گودبرداری صحیح و انتخاب روش مناسب برای پایدارسازی گود یکی از اولین و مهمترین مراحل احداث پروژههای ساختمانی به شمار میآید. حفر گود به صورت غیر اصولی و بدون توجه به اصول پایدارسازی آن باعث بروز خسارتهای جانی و مالی جبرانناپذیری میشود. در نتیجه استخدام پیمانکارانی که در زمینه حفر و پایدارسازی گود از دانش کافی برخوردار باشند، اهمیت زیادی دارد. گودبرداری به روش خرپایی به عنوان یکی از متداولترین شیوههای موجود برای حفر و پایدارسازی گودهای کمعمق شناخته میشود. سازه های نگهبان خرپایی معمولا دارای یک عضو عمودی و یک عضو مورب هستند. در این مطلب، قصد داریم تا شما را با مزایا و مراحل پایدارسازی گود به کمک سازههای نگهبان خرپایی آشنا کنیم.
خرپا در معنای کلی یک سازهی مثلثی است که از اعضای مستقیم تشکیل شده و بارها را از یک نقطه به نقطهی دیگر منتقل میکند. در گودبرداری، روش سازه نگهبان خرپایی با ایجاد یک اسکلت مثلثی بین جدارهی گود و کف آن، فشار جانبی خاک را کنترل کرده و از تغییر شکل یا ریزش جلوگیری میکند. خرپا در اینجا نه تنها یک سازهی ساده، بلکه یک ابزار استراتژیک برای مهندسان محسوب میشود؛ ابزاری که تعادل بین ایمنی، سرعت اجرا و هزینه را برقرار میسازد.
در واقع میتوان خرپا را به عنوان یک “تکیهگاه موقت مثلثی” درون گود توصیف کرد. این تکیهگاه در سازه نگهبان خرپایی از سه بخش تشکیل میشود:
عضو قائم (ستون یا استرات) که به دیوارهی گود متصل است.
عضو مایل (بریس یا دستک) که نیرو را از جداره به کف منتقل میکند.
پایه یا بیسپلیت که در کف گود قرار گرفته و کل سیستم را مهار مینماید.
ویژگی بارز خرپا در گودبرداری، توزیع یکنواخت نیروها و مقاومت بالای هندسی آن است. همانگونه که در سازههای بزرگ، مثلث پایدارترین شکل هندسی محسوب میشود، در گودبرداری نیز همین اصل به کمک مهندسان میآید.
بطور خلاصه، گودبرداری و پایدارسازی دیواه های گود به روش سازه نگهبان خرپایی به عنوان متداولترین شیوه موجود برای حفر گودهای کمعمق شناخته میشود. در این روش کاربردی، فرایند خاکبرداری و تکمیل کردن المانها به صورت مرحلهای و تدریجی انجام میشود. سازه نگهبان خرپایی از دو عضو اصلی عمودی و مورب تشکیل میشود. سایر اعضای فرعی به صورت قطری یا افقی در میان اعضای اصلی قرار میگیرند و باعث ایجاد نوعی شبکه مثلثی میشوند که میتوانند پایداری گودبرداری ساختمان را حفظ کنند.
یکی از مهمترین نکاتی که در هنگام حفر گود و پایدارسازی آن توسط سازه نگهبان خرپایی باید به آن توجه داشت، عدم وجود فاصله میان دیوار گود و سازه خرپایی است. وجود کوچکترین فاصله میان سازه نگهبان خرپایی و دیوارهای گود حفرشده باعث میشود که کارایی خرپا در پایدارسازی گود تقریبا به صفر برسد. از دیگر نکات مهمی در خصوص سازههای نگهبان خرپایی میتوان به فاصله استاندارد میان خرپاها اشاره کرد. فاصله خرپاها از یکدیگر به عواملی مانند جنس و نوع خاک بستگی دارد. اما به صورت کلی فاصله میان خرپاها نباید از 4 متر بیشتر باشد.
