طراحی سازه نگهبان

سازه‌های نگهبان یا حفاظتی به منظور پایدارسازی گودبرداری‌ها و حفظ ایمنی افراد و ساختمان‌های مجاور اجرا می‌شوند. طراحی سازه نگهبان از مهم‌ترین بخش‌های مهندسی عمران است و شامل تحلیل‌های تخصصی، بررسی مواد و مصالح، و استفاده از روش‌های نوین است. انواع سازه نگهبان شامل دیوارهای گرانشی، نیمه‌گرانشی، مسلح، اجرای نیلینگ و پرده‌ای، و همچنین شمع‌های بتنی و فولادی است. هر نوع سازه نگهبان با توجه به شرایط خاک، عمق گودبرداری، و نیازهای پروژه انتخاب می‌شود. نقشه سازه نگهبان و جزئیات اجرایی نیز باید مطابق با استانداردهای ملی و بین‌المللی تهیه شود. نیلینگ سازه نگهبان یکی از روش‌های متداول برای پایداری دیواره‌های گودبرداری است که شامل حفاری، میلگردگذاری و بتن‌ریزی است. مزایا و معایب هر یک از روش‌های مختلف اجرای سازه نگهبان نیز در این مقاله بررسی شده است. به طور کلی، استفاده از سازه‌های نگهبان برای حفظ پایداری خاک و سازه‌ها در پروژه‌های عمرانی ضروری است.

انواع سازه نگهبان

جدول زیر خلاصه ای از انواع سازه نگهبان است که به صورت کاربردی قابلیت اجرا دارد. میتوان با نگاهی به روش های طراحی سازه نگهبان و اجرای آن معایب و مزایا هر کدام از روش ها مقایسه ای اجمالی داشت:

سازه نگهبان چیست ؟ 

سازه‌های نگهبان (یا سازه‌های حفاظتی) به منظور پایدارسازی گودبرداری‌ها و حفظ ایمنی افراد و ساختمان‌های مجاور ساخته می شود. مهندسان به منظور حفاظت از ایمنی و پایداری سازه ها در مقابل خطرات خصوصا حین اجری پروژه های ساختمانی از دیوارهای نگهبان و شمع ها و دیوارهای میخکوبی و برخی دیگر از سازه های حفاظتی استفاده می کنند.  اهمیت سازه نگهبان چیست ؟ در کدام پروژه ها کاربرد دارد ؟ انواع سازه های نگهبان چیست و چگونه اجرا می شود ؟ هزینه سازه نگهبان چگونه محاسبه می شود ؟ طراحی سازه نگهبان چگونه انجام می شود ؟ در ادامه به پاسخ این سوالات می پردازیم.

سیستم های سازه نگهبان

سیستم های متنوعی را در طراحی سازه نگهبان مورد استفاده قرار میدهند در ادامه به اختصار با این سیستم ها آشنا خواهید شد. 5 مدل از دیوارها و 2 مدل از شمع های مورد استفاده به عنوان سازه نگهبان را در ادامه مرور خواهیم کرد:

• دیوارهای نیمه‌گرانشی  (Semi-Gravity Walls)
• دیوارهای نیمه‌گرانشی  (Semi-Gravity Walls)
• دیوارهای مسلح شده  (Reinforced Walls)
• دیوارهای میخ‌کوبی  (Nailed Walls)
• دیوارهای پرده‌ای  (Curtain Walls)

دیوارهای نگهبان گرانشی  چیست ؟  (Gravity Walls)

طراحی سازه نگهبان گرانشی زمانی انجام می شود که قرار باشد از وزن خود برای مقاومت در برابر فشار خاک استفاده می‌کنند. معمولا در پروژه های حفر گود و ساخت پارکینگ های زیرزمینی کاربرد دارد. 

دیوار نگهبان نیمه‌گرانشی چیست  (Semi-Gravity Walls)

طراحی سازه نگهبان این دیوارها ترکیبی از وزن و مسلح‌سازی برای افزایش مقاومت را در نظر میگیرد و در پروژه‌های بزرگتر و با بارهای سنگین‌تر استفاده می‌شوند.

دیوار نگهبان مسلح شده  (Reinforced Walls)

طراحی سازه نگهبان این دیوارها شامل بتن مسلح هستند و با استفاده از میلگرد تقویت شده‌اند. کاربردهای آن‌ها شامل پروژه‌های پل‌سازی و سدسازی است.

دیوارهای میخ‌کوبی  (Nailed Walls)

طراحی سازه نگهبان این دیوارها با میخکوبی و شبکه‌بندی خاک انجام می شود و برای پایداری دیواره‌های گودبرداری و تونل‌ها استفاده می‌شوند.

دیوارهای پرده‌ای  (Curtain Walls)

طراحی سازه نگهبان این دیوارها برای جلوگیری از نشت آب و کنترل جریان‌های زیرزمینی انجام می‌شوند. کاربردهای معمول شامل پروژه‌های سدسازی و تونل‌سازی است.

طراحی سازه نگهبان شمع‌ها  (Piles)

شمع‌های بتنی:  این شمع‌ها برای انتقال بارهای سازه به لایه‌های عمیق‌تر و مقاوم‌تر زمین استفاده می‌شوند. کاربردهای معمول شامل فونداسیون ساختمان‌ها و پل‌ها است.

شمع‌های فولادی:  این شمع‌ها معمولاً به صورت H-شکل یا لوله‌ای طراحی می‌شوند و در پروژه‌های صنعتی و دریایی کاربرد دارند.

