سپرکوبی

اصطلاح "سپرکوبی" به هر نوع دیوار نگهبانی اشاره دارد که از طریق کوبیدن یا فشردن در زمین نصب می‌شود، نه با ریختن یا تزریق، و دارای سطح مقطعی نسبتاً نازک و وزن کم است، به طوری که وزن دیوار به پایداری آن کمک نمی‌کند. صنعت سپرکوبی مدرن بیش از 100 سال عمر دارد و شاید مهم‌ترین تغییرات در نوع و انتخاب محصولات از دهه 1970 آغاز شده باشد. سپرکوبی در انواع کاربردها، به ویژه در دیوارهای حائل و سدهای دریایی که فضای محدودی دارند، استفاده شده است. علاوه بر این، نوع خاصی از دیوار حائل به نام "سد موقت سلولی" نیز به طور گسترده برای سازه‌های موقت و دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. گودبرداری و خاکبرداری از اولین مراحل ساختمان سازی می باشد. به منظور جلوگیری از ریزش و رانش خاک در گودبرداری ، از روش های پایدارسازی همچون سپرکوبی استفاده می گردد. سپرکوبی یکی از مناسب ترین روش های پایدارسازی گود است که غالبا در ساخت دیوارهای حائل و سازه های آبی و ساحلی کاربرد دارد. سپرهای مورد استفاده در این روش در اشکال مختلفی تولید می گردند که با توجه به نوع خاک و اهداف مورد نظر، مورد استفاده قرار می گیرند. روش سپرکوبی معمولا در مقاوم سازی خاک های نرم مورد استفاده قرار گرفته و در خاک های سخت و سنگی متداول نمی باشد. زیرا احتمال کج شدن سپرها در حین اجرا در خاک های سخت وجود دارد. سپرهای مورد استفاده، از نظر سیستم سازه ای به دو دسته کلی مهار شده و مهار نشده دسته بندی می گردد. در سپرهای مهار شده، ممکن است مهار در جلو سپر و یا در پشت آن اجرا گردد. در ادامه به معرفی مراحل اجرای سپرکوبی در گودبرداری پرداخته شده است.

سپرکوبی پایدار سازی گودبرداری

در جدول زیر، سپرکوبی به عنوان یکی از روش‌های پایدارسازی سازه نگهبان در گودبرداری، با سایر روش‌های رایج مقایسه شده است. این مقایسه شامل میخ‌کوبی، دیوار دیافراگمی، مهار متقابل و اجرای خرپا است. این روش‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی شامل نوع خاک مناسب، عمق گودبرداری قابل پشتیبانی، هزینه، سرعت اجرا و نیاز به تجهیزات خاص ارزیابی شده‌اند.

• سپرکوبی در پروژه‌های نیمه‌عمیق و در مناطقی با سطح آب بالا کاربرد دارد. این روش به دلیل تجهیزات خاص، هزینه متوسط و سرعت اجرای بالا، اغلب برای گودبرداری‌های سریع و نسبتا کم عمق انتخاب می‌شود.
• میخ‌کوبی سریع‌ترین روش است و برای گودهای کم‌عمق با خاک‌های مناسب، گزینه‌ای اقتصادی محسوب می‌شود.
• دیوار دیافراگمی به دلیل هزینه و تجهیزات پیشرفته، برای پروژه‌های عمیق با نیاز به پایداری بالا و کنترل آب زیرزمینی مناسب‌تر است.
• مهار متقابل و اجرای خرپا برای گودهای عمیق و وسیع استفاده می‌شوند و نیازمند فضای داخلی بزرگ‌تر و استحکام بالا هستند.

شرایط لازم برای پیمانکار مجری سپرکوبی

• مجوزهای لازم: پیمانکار باید مجوزهای معتبر از سازمان‌های مرتبط (مانند شهرداری، نظام مهندسی، یا وزارت راه و شهرسازی) برای اجرای عملیات‌های عمرانی و گودبرداری داشته باشد.
• تجربه و تخصص: پیمانکار باید تجربه کافی در زمینه‌ی سپرکوبی داشته و با روش‌های مختلف سپرکوبی (فولادی، بتنی، وینیل و ...) آشنا باشد. سابقه‌ی اجرای موفق پروژه‌های مشابه یک معیار مهم است.
• نیروی انسانی ماهر: باید از نیروی کار ماهر و آموزش‌دیده برای اجرای عملیات سپرکوبی استفاده شود. این شامل اپراتورهای ماشین‌آلات سنگین و متخصصین ایمنی است.
• تجهیزات مناسب: پیمانکار باید تجهیزات مناسب برای کوبیدن شمع‌های ورقی و نصب سپرها (مانند دستگاه‌های کوبش شمع) را داشته باشد و تجهیزات در شرایط مناسب عملیاتی باشند.
• رعایت استانداردها و ایمنی: پیمانکار باید استانداردهای ایمنی را رعایت کرده و از روش‌های پایدارسازی موقت برای جلوگیری از ریزش خاک یا آب در پروژه‌های خاص استفاده کند.

