در عصر حاضر و ظهور ساخت و سازهای مرتفع در دل شهرها، پایدار سازی گودبرداری یکی از مهم ترین بخش‌‌های ساختمان سازی است. یکی از روش‌‌های پایدارسازی گودبرداری، استفاده از دیوار برلنی است. اما دیوار برلنی چیست و چرا به آن دیوار برلنی می‌گویند؟ شرکت ارژن پی خاک به عنوان یکی از شرکتهای پیشرو در زمینه ارائه انواع خدمات پی و فنداسیون بنا در ایران و کشورهای همسایه با نظر به اهمیت مطالعه دیوار برلنی به عنوان روشی برای تثبیت گودبرداری در نظر دارد تا شما عزیزان را بیشتر با این روش تثبیت خاک برداری آشنا نماید. با مطالعه این مطلب بر آنیم که شما را با دیوار برلنی یا به عبارتی دیوار سولجر پایل آشنا نماییم تا بتوانید در هنگام انتخاب روش ایمن سازی گودبرداری خود بهترین‌‌ها را انتخاب نمایید.
پیش از پرداختن به تعریف دیوار برلنی لازم است با لزوم پایدارسازی گودبرداری و اهمیت آن بیشتر آشنا شوید.
پایدار سازی گودبرداری
شاید بتوان گفت اولین قدم اجرایی در احداث و بهره برداری از یک پروژه ساختمانی خاکبرداری یا همان گودبرداری منطقه مورد نظر سازه است که لازم است برای پایدارسازی این گودبرداری (soil stabilization for excavation) اقداماتی انجام گیرد. گودبرداری مهم ترین بخش در پی کنی و فندواسیون بنا است که اگر به درستی انجام نگیرد ممکن است باعث رانش زمین و خاک‌‌های اطراف گود به درون گودال شود که علاوه بر ایجاد خطر جانی برای کارگران مشغول به کار ممکن است برای ساختمان‌‌های اطراف گود نیز خطر ریزش و تخریب را به همراه داشته باشد.
پایدارسازی گودبرداری به منظور حفاظت از دیواره‌‌های گودال در حین عملیات خاکبرداری و جلوگیری از ریزش احتمالی خاک در حین یا بعد از اجرای گودبرداری انجام می‌شود در نتیجه برای داشتن یک ساخت و ساز ایمن به خصوص در گودهای شهری لازم است قبل از هر کاری در ساختمان سازی پایدار سازی گودبرداری انجام گردد تا علاوه بر حفظ امنیت جانی ساکنان ساختمان‌‌های اطراف، امنیت مهندسین و کارگران مشغول به کار درون گودبرداری نیز تضمین گردد.
روش‌‌های مختلفی برای انجام پایدارسازی و تثبیت خاک گودبرداری وجود دارد که مهندسین عمران با مطالعه خاک منطقه مورد نظر و انجام برآوردهای عملیاتی اقدام به انتخاب یکی از این روش‌‌ها برای تثبیت گودبرداری می‌کنند. مطالعات و مشاوره ژئوتکنیک خاک توسط شرکتهای عمرانی همچون ارژن خاک پی انجام می‌گردد و لازم است با دقت بسیار توسط متخصصین عمران با کمک نرم افزارها و تجربه افراد حرفه ای انجام شود تا بهترین انتخاب با کمترین ریسک خطر را در پی داشته باشد. مهندسین توانسته اند روش‌‌های مختلفی برای مهار گودبرداری ابداع نمایند و حتی برخی از آنها را ارتقا دهند. توجه به این نکته ضروری است که انتخاب روش مناسب پایدارسازی گودبرداری ممکن است در جبهه‌‌های مختلف یکسان نباشد زیرا این انتخاب تابع عواملی همچون شرایط خاک و مشخصات محیط گودبرداری، هزینه‌‌های طرح، مباحث حقوقی، ساختمان‌‌های محدوده گودبرداری و … است. به طور کل لازم است بهینه ترین روش برای پایدارسازی گودبرداری با کمک مطالعات ژئوتکنیک خاک انتخاب شود. این روش‌‌ها درتمامی جهان به کار گرفته می‌شوند که مهمترین آنها عبارتند از:
• روش دیوار برلنی یا سولجر پایل (soldier pile)
• روش مهاربندی با میخ‌کوبی یا نیلینگ (Nailing)
• روش مهارگذاری کششی یا انکراژ (Anchorage)
• روش سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining)
• روش مهارهای متقابل و استرات‌های تنیده (Strut)
• روش دیواره دیافراگمی (diaphragm pile wall)
• روش ساخت بالا به پایین یا تاپ دان (Top-Down)
• روش سپرکوبی با صفحات فولادی (Sheet Pile)
• روش اجرای شمع با پروفیل یا بتن (pile)
همانطور که گفته شد در برخی از گودبرداری‌‌ها ممکن است مهندسین از روش‌‌های تلفیقی استفاده نمایند و یا در جبهه‌‌های مختلف از روش‌‌های متفاوت برای تثبیت خاک استفاده شود. این روش‌‌ها با توجه به تجارب مهندسین عمران و مطالعات آنها با کمک نرم افزارهای عمرانی و بودجه در نظر گرفته شده برای کار انتخاب خواهند شد.
یکی از روش‌‌های پایدار سازی گودبرداری استفاده از روش دیوار برلنی یا به زعم برخی دیوار برلینی است که ممکن است نام آن را شنیده باشید. اما دیوار برلنی چیست؟ و چرا به آن برلنی گفته می‌شود؟ روش اجرای آن چگونه است و کاربرد دیوار برلنی در تثبیت گودبرداری چطور می‌تواند عاملی برای پایدارسازی گود شود؟
دیوار برلنی
دیوار برلنی یکی از راه‌‌های تثبیت خاک برای جلوگیری از ریزش آن به درون گودبرداری در کارگاه‌‌های ساختمانی است. این روش نوعی راهکار مقابله ای برای جلوگیری از ریزش خاک به درون گودهای عمیق است که برخی به آن سولجر پایل ( به انگلیسی: soldier pile به معنای شمع نگهبان) نیز می‌گویند. پایل در لغت به معنای شمع است و سولجر نیز به معنای سرباز، این اصطلاح در دیوار برلنی بیانگر شمع‌‌هایی است که همچون سرباز از ریزش خاک جلوگیری می‌کنند. دیوار برلنی اغلب برای گودبرداری‌‌های عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرد و از ترکیب دو روش پایدار سازی (شمع سازی و لگ) استفاده می‌شود. در این روش از شمع‌‌های فولادی (مانند پروفیل) یا شمع‌‌های بتنی در کنار رویه بتنی یا همان پر کننده بین شمع‌‌ها (مانند شاتکریت، بتن پیش ساخته، الوار چوبی یا ورق فولادی ) استفاده می‌شود.
اما چرا به آن دیوار برلنی گفته می‌شود؟
استفاده از پایل(Pile) یا پی‌‌های عمیق در فنداسیون بنا از قدیمی ترین روش‌‌های تثیبیت گودسازی است که شواهد استفاده از آن از قرن 18 میلادی در ساخت و سازهای بزرگ باقی مانده است. استفاده از شمع‌‌ها در ساخت بناهای عظیم مرسوم بود و یکی از مهمترین راه‌‌های تثبیت خاک بوده است. در دهه 1930 میلادی متخصصین شهرسازی شهر برلین از این نوع تثبیت گودبرداری به طور حرفه ای تر در تلفیق با رویه بندی برای ساخت دیواره‌‌های تونل‌‌های قطار زیرزمینی شهر برلین به روش عنوان دیوار سولجر پایل استفاده نمودند و موفقیتی که آنها در تثبیت این حفاری‌‌ها به دست آوردند باعث شد پس از آن این روش تلفیقی به عنوان روش دیوار برلنی یا به گویش فارسی دیوار برلینی (Berlin wall) معروف گردد.