مزایا و معایب انواع سیستم های سازه نگهبان چیست ؟

در جدول زیر کلیت سیستم های متفاوتی و اهداق طراحی سازه نگهبان در در انواع متنوع مرور کردیم:

دیوار گود چگونه پایدار می‌شود ؟

مقاومت دیوارهای گود به مشخصات مکانیکی خاک بستگی دارد. پارامترهایی مانند چسبندگی و زاویه اصطکاکی داخلی خاک مستقیماً بر مقاومت دیوار گود تأثیر می‌گذارد. نیروهای محرک شامل سربار اطراف گود و وزن خاک هستند. اگر مجموع نیروهای محرک بیشتر از نیروهای مقاوم باشد، دیوار گود ریزش می‌کند. در این موارد نیاز به طراحی سازه نگهبان داریم.

آخرین مقالات در مورد طراحی سازه نگهبان

طراحی سازه نگهبان از مهم‌ترین بخش‌های مهندسی عمران به‌ویژه در محیط‌های شهری است. تحقیقات اخیر به بررسی تأثیر عوامل ژئوتکنیکی بر پایداری دیوارهای نگهبان در طی عملیات خاکبرداری پرداخته‌اند. آخرین پژوهش ها در این زمینه نشان میدهد جابجایی افقی دیواره ها بیش از هر چیز به وزن واحد و مقامت برشی خاک وابسته است و سطح آب زیرزمینی درجه تاثیر کمتری دارد. بعلاوه تحلیل های عددی شبیه سازی رفتار دیوارها در مقاله ای با عنوان بررسی تجربی فشارهای جانبی زمین در پشت دیوارهای حائل صلب انجام شده است که شرایط مختلف پیش بینی دقیقی از جابجایی دیوار اارئه می دهد که به بهبود طراحی کمک می کند. در مقاله ای که عملکرد مصالح EPS را بررسی کرده و سال 2024 به چاپ رسیده استفاده از مصالح نوین ژئوفوم  EPSبر اساس  آخرین مطالعات در کاهش فشار جانبی حاک بر روی دیواره های نگهبان به ویژه در شرایط زلزله نتایج امیدوار کننده ای نشان داده است. 

طراحی سازه نگهبان باید به دقت از الزامات و اصول تکنیکی به روز آیین نامه های مهندسی پیروی کند. جزئیات بسیاری در طراحی سازه نگهبان وجود دارد و علاوه بر رعایت دقیق نکات آیین نامه و محاسبات تجربه سایر مهندسان نیز نقش مهمی در طراحی ایفا میکند. در ادامه مراحل اصلی طراحی سازه نگهبان بررسی شده است.

تحلیل خاک و زمین شناسی پیش از طراحی سازه نگهبان

پیش از هر کار نیاز  است وضعیت زمین شناسی و لایه های زمین مورد بررسی قرار گیرد. توزیع لایه ها و عمق مخلتف لایه های خاک بررسی شود. خصوصیات خاک محل شامل آزمایش های ژئوتکنیکی نظیر آزمایش برش مستقیم و آیمایش سه محوری و نفوذ استاندارد باید انجام شود. 

تحلیل سازه ای سازه نگهبان

بحث بارگذاری و تعیین بارهای مرده و زنده و زلزله و باد بر اساس مقررات آیین نامه های بین مللی و ملی باید انجام شود. پیش از طراحی سازه نگهبان برای تحلیل پایداری از روش های عددی و تحلیلی مانند روش المان محدود باید استفاده شود. فاکتورهای ایمنی و بحث عدم قطعیت ها و خصوصیات و شرایط مصالح و بارگذاری باید لحاظ شود. 

بررسی مواد و مصالح سازه نگهبان

انتخاب مصالح مناسب و با کیفیت بتن مسلح و فولاد مصالح مرکب با توجه به استانداردهای روز ضروری است. خواص مصالح مانند مقاومت فشاری و کششی و خمشی باید در نظر گرفته شود. 

• نکته اصلی حین طراحی رعایت دقیق اصول آیین نامه های ساختان ست. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین نامه معتبر ACI در آمریکا و آیین نامه BS در بریتانیا همگی میتوانند منبع خوبی برای استناد باشند. 
• تهیه پلان اضطراری کمک میکند که در مواجه به شرایط غیر مترقبه تصمیمات اصولی و سریع اتخاد شود. 
• در طراحی استفاده از نرم افزارهای ETABS و SAP2000 و PLAXIS و بهره گیری از تکنولوژی های نوین عناصر پیش ساخته و سیستم های مدولار در طراحی سازه نگهبان کمک بزرگی خواهد بود. 

روش مهار سازی سازه نگهبان چیست؟

ابتدا چاهک‌هایی در اطراف گود حفر می‌شود. عمق این چاهک‌ها یک‌سوم عمق گودبرداری است. پس از حفاری، آرماتورگذاری و بتن‌ریزی انجام می‌شود. سپس گودبرداری مرحله به مرحله صورت می‌گیرد و در هر مرحله سوراخ‌هایی در دیواره گود حفر شده و بتن تزریق می‌شود.

سازه نگهبان (میل مهار) دوخت به پشت چیست ؟

عملیات گودبرداری مرحله به مرحله انجام می‌شود و در بدنه گود سوراخ‌هایی حفر می‌شود. در این سوراخ‌ها آرماتورهای پیش‌تنیده قرار داده شده و بتن تزریق می‌شود.

