بخشی از مقاله
خلاصه
در بسیاری از پروژه های عمرانی وساختمانهای شهری ،نیاز به گودبرداریهای عمیق وگاها خطرناک در مجاورت ساختمانها و تاسیسات موجود میباشد. بنابراین قبل یا همزمان با گودبرداری، اجرای سیستمهای نگهدارنده گود ضروری است. یکی از روشهای پایدار سازی گود، سیستم شمعهای متقاطع یا همپوشان بتنی است .در این روش در اطراف محل گود ،شمعهای بتنی اولیه با عمقی بیشتر از تراز نهایی گود وفاصله های مشخصی حفاری و معمولا با بتنهای ضعیف یا بتن پلاستیک بتن ریزی میشوند سپس شمعهای ثانویه در حد فاصل این شمعها با مقدار مشخصی همپوشانی یا متقاطع با سایر شمعها حفاری گردیده و بسته به مشخصات پروژه با استفاده از مصالح مختلف از جمله قفسه های آرماتور مسلح شده ومعمولا با بتن سازه ای بتن ریزی میگردند.
فاصله ، قطر ، عمق و سایر مشخصات شمعها بسته به نوع خاک ، سطح آب وسایر پارامترهای موثربرپایداری گود از جمله سربارهای اطراف تعیین میشوند . استفاده ازاین روش با توجه به پیشرفت تکنولوژی و دسترسی به تجهیزات اجرایی و ابزار کنترلی رو به افزایش است و از مزیتهای عمده آن اجرای شمع در هر نوع زمین وآب بندی جداره گود میباشد.در این مقاله طرح و اجرای شمعهای متقاطع بتنی بررسی و یک نمونه از کاربردهای متنوع آن به منظور اجرای دیوار آب بند در سد مخزنی عباس آباد معرفی میگردد.
-1 مقدمه
توسعه شهر نشینی باعث افزایش ارزش زمین بویژه در کلانشهرها گردیده و بهره برداری حداکثر از اراضی شهری مورد توجه مالکان و سرمایه گذاران پروژه های ساخت وساز شهری قرارگرفته است.بدین منظور ساختمانها در ارتفاع ، به صورت برجهای بلند مرتبه و در عمق زمین با افزایش طبقات زیر زمین توسعه می یابند. برای احداث این ساختمانها چه به منظور پی سازی و چه به منظور تامین فضاهای زیرزمینی، نیاز به گودبرداریهای عمیق و بعضا خطرناک در مجاورت ساختمانها، تاسیسات و معابر عمومی وجود دارد .
علاوه بر ساختمان سازی در بسیاری از پروژه های عمرانی از جمله در پروژه های مترو ، زیرگذرها ، اسکله ها ، سدسازی ، ایستگاههای پمپاژ و ....گودبرداریهای عمیق یکی از عملیات اصلی و مخاطره آمیز است که به منظور تامین فضاهای تعریف شده یا رسیدن به خاک مقاوم برای اجرای سازه انجام میگیرد و بهینه سازی روشهای گودبرداری و نگهدارنده گود برای کاهش خسارات و پیامدهای ناشی از آن با بکارگیری روشهای نوین و تجهیزات مدرن ، امری ضروری است. مورد دیگری که در عملیات گودبرداری باید بدان توجه نمود کاهش زمان نگهداری گود با سرعت بخشیدن به اجرای سازه اصلی است ، بدین ترتیب که احتمال مواجه شدن گود با بارهای ناخواسته مانند باد، زلزله ، لرزش و... به حداقل ممکن کاهش یابد.
موضوع گودبرداری ، طراحی و پایدار سازی گود در مهندسی دارای گستره وسیعی است و نیاز به بررسی و مطالعات ژئوتکنیکی، سازه ای، مواد و مصالح ،تکنولوزی اجرا ، اقتصادی ، اجتماعی و ... دارد. انتخاب روش مناسب گودبرداری و سیستم نگهدارنده گود بستگی به جمیع شرایط تاثیر گذار برآن دارد و میتواند در شرایط و زمانهای متفاوت به روشهای گوناگونی انجام شود.این روشها هم مبتنی بر اصول تئوریک مهندسی و هم متاثر از ملاحظات تجربی و اجرایی میباشند.[ ] به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه ها و تبعات منفی ناشی از گودبرداری ، سازه های موقت و گاها دائمی را برای مهار آنها احداث میکنند که به سازه های نگهبان معروفند. اهداف اصلی احداث سازه های نگهبان عبارتند از:
✓ حفظ جان انسانها و سایر موجودات زنده داخل و خارج گود
✓ حفظ اموال و تاسیسات داخل و خارج گود
✓ فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای سازه اصلی
سازه های نگهبان تحت اثر بار مرده ، وزن خاک ، فشار جانبی خاک ، فشار برخاست - برکنش - ، فشار جانبی ناشی از سربارهای به شکلهای مختلف ، نیروی زلزله و در سازه های در مجاورت آب، فشار برخورد امواج - یخ - ضربه احتمالی قایقها واجسام شناور یا ترکیبات نامساعدی از این بارها قرار میگیرند
به طور کلی عمده روشهای پایدار سازی گود عبارتند از : گودبرداری با شیب پایدار- گودبرداری با شیب پلکانی - پایدار سازی با - دیوارهای وزنی - دیوارهای طره ای - خاک مسلح - بلوکهای پیش ساخته - خرپای حائل - خرپاهای موازی - پوشش دیواره - دوخت به پشت - مهار متقابل - عناصر فشاری - ریز شمعها - میخ گذاری یا نیلینگ - مهار والمان قائم - مهار و بلوک - ساخت در وسط - اختلاط عمقی و تقویت خاک - ساخت از بالا به پائین - دیوارسپر - دیوار دیافراگمی - دیوار شمعی - و یا ترکیبی از روشهای پایدارسازی اشاره شده بسته به وضعیت و شرایط پروژه.[4] اشاره به اصول طراحی و اجرای تمامی این روشها در این نوشتار نمیگنجد ولی در مجموع یکی از ایرادات عمده بسیاری از روشها ی پایدار سازی گود، لزوم استفاده از توده خاک پشت گود میباشد.
