مهار متقابل یا استرات چیست و چه کاربردی دارد؟
در مناطق شهری و زمانی که به دلیل وجود ساختمان‌های مجاور استفاده از روش معمول پایدارسازی گود ممکن نباشد، روش مهار متقابل (استرات) اولویت دارد.
در روش مهار متقابل (استرات) از تیرهای افقی به همراه شمع‌های فولادی برای انتقال بار به دیوار مقابل گود استفاده می‌شود. اصول کلی روش مهار متقابل (استرات) شامل استفاده از المان‌های فلزی افقی و مورب برای کنترل تغییرشکل‌های ناشی از حفر گود است، مشابه روش خرپا است.
با توجه به اینکه در روش مهار متقابل (استرات) احتمال وقوع تغییرشکل‌های عمودی نسبت به روش‌های دیگر وجود دارد، برای کنترل بهتر تغییرشکل‌ها و ایجاد یکپارچگی بهتر در سیستم، استفاده از شمع‌های فولادی به همراه مهاربندهای افقی توصیه می‌شود.
طراحی گود به روش مهار متقابل
برای طراحی گود به روش مهار متقابل، ابتدا باید با شبیه‌سازی شرایط پروژه در نرم‌افزارهای دو یا سه بعدی، نیروهای اعمال شده بر روی اعضای افقی و عمودی محاسبه شوند. سپس با کنترل حالات حدی نهایی و در نهایت، طراحی مناسب برای این اعضا انجام شود. اعضای عمودی و افقی عموماً از جنس فولادی بوده و طبق آئین‌نامه‌های مربوط به سازه‌های فولادی طراحی می‌شوند.
مد نظر داشتن پدیده کمانش در طراحی اعضای مهاری یکی از موضوعات اساسی در روش مهار متقابل است.
اجزای تشکیل دهنده مهار متقابل یا استرات
در این روش، از اعضای فشاری (مهارهای فشاری) برای انتقال فشار خاک استفاده می‌شود. اجزای تشکیل‌دهنده این روش به شرح زیر است:
دیوار
دیوارها، علاوه بر مقاومت در برابر فشار خاک، نقش تکیه‌گاه اعضای فشاری را نیز دارند. انواع مختلفی از دیوارها وجود دارد، از جمله:
- سپر (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی
- شمع‌های نگهبان فلزی
- شمع‌های نگهبان بتنی
اعضای فشاری (Strut یا Brace)
این اعضا نقش انتقال فشار خاک از یک دیوار به دیوار دیگر را دارند و انواع مختلفی دارند، از جمله:
- نیمرخ زوج IPE
- نیمرخ زوج IPB
- لوله
- قوطی
- مقطع بتنی
اعضای واسط (Wale)
این اعضا مسئول انتقال نیروها از دیوار به اعضای فشاری هستند. آنها فشار خاکی که به دیوار وارد می‌شود را جذب کرده و به اعضای فشاری (مانند استرات‌ها) منتقل می‌کنند. بنابراین، طراحی استرات‌ها و اتصالات آنها بر اساس نیروی فشاری، و طراحی اعضای واسط بر اساس نیروهای برشی و خمشی، و همچنین طراحی دیوار بر اساس نیروهای ترکیبی انجام می‌شود.
مراحل اجرای روش مهار متقابل
حفر چاه اعضای قائم در روش مهار متقابل
مانند اجرای شمع‌های فلزی در روش‌های نیلینگ، انکراژ و سازه‌های نگهبان خرپایی، در روش مهار متقابل نیز ابتدا در دو طرف گود، در فواصل مشخصی از یکدیگر، چاهک‌هایی به قطر ۸۰ الی ۱۰۰ سانتی‌متر حفر می‌شود. طول این چاهک‌ها برابر با عمق گود به اضافه‌ی مقداری از ۲۵ تا ۳۵ درصد عمق گود، پایین‌تر از تراز فونداسیون است.
این عمق اضافه برای تامین گیرداری انتهای تحتانی پروفیل‌هایی است که در چاهک‌ها قرار می‌گیرند. جانمایی این چاهک‌ها با استفاده از نقشه‌برداری و با توجه به نقشه‌های اجرایی انجام می‌شود.
اجرای اعضای عمودی در روش مهار متقابل
در داخل این چاهک‌ها، پروفیل‌های فولادی H یا I (معمولاً زوج نیمرخ IPE) به صورت عمودی و طبق محاسبات و نقشه‌های اجرایی قرار می‌گیرند. طول این پروفیل‌ها به گونه‌ای در نظر گرفته می‌شود که انتهای بالایی آنها تا حدی بالاتر از تراز بالایی گود قرار داشته باشد، سپس ریشه شمع فلزی بتن‌ریزی می‌شود.