معایب و مزایای روش مهاری سازه نگهبان چیست؟

• مزایا: ضخامت کم سازه نگهبان، کاهش رانش خاک
• معایب: زمان طولانی اجرا، نیاز به دستگاه‌های حفاری و سیستم تزریق ویژه

روش دیافراگمی سازه نگهبان چیست؟

ابتدا محل حفاری با گل بنتونیت پر می‌شود تا از ریزش دیواره گود جلوگیری شود. سپس آرماتورگذاری و بتن‌ریزی به وسیله لوله ترمی انجام می‌شود.

روش مهار متقابل سازه نگهبان چیست؟

چاهک‌هایی روبروی هم در اطراف زمین حفر می‌شود. عمق چاهک‌ها یک‌سوم عمق گودبرداری است. پس از حفاری و آرماتورگذاری، عملیات گودبرداری مرحله به مرحله انجام می‌شود و در هر مرحله عضو افقی به صورت مهاری دیواره اجرا می‌شود.

روش سپر کوبی سازه نگهبان چیست؟

سپرها در اطراف زمین کوبیده می‌شوند و سپس گودبرداری انجام می‌شود. در مقاطع بالا می‌توان روش سپرکوبی را با مهار متقابل ترکیب کرد.

روش میخ کوبی سازه نگهبان چیست؟

این روش از دهه 60 میلادی مرسوم شده است. ابتدا 1 تا 2 متر حفاری می‌شود و سپس سوراخ‌هایی در دیواره‌ها حفر می‌شود. در این سوراخ‌ها میلگردگذاری شده و بتن‌ریزی انجام می‌شود.

روش اجرای شمع سازه نگهبان چیست؟

چاه‌هایی حفر شده و شمع‌ها داخل آن‌ها قرار داده می‌شود. پس از بتن‌ریزی، عملیات گودبرداری انجام می‌شود. تیرهای رابط بین شمع‌ها قرار داده می‌شوند تا رفتار شمع‌ها بهینه شود.

روش خرپایی مورب سازه نگهبان چیست؟

چاه‌هایی در فواصل مشخص حفر می‌شود و عضو قائم خرپا درون چاه قرار داده می‌شود. سپس عضو مورب خرپا به فونداسیون متصل می‌شود و خاکبرداری مرحله به مرحله ادامه می‌یابد.

روش خرپای موازی سازه نگهبان چیست؟

چاه‌هایی در دو ردیف حفر شده و عضو قائم خرپا داخل چاه‌ها قرار می‌گیرد. سپس عملیات خاکبرداری و نصب خرپا انجام می‌شود و عضو مورب خرپا به وسیله تیرهای افقی و بادبندها مهار می‌شود.

روش وزنی سازه نگهبان چیست؟

در این روش، دیوارهای آجری یا سنگی به عنوان دیوارهای وزنی استفاده می‌شود. ابتدا خاکبرداری با شیب پایدار انجام شده و سپس دیوارهای وزنی در محل شیارها چیده می‌شوند

هزینه طراحی سازه نگهبان چگونه محاسبه می شود ؟ 

7 عامل زیر در محاسبه هزینه طراحی سازه نگهبان تاثیرگذار است. در ادامه مرور مختصری روی هر کدام خواهیم داشت:

سازه نگهبان چگونه انتخاب می شود ؟ 

19 عامل مهم محاسبات و طراحی سازه نگهبان و انتخاب شیوه های در ادامه بررسی شده است:

1. نوع و شرایط خاک: انتخاب سازه نگهبان به نوع و شرایط خاک بستگی دارد. خاک‌های نرم و ضعیف نیاز به روش‌های خاص و مقاوم‌سازی بیشتری دارند.
2. نزدیکی به سازه‌های مجاور و سطح آب زیرزمینی: در مناطق شهری و پرتراکم، نزدیکی به سازه‌های مجاور و سطح آب زیرزمینی می‌تواند تعیین‌کننده نوع سازه نگهبان باشد.
3. عمق گودبرداری و شرایط جوی: عمق گودبرداری و شرایط جوی نیز از عوامل مهم در انتخاب سازه نگهبان هستند.
4. تحلیل‌های تخصصی: تحلیل‌های پایداری، تنش-کرنش و مدل‌سازی عددی از جمله تحلیل‌های تخصصی مورد نیاز برای انتخاب سازه نگهبان مناسب هستند.
5. تحلیل‌های تخصصی سازه نگهبان
6. تحلیل پایداری: برای طراحی سازه‌های نگهبان، تحلیل پایداری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این تحلیل شامل ارزیابی نیروها و لحظات مؤثر بر سازه و محاسبه ضریب اطمینان (Factor of Safety) می‌شود.
7. تحلیل تنش-کرنش: با استفاده از تئوری‌های الاستیسیته و پلاستیسیته، تغییر شکل‌ها و تنش‌های وارد بر سازه محاسبه می‌شوند.
8. مدل‌سازی عددی: استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی مانند PLAXIS، GeoStudio و ANSYS برای شبیه‌سازی رفتار سازه و خاک بسیار مفید است.
9. نقشه‌ها و جزئیات اجرایی
10. نقشه‌های معماری و سازه‌ای: شامل پلان‌ها، مقاطع، و جزئیات اجرایی است که باید مطابق با استانداردهای ملی و بین‌المللی تهیه شود.
11. جزئیات اجرایی: شامل نحوه اجرا، نوع و ابعاد مصالح، روش‌های تقویت و مسلح‌سازی، و نحوه کنترل کیفیت.
12. نظارت و بازرسی: نظارت دقیق بر اجرای سازه نگهبان، بررسی و آزمایش‌های دوره‌ای برای اطمینان از پایداری و ایمنی.
13. اهمیت سازه‌های نگهبان
14. حفظ پایداری خاک و سازه‌ها: سازه‌های نگهبان برای جلوگیری از ریزش و جابجایی خاک در پروژه‌های عمرانی ضروری هستند.
15. ایمنی کارگران و تجهیزات: در پروژه‌های ساختمانی، کارگران و تجهیزات به‌صورت مداوم در معرض خطرات ناشی از ریزش خاک و سازه‌ها قرار دارند. سازه‌های نگهبان با فراهم کردن پایداری و ایمنی در محل کار، از وقوع حوادث و آسیب‌های جدی جلوگیری می‌کنند.
16. محافظت از ساختمان‌ها و زیرساخت‌های مجاور: در مناطق شهری و پرتراکم، حفاری و اجرای پروژه‌های عمرانی ممکن است به ساختمان‌ها و زیرساخت‌های مجاور آسیب برساند. استفاده از سازه‌های نگهبان باعث می‌شود که این خطرات به حداقل برسد و از خسارات مالی و جانی جلوگیری شود.
17. پایداری بلندمدت پروژه‌ها: سازه‌های نگهبان نقش مهمی در پایداری بلندمدت پروژه‌های عمرانی دارند. این سازه‌ها با کنترل جابجایی‌ها و تنش‌های وارد بر سازه‌ها، عمر مفید پروژه‌ها را افزایش می‌دهند و از نیاز به تعمیرات و نگهداری مکرر جلوگیری می‌کنند.
18. مدیریت آب‌های زیرزمینی: سازه‌های نگهبان می‌توانند به کنترل و مدیریت آب‌های زیرزمینی کمک کنند. در پروژه‌هایی که با آب‌های زیرزمینی مواجه هستند، استفاده از دیوارهای پرده‌ای (Curtain Walls)  و سیستم‌های زهکشی می‌تواند از نشت آب و تخریب سازه‌ها جلوگیری کند.
19. جلوگیری از نشت آب: کنترل جریان‌های زیرزمینی در پروژه‌های سدسازی و تونل‌سازی.