نحوه محاسبه هزینه سپرکوبی

هزینه‌ی سپرکوبی به عوامل متعددی بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• نوع و جنس سپرکوبی: جنس سپر (فولادی، بتنی، یا وینیل) و نوع آن (Z شکل، U شکل و ...) تأثیر زیادی در هزینه دارد. سپرهای فولادی معمولاً هزینه بیشتری دارند، اما ماندگاری بیشتری نیز دارند.
• متراژ و عمق گودبرداری: هزینه‌ها بر اساس متراژ طولی و عمق گودبرداری محاسبه می‌شود. هر چه عمق و طول سپرکوبی بیشتر باشد، هزینه‌ها بالاتر می‌روند.
• شرایط زمین و نوع خاک: خاک‌های سخت‌تر و شرایط زمین‌های پرآب (مثل مناطق ساحلی) هزینه بیشتری دارند. در این شرایط، ممکن است نیاز به تجهیزات قوی‌تر یا روش‌های خاص سپرکوبی باشد.
• اجاره تجهیزات و ماشین‌آلات: هزینه اجاره یا استفاده از دستگاه‌های کوبش، مانند دستگاه‌های کوبنده شمع، در محاسبات لحاظ می‌شود. این هزینه‌ها بر اساس مدت زمان استفاده و نوع ماشین‌آلات متفاوت است.
• هزینه نیروی انسانی: حقوق و دستمزد نیروی کار تخصصی نیز بخش مهمی از هزینه‌ها را تشکیل می‌دهد. تعداد کارگران، مدت زمان پروژه و میزان تخصص کارگران در این هزینه‌ها مؤثر است.
• مکان پروژه: هزینه‌های حمل‌ونقل تجهیزات و نیروی انسانی به محل پروژه نیز به هزینه کلی اضافه می‌شود. پروژه‌هایی که در مناطق دوردست هستند، هزینه بیشتری برای انتقال تجهیزات و نیروی کار به همراه دارند.
• عوامل محیطی و ایمنی: پروژه‌هایی که نیازمند رعایت شرایط محیطی خاص (مانند کنترل آب‌های زیرزمینی یا ریزش خاک) هستند، هزینه بیشتری برای ایمنی و استفاده از تکنیک‌های پایدارسازی موقت خواهند داشت.

قیمت سپرکوبی چگونه محاسبه می شود ؟

هزینه‌ها معمولاً به صورت هر متر طولی سپرکوبی یا به صورت قراردادی به ازای کل پروژه محاسبه می‌شوند. پیمانکار بر اساس شرایط و نیازهای پروژه یک برآورد اولیه انجام می‌دهد و قیمت پیشنهادی را بر اساس متر طولی یا پروژه کامل ارائه می‌کند.

انواع سپرکوبی

سپرکوبی‌ها از مواد مختلفی ساخته می‌شوند. انتخاب ماده بستگی به عوامل مختلفی از جمله استحکام و نیازهای محیطی دارد. طراح باید احتمال تخریب مواد و تأثیر آن بر استحکام سازه را در نظر بگیرد. بتن در شرایط عادی می‌تواند عمر طولانی داشته باشد، اما هزینه‌های اولیه نسبتاً بالاتری نسبت به سپرهای فولادی دارد و نصب آن دشوارتر است. مشاهدات بلندمدت نشان داده که سپرکوبی‌های فولادی با طراحی مناسب، عمر طولانی دارند.

سپرکوبی فولادی

سپرکوبی‌های فلزی پیشرفت طبیعی در این محصول بودند که در میانه دهه 1800 و دوره "عصر آهن" توسعه یافتند. در اواخر قرن، فولاد بسمر به کار رفت و شکل‌هایی همچون تیرهای I و کانال‌ها ساخته شدند. سپرهای مختلفی از جمله شکل "لارسن" طراحی شدند که برای دیوارهای فولادی موثرتر بود.

سپرکوبی شکل Z

شکل Z نوعی پروفایل با استحکام خمشی بالاست که عمدتاً برای کاربردهای نگهداری و سیل‌بندی استفاده می‌شود.

سپرکوبی صاف

این بخش‌ها مقاومت کمی در برابر خم شدن دارند، اما از قدرت بالایی در برابر "استرس حلقه‌ای" برخوردارند و عمدتاً برای ساخت سازه‌های سلولی بزرگ استفاده می‌شوند.