اجزای دیوار برلنی یا سولجر پایل
همانطور که گفته شد سیستم مهار گودبرداری دیوار برلنی به نوعی ترکیبی است از شمع‌‌های بتنی یا فولادی و رویه بین شمع‌‌ها می‌شود. دیوار برلنی یک روش تلفیقی از ترکیب شمع‌‌های فولادی پروفیل یا شمع‌‌های بتنی با رویه ای بتنی (شاتکریت) برای پایدارسازی گودبرداری است که با بررسی‌‌های متخصصان در گودبرداری‌‌های عمیق به خصوص گودبرداری‌‌های درون شهری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شمع (Pile) دیوار برلنی
شمع‌‌ها که با نام پی‌‌های عمیق نیز شناخته می‌شوند در پی و فنداسیون سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند تا عمر مفید آن را افزایش دهند.استفاده از شمع، پایل و میکروپایل از روش‌‌های متداول برای پایدارسازی زیرگذرها، تونل‌‌ها و … هستند که اغلب از جنس فولاد یا بتن ساخته می‌شوند، در برخی مواقع از الوار چوب نیز به جای شمع استفاده می‌شود. جنس شمع و قطر آن ارتباط نزدیکی با مشخصات خاک منطقه گودبرداری و بار وارد شده از مناطق مجاور گود دارد. این شمع‌‌ها در فواصل معینی کار گذاشته می‌شوند تا مقاومت لحظه ای دیواره گودبرداری توسط آنها تامین گردد. استفاده از شمع خود یک روش مستقل برای مقاوم سازی است اما زمانی که شمع‌‌ها نتوانند به تنهایی از عهده تحمل بار خاک برآیند متخصصان از روش تلفیقی مانند دیوار برلینی استفاده می‌کنند و با کمک رویه بندی مقاومت شمع‌‌ها را افزایش می‌دهند.
رویه (Lagging) دیوار برلنی
زمانی که شمع‌‌ها نتوانند به تنهایی ثبات دیواره گودبرداری را تضمین نمایند استفاده از رویه یا لاگینگ در میان شمع‌‌های الزامی می‌شود. جنس این رویه‌‌ها شامل بتن، شاتکریت، بتن پیش ساخته، الوار چوبی، ورق فولادی و … می‌شود. با توجه به نوع رویه اغلب رویه‌‌های فولادی، چوبی و بتن پیش ساخته از قبل ساخته شده اند و به محل گودبرداری حمل می‌شوند برخی از آنها نیز مانند شاتکریت (بتن پاشی) در محل اجرای پروژه انجام می‌شوند. پس از اینکه شمع گذاری‌‌ها در پی بنا انجام شد فضای میان شمع‌‌ها را با کمک میلگرد آرماتور بندی می‌کنند و سپس روی آن بتن ریزی انجام می‌دهند یا رویه‌‌های از پیش آماده را تعبیه می‌کنند.
برای رویه بندی و پایدارسازی موقت اغلب از الوارهای چوبی استفاده می‌شود اما بناهایی که عمر آنها بیش از 75 سال در نظر گرفته شده است لازم است از رویه‌‌های فولادی و بتنی در آنها استفاده شود تا با گذشت زمان دچار فرسایش و کاهش مقاومت پی نشوند.
