تثبیت جداره های گودبرداری

 

 

بنابر وضعیت زمین و شرایط موجود در محل برای حفر و نگهداری ترانشه از روشهای مختلفی جهت ایجاد گود قائم استفاده می شود که مهمترین آنها عبارتند از:

  • روش میخ­کوبی دیواره (Nailing)
  • روش انکراژ 
  • روش استفاده از پایه­ های فولادی
  • روش اجرای شمع­های درجا
  • روش تلفیق شمع و انکر
  • روش دیوارسازی بتنی
  • روش استفاده از دیوار پیش ساخته
  • روش گودبرداری با تکیه بر ساختمان(Top Down)

میخ­کوبی دیواره (Nailing)

در مواردی که دیواره های گود بصورت تقریباً قائم و یا با شیب زیاد اجرا می شوند لازم است تا سیستم مهار مناسبی برای آن در نظر گرفته شود. میخ کوبی دیواره (Nailing) بوسیله میله های فولادی به طول چندین متر یکی از این روشهاست. آرایش فواصل نقاط میخ کوبی و طول میخها می بایست توسط مهندس ژئوتکنیک و بر اساس شرایط زیرسطحی محل ارائه شود. نحوه اجرای این سیستم در خاکهای سخت مانند ایستگاه مورد مطالعه شامل حفر چالهای افقی یا نیمه افقی در بدنه دیواره، قراردادن میله ها در چالها و تزریق دوغاب سیمان به درون آنها می باشد. سپس یک شبکه توری فلزی در سطح دیواره پهن شده و نقاط مختلف آن به میخها وصل می گردد. سپس روی توری شاتکریت شده تا پوشش مناسبی در سطح ترانشه ایجاد شود و سر میله­ها نیز به وسیله صفحات فولادی به این پوشش مهره می شوند.

مزایا:

پایدارسازی دیواره خاک به روش میخکوبی دارای مزایایی به شرح ذیل نسبت به روشهای دیگر می باشد:

عدم نیاز به ماشین آلات بزرگ و حجیم مانند عملیات اجرای شمع.

عدم نیاز به اجرای دیوارهای حائل با ابعاد زیاد.

نیاز به جایگزینی خاک و یا استفاده از منابع قرضه نمی باشد.

سرعت عمل بالا و صرفه­جویی در زمان اجرا.

نیاز به حجم زیاد مصالح مانند روشهای دیگر از جمله دیوار حائل یا اجرای شمع نمی باشد.

معایب:

این روش در زمینهای سست کارآیی ندارد.

روش نیلینگ محدود به زمینهایی است که در بالای سطح ایستایی آب واقع باشند.

در عملیات نیلینگ تغییرمکان جزئی قابل قبول وجود خواهد داشت که با توجه به شرایط سازه ای اطراف این مسئله می بایست مدنظر قرار گیرد.

انکراژ

این روش تقریباً همانند روش نیلینگ می­باشد با این تفاوت که در این روش ابتدا بخشی از نیل که در تودة ایستایی خاک قرار گرفته است توسط تزریق دوغاب سیمان تثبیت می­گردد و سپس با استفاده از جکهای مخصوص تودة پیشانی خاک که پتانسیل ریزشی را دارا می­باشد به تودة ایستایی خاک متصل می­گردد.

مزایا:

به علت آنکه عملیات تزریق در خاک صورت می­گیرد، خواص خاک بهبود پیدا می­کند.

تغییر مکانهای احتمالی خاک به علت انجام عملیات پیش تنیدگی بسیار کمتر از عملیات نیلینگ است.

سایر مزایا همانند عملیات نیلینگ می­باشد.

معایب:

علاوه بر دارا بودن معایب روش قبل، به دلیل استفاده از تجهیزات ویژه حفاری، هزینه عملیات حفاری بالا خواهد بود.

