بخشی از مقاله
روش هاي نوين پايداري گود
چکيده :با توجه به لزوم اجراي سازه هاي بلند مرتبه در کشور و نياز به انجام گودبرداريهاي عميق و نيمه عميق به منظور اجراي پروژه هاي ساختماني عظيم ، تامين پارکينگ در فضاهاي زيرزميني، افزايش پايداري سازه و حصول مقاومتهاي بالا در اعماق زمين ، اهميت گودبرداري و لزوم تامين ايمني در عمليات اجرائي بر کسي پوشيده نيست . امروزه با انجام مطالعات گسترده در خصوص سيستمهاي نگهداري ترانشه در گودبرداريهاي فضاهاي شهري، سيستم نويني را که تلفيقي اصولي و منطقي از سيستمهاي رايج نگهدارنده ترانشه ميباشند پيشنهاد شده ، اين روشها با به ره گيري از علم مهندسي ژئوتکنيک در کنار مهندسي سازه و بر مبناي محاسبات عددي با استفاده از نرم افزارهاي ژئوتکنيکي و سازه و همچنين بکارگيري روشهاي خاصي در روند عمليات اجرائي، توانسته است جايگاه خود را در بين روشهاي متداول و رايج گودبرداري و سيستمهاي نگهداري يابد. در اين مقاله به بررسي روش هاي نويني همچون روش بالا به پايين (Top-Down Method)، ديوار پله اي عرضي و جداره ي ستون هاي ريخته شده در محل ( MIP) ،جداره ي سپري دندانه دار و همچنين روش جزيره اي ميپردازد.
کلمات کليدي:گودبرداري، سازه هاي نوين نگهبان ، پايداري
١. مقدمه
امروزه با افزايش تراکم در عرصه هاي محدود و در نواحي پر تراکم شهري بر تعداد طبقات زير زميني و عمق گودبرداري افزوده گشته است . گسترش روز افزون شهرها و نياز به فضاهاي کار و سکونت از يک طرف و افزايش شديد قيمت زمين در شهرها و ضرورت استفاده حداکثري از زمين از سوي ديگر باعث گشته که احداث ساختمان هاي مرتفع گسترش چشمگيري يابند. همچنين افزايش ارتفاع ساختمان ها در سطح زمين نيازمند شالوده قوي تر و المان هاي سازه اي مقاوم تري است . از اين رو، انتقال شالوده به ترازهاي پايين تر زمين و استفاده از اين فضاي زيرزميني به عنوان طبقات ساختمان ها به صرفه تر خواهد بود. به طور کلي معايب روش هاي معمول مهندسان طراح را به سمت استفاده از روش هاي ديگرپايدارسازي سوق داده است به طوريکه به تدريج سيستم هاي انعطاف پذير با نشست پذيري نسبي بيشتر جايگزين سازه هاي معمول نگهدارنده شده است .
٢. معرفي روش هاي معمول نگهدارنده ي گود
روش هاي معمول و رايج پايدار سازي گود عبارتند از روش دوخت به پشت ، مهار متقابل ، اجراي شمع ، سپر کوبي، روش نيلينگ ، خرپا و... که معمولا هر کدام از اين روش ها داراي مزايا و معايبي هستند با بررسي اين روش ها و اجراي انها در محافظت و پايداري گ ودها بسياري از مهندسان طراح به بررسي و طراحي روش هايي با هزينه هاي کمتر اجراي محافظت گود هاي ايمن تر وکم کردن عيوب اين روش ها پرداخته اند.
٣. معرفي روش هاي نوين گودبرداري
طراحي براي پايدار کردن گود و ترانشه ها يکي از وظايف اصلي مهندس ژئوتکنيک ميباشد. انتخاب سيستم هاي نگهدارنده مناسب ، وابسته به دلايل متنوعي از جمله شرايط زمين و عمق گودبرداري ميباشد اما گاهي اوقات يکسري محدوديت ها وجود دارد، بعنوان مثال مالکان ساختمانهاي مجاور اجازه استفاده از انکور در زمين هاي مجاور را نميدهنديا فضاي قاب ل استفاده در داخل گود محدود بوده که در اين مواقع بايد روش هاي ديگري را بررسي وانتخاب کنند.
