طبقات منفی در ساختمان‌ها، یکی از گزینه‌هایی است که در سال‌های اخیر، سازندگان برای تأمین پارکینگ موردنیاز واحدهای احداثی خود به اجرای آن رو آورده‌اند. البته نمی‌توان گفت 100% طبقات منفی برای تأمین پارکینگ اجرا می‌شود ولی می‌توان گفت حل مشکل پارکینگ یکی از دلایل اصلی اجرای ساختمان‌ها با طبقات منفی است.
اما مهم‌ترین چالش پیش رو در این ساختمان‌ها که طبقه منفی دارند گودبرداری است. متأسفانه به دلیل عدم آشنایی سازندگان حتی بسیاری از سازندگان با اصول گودبرداری و رفتارهای خاک، در سال‌های اخیر شاهد وارد شدن خسارات سنگین مالی و جانی به پلاک‌های مجاور و پروژه‌های در حال ساخت بوده‌ایم.
سازه نگهبان چیست؟
سازه نگهبان به سازه‌ای گفته می‌شود که برای تأمین پایداری دیواره‌های گود و پلاک‌های مجاور اجرا در داخل زمین پروژه اجرا می‌شود. این سازه می‌تواند یک سازه فرعی و جدا از سازه اصلی یا بخشی از سازه اصلی باشد. برخی سازندگان برای فرار از مخارج گودبرداری که بعضاً نیز قابل‌توجه است بدون اجرای سازه نگهبان اقدام به گودبرداری می‌کنند و به‌ظاهر باور دارند که خاک زمین پایداری کافی را داشته و نیازی به اجرای سازه‌های جانبی برای تأمین پایداری دیوارهای گود نیست. اما تجربه ثابت کرده که رفتار خاک غیرقابل‌پیش‌بینی و بسیار متنوع است و برای تأمین ایمنی افراد داخل و خارج گود و نیز حفظ پلاک‌های مجاور گود، لازم است سازه‌هایی جانبی با عنوان سازه نگهبان اجرا شود.
توصیه: سازنده گرامی با احترام به تجربه شما در امر اجرای ساختمان، لازم است قبل از هر تصمیم‌گیری در خصوص گودبرداری، همواره نتایج آزمایشگاهی و مشاهدات کارگاهی را مدنظر قرار داده و تصمیم‌گیری کنید.
وقتی عمق گود از زیر فنداسیون پلاک‌های مجاور پایین‌تر است یعنی خطر ریزش گود و پلاک‌های مجاور وجود داشته و باید با دقت و مطالعه عملیات اجرایی انجام شود.
اجرای سازه نگهبان چیست؟
اجرای سازه نگهبان، مجموعه‌ای از عملیات مهندسی دقیق و مرحله‌بندی شده است که با هدف مهار و پایدارسازی دیواره‌های یک گود انجام می‌شود تا از ریزش خاک، آسیب به ساختمان‌های مجاور و حوادث جانی جلوگیری کند. این فرآیند، پاسخی فنی به ناپایداری است که در اثر برداشتن حجم عظیمی از خاک (که قبلاً به دیواره‌ها تکیه می‌داده) ایجاد می‌شود. به عبارت ساده‌تر، ما یک تکیه‌گاه موقت یا دائمی را جایگزین خاک برداشته شده می‌کنیم تا فشار جانبی زمین را خنثی سازد.
فرآیند اجرا یک دستورالعمل ثابت ندارد، بلکه کاملاً به نوع سازه نگهبان انتخاب شده توسط مهندس طراح بستگی دارد. مهندس ژئوتکنیک پس از بررسی عواملی چون عمق گود، جنس خاک، سطح آب زیرزمینی و وضعیت سازه‌های مجاور، یکی از انواع سازه های نگهبان را انتخاب می‌کند. برای مثال:
- در روش نیلینگ (میخکوبی)، اجرا شامل حفاری گمانه، نصب میلگرد (نیل)، تزریق دوغاب و بتن‌پاشی سطح است.
- در روش خرپایی، اجرا شامل ساخت پی در کف گود و نصب اعضای خرپای فلزی به صورت مرحله‌ای همزمان با خاکبرداری است.
- در روش دیوار دیافراگمی، اجرا شامل حفر پنل‌های عمیق با دستگاه‌های ویژه و بتن‌ریزی دیوار حائل قبل از شروع خاکبرداری است.
بنابراین، “اجرای سازه نگهبان” یک مفهوم کلی است که بسته به روش انتخابی، جزئیات اجرایی متفاوتی پیدا می‌کند. شناخت دقیق انواع سازه نگهبان در گودبرداری (مانند نیلینگ، انکراژ، خرپایی، مهار متقابل و…) اولین گام برای درک مراحل اجرایی مختص به هر یک از آنهاست. موفقیت این عملیات به اجرای دقیق، مرحله‌بندی صحیح و نظارت مستمر مهندس ناظر بستگی حیاتی دارد.
