یکی از مفاهیم مهم در ساختمان سازی، سازه نگهبان و نکات مربوط به آن است. در مورد این سازه‌ها که نقش محافظتی داشته و در جریان احداث ساختمان‌هایی با طبقات منفی به‌کار برده می‌شوند، نکات مختلفی وجود دارد که در این مطلب از آذر ایستا اشاره می‌کنیم. همراه ما باشید تا شما را با انواع این سازه‌ها و ویژگی‌ها و کاربردهایی که دارند، آشنا کنیم. از این سازه‌ها برای حفظ ایمنی و پایداری ساختمان‌های اطراف گود یا اصطلاحا پایدارسازی گود استفاده می‌شود.
عناوین اصلی این مطلب
سازه نگهبان چیست؟
در ساخت خانه‌ها یا آپارتمان‌ها، ساختمان‌ها و پاساژهای تجاری، گاهی نیاز به ساخت طبقات منفی در روند ساخت و ساز است. طبقه‌های منفی یا طبقات زیر همکف، معمولا برای ساخت پارکینگ یا کاربری‌های مشابه دیگر در نظر گرفته می‌شوند. صرف نظر از نوع کاربری اختصاص یافته به طبقه منفی، برای ساخت آن نیاز به گودبرداری وجود دارد.
پیش نیاز گودبرداری در مراحل احداث ساختمان، رعایت برخی اصول و توجه به رفتارهای خاک است. کارفرمایان و ساختمان سازان باید با استانداردهای لازم و نکات در مورد انجام گودبرداری به خوبی آشنا باشند و الزامات اساسی را در مورد آن انجام دهند. در غیر این صورت، خطر ایجاد خسارت‌های جانی و مالی به ساختمان‌های کناری وجود دارد که گاها جدی و جبران ناپذیر است.
یکی از الزامات تعیین شده، اجرای سازه نگهبان است. این سازه جهت فراهم کردن شرایط پایدار و افزایش مقاومت دیوارهای گود ایجاد شده، استفاده می‌شود. بنابراین اجازه نمی‌دهد که زمین زیر پلاک‌های کناری سست شده یا به سمت گود پیشروی کند. در این صورت ترک خوردن، خرابی یا آوارشدن ساختمان‌های مجاور رخ نخواهد داد.
هر زمان که عمق گودبرداری به‌صورتی است که نسبت به فونداسیون ساختمان‌های اطراف پایین‌تر می‌رود، احتمال ریسک ریزش دیواره‌های گود و سازه‌های کناری وجود دارد و لزوم کاربرد سازه‌های نگهبان مطرح می‌شود. برای اجرای این سازه، می‌توان از تجهیزات فرعی جدا از سازه ساختمانی اصلی استفاده کرد یا اینکه قسمتی از سازه اصلی را به آن اختصاص داد. انواع روش‌ها و سیستم اجرای سازه وجود دارد که با آن‌ها می‌توان ایمنی و پایداری گود را افزایش داد و از بناهای کنار محل گودبرداری، محافظت کرد.
اهمیت اجرای سازه نگهبان
بعضی از ساختمان سازان و پیمانکاران برای صرفه‌جویی در مخارج کلی ساخت و ساز، از ایمن سازی گود با کمک سازه‌های نگهبان خودداری می‌کنند. در واقع با صرف نظر از به کارگیری سازه‌های نگهبان، از زیر هزینه‌های گاها قابل توجه آن شانه خالی می‌کنند. بنابراین بدون ایمن‌سازی با اصول معین، گود برداری را انجام داده و به پایان می‌رسانند. برخی دیگر از مجریان پروژه‌های عمرانی، گمان می‌کنند که استفاده از این سازه‌ها ضرورتی ندارد و خاک محل احداث ساختمان مورد نظر، از پایداری و ثبات کافی برخوردار است.
این در حالی است که اهمیت استفاده از سازه نگهبان در پایدارسازی گود بر مهندسین و مجریان پوشیده نیست و نمی‌توان از آن صرف نظر کرد. اگر بخواهیم دیوارهای گود پایداری و استحکام خود را حفظ کنند، باید حتما از سازه‌های مختلفی برای تثبیت و محافظت از آن‌ها استفاده کنیم.