سپرکوبی‌های سرد

از دهه 1970، روش جدیدی برای تولید سپرکوبی با استفاده از ورق‌های نورد گرم به صورت کویل به وجود آمد. این نوع سپرها به شکل‌های "Z" یا "کمانی" با اتصالات ساده ساخته می‌شوند و برای سازه‌های موقتی یا کوچک مناسب هستند.

سپر خاکی در گودبرداری با چوب

هزاران سال پیش، کنده‌های چوبی به عنوان دیوارهای نگهبانی یا سدهای ابتدایی در زمین کوبیده می‌شدند. به مرور زمان، چوب‌ها به شکلی متصل شده و طرح‌هایی مانند "دیوار نیروی دریایی" ایجاد شدند.

اتصالات سپر فولادی

استانداردهای خاصی برای اتصالات سپرکوبی فولادی وجود ندارد. این اتصالات برای ایجاد دیواری مقاوم و نسبتاً غیرقابل نفوذ در برابر آب و خاک طراحی می‌شوند.

شرایط استفاده از سپرکوبی

از سپرکوبی به‌عنوان یکی از روش‌های پایدارسازی گود و ایجاد دیوارهای حائل در موارد زیر استفاده می‌شود:

1. زمین‌های نرم و خاک‌های ریزدانه: سپرکوبی برای خاک‌های نرم و ریزدانه (مانند رس و ماسه) مناسب است؛ چرا که ورق‌های سپر به‌راحتی در این خاک‌ها کوبیده می‌شوند.
2. محیط‌های آبی و مناطق ساحلی: در پروژه‌های حائل مانند دیوارهای ساحلی، دیوار حائل آبگیرها و بنادر استفاده می‌شود؛ زیرا مانع از نفوذ آب به گودال و تثبیت خاک در محل می‌شود.
3. کنترل نشت آب زیرزمینی: برای کنترل نفوذ آب زیرزمینی و حفظ پایداری ساختار، به‌ویژه در زیرزمین‌های ساختمانی و تونل‌ها، استفاده می‌شود.
4. پروژه‌های موقت: در ساخت‌وسازهای موقت یا مناطقی که نیاز به دیوار حائل موقت دارند، سپرکوبی اقتصادی و سریع است.

شرایط غیرمجاز یا نامناسب برای سپرکوبی

سپرکوبی در برخی موارد ممکن است نتایج مطلوب نداشته باشد و باید از روش‌های جایگزین استفاده کرد:

1. خاک‌های سخت و سنگی: در زمین‌های بسیار سخت یا سنگی، ورق‌های سپر ممکن است شکسته یا دچار آسیب شوند و نتوانند به عمق مورد نظر کوبیده شوند.
2. خاک‌های بسیار فشرده یا متراکم: در خاک‌های فشرده که مقاومت زیادی در برابر نفوذ دارند، عملیات کوبیدن به سختی انجام می‌شود و ممکن است به ورق‌ها یا تجهیزات آسیب بزند.
3. پروژه‌های دائمی با بارهای بسیار سنگین: برای پروژه‌هایی که بارهای سنگین‌تری دارند (مانند پل‌ها یا برج‌ها)، ممکن است سپرکوبی به دلیل محدودیت‌های سازه‌ای و استحکامی مناسب نباشد.
4. تأثیرات لرزش بر سازه‌های مجاور: در مناطقی که سازه‌های مجاور نسبت به لرزش حساس هستند، کوبیدن سپر ممکن است باعث لرزش و آسیب به این سازه‌ها شود.

در این شرایط، بهتر است از روش‌های دیگر پایدارسازی گود مانند دیوار دیافراگمی یا میخ‌کوبی استفاده شود.

ورق‌های فولادی به‌صورت پیوسته و با اتصالات زبانه و شیار در کنار هم در خاک کوبیده می‌شوند تا یک دیوار حائل پیوسته ایجاد کنند. این دیوار برای پایداری خاک و ممانعت از نفوذ آب به‌ویژه در پروژه‌های گودبرداری، دیواره‌های ساحلی، اسکله‌ها و سایر سازه‌های دریایی به کار می‌رود.

برخلاف شمع‌کوبی که برای تحمل بار و انتقال آن به اعماق زمین استفاده می‌شود، سپرکوبی با استفاده از ورق‌های فولادی (Sheet Piling) بیشتر برای نگهداری خاک در برابر ریزش و ایجاد مانعی در برابر نفوذ آب استفاده می‌شود.

