معرفی دیوار حائل
دیوار حائل به دیواری گفته می شود که فشار ناشی از اختلاف ارتفاع به وجود آمده به واسطه خاکریزی، خاکبرداری یا سایر عوامل طبیعی را تحمل کرده و به صورت پایدار حفظ نماید. یکی از روشهای متداول به منظور مقابله با خطراتی همچون رانش, لغزش و یا ریزش زمینهای شیبدار استفاده از دیوارهای حائل یا سازه های نگهبان است. دیوارهای حائل از جمله سازه های فنی هستند که به وفور در پروژه های راه سازی کاربرد دارند. سازه نگهبان یا دیوار حائل دیواری است که بتواند به صورت یک سازهء نگه دارنده و تکیه گاهی برای پایداری سازهء دیگر، یا جلوگیری از ریزش یا دیگر عوارض طبیعی مشرف به جاده‌ها یا ساحلی نزدیک به دریاها و دامنه‌های غیرطبیعی و به طور کلی هر جا که احتیاج به تکیه‌گاه جانبی باشد استفاده شود.اصولا قیمت اجرای دیوار حائل به قیمت فلاور باکس بتنی بستگی دارد.
در این مقاله ما به توضیح موارد زیر می پردازیم:
- انواع دیوار حائل
- لزوم استفاده از دیوار حائل
- نیروهای وارده به دیوار حائل
- عوامل موثر در انتخاب دیوار حائل
انواع دیوار حائل
دیوارهای حائل به جهت عملکرد سازه ای به دو گروه زیر تقسیم می شوند:
الف) دیوارهای حائل صلب:
دیوارهایی که از نظر نشست با محیط پیرامون هماهنگ نیستند که شامل دیوارهای زیر می شوند:
دیوار حائل وزنی (Gravity Retaining Wall) (بنایی و بتنی)
دیوار حایل وزنی برای تحمل فشار خاک جانبی، فقط به وزن خودش متکی است. به طور کلی، دیوار حائل وزنی، بزرگ است چون برای مقابله با فشار افقی خاک، به بار وزن قابل توجهی نیاز دارد. حین طراحی دیوار حائل وزنی باید لغزش، واژگونی و نیروهای وارده مد نظر قرار گیرند.
دیوارهای حائل غیر وزنی یا غیر ثقلی (طره ای و پشت بند دار)
این نوع دیوار نگهدارنده متشکل از اسلب ساقه و پایه بتن مسلح، بتن پیش ساخته، ساخته می شود. دیوار حائل طره ای رایج ترین نوع از دیوارهای نگهدارنده مورد استفاده می باشد. این نوع دیوار یا در محل ساخته می شود یا در کارگاه ساخته شده و به محل مورد نظر حمل می شوند.
دیوار حائل طره ای جلوبند دار و پشت بنددار (Counterfort Retaining Wall Butterssed)
هنگامی که ارتفاع دیواره نگهدارنده طره‌ای بیش از حدود ۷ متر باشد، تهیه یک سیستم مهاربند عمودی، معروف به طره‌ای پشت بنددار، در کنار خاکریز و در بالای پاشنه اسلب مقرون به صرفه است. طره‌های پشت بنددار، تیرهای مثلثی با عمق متغیر و عرض یکنواخت هستند که در یک فاصله منظم، تیغه و اسلب را به هم متصل می‌کنند. استفاده از این طره‌ها به کاهش ممان خمشی ناشی از فشار زمین کمک می‌کنند.
دیوارهای حائل سپری مهار شده (Anchored Retaining wall)
برای دیواره‌های نگهدارنده با ارتفاع زیاد، میله‌ها یا کابل‌های بلند در اعماق زمین رانده و انتهای آنها با استفاده از بتن مهار می‌شوند. این دیوارها به عنوان میل مهار (Tiebacks) نیز شناخته می‌شوند. آنها هنگامی کاربرد دارند که یک دیوار نگهدارنده با ضخامت کم مورد نیاز بوده و یا فضای لازم برای نصب انواع دیگر دیوارهای حائل محدود باشد. ساخت این دیوارها برای خاک‌های سستی که بر روی سنگ‌های طبیعی قرار دارند، بسیار مؤثر هستند.
