دیوار حائل چیست؟ بررسی صفر تا صد نکات و انواع دیوار حائل با فیلم

در پروژه‌هایی که اختلاف تراز زمین وجود دارد یا لازم است خاک در برابر ریزش و جابه‌جایی مهار شود، از دیوار حائل استفاده می‌شود. اما دیوار حائل چیست و چه کاربردی دارد؟ دیوار حائل سازه‌ای است که با تحمل فشار جانبی خاک، به پایداری زمین و مهار توده خاک کمک می‌کند. در ادامه با انواع دیوار حائل، نحوه عملکرد، پایداری، فشار خاک، درزها و سیستم زهکشی آن آشنا می‌شوید؛ پس همراه آکادمی عمران باشید.

برای آشنایی سریع‌تر با مفهوم دیوار حائل و کاربرد آن، پیشنهاد می‌کنیم ابتدا ویدئوی زیر را مشاهده کنید. این ویدئو بخشی از آموزش اجرای ساختمان آکادمی عمران است که در آن، مراحل و جزئیات اجرای ساختمان به‌صورت کاربردی و پروژه‌محور آموزش داده می‌شود

دیوار حائل چیست؟

دیوار حائل سازه‌ای است که برای نگهداری و پایدارسازی توده خاک در شرایطی که اختلاف تراز وجود دارد یا شیب زمین از شیب طبیعی خاک بیشتر است، اجرا می‌شود. دیوارهای حائل باید به‌گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که بتوانند فشار جانبی خاک پشت دیوار را تحمل کرده و از حرکت، لغزش یا ریزش آن جلوگیری کنند.

در مهندسی عمران، دیوارهای حائل در پروژه‌های مختلفی مانند ساختمان‌سازی، راه‌سازی، پایدارسازی خاکریزها، زمین‌های شیب‌دار و حاشیه رودخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد دیوار حائل در ساختمان

مهم‌ترین کاربردهای دیوار حائل عبارت‌اند از:

• اجرای دیوار پیرامونی زیرزمین
• نگهداری خاک در زمین‌های شیب‌دار
• مهار خاک اطراف رمپ‌ها
• ایجاد پایداری در محوطه‌های دارای اختلاف سطح
• نگهداری خاک در بخش‌های مجاور ساختمان
• کنترل فشار جانبی خاک در بخش‌های مدفون سازه

در ساختمان‌های دارای زیرزمین، دیوار حائل علاوه بر نگهداری خاک اطراف، باید متناسب با شرایط پروژه در برابر فشار جانبی خاک و در صورت وجود، فشار آب نیز عملکرد مناسبی داشته باشد. در ادامه مقاله، جزئیات دیوار حائل زیرزمین را کامل‌تر بررسی می‌کنیم.

تسلط بر صفر تا صد ساختمان‌سازی؛ آموزش جامع نخبگان نظارت و اجرای ساختمان

مشاهده آموزش

انواع دیوار حائل 

دیوارهای حائل بر اساس نحوه عملکرد سازه‌ای و مکانیزم تامین پایداری انواع مختلفی دارند که رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

1. دیوار حائل وزنی (Gravity)
2. دیوار حائل طره‌ای (Cantilever)
3. دیوار حائل پشت‌بنددار و پایه‌دار (Counterfort & Buttress)
4. دیوار حائل خاک مسلح (Mechanically Stabilized Earth – MSE)

علاوه بر این موارد، در گودبرداری‌ها و پروژه‌های ژئوتکنیکی خاص از سیستم‌های نگهدارنده خاک دیگری مانند دیوارهای مهارشده، دیوارهای سپری، دیوارهای شمعی، دیوار دیافراگمی و سیستم‌های مدولار پیش‌ساخته نیز استفاده می‌شود.

کوله‌های پل نیز در برخی پروژه‌ها عملکردی مشابه دیوار حائل دارند. این اجزا علاوه بر تحمل بارهای قائم ناشی از پل، وظیفه نگهداری خاک پشت خود را نیز بر عهده دارند و باید در برابر فشار جانبی خاک پایداری مناسبی داشته باشند.

