نشریه شماره ۳۰۸
نشریه شماره ۳۰۸ ( راهنمای طراحی دیوارهای حایل) است و زیر نظر کمیته تخصصی سد و تونلهای انتقال دفتر استانداردها و معیارهای فنی شرکت سهامی مدیریت منابع آب ایران تهیه شده است. عنوان نشریه شماره ۳۰۸ نشان میدهد، هدف از تهیه آن در دسترس قرار دادن مجموعهای از راهنماییها و ضوابط برای طراحی دیوارها و ارائه دستورالعملهایی برای طراحی ایمن و ساخت اقتصادی دیوارهای حایل و دیوارهای سیل بند و ساحلی است.
دامنه کاربرد نشریه شماره ۳۰۸
نشریه شماره ۳۰۸ نه تنها دیوارهای حایل خشک، بلکه دیوارهای حایلی که تحت بارهای هیدرولیکی نظیر آب در حال جریان، غوطه وری، تأثیر موج و ناحیه پاششی آن و همچنین حالاتی که تحت شرایط خورند هم حیطی و جوی قرار دارند را نیز در بر میگیرد. ضوابط نشریه شماره ۳۰۸، از لحاظ ارتفاعی محدود به دیوارها با ارتفاع کمتر از ۱۰ متر است.
انواع دیوارها
دیوار حایل، دیواری است که فشار ناشی از وضعیت موجود در اختلاف تراز به وجود آمده به علت خاکریزی، خاکبرداری یا عوامل طبیعی را به صورت پایدار حفظ نماید. دیوار سیل بند دیواری است که علاوه بر آن، وظیفه محافظت منطقهای را از ورود سیلاب به آن عهده دار است. به علاوه دیوارهای ساحلی نیز وجود دارند که وظیفه آنها محافظت منطقه ساحلی از خسارات ناشی از ضربه امواج و بالا آمدن آب دریا در حین طوفان است. سطح دیوارهای ساحلی دارای هندسه و انحنای خاصی برای استهلاک انرژی امواج برخوردکننده است. اختلاف عمده دیوارهای حایل معمولی با دیوارهای سیل بند یا ساحلی وجود آب در دو مورد اخیر به عنوان عامل فرسایش دهنده و ایجادکننده اضافه فشار خارجی است.
انواع دیوارهای حایل
دیوارهای حایل را میتوان از نظر مصالح، روش اجرا، کاربری و عملکرد رده بندی کرد. از لحاظ عملکرد سازهای انواع متعارف دیوارهای حایل به شرح زیر است.
- دیوارهای حایل صلب
- دیوارهای حایل انعطافپذیر
- دیوارهای حایل وزنی
- دیوارهای حایل غیروزنی
- دیوارهای حایل انعطافپذیر
مبانی طراحی
دیوار حایل دیواری است که برای حفظ پایداری توده خاک در فصل مشترک یک اختلاف ارتفاع مورد استفاده قرار میگیرد. دیوار سیلبند علاوه بر وظیفه فوق، باید از فرسایش جدارهها و سر ریزشدن سیلاب به منطقه مورد محافظت جلوگیری نماید. دیوار سیلبند علاوه بر فشار خاک، تحت تأثیر فشار ناشی از سیلاب، آب زیرزمینی و برکنش (نیروی ارشمیدس) نیز است. یک دیوار در یک ترکیب بارگذاری میتواند در رده دیوار حایل و در ترکیب بارگذاری دیگر، به عنوان دیوار سیلبند تلقی شود.
نیروهای مؤثر بر دیوارهای حایل و سیلبند
دیوارهای حایل یا سیل بند باید تحت اثر بارهای زیر یا ترکیبات نامساعدی از آنها مورد طراحی و یا محاسبه قرار گیرند.
