پیشرفت روزافزون شهرها، افزایش جمعیت و کمبود زمین‌های قابل دسترس و مناسب ساخت، نیاز به ساخت ساختمان‌های بلندمرتبه و استفاده حداکثری از مساحت زمین در شهرها را افزایش داده است. برای رسیدن به خاک بستر مناسب و همچنین ایجاد فضای زیرزمینی جهت استفاده به عنوان پارکینگ، انبار، محل نصب تأسیسات و ... نیاز به حفاری و گودبرداری زمین است. گودبرداری به خصوص در مناطق پرتراکم شهری، چالش‌های زیادی داشته و رعایت نکات فنی و ایمنی برای حفاظت از دیواره‌های گود و جلوگیری از ریزش آن بسیار حائز اهمیت است. اصلی‌ترین راه برای حفاظت از دیواره‌های گود اجرای سازه نگهبان گودبرداری است.
سازه نگهبان چیست؟
سازه نگهبان (Retaining Structure) مجموعه‌ای از المان‌هاست که برای حفاظت از گود و تأمین پایداری دیواره‌های گودبرداری شده به کار می‌رود. این سازه معمولاً از موادی مانند بتن، فولاد، چوب و سنگ ساخته شده و در برابر فشارهای جانبی خاک، لغزش خاک و ریزش دیواره گود مقاومت می‌کند. یکی از چالش‌های اساسی در ساخت و ساز شهری، ایجاد پایداری مناسب خاک در هنگام گودبرداری است. هدف اصلی پایدارسازی دیواره‌های گود، فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای عملیات اجرایی و حفاظت از جان و مال افراد خارج و داخل گود است. همچنین، به دلیل تاثیرگذاری عملیات گودبرداری بر مناطق همجوار، طراحی و اجرای صحیح سازه‌های نگهبان به رفع نگرانی ساختمان‌های مجاور کمک کرده و در نهایت رضایت و احساس امنیت ذینفعان و مجاورین را تأمین می‌کند. عدم اجرای سازه نگهبان منجر به از بین رفتن تعادل خاک و جابجایی ناگهانی آن در هنگام گودبرداری شده و افرادی که در نزدیکی گود مشغول به کار هستند در معرض خطر فروریختن دیواره‌های گود قرار می‌گیرند. همچنین، تاثیرات ناشی از گودبرداری می‌تواند به همجواری‌ها نیز انتقال پیدا کرده و مشکلاتی از قبیل تغییر شکل و تخریب سازه‌های مجاور گود را به همراه داشته باشد. به همین دلیل، استفاده از سازه نگهبان در هنگام گودبرداری و ساخت سازه‌های شهری، امری ضروری و حیاتی به شمار می‌رود.آشنایی با انواع سازه نگهبان
مطابق بند 7-5-2 مبحث هفتم مقررات ملی ایران، سازه‌های نگهبان بر اساس نوع عملکردی که دارند به 5 گروه وزنی، سپرگونه، خاک مسلح، میل‌مهاری و میخ‌کوبی و یا دیوار زیرزمین دسته‌بندی می‌شوند. سازه‌های نگهبان هم شامل سازه نگهبان موقت گودبرداری و هم شامل دیوارهای حائل دائمی زیرزمین ساختمان‌ها و نظایر آن‌ها می‌شوند. در ادامه 4 نوع سازه نگهبان که به طور متداول در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرند مورد بررسی قرار گرفته‌اند.سازه نگهبان خرپایی (Truss)
سازه نگهبان خرپایی، یکی از قدیمی‌ترین و گسترده‌ترین روش‌های استفاده شده در اجرای گودبرداری‌های کم‌عمق شهری است. در این روش، سازه‌های خرپایی در فواصل منظم به دیواره گود نصب شده و با تحمل فشار جانبی خاک و انتقال آن به زمین، پایداری گود را تامین می‌کنند. اجرای سازه نگهبان خرپایی نسبتاً ساده است و به تجهیزات و تخصص زیادی نیاز ندارد. این روش در ایران به میزان بسیار گسترده‌ای به کار می‌رود و می‌توان گفت پرکاربردترین سازه نگهبان گودها در ایران است. مزایای سازه نگهبان خرپایی:- سهولت اجرا، سرعت بالا و عدم نیاز به ماشین‌آلات خاص
- قابل استفاده در عموم گودهای متداول شهری
- عدم تجاوز به زمین‌های مجاور گود
- قابل اجرا در شرایط مختلف
- امکان بازیافت بخشی از مصالح مصرفی
- نامناسب برای گودهای عمیق
- اشغال فضای داخل گود
- احتمال ضرورت برداشت بخشی از خاک گود با روش‌های دستی
روش نیلینگ و انکراژ (Anchorage / Nailing)
روش انکراژ و نیلینگ از جمله روش‌های پایدارسازی گودها است که در دسته روش‌های میل‌مهاری و میخ‌کوبی قرار داشته و در واقع دیواره گود را به خاک پشتش می‌دوزد. در این روش، با حفاری گمانه‌هایی در زمین اطراف گود و قرار دادن المان‌های مسلح‌کننده (مانند میلگرد یا استرند) داخل گمانه‌ها و تزریق دوغاب، مقاومت برشی سطح گسیختگی خاک افزایش می‌یابد. در روش انکراژ، با ایجاد نیروی پیش‌تنیدگی در المان‌های مسلح‌کننده، میزان تغییرشکل‌های ناشی از گودبرداری کاهش می‌یابد. همچنین، اعمال نیروی پیش‌تنیدگی منجر به حصول اطمینان از صحت عملکرد المان می‌گردد. در سیستم نیلینگ، المان‌های مسلح‌کننده بدون اعمال نیروی پیش‌تنیدگی داخل گمانه قرار گرفته و فعال شدن نیرو در نیل‌ها مستلزم بروز تغییرشکل در توده خاک دیواره گود است.مزایای روش نیلینگ و انکراژ چیست؟