مواردی که سپرکوبی به‌عنوان روش پایدارسازی مناسب است

1. پروژه‌های گودبرداری عمیق و نیمه‌عمیق: سپرکوبی می‌تواند به‌ویژه در گودبرداری‌های عمیق و در خاک‌های نرم به‌عنوان یک روش نگهداری مؤثر عمل کند.
2. مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا: از آنجا که سپرکوبی قابلیت جلوگیری از نفوذ آب را دارد، در مناطق با آب زیرزمینی بالا استفاده می‌شود.
3. زمانی که فضای کافی برای تجهیزات بزرگ وجود داشته باشد: سپرکوبی به تجهیزات خاص برای کوبیدن ورق‌ها نیاز دارد و به همین دلیل به فضای کافی برای این تجهیزات نیاز است.

محدودیت‌ها و ملاحظات سپرکوبی برای گودبرداری

با این حال، سپرکوبی برای هر نوع خاک و هر عمقی مناسب نیست. در زمین‌های سخت یا سنگی، سپرکوبی کارآمد نیست و ممکن است نیاز به روش‌های جایگزین مانند دیوار دیافراگمی، میخ‌کوبی یا مهار متقابل باشد.

درجه‌های فولاد مورد استفاده در سپرکوبی

استانداردهای مرتبط با سپرکوبی شامل موارد زیر است :

درجه پایه  ASTM A-328

استاندارد پایه برای فولاد سپرکوبی در ایالات متحده ASTM A-328 است که توسط انجمن آمریکایی آزمون مواد منتشر شده است. این درجه برای بیشتر کاربردها مناسب بوده زیرا نقطه تسلیم بالایی برای طراحی و استحکام نهایی بالا برای قابلیت کوبش دارد. این فرمولاسیون از نظر جوش‌پذیری شناخته‌شده نیست، اگرچه روش‌هایی برای جوش این درجه موجود است. این فولاد سختی خاصی ندارد و در شرایط سرما ممکن است دچار شکستگی در نقاط شکاف شود. حداقل نقطه تسلیم این فولاد 39 ksi و حداقل استحکام کششی 70 ksi است.

درجه با استحکام بالات ASTM A-572

فولادهای با استحکام بالاتر مانند ASTM A-572 برای کاربردهای ساختاری در سپرکوبی موجود هستند. استحکام بالاتر برای جایگزینی مقاطع سبک‌تر با مقاطع استحکام بالاتر مناسب است. ASTM A-572 درجه 50 حداقل نقطه تسلیم 50 ksi و حداقل استحکام کششی 70 ksi دارد و همچنین جوش‌پذیری بیشتری نسبت به فولادهای با کربن بالاتر دارد.

درجه مقاوم به خوردگی ASTM A-690

این درجه برای استفاده در محیط‌های آب شور توسعه یافته و مزایایی نسبت به فولادهای کربنی عادی در برابر خوردگی دارد. این فولاد حداقل نقطه تسلیم 50 ksi را فراهم کرده و می‌تواند بر اساس اصول طراحی فولاد A-572 طراحی شود.

ایمنی سپرکوبی فولادی

بیشتر سپرکوبی‌های فولادی با استفاده از روش طراحی تنش مجاز طراحی می‌شوند و عامل ایمنی برای کاهش تنش مجاز مشخص می‌شود.

آلومینیوم مورد استفاده در سپرکوبی مشابه سایر شکل‌های اکسترود شده بوده و خصوصیات آن از تولیدکنندگان قابل دریافت است. چوب و مواد پلیمری و فایبرگلاس نیز برای سپرکوبی استفاده می‌شوند، اما باید خصوصیات مکانیکی و نحوه تست آن‌ها بررسی شود.

خمیدگی در سپرکوبی

کاربرد خمش در مقاطع خاص سپرکوبی

طراحی مقاطع مختلف سپرکوبی در طول قرن‌ها توسعه یافته و برای اهداف خاصی استفاده می‌شود.

تنش‌های محوری و خمشی ترکیبی

سپرکوبی‌ها ممکن است تحت بارهای محوری نیز قرار گیرند که می‌تواند موجب کمانش در سپرکوبی شود.

مدول مقطع برای سپرکوبی‌های U-شکل

در اروپا و ایالات متحده، اختلاف نظرهایی در خصوص استفاده از مقاطع مختلف سپرکوبی وجود دارد.

شکست در اثر خمش عرضی

خمش عرضی به عنوان یک حالت شکست جدید در سپرکوبی شناخته شده است و باید به ترکیب تنش‌های مختلف توجه داشت تا از حد مجاز ماده تجاوز نشود.

