سازه نگهبان فلزی خرپایی : طراحی و اجرا
یکی از روشهای پایدارسازی خاک و گود استفاده از روش سازه نگهبان فلزی خرپایی برای مهار نیروی رانشی خاک در پروژه های گودبرداری میباشد. طراحی و اجرای سازه نگهبان نیز مانند روشهای نیلینگ و انکراژ می بایست توسط مهندس ژئوتکنیک متخصص و شرکت مجری عملیات پایدارسازی با تجربه انجام پذیرد چرا که هرگونه اشتباه در طراحی و اجرای سازه نگهبان فلزی خرپایی منجر به آسیب جدی به پایداری گود خواهد شد. از آنجاییکه عملکرد سازه نگهبان بر مبنای سیستم سازه ای خرپایی میباشد تک تک اعضا و المانهای این سیستم سازه ای در عملکرد کلی سازه نگهبان نقش داشته و هر یک از اعضا میبایست به درستی طراحی و به بهترین نحوی اجرا گردند.
در این سیستم پایدارسازی گود نیز عواملی چون خواص فیزیکی و مقاومتی خاک ؛ میزان سربار گود؛ عمق گودبرداری و فواصل افقی سازه های خرپایی از یکدیگر نقش مهمی در طراحی و تعیین ابعاد هندسی مقاطع سازه فلزی خرپایی خواهند داشت. تعیین ضریب فشار رانشی خاک یکی از موارد مهم در طراحی و تعیین مقاطع سازه نگهبان خرپایی میباشد که تاثیر مستقیمی بر روی هزینه های ساخت سازه نگهبان و میزان آهن مصرفی خواهد داشت. از آنجاییکه سیستم سازه نگهبان خرپایی به صورت یک سیستم غیرفعال passive میباشد ( برخلاف سیستم هایی مثل انکراژ که یک سیستم پایدارسازی اکتیو active میباشد و در همان زمان اجرا در برابر نیروی رانشی خاک فعال و مقاوم میگردد ) به منظور درگیر شدن آن با خاک و به اصطلاح فعال شدن عملکرد مقاومتی سازه نگهبان لازم است تا تغییر شکل و حرکت اولیه ای در خاک و گودبرداری اتفاق بیفتد ؛ لذا ضریب فشار رانشی خاک از نوع محرک و یا ضریب اکتیو Kaدر نظر گرفته میشود و لیکن در مواردیکه وضعیت همجواریها شامل ساختمانهای حساس و یا خیلی قدیمی و بدون اسکلت میباشد میبایست ضریب رانشی خاک را از نوع ساکن یا ضریب فشار رانشی حالت سکون K0 در نظر گرفت و طراحی اعضای خرپایی بر اساس فشار رانشی حال سکون انجام گردد .
طراحی یک سیستم سازه نگهبان خرپایی شامل سه قسمت میباشد :
- طراحی اعضای سازه ای فلزی خرپایی: برای این حالت لازم است بارگذاری اعضای سازه ای به درستی انجام گردد لذا لازم است تا نمودار فشار رانشی خاک برای شرایط موجود با لحاظ تراز آبهای زیرزمینی تعیین گردد و سپس با توجه به فاصله افقی قرارگیری خرپاها از یکدیگر بزرگی نیروی وارد بر تک تک اعضای خرپا تعیین گردد. به منظور آنالیز و طراحی خرپای فلزی می توان به صورت تحلیل دستی و یا به کمک نرم افزار SAP2000 کار مدلسازی و تحلیل را انجام داد .
- طراحی شمع بتنی ستونهای اصلی سازه نگهبان: در سیستم مهاری سازه نگهبان فلزی خرپایی نیروی کششی زیادی به عضو قائم اصلی خرپا ( ستون اصلی خرپا) وارد میگردد لذا برای مهار این نیرو در ریشه این ستون اصلی؛ از شمع بتنی استفاده میگردد. این شمع بتنی به صورت کششی عمل کرده و نیروها را به خاک اطراف و پیرامون خود منتقل می کند لذا در طراحی این شمع های بتنی میبایست به اصطکاک مابین شمع بتنی و خاک پیرامون آن توجه کامل داشت چرا که انتقال نیروی این شمع بتنی از طریق اصطکاک جدار انجام میگردد. از دلایل دیگر استفاده از شمع بتنی مهار سازه خرپایی در برابر لغزش و همچنین جلوگیری از واژگونی سازه نگهبان میباشد. در این حالت ابعاد شمع بتنی با توجه به ظرفیت تحمل کشش شمع بتنی محاسبه میگردد.
- طراحی شالوده و فونداسیون دستکهای اصلی سازه نگهبان
سازه نگهبان خرپایی تا چه عمقی قابلیت اجرایی دارد؟
محدودیت های اجرایی زیادی در اجرای سازه نگهبان خرپایی فلزی برای پایدارسازی گودبرداری ها وجود دارد مهمترین مساله و نکته در اجرای سازه نگهبان خرپایی فلزی نصب دستک اصلی مایل میباشد که باید بتوان قبل از اجرای آن فونداسیون دستک ها را در کف گود اجرا کرد. از طرفی به منظور اجرای فونداسیون تک دستک مایل اصلی سازه نگهبان لازم است در قسمت میانی زمین گود به کف رسانده شود و فونداسیون اجرا گردد ضمن اینکه به منظور تامین پایداری دیوارهای گودبرداری خاکبرداری با شیب مجاز ۲ به ۱ و یا ۱ به ۱ میبایست اجرا گردد که این عامل در زمین های با عرض کم مشکلی اساسی ایجاد میکند به عبارت دیگر در صورتیکه عمق گود نسبت به ابعاد زمین و یا عرض زمین بیشتر باشد اجرای خاکبرداری شیب دار در وسط زمین بسیار مشکل خواهد بود در حالت کلی اجرای سازه نگهبان برای گودبرداری بیش از ۱۲ متر و یا بیش از سه طبقه زیرزمین بسیار مشکل و در اغلب موارد قابل اجرا نخواهد بود و ممکن است خطر ریزش گود را بهمراه داشته باشد در اینگونه موارد لازم است روشهای دیگر مانند سازه نگهبان مهار متقابل و یا استرات و یا سیستم نیلینگ و انکراژ به عنوان روش پایدارسازی گودبرداری مورد استفاده قرار گیرد.
