دیوار دیافراگمی

^{شناسه مقاله : 140311200705}

Diaphragm wall

دیوار دیافراگمی  یا دیوار دوغابی (Slurry wall) نوعی دیوار حائل و نوعی دیوار بتنی مسلح است که به صورت قائم در زمین اجرا می‌شود و برای جلوگیری از ریزش خاک، تحمل بارهای جانبی و ایجاد فضاهای زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این دیوارها به دلیل پایداری بالا، قابلیت اجرا در عمق زیاد و امکان استفاده در شرایط مختلف خاک، کاربرد گسترده‌ای در پروژه‌های عمرانی دارند.
دیوار دیافراگمی هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار می کند و هم در حین بهره برداری از آن به عنوان دیوار حائل استفاده می شود.

دیوار دوغابی

دیوار دوغابی و دیوار دیافراگمی هر دو به یک روش ساخت‌وساز اشاره دارند و در عمل یکسان هستند.

* دیوار دوغابی (Slurry Wall): این نام به خاطر استفاده از دوغاب بنتونیت در طول فرآیند حفاری به کار می‌رود که نقش حیاتی در پایداری دیواره‌ها دارد.

* دیوار دیافراگمی (Diaphragm Wall): این نام به خاطر عملکرد نهایی دیوار بتنی است که پس از بتن‌ریزی به عنوان یک دیافراگم (یا پرده) مقاوم در برابر فشار جانبی خاک و آب عمل می‌کند.

در نتیجه، هر دو اصطلاح برای توصیف یک تکنیک واحد استفاده می‌شوند و می‌توانند به جای یکدیگر به کار روند.

تجهیزات اجرای دیوار دیافراگمی

تجهیزات اصلی مورد نیاز

* دستگاه حفاری

– گراب (Grab): این دستگاه به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی عمل می‌کند و برای حفاری و خاک‌برداری در عمق‌های مختلف استفاده می‌شود. گراب‌ها برای حفاری پانل‌ها در خاک‌های نرم‌تر و چسبنده مناسب‌اند.

– هیدروفرز (Hydro-mill): این دستگاه بسیار پیشرفته‌تر است و برای حفاری در سنگ‌های سخت و لایه‌های بتنی به کار می‌رود. هیدروفرز با قدرت بالا و دقت زیاد، حفاری را سریع‌تر و کارآمدتر می‌کند.

* سیستم آماده‌سازی و مدیریت گل بنتونیت

– میکسر گل بنتونیت (Slurry Mixer): برای ترکیب پودر بنتونیت با آب و ساخت گل پایدارسازی.

– تانک‌ و مخازن (Tanks and Silos): برای نگهداری و ذخیره گل بنتونیت تازه و استفاده شده.

– پمپ‌ گل (Slurry Pumps): برای انتقال گل بنتونیت به محل حفاری.

– دستگاه جداسازی گل (Desanding/Desilting Plant): برای پاک‌سازی گل بنتونیت از ذرات خاک و سنگ و استفاده مجدد از آن.

* تجهیزات مربوط به بتن‌ریزی

– پمپ بتن (Concrete Pump): برای انتقال بتن از میکسر به محل حفاری.

– لوله ترمی (Tremie Pipe): لوله‌هایی که برای بتن‌ریزی از پایین به بالا در داخل گل بنتونیت استفاده می‌شوند تا از مخلوط شدن بتن با گل جلوگیری شود.

* تجهیزات مربوط به قفسه آرماتور

– جرثقیل (Crane): برای بلند کردن و قرار دادن قفسه‌های سنگین آرماتور در داخل پانل حفاری شده.

– قالب‌های نگهدارنده (Guide Walls): سازه‌های بتنی موقتی که در سطح زمین ساخته می‌شوند و محل دقیق و ابعاد پانل‌ها را مشخص می‌کنند.

چالش‌ها و نکات مهم در استفاده از تجهیزات

* هزینه بالا: تجهیزات مورد نیاز برای این روش بسیار گران‌قیمت هستند و سرمایه‌گذاری اولیه زیادی را می‌طلبند.

* تخصص بالا: کار با این تجهیزات نیاز به دانش فنی و تجربه بالایی دارد.

* فضای عملیاتی: به دلیل ابعاد بزرگ تجهیزات، محل پروژه باید فضای کافی برای استقرار و عملیات آن‌ها را داشته باشد.

مراحل اجرای دیوار دیافراگمی

* دیواره راهنما :
(Guide Wall)

دیوار راهنما یک سازه موقت بتنی است.