گاهی دیوار حائل و دیوار برشی با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند. دیوار حائل برای نگهداری و پایدارسازی خاک در برابر فشار جانبی اجرا می‌شود، در حالی که دیوار برشی یکی از اجزای سازه‌ای ساختمان است که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله به کار می‌رود.

برای آشنایی کامل با تفاوت این دو، می‌توانید مقاله تفاوت دیوار برشی و دیوار حائل را مطالعه کنید.

دیوار حائل وزنی

دیوارهای وزنی پایداری خود را عمدتا از وزن زیاد بدنه به دست می‌آورند. یکی از کاربردهای دیوارهای وزنی بزرگ، استفاده از آن‌ها به‌عنوان دیوارهای کناری سرریزها و سدها است.

در تصویر زیر نمونه‌هایی از دیوارهای حائل وزنی شامل دیوار وزنی بنایی، دیوار وزنی بتنی و دیوار حائل گابیونی را مشاهده می‌کنید.

دیوارهای حائل وزنی با مصالح و روش‌های مختلفی مانند بتن، مصالح بنایی، سنگ، بلوک و گابیون اجرا می‌شوند.

موارد استفاده از دیوار حائل بلوکی بیشتر برای خاکریزهای ساده و کم‌ارتفاع است و دیوار وزنی بتنی یا سنگی نیز عمدتا برای پایدارسازی ترانشه‌های خاکی و سازه‌های هیدرولیکی استفاده می‌شود.

در دیوارهای حائل وزنی بتنی و بلوکی، تنش‌های ایجادشده نباید از مقادیر مجاز مصالح تجاوز کنند. این موضوع در کنار نیاز به تامین پایداری از طریق وزن دیوار، باعث بزرگ بودن مقطع این نوع دیوارها می‌شود.

در برخی شرایط، ساخت دیوار وزنی می‌تواند نسبت به دیوارهای پشت‌بنددار ساده‌تر و اقتصادی‌تر باشد؛ زیرا معمولا قالب‌بندی پیچیده کمتری دارد و مصرف آرماتور نیز در آن کمتر است یا وجود ندارد.

ابعاد و نسبت‌های متعارف دیوار حائل وزنی و گابیونی در شکل زیر نشان داده شده است. ابعاد دیوار حائل سنگی نیز با توجه به همین اصول و کنترل‌های پایداری تعیین می‌شود.

همان‌طور که در شکل مشاهده می‌شود، عرض پایه و ضخامت بخش‌های مختلف دیوار به‌صورت نسبتی از ارتفاع کل دیوار در نظر گرفته می‌شود. این ابعاد صرفا مقادیر متعارف اولیه هستند و ابعاد نهایی باید بر اساس شرایط خاک، بارگذاری و کنترل‌های پایداری تعیین شوند.

ابعاد پی و سایر بخش‌های دیوار به‌گونه‌ای انتخاب می‌شوند که برآیند نیروهای وارد بر پی در محدوده یک‌سوم میانی پی قرار گیرد و تماس مناسب میان پی و خاک زیر آن برقرار بماند.

از آنجا که خاک توان تحمل کشش ندارد، حالت نامطلوب زمانی است که یک لبه پی در آستانه بلندشدگی قرار گیرد؛ در این شرایط، تنش فشاری در یک سمت به صفر رسیده و در سمت دیگر به حداکثر مقدار خود می‌رسد.

برای جلوگیری از ایجاد کشش در زیر پی، خروج از مرکزیت بار نباید از یک‌ششم عرض پی (B/6) بیشتر شود.

• دیوار حائل گابیونی (پله‌دار یا قفسه‌ای)

دیوارهای حائل گابیونی با روی هم چیدن صندوقه‌های نسبتا بزرگ که از قلوه‌سنگ و لاشه‌سنگ پر شده‌اند، ساخته می‌شوند. به همین دلیل به آن‌ها دیوار حائل سنگی نیز گفته می‌شود.

دیوارهای حائل گابیونی به دلیل انعطاف‌پذیری و قابلیت اجرای مناسب در شرایط مختلف هندسی و ژئوتکنیکی، در بسیاری از پروژه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

صندوقه‌ها در دیوار حائل قفسه‌ای (گابیونی) معمولا از توری‌های فولادی ساخته می‌شوند.

