اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل؛ بررسی مراحل، مزایا و نکات اجرایی
روش مهار متقابل یکی از متداولترین شیوههای سازه نگهبان در گودبرداری است که با اتصال دیوارهها به کمک المانهای افقی یا مورب، پایداری خاک را تامین میکند. طبق گزارش (FHWA)، این روش به دلیل کارایی در فضاهای محدود شهری کاربرد گستردهای در پروژههای عمرانی دارد.
سازه نگهبان مهار متقابل چیست؟
سازه نگهبان مهار متقابل (Strut Method) یکی از رایجترین روشهای پایدارسازی گود است که در آن دیوارههای گود به کمک المانهای فشاری افقی یا مورب به یکدیگر متصل میشوند.
این اتصال متقابل باعث میشود که نیروی جانبی ناشی از فشار خاک و آب زیرزمینی میان دیوارهها تقسیم شود و تعادل کلی سازه حفظ گردد.
معمولاً از این روش در گودهایی با عمق متوسط تا زیاد (۵ تا ۲۰ متر) و در مناطق شهری که فضای کافی برای اجرای سازههای نگهبان دیگر مانند میخکوبی (Soil Nailing) یا دیوار دیافراگمی وجود ندارد، استفاده میشود.
طبق گزارش اداره فدرال بزرگراههای آمریکا (FHWA)، روش مهار متقابل در پروژههای زیرزمینی آمریکا به دلیل سرعت نصب بالا و امکان استفاده در فضاهای محدود، یکی از روشهای پرکاربرد است (منبع).
در مقالهای در ساینتیفیک ریپورتس (Nature Scientific Reports)، به بررسی تغییر مکان جانبی دیوارههای دیافراگمی در خاکهای نرم پرداخته شده و به تأثیر سیستمهای مهار بر کاهش تغییر مکان اشاره شده است (منبع).
این روش اگرچه نیازمند طراحی دقیق فاصله و قطر استراتهاست، اما به دلیل انعطافپذیری، هزینه مناسب نسبت به دیوارهای بتنی و قابلیت اجرا در شرایط زمین متفاوت، در پروژههای بزرگ مانند ساخت مترو، پارکینگهای طبقاتی زیرزمینی و خطوط لوله شهری به طور گسترده به کار گرفته میشود.
مطالب مرتبط: سازه نگهبان چوبی چیست؟ انواع سازه نگهبان چوبی
اهمیت اجرای سازه نگهبان مهار متقابل
اجرای سازه نگهبان مهار متقابل نقش حیاتی در پایداری گودبرداریها و حفظ ایمنی پروژههای عمرانی دارد. این روش با استفاده از المانهای افقی یا مورب، دیوارههای گود را به یکدیگر متصل میکند و از ریزش خاک و تغییر مکان جانبی دیوارهها جلوگیری مینماید.
مهار متقابل به ویژه در فضاهای محدود شهری و گودهای با عمق متوسط تا زیاد اهمیت دارد، زیرا امکان اجرای روشهای دیگر مانند دیوارهای دیافراگمی یا میخکوبی گسترده محدود است.
علاوه بر افزایش ایمنی، این روش باعث توزیع یکنواخت فشار خاک بین دیوارهها میشود و خطرات ناشی از نشستهای ناگهانی خاک را کاهش میدهد.
از دیدگاه اقتصادی نیز، مهار متقابل به کاهش هزینههای اضافی ناشی از تعمیر یا تقویت دیوارهها کمک میکند و سرعت اجرای پروژه را بالا میبرد.
به همین دلیل، استفاده از این تکنیک در پروژههای شهری، ساخت پارکینگهای طبقاتی زیرزمینی، خطوط مترو و دیگر سازههای زیرزمینی با محدودیت فضا بسیار متداول است و به عنوان یک راهکار موثر و عملیاتی برای بهبود ایمنی و کارایی پروژه شناخته میشود.
اجزای اصلی سازه نگهبان مهار متقابل
سازه نگهبان مهار متقابل از چند جزء کلیدی تشکیل میشود که هر کدام نقش مهمی در پایداری گود و انتقال نیروهای جانبی خاک دارند. شناخت دقیق این اجزا به مهندسان کمک میکند تا طراحی و اجرای پروژه با ایمنی و کارایی بالا انجام شود.
دیواره نگهبان
دیوار نگهبان (Retaining Wall)، بخش اصلی سازه است که فشار جانبی خاک را تحمل میکند. این دیوار میتواند از جنس چوب، فولاد یا بتن باشد و بسته به عمق و نوع خاک انتخاب میشود.
استرات یا مهار افقی
استراتها یا مهارهای افقی (Struts)، دیوارهها را به یکدیگر متصل میکنند و نیروهای فشاری جانبی خاک را میان دیوارهها توزیع مینمایند. جنس آنها معمولاً فولاد یا چوب مقاوم است و فاصله بین استراتها بر اساس عمق گود طراحی میشود.