روش استفاده از پایه های فولادی

این روش بعنوان یکی از سیستم­های مهار دیواره قائم استفاده می­شود که در آن پایه­های فولادی با مقطع H یا I در فواصل طراحی شده در داخل چاهکهای به قطر 50 تا 80 سانتیمتر که قبلاً تا عمق طراحی شده حفر شده­اند نصب می­گردند و در آنها بتن کم عیار می­ریزند. در ادامه ترانشه مورد نظر بطور مرحله­ای حفر می­گردد. عمق خاکبرداری در هر مرحله وابسته به نوع پایداری زمین بین 4 تا 5  متر متغیر است. نهایتاً فواصل بین پایه­ها در هر مرحله با تیرهای چوبی و یا قالبهای بتنی پر می­گردد.

مزایا:

این روش یکی از روشهای خوب و مطمئن برای گودبرداریهایی است که عرض گودبرداری کم و در ضمن سطح خاک در دو طرف گود یکسان باشد.

معایب:

از این روش میتوان برای عرضهای گودبرداری کم و حداکثر تا 10 متر استفاده کرد. در صورت زیاد بودن عرض گود، باید بین تیرهای افقی، مهاربندی شود که باعث می شود فضای کار محدود گردد. این روش اختصاصاً برای حفر کانالهای مختلف بسیار مناسب است.

این روش در مواردی که آب زیرزمینی به داخل ترانشه راه می یابد و نیز زمانی که ساختمانها و تأسیسات سنگین در دو طرف ترانشه واقع شده باشند معمولاً قابل استفاده نمی باشد.

زمان مورد نیاز جهت حفر چاهکها قبل از انجام عملیات مهمترین عیب این روش می باشد.

اقتصادی بودن این روش نسبت به سایر روشها می­بایست مورد بررسی قرار گیرد.

 

روش اجرای شمع درجا

در این روش در پیرامون محلی که قرار است گودبرداری شود، شمعهای بتنی درجا در فواصل معینی نسبت به یکدیگر اجرا می شود. این شمعها فشار جانبی خاک را بصورت تیر یکسر گیردار تحمل می­کنند. طول گیرداری لازم برای شمعها را در طرح اولیه میتوان H 3/0 در نظر گرفت (H ارتفاع گودبرداری است). بعد از اجرای این شمعها، میتوان عملیات گودبرداری را آغاز و بصورت قائم گودبرداری کرد.

مزایا:

شمعهای اجرا شده به عنوان دیوار حائل نیز عمل می­کنند. در این حالت می­بایست فواصل بین شمعها به صورت دیوار پس از هر مرحله، قالب­بندی و بتن­ریزی گردد. توضیح اینکه این دیوارهای مسلح توسط آرماتورهای دوخت به شمعها مهار می­گردند.

سرعت عملیات میتواند در زمینهای فاقد تخته­سنگ بالا باشد.

معایب:

در گودهای عمیق قطر شمع­ها زیاد شده و نیازمند اشغال فضای بیشتری می­باشد.

در زمینهایی که دارای تخته­سنگ می­باشد حفر چاهک شمع ­ها عمدتاً مشکلات اجرائی را خواهد داشت.

زمان حفر چاهکها می تواند از عیوب این روش باشد.

روش تلفیق شمع و انکر

این روش در واقع استفاده از تکنیکهای اجرای شمع و انکر بصورت توأم باشد. با تلفیق این دو سیستم میتوان عیوب هر دو سیستم را به میزان چشم­گیری کاهش داد. در این روش ابتدا شمع­های بتنی یا فلزی اجرا گردیده و در فواصل مشخصی انکرها، شمع را به دیواره متصل می­نماید. بدین ترتیب علاوه بر کاهش تغییرمکان ناشی از گودبرداری توسط شمع­ها، قطر شمع­ها نیز بدلیل ایجاد تکیه­گاه توسط انکرها در طول بدنة آنها کاهش خواهد یافت. بدین ترتیب با طراحی مناسب بهترین حالت از نظر قطر شمع و طول انکرها را میتوان حاصل نمود.