برای بهبود گیرداری عضو عمودی در بتن ریشه (زیر تراز فونداسیون)، قطعات نبشی یا ناودانی به عنوان برش‌گیر به عضو عمودی جوش داده می‌شوند.
همانطور که در روش‌های نیلینگ، انکراژ، سازه‌های نگهبان خرپایی و غیره، شمع‌های فلزی باید به طور کامل به دیوار گود متصل شوند، برای عملکرد مطلوب در روش مهار متقابل، عضو عمودی باید به طور کامل به دیوار چسبیده باشد تا تغییرات شکل به حداقل برسد.
برای اطمینان از چسبیدن کامل عضو عمودی، پشت آن با مصالح مناسبی که دارای حداقل مقاومت فشاری خاک در آن نقطه باشند، پر می‌شود تا هیچ فضای خالی بین عضو عمودی و دیوار باقی نماند.
از آنجایی که اعضای افقی باید از هر دو طرف به اعضای عمودی متصل شوند، بنابراین اعضای عمودی در دو دیوار مقابل به‌طور کاملاً روبه‌روی یکدیگر قرار می‌گیرند، تا از تمام ظرفیت آنها استفاده شود.
اجرای اعضای افقی در روش مهار متقابل
بعد از اجرای اعضای قائم، باید ردیف اول اعضای افقی نصب شود. این اعضا معمولاً به شکل زوج نیمرخ یا لوله یا باکس هستند. مانند اتصال تیر به ستون در سازه‌ها، اعضای افقی با استفاده از جوش و ورق‌های فولادی به اعضای عمودی متصل می‌شوند.
برای پیشگیری از ریزش‌های موضعی، بین اعضای عمودی می‌توان از الوارهای چوبی یا شبکه‌های فولادی (مش)، شاتکریت یا سایر اعضای مناسب استفاده کرد.
همچنین، برای کاهش طول مؤثر اعضای افقی، می‌توان از کش (عضوی عمود بر عضو افقی) استفاده کرد. با این کار، از کمانش اعضای افقی جلوگیری می‌شود.
تکمیل اعضای افقی در روش مهار متقابل
بعد از نصب ردیف اول اعضای افقی، تا رسیدن به تراز ردیف دوم اعضای افقی، خاکبرداری انجام می‌شود و سپس شبکه‌های فولادی (مش) و شاتکریت نیز نصب می‌شود. این فرآیند تا انتهای عمق گود ادامه می‌یابد.
در برخی از پروژه‌ها به دلایل مختلف مانند طول زیاد دهانه، ممکن است نیاز به استفاده از مهار متقابل مورب باشد تا با کاهش طول مهارهای متقابل، طرح بهینه‌تری حاصل شود. در این صورت، به جای ایجاد دیواره‌های مقابل، دیواره‌های مجاور به یکدیگر متصل می‌شوند تا پایداری پروژه تضمین شود.
مزایا و معایب روش مهار متقابل یا استرات
از مزایای اصلی این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- محدودسازی تغییرشکل‌ها
- مناسب برای گودهای عمیق در مناطق شهری
- مناسب برای گودبرداری با عرض کم
- امکان بازیافت بخشی از مصالح (اعضای افقی)
- عدم نیاز به ورود به زمین‌های مجاور
- قابلیت تطبیق با روش‌های زهکشی
- انعطاف پذیری و امکان تقویت طرح در حین و بعد از اجرا
- عدم وابستگی کارآیی روش به جنس خاک
- عدم نیاز به درخواست مجازات از همسایه‌ها
مهم‌ترین محدودیت‌های روش مهار متقابل یا استرات عبارتند از:
- غیراقتصادی بودن در زمین‌های با عرض زیاد
- اشغال فضای داخل گود و صعوبت در خاکبرداری و اجرای سازه اصلی
- سرعت نسبتاً پایین در اجرای عملیات
- محدودیت اجرا در پروژه‌های با هندسه نامنظم
- عدم امکان استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری
- نیاز به تجهیزات و ماشین‌آلات خاص
- نیاز به افراد ماهر و کنترل دقیق جهت اجرای مهارها، به ویژه اتصالات
جمع بندی نهایی
روش مهار متقابل یا استرات، یک روش مهم و موثر در پایدارسازی گودها است که با استفاده از اعضای عمودی و افقی، توانایی کنترل تغییرات شکلی و افزایش پایداری سازه‌ها را فراهم می‌کند.
با این حال، این روش نیز با محدودیت‌هایی همراه است از جمله اقتصادی نبودن در زمین‌های با عرض زیاد، اشغال فضای داخل گود، و نیاز به تجهیزات و ماشین‌آلات خاص. به طور کلی، این روش با توجه به ویژگی‌ها و محدودیت‌های خود، در مواردی که استفاده از روش‌های سنتی مانند میخکوبی ممکن نیست، به عنوان یک گزینه پایدارسازی مناسب مطرح می‌شود.
بدون دیدگاه