سازه نگهبان خرپایی

به منظور گودبرداری و تثبیت دیواره های گود نیاز است تا عملیات پایدارسازی دیوارهای آن صورت گیرد. این عملیات روش‌های مختلفی دارد که می‌توان به روش نیلینگ، انکراژ مهار متقابل، خرپا و … اشاره کرد. منظور از سازه نگهبان خرپایی، سازه‌ای است که در جلوی دیواره گود ساخته شده تا مانع از ریزش دیواره‌های گود شود به گونه‌ای که فشار ناشی از خاک و سازه مجاور را به زمین انتقال دهد.

این روش، از جمله روش‌های مناسب و متداول اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است که اجرای آن ساده و به تجهیزات و تخصص زیادی هم نیاز ندارد. سازه نگهبان خرپایی متدوال‌ ترین شیوه در گودبرداری کم عمق است. نکته مهم در این روش، خاکبرداری و تکمیل المان‌ها به صورت مرحله‌ای و پر کردن پشت سازه نگهبان با مصالح مناسب و اتصال کامل آن به دیواره مجاور است.

 

مبانی طراحی سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی از یک المان عمودی و ریشه آن، یک عضو مایل (پشت‌بند) و فونداسیون آن و چندین عضو خرپایی بصورت افقی و قطری تشکیل شده است تا یک شبکه مثلثی بوجود آورد. در اعضای خرپا فقط نیروی محوری وجود دارد به همین دلیل اتصال این اعضا به عضو مایل و عضو قائم بصورت مفصلی در نظر گرفته می‌شود.

بیشتر بخوانید: پایدارسازی به روش مهار متقابل یا استرات چگونه است؟

سازه نگهبان خرپایی، تحت اثر بار جانبی ناشی از رانش خاک دیواره گود، که مستقیما در امتداد عضو قائم به آن وارد می‌شود، قرار می گیرد. به همین دلیل، عضو قائم خرپا تحت اثر خمش در محدوده بین المان‌های افقی سازه قرار دارد. به دلیل تماس مستقیم عضو قائم با خاک، بار جانبی ناشی از رانش خاک وارد بر سازه نگهبان خرپایی، مستقیما بر سرتاسر طول عضو قائم وارد می‌شود و تاثیر خمش روی عضو قائم زیاد است.

اولین گام در طراحی خرپا جانمایی اعضای قائم و مایل آن است به گونه‌ای که در تداخل با ستون‌های سازه‌ای نباشد. باید توجه داشت بدلیل آنکه خرپای بخشی از فضای داخل گود را در بر می‌گیرد و مانع از عبور و مرور  ماشین آلات و افراد در حین گودبرداری و ساخت فونداسیون و احداث بنا می‌شود این جانمایی اعضا به گونه‌ای صورت گیرد تا کمترین تداخل را در روند اجرا ایجاد کند.

 

پس از مشخص شدن جانمایی اعضا، با توجه به عمق گود و سربار سازه‌های مجاور، فشار وارد بر هر یک از خرپاها محاسبه می‌شود. با توجه به اینکه در این مرحله خاک در حالت محرک است، از روش رانکین می‌توان جهت محاسبه نیروی ناشی از سربار خاک و سازه موجود استفاده کرد. امروزه با گسترش تکنولوژی و بهبود عملکرد نرم افزارهای المان محدود، میتوان از این ابزارها نیز جهت تعیین نیروهای رانشی و محاسبه تغییر شکل‌های مجاور گود بهره برد. از مهمترین این نرم افزارها، میتوان به PLAXIS 2D و PLAXIS 3D اشاره کرد.

پس از بدست آوردن نیروهای وارد بر مقاطع، لازم است تا کفایت مقاطع اولیه از نظر مقاومت محوری، مقاومت برشی و مقاومت خمشی مورد ارزیابی قرار گیرد. یکی از بهترین ابزارها برای مدلسازی و طراحی اعضای خرپا، نرم افزار SAP2000 میباشد.

