نحوه اجرای دیوار حائل

مقدمه

خاک به‌عنوان یک محیط دانه‌ای طبیعی حاصل از فرسایش و دگرگونی سنگ‌ها قابلیت تحمل و انتقال نیروی کششی را ندارد و نیروی برشی بیشتر از تاب نهایی برشی خود را تحمل نمی‌کند و در مقابل بار تغییر شکل می‌دهد؛ لذا در بسیاری از شرایط در اثر اعمال نیروهای مختلف و یا بار ناشی از سازه‌ها دچار گسیختگی شده و یا نشست می‌کند. مثلاً پی‌ سطحی ممکن است به روی خاکی بنا شود که تحمل باربری کافی نداشته و یا در اثر فشارهای وارده نشست‌ بیش از حد مجاز از خود نشان دهد.

همچنین به دلیل ماهیت نفوذپذیر خاک و وجود آب در طبیعت، خاک نسبت به تغییرات شرایط اقلیمی حساس است! به‌هرحال رطوبت همیشه سازه‌ها را با مشکل مواجه می‌کند. روش‌های مختلف بهبود ساختار و خواص مکانیکی و نیز افزایش مقاومت خاک را می‌توان در پنج دسته نام‌گذاری نمود که عبارت‌اند از: فرایندهای فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، بیولوژیک و الکتریکی. برای مثال فرایندهای فیزیکی شامل قراردادن ژئوسنتیک‌ها، تسمه‌های فلزی و پلیمری.

در فرایند شیمیایی از تثبیت خاک با موادی چون آهک، سیمان، خاکستر، زغال‌سنگ، آنزیم‌ها و پلیمرها در فرایند مکانیکی از تراکم، تحکیم و زهکشی در فرایند بیولوژیکی از رویاندن گیاهان و در فرایند الکتریکی می‌توان عبور جریان الکتریسیته را نام برد. در مقالات قبلی به یکی از انواع تجهیزات تسلیح خاک یعنی شمع در ساختمان اشاره شد. در این مقاله قصد داریم در خصوص دیوار حائل صحبت نماییم.

1. دیوار حائل چیست؟

احتمالاً برای شما هم این پرسش مطرح شده است که چرا باید در پروژه‌های عمرانی ساختمانی و حتی دیگر موارد از دیوارهای حائل ساختمانی استفاده کرد. علت استفاده از دیوار حائل این است که  خاک نیرویی را از سمت خود به دیوارها وارد می‌کند که باید در مقابل آن مقاومت وجود داشته باشد. به همین جهت امروزه اکثر ساخت‌وسازها از دیوار حائل به‌عنوان یک مدافع و نگهبان سازه برای مقابله با فشار جانبی خاک در طبقاتی زمین استفاده می‌کنند.

درگذشته به‌جای دیوارهای حائل دیوارهای ضخیم بنایی استفاده می‌شده است که برای بناهایی با دوطبقه ارتفاع مناسب بوده‌اند. اما امروزه  استفاده از دیوارهای ضخیم بنایی به‌عنوان جایگزین دیوار حائل دیگر منسوخ و بی کاربرد شده است و طراحان سازه‌ها باتوجه‌به نیاز و شرایط سازه از انواع دیوار حائل استفاده می‌نمایند. عملکرد دیوار حائل تا حد زیادی وابسته به تسلیح خاک، تثبیت شیمیایی خاک و چند فاکتور مهم دیگر است. به همین جهت نیاز است قبل از آشنایی با انواع دیوار حائل با روش‌های مسلح‌کردن خاک و روش‌های مختلف بهبود ساختار آن آشنا شوید. زیرا تسلیح خاک باعث ساخت سریع و ارزان‌تر انواع دیوار حائل خواهند شد.

2. انواع دیوار حائل در عمران

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

دیوارهای حائل برحسب مکانیزم تعادلی خود نام‌گذاری می‌شوند. براین‌اساس دیوارهای حائل به دسته‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. دیوار حائل وزنی
2. دیوار طره‌ای
3. دیوار حائل پشت‌بنددار

انواع دیگری از دیوارها هستند که کمتر مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌عنوان‌مثال می‌توان از دیوارهای متشکل از قطعات پیش‌ساخته که درون خاک مهار شده‌اند نام برد.

