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

دیوار حائل چیست و کجاها کاربرد دارد؟ انواع آن کدام است؟!  دیوار حائل دیواری است که به منظور پایداری در مقابل فشار جانبی خاک به کار می‌رود، در این مقاله به تفصیل در مورد تمام نکات مربوط به دیوار حایل، انواع، پایداری و سیستم زهکشی آن صحبت کردیم. با ما همراه باشید.

 

 

فیلم معرفی دیوار حائل

پیشنهاد می‌کنیم برای اینکه این مقاله را با دید بهتری بخوانید، ابتدا فیلم زیر را مشاهده کنید.

دیوار حائل چیست ؟

دیوار حائل سازه‌ای است که برای پایدارسازی توده‌ای از خاک یا هر ماده دیگر با شیبی تندتر از شیب طبیعی به کار می‌رود.

در مهندسی عمران دیوارهای حائل عموما برای نگهداری پای خاکریزهای کنار راه یا پایدار سازی سواحل رودخانه و غیره استفاده می‌شوند.

در این مقاله انواع دیوار حائل و نحوه زهکشی آن بیان شده است. برای اینکه در مورد صفر تا صد اجرای آن بدانید، مقاله ” دیوار برشی ” را از دست ندهید.

 

انواع دیوار حائل در عمران

حالا که پاسخ سوال دیوار حائل چیست را بررسی کردیم، به انواع دیوار حائل می‌پردازیم. 

دیوارهای حائل برحسب مکانیزم تعادلی خود نام گذاری می‌شوند. براین اساس دیوارهای حائل به دسته‌های زیر تقسیم‌ بندی می‌شوند:

1) دیوار حائل وزنی

2) دیوار طره‌ای

3) دیوار حائل پشت بند دار

انواع دیگری از دیوارها هستند که کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال می‌توان از دیوارهای متشکل از قطعات پیش ساخته که درون خاک مهار شده‌اند نام برد.

استفاده از این دیوارها به علت هزینه نسبتا زیاد محدود است و عمدتا برای نماسازی کنار ترانشه‌های بزرگراهی در مناطق شهری از آن استفاده می‌شود.

پایه‌های کناری پل‌ها نیز بعضی مواقع به عنوان دیوار‌های حائل عمل می‌کنند با این تفاوت که اولا سربار قائم زیادی را از پل حمل می‌کنند و دوما قسمت بالای آن‌ها توسط تابلیه (عرشه) پل گرفته شده و تغییر مکان آن ممکن نیست.

پایه‌های کناره پل‌ها (کوله‌ها) معمولا وظیفه نگهداری خاک و حفاظت از آب شستگی آن‌ها را به عهده دارند.

بعضی از افراد تفاوت دیوار حائل و دیوار برشی را نمی‌دانند. همانطور که گفتیم دیوار حائل برای پایدارسازی توده خاک به کار برده می‌شود اما دیوار برشی برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی در ساختمان اجرا می‌شود.

در مقاله ” تفاوت دیوار برشی و دیوار حائل “ تمام تفاوت‌های این دو المان را بیان می‌کنیم.

در ادامه در مورد انواع دیوارهای حائل به طور کامل توضیح می‌دهیم.

 

دیوار حائل وزنی

دیوارهای وزنی تعادل خود را با وزن زیاد به دست می‌آورند. یکی از کاربردهای دیوارهای وزنی بزرگ، استفاده از آن‌ها به عنوان دیوارهای کناری سرریزها است.

در عکس زیر نمونه‌های مختلف یک دیوار وزنی را مشاهده می‌کنید. این دیوارها شامل دیوار وزنی بتن مسلح ، دیوار حائل بلوکی (دیوار حائل با بلوک سیمانی)، دیوار حائل قفسه ای یا گابیونی یا پله دار می‌شوند.

موارد استفاده از دیوار حائل بلوکی برای خاکریزهای ساده و دیوار وزنی بتن مسلح عمدتا برای ساخت سد و پایدارسازی ترانشه‌های خاکی است.

