بر روی آنها نصب می گردند. سپس قیدهای فشاری قائم در جهت عمود بر صفحه سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می شوند. جنس سپرها، پشت بندها و نیز قیدهای فشاری وابسته به نوع خاک و عرض می باشد. به طور مثال در عرض های کم و خاک های غیر سست معمولا از نوع چوبی و در عرض های بیشتر و خاک های سست تر از سپرها، پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی که توسط چکش پنوماتیک داخل خاک و جداره گود کوبیده می شوند استفاده می گردد.

سازه نگهبان شمع

در روش اجرای شمع از شمع هایی از جنس فولاد، بتن، چوب و یا مختلط استفاده می شود که با فواصل معین در پیرامون محل گودبرداری به عنوان سازه نگهبان اجرا می شوند. اجرای شمع موجب می شود که فشار جانبی خاک توسط شمع ها به صورت تیرهای یک سر گیردار که طول این گیرداری انتهایی معمولا ۰/۳ ارتفاع شمع می باشد، تحمل شود.

شمع های بتنی را می توان به صورت پیش ساخته یا درجا اجرا کرد. از مزایای شمع های پیش ساخته این است که پس از جمع آوری می توان در پروژه های دیگر نیز از آنها استفاده نمود. شمع های بتنی درجا نیز به دو صورت مسلح یا غیرمسلح و در انواع خاک های نرم و سخت مورد استفاده قرار می گیرند.

مراحل اجرای شمع درجا

نحوه اجرای سازه نگهبان شمع درجا به شرح زیر می باشد:

مرحله اول) حفاری اولیه همراه با گل بنتونیت

مرحله دوم) کیسینگ گذاری تا عمق عبوری از لایه ریزشی

مرحله سوم) از سر گیری حفاری از درون کیسینگ

مرحله چهارم) ایجاد انباره در انتهای شمع (ویژه شمع های پدستالی)

مرحله پنجم) جاگذاری قفسه آرماتور

مرحله ششم) انجام بتن ریزی

مرحله هفتم) بیرون کشیدن کیسینگ

شمع های فولادی در مواردی که طول شمع و یا سختی زمین به کار بردن آن را از نظر فنی و اقتصادی توجیه نماید، مورد استفاده قرار می گیرند. انواع معمول شمع های فولادی شمع های لوله ای و شمع های H می باشند. شمع های چوبی نیز تنه های تراشیده شده درخت های سالم، صاف و بلند می باشند. چوبی که از آن به عنوان شمع استفاده می شود باید بدون درز و ترک باشد. در شمع های مرکب قسمت های فوقانی و تحتانی شمع  از دو نوع مصالح مختلف ساخته شده است. همچنین از میکروپایل ها یا همان ریز شمع ها نیز می توان به عنوان سازه نگهبان ، برای پایدارسازی دیواره گود استفاده نمود. از این روش بیشتر در خاک های سست و ریزدانه و گودبرداری های مناطق شهری استفاده می گردد.

مراحل اجرای شمع پیش ساخته

نحوه اجرای سازه نگهبان شمع پیش ساخته به شرح زیر می باشد:

مرحله اول) نصب بالشتک ضربه گیر و کفشک تحتانی برای جلوگیری از آشیب دیدن شمع حین کوبش

مرحله دوم) نصب شابلون فولادی در محل اجرای شمع

مرحله سوم) قرار دادن شمع در محل اجرا

مرحله سوم) شمع کوبی تا رسیدن به عمق مشخص شده در نقشه های اجرایی

روش ساخت از بالا به پایین

این روش یکی از جدیدترین انواع سازه های نگهبان است که برای گودبرداری و احداث سازه های زیرزمینی و برج های بلند با زیرزمین های عمیق مورد استفاده قرار می گیرد. از مزایای این روش می توان به ضریب ایمنی بالا، امکان اجرای روسازه بالاتر از سطح زمین همزمان با احداث طبقات زیرین و در پی آن افزایش سرعت اجرای پروژه، اشاره نمود.

برای اجرای آن در گام اول دیوارهای حائل محیطی اجرا می شوند. پس از آن عملیات حفاری تا زیر سقف سازه زیرزمینی انجام می شود. سپس دال سقف ساخته شده و آرماتوربندی و بتن ریزی دال طبقه همکف انجام می شود. در گام بعدی خاکبرداری از طبقه زیر همکف تا رسیدن به تراز سقف پایینی صورت می پذیرد. عملیات دیگری همچون آرماتوربندی و بتن ریزی سقف، اتصال سقف به ستون ها و … نیز انجام می شود. این مرحله تارسیدن به تراز پی ادامه می یابد. پس از آن آرماتوربندی و بتن ریزی لایه تکمیلی دیوارهای پیرامونی و ستون های میانی انجام می شود.

هزینه گودبرداری و سازه نگهبان

هزینه گودبرداری و در پی آن اجرای سازه نگهبان از جمله هزینه های غیر قابل چشم پوشی در پروژه های عمرانی است. از جمله عوامل موثر بر هزینه گودبرداری می توان به وسعت پروژه، تجهیزات مورد نیاز، سختی زمین و موقعیت مکانی سایت اشاره نمود. هزینه اجرای سازه نگهبان نیز با توجه به روش مورد استفاده متفاوت است. به طور کلی برای اجرای سازه نگهبان باید روشی انتخاب گردد که ضمن دستیابی به بالاترین ضریب اطمینان کمترین هزینه را به پروژه تحمیل کند.

برای مطالعه بیشتر:

مراحل ساختمان سازی

پایدارسازی گود

قرارداد پیمانکاری خاکبرداری

عملیات تخریب ساختمان