- بار مرده
- وزن خاک
- فشار جانبی خاک
- فشار آب زیرزمینی
- فشار برخاست (برکنش)
- فشار جانبی ناشی از سربار
- فشار برخورد امواج
- نیروهای زلزله
- فشار یخ
دیوارهای سیلبند
عملکرد اصلی دیوار سیلبند هدایت رواناب و جلوگیری از گسترش سیل در منطقه مورد محافظت است. دیواره سیل بند، در یک وجه تحت تأثیر بارگذاری فشار هیدرواستاتیک سیلاب و در وجه دیگر تحت تأثیر فشار خاک و آب زیرزمینی است. دو نوع اصلی سیل بندها، عبارتند از سیل بندهای رودخانهای و سیل بندهای ساحلی. سیل بندهای رودخانهای در طول مشخصی از ساحل رودخانه یا مسیل اجرا شده و در هنگام سیلاب با جلوگیری از ورود سیل به اراضی کشاورزی و شهری، تحت تأثیر فشار هیدرواستاتیک از سمت رودخانه تا تراز سیلاب قرار میگیرند. در مقابل سیل بندهای ساحلی که در کنار دریاها اجرا میشوند، تحت تأثیر بارهای کوتاه مدت ناشی از بالا آمدن آب در اثر موج، ضربات موج، یا اثر جزر و مد دریا هستند. امواج ساحلی ماهیت دینامیکی داشته و در مدت چند ثانیه بر سازه اثر میکند. در خلال طوفان، به علت سرعت باد و شدت برخورد امواج، اجرای عملیات ترمیمی در دیوار ساحلی و همچنین شریانهای حیاتی مرتبط با آنها بسیار مشکل است. لذا باید با اعمال تدابیر طراحی و جزییات اجرایی مناسب، از عملکرد رضایت بخش دیوارها در شرایط بحرانی مطمئن شد.
ملاحظات عمومی
دیوارهای سیلبند و ساحلی، غالباً تحت تأثیر نشت از میان جسم سازه ، زیرنشت یا جریان زه در بخش تحتانی یا نشت در اطراف و انتهای خود هستند. کنترل نشت از جمله ملاحظات اصلی در طرح دیوارههای سیلبند است و نشت کنترل نشده معمولاً منجر به افزایش فشار و یا ایجاد فشار برخاست (برکنش) در زیر دیوار و کاهش ضریب ایمنی پایداری خواهد گشت.
افزایش فشار منفذی در مصالح زیر شالوده یا در حوالی پنجه دیوار ممکن است شرایط ژئوتکنیکی را جهت جوشش ماسه یا تورم خاک در زیر شالوده را فراهم نماید. پدیده نشت در شالوده ممکن است دارای چنان سرعتی باشد که برای جابهجایی مصالح غیرچسبنده زیر شالوده و ایجاد پدیده رگاب کافی باشد. کنترل نشت، مستلزم طراحی جزییاتی است که فشار نشت و سرعت حرکت آن در خاک در محدوده مجاز، حفظ شود. در بعضی موارد ممکن است نشت کنترل شده حتی در صورت بزرگ بودن مقدار آن، فاقد خطر جدی باشد. در صورتی که دیوار سیل بند برای محافظت مناطق مسکونی احداث شود، باید نشت آب از طریق پمپ نمودن آن به بیرون از ناحیه حفاظت شده تخلیه شود.
سازههای مجاور و حریم اطراف
معمولاً علت اجرای سازههای سیل بند عدم دسترسی به حریم کافی در کنار راه است و در معرض بودن این حریم عمدتاً به علت وجود سازههای ساختمانی و غیرساختمانی در کنار مسیر است. وجود لولههای فاضلاب با درزهای باز، سازههای با طبقات زیرزمینی یا بخشهای مدفون، و یا وجود مناطق حفاری شده در نزدیکی دیوارههای سیل بند، پایداری آنها را به خطر میاندازد. علاوه بر این احداث سازههای جدید نیز چنین خطری را به همراه خواهد داشت. مراجع قانونی هیچ گونه منعی برای ساخت و ساز در حریم راه در نظر نمیگیرند، لیکن جهت انجام چنین امری، بخصوص در هنگام اجرای عملیات ساختمانی در مجاورت دیوارههای سیلبند، پتانسیل خطر پذیری عملیات، ملاحظات طراحی و مسائل اجرایی باید همواره مدنظر بوده و تحت نظارت مهندسین مربوطه انجام گیرد.