در دیوار حائل بلوکی یا وزنی بتن مسلح، تنش‌های کشش در هیچ مقطعی از دیوارها نباید از تنش های مجاز کشش تجاوز کنند. این موضوع باعث بزرگی مقاطع این دیوارها می‌شود.

بررسی‌های اقتصادی نشان می‌دهد که ساخت یک دیوار وزنی ، اقتصادی‌تر از ساخت یک دیوار پشت بند دار هم ارتفاع آن است، زیرا در دیوار وزنی مساله قالب بندی به میزان دیوار پشت بند دار وجود ندارد و هم‌چنین از آرماتور استفاده نمی‌شود که مزیت اقتصادی بزرگی برای دیوار حائل وزنی است.

ابعاد متعارف دیوارهای حائل وزنی در شکل زیر نشان داده شده است. همچنین ارتفاع دیوار حائل سنگی نیز با همین ابعاد متعارف قابل محاسبه است.

ابعاد پی و دیگر ابعاد به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که برآیند نیروهای وارد بر پی از یک سوم وسط پی عبور کند تا تماس کامل پی و خاک زیر آن همواره برقرار باشد.

با توجه به اینکه خاک صرفا می‌تواند فشار تحمل کند و توانایی تحمل کشش ندارد، بدترین حالت زمانی است که یک گوشه پی در حال بلند شدن است. یعنی در یک گوشه پی تنش فشاری صفر و در گوشه‌ دیگر تنش فشاری ماکزیمم است.

لذا گستره تنش زیر پی دیوارهای حائل مثلثی بوده و مرکز نیروهای مقاوم خاک در یک سوم  بعد پی هست. با توجه به این که مرکز ورود بار ناشی از پی و دیوارها به وسط پی است. حد فاصل یک سوم و یک دوم بعد پی می‌شود یک ششم بعد آن که حداکثر خروج از مرکزی است که پی می‌تواند تحمل کند تا به کشش و بلندشدگی نیفتد.

 

• دیوار حائل گابیونی یا پله دار یا قفسه‌ای

دیوار حائل گابیونی دیوارهایی هستند که با روی هم چیدن صندوقه‌های نسبتا بزرگ که از قلوه سنگ و لاشه سنگ پر شده‌اند، ساخته می‌شوند. به همین دلیل به آن دیوار حائل سنگی نیز می‌گویند.

دیوار حائل گابیونی در هر شرایط هندسی و ژئوتکنیکی قابل اجرا است. 

صندوقه‌ها در دیوار حائل قفسه ای معمولا از توری‌های فولادی ساخته می‌شوند. مزیت عمده دیوار حائل قفسه ای در آن است که نیاز به حمل مصالح به محل اجرای دیوار (مثل سیمان، آرماتور، شن و ماسه و غیره) نیست و تنها باید توری فولادی به محل حمل شود.

سپس با استفاده از قلوه سنگ و مصالح درشت محلی می‌توان درون توری را پر کرد. مزیت دوم در انعطاف پذیری این دیوارها است که تغییر شکل‌های نسبتا بزرگ را تحمل می‌کنند.

دیوار حائل سنگی یا گابیونی به عنوان یکی از روش‌های مرسوم و پر استفاده در مهندسی رودخانه برای حفاظت سواحل رودخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

ویژگی مثبت دیگر دیوار حائل قفسه ای این است که قفسه ها به ویژه در آنجا که دیوارهای نگهدارنده نیاز دارد تا مقدار زیادی آب را از خود عبور دهد (مانند سازه‌‌های هیدرولیکی)، آب را از خود عبور می‌دهند.

در این دیوارها فشار هیدرواستاتیک هرگز در پشت یا زیر سازه ایجاد نشده و موجب خرابی کل ساختار نمی‌شود.