دیوار های حائل سپری((Sheet-pile Retaining wall
دیوار نگهدارنده سپری با هدایت شمع های بتنی تقویت شده در مجاورت و کنار یکدیگر مطابق شکل زیر ساخته می شود. شمع های بتنی که به عمق کافی در کنار یکدیگر فرو برده می شوند باعث می شوند تا با نیرویی که سعی می کند از دیوار عبور کند، مقابله کنند. این نوع دیوارها هم می توانند به صورت موقت و هم می توانند به صورت دائم اجرا شوند.
ب) دیوارهای حائل انعطاف پذیر
این دیوارها از نظر نشست با محیط هماهنگ هستند و شامل دیوارهای زیر می باشند:
- دیوارهای حائل خاک مسلح با شبکه های پلیمری (ژئوتکستایل و ژئوگرید)
- دیوارهای حائل خاک مسلح با تسمه های فولادی
- دیوارهای قفسه ای
- سپرهای فولادی
- دیوارهای حائل توری سنگی(گابیونی)
- تسلیح خاک
مکانیزم رفتار خاک مسلح
احتمال اینکه یک سازه خاک غیر مسلح با دیواره تقریبا قائم فرو بریزد زیاد است. در این حالت مقداری تنش های اضافی در خاک و وجود فشار جانبی خاک موجب ناپایداری شده است. در صورتی که از تسلیح کننده استفاده شود، مقداری از تنش های اضافی ایجاد شده در خاک در جهت تسلیح بسیج شده و باعث افزایش مقاومت برشی خاک و پایداری آن می گردد. در صورتی که همبستگی کافی بین تسلیح و خاک اطراف آن وجود داشته باشد، این تنش های اضافی ارتباط نزدیکی به تنش های کششی ایجاد شده در تسلیح دارند. نکات گفته شده بیان کننده این اصل کلی است که ماده مرکب شامل خاک و تسلیح فقط وقتی می تواند به عنوان خاک مسلح رفتار نماید که بارگذاری این ماده باعث ایجاد تنش های کششی در تسلیح و تنش های اضافی در خاک گردد.
انواع دیوارهای حائل
این موضوع کاملا قابل درک است که طراحی و ساخت و ساز دیوارهای حائل تاثیری اساسی در گسترش مهندسی ژئوتکنیک داشته است. دیوارهای حائل (به همراه سدهای خاکی) به عنوان اولین سازه های خاکی مهم و بحرانی در نظر گرفته می شوند. علاوه بر این انواع دیوارهای حائل، روش های طراحی و ساخت و ساز آن ها از جمله مسائل مهم در مهندسی ژئوتکنیک می باشد. با گذشت زمان، دیوارهای حائل وزنی جای خود را به انواع دیوارهای بتن مسلح دادند که به عنوان دیوارهای تقویتی به شمار می روند. پس از آن دیوارهای حائل از نوع تیر و صندوقه ای به کار گرفته شدند. تغییر اساسی در سال 1960 با ظهور توده خاک مسلح رخ داد. تسلیح ابتدا با استفاده از تسمه آهنی بود، و بعد از آن به وسیله شبکه های سیم جوش جایگزین شده است. رویه های دیوار در اشکال و نوع های متفاوتی ارائه شده است. در دهه 1980 تکنولوژی خاک تثبیت شده مکانیکی MSE با استفاده از صفحات ژئوگرید، ژئوتکستایل و تسمه های پلیمری رواج گسترده ای یافتند. با این حال، در حال حاضر 4 دسته دیوار حائل با زیر شاخه های مربوطه وجود دارد. این دیوارها را می توان به شرح زیر تقسیم بندی کرد:
1 – دیوارهای مکانیکی وزنی یا صلب
- بتنی طره ای
- بتنی طره ای با تقویت کننده
- های استوانه ای
2 – دیوارهای وزنی پیش ساخته
- صندوقه های فلزی
- دارای صندوقه های بتنی پیش ساخته
- گابیونی
3 – دیوارهای حائل مسلح به تسلیح کننده های فلزی
- دارای رویه با پانل های پیش ساخته بتنی
- دارای رویه با قطعات درجاریز
- دیوارهای حائل قطعه ای با نمای بلوکی
4 – دیوارهای حائل مسلح به تسلیح کننده های ژئوسنتیکی
- دارای رویه با پانل های پیش ساخته بتنی
- دارای رویه با قطعات درجاریز
- دیوارهای حائل قطعه ای با نمای بلوکی
در ادامه به توضیح کاملی از دیوارهای حائل خاک مسلح می پردازیم:
دیوارهای حائل خاک مسلح
خاك مسلح مجموعه‌اي از خاکریز (خاك آن معمولا دانه اي است)، عناصر مسلح کننده (به صورت تسمه، تسلیح کننده های ژئوسنتتیکی و غیره) و عناصر نما می‌باشد. در خاك مسلح وجود عناصر مسلح کننده کششی باعث بهبود مقاومت خاك می شود.