ارتباط خاک و سپرکوبی

خاک به ذرات معدنی طبیعی گفته می‌شود که به راحتی به قطعات کوچک‌تر جدا می‌شوند و ممکن است حاوی هوا، آب یا مواد آلی (برگرفته از تجزیه گیاهان) باشد. سنگ ماده‌ای طبیعی است که از ذرات معدنی به‌هم فشرده تشکیل شده و برای جدا کردن آن‌ها نیاز به نیروی زیادی (مانند انفجار یا خرد کردن قوی) است. ذرات معدنی جرم خاک از تجزیه سنگ‌ها توسط هوازدگی (هوا، یخ، باد و آب) و فرایندهای شیمیایی شکل گرفته‌اند. به دلیل این‌که سنگ‌ها عموماً در طراحی سپر خاکی استفاده نمی‌شوند، در این‌جا به سنگ‌ها نمی‌پردازیم.

مرور انواع خاک

مهندسان ژئوتکنیک خاک‌ها را فراتر از دسته‌بندی‌های زمین‌شناسی عمومی برای اندازه‌گیری خصوصیات مهندسی‌شان طبقه‌بندی می‌کنند. دو سیستم در این کتاب مورد بحث قرار گرفته‌اند: سیستم طبقه‌بندی خاک متحد (USCS) و سیستم متحد اصلاح شده (MUD). آزمایش‌های آزمایشگاهی و میدانی مربوط به هر دو سیستم، مانند آزمایش‌های اندازه‌گیری دانه‌بندی و حدود آتربرگ، در قسمت‌های دیگری از کتاب توضیح داده شده‌اند.

سیستم طبقه‌بندی خاک متحد (USCS)

این سیستم بیشتر برای اهداف مهندسی استفاده می‌شود و به‌ویژه برای مهندس ژئوتکنیک مفید است. در نتیجه، برای تمام پروژه‌های مرتبط با سازه‌ها مانند پل‌ها، دیوارهای حائل، و ساختمان‌ها باید مورد استفاده قرار گیرد. طبقه‌بندی دقیق نیاز به آزمایش اندازه دانه و حدود آتربرگ دارد که بر اساس استاندارد ASTM D 2487 توضیح داده شده است.

خاک‌های دانه‌درشت (بدون چسبندگی یا دانه‌ای)

خاک‌های دانه‌درشت خاک‌هایی هستند که بیش از نیمی از ذرات آن‌ها به راحتی با چشم دیده می‌شود. ویژگی‌های مهندسی خاک‌های بدون چسبندگی به شرح زیر است:

مصالح عالی برای پشتیبانی از سازه‌ها و جاده‌ها.

بهترین ماده برای خاکریز و پشتیبان دیوارهای حائل.

ممکن است تحت بارهای ارتعاشی یا انفجار نشست کنند.

زهکشی آن‌ها به دلیل نفوذپذیری بالا دشوار است.

در صورت زهکشی مناسب در برابر یخ‌زدگی مقاوم هستند.

خاک‌های دانه‌ریز (چسبنده یا آلی)

خاک‌هایی که بیش از نیمی از ذرات آن‌ها به راحتی دیده نمی‌شوند به‌عنوان دانه‌ریز طبقه‌بندی می‌شوند. در کل، ویژگی‌های مهندسی خاک‌های چسبنده به شرح زیر است:

اغلب دارای مقاومت برشی پایین هستند.

خاصیت پلاستیکی و فشردگی دارند.

بخشی از مقاومت برشی خود را در صورت خیس شدن از دست می‌دهند.

مقاومت آن‌ها در برابر تغییرات حجمی و تراکم کمتر از سیلت است.

دیوارهای سپرکوبی

دیوارهای سپرکوبی دیوارهای نگهدارنده‌ای هستند که برای نگهداری خاک، آب یا هر ماده پُرکننده دیگر ساخته می‌شوند. این دیوارها در مقایسه با دیوارهای بنایی دارای مقطع نازک‌تری هستند. دیوارهای سپرکوبی عموماً در موارد زیر استفاده می‌شوند:

ساخت سازه‌های کنار آب مانند اسکله‌ها، حوضچه‌ها و باراندازها

ساخت سدهای انحرافی، مانند سدهای آب‌بند

حفاظت از کناره‌های رودخانه

نگهداری کناره‌های گودبرداری‌ها

دیوارهای سپرکوبی می‌توانند از چوب، بتن مسلح یا فولاد ساخته شوند.

