راهنماي طراحی دیوارهاي حائل

30 آذر 1404

راهنماي طراحی دیوارهاي حائل 1396

معرفی و هدف

نشریه 308 یکی از مراجع مهم ایرانی برای طراحی دیوارهای حائل است. هدف اصلی آن ارائه روش‌ها و ضوابط لازم برای بررسی فشار خاک، انتخاب ابعاد مناسب دیوار و کنترل پایداری آن است.

در طراحی دیوار حائل، فقط مقاومت خود دیوار اهمیت ندارد. دیوار باید بتواند نیروهایی را که از طرف خاک و بارهای موجود در پشت آن به سازه وارد می‌شوند تحمل کند و در برابر حرکت یا چرخش پایدار بماند.

به همین دلیل، در طراحی دیوار معمولاً مواردی مانند فشار جانبی خاک، لغزش، واژگونی، ظرفیت باربری پی، پایداری کلی و اثر آب بررسی می‌شوند.

نشریه 308 این مسائل را در قالب یک چارچوب طراحی مشخص بررسی می‌کند و برای مهندسانی که در پروژه‌های عمرانی ایران فعالیت می‌کنند، یک مرجع مهم محسوب می‌شود.

انواع دیوارهای مورد توجه

مفهوم دیوار حائل در این نشریه محدود به یک نوع سازه نیست و می‌تواند برای بررسی انواع سیستم‌های نگهدارنده خاک مورد استفاده قرار گیرد.

از جمله سیستم‌هایی که در طراحی دیوارهای حائل مطرح می‌شوند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

دیوارهای وزنی
دیوارهای بتن مسلح
دیوارهای طره‌ای
دیوارهای پشت‌بنددار
دیوارهای حائل با شرایط مختلف بارگذاری
دیوارهای واقع در شرایط لرزه‌ای

در انتخاب نوع دیوار باید شرایط زمین، ارتفاع دیوار، مشخصات خاک، بارهای پشت دیوار و شرایط اجرایی پروژه در نظر گرفته شود.

فشار جانبی خاک

یکی از مهم‌ترین موضوعات نشریه 308، تعیین فشار جانبی خاک است.

خاک پشت دیوار به دلیل وزن خود به دیوار فشار وارد می‌کند. مقدار این فشار به عواملی مانند وزن مخصوص خاک، زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی، وضعیت سطح خاک پشت دیوار، اصطکاک بین خاک و دیوار و شرایط زهکشی بستگی دارد.

بسته به شرایط حرکت دیوار، ممکن است شرایط فشار فعال، فشار در حالت سکون یا فشار مقاوم ایجاد شود.

در نتیجه، طراح باید ابتدا شرایط واقعی دیوار و امکان حرکت آن را مشخص کند و سپس ضریب فشار جانبی مناسب را انتخاب کند.

اثر آب

یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی دیوارهای حائل، آب پشت دیوار است.

اگر آب در پشت دیوار جمع شود، علاوه بر فشار ناشی از خاک، فشار هیدرواستاتیکی نیز به دیوار وارد خواهد شد. این فشار می‌تواند در برخی شرایط بسیار قابل توجه باشد.

به همین دلیل، طراحی دیوار باید همراه با بررسی سیستم زهکشی انجام شود.

وجود زهکش، مصالح زهکش مناسب، لوله‌های تخلیه و مسیر مناسب برای خروج آب می‌تواند از افزایش فشار آب پشت دیوار جلوگیری کند.

این موضوع برای دیوارهای خاک مسلح و دیوارهای بلوکی مدولار نیز اهمیت دارد.

کنترل‌های اصلی پایداری

یکی از کاربردهای اصلی نشریه 308، بررسی پایداری دیوار است.

در حالت کلی، چند کنترل مهم باید انجام شود:

کنترل لغزش:
بررسی می‌شود که نیروی افقی وارد بر دیوار باعث حرکت آن روی سطح پی نشود.

کنترل واژگونی:
بررسی می‌شود که برآیند نیروها باعث چرخش بیش از حد دیوار حول پنجه نشود.

کنترل ظرفیت باربری:
بررسی می‌شود که فشار وارد بر خاک زیر پی از ظرفیت قابل تحمل آن بیشتر نباشد.

کنترل پایداری کلی:
بررسی می‌شود که مجموعه دیوار و خاک اطراف آن دچار لغزش عمیق یا گسیختگی کلی نشود.

این کنترل‌ها در دیوارهای معمولی اهمیت دارند و در سیستم‌های خاک مسلح نیز باید با توجه به هندسه و نحوه عملکرد سیستم، به شکل مناسب بررسی شوند.

شرایط لرزه‌ای

یکی از بخش‌های مهم نشریه 308، در نظر گرفتن اثر زلزله بر فشار جانبی خاک و پایداری دیوار است.

در شرایط لرزه‌ای، نیروهای اینرسی ناشی از شتاب زمین باعث تغییر در فشار وارد بر دیوار می‌شوند. بنابراین طراحی لرزه‌ای نمی‌تواند صرفاً بر اساس فشار استاتیکی خاک انجام شود.