چیزی که در تجربه سال‌ها ساختمان سازی بشر مشهود است، این است که رفتارهای خاک خیلی متنوع و گاها غیرقابل پیش بینی است. در صورتی که خاک دیواره‌های گود سست شده و به سمت گود حرکت کند، زمین زیر ساختمان‌های مجاور خالی شده و باعث تخریب آن بناها می‌شود. برای حفظ ایمنی افرادی که داخل گود مشغول به کار هستند یا امنیت افرادی که در اطراف گودبرداری سکونت دارند و همچنین برای جلوگیری از تخریب ساختمان‌های مجاور، لازم است از سازه نگهبان استفاده شود.
نکات مهم در انتخاب روش اجرای سازه‌های نگهبان
در این قسمت قصد داریم به عواملی که در انتخاب روش مناسب برای اجرای سازه‌ی نگهبان اهمیت دارند، اشاره کنیم. برای پایدارسازی گود در همه شرایط و موقعیت‌ها، نمی‌توان از یک روش و یک نوع سازه جهت مقاوم‌سازی استفاده کرد. بلکه در این مورد، به موارد زیر دقت شده و سپس تصمیم نهایی گرفته می‌شود:
- 1- نوع و جنس خاک که در آزمایشات معلوم شده و دیدی نسبت به رفتار خاک به ساختمان سازان می‌دهد.
- 2- میزان حساسیت و ایستایی ساختمان‌های کنار ناحیه گودبرداری.
- 3- عمق ایجاد گود.
- 4- تأسیساتی که در محل‌های عبور مجاور گودبرداری وجود دارد.
- 5- اندازه زمین محل ساختمان سازی.
- 6- بودجه‌ای که کارفرما در دسترس دارد یا جهت انتخاب سازه نگهبان اختصاص می‌دهد.
- 7- زمانی که گودبرداری از ایجاد تا پایان اتمام ساخت و ساز طبقه منفی وجود دارد.
وظیفه مهندس ناظر در این مورد چیست؟
یک مهندس ناظر بر امر ساخت و ساز، باید بر روش و درستی اجرای سازه‌ی نگهبان نظارت داشته و آن را تایید کند. همچنین ناظرین بایستی ترک‌های احتمالی ایجاد شده در خاک دیواره گود را تشخیص داده و اقداماتی برای کنترل عرض ترک‌خوردگی ها جهت بیشتر نشدن آن‌ها تعیین کند.
اگر خطر ریزش دیواره گود و فرار خاک از زیر فونداسیون ساختمان‌های کناری وجود داشته باشد، این اتفاق در یک لحظه و به‌طور ناگهانی نمی‌افتد. بلکه به آرامی با ایجاد ترک‌ها و بیشتر شدن عرض و شکافتگی ترک‌های ایجاد شده در کنار پوسته شدن خاک، از هم گسیختگی و حرکت آن بروز می‌کند.
روش‌های ممکن برای اجرای سازه نگهبان
برای ساخت این سازه‌ها و پایدارسازی گود، راه‌های متنوع و سازه‌های متفاوتی را می‌توان انتخاب کرد. در این جا چند نمونه از مهم‌ترین‌ها را معرفی می‌کنیم.
1- سازه‌ی نگهبان خرپایی
استفاده از سازه‌های خرپایی، از رایج‌ترین راه‌ها برای پایدار کردن دیواره‌های گود به ویژه در مورد گودهایی با عمق کم و در ساختمان‌های شهری است. در اجرای این مدل سازه مرحله به مرحله خاک برداری، ایجاد سازه و پر نمودن پشت آن با مصالح انجام می‌شود. بین اجزای سازه و دیوار گود، هیچ فاصله‌ای نباید وجود داشته باشد. هرگونه فاصله ناخواسته و عدم دقت به این مورد، کل پایدارسازی را بی اثر خواهد کرد.
جهت ایجاد سازه نگهبان خرپایی، در آغاز تعدادی حفره یا چاهک در کنار گود و مجاور دیواره گود ایجاد می‌شود. درون این حفره‌ها یک سبد آرماتوربندی شده گذاشته شده و جزء ایستاده یا عمودی خرپا (عمدتا پروفیل دوبل IPE) را داخلش می‌گذارند. جوش دادن چند ردیف نبشی یا ناودانی به این جزء ایستاده، به حفظ استحکام و مقاومت بیشترش کمک می‌کند.