برای شروع فرایند حفر گود سازه، در گام اول پیمانکار پروژه باید به سراغ پایدارسازی دیوارههای گود در کنار سازههای مجاور برود. برای پایدارسازی دیوارههای گود، با توجه به عرض و عمق گود مورد نظر از روشها و سازههای نگهبان مختلفی استفاده میشود. در صورتی که پیمانکار قصد حفر گود با عمق کم را داشته باشد، به سراغ استفاده از سازه نگهبان خرپایی برای پایدارسازی سازههای مجاور دیوارههای گود میرود. یکی از سوالاتی که معمولا برای افراد مختلف ایجاد میشود، این است که روش اجرای گودبرداری سازه خرپا چگونه است؟ در ادامه با مراحل اجرای گودبرداری به روش خرپایی آشنا میشویم.
در گام اول اجرای سازه نگهبان خرپایی برای نصب اعضای قائم سازه خرپا باید در مجاورت دیوارههای گود که در مرز سازههای همسایه قرار دارند، چاهکهایی را حفر کرد. برای تعیین عمق چاهکها به عوامل مختلفی مانند عمق گودبرداری، نوع خاک و میزان سربار توجه میشود. معمولا عمق چاهکها به گونهای تعیین میشود که از طول لازم برای ایجاد اتصال مناسب با اعضای قائم در کف گود برخوردار باشد. به همین علت عمق چاهکهای حفرشده در مجاورت دیوارههای گود معمولا دارای عمقی در حدود 25/1 تا 35/1 برابر عمق گود اصلی هستند.
از دیگر موارد مهمی که در طراحی و حفر چاهکها باید به آن توجه داشت، تعیین قطر دهانه این چاهکها است. قطر چاهکهای حفرشده باید به قدری بزرگ باشد که کارگران بتوانند بدون هیچ مشکلی وارد آنها شوند و فرایند حفاری را ادامه دهند. به همین علت قطر چاهکها را معمولا در بازه 80 تا 100 سانتی متر در نظر میگیرند. توجه داشته باشید که قطر چاهکها هرگز نباید کمتر از 80 سانتی متر باشند.
برای حفر چاهکها در مجاورت دیوارههای گود باید به فاصله موجود میان چاهکها نیز توجه داشت. زیرا این چاهکها باید در فاصلههای مشخصی از یکدیگر حفر شوند. برای تعیین فاصله میان چاهکها معمولا براساس پلان یا نقشه ستونگذاری سازه اصلی عمل میشود. به این صورت، نصب سازه نگهبان خرپا در مجاورت دیوارههای گود در مراحل نصب ستونها و اجرای اسلکت سازه محدودیت و مزاحمتی ایجاد نخواهد کرد. پیشنهاد میشود که پس از پایان مراحل حفر چاهکها، دیواره آنها را به منظور جلوگیری از تماس بتن با خاک با استفاده از پلاستیک به طور کامل بپوشانید.
پس از پایان فرایند حفر چاهکها در گودبرداری به روش خرپایی، نوبت به نصب و اجرای اعضای قائم میرسد. برای تولید اعضای قائم سازه نگهبان خرپایی معمولا از پروفیلهای IPE دوبل استفاده میشود. به منظور افزایش درگیری میان اعضای عمودی و بتر از قسمت نبشی یا ناودانی چند ردیف برشگیر را بر روی این اعضا نصب میکنند. نیروی کششی موجود در عضو قائم خرپا به شمع منتقل میشود. این امر میتواند باعث بیرون آمدن شمع از درون خاک و یا بیرون آمدن عضو عمودی از داخل شمع شود.
نیرویی که میتواند در برابر نیروی کششی واردشده از سوی عضو قائم مقاومت کند، برابر است با مجموعه نیروی وزن و نیروی اصطکاک موجود میان سطوح جانبی شمع با خاک. در صورتی که نیروی واردشده از سوی عضو عمودی از مجموع مقادیر این نیروها بیشتر باشد. باید به سراغ روشهای جایگزین رفت. به عنوان مثال، میتوان به جای افزایش عمق شمع برای افزایش مقاومت، شمع را به صورت پاشنه گیردار نصب کرد. برای این منظور، باید در انتهای هر یک از چاهکها آرماتوربندی پاشنه گیردار اجرا شود و سپس اعضای قائم سازههای نگهبان خرپایی به کمک جرثقیل در داخل چاهکها قرار بگیرند.