مراحل اجرای سازه نگهبان خرپایی

مرحله 1

اولین مرحله پس از نهایی شدن طرح و نقشه‌ها، حفاری چاهک‌هایی به منظور قراردادن سولجرهای عمودی است. این مرحله شبیه به اجرای سولجر در روش نیلینگ و انکراژ است و قبل از شروع گودبرداری صورت می‌گیرد. این چاهک‌ها در لبه دیواره ملک مجاور حفر می‌شوند و عمق آنها برابر است با عمق گودبرداری همراه با طول ریشه شمع‌ها. بطور معمول طول ریشه حدود 20% از عمق گود خواهد بود که بتن ریزی در آن صورت میگیرد و قطر آن نیز نباید از 80 سانتی متر کمتر باشد تا بتوان به راحتی نیمرخ‌های فلزی را در آن قرار داد و ریشه آن را بتن ریزی کرد.

 

مرحله 2

پس از حفر چاهک‌ها نوبت به اجرای سولجرهای عمودی میرسد. مقاطع استفاده شده برای این سولجرها عموماً دوبل نیمرخ IPE است که میتوان برای گیرداری بیشتر و عملکرد یک دست تر با ریشه شمع‌ها، چند ردیف برشگیر یا ناودانی در پایین شمع‌ها به جان آن جوش داده شود. باید در نظر داشت که سولجرها تا حد ممکن به دیوار ملک مجاور تکیه داده باشند تا تغییرشکل‌های ملک مجاور به حداقل برسد و درصورتی که فضای خالی وجود داشته باشد، با مصالح مناسب پر شود.

بیشتر بخوانید: بهسازی خاک به روش تراکم دینامیکی چگونه است؟

مرحله 3

در این مرحله، خاکبرداری عموماً با شیب 1 به 2  تا تراز کف گود انجام می‌شود به گونه‌ای که بتوان در مراحل بعدی فونداسیون عضو مایل را اجرا کرد. باید توجه داشت که  شیب خاکبرداری به گونه‌ای باشد که تا زمانیکه سایر اعضای خرپا اجرا شود پایدار بماند.

مرحله 4 و 5

اجرای فونداسیون عضو مایل زیر تراز کف گود و سپس اجرای عضو مایل به گونه‌ای که بوسیله صفحه ستون روی فونداسیون خود قرار گیرد و از بالا به عضو قائم جوش شود. به جهت آنکه مجموعه خرپاها عملکرد یکپارچه داشته باشند فونداسیون هر یک از خر پاها بوسیله شناژ به یکدیگر متصل می‌شوند.

مرحله 6 و 7 و 8

بعد از اجرای عضو قائم و مایل خر پا نوبت به تکمیل مرحله‌ای اعضای افقی و مورب می‌رسد. ابتدا تا تراز اولین عضو افقی خاکبرداری صورت می‌گیرد و سپس این عضو به اعضای مایل و قائم جوش داده می‌شود. باید توجه داشت که جهت عملکرد یکدست سازه نگهبان خرپایی بین عضوهای قائم بوسیله مش و شاتکریت پوشانده می‌شود. مراحل فوق به ترتیب انجام شده تا به تراز کف گود رسیده و کلیه اعضای سازه نگهبان تکمیل گردد.

پس از تکمیل اعضای خرپا در هر نوبت خاکبرداری نوبت به اجرای بادبند بین اعضای مایل می‌رسد. هدف اصلی از این بادبندها عملکرد یکپارچه خرپاها و ممانعت از کمانش خارج از صفحه اعضای مایل می‌باشد.

مزایا و معایب سازه نگهبان خرپایی

از مهمترین مزایای سازه نگهبان خرپایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عدم ورود به حریم ملک همسایه و در نتیجه عدم نیاز به کسب مجوز از همسایه‌ها
• اجرای نسبتاً آسان نسبت به سایر روش‌های پایدارسازی گود
• قابلیت انعطاف در اجرا در گودبرداری‌های کم عمق
• امکان بازیافت اعضای خرپا و در نتیجه صرفه جویی در هزینه مصالح
• عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و نیروهای متخصص
• سرعت اجرای نسبتاً بالا
• مناسب گودبرداری شهری و کم عمق

 

از مهمترین محدودیت‌های سازه نگهبان خرپایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اشغال بخشی از فضای داخل گود و ایجاد محدودیت در تردد افراد و ماشین آلات خاکبرداری
• عدم امکان استفاده برای گود عمیق
• امکان تداخل خرپاها بویژه در کنج‌های مقعر
• نیاز به خاکبردار دستی در بعضی نقاط بدلیل فضای کاری محدود