 

دیوار طره ای

دیوار طره‌ای دیواری است که تعادل خود را با عمل طره‌ای بدست می آورد. این دیوارها از جنس بتن مسلح بوده و طراحی آن‌ها بر اساس خمش و برش است.

ابعاد متعارف یک دیوار طره‌ای را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

دیوار طره‌ای غالبا برای ارتفاع‌های ۳ تا حداکثر ۸ متر ساخته می‌شود. حداقل ضخامت این دیوارها ۳۰۰ میلی‌متر در بالا است و ابعاد پی به گونه‌ای انتخاب می‌شود که برآیند نیروها از یک سوم وسط پی عبور کند.

بحرانی‌ترین مقطع، محل تقاطع ساقه و پی است. در طراحی دیوارها سعی می‌شود که از آماتورهای برشی استفاده نشود.

حداقل پوشش روی میلگردها در ساقه سمت رو به خاک 7.5 سانتی‌متر و در سمت دیگر ۵ سانتی‌متر است.

پوشش آرماتورها در پی نیز 7.5 سانتی‌متر است. در محل تماس ساقه به پی معمولا یک کلید برشی قرار داده می‌شود تا اتصال ساقه به پی به نحو مناسبی انجام گیرد و از آنجا که قسمت تماس ساقه با فاصله زمانی بتن ریزی می‌شود، تعبیه این کلید نقش مهمی در اتصال پی به ساقه دارد.

در اغلب موارد پشت دیوارها قائم است اگر چه شیب دار کردن آن ممکن است به پایداری دیوارها کمک کند. برای دیوارهای بلندتر از ۶ تا ۸ متر از دیوار حائل پشت بند دار استفاده می‌شود.

دیوار حایل پشت بند دار

دیوار حائل پشت بند دار مانند دیوار طره‌ای است با این تفاوت که وجود پشت پندهایی در پشت یا جلوی دیوارها باعث کاهش ضخامت آن می‌شود.

ابعاد متعارف یک دیوار حائل پشت بنددار در شکل زیر نمایش داده شده است. این ابعاد صرفا نقش راهنمایی دارند و در صورتی که کنترل‌های سازه‌ای جواب دهد می‌توان ضخامت آن را کاهش داد.

 

این گونه دیوارها معمولا برای ارتفاع بالای ۶ متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از دلایلی که استفاده از این گونه دیوار‌ها را محدود می‌کند، سطح زیاد قالب بندی این دیوارها است که باعث افزایش هزینه قالب بندی می‌شود.

فاصله بین پشت بندها معمولا یک دوم تا یک سوم  ارتفاع دیوارها در نظر گرفته می‌شود.

ضخامت دیوارها تا حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر نیز گزارش شده است که از نظر اجرایی و دوام سازه ضخامت حداقل ۳۰ سانتی‌متر منطقی‌تر است. 

به این نکته توجه شود که پی دیوارها باید پایین‌تر از عمق یخبندان خاک باشد.

 

جزئیات دیوار حائل زیرزمین

دیوار حائل زیرزمین در واقع نوعی از دیوارهای حائل است که علاوه بر فشار جانبی خاک، نیروهای قائم را نیز تحمل می‌کند.

حداقل ضخامت دیوار حائل زیر زمین 20 سانتی‌متر و در نقاط مرطوب حداقل 30 سانتی‌متر است. همیشه دیوار حائل زیر زمین باید ضخامتی بیش از دیوارهای بالای آن داشته باشد.

 

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 حایل 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:

 

ناپایداری خارجی

1) 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.

 

2) لغزش : لغزش زمانی رخ می‌دهد که برآیند نیروهای افقی محرک بیشتر از برایند نیروهای افقی مقاوم باشند.

3) ظرفیت باربری پی : (گسیختگی برشی خاک زیر پی) یعنی حداکثر تنش اعمال شده به خاک زیر پی کمتر از ظرفیت باربری مجاز خاک باشد.

 

4) 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.