پس از قرار گرفتن اعضای عمودی سازه نگهبان خرپایی در داخل چاهکها، قسمت انتهایی چاهکها را تا فاصله تراز کف گود با بتن پر میکنند. به این صورت عضو قائم خرپا تبدیل به یک عضو گیردار تبدیل میشود. توجه داشته باشید که عضو قائم باید به صورت کامل با دیوارههای گود و سازههای مجاور در تماس باشد. در غیر این صورت، عضو قائم کارایی خود را از دست خواهد داد.
پس از نصب اعضای عمودی سازه نگهبان خرپایی و گیرش کامل بتن، پیمانکار پروژه در ادامه فرایند گودبرداری به روش خرپایی باید به سراغ نصب و اجرای اعضای مایل سازههای نگهبان خرپایی برود. اما به دلیل وجود خاک نمیتوان فرایند نصب عضو مایل را آغاز کرد. به همین علت باید به سراغ خاکبرداری در مجاورت عضو قائم بریوم. توجه داشته باشید که خاکبرداری در مجاورت عضو قائم به صورت مرحلهای و با شیب پایدار انجام میشود.
در مورد مناقطی که دارای خاکهای مقاومتری هستند، میتوان به جای شروع کار با حفر چاه به طور مستقیم به سراغ خاکبرداری به صورت شیبدار رفت. فراموش نکید که عملیات خاکبرداری و نصب اعضای مختلف سازههای نگهبان خرپایی فرایندی کاملا تخصصی است. بنابراین به شما پیشنهاد میکنیم که برای پایدارسازی گود با استفاده از سازههای نگهبان خرپایی حتما از مهندسان و پیمانکاران باتجربه و حرفهای کمک بگیرید.
پس از پایان فرایند خاکبرداری با شیب پایدار در مجاورت اعضای عمودی سازه نگهبان خرپایی، نوبت به اجرای فونداسیون مورد نیاز برای نصب عضو مایل میرسد. در این مرحله از گودبرداری به روش خرپایی، گروه پیمانکار به سراغ قالببندی و آرماتوربندی فونداسیون منفرد عضو مایل میروند. پس از آمادهسازی فونداسیون و نصب صفحه ستون، فرایند بتنریزی آغاز میشود.
به منظور ایجاد تکیهگاه مناسب برای نصب و اجرای اعضای مایل معمولا از شالودههای منفرد مربعی شکل استفاده میشود. این تکیهگاههای مربعی شکل دارای ابعادی در حدود 80 تا 100 سانتی متر و ضخامتی برابر با 50 سانتی متر هستند. یکی از مهمترین نکاتی که در خصوص نصب این تکیهگاهها وجود دارد، این است که تراز تکیهگاه اعضای مایل باید با کف گود در یک سطح قرار بگیرد.
پس از گیرش کامل بتن و آمادهسازی تکیهگاه عضو مایل خرپا در کف گود، میتوان فرایند نصب عضو مایل را آغاز کرد. برای این منظور، عضو مایل از یک سمت به تکیهگاه موجود در کف گود و از سوی دیگر به عضو قائم سازه نگهبان خرپایی جوش داده میشود. برای افزایش یکپارچگی سازه نگهبان اعضای مایل را به وسیله شناژ به یکدیگر متصل میکنند. در این مرحله فرایند نصب عضو مایل به پایان میرسد و میتوان به به سراغ اجرای اعضای قطری و افقی رفت.
برای نصب اعضای قطری و افقی سازه نگهبان خرپایی دوباره باید به سراغ خاکبرداری رفت. فرایند خاکبرداری به صورت مرحلهای انجام میشود. پس از پایان هر یک از مراحل خاکبرداری، گروه پیمانکار به منظور افزایش صلبیت و استحکام سازه نگهبان به سراغ نصب اعضای افقی و قطری میروند. پس از پایان این مرحله، پیمانکار به سراغ تراشیدن و خارج کردن خاک موجود میان خرپاها میرود. این عملیات یا به صورت ماشینی و یا به صورت دستی انجام خواهد شد.