هر یک از این انواع سازه نگهبانی دارای مزایا و مناسبیت‌های خاصی هستند که بسته به شرایط محلی و نیازهای ساختمانی انتخاب می‌شوند.

طراحی سازه نگهبان در پروژه‌های حفر گود در مناطق شهری

استفاده از سازه‌های نگهبان برای جلوگیری از ریزش خاک و حفاظت از ساختمان‌های مجاور در مناطق پرتراکم شهری بسیار حائز اهمیت است. به عنوان مثال، در پروژه‌های احداث پارکینگ‌های زیرزمینی و مجتمع‌های مسکونی بلندمرتبه، استفاده از دیوارهای نگهبان گرانشی یا میخ‌کوبی می‌تواند ایمنی و پایداری لازم را فراهم کند.

طراحی سازه نگهبان در پروژه‌های سدسازی و کنترل آب‌های زیرزمینی

در پروژه‌های سدسازی و مدیریت منابع آب، کنترل و مدیریت آب‌های زیرزمینی بسیار مهم است. استفاده از دیوارهای پرده‌ای و سیستم‌های زهکشی می‌تواند از نشت آب و تخریب سازه‌ها جلوگیری کند. به عنوان مثال، در پروژه‌های احداث سدهای بتنی و خاکی، استفاده از دیوارهای پرده‌ای به منظور جلوگیری از نفوذ آب به داخل سازه و افزایش پایداری سد می‌تواند بسیار موثر باشد.

طراحی سازه نگهبان در پروژه‌های تونل‌سازی

در پروژه‌های تونل‌سازی، حفاظت از تونل و جلوگیری از ریزش خاک و سنگ‌های بالای تونل بسیار اهمیت دارد. استفاده از دیوارهای میخ‌کوبی و شمع‌های بتنی می‌تواند پایداری لازم را فراهم کند و از خطرات احتمالی جلوگیری کند. به عنوان مثال، در پروژه‌های احداث تونل‌های مترو و جاده‌ای، استفاده از دیوارهای نگهبان می‌تواند به حفظ ایمنی کارگران و تجهیزات و جلوگیری از وقوع حوادث کمک کند.