 

دو دیوار بتنی کم‌عمق ، معمولاً ضخامت 30 تا 60 سانتی‌متر و عمق 1 تا 1.5 متر فاصله بین این دو دیوار برابر است با ضخامت دیوار دیافراگمی.

 

دیوار راهنما این  دیوار نقش «ریل هدایت‌کننده» برای دستگاه حفاری دارد. برای مشخص کردن محل دقیق حفاری ، کنترل حرکت و جلوگیری از  انحراف گراب یا هیدرومیل حین پایین رفتن ، حفظ دوغاب بنتونیت داخل شیار و جلوگیری از ریزش و حفظ لبه های شیار حین عملیات حفاریراست.

 

* حفاری: محل دیوار با استفاده از دستگاه‌ حفاری  گرابر یا هیدروفرز حفاری می‌شود.

 

* تزریق دوغاب :
برای جلوگیری از ریزش های موضعی دیواره حفاری شده از دوغاب بنتونیت استفاده می گردد. که همزمان با خاکبرداری  جایگزین خاک خارج شده می گردد.

 

* اندازه‌گیری لحظه‌ای:
پس از هر بار برداشت خاک توسط گراب، با استفاده از سنسورهای التراسونیک (Ultrasound Sensors) یا اینکلینومترهای لیزری (Laser Inclinometers) که به انتهای گراب متصل هستند، عمق و عمود بودن حفاری به صورت لحظه‌ای کنترل می‌شود. این اطلاعات به اپراتور کمک می‌کند تا هرگونه انحراف از مسیر عمودی را به سرعت تشخیص داده و با حرکت دقیق گراب آن را اصلاح کند.

 

* آرماتوربندی:
آرماتورهای فولادی به صورت شبکه‌ای در داخل قالب‌ها قرار داده می‌شوند تا مقاومت دیوار افزایش یابد.

 

* قرارگیری قاب فلزی:
قبل از بتن‌ریزی، قاب فلزی در انتهای پنل اول قرار می‌گیرد. این قاب به عنوان یک مرز عمل می‌کند.

 

* بتن‌ریزی:

بتن با استفاده از لوله ترمی یا سایر روش‌های مناسب در داخل قالب‌ها ریخته می‌شود. در زمان بتن­ ریزی ، بالا بودن وزن مخصوص بتن نسبت به بنتونیت ، موجب بالا آمدن بنتونیت گردیده و بنتونیت بالا آمده برای استفاده مجدد  جمع آوری می گردد.

 

* کشیدن قاب فلزی:

پس از اتمام حفاری پنل دوم و قبل از بتن‌ریزی آن، این قاب فلزی به صورت عمودی به سمت بالا کشیده شده و از ترانشه خارج می‌شود. این کار باعث می‌شود یک سطح شیاردار (محل قرارگیری قاب) در انتهای بتن پنل اول نمایان شود.

با بتن‌ریزی پنل دوم و به دلیل وجود شیار، با بتن پنل اول به صورت مکانیکی درگیر شده و یک اتصال قوی و یکپارچه ایجاد می‌کند.

کاربرد دیوار دیافراگمی

* جلوگیری از ریزش خاک: در گودبرداری‌های عمیق، برای جلوگیری از ریزش خاک و حفظ پایداری دیواره‌های گود از دیواردیافراگمی استفاده می‌شود.

* تحمل بارهای جانبی: دیواردیافراگمی می‌تواند بارهای جانبی مانند فشار خاک، آب و بارهای ترافیکی را تحمل کند.

 

* ایجاد فضاهای زیرزمینی: از دیواردیافراگمی می‌توان برای ایجاد فضاهای زیرزمینی مانند پارکینگ، انبار و تونل استفاده کرد.

* ساخت سازه‌های نگهبان: در پروژه‌های راهسازی و پل‌سازی، از دیواردیافراگمی به عنوان سازه نگهبان استفاده می‌شود.

مزایای دیوار دیافراگمی

* سرعت بالا در اجرا:

این روش به ویژه در پروژه‌های بزرگ، سرعت عملیات را به شدت افزایش می‌دهد. حفاری و پایدارسازی به صورت همزمان انجام می‌شود و نیاز به مراحل اضافی را از بین می‌برد.