پس از این که مراحل نصب و اجرای سازههای نگهبان خرپایی به پایان رسید، برای جلوگیری از ریزش موضعی خاک از دیوارههای گود باید از شبکههای فولادی یا شاتکریت (بتنپاشی) استفاده کرد. استفاده از مش فولادی یا شاتکریت در مرحله پایانی گودبرداری به روش خرپایی باعث تثبیت دیوارههای گود میشود و احتمال بروز حوادث و ایجاد خسارتهای مالی و جانی را به شدت کاهش میدهد.
روش خرپا در پایدارسازی گودبرداری بیشتر در پروژههایی به کار میرود که شرایط زیر را داشته باشند:
گودهای با عمق متوسط تا زیاد: در چنین مواردی، فشار جانبی خاک و بارهای ناشی از سازههای مجاور قابل توجه است و نیاز به سیستمی مقاوم برای مهار نیروها وجود دارد.
محیطهای شهری متراکم: در بافتهایی که ساختمانهای مجاور نزدیک به محل گودبرداری هستند، خرپا راهکاری ایمن برای جلوگیری از خسارت به سازههای موجود به شمار میآید.
پروژههای نیازمند سرعت اجرا: خرپا به سرعت نصب میشود و در مقایسه با برخی روشهای دیگر مانند دیوار دیافراگمی، به زمان و تجهیزات کمتر نیاز دارد.
علتهای اصلی استفاده از خرپا در گودبرداری را میتوان چنین خلاصه کرد:
انتقال مطمئن بار: خرپا بار جانبی خاک را به کف گود منتقل کرده و از تمرکز نیرو در یک نقطه جلوگیری میکند.
سادگی اجرا: روش خرپا نسبت به سایر روشها کمتر به ماشینآلات سنگین و تکنولوژی پیچیده وابسته است.
انعطافپذیری: امکان تقویت خرپا یا تغییر چیدمان آن متناسب با شرایط خاک و عمق گود وجود دارد.
هزینهی مقرونبهصرفه: مصالح مورد استفاده عمدتاً فولاد یا بتن هستند که بهراحتی در دسترساند.
به همین دلایل، خرپا به عنوان یکی از گزینههای محبوب در پایدارسازی گود بهویژه در پروژههای شهری شناخته میشود.
یکی از سوالاتی که معمولا برای کارفرمایان پروژههای ساختمانی به وجود میآید، این است که حفر گود و پایدارسازی آن به وسیله سازههای نگهبان خرپایی چه مزایایی دارد؟ بررسی مزایا و معایب گودبرداری سازه خرپا این امکان را در اختیار ما قرار میدهد که روش خرپایی را با سایر روشهای موجود برای گودبرداری مقایسه کنیم. با مقایسه مزایا و معایب این روشها با یکدیگر، میتوانیم راحتتر تصمیمگیری کنیم.
مهمترین مزایای پایدارسازی گود با استفاده از سازههای نگهبان خرپایی عبارتند از:
سادگی در طراحی و تحلیل: اصول استاتیک سادهای بر طراحی خرپا حاکم است، بنابراین برای مهندسان قابل فهم و قابل کنترل است.
روش خرپا در پایدارسازی گودبرداری، با وجود سادگی مفهومی، در عمل دارای انواع و تنوعهای مختلفی است که هر کدام برای شرایط خاصی طراحی و اجرا میشوند. انتخاب نوع مناسب خرپا بستگی به عمق گود، شرایط خاک، بارهای وارده، فضای در دسترس و الزامات اجرایی دارد. در ادامه مهمترین انواع خرپا در گودبرداری معرفی میشوند:
این نوع خرپا برای گودهای کمعمق تا متوسط به کار میرود. در آن، یک ردیف عضو قائم در برابر جداره قرار گرفته و با یک دستک مورب به کف گود متصل میشود. طراحی ساده و اجرای سریع از ویژگیهای اصلی آن است. با این حال، ظرفیت باربری این سیستم محدود است و برای گودهای عمیق توصیه نمیشود.
در گودهای نسبتاً عمیق یا دارای فشار جانبی زیاد، یک ردیف خرپا کافی نیست. در چنین مواردی از خرپای دو ردیفه استفاده میشود. این سیستم شامل دو ردیف اعضای قائم و مجموعهای از دستکهاست که در ارتفاعهای مختلف گود نصب میشوند. خرپای دو ردیفه نسبت به نوع تکردیفه، توزیع نیرو بهتری دارد و تغییر شکل دیوارهها را به حداقل میرساند.