1. سازه نگهبان سپر گونه:
   • توضیح: این سازه‌ها شامل سپرهای عمودی (معمولاً باریکه‌های فولادی یا بتنی) هستند که به فواصل منظمی قرار داده شده‌اند، و شمع‌های افقی (پانل‌های چوبی یا بتنی) بین آنها قرار می‌گیرند.
   • عملکرد: این سازه‌ها همزمان پشتیبانی ساختاری فراهم می‌کنند و از حرکت خاک در زمان حفر یا خاکریزگذاری جلوگیری می‌کنند.
   • اجرا: شمع‌های عمودی با توجه به نیاز، انتخاب و در زمین به سمت عمق درون نصب می‌شوند و پانل‌ها بین آنها محل اجرا می‌شوند.
   • کاربرد: در مناطق شهری که فضای محدود است و برای ثبات خاک در زمان ساخت استفاده می‌شود.
2. سازه نگهبان شمع:
   • توضیح: این سازه‌ها از شمع‌های مته‌کار (یا همان شمع‌های جایگزین) استفاده می‌کنند که به صورت استوانه‌ای در زمین نصب و با بتن پر می‌شوند.
   • عملکرد: سازه‌های نگهبان شمع برای استحکام بخشیدن به خاک‌های چسبنده و ایجاد بنیاد در نزدیکی ساختمان‌های موجود مؤثر هستند.
   • اجرا: این فرایند شامل حفاری سوراخ‌ها، قرار دادن قفسه‌های آهن‌آرمه، و ریختن بتن در سوراخ‌های مته شده است.
   • کاربرد: مناسب برای مناطقی که حساس به لرزش هستند (شهری)، ساختمان‌هایی با محدودیت ارتفاع، و حفاری با عمق متغیر.
3. سپرکوبی:
   • توضیح: در این روش، از بخش‌های فولادی، چوبی یا بتن مسلح که به یکدیگر قفل شده‌اند، برای ایجاد یک حائله مستمر استفاده می‌شود.
   • عملکرد: این سازه‌ها پشتیبانی جانبی برای خاک ارائه می‌دهند یا از ورود آب جلوگیری می‌کنند، بسته به موقعیت و طراحی آنها.
   • اجرا: بخش‌ها به ترتیب در زمین فشرده می‌شوند یا نصب می‌شوند تا یک حائله پایدار بسازند.
   • کاربرد: استفاده می‌شود برای دیوارهای نگهبان، استحکام خاک، ساختمان‌های زیرزمینی (پارکینگ، سردخانه)، ساختمان‌های دریایی (ترکیبی، کشتی‌خانه) و غیره.

نقشه سازه نگهبان

در ادامه چند مورد از نقشه سازه نگهبان ارائه شده است که عموما در طراحی ها کاربرد دارد:

نقشه سازه نگهبان انکراژ یا میل مهار ( دوخت به پشت )

سازه نگهبان متصل ، سازه ای است که از کابل ها یا میله ها برای پایداری بیشتر هنگام نگه داشتن خاک استفاده می کند. این دیوارها اغلب در موقعیت هایی با فضای محدود یا جاهایی که بار زیادی پیش بینی می شود به کار گرفته می شود. 

میل مهار که در اعماق خاک یا صخره های پشت دیوار کار گذاشته شده، برای ایجاد حمایت جانبی ساختار نگهدارنده تحت کشش قرار میگیرد. این سیستم دیوار نگهبان عموما در کنار سایر سیستم های دیوار مانند دیوارهای تقلی کاربرد دارد. دیوارهای نگهدارنده میل مهاری نیاز به مهندسی و نصب دقیق دارند تا اطمینان حاصل شود که میل مهار به طور مؤثری با نیروهای جانبی وارد شده توسط خاک مقابله می کنند. 

دیواره نگهبان میل مهار با ارتفاع معمولی 6 (1.83-5.49 متر) و عمق دیوار (20.1-61 سانتی متر) ساخته می شوند. طول دیوار نگهبان در صورت نیاز متفاوت است:

نقشه دیوار نگهبان پشت بند دار

دیوار نگهبان پشت بند دار یکی از راه های مطمئن برای نگه داشتن خاک است. این سیستم از سازه نگهبان دارای دیوار عمودی است که با عناصر نگهدارنده، تکیه گاه های مهاری، که در زوایای قائم امتداد دارند یا از سطح دیوار متمایل می شوند، تقویت شده است.

 این طرح به طور قابل توجهی دیوار را تقویت می کند و به مقابله با فشار جانبی زمین کمک می کند. 

تکیه‌گاه‌ها بار را به طور یکنواخت‌تر توزیع می‌کنند و اجازه می‌دهند دیوار نازک‌تر و مقرون به صرفه‌تر از یک دیوار حائل ساده باشد. 

دیوار حائل که معمولاً از بتن ساخته می شود، برای مکان هایی با بارهای سنگین و شرایط خاک نامناسب کاربرد دارد. 

نقشه سازه نگهبان گهواره ای 

دیوار نگهبان گهواره سازه ای است که برای مقابله با تخریب ناشی از نیروی گرانشی زمین طراحی می شود که معمولاً برای تثبیت خاک و کنترل فرسایش استفاده می شود. این شامل جعبه های به هم پیوسته ساخته شده از بتن پیش ساخته یا الوار است که چارچوبی شبیه تخت را تشکیل می دهد. سپس این چارچوب با مواد دانه‌ای مانند شن، خاک یا سنگ پر می‌شود که به سازه وزن اضافه کرده و پایداری آن را افزایش می‌دهد.

 منافذ موجود در دیوار اجازه زهکشی طبیعی را می دهد و فشار هیدرواستاتیک پشت دیوار را کاهش می دهد. 

دیوارهای نگهدارنده تختخواب به دلیل انعطاف پذیری و سهولت نصب مورد توجه قرار می گیرند و برای کاربردهایی مانند محوطه سازی، تثبیت شیب و پشتیبانی از خاکریزها مناسب هستند.

نقشه دیوار نهگبان ثقلی

• دیواری ثقلی تقویت نشده
• دیوار تقویت شده با ژئوگرید
• دیوار تقویت شده با سنگ دانه

دیوار استوانه ای سنگی

نقشه سازه نگهبان نیلینگ

سیستم نیلینگ معمولاً از بالا به پایین ساخته می‌شوند و خاک معمولاً در لایه‌هایی به عمق 1.8 متر حفر می‌شود. پس از هر مرحله حفاری، سوراخ‌هایی در سطح زمین در معرض حفر می‌شوند و میله‌های فولادی مقاوم در برابر کشش - یا «میخ‌ها» - در سوراخ‌ها قرار می‌گیرند. طرح شماتتیک سیستم نیلینگ در آماده آمده است. 