یعنی اینکه زمین زیر معابرعمومی یا زیر ساختمانها در همسایگی، بایستی در اختیار اکیپهای اجرایی قرار گیرند تا عملیات پایدار سازی جداره گود انجام شود. ولی مالکان بر حفظ حریم املاک توجه خاصی داشته و معمولا اجازه استفاده از زمین خود را به همسایگان دیگر نمی دهند، بویژه وقتی مجری ساختمان یک پیمانکار یا واسطه باشد. لذا با مواجه شدن با این محدودیت، اغلب روشهای پایدار سازی گود، از گزینه اجرایی حذف میشوند.سایر روشها نیز غالبا با محدودیتهایی مواجه هستند و در شرایط خاصی قابل اجرا می باشند. مثلا روش مهار متقابل در گودهای کم عرض قابل اجرا است
روش ساخت در وسط با امکان قطع عرضی سازه قابل اجرا می باشد.گاهی محدودیتهای حقوقی و اجرایی به حدی است که موضوع اقتصاد این قسمت از طرح فراموش میشود و صرفا به امکان اجرا فکر میشود. ایراد دیگری که به بسیاری از روشها میتوان گرفت، اجرای سازه نگهبان همزمان با گودبرداری است ، این موضوع علاوه بر اینکه زمان باز ماندن گود را طولانی میکند ، در زمانهایی که پروژه بواسطه عوامل پیش بینی نشده از جمله اعتصابات کارگری ، شورش، تعطیلات ناخواسته ،کمبود اعتبارات ، مسائل حقوقی و... ناگهان تعطیل شود، باعث توقف اجرای سازه نگهبان شده و مخاطرات ریزش گود افزایش میابد. بنابراین از لحاظ اطمینان به عملکرد مداوم سازه نگهبان ، روشهایی که قبل از گودبرداری، سازه نگهبان در زمین بکر اجرا میشود و با عملیات گودبرداری همزمان نیست برتری خواهد داشت. از میان روشهای ذکر شده ، روش دیوار شمع محدودیتهای اشاره شده را ندارد و روشی اجرایی و قابل اطمینان است و میتواند به عنوان گزینه ای در مقایسه با سایر روشها بررسی شود.
-2 دیوار شمع
-1-2 روش اجرای دیوار شمع
در روش اجرای دیوار شمع، در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود چاه هایی با قطر و فاصله مشخص حفاری میشوند. عمق ، فاصله و قطر چاه ها به عمق گودبرداری ، جنس خاک و لایه بندی آن ، تراز آب زیر زمینی ، سر بارهای موجود و سایر پارامترهای موثر بر پایداری گود بستگی دارد. این چاه ها میتوانند به صورت دستی یا ماشینی حفاری شوند ولی برای پی های عمیق روش ماشینی آن به کار میرود. در صورتی که جداره چاه ها در زمان حفاری پایدار نباشد همزمان با حفاری ، در آن گل حفاری - بنتونیت - ریخته میشود.
برای جلوگیری از ریزش لبه بالایی چاه نیز معمولا درچند متر اول کیسینگ قرار داده میشود .بعد از اتمام حفاری قفسه های آرماتور بافته شده یا پروفیلهای فولادی در داخل چاه قرار داده میشود و بتن ریزی چاله با استفاده از لوله ترمی از عمق آن شروع میشود. بعد از اتمام بتن ریزی شمعها و رسیدن به مقاومت مد نظر ، عملیات گودبرداری میتواند شروع شود. اگر فاصله شمعها زیاد باشد و خاک حد فاصل شمعها ریزش کند ، در اینصورت ممکن است همزمان با خاکبرداری وبه صورت مرحله ای با روشهایی مانند پوشش جداره با مش و شاتکریت این قسمت از خاک جداره نیز به شمعها مهار شوند.