١.٣. روش بالا به پايين (Top-Down Method)
عمليات ساخت سازه هاي زير زميني به روش سنتي که با گود برداري و اجراي فنداسيون سازه ي زير زميني اغاز، با ساخت سازه ي اصلي از کف به سمت بالا ادامه و با تکميل سقف نهايي پايان ميابد بنام پايين به بالا(Bottom-Up Method) معروف است . برخلاف روش مذکور روش پيشرفته اي به نام بالا به پايين (Top-Down Method) وجود دارد که در سال هاي اخير در پروژه هاي بزرگ عملا جايگزين روش ساخت سنتي درکشور هاي صنعتي گرديده است . تاثير انتخاب روش ساخت سازه زير زميني بر مدت زمان احداث سازه هاي بلند با زير زمين هاي عميق در شکل ١قابل مشاهده است .
اين روش برخلاف روش سنتي با ساخت ديوار هاي دور، ستون ها و سقف نهايي آغاز و باتکميل گودبرداري و ساخت فنداسيون سازه ي زير زميني به اتمام ميرسد.
اين روش که به عنوان انق لابي در ساخت سازه هاي زير زميني بزرگ محسوب ميشود در دهه هفتاد با ايجاد تغييراتي در نحوه ي طراحي و محاسبات سازه و در اختيار داشتن برخي امکانات و تجهيزات خاص ، در ساخت ايستگاههاي مترو در شهر هاي پاريس وميلان به منظور کاهش زمان و هزينه هاي اجرايي و کاهش اختلال در ترافيک شهري و زندگي مردم بکار گرفته شد.
کاربرد اين روش مختص ساخت سازه هاي زير زميني و برج هاي بلند با زير زمين هاي عميق بوده و عمدتا در زمين هاي سست که نياز به اجراي سازه ي حفاظت گود جهت جلوگيري از ريزش ديوار هاي حفاري وجود دارد از اهميت فوق العاده اي برخوردار است .
شکل ١ . تاثير انتخاب روش ساخت سازه زير زميني بر مدت زمان احداث سازه هاي بلند با زير زمين هاي عميق
در اين روش عموما از ديوار هاي ديافراگمي که بعنوان ديوار حفاظت گود(در زمين هاي سست )در ابتدا و قبل از آغاز عمليات گودبرداري احداث ميشوند بعنوان ديوار هاي اصلي سازه زير زميني استفاده ميگردد. ستون هاي داخلي نيز قبل از اجراي عمليات گودبرداري با استفاده از يکي از سيستم هاي بارت هاي ديافراگمي، شمع هاي بتني درجا و يا ستون هاي پيش ساخته بتني يا فولادي اجرا گرديده و سپس نسبت به احداث سقف ها از بالاترين تراز به سمت پايين و خاکبرداري زير هر سقف اقدام ميگردد. در اين روش سقف طبقات به عنوان سازه هاي دائمي هستند که جايگزين مهار بندي هاي افقي داخلي (استراتها)يا ساير سيستم هاي مهاربندي در روش اجراي پايين به بالا(Bottom-Up Method) ميشوند. و وظيفه ي مهار ديوار هاي سازه ي نگهبان در برابر بار هاي جانبي ناشي از خاک پشت و ساير سربار ها را بر عهده دارد. براي اولين بار در ايران در اجراي خط قطار شهري اهواز براي حفاظ ت و پايداري از گود ها اين سيستم مورد استفاده قرار گرفت .
•مزاياي اين روش
١-کاهش نشست خاک در محدوده ي اطراف باکس حفاري، افزايش صلبيت و کاهش حرکات جانبي ديوار حفاظت گود و ايمني بسيار بالا در حين گودبرداري و ساخت سازه ي زير ميني خصوصا در زمين هاي سست بدليل استفاده از سقف طبقات بجاي مهاربندي هاي موقت .