دیوار سپرکوبی چوبی

دیوارهای سپرکوبی چوبی به طور کلی برای دهانه‌های کوتاه و برای تحمل بارهای جانبی سبک استفاده می‌شوند و اغلب برای سازه‌های موقت مانند تخته‌بندی در گودبرداری‌ها استفاده می‌شوند. زمانی که این دیوارها در سازه‌های دائمی بالای سطح آب استفاده شوند، به یک پوشش حفاظتی نیاز دارند؛ با این حال، عمر مفید آن‌ها نسبتاً کوتاه است. دیوارهای سپرکوبی چوبی به وسیله اتصالات زبانه و شیار به یکدیگر متصل می‌شوند. این دیوارها برای خاک‌هایی که حاوی سنگ هستند مناسب نیستند، زیرا سنگ‌ها ممکن است اتصالات را از جای خود خارج کنند.

دیوار سپرکوبی بتن مسلح

دیوارهای سپرکوبی بتن مسلح از اعضای بتنی پیش‌ساخته تشکیل شده‌اند که معمولاً با اتصالات زبانه و شیار به یکدیگر متصل می‌شوند. این دیوارها نسبتاً سنگین و حجیم هستند و در هنگام رانده شدن حجم زیادی از خاک را جابجا می‌کنند، که این جابجایی حجم بالا باعث افزایش مقاومت در برابر رانش می‌شود. به همین دلیل، در این دیوارها با در نظر گرفتن فشارهای رانش بالا، آرماتور مناسب به کار می‌رود.

دیوار سپرکوبی فولادی

دیوارهای سپرکوبی فولادی بیشترین کاربرد را دارند و نسبت به سایر انواع دیوارهای سپرکوبی مزایای زیادی دارند، از جمله:

مقاومت بالا در برابر فشارهای رانشی

سبک‌تر بودن مقطع آن‌ها

امکان استفاده مجدد از آن‌ها

امکان استفاده زیر یا بالای سطح آب و عمر طولانی

امکان اتصال مناسب برای ایجاد دیواری پیوسته

قابلیت افزایش طول دیوار با جوشکاری یا پیچ و مهره

دیوارهای سپرکوبی در اشکال مختلفی تولید می‌شوند. برخی از مقاطع عبارتند از:

دیوار سپرکوبی مستقیم

دیوار سپرکوبی با شبکه قوسی کم‌عمق

دیوار سپرکوبی با شبکه قوسی

دیوار سپرکوبی به شکل Z

دیوارهای قوسی و Z برای مقاومت در برابر گشتاورهای خمشی بالا استفاده می‌شوند. برای گشتاورهای خمشی کمتر، از دیوارهای قوسی کم‌عمق با مدول مقطع کمتر استفاده می‌شود. دیوارهای سپرکوبی با شبکه مستقیم در مواقعی که شبکه تحت تنش قرار گیرد، مانند سدهای آب‌بند سلولی، استفاده می‌شوند.

تفاوت شمع کوبی و سپر کوبی

شمع‌کوبی و سپرکوبی هر دو روش‌هایی در مهندسی عمران و ژئوتکنیک هستند که به تثبیت سازه‌ها، پایداری دیوارهای حائل و جلوگیری از ریزش خاک در سازه‌های زیرزمینی کمک می‌کنند. با این حال، تفاوت‌های قابل توجهی بین این دو روش وجود دارد:

شمع‌کوبی:

شمع‌کوبی برای انتقال بار سازه‌ها به لایه‌های زیرین زمین انجام می‌شود و شامل کوبیدن شمع‌ها (معمولاً از جنس بتن، فولاد یا چوب) به زمین برای افزایش ظرفیت باربری خاک است.

شمع‌ها به‌صورت عمودی یا زاویه‌دار در زمین کوبیده می‌شوند و بار سازه را به لایه‌های مقاوم‌تر منتقل می‌کنند.

بیشتر برای فونداسیون سازه‌های سنگین یا بلند به کار می‌رود، مانند ساختمان‌های بلند، پل‌ها و برج‌ها.

شمع‌ها به صورت تک‌تک نصب می‌شوند و نیاز به اتصال و درگیری مستقیم با هم ندارند.

سپرکوبی:

سپرکوبی به‌طور عمده برای ایجاد دیوارهای حائل به‌کار می‌رود و از ورق‌های فلزی، بتنی، چوبی یا مواد کامپوزیتی استفاده می‌کند.

سپرها به صورت مجاور به هم در خاک کوبیده می‌شوند و یک دیوار پیوسته ایجاد می‌کنند تا از نفوذ آب یا جابجایی خاک جلوگیری کنند.

این روش بیشتر برای ایجاد موانع آبی و حائل‌ها در سازه‌های دریایی (مانند اسکله‌ها) یا دیواره‌های حائل در گودبرداری‌ها و تونل‌ها استفاده می‌شود.

