دیوارهای حائل سازه‌هایی هستند که برای مهار خاک و ایجاد سطحی پایدار در شیب‌ها و زمین‌های ناهموار استفاده می‌شوند. این دیوارها نقش مهمی در تثبیت خاک و جلوگیری از رانش زمین دارند. با توجه به تنوع بالای دیوارهای حائل، انتخاب نوع مناسب برای هر پروژه نیازمند شناخت کافی از انواع و ویژگی‌های آن‌ها است. در این مقاله به بررسی انواع مختلف دیوار حائل و ویژگی‌های هر یک می‌پردازیم.
انواع دیوار حائل
به سازه هایی که به منظور مقاومت در برابر فشار جانبی خاک مایع و همچنین برای جلوگیری یا مهار خاکریزی از شن و ماسه یا سایر مواد دانه ای به کار برده می شود ، دیوار حائل یا نگهدارنده گفته می شود . به طور کلی دیوار حائل یا نگهدارنده موجب می شود تا توده ی عظیمی از زمین بدون هیچ مشکلی اعم از واژگونی یا حرکت عرضی یا خرابی ساختاری حفاظت شود .
امکان دارد مشکلاتی در مواقع فشار بیش از حد زمین ایجاد شود . به طور کلی نوع متریال استفاده شده و نوع کاربری ، تعیین کننده میزان مقاومت یا خرابی دیوار می باشد .
آشنایی با انواع دیوار حائل
دیوارهای حائل را می‌توان بر اساس جنس، شکل و نحوه ساخت به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد. برخی از رایج‌ترین انواع دیوار حائل عبارتند از:
دیوار حائل وزنی (Gravity Retaining Wall)
این نوع دیوار به دلیل وزن خود در برابر نیروهای وارده مقاومت می‌کند. دیوارهای وزنی می‌توانند از سنگ، بتن یا بلوک‌های بتنی ساخته شوند.
دیوار حائل وزنی یا گرانشی به دیواری گفته می شود که به وسیله ی وزن خود در برابر نیروهای جانبی ایستادگی می کند . بتن ، آجر یا سنگ از جمله مصالحی می باشد که در ساخت این دیوار ها به کار برده می شود . لازم است در طراحی و اجرای این نوع از دیوارهای حائل ، نیروهای عرضی و واژگونی در نظر گرفته و آزمایش شوند . در برخی از دیوارهای حائل گرانشی ، دیوارها متکی به وزن خود می باشند و از ملات در آن ها استفاده نمی شود همچون دیوارهای سنگی که اجرای آن به صورت خشک چینی می باشد . در خاکریزهای ساده از دیوار وزنی سنگی ، بلوکی یا آجری استفاده می شود و در ساخت سد از دیوار وزنی بتن مسلح استفاده می شود .
- مزایا: ساخت آسان، هزینه مناسب.
- معایب: نیاز به حجم زیادی از مصالح، محدودیت در ارتفاع.
دیوار حائل شمعی یا سپری (Pile Retaining Wall)
در این نوع از دیوار های نگهدارنده شمع ها تا جایی که نیروهای اصلی را که به دیوار فشار وارد می کنند به عقب برانند به زمین رانده می شوند . برای جلوگیری از کج شدن نوک شمع ، از نیروی متقابل برای از بین بردن نیروی بالایی وارده به شمع استفاده می شود . در خاکبرداری های وسیع ، دیوارهای شمع دار المان های نگهدارنده سختی را ارائه می دهند و می توان گفت که تقریبا برای سازه های اطراف هیچ نوع مزاحمتی ایجاد نمی کنند . بنابراین در کارهای موقتی یا دائمی از این نوع دیوارهای حائل استفاده می شود . متریال هایی از قبیل تخته الوار ، فولاد و گاها نیز بتن مصلح در ساخت شمع ها به کار برده می شود .
دیوار حائل طره ای ( Cantilever Retaining Walls)
این نوع از دیوارهابی حائل ساخته شده از بتن مسلح می باشند و مواد تشکیل دهنده آن ها عبارت از یک تیغه عمودی نازک و یک اسلب پایه می باشد که اسلب خود از دو قسمت پایه و پنجه تشکیل می شود . بخشی از پایه را که در زیر خاک ریز قرار دارد را پاشنه می گویند . دیوارهای حائل طره ای با وجود این که نیاز به دقت زیاد در ساخت و طراحی دارند اما برای ساخت آن ها نسبت به سایر دیوارهای نگهدارنده به بتن کمتری نیاز می باشد . اجرای این نوع از دیوارهای نگهدارنده تا ارتفاع 25 فوت یا 4.54 متر اقتصادی می باشد . علاوه بر این لازم به ذکر است که این دیوارها قابلیت ساخت و طراحی به صورت پیش ساخته در کارخانه را دارند و پس از انجام عملیات ساخت در محل پروژه مونتاژ می شوند.