کاربردهای دیوار برلنی
همانطور که اشاره کردیم از دیوار برلنی یک روش اجرایی جدید با ترکیب شمع‌‌های نگهبان و رویه‌‌های بتنی بود که در اوایل قرن 20 میلادی توسط آلمان‌‌ها برای پایدارسازی و تثبیت دیواره‌‌های تونل به کار گرفته شد. پس از آن از این روش در ساخت سازه‌‌های مختلفی استفاده شد و در برخی از بنای عظیمی که امروزه وجود دارد شما می‌توانید ردپای استفاده از دیوار برلنی را مشاهده نمایید. از دیوار برلنی در هر نوع گودبرداری و نمی‌توان استفاده نمود لازم است شرایط خاک سنجیده شود زیرا اجرای این نوع تثبیت در هر نوع خاکی میسر نخواهد بود. خاک‌‌های که مناسب استفاده از دیوار برلنی هستند اغلب شامل نمونه‌‌های زیر هستند.
• خاک‌‌هایی مستحکم یا رس‌‌هایی که استحکام بخشی شده اند.
• خاک‌‌هایی که تراز آب یا سفره آب زیرزمینی، زیر تراز کف گودبرداری قرار دارد.
• خاک‌‌های همگن زهکش پذیر که عمل خشک سازی در آن اجرا شده است.
• خاک‌‌هایی که پس از گودبرداری سازه‌‌های حساس به نشست در اطراف آن وجود ندارد.
با توجه به اهمیت ثبات خاک در اجرای دیوار برلنی استفاده از آن در رس‌‌های نرم و ماسه‌‌های سست که باعث ایجاد تغییر شکل در خاک مجاور گود می‌شود مناسب نیست. این خاک‌‌ها ممکن است در حین گودبرداری دچار رانش و ریزش شوند و مشکلاتی جانی و مالی را به وجود آورند.
در نتیجه یکی از مهمترین اصول برای استفاده از دیوار برلنی که باید پیش از هر چیز بررسی گردد خاک محل پروژه است که لازم است انسجام آن سنجیده شود و در صورتی که انسجام لازم را داشت عملیات خاک برداری برای اجرای سولجر پایل اجرا گردد. در غیر اینصورت لازم است ابتدا خاک تقویت گردد تا انسجام لازم را به برای اجرای پروژه به دست آورد.
تقویت خاک توسط یکی از سه روش تقویت خاک با استفاده از مصالح ساختمانی سفت و سخت، تقویت خاک با اضافه کردن souples و تقویت خاک با بهبود جرم خاک انجام می‌گردد. در صورتی که خاک انسجام نداشته باشد در زمان انجام عملیات دیوار برلنی دیواره دچار تخریب و ریزش به درون گودال می‌گردد.
مزایای استفاده از دیوار برلنی
استفاده از روش دیوار برلنی برای پایدارسازی گودبرداری توسط تیم‌‌های حرفه ای اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرد این روش دارای مزایایی است که با کمک آنها می‌توان یک سازه مقاوم با طول عمر بالا ساخت. از مهمترین آنها می‌توان به مزایای زیر اشاره نمود:
• اجرای ساده، سریع و آسان نسبت به سایر روش ها
• عدم نیاز به تکنیک خاص و تجهیزات خاص و پیشرفته
• هزینه متناسب شمع‌‌ها نسبت به سایر روش ها
• ضریب اطمینان بالا در گودبرداری‌‌های عمیق
• کنترل مناسب تغییر شکل‌‌ها با کمک نرم افزار Plaxis
• کنترل تغییر مکان با کمک صلبیت دیواره ها
• کنترل کیفی بهتر به دلیل کشش انکرها
• تطبیق پذیری بالا با امکان انجام تنظیمات در محل
• انعطاف پذیری در استفاده از مصالح ساختمانی متنوع
معایب روش دیوار برلنی
روش دیوار برلنی با وجود مزیت‌‌هایی که دارد در برخی از پروژه‌‌ها با محدودیت همراه است در نتیجه نمی‌توان از آن در هر شرایطی خاکی استفاده نمود. علاوه بر آن معایب دیگری نیز وجود دارد که مهمترین آنها : نیاز به فضای زیاد در هنگام جاگذاری سولجر پایل‌‌ها یا همان شمع‌‌های نگهبان، زمان بر بودن چاه کنی‌‌ها برای مهارسازی و تعبیه شمع ها، کاربرد به عنوان مهارسازی موقت و در نهایت امکان صرف هزینه ی بالا در صورت نامناسب بودن خاک، در نتیجه لازم است این نوع پایدارسازی توسط متخصصین حرفه ای انتخاب و انجام گردد.