هدف از اجرای سازه نگهبان
هدف اصلی و حیاتی از اجرای سازه نگهبان، تأمین پایداری دیواره‌های گود و جلوگیری از فروریزش آن‌ها در حین عملیات خاکبرداری و ساخت‌وساز است. این سازه یک نقش چندگانه و حیاتی ایفا می‌کند که فراتر از یک مهار ساده است:
- حفظ جان انسان‌ها: مهم‌ترین هدف، حفاظت از جان کارگران و افراد حاضر در کارگاه و همچنین ساکنان و عابران ساختمان‌های مجاور است. ریزش گود یکی از مرگبارترین حوادث کارگاهی است و سازه نگهبان اولین خط دفاعی در برابر این فاجعه است.
- جلوگیری از آسیب به املاک مجاور: فشار خاک برداشته شده از کنار یک ساختمان، می‌تواند باعث نشست، ترک‌خوردگی، کج شدن و حتی تخریب ساختمان‌های همسایه شود. سازه نگهبان با مهار فشار جانبی خاک، از بروز این خسارات سنگین مالی و حقوقی جلوگیری می‌کند.
- حفاظت از تأسیسات شهری: در جداره گودها معمولاً تأسیسات حیاتی شهری مانند لوله‌های آب و فاضلاب، گاز، کابل‌های برق و مخابرات قرار دارند. هرگونه جابجایی یا ریزش خاک می‌تواند به این شریان‌های حیاتی آسیب زده و خدمات‌رسانی در یک منطقه وسیع را مختل کند.
- فراهم کردن فضای کاری ایمن و پایدار: با مهار دیواره‌ها، یک محیط کار ایمن برای اجرای مراحل بعدی پروژه (مانند فونداسیون) فراهم می‌شود و از ورود خاک و آب‌های زیرزمینی به داخل گود جلوگیری می‌کند.
به طور خلاصه، سازه نگهبان یک هزینه اضافی نیست، بلکه یک سرمایه‌گذاری ضروری برای تضمین ایمنی، پایداری و پیشرفت بدون وقفه پروژه است.
نکات تأثیرگذار در انتخاب روش اجرای سازه نگهبان
بعد از آشنایی با تعریف سازه نگهبان و اهمیت آن، لازم است با عوامل تأثیرگذار در انتخاب روش پایدارسازی دیواره‌های گود آشنا شویم. چراکه نمی‌توان برای پایدارسازی تمام گودها از یک روش سازه نگهبان استفاده کرد. عواملی که می‌توانند در انتخاب روش اجرایی سازه نگهبان تأثیرگذار باشند عبارت‌اند از:
- تیپ خاک موجود در دیواره‌ها که بر اساس آزمایشات مکانیک خاک مشخص می‌شود.
- وضعیت ایستایی و حساسیت پلاک‌های مجاور گود.
- تأسیسات موجود در معابر موجود در اطراف ملک.
- عمق گود
- ابعاد زمین
- بودجه در نظر گرفته‌شده برای اجرای سازه نگهبان
- مدت بازماندن دیواره‌های گود
انواع سازه نگهبان
با توجه به عوامل فوق می‌توان به روش‌های مختلفی دیواره‌های گود را پایدارسازی کرد. انواع روش‌های اجرای سازه نگهبان عبارت‌اند از:
سازه نگهبان خرپایی
متداول‌ترین روش اجرای سازه نگهبان خصوصاً در ساخت‌وساز شهری و گودهای کم‌عمق. برای آشنایی با این روش می‌توانید به مقاله سازه نگهبان خرپایی چیست؟ مراجعه کنید.
دیواره دیافراگمی
این روش اجرای سازه نگهبان عموماً در زمین‌های سست و در پروژه‌هایی اجرا می‌شود که فضای مانور برای فعالیت اکیپ اجرایی و دستگاه‌های حفاری داشته باشد.
از این روش در پروژه‌های صنعتی خصوصاً در پالایشگاهها و کنار دریا استفاده می شود.
نیلینگ (میخکوبی) و انکراژ
نیلینگ یا میخکوبی یا دوخت به پشت و نیز انکراژ نام دو روش دیگر از روش‌های پایدارسازی دیواره‌های گود است که در گودهای عمیق که نمی‌توان از روش‌های دیگر استفاده کرد یا ایمنی آن‌ها کمتر است، اجرا می‌شوند. در این روش‌ها گودبرداری به‌تدریج و به‌اندازه عمق ایمن، گودبرداری شده و توسط مش و شات پوشانده می‌شود سپس شبکه مش اجراشده در سطح خارجی دیواره توسط نیل‌ها یا استرندها به خاک پشت دیواره مهار می‌شود.