جمع بندی 

سازه‌های نگهبان نقش بسیار مهمی در پایداری و ایمنی پروژه‌های عمرانی دارند. انتخاب صحیح نوع سازه نگهبان بر اساس شرایط خاک، عمق گودبرداری، نزدیکی به سازه‌های مجاور و سطح آب زیرزمینی می‌تواند به حفظ پایداری و ایمنی کمک کند. با استفاده از تحلیل‌های تخصصی و مدل‌سازی عددی، می‌توان بهترین راهکارهای نگهبانی را برای هر پروژه انتخاب کرد و به اجرای موفق و ایمن آن کمک نمود. سازه‌های نگهبان با حفظ پایداری خاک و سازه‌ها، ایمنی کارگران و تجهیزات، محافظت از ساختمان‌ها و زیرساخت‌های مجاور و مدیریت آب‌های زیرزمینی، اهمیت و کاربردهای بسیاری در مهندسی عمران دارند.

طراحی سازه نگهبان عمران مدرن

طراحی سازه نگهبان در گودبرداری به منظور مهار رانش خاک ناشی از وزن خود و سرباره های احتمالی شامل وزن خاک بالاتر از تراز افقی اطراف گود ، فشار ناشی از سازه های مجاور و سربار ناشی از بهره برداری معابر ، صورت می پذیرد. 

شرکت عمران مدرن ، با توجه به شرایط پروژه شما، مجرب ترین متخصصان مربوطه جهت طراحی سازه نگهبان را معرفی نموده تا در اسرع وقت و با بالاترین کیفیت و مقرون به صرفه ترین قیمت ، پروژه را به انجام برسانند.

همچنین شما می توانید به طور مستقیم با ارائه دهندگان خدمت طراحی سازه نگهبان در ارتباط بوده و یا ضمن برقراری ارتباط با عمران مدرن ، معرفی بهترین ارائه دهنده را به ما بسپارید.

امروزه به سبب نیاز به گودبرداری های عمیق به ویژه در مناطق شهری و گودبرداری در مجاورت ساختمان های فرسوده ، تاریخی و ... بیش از پیش طراحی سازه نگهبان ایمن مورد توجه قرار گرفته است. لذا به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و حفاظت جان و مال افراد در داخل و خارج گود ، اجرا و طراحی سازه نگهبان در دستور کار قرار می گیرد. اما طراحی سازه نگهبان برحسب شرایط پروژه و مشخصات خاک به روش های مختلفی صورت می پذیرد که در ادامه رایج ترین انواع طراحی سازه های نگهبان بیان می گردد.

هزینه طراحی سازه نگهبان 

یکی از عوامل موثر بر روی هزینه طراحی سازه نگهبان ، مساحت پروژه ، عمق گودبرداری و در نهایت روش گودبرداری است. به طوری که طراح برحسب مشخصات سازه ، مشخصات خاک نظیر چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی ، عمق گودبرداری ، میزان سربار و ... روش مناسب جهت مهار گود را تعیین و طراحی می کند.

طراحی سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از متداولترین روش های طراحی سازه نگهبان در مناطق شهری به سبب قابلیت انعطاف بالای آن است. 

در این روش از طراحی سازه نگهبان ، نیمرخ های فولادی در فواصل معین به دیواره گود ، تکیه داده شده و اعضای مایل با تحمل فشار جانبی ناشی از سربار خاک و انتقال آن به زمین، مانع از ریزش دیواره گود می گردد.

مقاطعی که لازم است در سازه نگهبان خرپایی طراحی گردد شامل عضو قائم ، عضو مایل ، فونداسیون عوض مایل و اعضای افقی و مایل خرپا می باشد.

طراحی سازه نگهبان خرپایی می تواند با استفاده جداولی و برحسب اطلاعاتی نظیر مشخصات خاک ، عمق گودبرداری ، میزان سربار و فواصل خرپاها، مقاطع اعضا و جزئیات اجرای آن را ارائه دهد.

همچنین طراحی سازه نگهبان خرپایی می تواند با استفاده از نرم افزارهای اجزای محدود نظیر Plaxis صورت پذیرد و سختی خمشی و محوری اعضا و تغییرشکل عوارض مجاور گود شبیه سازی گردد.

طراحی سازه نگهبان به روش مهار متقابل

طراحی سازه نگهبان به روش مهار متقابل عمدتا در گودهایی با عرض کم مورد استفاده قرار می گیرد. این روش از طراحی سازه نگهبان ، مشابه سازه نگهبان خرپایی است با این تفاوت که از عضو های مایل استفاده نمی شود.

به طوری که در این روش، در دو طرف گود ، برحسب نظر طراح در فواصلی معادل عمق گود به علاوه ۰.۲۵ تا ۰.۳۵ برابر عمق گود ، (به منظور گیرداری پروفیل ها) چاهک هایی به جهت قرارگیری پروفیل ها، حفر می گردد. 

مقاطعی که در درون چاه های حفر شده قرار می گیرند نیز براساس مشخصات پروژه و مقاومت لازم طراحی می گردند. لازم به ذکر است که طول این پروفیل ها عمدتا به گونه ای طراحی می گردد که انتهای فوقانی آن ها تا اندکی بالاتر از تراز گود ادامه داشته باشد. سپس با طراحی مقاطع خرپایی مهاربندی پروفیل های متقابل تامین می گردد.

طراحی سازه نگهبان به روش مهار متقابل در گودبرداری های با عرض کم دارای سرعت اجرا و هزینه کمتر به نسبت سایر روش های گودبرداری می باشد.