در کاربردهای مهندسی مرتبط با نشریه 308، برای تعیین فشار جانبی خاک در شرایط زلزله از روش‌های شبه‌استاتیکی و روابط مرتبط با مونونوبه–اوکابه (Mononobe–Okabe) استفاده می‌شود. منابع فنی پروژه‌ها نیز به استفاده از این رویکرد در چارچوب نشریه 308 اشاره کرده‌اند.

این موضوع برای دیوارهای حائل در مناطق لرزه‌خیز ایران اهمیت زیادی دارد.

مزایا

یکی از مهم‌ترین مزایای نشریه 308، متناسب بودن آن با فضای مهندسی ایران است. این موضوع باعث می‌شود استفاده از آن در پروژه‌های داخلی، به‌خصوص پروژه‌های عمرانی تحت نظام فنی و اجرایی کشور، ساده‌تر باشد.

مزیت دیگر، تمرکز مستقیم آن بر مسئله دیوار حائل است. برخلاف نشریاتی که موضوعات بسیار گسترده‌ای را پوشش می‌دهند، این ضابطه مستقیماً به مسائل مربوط به فشار خاک، پایداری و طراحی دیوار می‌پردازد.

وجود ضوابط مربوط به شرایط لرزه‌ای نیز یک مزیت مهم است، زیرا بسیاری از پروژه‌های دیوار حائل در ایران در مناطق با خطر لرزه‌ای قابل توجه قرار دارند.

همچنین این نشریه می‌تواند یک مبنای مشترک برای کارفرما، مشاور، پیمانکار و دستگاه نظارت ایجاد کند و باعث شود طراحی‌ها بر اساس یک چارچوب مشخص ارزیابی شوند.

معایب و محدودیت‌ها

مهم‌ترین محدودیت نشریه 308 برای موضوع پژوهش شما این است که مرجع تخصصی طراحی دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی یا دیوارهای بلوکی مدولار نیست.

یعنی اگر بخواهیم یک دیوار بلوکی مدولار مسلح با ژئوگرید طراحی کنیم، نمی‌توان تمام رفتار سیستم را فقط با روابط و کنترل‌های یک دیوار حائل معمولی بررسی کرد.

در یک دیوار MSE، ژئوگرید بخشی از سیستم مقاومتی است و باید مواردی مانند:

مقاومت کششی ژئوگرید؛
بیرون‌کشیدگی ژئوگرید؛
طول مهاری؛
فاصله لایه‌های ژئوگرید؛
اندرکنش خاک و ژئوگرید؛
مقاومت اتصال ژئوگرید به بلوک؛
پایداری داخلی و خارجی توده مسلح

نیز بررسی شوند.

بنابراین برای چنین سیستم‌هایی نشریه 308 بهتر است در کنار مراجع تخصصی MSE و ژئوسنتتیک استفاده شود.

ارتباط با دیوارهای بلوکی قطعه‌ای (مدولار)

برای پروژه شما، نشریه 308 از یک جهت مهم است: اصول رفتار خاک و فشار جانبی و کنترل‌های کلی پایداری دیوار.

اما ساختار یک دیوار بلوکی مدولار مسلح با ژئوگرید با یک دیوار بتن مسلح طره‌ای متفاوت است.

در دیوار بلوکی مدولار مسلح، سیستم را می‌توان به شکل زیر در نظر گرفت:

خاک پشت دیوار → ژئوگرید → توده خاک مسلح → اتصال ژئوگرید به بلوک → نمای دیوار

بنابراین برای تحلیل کامل، باید هم رفتار توده خاک مسلح و هم عملکرد نمای دیوار بررسی شود.

در اینجا نشریه 308 می‌تواند برای درک و بررسی فشار جانبی خاک، بارهای وارد بر سیستم، شرایط لرزه‌ای و برخی کنترل‌های کلی پایداری مورد استفاده قرار گیرد؛ اما برای طراحی خود ژئوگرید و اتصال آن به بلوک باید از مراجع تخصصی MSE و استانداردهایی مانند ASTM D6638 استفاده شود.

جایگاه نشریه 308 در مجموعه منابع شما

با توجه به آیین‌نامه‌هایی که تا اینجا بررسی کردیم، جایگاه نشریه 308 را می‌توان این‌گونه مشخص کرد:

نشریه 308:
طراحی و کنترل دیوارهای حائل، فشار جانبی خاک و پایداری دیوار

AASHTO LRFD:
طراحی بر اساس حالات حدی و ضرایب بار و مقاومت برای سازه‌های پل و اجزای مرتبط

راهنماهای MSE:
طراحی و اجرای دیوارهای خاک مسلح پایدارشده مکانیکی

NCMA SRW Best Practices:
روش‌های مناسب طراحی، اجرا و کنترل دیوارهای بلوکی مدولار

ASTM D6638:
تعیین مقاومت اتصال ژئوسنتتیک به بلوک بتنی مدولار

نشریه 101 تجدیدنظر دوم:
مشخصات فنی عمومی و الزامات اجرایی راه و ژئوسنتتیک در پروژه‌های راهسازی ایران

در نتیجه، نشریه 308 برای بخش «رفتار خاک، فشار جانبی و پایداری دیوار» منبع مهمی است، اما برای بخش «اتصال ژئوگرید–بلوک» مرجع مستقیم محسوب نمی‌شود. این تفکیک برای تدوین مبانی نظری و انتخاب مراجع پژوهش شما بسیار مهم است.