نشریه شماره ۳۰۸

نشریه شماره ۳۰۸ ( راهنمای طراحی دیوارهای حایل‌) است و زیر نظر كمیته تخصصی سد و تونل‌های انتقال دفتر استانداردها و معیارهای فنی شركت 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 كاربرد نشریه شماره ۳۰۸

نشریه شماره ۳۰۸ نه تنها دیوارهای حایل خشك، بلكه دیوارهای حایلی كه تحت بارهای هیدرولیكی نظیر آب در حال جریان، غوطه وری، تأثیر موج و ناحیه پاششی آن و همچنین حالاتی كه 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 كمتر از ۱۰ متر است.

انواع دیوارها

دیوار حایل، دیواری است كه فشار ناشی از وضعیت موجود در اختلاف تراز به وجود آمده به علت خاكریزی، خاكبرداری یا عوامل طبیعی را به صورت پایدار حفظ نماید. دیوار سیل بند دیواری است كه علاوه بر آن، وظیفه محافظت منطقه‌ای را از ورود سیلاب به آن عهده دار است. به علاوه دیوارهای ساحلی نیز وجود دارند كه 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 استهلاك انرژی امواج برخوردكننده است. اختلاف عمده دیوارهای حایل معمولی با دیوارهای سیل بند یا ساحلی وجود آب در دو مورد اخیر به عنوان عامل فرسایش دهنده و ایجادكننده اضافه فشار خارجی است.

انواع دیوارهای حایل

دیوارهای حایل را می‌توان از نظر مصالح، روش اجرا، كاربری و عملكرد رده بندی كرد. از لحاظ عملكرد 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 كه برای حفظ پایداری توده خاك در فصل مشترك یك 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 خاك، تحت تأثیر فشار ناشی از سیلاب، آب زیرزمینی و بركنش (نیروی ارشمیدس) نیز است. یك دیوار در یك تركیب بارگذاری می‌تواند در رده دیوار حایل و در تركیب 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 تركیبات نامساعدی از آنها مورد طراحی و یا محاسبه قرار گیرند.

بار مرده
وزن خاك
فشار جانبی خاك
فشار آب زیرزمینی
فشار برخاست (بركنش)
فشار جانبی ناشی از سربار
فشار برخورد امواج
نیروهای زلزله
فشار یخ

دیوارهای سیل‌بند

عملكرد اصلی دیوار سیل‌بند هدایت رواناب و جلوگیری از گسترش سیل در منطقه مورد محافظت است. دیواره سیل بند، در یك وجه تحت تأثیر بارگذاری فشار هیدرواستاتیك سیلاب و در وجه دیگر تحت تأثیر فشار خاك 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 كشاورزی و شهری، تحت تأثیر فشار هیدرواستاتیك از سمت رودخانه تا تراز سیلاب قرار می‌گیرند. در مقابل سیل بندهای ساحلی كه در كنار دریاها اجرا می‌شوند، تحت تأثیر بارهای كوتاه مدت ناشی از بالا آمدن آب در اثر موج، ضربات موج، یا اثر جزر و مد دریا هستند. امواج ساحلی ماهیت دینامیكی داشته و در مدت چند ثانیه بر سازه اثر می‌كند. 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 مشكل است. لذا باید با اعمال تدابیر طراحی و جزییات اجرایی مناسب، از عملكرد 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. كنترل نشت از جمله ملاحظات اصلی در طرح دیواره‌های سیل‌بند است و نشت كنترل نشده معمولاً منجر به افزایش فشار و یا ایجاد فشار برخاست (بركنش) در زیر دیوار و كاهش ضریب ایمنی پایداری خواهد گشت.