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

پایه‌های کناری پل‌ها نیز بعضی مواقع به‌عنوان دیوار‌های حائل عمل می‌کنند با این تفاوت که اولاً 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) معمولاً وظیفه نگهداری خاک و حفاظت از آبشستگی 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.

1.2. دیوار حائل وزنی

دیوارهای وزنی تعادل خود را با وزن زیاد به دست می‌آورند. یکی از کاربردهای دیوارهای وزنی بزرگ، استفاده از آن‌ها به‌عنوان 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 قفسه‌ای یا گابیونی یا پله‌دار می‌شوند. موارد استفاده از دیوار حائل بلوکی برای خاکریزهای ساده و دیوار وزنی بتن مسلح عمدتاً 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 تنش‌های 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 پشت‌بنددار هم ارتفاع آن است، زیرا در دیوار وزنی مسئله قالب‌بندی به میزان دیوار پشت‌بنددار 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 نشان‌داده‌شده است. همچنین ارتفاع دیوار حائل سنگی نیز با همین ابعاد متعارف قابل‌محاسبه است.

ابعاد پی و دیگر ابعاد به‌گونه‌ای انتخاب می‌شوند که برآیند نیروهای وارد بر پی از یک‌سوم وسط پی عبور کند تا تماس کامل پی و خاک زیر آن همواره برقرار باشد. باتوجه‌به اینکه خاک صرفاً می‌تواند فشار تحمل کند و توانایی تحمل کشش ندارد، بدترین حالت زمانی است که یک‌گوشه پی در حال بلندشدن است. یعنی در یک‌گوشه 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 یک‌سوم  بعد پی هست. باتوجه‌به این که مرکز ورود بار ناشی از پی و دیوارها به وسط پی است. حدفاصل یک‌سوم و یک‌دوم بعد پی می‌شود یک‌ششم بعد آن که حداکثر خروج از مرکزی است که پی می‌تواند تحمل کند تا به کشش و بلندشدگی نیفتد.

2.2. دیوار حائل گابیونی یا پله‌دار یا قفسه‌ای

دیوار حائل گابیونی دیوارهایی هستند که با روی‌هم چیدن صندوقه‌های نسبتاً بزرگ که از قلوه‌سنگ و لاشه‌سنگ پر شده‌اند، ساخته می‌شوند. به همین دلیل به آن دیوار حائل سنگی نیز می‌گویند. دیوار حائل گابیونی در هر شرایط هندسی و ژئوتکنیکی قابل‌اجرا است. صندوقه‌ها در دیوار حائل قفسه‌ای معمولاً از توری‌های فولادی ساخته می‌شوند. مزیت عمده دیوار حائل قفسه‌ای 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 قلوه‌سنگ و مصالح درشت محلی می‌توان درون توری را پر کرد. مزیت دوم در انعطاف‌پذیری این دیوارها است که تغییر شکل‌های نسبتاً بزرگ را تحمل می‌کنند. دیوار حائل سنگی یا گابیونی به‌عنوان یکی از روش‌های مرسوم و پر استفاده در مهندسی رودخانه برای حفاظت سواحل رودخانه مورداستفاده قرار می‌گیرد. ویژگی مثبت دیگر دیوار حائل قفسه‌ای این است که قفسه‌ها به‌ویژه 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.

3.2. دیوارحائل طره‌ای

دیوار طره‌ای دیواری است که تعادل خود را با عمل طره‌ای به دست می‌آورد. این دیوارها از جنس بتن مسلح بوده و طراحی آن‌ها بر اساس خمش و برش است. دیوار طره‌ای غالباً برای ارتفاع‌های ۳ تا حداکثر ۸ متر ساخته می‌شود. حداقل ضخامت این دیوارها ۳۰۰ میلی‌متر در بالا است و ابعاد پی به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که برآیند نیروها از یک‌سوم 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 معمولاً 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 شیب‌دار کردن آن ممکن است به پایداری دیوارها کمک کند. برای دیوارهای بلندتر از ۶ تا ۸ متر از دیوار حائل پشت‌بنددار استفاده می‌شود.