مزیت عمده دیوار حائل قفسه‌ای در آن است که نیاز به حمل مصالحی مانند سیمان، آرماتور، شن و ماسه به محل اجرا کاهش می‌یابد و می‌توان از سنگ و مصالح درشت موجود در محل پروژه برای پر کردن قفسه‌ها استفاده کرد.

مزیت دیگر این دیوارها، انعطاف‌پذیری مناسب آن‌هاست که باعث می‌شود بتوانند برخی تغییرشکل‌ها و نشست‌ها را بهتر تحمل کنند.

دیوار حائل سنگی یا گابیونی یکی از روش‌های مرسوم و پراستفاده در مهندسی رودخانه برای حفاظت از سواحل و پایدارسازی شیب‌ها است.

ویژگی مثبت دیگر دیوار حائل قفسه‌ای این است که فضای خالی میان سنگ‌ها امکان عبور آب را فراهم می‌کند؛ به همین دلیل در پروژه‌هایی مانند سازه‌های هیدرولیکی می‌تواند به کاهش تجمع آب و فشار هیدرواستاتیک پشت دیوار کمک کند.

دیوار طره ای

دیوار طره‌ای دیواری است که تعادل خود را با عملکرد طره‌ای به دست می‌آورد. این دیوارها از جنس بتن مسلح بوده و طراحی آن‌ها بر اساس خمش و برش انجام می‌شود.

ابعاد متعارف یک دیوار طره ای را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

دیوار طره‌ای غالبا برای ارتفاع‌های ۳ تا حداکثر ۸ متر ساخته می‌شود. حداقل ضخامت این دیوارها در قسمت بالایی ۳۰۰ میلی‌متر است و ابعاد پی به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که برآیند نیروها در محدوده یک‌سوم میانی پی قرار گیرد.

بحرانی‌ترین مقطع، محل تقاطع ساقه و پی است. در طراحی این دیوارها سعی می‌شود تا حد امکان از آرماتورهای برشی استفاده نشود.

حداقل پوشش روی میلگردها در ساقه سمت رو به خاک ۷.۵ سانتی‌متر و در سمت دیگر ۵ سانتی‌متر است.

پوشش آرماتورها در پی نیز ۷.۵ سانتی‌متر است. در محل اتصال ساقه به پی معمولا یک کلید برشی در نظر گرفته می‌شود تا اتصال ساقه به پی به‌نحو مناسبی تامین شود. از آنجا که بتن‌ریزی ساقه و پی معمولا با فاصله زمانی انجام می‌شود، اجرای صحیح این اتصال اهمیت زیادی دارد.

در اغلب موارد پشت دیوار قائم است، اگرچه شیب‌دار کردن آن در برخی شرایط می‌تواند به پایداری دیوار کمک کند. برای دیوارهای بلندتر از حدود ۶ تا ۸ متر، در صورت مناسب بودن شرایط طراحی، می‌توان از دیوار حائل پشت‌بنددار استفاده کرد.

دیوار حائل پشت بند دار

دیوار حائل پشت‌بنددار مانند دیوار طره‌ای است، با این تفاوت که وجود پشت‌بندهایی در پشت یا جلوی دیوار باعث کاهش لنگر خمشی و در نتیجه کاهش ضخامت مورد نیاز دیوار می‌شود.

ابعاد متعارف یک دیوار حائل پشت‌بنددار در شکل زیر نمایش داده شده است. این ابعاد صرفا جنبه راهنما دارند و ابعاد نهایی باید بر اساس کنترل‌ها و محاسبات سازه‌ای تعیین شوند.

این نوع دیوارها معمولا برای ارتفاع‌های بیش از ۶ متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از عواملی که استفاده از این دیوارها را محدود می‌کند، سطح زیاد قالب‌بندی است که می‌تواند باعث افزایش هزینه اجرا شود.

فاصله بین پشت‌بندها معمولا حدود یک‌دوم تا یک‌سوم ارتفاع دیوار در نظر گرفته می‌شود.

