پرکردن فضای خالی بین چاه و اعضای قائم باربر و دیوارهای حائل مدفون

در بخش پایانی مجموعه مقاله‌های اجرای سازه به روش تاپ دان، در این مقاله به بررسی مراحل پرکردن فضای خالی مابین چاه و اجزای قائم باربر و همچنین اجرای دیوارهای حائل مدفون پرداخته شده است. در رابطه با اجرای دیوارهای حائل مدفون، اجرای دیوارهای دیافراگمی، شمعی، سپری، و خاک‌سیمانی بررسی شده است.

پرکردن فضای خالی بین چاه و اجزای قائم باربر

پس از نصب تمامی اجزای قائم باربر درون چاه، باید فضای خالی بین چاه و اجزاء به روش و با مصالح مناسبی پر شود. پرکردن چاه برای جلوگیری از کمانش ستون ضرورت دارد. پرکردن چاه باید با مصالح و با تراکم مناسب انجام شود تا محصورشدگی لازم برای ستون تامین گردد.

نوع مصالح مصرفی برای پرکردن چاه بنابر عوامل مختلفی می‌تواند متفاوت باشد، اما برای این کار عموما می‌توان از شن شکسته، ترکیبی از خاک سرندشده‌ی محل، مخلوط خاک محل با سیمان و یا بتن عیار پایین طبق دستورالعمل مشاور استفاده نمود. با توجه به پرتاب‌شدن مصالح از بالا به داخل چاه، جهت آسیب‌ندیدن اعضای برابر درون چاه، توصیه می‌گردد از مصالح درشت‌دانه و یا دارای قطعات درشت مانند قلوه‌سنگ استفاده نگردد.

دیوارهای حائل مدفون

دیوارهای حائل مدفون، دیوارهایی عمیق و مدفون در خاک هستند که به روش‌های مختلفی پیش از انجام هرگونه عملیات خاکی و داخل محیط خاکی اجرا می‌شوند. این دیوارها می‌توانند با فناوری‌های مختلفی همچون سپرهای فولادی، دیوارهای متشکل از شمع‌های منفصل، مماسی و یا متقاطع، دیوار جداکننده و دیوارهای خاک‌سیمانی اجرا گردند.

دیوار دیافراگمی

منظور از دیوار جداکننده، عموما نوع دیوارهای مدفون بتنی درجا است. این دیوارهای مدفون و معمولاً عمیق، با ایجاد ترانشاهایی که با گل حفاری پایدار شده‌اند و به وسیله‌ی دستگاه‌های مخصوص حفاری ترانشه اجرا  می‌شوند. این دیوارها اغلب با بتن مسلح ساخته می‌شوند.

برای اجرای دیوار دیافراگمی در سازه‌های اجراشده با روش تاپ‌داون، ابتدا باید برای آماده‌سازی سر چاه، تمهیداتی را اندیشید. به منظور هدایت دستگاه‌های حفاری جهت انجام قائم حفاری و همچنین نصب قائم شبکه میلگرد دیوارها، در سرترانشه هر بخش از دیوار، یک دیوار هادی اجرا می‌شود. بسته به دانه‌ای یا چسبنده‌بودن خاک منطقه، عمق دیواره هادی از 80 سانتی‌متر تا 120سانتی‌متر می‌تواند متغیر باشد. این دیواره ، یک دیوار بتن مسلح به ضخامت 20 الی 25 سانتی‌متر است که به صورت درجا اجرا می‌گردد و سپس حفاری ماشین‌های حفار از میان آن انجام و به کمک آن شبکه میلگرد دیوار دیافراگمی داخل ترانشه هدایت می‌شود.

در این دیوارها پس از حفر ترانشه به صورت اصولی و ایمن، شبکه‌ی فولادی داخل ترانشه نصب و سپس با شروع فرآیند بتن‌ریزی، بتن جایگزین گل پایدارکننده می‌شود. اجرای دیوار معمولاً به صورت دهانه به دهانه است و در نهایت یک دیواره‌ی یکپارچه و پیوسته ایجاد خواهد شد.

ضخامت این دیوارها معمولاً از 40 سانتی‌متر تا 150 سانتی‌متر و طول آنها از 250 سانتیمتر تا 700 سانتی‌متر متغیر است و تا عمق 100 متر یا بیش‌تر نیز می‌توان با استفاده از این روش حفاری نمود از این نوع دیوارها می‌توان به‌عنوان سازه‌ی نگهبان گودبرداری در ترکیب با روش‌های مختلف پایدارسازی از جمله، انکراژ، مهار متقابل و همچنین اجرای تاپ‌دان سازه‌ها استفاده کرد.