- قابلیت اجرا در پایدارسازی گودهای با عمق زیاد
- سرعت بالای اجرا
- عدم تداخل با اجزای سازه اصلی
- حداقل اشغال فضای داخلی پروژه
- امکان پایدارسازی دائمی
- انطباق با روش‌های زهکشی و آب‌بندی
- انعطاف پذیری و امکان تقویت طرح در حین و پس از اجرا
- قابلیت اجرا در پروژه‌های با هندسه نامنظم
- امکان استفاده در پروژه‌های نیمه تمام و یا پایدارسازی نشده
- قابلیت استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری
معایب روش نیلینگ و انکراژ چیست؟
- ورود به محدوده زمین‌های مجاور
- نیاز به تجهیزات و ماشین‌آلات خاص
- مشکلات و محدودیت‌های اجرایی مربوط به وجود حفره‌های زیرزمینی
- ایجاد آلودگی صوتی
- احتمال آسیب رساندن به فضای سبز و چاه‌های مجاور
روش مهار متقابل (Braced Cut)
روش مهار متقابل برای گودهای با عرض کم یا متوسط، مناسب و اقتصادی است. یکی از معایب سازه نگهبان خرپایی اشغال فضای داخل گود است که گاهی در گودهای با عرض کم استفاده از این روش را غیرممکن می‌کند. همچنین بکارگیری نیلینگ و انکراژ نیز ممکن است به دلیل وجود معارض در زمین‌های مجاور عملی نباشد. در این شرایط استفاده از روش مهار متقابل گزینه مناسبی است. در این روش ابتدا در دو طرف گود و در فواصلی معین، شمع‌هایی اجرا می‌شوند. طول این شمع‌ها کمی بیشتر از طول گود است و شمع‌ها باید دو به دو مقابل یکدیگر باشند. سپس قسمت فوقانی هر دو شمع به کمک یک عضو فشاری افقی (تیر فولادی) به یکدیگر متصل می‌شوند. این کار باعث می‌شود که هر دو شمع مقابل یکدیگر به پایداری هم کمک کنند. پس از آن خاکبرداری به تدریج و تا تراز مورد نظر ادامه پیدا می‌کند.مزایای روش مهار متقابل چیست؟
- امکان بازیافت بخشی از مصالح (مهارها)
- عدم ورود به زمین‌های مجاور
- انعطاف پذیری و امکان تقویت طرح در حین و پس از اجرا
- عدم وابستگی به جنس خاک
معایب روش مهار متقابل چیست؟
- غیراقتصادی بودن در زمین‌های با عرض و عمق زیاد
- اشغال فضای داخل گود و صعوبت خاکبرداری و اجرای سازه اصلی
- سرعت نسبتاً پایین اجرای عملیات
- محدودیت اجرا در پروژه‌های با هندسه نامنظم
- نیاز به تجهیزات و ماشین‌آلات خاص
روش بالا به پایین (Top-Down)
روش بالا به پایین در گودبرداری و ساخت سازه‌هایی که زیر زمین هم ادامه دارند، یکی از روش‌های اجرایی است که بر خلاف سایر روش‌های ساخت، مراحل ساخت معکوس اجرا می‌شوند. در روش Top-Down ساخت و ساز از تراز صفر شروع شده و مرحله به مرحله به سمت تراز زیر فونداسیون پیش می‌رود. این روش با ایجاد امکان اجرای همزمان طبقات بالا و پایین تراز صفر، منجر به کاهش زمان اجرای کل سازه می‌شود. در این روش از سازه اصلی (با اعمال تغییراتی در بخش زیرسازه) برای تامین پایداری گود و کنترل تغییرشکل‌های ناشی از آن استفاده می‌شود. بهترین زمان برای تصمیم‌گیری اجرای یک سازه به روش Top-Down در همان ابتدای تهیه نقشه‌های معماری و پیش از طراحی سازه (به منظور لحاظ نمودن تمام ملاحظات طراحی و اجرایی) است.مزایای روش بالا به پایین چیست؟
- حذف سازه نگهبان موقت
- کاهش زمان اتمام پروژه درصورت اجرای همزمان زیرسازه و روسازه
- عدم ورود به زمین‌های مجاور
- عدم محدودیت اجرا در زمین‌های با ابعاد و هندسه مختلف
معایب روش بالا به پایین چیست؟
- سختی خاکبرداری و اجرای بخش زیرسازه
- نیاز به تجهیزات و ماشین‌آلات خاص
- عدم امکان استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری و یا تغییر طرح
- محدودیت و سختی اجرای اسکلت بتنی
عوامل موثر بر انتخاب سازه نگهبان چیست؟
پایدارسازی دیواره‌های گود به روش‌های مختلفی می‌تواند انجام شود. انتخاب این که چه روشی برای گودبرداری و پایدارسازی گود استفاده شود به عوامل زیادی وابسته است. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:- عمق و ابعاد گود
- نوع خاک و شرایط ژئوتکنیکی ساختگاه
- همجواری‌ها و محدودیت‌های اطراف و داخل پروژه
- محدودیت‌های قانونی و حقوقی
- زمان اجرای عملیات
- شرایط اقتصادی پروژه
- منابع موجود برای اجرای پروژه (نیروی انسانی و ماشین‌آلات موجود)
- مسائل زیست‌محیطی