دیوار حائل مهار کننده ( Anchored Retaining Walls )
در دیوارهای نگهدارنده ای که دارای ارتفاع زیادی می باشند ، میله ها یا کابل های بلندی به اعماق زمین رانده می شوند و انتهای آن ها به وسیله ی بتن مهار می شود . این نوع از دیوارها که میل مهار نیز نمایده می شوند در مواقعی که نیاز به دیوار نگهدارنده با ضخامت کم می باشد و یا در صورتی که برای نصب انواع دیگر دیوارهای حائل فضا محدود باشد به کار برده می شود . تاثیر این دیوارها در خاک های سستی که بر روی سنگ های طبیعی قرار دارند بسیار می باشد . از دیوار حائل مهارشده معمولا برای جلوگیری از ریزش سنگ در اثر حوادث مختلف در بخش هایی از ساخت و ساز بزرگ راه ها استفاده می شود .
انواع دیوار حائل طره ای پشت بند دار ( Counterfort Retaining Wall )
در صورت بالا بودن ارتفاع دیوار نگهدارنده طره ای و بیش از حدود 7 متر بودن آن ، به کاربردن یک سیستم مهاربند عمودی در کنار خاکریز و در بالای پاشنه اسلب بسیار مقرون به صرفه می باشد و این سیستم مهاربند ، طره ای پشت بند دار نامیده می شود . دیوار طره ای پشت بند دار در واقع تیرهای مثلثی با عمق متغیر و عرض یکنواخت می باشند که تیغه و اسلب را در یک فاصله منظم به هم متصل می کنند . استفاده از این طره ها موجب می شود تا ممان خمشی ناشی از فشار زمین کاهش پیدا کند . به دلیل عملکرد فشار جانبی خاکریز بر روی پنجه اسلب این دیوار حائل در معرض تنش قرار می گیرد . بنابراین از موارد مهم و ضروری در این دیوارها اندازه و تقویت بتن مسلح تیغه عمودی و اسلب می باشد .
دیوار حائل طره ای جلو بند دار ( Buttressed Retaining Walls )
در دیوار حائل طره ای جلو بند دار ، تیرهای مثلثی به جای این که در زیر خاکریز و در شرایط خاص قرار بگیرند در قسمت جلوی دیوار نگهدارنده قرار می گیرند . در این دیوارها ، دیوارهای مثلثی های پشت بند دارای تیر هایی در جلو می باشند .عملکرد ساختاری تیغه عمودی همان است که در یک دیوار نگهدارنه پشت بند دار انجام می شود . با این وجود عملکرد پاشنه اسلب همانند یک دیوار حائل طره ای می باشد . در امتداد طول دیواره بین تیرهای مهاری جلویی پنجه اسلب به عنوان یک دال پیوسته عمل می کند . تیرهای مهاری جلویی به دلیل فشار جانبی خاکریز بر روی تیغه عمودی نیروی واژگونی خاک روی پنجه اسلب در معرض فشار قرار می گیرند .
انواع دیوار حائل گابیونی ( Gabion Walls )
این نوع دیوار از قفس‌های فلزی پر شده از سنگ ساخته می‌شود. دیوارهای گابیونی انعطاف‌پذیر هستند و در برابر نیروهای ناشی از زمین‌لرزه مقاوم‌تر از سایر انواع دیوارها هستند.
به قفس های فلزی پر از سنگ های معدنی یا رودخانه گابیون گفته می شوند و همانند سازه های هیدرولیکی جهت احیای زمین به کار برده می شوند . استفاده از گابیون ها در احیای زمین ویژگی ارزشمند می باشد زیرا هرگز در پشت یا زیر سازه فشار هیدرو استاتیک ایجاد نمی شود تا منجر به خرابی کل ساختار شود . همین حضور جریان آب موجب ایجاد پوشش گیاهی متنوع در بالای دیوار می شود . برای جلوگیری از جاری شدن خاک و آب مجاور در داخل ساختار ، به کار بردن پارچه فیلتر با گابیون امری ضروری به شمار می رود .
گابیون تجهیزات بسیار کاربردی با ساختار منعطف می باشد که قادر می باشند تا حرکت زمین را بدون تغییر شکل تحمل نمایند . این دیوارهای سنگی دارای سازگاری با محیط زیست نسبت به بتن می باشند و بدین ترتیب در خاکریز های رودخانه ای که نیاز به یک محیط طبیعی با پتانسیل بالای رشد برای پوشش های گیاهی و زندگی اکولوژیکی دارند ، گزینه مناسبی می باشند و از محبوبیت بیشتری برخوردار می باشند .
- مزایا: نصب آسان، هزینه مناسب، مقاومت بالا در برابر فرسایش، قابلیت استفاده از سنگ‌های مختلف.
- معایب: ظاهر صنعتی‌تر نسبت به دیوارهای سنگی، نیاز به نگهداری دوره‌ای.
دیوار حائل سنگی
این نوع دیوار از سنگ‌های طبیعی یا مصنوعی ساخته می‌شود. دیوارهای سنگی دارای ظاهری طبیعی و زیبا هستند و در محیط‌های طبیعی و باغ‌ها بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- مزایا: ظاهر طبیعی، مقاومت بالا در برابر شرایط آب و هوایی، سازگاری با محیط زیست.