 

* ​قابلیت اجرا در شرایط سخت:

دیوار دیافراگمی برای زمین‌هایی با خاک سست، ماسه‌ای، یا با وجود آب‌های زیرزمینی بسیار مناسب است. این روش در شرایطی که سایر روش‌های پایدارسازی با چالش جدی روبرو می‌شوند، به خوبی عمل می‌کند.

 

* ​پایداری و استحکام بالا:

این دیوارها به دلیل ضخامت و آرماتوربندی قوی، استحکام بسیار بالایی دارند و می‌توانند بارهای جانبی زیادی را تحمل کنند. این ویژگی آن‌ها را برای گودبرداری‌های عمیق و پهن ایده‌آل می‌سازد.

 

* ​ایمنی بسیار بالا:

از آنجایی که دیواره گود در حین حفاری توسط گل بنتونیت پایدار می‌شود، خطر ریزش و حادثه در مقایسه با روش‌های دیگر به حداقل می‌رسد.

 

* ​عملکرد چند منظوره:

این دیوار می‌تواند هم به عنوان سازه نگهبان موقت در حین گودبرداری و هم به عنوان دیوار حائل دائمی در سازه اصلی (مثلاً دیواره پارکینگ) استفاده شود. این قابلیت، زمان و هزینه را به شکل قابل توجهی کاهش می‌دهد.

 

* ​مناسب برای فضاهای محدود:

به دلیل ارتعاش و صدای کم، این روش برای پروژه‌های شهری که در نزدیکی ساختمان‌ها و تأسیسات حساس قرار دارند، مناسب است.

معایب دیوار دیافراگمی

* هزینه اولیه بالا:

به دلیل نیاز به تجهیزات تخصصی و گران‌قیمت (مانند هیدروفرز، گراب و دستگاه‌های اختلاط بنتونیت) و همچنین تیم اجرایی بسیار متخصص، هزینه اولیه این روش بالاست. این مسئله باعث می‌شود که استفاده از آن در پروژه‌های کوچک اقتصادی نباشد.

 

* ​نیاز به فضای زیاد برای تجهیزات:

ماشین‌آلات مورد نیاز برای اجرای این دیوارها بزرگ و سنگین هستند و برای استقرار و عملیات خود به فضای مناسبی در محل پروژه نیاز دارند.

 

* ​پیچیدگی فنی:

اجرای دیوار دیافراگمی یک فرآیند پیچیده و حساس است که به دقت و تخصص بالایی نیاز دارد. کوچکترین اشتباه در طراحی یا اجرا می‌تواند منجر به مشکلات جدی شود.

 

* ​اثرات زیست‌محیطی:

استفاده از گل بنتونیت و نیاز به مدیریت صحیح آن می‌تواند چالش‌هایی را در زمینه مسائل زیست‌محیطی و مدیریت پسماند ایجاد کند.

 

* کیفیت بتن:

کنترل کیفیت بتن‌ریزی در زیر گل بنتونیت دشوار است و ممکن است کیفیت نهایی بتن کاهش یابد، مگر اینکه نظارت دقیق و فنی صورت گیرد.

افزایش سرعت ساخت با دیوار دیافراگمی

بله، دیوار دیافراگمی یکی از روش‌های پایدارسازی گود است که به طور قابل توجهی سرعت عملیات ساخت و ساز را افزایش می‌دهد، به خصوص در پروژه‌های بزرگ و عمیق. زیرا تجهیزات سنگین و گران‌قیمت مورد نیاز برای این روش، در مقیاس کوچک اقتصادی نیستند.

چرا دیوار دیافراگمی سرعت را بالا می‌برد؟

 

* حفاری و پایداری همزمان:
در این روش، حفاری و پایداری دیواره گود به صورت همزمان انجام می‌شود. گل بنتونیت بلافاصله پس از حفاری، دیواره‌ها را پایدار نگه می‌دارد و از ریزش خاک جلوگیری می‌کند. این کار نیاز به مراحل مجزای پایدارسازی را حذف کرده و زمان پروژه را کاهش می‌دهد.

 

* استفاده چند منظوره:
دیوار دیافراگمی هم به عنوان یک سازه نگهبان موقت در حین گودبرداری عمل می‌کند و هم به عنوان یک دیوار حائل دائمی در سازه اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی، نیاز به تخریب و ساخت مجدد دیوار را از بین می‌برد و در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌کند.

 

* قابلیت اجرا در شرایط سخت:
این روش برای زمین‌هایی با شرایط دشوار، مانند خاک‌های سست یا وجود آب‌های زیرزمینی، بسیار مناسب است. در چنین شرایطی، روش‌های سنتی کند و پرخطر هستند، اما دیوار دیافراگمی با سرعت و ایمنی بالاتری اجرا می‌شود.