٢-عدم نياز به تهيه ، ساخت و نصب استراتها و ساير سيستم هاي مهاربندي ديوار حفاظت گود و با الطبع کاهش هزينه هاي مهار بندي موقت وهمچنين کاهش خطرات مونتاژ و دمونتاژ انها
٣-حذف يا به حداقل رساندن اجراي عمليات هاي زمانبر قالب بندي در ديوار هاي محيطي، سقف ها وستون ها به دليل استفاده از زمين طبيعي بعنوان قالب در کليه ي بخش هاي اجرايي و بالطبع کاهش چشمگير زمان و هزينه هاي اين بخش از عمليات
٤-عدم نياز به تمهيدات ايمني گسترده مربوط به حفاري ها ي عميق از قيبل نصب نرده و گاردريل هاي محافظ دورتادور محدوده ي باکس حفاري و بالطبع افزايش ايمني درکارگاه
٥-امکان برنامه ريزي جهت سه شيفت کاري در طول دوران ساخت و در همه ي فصول بدليل انجام کليه ي عمليات اجرايي در زير سقف طبقات و در محيطي قابل کنترل
•معايب و محدوديت ها
١-کمبود تجارب فني و اجرايي در دسترس در خصوص اين روش بدليل محدوديت پروژه هاي اجرا شده
٢-عدم قابليت کاربرد در اجراي سازه هاي زير زميني کوچک و متوسط به دليل نياز به تجهيزات خاص حفاري و محدوديت هاي عملکرد ماشين الات در اينگونه سازه ها
٣-ايجاد جداشدگي بين کارگاه زير زميني با تجهيزات و تاسيسات رو زميني و بالطبع ايجاد م حدوديت هاي دسترسي به دليل استفاده از باز شو هاي موقت
٤-لزوم دقت در مراحل طراحي و اجراي سازه هاي زير زميني در مواردي از قبيل طبقات ، موقعيت و فاصله ي ستون ها و ديوار ها بمنظور ايجاد فضاي لازم جهت جلوگيري از اختلال در عملکرد ماشين الات
٥-کندي عمليات حفاري در تراز زير سقف ها به دليل جبهه هاي کاري محدود براي عملکرد ماشين الات و بالطبع افزايش هزينه هاي خاکبرداري و انتقال خاک [١]،[٢]
٢.٣. روش ديوار پله اي عرضي
اخيرا ديوار هاي پله اي عرضي راه حل معيني براي حفظ و نگهداري ساختمانهاي مجاور در طول گودبرداري ميباشد. ديوار دور تادور گود اصولا ديوار ديافراگمي بوده و ديوار هاي پله اي عرضي در خلاف جهت ديوار ديافراگمي قبل از حفاري و گودبرداري ساخته ميشوند. ديوار پله اي عرضي به عنوان يک مهار اتکايي جانبي بوده است . برخلاف گودبرداري هاي معمول ، تغيير شکل جداره قبل از نصب اتکاي مهاري رخ ميدهد، جابجايي و تغيير شکل ديوار ديافراگمي نزديک به محلي که ديوار پله اي عرضي ساخته شده در طول گود برداري محدود وبسيار کم است . ديوار پله اي عرضي ساخته شده با تزريق فشاري دوغاب يا خاک مخلوط شده و جداره همانند يک توده خاک ميتوانداز زمين وخاک مجاور محافظت کند، اگرستونهاي خاکي مورد عمل هم پوشاني قرار گيرند. ديوار پله اي عرضي همچنين ميتواند همانند روشهاي ساخت ديواره ديافراگمي ساخته شود. شمات يک ديوار پله اي عرضي و ديوار ديافراگمي در شکل ٢قابل مشاهده است .
مقاومت اصطکاکي دو طرف و بخش انتهايي ديوار پله اي عرضي در برابر بار جانبي مقاومت و ايستادگي ميکند، و باعث افزايش مقاومت مقاوم ميشود.
١.٢.٣. انواع ديوار هاي پله اي عرضي
براي بدست اوردن مقاومت فشاري مناسب براي ديوار هاي پله اي عرضي، انها معمولا به همان روش ديواره ديافراگمي ساخته ميشوند. از انجايي که دوغاب نرمي مابين ديوار پله اي عرضي وجدار نگهدرنده يا بين پانل هاي ديوار پله اي عرضي وجود داشته ، از مهمترين عواملي است که روي عملکرد ديوار پله اي عرضي تاثير داشته است . بنابراين بايد مابين اتصالات ديوار ديافراگمي و ديوار پله اي عرضي احتياط هاي لازم در نظر گرفته شود. براي اتصالات مابين ديوار پله اي عرضي و ديوار ديافراگمي اتصالات زير موجود است اتصالات Tشکل ، اتصالات مجزا ساخت ، بست و اتصالات با استفاده از تزريق با فشار بالا، صفحه حائل در شکل نشان داده شده است . شکل ٣انواع اتصالات ميان ديوار پله اي و ديوار ديافراگمي را نشان داده است .
١- اتصال T شکل
وجه مشترک ديوار هاي پله اي عرضي وديوار هاي ديافراگمي به صورت Tشکل ميباشد. يک صفحه ي حائل ج داکننده در محل اتصال ديوار ديافراگمي و ديوار پله اي عرضي نصب ميشود. يک فقس فلزي Tشکلي تشکيل ميشود، در اين مورد معمولا نياز به دو جرثقيل براي بالا کشيدن قفسه Tشکل بتني در داخل ترانشه ميباشد. بعد از نصب ديوار پله اي عرضي درمحل گود، ميتوان بااستفاده از يک جاروبک فلزي دوغاب مابين دو ديواره را پاک کرد. از انجايي که ترانشه Tشکل داراي پايداري و مقاومت پاييني است اغلب گوشه هاي ان اسيب پذير ميباشد. بنابراين مهندسان بايد ابتدا يک عمليات دوغاب ريزي روي گوشه ها انجام دهند تا از تخريب زود هنگام ترانشه T شکل جلوگيري شود. همچنين بايد احتياط لازم انجام شود تا هيچ اسيبي به خاک وارد نشود چون ممکن است اثر معکوس روي خاک داشته باشد.