سپس در کنار دیواره درون حفره‌ها پلاستیک قرار داده شده و داخل آن بتن ریخته می‌شود. جزء ایستاده در سازه خرپایی می‌بایست به‌طور کامل در تماس با دیواره گود یا ساختمان کناری باشد. در غیر این صورت، فضای احتمالی بین آن دو را با مصالحی مثل آجر فشاری و ملات پر می‌کنند.
پس از سفت و خشک شدن بتن، خاکی را که اطراف جزء عمودی وجود دارد، جهت ایجاد بازوی مایل این سازه نگهبان به شکل ترانشه برداشته می‌شود. در ادامه یک فونداسیون جداگانه برای وصل کردن بازوی مایل به سازه، ایجاد می‌شود که نیاز به کندن خاک، استفاده از شبکه میلگردها و ریختن بتن دارد. وقتی بتن خودش را گرفت، جزء مایل سازه خرپا را از یک سمت به صفحه‌ی ستون و از سمت دیگر به قسمت ایستاده جوش می‌دهند. قسمت‌های فرعی خرپا هم بین هر دو قسمت عمودی و بین هر جزء عمودی با مایل تعبیه می‌شوند تا مقاومت خرپا را بالا ببرند.
2- سازه نگهبان مهار متقابل
از سازه مهار متقابل، بیشتر در پایدارسازی گودهایی استفاده می‌شود که عرض کمی داشته و در محیط شهری بنا شده باشند. به طوری که دیواره‌های طرفین گود، به کمک اجزایی فلزی بطور متقابل و در راستای افقی و عمودی به هم تکیه داده می‌شوند تا فشار وارد شده به هم را مهار کنند. از خوبی‌های این مدل پایدارسازی این است که محیط قابل توجهی از کف گود اشغال نمی‌شود و کارگران و سازندگان می‌توانند آزادانه در کف گود به فعالیت خود بپردازند.
اگر ساختمان‌های موجود در 2 سمت گودبرداری باهم در یک تراز نباشند و یکی از آن‌ها بالاتر از دیگری باشد، لازم است به این مساله توجه شود که ستون‌های سازه نگهبان، تا جایی که ممکن است در راستای ستون‌های سازه‌ی پایین‌تر تعبیه شوند. با این که روش مهار متقابل کف گود را درگیر نمیکند، اما گاهی به دلیل عضوهایی که بین دیواره‌ها قرار داده می‌شوند، محدودیت‌هایی در استفاده از تجهیزات مکانیکی و ماشین‌آلات مرتبط با ساختمان‌سازی ایجاد می‌کند.
3- سازه‌ی نگهبان نیلینگ
روش دیگر برای افزایش پایداری گود، بر مبنای نیلینگ یا میخ کوبی انجام می‌شود. این روش به اسم دوخت به پشت هم نامیده می‌شود و اغلب در شرایطی که گودبرداری عمیق است و امکان به‌کارگیری راه‌های دیگر پایدارسازی با سازه‌های نگهبان وجود ندارد یا ایمنی کافی را ندارند، استفاده می‌شود.
شیوه اجرای این سازه نگهبان به شکلی است که اول خاکبرداری تا عمقی که خاک پایدارتر است (حدودا بین 2 تا 4 متر)، با احتیاط و مرحله به مرحله انجام شده و بعد با کمک تجهیزات حفاری مخصوص، حفره‌هایی به صورت افقی و مایل در دیواره گود ایجاد می‌شود. فاصله حفره‌ها حدودا 2-1 متر و قطر حفره‌ها 10 الی 15 سانتیمتر خواهد بود. در صورتی که تصمیم به ایجاد حفره‌های مایل گرفته شود، شیب این حفرات نسبت به افق، 10 تا 15% خواهد بود.
در ادامه شبکه‌های مش آماده را که از میلگردهای فولادی نوع AIII ساخته شده را با میخ‌هایی که در حفره‌ها قرار داده می‌شوند، به دیواره گود وصل می‌کنند. برای تعبیه میخ یا نیل‌ها در سوراخ‌هایی که در دیواره گود ایجاد شده، از اسپیسرهای پلاستیکی جهت قرارگیری میخ در مرکز سوراخ و لوله‌های تزریق PVC برای ریختن دوغاب استفاده می‌شود.
