مهار متقابل (استرات) - شرکت مهندسی ابرند

در محیط‌های شهری و در مواردی که به علت وجود معارض (ساختمانهای مجاور) روشه‌ای پایدارسازی گود مرسوم امکان پذیر نباشد، روش مهار متقابل (استرات) در اولویت می‌باشد. در روش مهار متقابل (استرات) از المان تیر افقی به همراه شمع‌های فولادی جهت انتقال بار به دیواره مقابل گود استفاده می‌گردد. اصول کلی روش مهار متقابل (استرات) همانند روش خرپا استفاده از المان‌های فلزی افقی و مورب برای کنترل تغییرشکل‌های ناشی از گودبرداری است. با توجه به اینکه در روش مهار متقابل (استرات) احتمال بروز تغییرشکل‌های قائم نسبت به سایر روش‌ها وجود دارد به منظور کنترل بیشتر تغییرشکل‌ها و یکپارچه سازی بهتر سیستم توصیه می‌گردد از شمع‌های فولادی به همراه مهاربندی‌های افقی استفاده گردد.

مبانی طراحی پروژه برای مهار متقابل

جهت طراحی گود به روش مهار متقابل می‌بایست با شبیه سازی شرایط پروژه در نرم افزارهای ۲ بعدی یا ۳ بعدی، نیروی ایجاد شده در اعضای افقی و عمودی محاسبه گردیده و سپس با کنترل حالات حدی نهایی و بهره برداری، عضو مناسبی جهت این اعضا طراحی گردد. اعضای عمودی و افقی عموماً فولادی بوده و مطابق آئین نامه سازه‌های فولادی طراحی می‌شوند.

در نظر گرفتن پدیده کمانش در طراحی اعضای مهاری از مباحث مهم روش مهار متقابل می‌باشد.

اجزای تشکیل دهنده مهار متقابل یا استرات

در این روش از اعضای فشاری (مهارهای فشاری) جهت انتقال فشار خاک استفاده می‌گردد. اجزای تشکیل دهنده این روش به صورت زیر می‌باشد:

۱) دیوار: در حقیقت دیوارها علاوه بر مقاومت در مقابل فشار خاک، حکم تکیه گاه اعضای فشاری را نیز بازی می‌کنند. دیوارها انواع مختلفی دارند مانند:

سپر (Sheet Pile)
دیوار دیافراگمی
شمع‌های نگهبان فلزی
شمع‌های نگهبان بتنی

۲) اعضای فشاری (Strut یا Brace): اعضای فشاری یا مهارهای فشاری نقش انتقال فشار خاک را از یک دیوار به دیوار دیگر دارند که دارای انواع مختلفی هستند. مانند:

نیمرخ زوج IPE
نیمرخ زوج IPB
لوله
قوطی
مقطع بتنی

۳) اعضای واسط (Wale): همان طور که از اسم این اعضا مشخص است، وظیفه انتقال نیرو از دیوار به اعضای فشاری را دارند. اعضای واسط، فشار خاک اعمال شده از دیوار را گرفته و به اعضای فشاری (استرات ها) منتقل می‌کنند. بنابراین استرات‌ها و اتصال آنها بر اساس نیروی فشاری، اعضای واسط بر اساس نیروی برشی و خمشی و دیوار نیز بر اساس نیروهای ترکیبی طراحی می‌گردد.

روش اجرا

مراحل اجرای روش مهار متقابل به شرح زیر است:

۱. حفر چاه اعضای قائم در روش مهار متقابل

همانند اجرای شمع فلزی در روش‌های میخکوبی (نیلینگ)، مهارگذاری (انکراژ) و سازه نگهبان خرپایی، در روش مهار متقابل نیز ابتدا در دو طرف گود، در فواصلی معین از یکدیگر چاهک‌هایی به قطر 80 الی 100 سانتی متر حفر می‌شود. طول این چاهک‌ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه‌تر به میزان 35-25% عمق گود، پایین تر از تراز فونداسیون است. این عمق اضافه به منظور تامین گیرداری انتهای تحتانی پروفیلهایی است که در چاهک قرارداده می‌شوند. جانمایی این چاه‌ها به وسیله نقشه برداری و با توجه به نقشه‌های اجرایی انجام می‌گردد.