تکنیک خاک مسلح مدرن و روش تحلیل و طراحی آن در سال 1966 توسط مهندس فرانسوی هانری ویدال (Henri Vidal) ارائه شد و بعد از او توسط داربین (Darbin) در سال 1970 و بوسیله شوسر (Schosser) در سال 1974 پیگیری شده که در این تحقیقات از مته‌های فولادی به عنوان عناصرمسلح‌کننده استفاده شده است. در سال 1960 مرکز تحقیقات راه فرانسه مطالعات کاملی در خصوص فواید استفاده از خاک مسلح انجام داد. در 30 سال گذشته بسیاری از دیوارهای حائل و خاکریز‌هایی که با استفاده از خاک مسلح اجرا شده عملکرد خوبی داشته است.
خاک مسلح یا خاک تثبیت شده مکانیکی ایده جدیدی نیست و امروزه این عمل توسط مسلح‌کننده‌هایی از قبیل فلز، پلیمر و یا مصالح طبیعی صورت می‌گیرد. با توجه به اینکه خاک در برابر کشش ضعیف است، ایده خاک مسلح در حقیقت راه حلی برای رفع این نقطه ضعف می‌باشد.
ترکیب مسلح‌کننده و و خاک مناسب، مصالح ویژه‌ای را بوجود می‌آورد که دارای خواصی کاملاً متفاوت با خواص اجزاء تشکیل‌دهنده آن است. زمانی که مقاومت کششی مسلح‌کننده به خاک متراکم ملحق می‌شود توده به صورت جسم ترکیبی و نیمه صلب در می‌آید و امکان ساخت سازه‌های اقتصادی که قادر به مهار نیروهای کششی هستند را فراهم می‌سازد.
مهندس فرانسوی هانری ویدال دریافت که وقتی مصالح دانه‌ای با مواد زبری که مقاومت کششی خوبی دارند ترکیب می‌شوند، ماده ترکیبی حاصل مقاومتر از ماده اولی خواهد بود این ایده سبب توسعه سریع تسلیح خاک گشت و باعث شد موضوع تسلیح خاک فرم پیشرفته‌ای به خود بگیرد.
نحوه عملکرد خاک مسلح و مزایای آن
خاک مسلح با توجه افزایش مقاومت کششی خاک، افزایش مقاومت برشی به علت اصطکاک موجود در سطح تماس خاک و مصالح مسلح‌کننده و جلوگیری از نفوذ مصالح در خاک سست باعث افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست خاک و همچنین باعث افزایش پایداری خاکریز‌ها و بسیاری موارد دیگر می‌شود، استفاده از خاک مسلح چه از نظر فنی و چه از نظر اقتصادی در اغلب اوقات بر دیگر روش‌ها برتری دارد. از نظر سازه ای خاک مسلح به علت انعطاف‌پذیری و میرایی بالایی که دارد در مقابل بار ناشی از زلزله عملکرد خوبی نشان می‌دهد از نظر اقتصادی نیز با توجه به سهولت در اجرا، عدم نیاز به کارگران با مهارت‌های فنی بالا، کم بودن زمان اجرا این روش می‌تواند در ردیف اول اولویت‌های انتخابی قرار گیرد.