دیوارهای حایل وزنی
دیوارهای حایل وزنی دیوارهایی هستند که عامل پایداری آنها در مقابل نیروهای خارجی وزنشان است. معمولاً از بتن غیر مسلح (دیوار وزنی بتنی) یا بنایی سنگی (دیوار وزنی بنایی) ساخته میشوند. عوامل عمده که باید در طرح دیوارهای حایل وزنی مدنظر قرار گیرند شامل موارد زیر هستند.
- وضعیت خاک بستر و تنش مجاز آن
- مصالح دسترس در منطقه شامل شن، ماسه، سنگ ساختمانی، سیمان
- بارهای طراحی
- تناسبات اولیه هندسه دیوار
- کنترل های پایداری و تنش های مجاز
دیوارهای طرهای بتن
دیوارهای طرهای بتن مسلح نوع خاصی از دیوارهای وزنی هستند که بخشی از پایداری آن در مقابل واژگونی به واسطه وزن خاکریز متکی بر دال بتنی پاشنه دیوار تأمین میشود. اجزای دیوار حایل شامل دیوار ، پایه، برشگیر و احیاناً پشت بند در نوع خاص دیوارهای پشت بنددار است. باید برای نیروهای داخلی شامل لنگر خمشی و نیروی برشی ناشی از فشار جانبی خاک و فشار واکنش تکیه گاهی طراحی شوند.
سیستمهای نوین دیوارهای حایل
چهار نوع اصلی دیوارهای حایل عبارتند از دیوارهای وزنی، دیوارهای طرهای، دیوارهای مهارشده و سیستمهای خاک مسلح. پایداری دیوارهای وزنی در مقابل واژگونی به واسطه وزنشان است. پایداری دیوارهای طرهای بتن آرمه در مقابل واژگونی به واسطه وزن خاکریز بر دال پاشنه دیوار و مقاومت داخلی آنها به واسطه وجود آرماتورها و بتن تأمین میشود. مقاومت دیوارهای مهارشده در مقابل نیروهای جانبی به واسطه میل مهارهایی است که یک یا چند نقطه، سازه دیوار را به خاک پشت آن مهار میکنند.
خاک مسلح عبارت است از مهار و یکپارچه نمودن اجزای دیوار به خاک پشت آن به وسیله تسمههای فولادی یا شبکههای پلیمر شامل ژئوگرید و ژئوتکستایل. در این حالت دیوار تبدیل به غشای نازکی میشود و شبکههای فولادی و پلیمر مسلح کننده، خاک را تبدیل به یک توده خودایستا مینمایند.
سیستمهای جایگزین دیوار حایل
دیوارهای حایل از نوع وزنی و طرهای بیشترین کاربرد را در موارد عمومی دارند و اغلب به شیوه بتنریزی درجا اجرا میشوند. لیکن امروزه تعدادی از سیستمهای تقویت خاک یا حایلهای انعطاف پذیر بتنی (خاک مسلح) به دلیل عملکرد مناسب و هزینه پایین به جایگزین مناسبی برای دیوارهای حایل وزنی و طرهای بدل گشتهاند. این نشریه اختصاص به تشریح عملکرد و طراحی این سیستمها و همچنین طرح و اجرای سیستمهای پیش ساخته بتنی دارد. لازم به ذکر است که ذکر مشخصات سیستمهای مختلف در این متن با توجه به تنوع آنها در طرح و اجرا، به معنی تصدیق و یا تأیید مطلق یک نوع خاص نیست و قضاوت طراح را طلب میکند. به طور کلی انواع مختلفی از سیستمهای حایل و جایگزین حایلهای سنتی وجود دارد که هدف این بخش نیز فراهم نمودن کلیه راهکارهای طرح و اجرای آنها نیست، بلکه روند طرح و اجرا عموماً از جانب کارخانجات سازنده ارائه میشود و انتخاب هر سیستم نیز بر پایه ملاحظات فنی و اقتصادی صورت میگیرد و از آنجا کارخانجات سازنده تنها بخشی از مبانی طراحی را انجام میدهند، کسب اطمینان از کفایت سیستم مهاربندی مورد استفاده به عهده مهندس طراح است.
