سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی (Truss Structures) یکی از روش های سنتی پایدارسازی دیواره گودبرداری است. استفاده از این روش به ویژه در پایدارسازی گودهای با عمق متوسط رایج می باشد. استفاده از سازه نگهبان خرپایی به دلیل تحمل فشار جانبی ناشی از سربار خاک توسط خرپاها و انتقال آن به زمین، مانع از ریزش دیواره گود می شود. سازه نگهبان خرپایی به طور معمول از ۴ جزء اصلی که شامل المان های قائم، مورب، افقی و مایل می باشند تشکیل شده است. 

یکی از نقاط قابل توجه در اجرای سازه نگهبان خرپایی این است که این سازه نباید هیچ فاصله ای با خاک داشته باشد، در غیر این صورت اجرای آن بی فایده بوده و عملکرد مناسبی نخواهد داشت. روش سازه نگهبان خرپایی یکی از متداول ترین روش های اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری محسوب می گردد و زمان اجرای آن پیش از آغاز عملیات گودبرداری است.

این روش به دو صورت سازه نگهبان خرپایی معمولی و متقابل اجرا می شود. از سازه نگهبان خرپایی متقابل در پروژه هایی که دارای عرض زمین کم و عمق گود زیاد می باشند استفاده می شود. زیرا اجرای سازه نگهبان خرپایی به شیوه معمول موجب ایجاد تداخل در حرکت و عملیات اجرایی کارگران و ماشین آلات می گردد. در روش متقابل از خرپاهای افقی برای مهار دو به دو ستون های عمودی استفاده می شود. در نتیجه فضای کافی برای انجام عملیات گودبرداری فراهم می گردد. این در حالی است که در روش معمول از اعضای مورب برای دستیابی بدین منظور استفاده می گردد.

به منظور طراحی سازه نگهبان خرپایی عموما از توزیع بار محرک رانکین استفاده می کنند. یکی از فرض های اصلی در طراحی این نوع از سازه نگهبان، مهار کردن تمام گود با مهار کردن بخشی از نقاط گود می باشد. در واقع سازه نگهبان خرپایی تنها بخش محدودی از سطح دیواره گودبرداری را که دارای سطحی در حدود چند ده متر تا چند صد متر می باشد، مهار می کند. در طراحی سازه نگهبان خرپایی فرض می شود که خاک دیواره گود ضمن عمل نمودن به صورت صلب، بارهای متحمله را که شامل بارهای چندین متر دورتر از سازه نگهبان نیز می باشد، به آن منتقل می کند. به بیان دیگر در طراحی این سازه بر پدیده قوس شدگی تکیه شده است. احتمال پانچ و در نتیجه گسیخته شدن خاک توسط سازه نگهبان با توجه به سطح کم نوع خرپایی و به وجود آوردن تنش بالا در محل تماس میان خاک و سازه و به علاوه سختی پایین خاک وجود دارد. راهکارهایی همچون کم کردن فاصله میان خرپاها و نیز ایجاد یک سطح سخت روی سطح خاک با هدف کمک به انتقال نیرو ، به منظور حل این مشکل مورد استفاده قرار می گیرد. بدین منظور می توان از تخته کوبی و یا دیوار بتنی میان سازه های نگهبان استفاده نمود. 

از جمله مخاطرات و موارد مهم در این روش می توان به تداخل آن با سازه اصلی ساختمان، نحوه صحیح مهندسی خرپا در هنگام اجرای اسکلت سازه ساختمان، برچیدن صحیح آن و نیز موارد مربوط به نحوه صحیح اجرای مرحله ای اشاره نمود.

هزینه اجرای سازه نگهبان خرپایی

به طور کلی می توان گفت با وجود مزایای فراوان این روش، هزینه اجرای سازه نگهبان خرپایی به نسبت بیشتر از سایر روش ها می باشد. استفاده از روش سازه نگهبان خرپایی به ویژه در پروژه هایی با حجم کم گودبرداری چندان مقرون به صرفه نیست.

مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی

اجرای سازه نگهبان خرپایی به صورت مرحله به مرحله بوده و به شرح زیر است:

حفر چاهک

در ابتدا چاهک هایی در مجاورت دیواره گود، با کمترین تداخل با سازه اصلی و در محل های مشخص شده بر روی نقشه حفر می شوند. عمق این چاهک ها بیشتر از عمق گود بوده و عمقی برابر با عمق گود به اضافه طول شمع دارند، که طول شمع حداقل ۲۵ درصد عمق گود در نظر گرفته می شود. قطر چاه های حفر شده نیز غالبا در حدود ۸۰ تا ۱۰۰ سانتی متر می باشد. این چاهک ها به منظور قرار دادن عضو عمودی سازه نگهبان در آن حفر می شوند.