دیوارهای بتنی به عنوان دیوارهایی بسیار سخت، به منظور کنترل جابجایی زمین در نظر گرفته می‌شوند و همچنین می‌توانند نقش پرده‌ی آب‌بند را در شرایط وجود سطح آب زیرزمینی داشته باشد. در برخی مواقع از این دیوارها به عنوان اجزای باربر ثقلی به لایه‌های عمقی خاک نیز استفاده می‌شود. اجرای نامناسب این نوع دیوارها می‌تواند بر عملکرد و صرفه‌ی اقتصادی پروژه اثر معکوس بگذارد. طراحی و اجرای این دیوارها نیاز به بررسی‌های دقیق سازه‌ای و ژئوتکنیکی دارد.

دیوارهای شمعی

دیوارهای تشکیل شده از شمع‌ها انواع مختلفی دارند. گاهی این شمع‌ها با فاصله از هم هستند؛ گاهی شمع‌ها مماس بر هم و گاهی نیز متقاطع اند. در مواردی نیز ممکن است چندین لایه شمع در کنار هم اجرا شود.

در اجرای دیوارهای متشکل از شمع‌های درجاریز بتنی، بسته به شرایط ژئوتکنیکی می‌توان از غلاف‌های فولادی‌ در چند متر ابتدایی یا تمام ارتفاع چاه حفاری شده، استفاده نمود. غلاف فولادی در این حالت دو نقش دارد، اول اینکه چند متر ابتدایی دیواره چاه را در مقابل ریزش پایدار می‌کند و اگر کل چاه ریزشی باشد نیز می‌تواند در طول کل چاه امتداد یابد؛ دوم، اینکه چنانچه نیاز به هدایت قائم سبد میلگرد شمع باشد و یا نیاز به انجام وصله‌ی سبد در سر چاه باشد، به کمک این غلاف فولادی این کار امکان‌پذیر می‌گردد.

اجرای دیوار با شمع‌های منفصل به روش‌های مختلفی از جمله حفاری دستی و اجرای شمع بتنی درجا تا حفاری مکانیزه و اجرای شمع‌ها انجام می‌شود. یکی از فنون اجرای شمع بتنی درجا، روش مته مارپیچ پیوسته یا اوگر پروازی پیوسته ((CFA)Continuous flight auger) است. در این روش توسط مته‌های (اوگرهای) ممتد، حفاری در فواصل مرکز به مرکز 1.5 الی 3 برابر قطر شمع اجرا می‌گردد.

در ابتدا حفاری محل اجرای شمع انجام و سپس شبکه‌ی میلگرد یا مقاطغ فولادیدر محل جای‌گذاری شده و بتن‌ریزی انجام می‌شود. چنین روشی می‌تواند برای ساختگاه متشکل از خاک رس مناسب باشد؛ اما در جایی که شن آبدار وجود دارد، استفاده از آن مناسب نیست.

نوع دیگر دیوارهای متشکل از شمع‌ها، دیوار با شمع‌های مماسی (تانژانتی) یا متقاطع (سکانتی) است. در این روش نیز معمولاً حفاری محل شمع‌ها به‌ وسیله‌ی ماشین‌های حفار شمع انجام می‌شود و پس از حفاری، شبکه‌ی میلگرد یا مقاطع فولادی مسلح‌کننده‌ی شمع در محل حفاری قرار داده می‌شوند و سپس بتن‌ریزی به کمک لوله‌های ترمی انجام می‌شود. مسلح‌کردن شمع‌ها می‌تواند به وسیله‌ی مقاطع و یا میلگردهای فولادی انجام شود.

شمع‌های بتنی اجراشده به این طریق، در یکدیگر قفل و بست می‌شوند و بنابراین یک دیوار بتنی پیوسته را تشکیل می‌دهند. در دیوار شمع‌های مماسی، شمع‌ها عموما به صورت سخت – نرم (در اغلب موارد) یا به صورت سخت – سخت، یک در میان کنار یکدیگر اجرا می‌شوند. این نوع دیوارها به عنوان سازه‌ی نگهبان در گودبرداری‌ها مورد استفاده است. همچنین در ساخت سازه‌ها به روش تاپ داون نیز کاربرد دارد.

از مزایای انواع دیوارهای اجراشده با شمع‌ها، افزایش سختی دیوار در مقایسه با روش سپرکوبی، سر و صدای کمتر حین ساخت ، اجرای سریع و آسان ، صرفه‌ی اقتصادی و سرعت اجرای بیشتر نسبت به برخی روش‌های دیگر و آب‌بندبودن نسبی در نوع متقاطع است. از محدودیت‌های این روش نیز دشواری تامین رواداری‌های مربوط به شاقول‌بودن شمع‌ها به خصوص برای عمق‌های زیاد و آب‌بندنبودن و امکان نشت آب از فاصله‌ی بین شمع‌ها به داخل پروژه در صورت وجود آب در انواع غیر متقاطع و کاربرد نداشتن نوع منفصل در خاک‌های خیلی سست و ریزشی است.