فهرست مطالب نشریه شماره ۳۰۸
نشریه شماره ۳۰۸ در سیزده فصل گرد آوری شده است. در نشریه شماره ۳۰۸، ضوابط آیین نامه بتن ایران (آبا) به طور اعم و ضوابط عمومی طراحی سازههای آبی بتنی از انتشارات دفتر تحقیقات و استانداردهای وزارت نیرو به طور اخص مورد توجه قرار میگیرد، مگر اینکه به نحوی در نشریه مورد اصلاح قرار گرفته باشد.
رده بندی دیوارهای حایل
- انواع دیوارهای حایل
- انواع دیوارهای سیل بند و ساحلی
نیروهای مؤثر بر دیوارهای حایل و سیل بند
- وزن خاک
- فشار جانبی خاک
- فشار آب زیرزمینی
- فشار برخاست (فشار برکنش)
- فشار جانبی به علت سربار
پایداری دیوارهای حایل
- ترکیبات بارگذاری
- ترکیبات بارگذاری دیوارهای حایل
- ترکیبات بارگذاری دیوارهای سیل بند
- ترکیبات بارگذاری دیوار ساحلی
ظرفیت باربری پی دیوار
- ضرایب ظرفیت باربری
- فشار مؤثر سربار
- تأثیر آب زیرزمینی
ملاحظات اجرایی
- آماده سازی بستر شالوده
- مصالح بتن
- قابلیت اجرا
- درزها
- خاکریز پشت دیوار (پشته ریزی)
دیوارهای سیل بند
- کنترل نشت زیر دیوار (زیرنشت)
- انواع شالوده دیوار
- فشار افقی آب و خاک بر زبانه برشی
- مصالح نامناسب پی و پایداری ساحل
- حفاظت در مقابل آب شستگی
- جزییات در نقاط تغییر امتداد
دیوارهای وزنی بنایی و بتنی
- بارهای طراحی
- ترکیبات بارگذاری، کنترلهای پایداری، تنشهای مجاز
- طراحی سازهای
- طراحی بتن مسلح
دیوارهای حایل مهار شده (سپرها)
- احداث دیوارهای حایل با سپرکوبی
- سپرهای طرهای کوبیده شده در خاکهای ماسهای (خاکهای دانهای)
- حالات خاصی از سپرهای طرهای کوبیده شده در خاکهای ماسهای
- سپرهای طرهای کوبیده شده در خاک های رسی
- حالات خاص برای سپرهای طرهای کوبیده شده در خاکهای رسی
- سپر مهارشده با پای مفصلی در زمین ماسهای
- سپر مهارشده با پای مفصلی در زمین رسی
سیستمهای نوین دیوارهای حایل
- سیستمهای جایگزین دیوار حایل
- سیستم های خاک مسلح
- گزینههای موجود از سیستم های خاک مسلح
خاک مسلح
- دوام و پایایی
- رفتار خاک مسلح
خاک مسلح با مصنوعات پلیمری
- مبانی طراحی دیوار ژئوسینتتیک
- طراحی دیوارهای ژئوتکستایل
طراحی لرزهای دیوارهای حایل
- شکست لرزهای انواع حایلها
- پاسخ دینامیکی دیوارهای حایل
- فشارهای لرزهای بر حایلها