ضخامت دیوار در برخی منابع تا حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر نیز گزارش شده است، اما از نظر اجرایی و دوام سازه، انتخاب ضخامت مناسب باید بر اساس شرایط پروژه و ضوابط طراحی انجام شود.

همچنین پی دیوار باید با توجه به شرایط خاک و عمق یخبندان در عمق مناسب اجرا شود.

دیوار حائل خاک مسلح

دیوار حائل خاک مسلح یا MSE از ترکیب خاک متراکم‌شده، لایه‌های مسلح‌کننده و نمای دیوار تشکیل می‌شود. لایه‌های مسلح‌کننده معمولا از تسمه‌های فلزی، ژئوگرید یا سایر مصالح پلیمری هستند که در میان لایه‌های خاک قرار می‌گیرند و مقاومت کششی لازم را برای پایدارسازی توده خاک فراهم می‌کنند.

در این سیستم، خاک و المان‌های مسلح‌کننده با یکدیگر عمل کرده و یک توده پایدار و یکپارچه ایجاد می‌کنند. نمای دیوار نیز می‌تواند از پانل‌های پیش‌ساخته بتنی یا سایر سیستم‌های مناسب تشکیل شود.

دیوارهای حائل خاک مسلح در پروژه‌هایی مانند راه‌سازی، خاکریزها، کوله پل‌ها و دیوارهای نگهدارنده با ارتفاع نسبتا زیاد کاربرد دارند. این سیستم‌ها به دلیل انعطاف‌پذیری مناسب و امکان اجرای هم‌زمان با عملیات خاکریزی، در بسیاری از پروژه‌های حمل‌ونقل و ژئوتکنیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از مزایای مهم دیوار حائل خاک مسلح می‌توان به سرعت مناسب اجرا، انعطاف‌پذیری و قابلیت تحمل برخی تغییرشکل‌ها اشاره کرد. با این حال، عملکرد مناسب آن به انتخاب صحیح مصالح خاکریز، نوع و فاصله لایه‌های مسلح‌کننده، شرایط زهکشی و کنترل‌های ژئوتکنیکی وابسته است.

بیش از ۵۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان سازی

مشاهده

مقایسه انواع دیوارهای حائل

برای مقایسه بهتر انواع دیوار حائل، در جدول زیر نحوه عملکرد، مصالح اصلی و کاربرد رایج هر نوع را به‌صورت خلاصه مشاهده می‌کنید.

جزئیات دیوار حائل زیرزمین

دیوار حائل زیرزمین در واقع نوعی از دیوارهای حائل بتنی است که در پیرامون طبقات منفی و در تماس با خاک اجرا می‌شود. این دیوار علاوه بر تحمل فشار جانبی خاک و در صورت وجود فشار آب، بسته به سیستم سازه‌ای ساختمان می‌تواند بخشی از نیروهای قائم طبقات را نیز تحمل کند.

حداقل ضخامت دیوار حائل زیرزمین ۲۰ سانتی‌متر و در نقاط مرطوب حداقل ۳۰ سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود. همچنین در بسیاری از پروژه‌ها، به دلیل بارهای جانبی و الزامات اجرایی، ضخامت و آرماتورگذاری این دیوارها نسبت به دیوارهای معمولی طبقات بالاتر بیشتر است.

فشار خاک پشت دیوار حائل

دیوارهای حایل باید به شکلی طراحی و اجرا شوند که بتوانند فشار خاک پشت دیوارها را تحمل کرده و دیواره خاکی را متعادل نگه دارند. دیوارهای حائل در سه وضعیت متفاوت، تحت فشارهای جانبی از سوی خاک قرار می‌گیرند:

1) حالت سکون

هرگاه دیوارهای حائل به نحوی مهار شود که از تغییر مکان افقی یا دوران آن جلوگیری شود، در آن صورت، دیوار در حالت سکون قرار خواهد داشت. در این صورت برای محاسبه فشارهای جانبی خاک از ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون استفاده می‌شود.