این روش‌ها بر پایه دوخت خاک دیواره گود به خاک پشت آن بناشده است و لازم است توجه شود که عمق مهارهای اجراشده که می‌تواند میل مهار یا استرند باشد باید طوری تعیین شود که به خاک بعد از گوه گسیختگی خاک که احتمال حرکت خاک در این قسمت وجود دارد دوخته شود.
با توجه به عملکرد این روش که قرار است خاک پشت دیواره، به‌عنوان نگهدارنده از ریزش گود جلوگیری کند اجرای این روش را نمی‌توان در گودهایی با خاک بد دانه‌بندی شده یا خاک‌های بدون چسبندگی توصیه کرد. همچنین در پروژه‌هایی که به این روش سازه نگهبان اجرا می‌شود باید نکات زیر موردتوجه قرار گیرند:
- وجود تأسیسات شهری در ترازی که قرار است حفاری و نیل گذاری شود.
- آگاهی از مسئولیت‌های حقوقی اجرای نیلینگ چراکه قرار است زیر پلاک‌های مجاور نیز حفاری‌شده و به حدود این املاک وارد شویم. عدم توجه به این نکته و عدم دریافت رضایت‌نامه از پلاک‌های مجاور پرونده‌های سنگین حقوقی را تشکیل داده است.
- حتماً این روش‌ها توسط طراح، مجری و ناظر صاحب صلاحیت باید طراحی، اجرا و نظارت شود.
روش‌های شمع کوبی و سپرکوبی
جزو روش‌هایی هستند که با توجه به محدودیت‌های موجود در ساخت‌وساز شهری نمی‌توان از آن‌ها برای پایداری سازی دیواره‌های گود استفاده کرد.
روش تاپ داون
یکی از روش‌هایی که شاید اخیراً در اجرای گودبرداری‌های عمیق از آن به‌عنوان سازه نگهبان استفاده می‌شود، روش تاپ داون است. اصل و اساس اجرای این روش پایدارسازی دیواره‌های گود بر این اساس است که با اجرای سازه اصلی و به‌صورت همزمان سازه نگهبان نیز اجراشده و دیواره‌های گود را پایدار می‌کنیم. همان‌طور که از نام این روش پیداست سازه اصلی از بالا به سمت پایین اجراشده و زمانی که به کف گود می‌رسیم اسکلت اصلی سازه نیز اجراشده است.البته به توجه به اینکه همزمان با اجرای سازه اصلی، گودبرداری نیز انجام می‌شود نیاز به فضای کافی برای حرکت ماشین‌آلات گودبرداری احساس می‌شود که باید در بخشی از سقف‌ها بازشوهایی تعبیه شود تا ماشین‌آلات گودبرداری بتوانند خاک را به خارج از کارگاه منتقل کنند. علی‌رغم اینکه برخی از مهندسان معتقد بر ایمنی بالای این روش هستند، گروهی دیگر از مهندسان نیز اعتقاد دارند روش تاپ داون بسیار خطرناک بوده و احتمال ریزش گود در حین اجرا است.
بیشتر بخوانید: خیز منفی تیرها در اجرای سقف‌های بتنی چقدر است؟
روش مهار متقابل
این روش عموماً در گودهایی با عرض کم مقرون‌به‌صرفه بوده و اجرا می‌شود. مزیت این روش در آن است که فضای عملیاتی در کف گود باقی‌مانده و اکیپ‌های اجرایی به‌راحتی می‌توانند عمل کنند. در این روش دیواره‌های هر دو طرف گود توسط المان‌های فلزی به یکدیگر مهار می‌شوند. این المان‌ها به‌صورت عمودی و افقی در ترازهای مختلف اجرا می‌شوند. در صورتی که پلاک‌های مجاور دو طرف گود با یکدیگر در یک تراز نباشند یعنی ساختمان موجود در یک‌طرف بالاتر از طرف مقابل باشد، باید دقت شود که ستون‌های سازه نگهبان حتی‌الامکان در راستای ستون‌های ساختمانی باشد که در تراز پایین‌تر قرار دارد.
روش های طراحی سازه نگهبان
طراحی یک سازه نگهبان ایمن و اقتصادی یک فرآیند پیچیده مهندسی ژئوتکنیک است که نیازمند تحلیل دقیق اندرکنش خاک و سازه است. روش‌های اصلی طراحی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
- روش‌های تعادل حدی : این روش‌ها که ساده‌تر و رایج‌تر هستند، بر اساس فرض رسیدن توده خاک به آستانه گسیختگی و محاسبه فشار جانبی خاک در آن حالت (فشار محرک و مقاوم) عمل می‌کنند. طراح با استفاده از روابط کلاسیک مهندسی خاک (مانند نظریه رانکین و کولمب)، فشار وارد بر سازه نگهبان را محاسبه کرده و اعضای سازه (مانند نیل‌ها، انکرها یا خرپاها) را برای تحمل این فشار با یک ضریب اطمینان مشخص، طراحی می‌کند. این روش‌ها خروجی اصلی‌شان ضریب اطمینان پایداری است.