طراحی سازه نگهبان به روش مهار متقابل بر اساس دو روش طراحی ژئوتکنیکی و سازه ‌ای صورت می پذیرد. به طوری که در طراحی سازه ‌ای ، عمدتا با استفاده از نرم افزار SAP ظرفیت باربری المان‌ های خرپایی طراحی و کنترل می گردد.

طراحی ژئوتکنیکی این سازه نگهبان نیز شامل پایدارسازی گوه گسیختگی ، کنترل تغییر مکان سازه‌ های مجاور گود و مطالعات خاک با استفاده از نرم‌افزار های تحلیل حدی و اجزای محدود مانندGeo Studio و Plaxis است.

طراحی سازه نگهبان به روش مهار متقابل در گودبرداری های با عرض کم دارای سرعت اجرا و هزینه کمتر به نسبت سایر روش های گودبرداری می باشد.

طراحی سازه نگهبان نیلینگ

تئوری طراحی سازه نگهبان نیلینگ بر مبنای مسلح و مقاوم نمودن خاک با استفاده از دوختن توده خاک توسط میلگردهای فولادی در فواصل نزدیک می باشد.

موارد مورنیاز که لازم است در طراحی سازه نگهبان نیلینگ لحاظ شده و توسط طراح ارائه گردد، به شرح ذیل می باشد.

• ویژگی های طرح که شامل مشخصات هندسه طرح ، عمق و ابعاد ترانشه ، وضعیت سازه های مجاور گود ، مشخصات مصالح مصرفی شامل مقاومت مشخصه بتن یا شاتکریت مورد استفاده، مشخصات مکانیکی نیل ها، مشخصات خاک شامل تنش چسبندگی ، زاویه اصطکاک داخلی ، مدول الاستیسیته ، ضریب پواسون ، وزن مخصوص خاک و ...
• معیارهای طراحی شامل فهرست منابع و مراجع مورد استفاده
• بارهای وارده شامل بار مرده و زنده و نحوه اعمال نیروهای جانبی شامل باد و زلزله
• نحوه آنالیز ، مبانی طراحی و خروجی نرم افزاری شامل کنترل تنش ها و جابجایی ها، نیروهای داخلی ایجاد شده در المان های سازه ای و توده خاک و کنترل محدوده Plastic zone
• کنترل فاکتور ایمنی و توصیه های فنی شامل گام های حفاری و تمهیدات لازم هنگام تطویل زمانی مراحل کار

در طراحی سازه نگهبان نیلینگ ، میخ‌ ها عمدتا عملکرد کششی دارند به طوری که با افزایش نیروی قائم موجب افزایش مقاومت برشی سطح لغزش در خاک های اصطکاکی شده و موجب کاهش نیروی رانشی سطح لغزش در خاک های اصطکاکی و چسبنده می شود.

همچنین میخ های سازه نگهبان نیلینگ عمدتا به صورت آرماتور های فولادی با قطر ۲۰ تا۴۰ میلی متر و با حد تسلیم ۴۲۰ تا ۵۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع طراحی می گردد.

همچنین در طراحی سازه نگهبان نیلینگ ، عمدتا چاله حفاری شده با قطر ۷۶ تا ۱۵۰ میلی متر و فواصل مهار های کششی ۱ تا ۲ در نظر گرفته می شود. 

مهارهای کششی نیز عمدتا معادل ۷۰ تا ۱۰۰ درصد ارتفاع گود طراحی می گردند و با شیب ۱۵ درجه نسبت به افق اجرا می شوند.

طراحی سازه نگهبان نیلینگ موجب افزایش مقاومت برشی توده خاک ، محدود نمودن تغییر مکان های خاک و کاهش نیروی لغزشی در سطح گسیختگی و لغزشی می باشد.

انکراژ

این روش از طراحی سازه نگهبان ، مشابهت های فراوانی با روش نیلینگ دارد و تفاوت اصلی آن در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می باشد. 

به طوری که در سازه نگهبان انکراژ ، خاکبرداری مقطعی ، حفاری گمانه ها، نصب میلگرد تسلیح ، تزریق دوغاب سیمان ، شاتکریت بتن و نصب صفحه سر مهار در دستور کار قرار می گیرد. سپس با گذشت مدت زمان لازم و عمل آوری دوغاب سیمان ، نیروی پس تنیدگی تا مقدار مورد نظر طراح به میلگرد و دوغاب اطراف آن اعمال می گردد.

در روش انکراژ ، مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن در درون چاهک ها بهبود می یابد، لذا در این روش از طراحی سازه نگهبان ، علاوه بر کمک گرفتن از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک ، میزان رانش بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک نیز کاهش می یابد.

در طراحی سازه نگهبان انکراژ در مواردی که خاک مجاور گود تحت حریم همسایه یا تاسیسات و معابر شهری باشد، از این روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.

نیلنیگ چیست ؟

سازه نگهبان شمع 

جهت مهارسازی گود با طراحی سازه نگهبان شمع ، در حاشیه محل گودبرداری در فواصل معینی شمع طراحی و اجرا می گردد. جنس شمع های استفاده شده می تواند برحسب نظر طراح و شرایط پروژه متفاوت باشد به گونه ای که انواع شمع فولادی ، چوبی و بتنی پیش ساخته یا درجا مورد استفاده قرار می گیرد.