اگر عمق گود زیاد باشد، قطر شمعها زیاد و مشخصات سازه ای آنها پرهزینه خواهد بود و برای کاهش قطر شمعها ومقدار المانهای مسلح کننده آنها، میتوان در چند تراز بر روی آنها رینگهایی نصب نمود و به وسیله روش مهار متقابل یا سایر روشهای مرتبط از جمله انکراژ ، شمعها را مهار نمود.در اینصورت ظرفیت باربری جانبی شمع را میتوان کاهش داد و بعد از نصب مهار در ترازهای مختلف عملیات خاکبرداری ادامه خواهد یافت.این روشها باعث میگردد طول طره ای شمعها کاهش یافته و مقادیر حداکثر نیروها و گشتاورهای وارد شده به شمع کاهش یابد.اما روش مهاربا انکر نیاز به استفاده از توده خاک پشت گود دارد.
-2-2 دیوار شمع متقاطع
گاهی در محیطهایی که تراز آب زیر زمینی بالاست همزمان با پایداری گود نیاز به آب بندی آن نیز وجود دارد در این صورت فاصله شمعها را آنقدر کم میکنند که شمعها به صورت همپوشان در آیند یعنی اینکه شمعها بر هم مماس یا حتی قسمتی از بدنه همدیگر را قطع کنند.در صورتی که شمعها بر هم مماس باشند آنها را شمعهای مماسی یا تانژانت پایل گویند و اگر همدیگر را قطع کنند آنها را شمعهای متقاطع یا سکانت پایل گویند و در اینصورت دیوار شمعی پیوسته تشکیل میگردد.
مشخصات شمعهای مماس میتواند شبیه به هم یا متفاوت باشد و برای آب بندی آنها نیاز به تمهیدات ویژه ای در مرز بین دو شمع وجود دارد ولی شمعهای متقاطع را به صورت شمعهای اولیه و ثانویه اجرا میکنند، بدین ترتیب که ابتدا در فواصلی کمتر از قطر نهایی شمعهای سازه ای ، شمعهای اولیه حفاری و معمولا با بتن ضعیف یا بتن پلاستیک بتن ریزی میشوند ، بتن پلاستیک نوعی بتن با ترکیبی از بنتونیت و سیمان و سنگدانه است که خاصیت نفوذپذیری کمی داشته و نسبتا انعطاف پذیر تر از بتن سازه ای میباشد و مقاومت فشاری آن نیزمعمولا پائینتر از بتن معمولی است، سپس شمعهای ثانویه که معمولا سازه ای میباشند، در حد فاصل آنها طوری حفاری و بتن ریزی میشوند که قسمتی از بدنه شمعهای اولیه مجاور خود را هم در بر گیرند ، بدین صورت شمعها در هم قفل شده و ضمن تشکیل یک دیوار پایدار ، آب بندی جداره گود نیز تامین میشود.
نحوه چیدمان شمعهای اولیه و ثانویه و عملکرد آنها میتواند بسیار متنوع باشد. مزیت بزرگ دیوار شمعی نگهبان درجاریز، در این است که در هر زمینی قابل اجرا ست .حتی میتوان شمعهای اولیه و ثانویه را به صورت سازه ای اجرا نمود ، به شرط اینکه دستگاه حفاری قادر به حفاری بتن مقاوم بوده ودر شمع اولیه به جای قفسه آرماتور پروفیل فلزی در وسط شمع کارگذاری شود به طوری که در زمان حفاری قسمت متقاطع ، سر مته حفاری به آن برخورد نکند. همچنین میتوان ترکیب شمعها را طوری طراحی و اجرا نمود که به عنوان سازه اصلی و باربر نیز مورد استفاده قرار گیرند .
ممکن است در شرایطی که فاصله شمعهای سازه ای زیاد است از شمعهای غیر سازه ای با قطر بیشتر یا حتی دو یا چند سری شمع با قطرهای متفاوت اجرا نمود. در شکل - 1 - ترکیبهای متداولی از انواع دیوارهای شمعی نگهبان نشان داده شده است. برای افزایش دقت در حفاری شمعها، روشهاو ابتکارات زیادی وجود دارد که بستگی به امکانات پروژه دارد.
از جمله میتوان قبل از شروع به حفاری، شابلونی بتنی در محل دیوار شمع در موقعیت دقیق شمعها اجرا نمود. دستگاههای تعیین موقعیت و دوربینهای نقشه برداری نیز در این زمینه مورد استفاده قرار میگیرند. دستگاههای مدرن حفاری نیز خود مجهز به تمام امکانات مورد نیاز از جمله تعیین موقعیت ، عمق ، جهت، راستا و حتی سرعت حفاری میباشند . همچنین برای کنترل کیفیت اجرا نیز روشهای متنوع و تجهیزات مدرنی وجود دارنداز جمله روش التراسونیک نیز برای تعیین کیفیت بتن شمعها مورد استفاده قرار میگیرد واستاندارد ASTM D6760-8 به این موضوع میپردازد. ترکیب شمعها میتواند نرم - سخت ، نرم- نرم ، نرم - متوسط ، سخت - متوسط ، سخت- سخت ، یا حتی ترکیب سه تایی مانند دو شمع نرم با یک شمع سخت و... باشد.
شکل : 1 ترکیب متداول شمعهای اولیه و ثانویه در دیوار شمعی نگهبان