در نهایت روی شبکه میلگردها، بتن پاشی می‌شود که به آن شاتکریت هم می‌گویند و تقریبا 20-10 سانتیمتر قطر دارد. تمام این مراحل موجب می‌شوند نیروی رانش خاک در دیواره گود به خاک‌های داخل بدنه دیواره هدایت شود و پایداری و مقاومت گود بالاتر رود. در این روش نسبت به انکراژ، ابزار کمتری احتیاج است.
4- سازه نگهبان انکراژ
مراحل روش مهارسازی (انکراژ) در پایدارسازی گود خیلی شبیه به روش نیلینگ است، با این تفاوت که هزینه بیشتری نیاز دارد، محدوده وسیع‌تری را پایدار کرده و تجهیزات و زمان بیشتری صرف آن می‌شود. از انکراژ عمدتا برای پایدارسازی گودهایی با عمق زیاد استفاده می‌شود. ابزارهای به کاررفته در سازه انکراژ شامل غلاف، اسپیسر، سنترالایزر، سر انکر و گوه، کابل (استرند) یا میله‌ای فولادی و لوله تزریق گروت هستند.
5- اجرای شمع درجا
راه دیگر برای بالابردن پایداری گود، به کارگیری شمع‌های بتنی درجا است که با فاصله 1 تا 2 متر از هم ساخته می‌شوند. این کار را می‌توان برای خاک‌های نرم و سخت انجام داد. به نحوی که با ابزارهای حفاری یا به وسیله مقنی، چاه‌هایی کنده می‌شود که قطرشان 100-80 سانتیمتر باشد. اگر خاک خیلی سست باشد، در مورد اجرای این سازه نگهبان برای پیشگیری از تکان خوردن شمع‌ها، از غلاف فلزی، کول بتنی و تزریق گل بنتونت کمک می‌گیرند. این کار طبیعتا مخارج صرف شده را بالا خواهد برد.
در ادامه یک شبکه از میلگردهای طولی و خاموت‌هایی که به دور آن‌ها پیچیده شده ساخته و پس از گذاشتن اسپیسر بر روی آن‌ها، درون چاه می‌گذارند. آرماتورها باید با مفتول محکم به هم بسته شده باشند تا وقتی جرثقیل آن‌ها را بالا می‌برد تا درون چاه بگذارد، از هم جدا نشوند. نهایتا در ساختار ایجاد شده بتن ریخته می‌شود. معمولا به خاطر محدودیت‌هایی که در ساختمان‌سازی شهری وجود دارد، از این روش در بافت شهرها استفاده نمی‌شود.
6- سازه نگهبان با سپرکوبی
برای پایدارسازی گود به این شیوه، در آغاز دو طرف گود سپرهایی را قرارداده و می‌کوبند. منظور از سپر، صفحاتی فلزی است که در کنار دیواره گود با چکش پنوماتیک درون خاک کوبیده می‌شوند. پس از آن خاک برداری تا عمق لازم آغاز می‌شود. در ادامه تیرهای پشت بند افقی رویشان قرار داده شده و عضوهای فشاری قائم عمود بر آن‌ها متصل می‌شود.
اگر خاک محل گودبرداری معمولی باشد و گودبرداری با عرض کمی انجام شود، در مورد اجزای پشت سپر از چوب استفاده می‌شود. اما در صورتی که در مورد خاک سست یا گودبرداری با عرض بیشتر اقدام شود، لازم است این اجزاء فلزی و عضو فشاری باشند.
در سازه نگهبان سپرکوبی سپرها و عضوهای متصل به آن یک دیواره پیوسته را می‌سازند که پایداری گود را افزایش می‌دهد. این روش در ساخت‌وسازهای شهری بخاطر سروصدای زیادش، لرزشی که درست می‌کند و تأسیسات زیربنایی شهری کاربردی نیست. اما بطور کلی فوایدی مثل قابلیت خارج کردن و استفاده دوباره‌ی سپرهای فلزی و اشغال فضای کمتر در داخل گود را دارد. البته نمی‌توان از این مساله هم چشم پوشی کرد که اگر خاک کف گودبرداری سنگی و خیلی متراکم یا سفت باشد، کوبیدن سپرها درون آن بسیار دشوار خواهد بود.