به دلیل طراحی زبانه و شیار در سپرها، امکان ایجاد یک دیوار پیوسته و نسبتاً ضدآب وجود دارد.

شمع‌کوبی برای انتقال بار سازه به زمین به کار می‌رود.

سپرکوبی برای ایجاد دیوارهای حائل در برابر آب یا خاک در پروژه‌های گودبرداری و سازه‌های ساحلی استفاده می‌شود.

سپرکوبی به انگلیسی

در زبان انگلیسی، سپرکوبی به واژه Sheet Piling یا Sheet Pile Driving ترجمه می‌شود. این واژه در حوزه‌های مهندسی عمران و ژئوتکنیک به‌کار می‌رود و به تکنیک استفاده از ورق‌های نازک فولادی، بتنی، چوبی یا وینیل برای ایجاد دیوار حائل اشاره دارد. این دیوارها برای نگهداری خاک، جلوگیری از ریزش و جلوگیری از نفوذ آب استفاده می‌شوند. منظور از Steel Sheet Piling  یا شمع‌بندی ورق فولادی، در واقع سپرکوبی است.

سپر‌کوبی ورق فلزی 

امروزه با وجود اینکه مصرف سالانه سپر‌کوبی ورق فلزی در این کشور به ندرت از ۲۵۰ هزار تن فراتر می‌رود، تعداد تولیدکنندگان و انواع مقاطع موجود در دهه گذشته به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در سال ۱۹۶۰ تنها دو تولیدکننده آمریکایی وجود داشت که هرکدام ۹ مقطع سپر‌کوبی ارائه می‌کردند. امروزه حداقل ۱۴ تولیدکننده آمریکایی و بین‌المللی بیش از ۲۰۰ نوع مقطع سپر‌کوبی در این کشور عرضه می‌کنند. رقابت باعث تولید مقاطع جدید، گسترده‌تر و کارآمدتر شده است. اکنون مقاطع Z بزرگ‌تر برای سپر‌کوبی عمیق با مدول مقطع تقریباً دو برابر مقاطع قبلی در دسترس هستند. یک سیستم دیواری جدید نیز با استفاده از مقاطع H بزرگ و شکل‌های سبک Z ایجاد شده که مدول مقطع را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. همچنین مواد سبک‌وزن با فناوری "گیج" در آسیاب‌های شکل‌دهی سرد برای سپر‌کوبی‌های کم‌عمق و اقتصادی تولید می‌شود.

استفاده از فولاد با مقاومت بالا در سپر‌کوبی ورق

فولادهای با مقاومت بالا تا نقطه تسلیم ۶۰ ksi نیز به طور مؤثر در طراحی سپر‌کوبی ورق استفاده شده‌اند. این نوع فولادها امکان کاهش وزن یا افزایش استحکام خمشی و مقاومت اتصال را فراتر از گریدهای معمولی فراهم می‌کنند. همچنین، برای محیط‌های خاص، فولادهای مقاوم در برابر خوردگی نیز می‌توانند انتخاب شوند.

سپر‌کوبی ورق بتنی

سپر‌های بتنی پیش‌ساخته دارای عمق ۶ تا ۱۲ اینچ و عرض ۳۰ تا ۴۸ اینچ با اتصالات زبانه و شیار یا دوغابی هستند که اتصال دوغابی پس از نصب تمیز و دوغاب‌کاری می‌شود تا یک دیوار نسبتاً ضدآب ایجاد کند. این سپر‌ها معمولاً برای حمل و نقل و نصب، پیش‌تنیده می‌شوند و برای استفاده در محیط‌های دریایی، بسترهای جریان با سایش زیاد و تحمل بارهای محوری مناسب هستند.

سپر‌کوبی ورق آلومینیومی سبک

سپر‌های آلومینیومی به شکل ورق‌های موج‌دار و از آلیاژهای 5052 یا 6061 ساخته شده و برای کاربری‌های خاص با مدول مقطع و ممان اینرسی نسبتاً کم عرضه می‌شوند. این نوع سپر‌ها دارای مقاطع Z نیز هستند که برای سپر‌کوبی در عمق کم به کار می‌روند.

سپر‌کوبی ورق وینیل

سپر‌کوبی وینیل به عنوان یک گزینه جدید برای ساخت دیوارهای دریایی و دیگر کاربردهای سپر‌کوبی به روش اکستروژن تولید می‌شود. این ورق‌ها از جنس پلی‌وینیل کلراید (PVC) اصلاح‌شده بوده و در برابر خوردگی و شسته‌شدن مقاوم هستند. تکنولوژی به‌کاررفته در این سپر‌ها مشابه سایدینگ وینیل در خانه‌ها و قطعات پلاستیکی خودرو است و برای دوام بیشتر در برابر نور خورشید به مواد تثبیت‌کننده UV نیز مجهز شده است.