استفاده از ژئوسنتتیکها جهت تسلیح خاک
از جمله پرکاربردترین مصارف ژئوسنتتیکها، ساخت دیوار حائل به صورت خاک مسلح است. در این روش دیگر نیازی به احداث دیوارهای حائل بتنی، طره‌ای یا سنگی نداشته و با استفاده از خاک و ژئوگرید احداث می‌گردد. کوله پل‌ها، تقاطع های غیر همسطح، دیوارهای برگشتی، پایدارسازی شیروانی‌ها و همه و همه در دو نوع باربر و غیر باربر با استفاده از ژئوگریدها قابل اجرا هستند.
کاربرد ژئوگرید در خاک مسلح
امروزه خاک‌های مسلح شده با ژئوگرید در بسیاری از فعالیت‌های عمرانی یک کشور مورد استفاده قرار می‌گیرد. از خاک مسلح شده با ژئوگرید در دیوارهای حایل، ایجاد پایداری و حفظ خاکریزی‌ها با شیب‌های تند تا 110 درجه، استفاده می‌گردد. همچنین در کوله پل‌ها و سازه‌های کنترل‌کننده آلودگی‌های صوتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ژئوگریدها بعنوان تقویت کننده خاک در لایه های مختلف خاک کوبید شده قرار می‌گیرند و میزان مقاومت کششی و برشی خاک را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.
مزایا و معایب دیوارهای ژئوسنتتیک
مزایا:
صرفه اقتصادی نسبت به دیوارهای حائل مشابه. بطور کلی در صورتیکه سطح دیوار حائل بیش از 200 مترمربع و یا ارتفاع آن بیش از 3 متر باشد، یا اینکه دیوارهای حائل نیاز به شالوده‌ی عمیق داشته باشد، استفاده از دیوارهای مسلح باعث کاهش محسوس هزینه‌ها خواهد شد.
- سرعت اجرای بالا و سهولت در اجرا
- امکان استفاده از مصالح موجود در محل
- دیوارهای ژئوسنتتیک انعطاف پذیرتر هستند و عملکرد بسیار مناسبی در مقابل زلزله و دیگر نیروهای وارد بر سازه دارند. همچنین به دلیل انعطاف‌پذیری و جرم بیشتر، در مقابل بارگذاری‌های دینامیکی همچون بار چرخ وسایل نقلیه، آثار موج و ضربه قایق‌ها، مقاومت بیشتری دارند.
- امکان استفاده از نما‌های متنوع
- سازگاری با محیط زیست
- طول عمر بالاتر نسبت به سازه‌های مشابه
- پدیده خوردگی که در مسلح‌کننده‌های فولادی کنترل‌کننده است در ژئوسنتتیکها مشاهده نمی‌شود.
- مسلح‌کننده‌های ژئوسنتتیک سبک هستند و به راحتی حمل و نقل می‌شوند.
- با استفاده از پوشش گیاهی در نما می‌توان از دیوارهای با مسلح‌کننده و نمای ژئوگریدی در برابر پرتو فرابنفش محافظت نمود.
معایب:
- پدیده خزش در ژئوسنتتیکها باعث کاهش مقاومت درازمدت آنها می‌شود. همچنین بسیاری از انواع ژئوسنتتیکها باید همواره در برابر پرتو فرابنفش محافظت شوند.
- اجرای این دیوارها به خصوص در نواحی خاکبرداری نیاز به فضای بیشتری نسبت به دیگر انواع دیوار حائل دارد.
- امکان خاکبرداری از خاکریز‌های مسلح شده وجود ندارد.