2) حالت محرک

اگر تغییر مکان افقی یا دوران مهار نشود، در آن صورت در اثر فشارهای وارده از سوی خاک، دیوارهای حائل از خاک پشت خود فاصله گرفته و به این ترتیب حالت محرک رخ می‌دهد. در این حالت برای محاسبه نیروی خاک از ضریبی به نام ضریب فشار جانبی محرک استفاده می‌شود.

3) حالت مقاوم

حالت مقاوم زمانی ایجاد می‌شود که یک لایه خاک در جلو دیوارهای حائل باشد و فشار خاک پشت دیوارها باعث شود که آن به سمت خاک جلو جا‌به‌جا شود. در این حالت خاکی که در جلوی آن قرار دارد در موقعیت مقاوم است.

پایداری دیوارهای حائل

دیوارهای حایل باید در مقابل ناپایداری های زیر ضریب اطمینان کافی داشته باشند. بنابراین در کلیه موارد زیر کنترل‌های لازم برای اطمینان از پایداری باید انجام گیرد:

1- ناپایداری خارجی

• واژگونی: مطابق شکل، واژگونی یعنی دوران قابل ملاحظه دیوار حول پنجه خودش. دیوارها هنگامی پایدار است که برآیند لنگرهای محرک کمتر از برآیند لنگرهای مقاوم باشد. لنگرگیری نسبت به جلوترین نقطه پنجه انجام می‌گیرد.
• لغزش: لغزش زمانی رخ می‌دهد که برآیند نیروهای افقی محرک بیشتر از برآیند نیروهای افقی مقاوم باشند.
• ظرفیت باربری پی: (گسیختگی برشی خاک زیر پی) یعنی حداکثر تنش اعمال شده به خاک زیر پی کمتر از ظرفیت باربری مجاز خاک باشد.
• لغزش عمیق: یعنی گسیختگی برشی توده‌ای از خاک که دیوار نیز در درون آن باشد. برای تحلیل چنین شکل ناپایداری می‌توان از روش‌ها و نرم افزارهای متداول برای تحلیل شیروانی استفاده کرد.

استفاده از یک نرم افزار در چنین تحلیل‌هایی نه تنها کار را آسان می‌سازد، بلکه امکان کنترل پروفیل‌های گسیختگی زیادی را می‌دهد.

2- ناپایداری داخلی

ناپایداری داخلی یعنی گسیختگی و شکست سازه‌ای دیوارهای حائل. اگر دیوارهای حایل ناپایداری داخلی داشته باشند در برابر لنگرها و برش‌ها مقاومت کافی را ندارند.

بحرانی‌ترین نقطه محل تماس ساقه به پی (هم در ساقه و هم در پی) است.

درز در دیوارهای حائل

به‌طور کلی درزها در دیوارهای حایل به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

1. درزهای افقی
2. درزهای عمودی

1- درز افقی

درزهای افقی در حقیقت درزهای اجرایی هستند که لایه‌های بتن با سنین مختلف را از یکدیگر جدا می‌کنند.

به علت محدودیت‌های اجرایی، معمولا در هر ۳ متر ارتفاع دیوار یک درز افقی به وجود می‌آید. برای حفظ یکپارچگی سازه، بهتر است تعداد این درزها تا حد امکان کاهش یابد.

برای بتن‌ریزی روی بتن سخت‌شده، سطح بتن قبلی باید کاملا تمیز و مضرس شود تا چسبندگی مناسبی میان دو لایه ایجاد شود. این کار می‌تواند با استفاده از آب پرفشار (واترجت) انجام گیرد.

در دیوار طره‌ای نیز یک درز افقی در محل اتصال ساقه به پی ایجاد می‌شود. در صورتی که در این محل کلید برشی در نظر گرفته شده باشد، پیش از بتن‌ریزی ساقه باید داخل کلید برشی با فشار آب یا هوا کاملاً تمیز شود.

به دلیل اهمیت تمیزشدن کامل محل کلید برشی و اثرات منفی آلودگی یا باقی‌ماندن مواد زائد در آن، اجرای صحیح این بخش اهمیت زیادی دارد.