4.2. دیوار حایل پشت‌بنددار

دیوار حائل پشت‌بنددار 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 پشت‌بنددار در شکل زیر نمایش‌داده‌شده است. این ابعاد صرفاً نقش راهنمایی دارند و درصورتی‌که کنترل‌های سازه‌ای جواب دهد می‌توان ضخامت آن را کاهش داد.

این‌گونه دیوارها معمولاً برای ارتفاع بالای ۶ متر مورداستفاده قرار می‌گیرند. یکی از دلایلی که استفاده ازاین‌گونه دیوار‌ها را محدود می‌کند، سطح زیاد قالب‌بندی این دیوارها است که باعث افزایش هزینه قالب‌بندی می‌شود. فاصله بین پشت‌بندها معمولاً یک‌دوم تا یک‌سوم  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.

3. مراحل اجرای دیوار حائل چگونه است؟

اجرای دیوار حائل به‌وسیله مراحل زیر صورت می‌گیرد:

1. بررسی و برنامه‌ریزی: ابتدا نیازها و نیازمندی‌های پروژه مورد بررسی قرار می‌گیرند. این شامل اندازه، ارتفاع، جنس، طرح و نوع دیوار حائل می‌شود. همچنین مواردی مانند مقاومت در برابر زلزله، نفوذ آب و سایر عوامل محیطی نیز در نظر گرفته می‌شوند.
2. طراحی: پس از بررسی نیازها، طراحی دیوار حائل انجام می‌شود. در این مرحله، ابعاد دقیق، جزئیات سازه و محاسبات مربوط به استحکام و پایداری دیوار تعیین می‌شود. معمولاً از نرم‌افزارهای مهندسی مانند نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه‌بعدی و محاسبات سازه برای طراحی استفاده می‌شود.
3. مواد ساخت: پس از طراحی، مواد لازم برای ساخت دیوار حائل تهیه می‌شود. این مواد ممکن است شامل بلوک‌های سیمانی، سنگ، بلوک‌های شیشه‌ای، فلزات، چوب و غیره باشد. انتخاب مواد بستگی به نیازها و استفاده موردنظر دارد.
4. ساخت و نصب: در این مرحله، دیوار حائل با استفاده از مواد تولید شده در مرحله قبل، ساخته و نصب می‌شود. این شامل قراردادن بلوک‌ها یا مواد ساختاری دیگر در محل موردنظر و اجرای سیستم تثبیت می‌شود. مثلاً شامل استفاده از اتصالات برای اتصال بلوک‌ها یا مواد به یکدیگر و اجرای سیستم‌های پشتیبانی مانند نصب تیرهای فولادی است.
5. تکمیل و تزیین: پس از نصب دیوار حائل، می‌توان به تکمیل و تزیین آن پرداخت. این شامل فرایندهایی مانند اعمال پوشش‌های نهایی مانند رنگ، کاشی، سنگ و … می‌شود. همچنین می‌توان تزییناتی مانند گلدان‌ها، نقاشی‌ها و سایر عناصر زیبایی را در دیوار حائل اضافه کرد. مراقبت و نگهداری مرتب از دیوار حائل نیز بسیار مهم است تا از کیفیت و پایداری آن در طول زمان محافظت شود.

4. فرق دیوار حائل و برشی چیست؟

دیوار برشی و دیوار حائل از نظر ظاهری به یکدیگر شباهت دارند. تفاوت بین دیوار حائل و دیوار برشی در کاربرد و عملکرد آنها نهفته است. قالب‌گیری دیوار برشی معمولاً به دو صورت دیوار دوطرفه و یک‌طرفه صورت می‌گیرد. درحالی‌که برای قالب‌بندی دیوار حائل، از دیوار یک‌طرفه استفاده می‌شود. دیوارهای برشی بتنی برای مقاومت در برابر فشارهای جانبی ساختمان به کار می‌روند.

در صورت عدم رعایت نکات فنی و جزئیات عملیاتی در ساخت اسکلت ساختمان، ممکن است ساختمان آسیب جبران‌ناپذیری را متحمل شود. طراحی قالب در دیوار برشی به سه عامل مهم ارتفاع دیوار، پایداری قالب و فشار جانبی بتن بستگی دارد.