۲. اجرای اعضای عمودی در روش مهار متقابل

در درون این چاهک‌ها پروفیل‌های فولادی H یا I (معمولا زوج نیمرخ IPE)، بصورت قائم و مطابق با محاسبات و نقشه‌های اجرایی قرار داده می‌شود. طول این پروفیل‌ها معمولا به گونه‌ای در نظر گرفته می‌شود که انتهای فوقانی آن‌ها تا حدی بالاتر از تراز بالایی گود قرار گیرند سپس ریشه شمع فلزی بتن ریزی می‌گردد. جهت گیرداری بهتر عضو قائم در بتن ریشه (زیر تراز فونداسیون)، قطعات نبشی یا ناودانی را به عنوان برش گیر به عضو قائم جوش می‌دهند.

بیشتر بخوانید: گودبرداری به روش تاپ-داون چگونه است؟

همانطور که شمع‌های فلزی در روش‌های میخکوبی، مهارگذاری، سازه نگهبان خرپایی و … می‌بایست به طور کامل به دیواره گود تکیه داده شوند، جهت عملکرد مناسب روش مهار متقابل نیز عضو قائم باید کاملاً چسبیده به دیوار باشد تا تغییرشکل‌ها به حداقل برسد. جهت چسبیدن کامل عضو قائم، پشت آن با مصالح مناسبی که حداقل مقاومت فشاری خاک آن قسمت را دارا باشد، پر می‌شود تا هیچ گونه فضای خالی بین عضو قائم و دیوار باقی نماند.

با توجه به اینکه اعضای افقی می‌بایست از دو طرف به اعضای قائم متصل گردند، بنابراین اعضای قائم حتی الامکان در دو دیواره مقابل کاملاً روبه‌روی یکدیگر اجرا می‌گردند تا از تمام ظرفیت آنها استفاده گردد.

۳. اجرای اعضای افقی در روش مهار متقابل

بعد از اجرای اعضای قائم، می‌بایست ردیف اول اعضای افقی اجرا گردد. اعضای افقی به شکل زوج نیمرخ یا لوله و یا باکس می‌باشند. همانند اتصال تیر به ستون در سازه‌ها، اعضای افقی توسط جوش و با استفاده از ورق‌های فولادی به اعضای قائم متصل می‌گردند.

جهت جلوگیری از ریزش‌های موضعی، بین اعضای عمودی از الوارهای چوبی یا شبکه فولادی (مش) و شاتکریت و یا اعضای مناسب دیگر می‌توان استفاده کرد.

همچنین جهت کاهش طول مؤثر اعضای افقی، می توان از کش (عضوی عمود بر عضو افقی) استفاده کرد. با این کار از کمانش اعضای افقی جلوگیری می‌گردد.

۴. تکمیل اعضای افقی در روش مهار متقابل

بعد از اجرای ردیف اول اعضای افقی، تا رسیدن به تراز ردیف دوم اعضای افقی، خاکبرداری انجام گردیده و شبکه فولادی (مش) و شاتکریت نیز اجرا می‌گردد. این روند تا انتهای گود ادامه می‌یابد.

در بعضی از پروژه‌ها به علل مختلف نظیر طول زیاد دهانه، ممکن است نیاز به مهار متقابل مورب باشد تا با کم کردن طول مهارهای متقابل، طرح بهینه تری به دست آید. بدین منظور جهت پایدارسازی چنین پروژه‌هایی به جای دیواره‌های مقابل، دیواره‌های مجاور به یکدیگر متصل می‌گردند.

مزایا و معایب روش مهار متقابل یا استرات

از مهم ترین برتری‌های این روش به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

محدودسازی تغییر شکل‌ها
مناسب گودهای عمیق واقع در مناطق شهری
مناسب برای گودبرداری ها با عرض کم
امکان بازیافت بخشی از مصالح (اعضای افقی)
عدم ورود به زمین‌های مجاور
قابلیت انطباق با روش‌های زهکشی
انعطاف پذیری و امکان تقویت طرح در حین و پس از اجرا
عدم وابستگی کارآیی روش به جنس خاک
عدم نیاز به اجازه همسایه‌ها

بیشتر بخوانید: ریزشمع یا میکروپایل چیست؟

مهم‌ترین محدودیت‌هایی که روش مهار متقابل یا استرات دارد عبارت است از:

غیراقتصادی بودن در زمین‌های با عرض زیاد
اشغال فضای داخل گود و صعوبت خاکبرداری و اجرای سازه اصلی
سرعت نسبتا پائین اجرای عملیات
محدودیت اجرا در پروژه‌های با هندسه نامنظم
عدم امکان استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری
نیاز به تجهیزات و ماشین آلات خاص
نیازمند افراد مجرب و کنترل کیفی دقیق جهت اجرای مهارها به ویژه اتصالات