سپر‌کوبی ورق فایبرگلاس  Pultruded

سپر‌های ورق فایبرگلاس به کمک فرآیند کششی تولید می‌شوند و دارای مقاطع پروفیلی با طول پیوسته هستند. این نوع سپر‌کوبی برای کاربردهای خاصی که نیاز به مقاومت بالا دارند مناسب است و مزایای زیادی در برابر انواع سنتی ورق‌های فلزی ارائه می‌دهد.

پروژه های سپرکوبی در ایران

• در ایران، سپرکوبی به‌ویژه در پروژه‌های عمرانی و ساخت و سازهای زیرزمینی به‌کار می‌رود. چند پروژهسپرکوبی در شهرهای مختلف به شرح زیر است:

1. پروژه مترو تهران: در طول ساخت و گودبرداری‌های مرتبط با ایستگاه‌های مترو، از سپرکوبی برای پایدارسازی دیواره‌ها استفاده شده است.
   • آدرس: ایستگاه‌های مختلف مترو تهران، مانند ایستگاه‌های خط 7 و 6.
   • مترو تهران
2. پروژه‌های ساختمان‌های بلند در شهرک غرب: در این منطقه، به دلیل شرایط خاک و آب‌های زیرزمینی، سپرکوبی در ساخت و سازها به‌کار می‌رود.
   • آدرس: شهرک غرب، تهران.
3. پروژه‌های عمرانی در اصفهان: در برخی از پروژه‌های بزرگ مانند پل‌ها و زیرگذرها، از روش سپرکوبی استفاده شده است.
   • آدرس: اصفهان، پروژه پل‌های زیرگذر.
4. پروژه‌های مربوط به توسعه بندر شهید رجایی: این پروژه‌ها شامل سپرکوبی برای پایدارسازی دیواره‌های گودبرداری‌های عمیق می‌شوند.
   • آدرس: بندر شهید رجایی، هرمزگان.
5. پروژه‌های عمرانی در مشهد: در پروژه‌های زیرزمینی و تونل‌ها، سپرکوبی به‌کار رفته است.
   • آدرس: مشهد، پروژه‌های زیرزمینی.

روش اجرای سپرکوبی

اولین مرحله برای انجام عملیات سپرکوبی در گودبرداری ، تعیین محل دقیق کوبش سپرها می باشد. پس از آن، اقدام به کوبش سپرها با استفاده از ماشین آلات مخصوص می نمایند. ارتعاش ایجاد شده سبب فرو رفتن سپرها در خاک می گردد. پس از رسیدن به عمق مورد نظر، سپر بعدی کوبیده می شود. این سپرها به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته ایجاد می نمایند.

پس از کوبش سپرها ، حفاری تا عمق پایدار انجام می شود. بعد از نصب کمرکش ها و مهارهای جانبی و حصول اطمینان از مقاومت جانبی سپرها، عملیات خاکبرداری از سر گرفته می شود. خاکبرداری تا رسیدن به تراز نهایی ادامه می یابد. پس از رسیدن به عمق مورد نظر، مازاد طول سپهرها با استفاده از هوابرش ، بریده می شود.

مزایای سپرکوبی

از آنجایی که در روش سپرکوبی شیارها چفت می شوند، در نتیجه از ورود آب به داخل گود جلوگیری به عمل آمده و آب بند می شود. سرعت بالای اجرا از دیگر مزایای سپرکوبی در گودبرداری است. این روش ایمنی بالایی را در حین اجرا و همین طور پس از پایان گودبرداری فراهم می نماید. همچنین در صورت عدم تغییر شکل صفحات فلزی و پشت بندها، امکان استفاده مجدد از آنها در پروژه های دیگر وجود دارد. روش سپرکوبی برای اجرای کانال ها به ویژه با طول های زیاد، بسیار مناسب است. 

معایب سپرکوبی

یکی از معایب سپرکوبی ، هزینه بالای آن است. بالا بودن هزینه سپرکوبی به دلیل نیاز به دستگاه های ویژه برای کوبش و نیز نیاز به نیروهای متخصص می باشد. بالا بودن هزینه اجرا و نیز نیاز به ادوات و ماشین آلات مخصوص جهت کوبش سپرها، سبب شده است که در ساخت و سازهای متداول و معمول شهری از این روش استفاده نگردد. علاوه بر این، از معایب دیگر سپرکوبی ، نیاز به جای کافی برای اجرا می باشد. این روش برای عرض های کم مناسب تر است.