- معایب: هزینه بالا، نیاز به نیروی کار ماهر، محدودیت در ارتفاع.
- حداکثر ارتفاع: حداکثر ارتفاع دیوار حائل سنگی به نوع سنگ، ضخامت دیوار و شرایط زمین بستگی دارد اما به طور معمول به 4 تا 5 متر محدود می‌شود.
طراحی و اجرای دیوار حائل سنگی
طراحی دیوار حائل سنگی نیاز به تخصص و تجربه دارد. عوامل مختلفی مانند نوع خاک، شیب زمین، ارتفاع دیوار و بارگذاری روی دیوار در طراحی آن موثر هستند. برخی از نکات مهم در طراحی دیوار حائل سنگی عبارتند از:
- انتخاب سنگ مناسب: سنگ‌هایی با مقاومت بالا، اندازه مناسب و ظاهر زیبا انتخاب شوند.
- طراحی زهکشی مناسب: برای جلوگیری از تجمع آب پشت دیوار باید سیستم زهکشی مناسبی طراحی شود.
- تامین پایداری: دیوار باید به گونه‌ای طراحی شود که در برابر نیروهای وارده پایدار باشد.
- نحوه چیدن سنگ‌ها: سنگ‌ها باید به صورت منظم و با ملات مناسب چیده شوند.
مزایای استفاده از دیوار حائل سنگی
- زیبایی طبیعی: دیوارهای سنگی ظاهری زیبا و طبیعی به محیط می‌بخشند.
- مقاومت بالا: سنگ‌ها مقاومت بسیار بالایی در برابر شرایط آب و هوایی و سایش دارند.
- عمر طولانی: دیوارهای سنگی عمر طولانی دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارند.
- سازگاری با محیط زیست: سنگ‌ها مصالح طبیعی هستند و به محیط زیست آسیبی نمی‌رسانند.
دیوار حائل بتنی
این نوع دیوار از بتن ساخته شده و به صورت پیش ساخته یا در محل اجرا می‌شود. دیوارهای بتنی بسیار مقاوم و بادوام هستند و برای پروژه‌های بزرگ و صنعتی مناسب هستند.
- مزایا: مقاومت بسیار بالا، عمر طولانی، امکان ایجاد طرح‌های مختلف.
- معایب: هزینه بالا، نیاز به قالب‌بندی و بتن‌ریزی، ظاهر صنعتی.
دیوار حائل پشت‌بنددار
این نوع دیوار با استفاده از پشت‌بندهایی که به صورت افقی یا مورب به دیوار متصل می‌شوند، از رانش جلوگیری می‌کند.
- مزایا: مقاومت بالا، امکان ایجاد ارتفاع زیاد.
- معایب: پیچیدگی در اجرا، نیاز به محاسبات دقیق.
شرایط پایداری انواع دیوار حائل
لازم است تا شرایطی در نظر گرفته شود تا از پایداری دیوار نگهدارنده اطمینان حاصل نمود .
- لازم است دیوار از لحاظ ساختاری در برابر فشار وارد شده به آن مقاومت داشته باشد .
- باید دیوار برای این که با فشار جانبی واژگون نشوند اندازه متناسب داشته باشد .
- دیوار نباید حرکت یا لغزش جانبی با وارد شدن فشار جانبی داشته باشد .
- لازم است تا در نظر داشته باشید تا وزن دیوار به همراه نیروی ناشی از فشار زمین که بر روی آن اعمال می شود بیشتر از ظرفیت تحمل ایمن خاک نباشد .
- لازم است از تجمع آب در پشت دیوار حائل جلوگیری شود و به وسیله ی حفره هایی مقدار آب اضافی تخلیه شود .
- باید از اتصالات انبساطی در فاصله 6 تا 9 متری در دیوارهای حائل سنگی یا بلوکی استفاده شود .
نیروهای وارده به دیوار حائل
- وزن خود دیوار
- فشار عمودی زمین ( روی پنجه و پاشنه دیوار نگهدارنده )
- فشار جانبی زمین ( فشار فعال ، منفعل یا هنگام سکون )
- بار زنده عمودی
- بار زنده مستقیم افقی
- فشار آب افقی
- شناوری یا جابه جایی به دلیل سطح سفره آب زیر زمینی
اهمیت استفاده از انواع دیوار حائل
دیوار حائل از اهمیت فوق العاده زیادی در سازه ها دارد و هدف از آن ایجاد سدی محکم می باشد که قادر باشد تا توده خاک و منبع فراوانی از آب یا هر ماده دیگری را نگه دارد . وچود مکانیزم های مهاری در بسیاری از پروژه های عمرانی اعم از راه سازی ، سد سازی و موارد دیگر ضروری می باشد .
نتیجه‌گیری
انتخاب نوع دیوار حائل به عوامل مختلفی مانند بودجه، شرایط زمین، کاربری و زیبایی ظاهری بستگی دارد. هر کدام از انواع دیوارهای حائل مزایا و معایب خاص خود را دارند. با توجه به اطلاعات ارائه شده در این مقاله، می‌توانید بهترین نوع دیوار حائل را برای پروژه خود انتخاب کنید.