در ساقه دیوار نیز ممکن است به علت محدودیت‌های قالب‌بندی و بتن‌ریزی درزهای اجرایی افقی ایجاد شوند. تمیزکردن و آماده‌سازی سطح این درزها پیش از ادامه بتن‌ریزی الزامی است.

2- درز عمودی

درزهای عمودی در طول دیوارها به‌منظور تقسیم یک دیوار با طول زیاد به واحدهای کوچک‌تر ایجاد می‌شوند تا دیوار بتواند نشست یا تغییرشکل‌های طولی را بهتر تحمل کند.

این درزها از نوع درز انقباض هستند؛ به این معنی که هنگام ساخت، فاصله لبه‌های دو بخش صفر است و در صورت تغییرشکل، لبه‌ها می‌توانند از یکدیگر دور شوند.

در دیوارهای حائل، معمولا درزهای عمودی یا انقباض با فاصله حدود ۶ تا ۱۲ متر از یکدیگر در نظر گرفته می‌شوند.

در محل این درزها معمولا نیازی به کلید برشی نیست. در دیوار طره‌ای نیز درز انقباض می‌تواند فقط در ساقه اجرا شود و لزوما نیازی به ادامه آن در پی نیست. سطح درزهای انقباضی باید کاملا صاف و امتداد آن‌ها عمودی باشد.

جهت آشنایی با درز انقباض و سایر درزها به مقاله انواع درز ساختمانی مراجعه کنید.

زهکشی دیوار حائل

در بررسی علل خرابی دیوارهای حائل نشان داده شده که عدم وجود یا نارسایی سیستم زهکش پشت دیوار، عامل خرابی دیوار‌ها بوده است.

سیستم زهکش برای محو کردن فشار هیدروستاتیک آب جمع شده در پشت دیوارها لازم است. در غیر این صورت دیوار، باید برای پایداری در مقابل این فشار اضافی نیز طراحی شده که باعث بالا رفتن هزینه می‌شود.

زهکشی پشت دیوارها را می‌توان به دو صورت انجام داد:

1. با پر کردن پشت دیوارها با مصالح کاملا زهکش (یا در محدوده گوه گسیختگی رانکین)
2. لوله‌های جمع آوری آب که به صورت طولی در پشت دیوار‌ها قرار می‌گیرند و آب را از طریق سوراخ‌هایی در دیوار، به بیرون انتقال می‌دهند.

برای اجرای سوراخ‌هایی در دیوار‌ها که آب جمع شده توسط مصالح زهکش را به بیرون انتقال دهد، معمولا از لوله‌ای به قطر ۳ تا ۴ اینچ (حدود 7.5 تا 10 سانتی‌متر) استفاده می‌شود که در بین آرماتور و در داخل قالب قرار می‌گیرد و سپس داخل قالب بتن ریزی می‌شود.

به این ترتیب این لوله در داخل بتن قرار می‌گیرد و ارتباط پشت دیوار و جلوی دیوار را تامین می‌کند.

در اجرای زهکش پشت دیوار‌ها باید دقت کرد که تراوش آب از شسته شدن مصالح طبیعی محل جلوگیری می‌کند. به همین دلیل در فصل مشترک مصالح زهکش و زمین طبیعی از مصالح فیلتر استفاده می‌شود.

در پشت لوله‌هایی که در داخل دیوار‌ها قرار می‌گیرد، مصالح فیلتر ریخته شده تا مانع گرفته شدن لوله‌ها شود.

جمع‌بندی

دیوار حائل سازه‌ای برای نگهداری و پایدارسازی خاک در برابر فشار جانبی است که بسته به شرایط پروژه می‌تواند به شکل وزنی، طره‌ای، پشت‌بنددار یا خاک مسلح اجرا شود. عملکرد مناسب دیوار حائل به طراحی صحیح، کنترل پایداری، اجرای مناسب درزها و به‌ویژه زهکشی اصولی پشت دیوار بستگی دارد.

در انتهای این مقاله امیدواریم اطلاعات خوبی درباره انواع دیوار حائل کسب کرده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید می‌توانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.

آموزش‌های تخصصی و پروژه‌محور آکادمی عمران

مشاهده آموزش‌ها