افزایش فشار منفذی در مصالح زیر شالوده یا در حوالی پنجه دیوار ممكن است شرایط ژئوتكنیكی را جهت جوشش ماسه یا تورم خاك در زیر شالوده را فراهم نماید. پدیده نشت در شالوده ممكن است دارای چنان سرعتی باشد كه برای جابه‌جایی مصالح غیرچسبنده زیر شالوده و ایجاد پدیده رگاب كافی باشد. كنترل نشت، مستلزم طراحی جزییاتی است كه فشار نشت و سرعت حركت آن در خاك در محدوده مجاز، حفظ شود. در بعضی موارد ممكن است نشت كنترل شده حتی در صورت بزرگ بودن مقدار آن، فاقد خطر جدی باشد. در صورتی كه دیوار سیل بند برای محافظت مناطق مسكونی 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 كافی در كنار راه است و در معرض بودن این حریم عمدتاً به علت وجود سازه‌های ساختمانی و غیرساختمانی در كنار مسیر است. وجود لوله‌های فاضلاب با درزهای باز، سازه‌های با طبقات زیرزمینی یا بخش‌های مدفون، و یا وجود مناطق حفاری شده در نزدیكی 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، لیكن 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 كه 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 كه باید در طرح دیوارهای حایل وزنی مدنظر قرار گیرند شامل موارد زیر هستند.

وضعیت خاك بستر و تنش مجاز آن
مصالح دسترس در منطقه شامل شن، ماسه، سنگ ساختمانی، سیمان
بارهای طراحی
تناسبات اولیه هندسه دیوار
كنترل های پایداری و تنش های مجاز

دیوارهای طره‌ای بتن

دیوارهای طره‌ای بتن مسلح نوع خاصی از دیوارهای وزنی هستند كه بخشی از پایداری آن در مقابل واژگونی به‌ واسطه وزن خاكریز متكی 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 خاك و فشار واكنش تكیه گاهی طراحی شوند.

سیستم‌های نوین دیوارهای حایل

چهار نوع اصلی دیوارهای حایل عبارتند از دیوارهای وزنی، دیوارهای طره‌ای، دیوارهای مهارشده و سیستم‌های خاك مسلح. پایداری دیوارهای وزنی در مقابل واژگونی به واسطه وزنشان است. پایداری دیوارهای طره‌ای بتن آرمه در مقابل واژگونی به واسطه وزن خاكریز 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 كه یك یا چند نقطه، سازه دیوار را به خاك پشت آن مهار می‌كنند.

خاك مسلح عبارت است از مهار و یكپارچه نمودن اجزای دیوار به خاك پشت آن به‌ وسیله تسمه‌های فولادی یا شبكه‌های پلیمر شامل ژئوگرید و ژئوتكستایل. در این حالت دیوار تبدیل به غشای نازكی می‌شود و شبكه‌های فولادی و پلیمر مسلح كننده، خاك را تبدیل به یك توده خودایستا می‌نمایند.

سیستم‌های جایگزین دیوار حایل

دیوارهای حایل از نوع وزنی و طره‌ای بیشترین كاربرد را در موارد عمومی دارند و اغلب به شیوه بتن‌ریزی درجا اجرا می‌شوند. لیكن امروزه تعدادی از سیستم‌های تقویت خاك یا حایل‌های انعطاف پذیر بتنی (خاك مسلح) به دلیل عملكرد مناسب و هزینه پایین به جایگزین مناسبی برای دیوارهای حایل وزنی و طره‌ای بدل گشته‌اند. این نشریه اختصاص به تشریح عملكرد و طراحی این سیستم‌ها و همچنین طرح و اجرای سیستم‌های پیش ساخته بتنی دارد. لازم به ذكر است كه ذكر مشخصات سیستم‌های مختلف در این متن با توجه به تنوع آنها در طرح و اجرا، به معنی تصدیق و یا تأیید مطلق یك نوع خاص نیست و قضاوت طراح را طلب می‌كند. به طور كلی انواع مختلفی از سیستم‌های حایل و جایگزین حایل‌های سنتی وجود دارد كه هدف این بخش نیز فراهم نمودن كلیه راهكارهای طرح و اجرای آنها نیست، بلكه روند طرح و اجرا عموماً از جانب كارخانجات سازنده ارائه می‌شود و انتخاب هر سیستم نیز بر پایه ملاحظات فنی و اقتصادی صورت می‌گیرد و از آنجا كارخانجات سازنده تنها بخشی از مبانی طراحی را انجام می‌دهند، كسب اطمینان از كفایت 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 اینكه به نحوی در نشریه مورد اصلاح قرار گرفته باشد.