در طراح سازه نگهبان شمع ، فشار جانبی خاک به صورت تیر های یکسر گیردار با طول گیرداری که عمدتا معادل ۰.۳ ارتفاع شمع است، تحمل می گردد. 

لازم به ذکر است که برحسب شرایط پروژه، شمع ها در امتداد دیواره گود نیز مهاربندی می گردند.

همچنین سرعت اجرای بالا ، قابلیت استفاده به عنوان سازه نگهبان دائم و قابلیت استفاده مجدد از شمع های پیش ساخته از مزایای طراحی سازه نگهبان شمع به شمار می رود.

البته طراحی سازه نگهبان شمع ، معایبی نیز دارد. به عنوان نمونه در بسیاری از پروژه های شهری، به دلیل مشکلات ناشی از شمع کوبی ، صرفا اجرای شمع به صورت درجا امکان پذیر می باشد. همچنین در گودبرداری هایی با ارتفاع زیاد لازم است از شمع ها با مقاطع بزرگتر و در فاصله کمتر استفاده شود که این می تواند اقتصاد پروژه را تحت تاثیر قرار دهد.

روش سپرکوبی

طراحی سازه نگهبان به روش سپرکوبی به منظور جلوگیری از نفوذ آب به محل انجام پروژه ، جلوگیری از رانش خاک و مهار دیوار های محل گودبرداری در دستور کار قرار می گیرد. اما این روش از طراحی سازه نگهبان ، به نیروی انسانی با تخصص نسبتا بالا و دستگاه های سپر کوبی نیازمند است.

در طراحی سازه نگهبان به روش سپرکوبی ، جنس سپر های استفاده شده در دیواره گود برحسب مشخصات و مقاومت خاک و شرایط محیطی پروژه تعیین می گردد. اما اعضای دیگری نظیر تیرهای پشت بند افقی و قیدهای فشاری قائم که به صورت مرحله ای در هر مرحله از خاکبرداری به سپر های اجراشده متصل می گردد نیز، لازم است طراحی گردد.

عمدتا طراحان سازه نگهبان از سپر های چوبی جهت پایدارسازی موقت دیواره های کم عمق، با طول کم و سربار سبک استفاده می کنند. همچنین در چنین مواردی باید شرایط نفوذ آب مورد بررسی قرار گیرد.

همچنین در طراحی سازه نگهبان به روش سپرکوبی بتنی ، عمدتا سپر های بتن مسلح پیش ساخته که به صورت کام و زبانه به یکدیگر متصل می شوند، جهت پایدارسازی خاکریز رودخانه ها، کانال ها و سازه های آبی مورد استفاده قرار می گیرد.

اما سپر فولادی یکی از رایج ترین انواع سپر های استفاده شده در این نوع از سازه نگهبان است که از مهترین مزایای آن مقاومت قابل توجه، قابلیت استفاده مجدد و امکان افزایش طول با استفاده از جوشکاری و پیچ است.

دیواره دیافراگمی

در این روش از طراحی سازه نگهبان ، با استفاده از دستگاه های حفاری ویژه ، همزمان با حفاری ، محل حفر شده با گل بنتونیت و سیمان پر می گردد تا از ریزش دیواره جلوگیری شود. سپس قفسه آرماتورها در داخل حفره قرار داده شده و بتن ریزی دیوار، در دستور کار قرار می گیرد.

لازم به ذکر است که در این نوع از طراحی سازه نگهبان ، دیوارهای دیافراگمی به صورت پیش ساخته و پس کشیده نیز قابل اجرا می باشد.

سرعت اجرا ، ایمنی بالا و قابلیت استفاده به عنوان دیوار حایل از مزایای این نوع از طراحی سازه نگهبان است. در پروژه های کوچک، هزینه گودبرداری قابل توجه است اما در پروژه های بزرگ هزینه کلی اجرای کار می تواند از روش های ساده تر، کم تر باشد. همچنین در دیوار دیافراگمی ، دستگاه های حفاریی نیازمند نیروهای انسانی با تخصص بالاتر و فضای کاری بیشتر است.

روش دوخت به پشت

این روش از طراحی سازه نگهبان ، مشابهت زیادی با روش مهارسازی دارد. به طوری که در این روش حفاری به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پایین صورت می پذیرد. سپس در هر مرحله به کمک دستگاه های حفاری ویژه ، چاهک هایی افقی یا مایل در بدنه دیواره گود حفر می گردد. در ادامه کابل های پیش تنیده در درون چاهک قرار گرفته و پس از گیردار کردن آن با تزریق بتن ، به کمک جک های ویژه بر روی سطح جداره گود مهار می گردد.

به طوری که در این روش از طراحی سازه نگهبان ، نیروی پیش تنیدگی کابل موجب فشردگی و تراکم خاک شده و رانش ناشی از آن کاهش می یابد. 

لازم به ذکر است که عمق گودبرداری در هر مرحله از خاکبرداری براساس نظر طراح و با توجه به مشخصات خاک و مقاومت کابل ها تعیین می گردد. اما عمدتا این فاصله معادل ۲ تا ۳ متر می باشد.

از آن جایی که در روش دوخت به پشت مشابه روش انکراژ ، از بدنه خاک مجاور دیواره گود استفاده می شود، گاها استفاده از این روش با محدودیت همراه است. همچنین این روش از طراحی سازه نگهبان به سبب این که به صورت مرحله ای اجرا می گردد به نسبت روش های معمول نیازمند صرف زمان بیشتری است.

از طرفی روش دوخت به پشت نیازمند دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهک ، تزریق بتن ، پیش تنیدگی کابل ها و ... می باشد.