شاترز یا براکتها
شاترزها یا براکتها (Shutters / Brackets)، استراتها را به دیوار نگهبان متصل میکنند و ثبات اتصال بین اجزا را فراهم میکنند. این قسمتها نقش مهمی در انتقال نیرو و جلوگیری از لغزش استراتها دارند.
سیستم تکیهگاه جانبی
سیستم تکیهگاه یا ولرها (Walers)، معمولاً به صورت تیرهای افقی یا مورب نصب میشوند و به تقویت دیوارها و استراتها کمک میکنند. ولرها فشار توزیعشده از خاک را بهتر کنترل میکنند و استحکام کلی سازه را افزایش میدهند.
پایه و پی دیوار
پایه یا پی دیوار (Foundation)، زیر دیواره نگهبان قرار میگیرد و وزن دیوار و فشار خاک را به زمین منتقل میکند. طراحی دقیق پایه برای جلوگیری از نشست و لغزش دیواره اهمیت بالایی دارد.
مراحل آمادهسازی قبل از اجرای سازه
قبل از شروع اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل، انجام آمادهسازی دقیق سایت و برنامهریزی مراحل اجرایی اهمیت بالایی دارد.
این آمادهسازی باعث میشود که پروژه با ایمنی، دقت و سرعت بالاتر پیش برود و مشکلات ناشی از خاک یا شرایط محیطی کاهش یابد.
بررسی و تحلیل خاک
قبل از هر اقدامی، باید ویژگیهای خاک محل پروژه بررسی شود، از جمله نوع خاک، تراکم، رطوبت و فشار جانبی. این اطلاعات برای طراحی عمق گود، فاصله دیوارها و تعداد استراتها ضروری است.
پاکسازی و آمادهسازی محل
زمین گودبرداری باید عاری از موانع، خاک اضافی و مصالح غیرضروری شود. مسیرهای دسترسی برای ماشینآلات و تجهیزاتی مانند استراتها و ولرها نیز مشخص میگردد.
طراحی و برنامهریزی استراتها و دیوارها
طراحی دقیق ارتفاع دیوار، فاصله استراتها و قطر مهارها انجام میشود تا فشار خاک به طور یکنواخت توزیع شود. همچنین محل نصب شاترزها و ولرها مشخص میشود.
تعیین تکیهگاهها و پی دیوار
پایه یا پی دیوار نگهبان با دقت مشخص میشود تا وزن دیوار و فشار خاک به صورت مناسب به زمین منتقل شود. این مرحله شامل اندازهگیری دقیق و علامتگذاری محل پایههاست.
آمادهسازی تجهیزات و مصالح
تمام استراتها، شاترزها، ولرها و مصالح دیوار نگهبان آماده شده و سیستمهای جانبی مانند ابزار نصب و ماشینآلات سنگین در محل قرار میگیرند.
فرآیند اجرای سازه نگهبان مهار متقابل
اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل نیازمند رعایت دقیق مراحل اجرایی و کنترل نیروهای جانبی خاک است تا پایداری گود و ایمنی کارگران تضمین شود.
این روش در پروژههای شهری و گودبرداریهای عمیق به دلیل سرعت بالا و امکان اجرای اقتصادی بسیار پرکاربرد است.
نصب دیوارههای نگهبان
دیوارهای نگهبان ابتدا در محل گودبرداری نصب میشوند. این دیوارها میتوانند از چوب مقاوم، فولاد یا بتن ساخته شوند و وظیفه تحمل فشار جانبی خاک را بر عهده دارند.
نصب استراتها یا مهارهای افقی
استراتها به صورت افقی یا مورب بین دیوارهها نصب میشوند تا فشار خاک میان دیوارهها توزیع شود. فاصله و قطر استراتها بر اساس عمق گود و فشار خاک طراحی میگردد.
اتصال استراتها به دیوار با شاترز و براکتها
شاترزها یا براکتها استراتها را به دیوار نگهبان متصل میکنند و ثبات و ایمنی سازه را افزایش میدهند.
نصب سیستم تکیهگاه جانبی
ولرها یا تیرهای افقی و مورب فشار توزیعشده از خاک را بهتر کنترل کرده و استحکام کلی سازه را افزایش میدهند.
کنترل و تست پایداری
پس از نصب کامل اجزا، جابجایی دیوارهها و استراتها اندازهگیری میشود تا اطمینان حاصل شود که فشار خاک به طور یکنواخت توزیع شده و سازه پایداری لازم را دارد.
تکمیل گودبرداری و اجرای پی دیوار
گودبرداری تا عمق نهایی انجام شده و پی دیوار نهایی ساخته میشود تا وزن دیوار و فشار خاک به زمین منتقل شود.