اجرای ستون عمودی 

در این مرحله سبدی که از قبل آرماتوربندی شده در انتهای چاهک ها قرار داده می شود و سپس ستون هایی با ارتفاعی متناسب با عمق چاهک به صورت عمودی و با حداقل فاصله زمانی ممکن با حفاری در درون چاهک ها قرار داده می شوند. این ستون ها عمدتا از نوع IPE دوبل می باشند. باید توجه داشت که عضو قائم باید حتی المقدور به ملک مجاور تکیه کند و در صورتی که این امکان وجود نداشته باشد باید فضای خالی موجود در پشت عضو عمودی با مصالحی همچون آجر فشاری به همراه ملات، پر شود. از نکات قابل توجه دیگر این است که به منظور گیرداری بیشتر عضو عمودی سازه نگهبان خرپایی از چند ردیف برشگیر و یا ناودانی استفاده می شود که در انتهای آن جوش داده می شوند.

بتن ریزی شمع

مرحله بعد بتن ریزی شمع می باشد که با استفاده از لوله ترمی انجام می شود. پس از گیرش بتن و سخت شدن آن، عضو قائم در خاک به صورت گیردار خواهد بود.

گودبرداری

پس از اجرای ستون عمودی سازه نگهبان عملیات گودبرداری در امتداد دیواره گود و با شیبی پایدار انجام می شود. همچنین خاک های جلوی خرپا نیز به صورت مرحله ای در حین گودبرداری یا پس از رسیدن به کف گود برداشته می شود.

اجرای عضو مورب 

پس از رسیدن به تراز خاکبرداری زیر فونداسیون عضو مورب با کمک یک ورق میانی به ستون عمودی تعبیه شده اتصال داده می شود. این عضو عموما از نوع IPE دوبل یا نبشی بوده و به عنوان تکیه گاه ستون عمودی عمل می کند. عضو مورب با اجرای یک فونداسیون پای آن و یا میخ کوبی پشت آن به صورت مناسب به زمین اتکا داده می شود. به منظور عملکرد بهتر، جلوگیری از حرکت سازه نگهبان و نیز دیوار همسایه های مجاور، بهتر است خرپاها در قسمت فونداسیون عضو مورب به صورت یکپارچه اجرا شوند. 

برداشتن مرحله ای ترانشه های خاکی و تکمیل خرپا

در این مرحله خاک میان اعضای قائم و افقی خرپا (خاک قسمت مثلثی) به صورت مرحله ای گودبرداری می شود و به منظور تکمیل خرپا، در هر مرحله اعضای افقی و قطری نصب می شوند. سپس عملیات برداشت خاک و اجرای مهاربندی تا تشکیل خرپای فضایی ادامه می یابد.

تثبیت جداره های گود

در مرحله آخر به منظور جلوگیری از ریزش موضعی و جزئی خاک جداره های گود، از تخته کوبی، دوغاب و یا شاتکریت به منظور تثبیت جداره های گود استفاده می شود.

نکات اجرایی سازه نگهبان خرپایی

در صورت ریزشی بودن خاک، بین اعضای قائم سازه نگهبان خرپایی باید الوارهای چوبی، پانل های بتنی پیش ساخته، شاتکریت و ... قرار داده شود.

الوارها باید به صورت موازی با انجام گودبرداری نصب شوند.

اعضای خرپا عموما نبشی و یا ناودانی می باشد.

برای اعضای قائم از پروفیل H استفاده می شود.

به منظور مهار نیروی بالا برنده موجود در زیر عضو قائم، از شمع بتنی درجا استفاده می شود.

به دلیل وجود نیروی فشاری در زیر عضو مورب، از پی تکی استفاده می شود.

پس از نصب عضو قائم، به منظور پیشگیری از ریزش خاک به درون چاه، داخل آن با ملات ضعیف پر شود. 

پس از اجرای کلیه خرپاها در یک ردیف توصیه می گردد که از هر سه دهانه یک دهانه به صورت بادبندی اجرا شود تا ضمن تامین صلبیت جانبی طول کمانش اعضای قائم و مورب نیز به حداقل کاهش یابد.

شناژ بین پی و شمع ها در پایان عملیات گودبرداری اجرا شوند.

مزایای روش سازه نگهبان خرپایی

اجرای سازه نگهبان خرپایی نیاز به تخصص و دستگاه های خاصی ندارد و ساده است.

در شرایط مختلف قابلیت انعطاف بالایی در اجرا دارند.

امکان استفاده مجدد از خرپا وجود دارد.

در تمامی گودهای واقع در مناطق شهری قابلیت اجرا دارد.

معایب روش سازه نگهبان خرپایی

پایین بودن سرعت اجرا در مقایسه با سایر روش های پیشرفته

اشغال فضای به نسبت زیاد به دلیل جاگیر بودن خرپاها

افزایش هزینه خاکبرداری به دلیل احتمال الزامی بودن برداشتن بخشی از خاک به روش دستی

کاهش فضای حرکت ماشین آلات خاکبرداری

ایجاد مشکل برای عملیات خاکبرداری در صورت کم بودن عرض گود نسبت به عمق گودبرداری