توضیح اینکه این شرکت این روش را در چند پروژه گودبرداری طراحی نموده و اجرای آن را مورد بررسی قرار داده و نتایج مثبتی حاصل نموده است ضمن این که این روش از نظر اقتصادی نیز جزء روشهای مورد قبول قرار گرفته است.

 

دیوارسازی بتنی

در این روش پیش از گودبرداری دیوار قائمی به ضخامت 50 تا 80 سانتیمتر در دو طرف دیواره ترانشه موردنظر احداث می شود که نقش دیوار حائل و پرده آب بند را به عهده دارد. دیوارسازی بتنی معمولاً به سه شیوه زیر انجام می شود:

روش استفاده از گل (Slurry Trench)

این روش یکی از متداولترین روشهای دیوارسازی بتنی است که طی سه مرحله اجرا می گردد:

مرحله اول: ابتدا در دو طرف دیواره بتنی اصلی که قرار است احداث شود، دو دیوار کوتاه بتنی به ارتفاع حدود 1 متر احداث می گردد که به عنوان دیواره راهنما تلقی می شود. سپس گودال محل دیواره بتنی اصلی تا عمق مورد نظر یعنی بیش از کف تونل، حفاری می گردد. برای جلوگیری از ریزش دیواره ها و پایداری گودال، داخل آن از گل حفاری یعنی مخلوط بنتونیت و آب پر می شود و در واقع حفاری در داخل گل انجام می گیرد و هربار، قطعه ای از گودال به طول 5 تا 6 متر و تا عمق مورد نظر حفاری می گردد. بسته به عمق و وضعیت زمین، برای حفاری گودال میتوان از دستگاههای کج بیل، جرثقیل حفار و یا هیدروفرز که به کمک جرثقیل بالا و پایین می رود، استفاده نمود.

مرحله دوم: پس از آنکه حفاری یک قطعه 3 تا 6 متری به طور کامل انجام شد، زره فولادی که از میل گرد ساخته شده است، به کمک جرثقیل در محل حفر شده قرار می گیرد. عرض این زره کمی کمتر از عرض گودال است تا بتنی که بعداً ریخته می شود، تمام اطراف آن را پر کند.

مرحله سوم: پس از قرار گرفتن زره در محل خود، عملیات بتن ریزی آغاز می شود. بتن ریزی از کف گودال آغاز شده  و به علت آنکه وزن مخصوص بتن بیش از گل است، به تدریج بتن در ته گودال رسوب می کند و گل در روی آن بالا می رود. پس از خاتمه عملیات بتن ریزی و سفت شدن بتن، خاکبرداری مجدداً آغاز و با افزایش عمق ترانشه، در صورت لزوم دیواره های بتنی طرفین، با استفاده از مهاربندی یا به کمک تیرهای افقی، مستحکم می گردد.

این شیوه دیوارسازی معمولاً به عنوان دیوار حائل که سازه اصلی یعنی تونل را در پناه خود نگه می دارد، احداث می شود اما در بعضی موارد ممکن است به عنوان دیوار تونل اصلی نیز تلقی شود. در این صورت، میل­گردهای موجود در زره فولادی را به گونه ای طراحی می کنند که بتوان آنها را با میل گردهای کف و سقف تونل درگیر کرد تا سازه یکپارچه ای را تشکیل دهند. در این روش می بایست حفر گودال با احتیاط کامل انجام گیرد زیرا اگرچه وجود گل بنتونیتی از ریزش دیواره های گودال جلوگیری می کند ولی این امر قطعی نیست و اگر در مرحله بتن ریزی خاک از دیواره ریزش کند، خاک با بتن مخلوط شده و مقاومت دیوار بتنی کاهش می یابد. از سوی دیگر امکان کنترل نفوذ بتن به داخل شبکه زره وجود ندارد و اگر این امر به خوبی انجام نگیرد، در مقاومت دیواره تأثیر خواهد داشت. همچنین می بایست بتن ریزی یکسره و بدون توقف انجام گیرد که این امر نیز محدودیتهایی را ایجاد می نماید.