٢- اتصالات مجزا ساخت
ديواره ديافراگم اصلي و ديوار پله اي عرض ي معمولا به طور جداگانه ساخته ميشوند. حفاري ترانشه و نصب ديوار پله اي عرضي بتني معمولا بعد از ساخت ديواره ديافراگمي اصلي اغاز ميشود. در اين روش ساخت وساز از تخريب ترانشه ميتوان جلوگيري کرد، دوغاب نرم مابين ديواره ديافراگمي اصلي و ديوار پله اي عرضي ممکن است بوجود ايد. ضخامت اين دوغاب ممکن است گاهي اوقات به ٢٠-٣٠ميليمتر برسد و اين گل (دوغاب ) توسط بيل مکانيکي يا بيل حفاري دندانه دار يا توسط جاروبک فلزي پاک ميشود، که همه ي اين موارد روي حفظ ديواره پله اي عرضي تاثير مفيدي دارد.
٣- اتصال و بست توسط پ مپاژ با فشار بالا
بعد ساخت و ساز جداگانه ديواره ديافراگمي اصلي و ديوار پله اي عرضي، با پمپاژ با فشار بالا بهم متصل ميکنند. در اين روش پيشنهاد شده که دوغاب و خاک موجود در محل اتصال را از محل حذف کنند چون وجود ان باعث ميشود نتوان ارزيابي را به نحو مناسباينجام داد.
٤- اتصال صفحه حائل
براي اجتناب از بوجود امدن مشکلاتي که در پايداري ترانشه T شکل بوجود امده و همچنين خارج کردن دوغاب موجود مابين فصل مشترک دو ديواره ، اتصال صفحه حائل روي يک طرف ديواره ديافراگمي ميتواند نصب شود، سپس صفحه حائل ديگري در طرف ديگ ر ديواره ديافراگمي اصلي هم نصب ميکنند. بعد ازاينکه ساخت ديواره ديافراگمي تکميل شد و ترانشه ي باريکي براي نصب ديوار پله اي عرضي حفاري ميشود، با استفاده از جاروبک يا برس فلزي دوغاب و گل روي صفحه ي حائل پاک ميشود. سپس بتن در ترانشه ديوار پله اي عرضي ريخته شده وبا استفاده از اين متد ميتوان از مشکلات موجود براي پايداري ترانشه هاي T شکل جلوگيري شود و دوغاب مابين فصل مشترک دو ديواره هم پاک ميشود مراحل انجام شده براي گودبرداري با استفاده از ديوار ديافراگمي و ديوار پله اي عرضي:
مرحله ١: حفر يک ترانشه طولي براي ديوار ديافراگمي
مرحله ٢: جوش دادن يک صفحه فولادي در قاب ديافراگم ، سپس قفسه ارماتور بندي شده را در داخل ترانشه قرار داده ميشود مرحله ٣: ريختن بتن ترمي تا تکميل و ساخته شدن قاب ديوار ديافراگمي
مرحله ٤: حفريک ترانشه طولي در جهت عمود بر ديوار دافراگمي براي ساخت ديوار پله اي عرضي
مرحله ٥: پاک کردن دوغاب (گل )بوجود امده مابين اتصالات ديوار پله اي عرضي و ديوار ديافراگمي با استفاده ازتزريق دوغاب يا جارو بک فلزي بوسيله چرثقيل .
مرحله ٦: ريختن بتن ترمي در داخل ترانشه
مرحله ٧: حفاري ترانشه قطعه مستطيلي شکل ديگري و ريختن بتن ترمي و تکميل کردن ساخت ديوار پله اي عرضي، همانند ساخت ديوار ديافراگمي
•مزاياي روش ديوار پله اي عرضي :
١-سرعت اجراي آن بسيار زياد است .
٢-درجه ي ايمني کار بسيار زياد است .
٣-ديوار ديافراگمي هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار ميکند و هم در حين بهر ه برداري از آن به عنوان ديوار حائل استفاده ميشود.
٤-ديوار ديافراگمي به ويژه براي حفار يها و گودهاي با طول زياد مناسب است .
•معايب روش ديوار پله اي عرضي :