 

* کاهش تداخل با اطراف:
اجرای این دیوارها ارتعاش و صدای کمتری نسبت به روش‌هایی مانند سپرکوبی ایجاد می‌کند، که این امر به پیشبرد سریع‌تر کار در مناطق شهری و نزدیک به ساختمان‌های مجاور کمک می‌کند.

پیمانکاران طراحی و اجرای دیوار دیافراگمی

​در ایران

​* مهار شالوده (Mahaar Foundation)، ایران، تهران

​* ایستاسازه (Ista Sazeh)، ایران، تهران

​* شرکت ملی ساختمان (Melli Sakhteman Co.)، ایران، تهران

* ​سابیر (Sabir Co.)، ایران، تهران

​* هلدینگ ساختمانی سپنتا (Sepanta Construction Holding)، ایران، تهران

​در سطح بین‌المللی:

* ​بایر (Bauer)، آلمان

​* سولتانژ باکی (Soletanche Bachy)، فرانسه

* ​گروه کلر (Keller Group)، انگلستان

هزینه دیوار دیافراگمی

محاسبه هزینه دیوار دیافراگمی اعلب بر اساس متر مکعب حجم کلی دیوار انجام می‌شود، اما این محاسبه از ترکیب هزینه‌های حفاری (m³)، بتن (m³) و آرماتور (کیلوگرم) به دست می‌آید. این روش به دلیل ماهیت پیچیده و چند مرحله‌ای اجرای این دیوار، دقیق‌ترین راه برای برآورد هزینه است.

عوامل کلیدی و تعیین‌کننده هزینه دیوار دیافراگمی

​* حجم پروژه و عمق گودبرداری

هزینه ثابت تجهیزات و نیروی متخصص بالا بوده و در نتیجه، قیمت هر متر مربع به طور چشمگیری افزایش پیدا می‌کند. لذا حجم کار این قیمت ها را تعدیل میکند.

* ​شرایط ژئوتکنیکی و نوع خاک

​وجود سنگ‌های سخت، لایه‌های سست یا وجود آب‌های زیرزمینی، فرآیند حفاری را دشوارتر و زمان‌برتر می‌کند. این موارد نیاز به تجهیزات و روش‌های خاص دارند که مستقیماً بر هزینه‌ها می‌افزاید.

​خاک‌های با پایداری کمتر، نیاز به پانل‌های با عرض کمتر (حدود ۲.۵ متر) و در نتیجه مراحل حفاری بیشتری دارند که می‌تواند هزینه را بالا ببرد.

​* مشخصات طراحی دیوار

– ​ضخامت و عمق دیوار:

ضخامت دیوارهای دیافراگمی معمولاً بین ۰.۶ تا ۱.۱ متر متغیر است. هرچه ضخامت و عمق مورد نیاز بیشتر باشد، مصرف مصالح (بتن و میلگرد) و زمان اجرای پروژه افزایش یافته و در نتیجه، هزینه کلی بیشتر می‌شود.

​- نوع آرماتوربندی:

مقدار و نوع میلگرد مصرفی در قفسه‌های آرماتور، تأثیر مستقیمی بر هزینه‌ها دارد.

​- آب‌بندی درزها:

در صورت نیاز به آب‌بندی کامل (مثلاً در پروژه‌های مترو یا سد)، استفاده از روش‌هایی مانند بتن پلاستیک یا سیستم‌های مدرن آب‌بندی، به هزینه‌ها اضافه می‌کند.

​*‌ نیروی انسانی و تجهیزات

​اجرای دیوار دیافراگمی نیازمند تجهیزات تخصصی و گران‌قیمت (مانند دستگاه‌های هیدروفرز و گراب) و همچنین تیم‌های اجرایی بسیار متخصص و با تجربه است. این هزینه‌ها بخش قابل توجهی از بودجه پروژه را تشکیل می‌دهند.

​* سایر هزینه‌ها

​هزینه‌های مربوط به حمل و نقل ماشین‌آلات به محل پروژه.

​هزینه تهیه مصالح (بنتونیت، بتن، میلگرد).

​هزینه‌های پشتیبانی و تجهیز کارگاه.

موصوعات مرتبط

* اجرای دیوار دیافراگم روش گرابینگ – ویدئو

* تصاویر دیوار دیافراگمی در بورد اختصاصی تافیت