دیوار حائل عملکرد خارج از صفحه دارد، درحالی‌که دیوار برشی عملکرد درون صفحه‌ای دارد. طراحی دیوارهای برشی در درجه اول برای بارهای لرزه‌ای در نظر گرفته می‌شود. اما در طراحی دیوار حائل، معمولاً بارهای استاتیکی را مدنظر قرار می‌دهند. در دیوارهای برشی جهت نیروی وارده هم راستا با صفحه دیوار است، اما در دیوارهای حائل جهت فشار وارده عمود بر صفحه دیوار است.

5. طراحی دیوار حائل زیرزمین

استفاده و طراحی دیوار حائل زیرزمین در ساختمان‌های مسکونی الزامی ‌است. در پروژه‌های فاز دو که سازمان نظام‌مهندسی بر آنها نظارت دارد، طراحی و اجرای این دیوار برای زیرزمین‌ها، حداقل زیرزمین طبقه دو به پایین جز اصول کار محسوب می‌شود. اما معمولاً سازندگان ساخت این دیوار را بی‌نتیجه و منفی می‌دانند. درصورتی‌که چنین نیست. اگرچه ساخت دیوار حائل هزینه اضافه‌ای دارد؛ اما باید اهمیت دیو‌ار حائل را به یاد داشته باشید. عدم وجود آن می‌تواند موجب بروز حوادث خطرناکی شود و لازم است که حتماً در صورت وجود  دو یا سه‌طبقه زیرزمینی ساخته شود. عملکرد دیوار حائل باعث می‌شود ساختمان مقاومتی بیش از آنچه طراح در نظر داشته است را داشته باشد.

یکی دیگر  از مزیت‌های کلیدی ساخت دیوار حائل، انتقال تراز پایه با وجود دیوار حائل است. با وجود دیوار حائل در دورتادور ساختمان می‌توان تراز پایه را به سطحی بالاتر انتقال دارد. دیوار حائل همچنین بر روی ضریب زلزله ساختمان نیز تأثیرگذار است.  نکته‌ای در هنگام طراحی و اجرای دیوار حائل باید به آن توجه داشته باشید تفاوت دیوار برشی بتنی با دیوار حائل است. اگر چه این دو دیوار از نظر ظاهری به یکدیگر شباهت دارند؛ اما عملکردهای کاملاً متفاوتی دارند. همان‌طور که گفته شد وظیفه دیوار حائل تحمل فشار جانبی خاک است. درحالی‌که وظیفه دیوار برشی بتنی جذب نیروی زلزله می‌باشد.

برای ساخت سریع‌تر و کاهش هزینه‌های ساخت دیوار حائل کلیدی‌ترین کاری که می‌توانید انجام دهید، طراحی نقشه دیوار حائل است.  جهت تسریع روند کار می‌توان از نقشه دیوار حائل سنگی استفاده نمود و بر آن اساس کار را شروع کرد.

6. عوامل مؤثر در انتخاب نوع دیوار حایل

قبل از آن که نوع دیوار حائل را انتخاب نمایید باید وضعیت خاک مکان موردنظر را بررسی کنید تا نیروهای وارده به دیوار حائل  توسط خاک را تعیین کنید. فشار خاک پشت دیوار حائل ‏ به سه صورت حالت سکون، حالت محرک و حالت مقاوم است. پس از بررسی وضعیت خاک باید مسئله ارتفاع متوسط دیوار را باتوجه‌به ارتفاع خاک‌ریز، برش و یا شیب زمین اندازه‌گیری ‌شود. پس از آن مساحت دیوار، تغییرات امتداد دیوار در جهت‌های افقی و قائم، موقعیت و محل احداث دیوار نسبت به سایر سازه‌های مجاور باید مورد بررسی قرار بگیرد.  در بحث اجرای دیوار حائل در ساختمان‌سازی، شرایط تحت‌الارضی و نوع پی موردنیاز نیز باید به‌درستی و کاملاً دقیق اندازه‌گیری شود.