 

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

به طور کلی درزها در دیوارهای حایل به دو دسته درزهای افقی و عمودی تقسیم می‌شوند. 

درزهای افقی مرز بین لایه‌های مختلف بتن با سنین مختلف بوده و درزهای عمودی جهت انعطاف‌پذیر کردن سازه در مقابل نشست‌های طولی که اجتناب‌ناپذیر است قرار داده می‌شود.

 

درز افقی 

گفتیم درزهای افقی در حقیقت درزهای اجرایی هستند که لایه‌های بتن با عمر مختلف را از هم جدا می‌کنند.

به علت محدودیت‌های اجرایی معمولا در هر 3 متر ارتفاع دیوار یک درز افقی به وجود می‌آید.

برای یکپارچگی سازه باید تعداد این درزها به حداقل کاهش یابد. معمولا در درزهای افقی کلید برشی قرار داده نمی‌شود.

در دیوارهای حائل وزنی فاصله دو درز افقی معمولا ۳ متر است که نشان دهنده کیفیت‌های لایه‌های بتن ریزی در هر روز کاری است.

برای ریختن بتن بر روی هر بتن سفت شده باید سطح بتن سفت شده کاملا تمیز و مضرس شود. این عمل با آب تحت فشار (واتر جت) انجام می گیرد تا چسبندگی دو لایه حداکثر شود.

در دیوار طره‌ای یک درز افقی در محل تماس ساقه با پی دیوارها به وجود می‌آید. در صورتی که قرار است در این محل کلید برشی قرار داده شود، قبل از بتن ریزی ساقه، داخل کلید برشی باید با فشار آب یا هوا کاملا تمیز شود.

به دلیل اینکه نمی‌توان از تمیز شدن کامل کلیدهای برشی مطمئن شد و اثرات منفی که در صورت تمیز نشدن به وجود می‌آید، بعضی از مهندسین از تعبیه کلیدهای برشی صرف نظر می‌کنند.

در درون ساقه نیز معمولا به فاصله ارتفاعی هر ۳ متر یک درز افقی به علت محدودیت‌های قالب بندی و بتن ریزی به وجود می‌آید. تمیز کردن درزها قبل از بتن ریزی در این جا نیز الزامی است.

 

درز عمودی 

گفتیم درزهای عمودی در طول دیوارها به منظور تقسیم یک دیوار با طول زیاد به مقداری واحد کوچک‌تر است که بتواند نشست یا تغییر شکل‌ها را بهتر تحمل کند.

این درزها از نوع درز انقباض هستند. به این معنی که در هنگام ساخت فاصله لبه دو درز صفر بوده و لبه‌ها فقط می‌توانند از یکدیگر دور شوند.

در دیوارهای حائل به فاصله ۶ تا ۱۲ متری از یکدیگر درزهای عمومی یا درزهای انقباض قرار داده می‌شود.

در محل درز کلید برشی لازم نیست و در دیوار طره ای درز انقباض می‌تواند فقط در ساقه وجود داشته باشد و نیازی به ادامه درز در پی دیوارها نیست. سطح درزهای انقباضی کاملا صاف و امتداد آن‌ها عمودی است.

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.

سوالات متداول

دیوار حائل چیست؟

دیوار حائل سازه‌ای است که برای پایدارسازی توده‌ای از خاک یا هر ماده دیگر با شیبی تندتر از شیب طبیعی به کار می‌رود.  

انواع دیوار حائل کدام است؟

دیوارهای حائل برحسب مکانیزم تعادلی خود به سه دسته دیوار حائل وزنی، دیوار طره ای، دیوار حائل پشت بند دار تقسیم بندی می‌شوند.

حداکثر ارتفاع دیوار حائل سنگی چقدر است؟

دیوار حائل سنگی که یک نوع دیوار حائل وزنی محسوب می‌شود، معمولا محدودیت ارتفاع ندارد اما بدیهی است که با افزایش ارتفاع، هزینه نیز افزایش می‌یابد.