برای گودهای بسیار عمیق یا شرایط خاک ضعیف، از خرپای چند ردیفه استفاده میشود. در این روش، در فواصل مشخصی از عمق گود، چندین ردیف خرپا نصب میگردد. این سیستم اگرچه فضای زیادی از گود را اشغال میکند، اما پایدارترین نوع خرپا در برابر فشارهای جانبی محسوب میشود.
مصالح مورد استفاده در ساخت خرپا نیز بر نوع آن تأثیر میگذارد. خرپای فولادی رایجترین نوع در پروژههای شهری است. این سیستم از مقاطع فولادی مانند تیرآهن یا ناودانی ساخته میشود که توسط جوش یا پیچ و مهره به هم متصل میشوند. خرپای فولادی به دلیل مقاومت بالا و امکان اجرای سریع، گزینهای محبوب به شمار میآید.
در برخی شرایط که دسترسی به فولاد دشوار است یا سازه نیاز به اعضای حجیمتری دارد، از خرپای بتنی استفاده میشود. این نوع خرپا معمولاً در پروژههای بزرگتر یا گودهای وسیع کاربرد دارد. هرچند اجرای آن زمانبرتر است، اما دوام بیشتری در برابر خوردگی و تغییرات محیطی دارد.
در پروژههایی که به استحکام بیشتر یا صرفهجویی در هزینه نیاز است، از خرپاهای ترکیبی فولادی–بتنی استفاده میشود. این نوع خرپا تلاش میکند مزایای هر دو ماده را در کنار هم به کار گیرد: مقاومت بالا از فولاد و پایداری و دوام از بتن.
برای افزایش کارایی، گاهی در سیستم خرپایی از مهاربندهای اضافی استفاده میشود. این مهاربندها، خرپا را در برابر تغییر شکل جانبی و نیروهای دینامیکی مقاومتر میسازند. این نوع خرپا معمولاً در گودهایی اجرا میشود که در مجاورت ترافیک سنگین یا ارتعاشات قرار دارند.
مقاطع فولادی
تیرآهن (I-beam)
ناودانی (Channel)
قوطی یا باکس فولادی (Box Section)
میلگرد یا پروفیلهای گرد (Round Bars/Pipes)
صفحات فولادی (Plate) برای بیسپلیت یا اتصال اعضا
بتن (در صورت استفاده از خرپای بتنی یا ترکیبی)
بولت و انکر برای تثبیت بیسپلیتها در کف گود یا اعضای جانبی
جوش و الکترود در اتصالات فولادی
پیچ و مهرههای مقاومتی (High-Strength Bolts) برای اتصالات پیچی
این دسته برای نصب و اجرای خرپا در کارگاه مورد استفاده قرار میگیرند:
دستگاه برش فولاد سنگ فرز، برش هواگاز یا برش CNC
دستگاه جوش قوس الکتریکی CO₂
دریل و مته صنعتی برای سوراخکاری اتصالات پیچی
جرثقیل یا تاورکرین برای جابجایی اعضای سنگین خرپا
جکهای مکانیکی یا هیدرولیکی برای تنظیم و نصب اعضای مایل
تراز و شاقول برای کنترل قائم بودن اعضا
ابزار دستی مانند آچار، گیره و گاز انبر
سیستم قالببندی و بتنریزی در خرپاهای بتنی
پلاک یا گاست پلیت (Gusset Plate) برای اتصال چند عضو به یکدیگر
رنگ ضدزنگ یا پوشش محافظ برای جلوگیری از خوردگی فولاد
گراوت یا ملات پرکننده زیر بیسپلیتها جهت انتقال یکنواخت بار به کف
ورق تقویتی در محل اتصال دستکها و ستونها
مهاربندهای کمکی (Bracing Rods) برای افزایش پایداری سیستم
پایدارسازی دیواره های گود در عملیات گودبرداری یکی از حساسترین بخشهای ساختوساز شهری است و روشهای متنوعی برای این کار وجود دارد. از میان روشهای متداول میتوان به دیوار برلنی (Berlin Wall Method)، نیلینگ (Soil Nailing)، دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall) و مهار متقابل (Strutting System) و تاپ دان اشاره کرد. هر کدام از این روشها مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند. در این میان، روش خرپا به دلیل سادگی و اقتصادی بودن همچنان جایگاه ویژهای در پروژههای شهری دارد.