اجرای دیوار برلنی
همانطور که گفته شد دیوار برلنی یکی از روش‌‌های اصلی در گودبرداری‌‌های عمیق در داخل شهرها است که در دو قرن اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. این روش شامل مراحل : طراحی دیوار برلنی در نرم افزار، اجرای شمع‌‌های پروفیلی یا بتنی، اجرای خاکبرداری، گذاشتن شبکه آرماتور بین پروفیل ها، قالب بندی و در نهایت شاتکریت یا بتن ریزی می‌شود. به طور کل می‌توان چهار مرحله اصلی اجرای شمع و اجرای لانگینگ در نظر گرفت که در ادامه به آنها می‌پردازیم.
طراحی دیوار برلنی
اولین قدم در اجرای دیوار برلنی برای پایدارسازی دیواره‌‌های پی و فنداسیون سازه، طراحی دیوار برلنی به کمک نرم افزار توسط متخصصین عمران است. محاسبات این دیوار برای سازه بر اساس نتایج آنالیزهای تنش انجام در نرم افزارهای ژئو اسلوپ (Geo-slope) و پلکسیس تو دی (plaxis 2D) انجام می‌گیرد. این نرم افزارها ضریب اطمینان و تغییر مکان دیواره را تعیین می‌کنند. پس از آن به کمک نرم افزار پلکسیس تری دی (plaxis 3D) مرحله شبیه سازی با اجرای مدل سه بعدی انجام می‌گیرد. به طور کل طراحی دیوار برلنی یک کار کاملا تخصصی است و لازم است متخصصین حرفه ای و با تجربه آن را انجام دهند تا محاسبات دقیقی داشته باشند و بتوانند با کمترین ضریب خطا دیوار برلنی را پیاده سازی نمایید.
اجرای شمع یا پایل
اولین مرحله اجرایی تعبیه شمع است، برای اجرای شمع‌‌ها لازم است ابتدا بر اساس نقشه محل هر شمع مشخص گردد پس از آن محل شمع‌‌ها حفاری شود و پی شمع‌‌ها برای گیرایی بهتر بتون ریزی می‌گردد سپس شمع‌‌ها درون حفره‌‌های آماده شده تعبیه می‌گردند. در صورتی که شمع‌‌ها فولادی باشند می‌توان از روش کوبیدن نیز برای کاشتن آنها استفاده نمود. پایه شمع‌‌ها باید تقریبا بین 25 تا 35 درصد پایین تر از عمق گود کار گذاشته شوند.
خاکبرداری
پس از اجرای شمع گذاری‌‌ها مرحله مهم بعدی اجرای خاک برداری است که لازم است با دقت انجام شود تا مانع از ریزش دیواره‌‌ها خاک برداری گردد این خاکبرداری تا زمانی که سطح به تراز مناسب برای اجرای شبکه فولادی برسد ادامه دارد. خاک برداری توسط بیل‌‌های مکانیکی انجام می‌شود و بلافاصله برای جلوگیری از ریزش موضعی به رویه بندی می‌پردازند.