سپس  باتوجه‌به نیاز مقاومتی، ضخامت دیوار حائل تعیین می‌شود؛ زیرا عملکرد دیوار حائل بستگی به ضخامت آن خواهد داشت. توجه داشته باشید که نوع و وسایل موجود در منطقه برای ساخت‌وساز نیز می‌تواند مسئله دیگری باشد که روی انتخاب ضخامت هم تأثیر می‌گذارد. میزان باری که ساختمان‌های اطراف هم وارد می‌کنند، می‌تواند یک عامل تأثیرگذار در تعیین مسئله ضخامت دیوارهای بتنی و حائل‌ها باشد. همچنین موقت و دائمی بودن دیوار نیز از عوامل مؤثر در انتخاب نوع دیوار حایل است.

7. علت ترک‌های حاصله در دیوار حائل

۱. وجود خاک مرطوب در پشت دیوار حائل سبب افزایش وزن و فشار به دیوار می‌شود.

۲. عدم درنظرگرفتن سوراخ زهکشی بر روی دیوار.

۳. آبیاری بیش از حد خاک پشت دیوار و افزایش فشار.

۴. بارگذاری اضافی یا بیش از حد بر روی دیوار.

۵. طراحی نادرست.

۶. خاک زیر دیوار در حال حرکت یا لغزش باشد.

۷. در دیوارهای حائل بتنی پس از ساخت دیوار، پیمانکار پیش از موعد گیرش بتن، پشت دیوار را مجدداً پر کرده باشد که در این صورت، امکان ترک خوردگی دیوار وجود خواهد داشت.

8. روش‌های آب‌بندی دیو‌ارهای حائل

1.8. آب‌بندی مخزنی

به‌عنوان اولین و پایه‌ای‌ترین روش آب‌بندی دیوار حائل می‌توان به روش آب‌بندی مخزنی اشاره نمود. در این روش با درنظرگرفتن فشار هیدرواستاتیک آب و طراحی سازه زیرزمینی بر اساس وجود آن از ترکیب آب‌بندهای غشائی مناسب با پایدارسازی به همراه بتن آب‌بند استفاده می‌شود که در آن آب‌بندهای غشائی نقش محافظت از سازه در مقابل شرایط تهاجمی محیطی را دارا بوده و وظیفه اصلی آب‌بندی با بتن را دارد.

این روش آب‌بندی نسبت به سطح آبی که پروژه در آنجا واقع شده است به ۳ روش قابل‌انجام است:

2.8. روش ECO

این روش در پروژه‌هایی که سطح آب در طولانی‌مدت پایین‌تر از کف پی قرار داشته و صرفاً نیاز به کنترل نم و رطوبت خاک دارد (Damp proofing) برای دیوار حائل استفاده خواهد شد.

بهره‌گیری از یک‌لایه آب‌بند غشائی مناسب به‌تنهایی توجیه فنی داشته و به لحاظ اقتصادی هزینه ناچیزی خواهد داشت.

3.8. روش MODERATE

این روش، یک روش متوسط می‌باشد و می‌تواند فشار هیدرواستاتیک آب را تا ارتفاع محدودی کنترل کند. در این روش یک‌لایه آب‌بند غشائی مناسب به همراه بتن آب‌بند مورداستفاده قرار خواهد گرفت.

4.8. روش PRO

در روش PRO برای دیوار حائل، مصالح آب‌بندی غشائی مورداستفاده در این روش با ایجاد چسبندگی بسیار مناسب با سازه باعث می‌گردد تا در صورت ایجاد هرگونه سوراخ‌شدگی، نشت به‌صورت کاملاً موضعی و محدود صورت گیرد که بتن آب‌بند مورداستفاده کاملاً در مقابل آن ایستادگی خواهد داشت.

این مصالح از جدیدترین نسل آب‌بندهای غشائی برای دیوار حائل می‌باشد که از ضرایب اطمینان بسیار بالایی برخوردار هستند. همچنین علاوه بر ارائه جزئیات فنی نصب، طرح اختلاط و اجرا خدماتی همچون نظارت و پایش نیز در این روش ارائه می‌شود.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

جهت آشنایی کامل با “نحوه اجرای دیوار حائل” به کتاب “طراحی اجزای غیر سازه‌ای (دیوار)” و جهت آشنایی بیشتر با قوانین و ضوابط مربوط به این مقاله به “پیوست ششم این استاندارد 2800 و نشریه 55” در پکیج “استانداردهای صنعت ساخت” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.