مطالب مرتبط: سازه LSF چیست؟ نحوه اجرای سازه LSF
مزایا و محدودیتهای روش مهار متقابل
روش مهار متقابل یکی از متداولترین تکنیکهای اجرای سازه نگهبان است که مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارد.
شناخت این ویژگیها به مهندسان و مدیران پروژه کمک میکند تا انتخاب مناسبی برای گودبرداری و پایدارسازی انجام دهند و از مشکلات احتمالی جلوگیری کنند.
مزایا:
- ایمنی بالا: با توزیع یکنواخت فشار خاک بین دیوارهها و استراتها، خطر ریزش و جابهجایی جانبی کاهش مییابد.
- قابلیت اجرا در فضاهای محدود: مناسب پروژههای شهری و گودبرداریهای عمیق با فضای محدود.
- سرعت نصب بالا: نسبت به روشهای پیچیده مانند دیوار دیافراگمی، نصب سریعتر انجام میشود.
- انعطافپذیری طراحی: امکان استفاده از دیوارهای چوبی، فولادی یا بتنی بسته به شرایط پروژه.
- کاهش هزینههای نگهداری: پس از اجرای صحیح، نیاز به تعمیرات و تقویت دیوار کمتر است.
محدودیتها:
- محدودیت در گودهای خیلی عمیق: برای گودهای بسیار عمیق یا خاک با فشار جانبی بسیار زیاد، نیاز به مهارهای تخصصی یا روشهای جایگزین وجود دارد.
- نیاز به طراحی دقیق استراتها: فاصله و قطر مهارها باید با دقت محاسبه شود تا فشار خاک به درستی توزیع گردد.
- حساسیت به شرایط خاک: خاکهای ریزدانه و مرطوب ممکن است عملکرد سیستم را تحت تأثیر قرار دهند.
- هزینه اولیه تجهیزات: نصب استراتهای فولادی و شاترزها نیازمند تجهیزات و مصالح با کیفیت است که هزینه اولیه را افزایش میدهد.
نکات ایمنی در اجرای سازه نگهبان مهار متقابل
رعایت استانداردهای ایمنی و پروتکلهای اجرایی در نصب و راهاندازی سازه نگهبان مهار متقابل اهمیت بالایی دارد. این نکات باعث کاهش خطرات جانی، جلوگیری از ریزش خاک و حفاظت از تجهیزات میشوند.
- بازرسی خاک قبل از اجرا: بررسی دقیق نوع خاک، رطوبت و فشار جانبی برای جلوگیری از لغزش یا نشست ناگهانی دیوارهها.
- کنترل فاصله و قطر استراتها: رعایت فاصله و قطر مناسب مهارها برای توزیع یکنواخت فشار خاک.
- استفاده از تجهیزات حفاظتی فردی (PPE): کلاه ایمنی، دستکش، کفش ایمنی و کمربند ایمنی برای کارگران الزامی است.
- ثابت بودن شاترز و براکتها: اطمینان از نصب صحیح و محکم بودن اتصالات بین استراتها و دیوارها.
- کنترل جابهجایی دیوارهها: اندازهگیری منظم تغییر مکان دیوارهها با ابزارهای دقیق و ثبت دادهها.
- پایش سیستم خنککننده و تجهیزات جانبی: در صورت استفاده از تجهیزات مکانیکی، از عملکرد صحیح آنها و عدم ایجاد خطر اطمینان حاصل شود.
- آموزش نیروی انسانی: تمامی پرسنل در مورد روشهای نصب، خطرات احتمالی و اقدامات اضطراری آموزش دیده باشند.
سخن آخر
اجرای سازه نگهبان به روش مهار متقابل یکی از راهکارهای کارآمد و ایمن برای پایدارسازی گودبرداریها، به ویژه در فضاهای محدود شهری است.
این روش با استفاده از المانهای افقی یا مورب، دیوارهها را به یکدیگر متصل کرده و فشار جانبی خاک را به طور یکنواخت توزیع میکند، که باعث کاهش خطر ریزش دیوارهها و افزایش ایمنی کارگران میشود.
علاوه بر این، مهار متقابل از نظر اقتصادی و سرعت اجرا نسبت به روشهای پیچیدهتر مانند دیوار دیافراگمی مزیت دارد و انعطافپذیری طراحی برای استفاده از مصالح مختلف مانند چوب، فولاد یا بتن را فراهم میکند.
با رعایت مراحل اجرایی دقیق، آمادهسازی صحیح و نکات ایمنی، این روش میتواند به یک راهکار مطمئن و مقرونبهصرفه برای پروژههای گودبرداری شهری و صنعتی تبدیل شود و طول عمر و پایداری سازه را تضمین کند.