برخی از کاربرد‌های دیوار خاک مسلح ژئوگریدی
- احداث رمپ و کوله پل‌ها
- احداث دیوارهای خاک مسلح ژئوگریدی
- احداث و تعریض جاده‌ها و خطوط آهن
- احداث دیوار حائل ژئوگریدی در مسیر رودخانه‌ها و کناره سواحل به منظور جلوگیری از آبشستگی و فرسایش
- اجرای کوله‌های باربر و غیرباربر در پل‌ها
- اجرای رمپ پل‌ها
- امکان تطابق اجرای کوله‌ها و رمپ‌های ژئوگریدی با سایر بخش‌های پل
- امکان اجرای کوله‌ها و رمپ‌های قائم
- عدم محدودیت در ارتفاع
- امکان اجرای نما‌های متنوع در بدنه پل
- کاهش هزینه‌های پروژه نسبت به روشهای مشابه
ویژگی‌ها و مزایای اجرای دیوار خاک مسلح ژئوگریدی
- صرفه اقتصادی نسبت به دیوارهای حائل مشابه
- سرعت اجرای بالا و سهولت در اجرا
- امکان استفاده از مصالح موجود در محل
- عملکرد بسیار مناسب در مقابل زلزله و دیگر نیروهای وارد بر سازه
- امکان استفاده از نما‌های متنوع
- سازگاری با محیط زیست
- طول عمر بالاتر نسبت به سازه‌های مشابه
کاربرد ژئوتکستایل در دیوار حائل خاک مسلح
ژئوتکستایل‌ها در دیوارهای مسلح ژئوگریدی به منظور جلوگیری از مخلوط شدن دانه‌بندی خاک، حفظ هندسه آن و ایجاد زهکشی مناسب به کار برده می‌شوند.
انتخاب دیوار حائل مناسب، مستلزم تعیین روندي معقول و تدوین خط مشی مشخص است. بدیهی است تصمیم نهایی در انتخاب نوع معینی از دیوارهاي حائل نیاز به بررسی هاي اقتصادي، فنی، امکان اجرا، اجتماعی و … دارد. می توان در این زمینه موارد زیر را مد نظر قرار داشت:
- ارتفاع متوسط دیوار (با توجه به ارتفاع خاکریز، برش یا شیب)
- مساحت دیوار
- تغییرات امتداد دیوار در جهات افقی و قائم
- موقعیت شیب یا برش مورد نظر
- موقعیت محل احداث دیوار نسبت به سایر سازه هاي مجاور
- نوع و بزرگی بارهاي ناشی از ساختمان ها و سازه هاي مجاور محل احداث دیوار
- شرایط تحت الارضی و نوع پی مورد نیاز (سطحی یا عمیق) با توجه به جنس خاك
- موقعیت سطح آب زیرزمینی، نوسانات آن، شرایط جزر و مد آب در مجاورت دیوار
- مقدار تغییر مکان قابل قبول زمین حین ساخت و دوران بهره برداري و اثرات جابجایی دیوار بر سازه هاي مجاور
- جنس خاکریز پشت دیوار
- چگونگی تامین مصالح مناسب براي خاکریز پشت دیوار
- موقت یا دائمی بودن دیوار
- نوع و مقدار بارگذاري خارجی ناشی از سربارها
- وضعیت لرزه خیزي منطقه
- تجارب محلی به ویژه در اجرا
- آیین نامه یا دستور العمل طراحی و اجرا
- نوع وسایل و ابزار موجود براي ساخت و ساز
قیمت فلاور باکس بتنی اتوبانی گلفوژ
در اجرای دیوار حائل با استفاده از فلاور باکس بتنی اتوبانی چند نکته حائز اهمیت می باشد. اولین نکته توجه به ارتفاع دیوار حائل می باشد اگر ارتفاع دیوار حائل کمتر از 5/1 متر باشد برای محاسبه هزینه های ساخت دیوار حائل چند المان را باید در نظر بگیریم این المان ها شامل،
1- فلاور باکس بتنی اتوبانی
2– مصالح سنگی زهکش(لنز شنی زهکش)
3- ژئوتسکتایل
4- لوله زهکش
5- ماشین آلات جهت خاکریزی و تراکم می باشد.
اما زمانی که ارتفاع دیوار حائل از 5/1 متر بیشتر باشد علاوه بر آیتم های بالا المان ژئوگرید نیز اضافه می شود.جهت محاسبه دقیق مقادیر مورد نیاز از هر کدام از المان ها ابتدا باید مشاوره فنی لازم را بگیریم.
ثبت ديدگاه