روش استفاده از پایه­های حائل (Soldier Pile)

در این روش، در امتداد دیواره ترانشه، به فواصل دو برابر ضخامت دیواره مورد نظر، پایه هایی در داخل چاهکهایی که از قبل حفر شده اند نصب می شود. پس از تکمیل عملیات نصب پایه ها، خاک واقع در بین هر دو پایه با استفاده از جرثقیل حفار، برداشته شده و به جای آن بتن­ریزی می­شود.

 

روش دیوارهای حفاری شده (Drilled Walls)

این شیوه در واقع روش مشتق از روش پایه های حائل است. در این روش، در امتداد دیواره مورد نظر چاهکهایی به قطر تقریبی 75 سانتیمتر و به فاصله حدود 170 سانتیمتر حفر می شود. پس از حفر چاهکها، پایه ها در داخل این چاهکها رانده شده و با استفاده از بتن در محل مستحکم می شود. پس از استقرار پایه ها، خاک واقع در بین دو پایه نیز با حفر چاهکهایی به قطر 75 سانتیمتر برداشته شده و فاصله بین پایه ها با بتن پر می شود.

استفاده از دیواره پیش ساخته

در این روش ابتدا گودالی به کمک روش استفاده از گل که در بخش قبل توضیح داده شده حفر گردیده و سپس قطعات پیش ساخته بتنی در داخل آن قرار می گیرد. صفحات به گونه ای جایگذاری می شوند که به حالت معلق باشند تا اجباراً به حالت قائم قرار گیرند. این امر با استفاده قطعات فلزی که در بالای صفحه وجود دارد، انجام می گیرد. پس از آنکه قطعه بتنی در جای خود قرار گرفت گل داخل گودال باید سفت شود و خود را بگیرد تا قطعه بتنی در جای خود محکم شده و به جسم زمین متصل شود. بدین منظور در داخل گودال، مخلوطی از بنتونیت، سیمان، مواد شیمیایی و آب به کار می برند. گاهی نیز حفر گودال را با استفاده از گل بنتونیتی انجام می دهند و پس از جایگذاری قطعات پیش ساخته، خمیر شل سیمانی را جایگزین آن می کنند.

برای اتصال قطعات مجاور روشهای مختلفی جهت ایجاد کام و زبانه در نظر گرفته می شود. همچنین یکی از ویژگیهای دیگر این سیستم امکان نفوذناپذیر کردن دیواره ها با استفاده از امکانات کارگاهی است.

 

 

روش گودبرداری با تکیه بر ساختمان (Top Down)

در این روش بعد از گودبرداری با شیب پایدار، هسته ساختمان به طور کامل ساخته شده و سپس چاه هایی در محل ستون های قاب های اطراف سازه میانی، که محل آن ها در شیب پایدار قرار گرفته و قبل از خاکبرداری قابل اجرا نیستند، حفر گردیده و ستون های این نواحی همراه با اتصالات آن در این چاه ها تا عمق مناسبی زیر سطح پی مستقر می شوند. تیر ها و سقف های طبقات فوقانی (بالای سطح زمین طبیعی) به طور کامل اجرا شده و سپس خاکبرداری به صورت مرحله ای و تا ارتفاع ایمن، که احتمال ریزش خاک وجود ندارد، صورت می گیرد. همزمان با خاکبرداری، دیوارهای حائل به صورت معکوس و تیرها و بادبندهای بالای آن اجرا می گردند. خاک پشت سازه از طریق این دیوارها بر ستون ها تکیه کرده و از طریق تیرها به سازه میانی منتقل میگردد.

مزایا:

مزیت این روش استفاده از خود سازه جهت نگهداری گود می باشد. این روش جهت ساختمان های بتنی مناسب نبوده و جهت سازه های با اسکلت فولادی پیشنهاد می شود.

معایب:

اجرای این روش گودبرداری نیاز به مهارت زیادی داشته و دقت در اجرا و توالی کار بدون وقفه جهت اطمینان از ایمنی گودبرداری ضروری می باشد.