اجرای لاگینگ (تکمیل دیواره میان شمع ها)
برای جلوگیری از ریزش موضعی، فاصله میان شمع‌‌ها رویه بندی می‌شود این رویه بندی می‌تواند با استفاده از محصولات پیش ساخته مانند ورقه‌‌های فولادی، سازهای بتنی یا حتی الوار چوب انجام گردد که فاصله میان شمع‌‌ها را پر می‌کند و مانع ریزش آنها می‌شود یا با استفاده از آرماتور بندی یا مش فولادی شبکه ای در میان شمع‌‌ها به وجود می‌آید که با کمک شاتکریت (بتن پاشی) یک سازه یکپارچه به وجود می‌آورد و باعث تثبیت دیواره‌‌های گودبرداری می‌شود. نوع این رویه‌‌ها توسط متخصصین با برآورد سن سازه و فاکتورهای دیگر انتخاب می‌شوند.
در پایان برای مرور مطالب ارائه شده به چند سوال پاسخ می‌گوییم
دیوار برلنی و دیوار سولجر پایل چه تفاوتی با هم دارند؟
برای بسیاری این سوال مطرح است که تفاوت آنها چیست اما در واقع هر دو یکی هستند با عناوین مختلف و این روش تلفیقی از شمع و رویه بندی برای پایدار سازی گودبرداری هستند.
آیا در هر جایی می‌توان از دیوار برلنی استفاده کرد؟
از آنجایی که دیوار برلنی مناسب استفاده در خاک‌‌های با ثبات است پس نمی‌توان از آن در خاک‌‌هایی که سفره آب زیر زمینی بالاتر از کف گود قرار می‌گیرد استفاده نمود. خاک‌‌هایی با رس‌‌های ثبات یافته که دارای قابلیت زهکشی و خشک سازی هستند برای انجام دیوار برلنی مناسب هستند.
دیوار برلنی برای چه نوع گودبرداری مناسب است؟
استفاده از دیوار برلنی در گودبرداری‌‌های عمیق کاربرد دارد این نوع پایدار سازی نیاز به فضای کافی برای تعبیه شمع دارد پس پروژههای بزرگ مناسب اجرای آن است.
لازم است اشاره نماییم که این نوع تثبیت لازم است توسط پیمان کاران و متخصصین حرفه ای انجام گردد. پیمانکارانی که علاوه بر تخصص از تجربه کافی در زمینه اجرای دیوارهای برلنی برخوردار باشند. ارژن خاک پی به عنوان یکی از پیمانکاران باسابقه در زمینه اجرای خدمات پی و فنداسیون بنا توانسته است در پی سازی پروژههای بسیاری را در شمال کشور و کشورهای همسایه نقش داشته باشد شما نیز می‌توانید از خدمات مشاوره این شرکت بهره مند گردید.
ارژن خاک پی ارائه دهنده خدمات دیوار برلنی
ارژن خاک پی به عنوان یکی از شرکتهای ارائه دهنده انواع خدمات پی و فنداسیون در شمال کشور شناخته می‌شود که در سالهای اخیر انواع خدمات از جمله مطالعات و مشاوره ژئوتکنیک، خاکبرداری، مدیریت پیمان ساخت، پایدارسازی گودبرداری با روش‌‌های دیوار برلنی، تاپ دان،خرپا و مهار متقابل، نیلینگ و انکراژ و … همچنین زهکشی و عایق بندی، طراحی خاص فونداسیون، انواع آزمایش‌های تخریبی و کنترلی، ابزاربندی و مونیتورینگ و … را در زمینه تخصصی مهندسی خاک و ژئوتکنیک با استفاده از ابزار و تجهیزات پیشرفته عرضه نموده است. متخصصین این شرکت با بهره گیری از دانش فنی و توان علمی خود در زمینه طراحی مهندسی، مدیریت و اجرای پروژههای مهندسی ژئوتکنیک مانند بهسازی خاک، پایدار سازی گود و ترانشه به شیوه‌های تزریق و میکروپایل در ایران و کشورهای همسایه موفقیت‌های چشمگیری به دست آوردند. شما عزیزان می‌توانید برای دریافت مشاوره درباره خدماتی همچون مطالعات و مشاوره جت گروتینگ و اختلاط عمیق، عایق بندی و زهکشی با ما تماس بگیرید.