- روش‌های عددی : این روش‌ها که بسیار دقیق‌تر اما پیچیده‌تر هستند، از نرم‌افزارهای پیشرفته مبتنی بر المان محدود یا تفاضل محدود مانند PLAXIS یا FLAC استفاده می‌کنند. در این روش‌ها، کل توده خاک و سازه نگهبان به شبکه‌ای از المان‌های کوچک تقسیم شده و رفتار آن‌ها تحت بارهای مختلف و در مراحل گودبرداری به صورت گام به گام تحلیل می‌شود. این روش‌ها علاوه بر ضریب اطمینان، قادر به پیش‌بینی دقیق مقدار تغییرشکل‌ها و نشست‌های دیواره گود و زمین‌های اطراف نیز هستند که برای پروژه‌های حساس شهری امری حیاتی است.
انتخاب روش طراحی به اهمیت پروژه، پیچیدگی شرایط زمین‌شناسی و الزامات قانونی بستگی دارد. برای پروژه‌های بزرگ و حساس، معمولاً از ترکیبی از هر دو روش برای اطمینان از صحت نتایج استفاده می‌شود.
کاربرد سازه نگهبان چیست؟
همان‌طور که تا اینجا گفته شد، سازه نگهبان به دلایل زیر اجرا می‌شود:
- ایمنی افراد داخل و خارج گود
افرادی که در خارج از گود حضور دارند باید بتوانند به‌راحتی و بدون هرگونه نگرانی به زندگی یا کار خود ادامه دهند.
- حفظ ایمنی افراد داخل گود
اکیپ‌های اجرایی باید بتوانند عملیات اجرای ساختمان را درست و مطابق با نقشه‌ها و ضوابط انجام دهند و این مهم زمانی میسر خواهد بود که فضای عملیاتی ایمن بوده و خطری افراد را تهدید نکند.
- حفظ ایستایی پلاک‌های مجاور گود
ساختمان‌های موجود در مجاورت گود نیز جزو آن دسته عوارضی هستند که باید قبل از شروع عملیات گودبرداری در نظر گرفته شوند تا در طول مدت اجرا، آسیبی به آن‌ها وارد نشود.
جمع‌بندی
سازه نگهبان یکی از بخش‌های حیاتی در پروژه‌های عمرانی و ساخت‌وساز است که به‌ویژه در گودبرداری‌ها و حفاری‌های عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سازه‌ها نقش مهمی در حفظ پایداری خاک و جلوگیری از ریزش دیوارها و گودها دارند. انواع مختلفی از سازه‌های نگهبان شامل سازه‌های موقتی مانند شمع‌بندی، دیوار حائل و سیستم‌های دیوار برشی برای مقابله با فشارهای جانبی خاک وجود دارند. با این حال، در ساخت‌وساز شهری، سازه نگهبان خرپایی به‌عنوان یک روش متداول برای مقاوم‌سازی و جلوگیری از ریزش دیوارها و گودها شناخته می‌شود. این سازه به دلیل طراحی ساده و قابلیت اجرای سریع، در پروژه‌های شهری و مقیاس بزرگ به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. انتخاب نوع سازه نگهبان به عمق گودبرداری، ویژگی‌های خاک و شرایط محیطی بستگی دارد. اجرای دقیق این سازه‌ها، به‌ویژه در فازهای اولیه پروژه، اهمیت بالایی دارد؛ زیرا نقص در طراحی یا اجرای آن‌ها می‌تواند به خطرات جدی برای ایمنی پروژه منجر شود.
در دوره جامع اجرای ساختمان فنون عمران، تمام جزئیات مربوط به اجرای انواع سازه نگهبان، به‌ویژه سازه‌های خرپایی، به‌طور کامل و عملی آموزش داده می‌شود. با شرکت در این دوره، شما با تمامی نکات فنی آشنا می‌شوید و می‌توانید پروژه‌های ساختمانی را با دقت و کیفیت بالاتر اجرا کنید.
همان‌طور که در ابتدا نیز گفته شد عوامل زیادی در تعیین ریسک گودبرداری تأثیرگذار هستند اما متأسفانه بسیاری از سازندگان و حتی مهندسان، عامل اصلی تعیین‌کننده برای خطر گود را عمق آن می‌دانند که همین باور غلط موجب شده در گودهای کم‌عمق، بیشتر از گودهای عمیق شاهد ریزش گود و بروز خسارات جانی و مالی باشیم.