دیوارهای سپری

سپری‌های فولادی مقاطعی به شکل‌های مختلف است که در کارخانه نورد شده‌اند و در پروژه به صورت کوبشی و یا با استفاده از لرزش چکش‌های مخصوص سپرکوب، تا عمق مورد نظر در داخل خاک رانده می‌شوند. به این ترتیب و با توجه به اتصال کام و زبانه مقاطع، دیوار پیوسته‌ای تشکیل می‌شود. چکش‌های سپرکوب که عملکرد کوبشی و یا لرزشی دارند، می‌توانند به جرثقیل و یا بیل مکانیکی متصل شوند. بنابراین برای اجرای دیوار به این روش نیازی به حفاری، تخلیه و یا جابجایی خاک نمی‌باشد.

سپرها در اغلب خاک‌ها قابل اجراست، امّا در مورد خاک‌های سخت به مقاطعی با سطح مقطع بزرگتر به منظور امکان اعمال نیروی بیشتری برای رانش نیاز است، که البته آن را غیر اقتصادی می‌نماید. به طور کلی استفاده از سپرها در خاک‌های سست مناسب‌تر است. چکش‌هایی که به‌ منظور رانش این نوع سپرها استفاده می‌شود، می‌تواند منجر به ایجاد صدا یا ارتعاش گردد که در محیط‌های شهری با محدودیت همراه است.

سپرها اغلب به عنوان سیستم‌های حائل موقت استفاده می‌شوند و پس از تکمیل دیوار حائل دائمی زیرزمین سازه، از زمین خارج می‌گردند. در روش ساخت تاپ دان می‌توان پیش از هرگونه انجام خاک‌برداری اقدام به فروراندن مقاطع سپر داخل خاک نمود و از آن به عنوان دیوار حائل دائمی یا موقت و نیز حتی انتقال بار ثقلی استفاده کرد.

دیوار خاک‌سیمانی

یکی دیگر از انواع دیوارهای جداکننده، دیوارهای خاک‌سیمانی است. تفاوت و ویژگی عمده‌ی دیوارهای خاک‌سیمانی، عدم نیاز به حفاری و اجرای آن‌ها در محل و در ترکیب با خاک درجا است. دیوارهای خاک‌سیمانی با دو فناوری اختلاط عمیق و تزریق پرفشار قابل اجراست. در این روش، زمین به صورت برجا به کمک ماشین‌های مخلوط‌کننده اوگر یا بُرّنده و یا تزریق پرفشار دوغاب، با دوغاب سیمان مخلوط و به این طریق یک ستون خاک و سیمانی از خاک بهسازی‌شده ایجاد می‌گردد.

ساخت ستون‌های خاک‌سیمانی، همراه با تخلیه و جابجایی خاک نیست و بدون حفاری انجام می‌شود. در صورت نیاز به سختی و ظرفیت خمشی، این ستون‌ها قابل تسلیح با مقاطع فولادی یا شبکه‌‌ی میلگرد هستند.

استفاده از ستون‌ها یا قطعات خاک سیمانی به علت مقاومت پایین مصالح خاک‌سیمان، در روش اجرای تاپ دان تاکنون چندان مورد توجه نبوده است. البته از این نوع دیوارهای خاک‌سیمانی برای پایدارسازی گودهای کم عمق در خاک‌های سست، در ترکیب با روش‌های دیگری همچون مهاربندی فراوان استفاده می‌شود. لیکن در اجرای تاپ دان که دیواره‌ی پیرامونی نقش باربری ثقلی را نیز عهده‌دار می‌شود، استفاده از این سازه تا کنون مشاهده نشده است. البته مصالح خاک سیمان یکی از مصالح جدید و مورد پژوهش بسیار می‌باشد و پیش‌بینی محققان آن است که در آینده ارتقای بسیار زیاد و کاربردهای فراوانی برای آن ممکن خواهد بود.

جمع‌بندی

در این مقاله ابتدا به بررسی نکات مربوط به پرکردن فاصله‌ی بین چاه و عضو قائم باربر پرداخته شد. در ادامه نکات مربوط به دیوارهای حائل مدفون بیان گردیده و در ادامه به توضیح چهار نوع مرسوم دیوارهای حائل مدفون در ساخت به روش تاپ دان پرداخته شد.