مقایسه با دیوار برلنی
دیوار برلنی بر اساس نصب شمعها و پانلهای بتنی در پیرامون گود اجرا میشود. این روش فضای داخل گود را اشغال نمیکند و امکان اجرای پروژه در عمقهای نسبتاً زیاد را فراهم میآورد. با این حال، نیازمند تجهیزات سنگین حفاری و زمان بیشتری برای اجراست. در مقایسه، روش خرپا سریعتر و کمهزینهتر است، اما بخشی از فضای داخلی گود توسط اعضای خرپایی اشغال میشود.
مقایسه با نیلینگ
روش نیلینگ شامل نصب میخهای فولادی در خاک و تزریق دوغاب سیمان برای افزایش مقاومت برشی خاک است. این روش برای گودهای عمیق و محیطهای متراکم شهری بسیار کاربردی است و فضای داخل گود را آزاد نگه میدارد. نقطه ضعف آن، نیاز به تخصص بالا و تجهیزات ویژه است. در مقابل، خرپا سادهتر بوده و نیاز به تجهیزات پیچیده ندارد، اما کارایی کمتری در گودهای بسیار عمیق یا خاکهای سست دارد.
مقایسه با دیوار دیافراگمی
دیوار دیافراگمی از مقاومترین روشها محسوب میشود و در پروژههای عظیم یا شرایط خاک ضعیف کاربرد دارد. این دیوارها با دستگاههای خاص حفر و بتنریزی در محل اجرا میشوند و توانایی بالایی در کنترل آبهای زیرزمینی دارند. نقطه ضعف اصلی آن، هزینهی بسیار زیاد و نیاز به ماشینآلات سنگین است. در مقابل، خرپا اقتصادیتر است و برای پروژههای متوسط مقرونبهصرفهتر میباشد.
مقایسه با مهار متقابل
سیستم مهار متقابل از نصب اعضای افقی یا قطری بین دیوارههای مقابل گود تشکیل میشود. شباهت زیادی به خرپا دارد، اما اتکای آن بیشتر بر اعضای مهاربندی متقابل است تا اسکلت مثلثی. خرپا معمولاً پایداری بیشتری دارد، زیرا سیستم مثلثی آن توزیع نیروها را بهتر انجام میدهد.
به طور کلی، روش خرپا یک گزینهی ساده، سریع و اقتصادی برای پایدارسازی گود است، اما محدودیت اصلی آن اشغال فضای داخلی گود و کارایی کمتر در اعماق زیاد میباشد. در حالی که روشهای دیگر مانند دیوار دیافراگمی یا نیلینگ، فضای آزاد و پایداری بالاتری ارائه میدهند، ولی هزینه و پیچیدگی اجرای آنها بیشتر است. بنابراین انتخاب روش مناسب همواره باید بر اساس عمق گود، شرایط خاک، محدودیتهای مالی و تجهیزات در دسترس انجام شود.
گودبرداری به روش خرپایی یکی از روشهای متداول برای حفر و پایدارسازی گودهایی با عمق کم است. اجرای غیر اصولی گودبرداری و پایدارسازی نادرست آن میتواند خسارتهای مالی و جانی سنگینی را به دنبال داشته باشد. به همین علت استفاده از خدمات یک مجموعه فنی و مهندسی معتبر برای حفر و پایدارسازی گود در جلوگیری از بروز حوادث و ایجاد خسارتهای سنگین نقش بسیار مهمی دارد.
تهران پی گستر به دلیل برخورداری از تیم متخصص و حرفهای خود توانسته است اعتماد بسیاری از کارفرمایان پروژههای ساختمانی در سطح استان تهران را جلب کند. در صورتی که برای گودبرداری اصولی به دنبال یک مجوعه فنی و مهندسی معتبر هستید، میتوانید با کارشناسان ما تماس بگیرید. مجموعه تهران پی گستر متناسب با شرایط پروژه از انواع روش های گودبرداری همچون نیلینگ، سازه نگهبان خرپا، تاپ دان و استرات استفاده میکند.