به هر سازه نگهبانی که شرایط زیر را داشته باشد، سپر اطلاق می گردد:

الف) عضوی فلزی، بتنی یا … در زمین کوبیده شود.

ب) عضو دارای مقطع لاغر و وزن کم باشد به طوری که در پایداری گود نقشی بازی نکند.

سپرکوبی کاربردهای گسترده ای دارد. به عنوان نمونه می توان از کاربرد این روش در دریچه های دریایی (marine bulkheads)، دیوار حائل در فضاهای محدود و حوضچه خشک (Cofferdam) نام برد. حوضچه خشک جهت خشک کردن محل ساخت شالوده سازه هایی مثل پایه پل ها، بندرها، سازه های زیرزمینی، اسکله ها و سدها استفاده می گردد. حوضچه های خشک معمولاً به شکل مستطیلی یا دایره ای هستند.

سپرکوبی با مصالح مختلفی انجام می گیرد. مصالح انتخابی به متغیرهای مختلفی بستگی دارد که مقاومت و شرایط محیطی دو متغیر مهم در انتخاب مصالح سپرکوبی می باشد. طراح می بایست خوردگی مصالح و اثرات آن ها بر روی سازه اصلی را در نظر داشته باشد. روش سپرکوبی جهت سازه نگهبان دائم و موقت قابل استفاده می باشد. بیشتر سازه های دائم از جنس فولاد یا بتن هستند.

تحت شرایط معمولی علیرغم عمر مفید بهره برداری بالای بتن، در مقایسه با فولاد هزینه اولیه نسبتاً بالایی دارد. البته عمره مفید بهره برداری فولاد هم با طراحی مناسب، بالا می باشد. نصب سپرهای بتنی سخت تر از سپرهای فولادی است. در صورت استفاده از سپرکوبی به صورت سازه نگهبان دائم، می بایست حفاظت کاتودیک جهت جلوگیری از خوردگی استفاده گردد.

سپرکوبی روشی بهینه و مقرون به صرفه نسبت به دیوار حائل بتنی و دیوار بتنی سکانت می باشد. در روش سپرکوبی نیاز به گیرش بتن نیست و می توان گودبرداری را بعد از اتمام کوبش سپرها شروع کرد. بنابراین زمان اجرای پروژه نسبت به روش های مشابه کمتر می باشد.

تاریخچه روش سپرکوبی

از قدیم الایام الوارهای چوبی جهت ایجاد دیوار حائل یا سد استفاده می گردیده است. با این حال روش سپرکوبی جدید بیش از ۱۰۰ سال قدمت ندارد. شاید بتوان گفت از دهه ۱۹۷۰ به بعد تقریباً نوع و مصالح این روش تغییرات عمده ای را در برداشته است.

انواع سپرها در روش سپرکوبی

1- سپر چوبی:

سپر های چوبی جهت پایدارسازی موقت دیواره های کم عمق، با طول کم و دارای سربار سبک استفاده می گردد. البته در این گونه دیواره ها اگر نفوذ آب یک عامل مهم و حیاتی باشد، سپر چوبی پیشنهاد مناسبی نمی باشد.

نحوه اتصال سپر های چوبی به صورت مختلفی از جمله کام و زبانه می باشد. در شکل زیر انواع مختلف اتصال سپرهای چوبی نمایش داده شده است:

2- سپر بتنی:

سپرهای بتن مسلح به صورت پیش ساخته تهیه می گردند و معمولاً به صورت کام و زبانه به یکدیگر متصل می شوند. عموماً جهت پایدارسازی دائم خاکریز رودخانه ها، کانال ها و سازه های آبی دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

3- سپر فلزی:

فولاد یکی از مصالح مرسوم جهت ساخت سپر می باشد که دارای مزیت های زیر می باشد:

مقاومت قابل قبول
آب بندی مناسب
امکان افزایش طول با استفاده از جوشکاری و پیچ
امکان اتصال از طریق قفل شدن با یکدیگر (interlocking)

سپر های فلزی که جهت پایدارسازی موقت استفاده شده اند، ممکن است بعد از اتمام پروژه خارج شوند و برای مصارف دیگری به کار روند. البته گاهی اوقات هم برای همیشه داخل زمین خواهند ماند.

مقاطع سپرهای فلزی متداول شکل های مختلفی می توانند داشته باشند که در زیر به تعدادی از آن ها اشاره می گردد:

1) Z شکل (Z-type Sheet Piles):

شکل این مقاطع مانند حرف Z الفبای انگلیسی می باشد. محل قفل شدن این سپرها به یکدیگر از تار خنثی دور می باشد تا از انتقال برش اطمینان حاصل شود و نسبت مقاومت به وزن افزایش یابد. این نوع سپر متداولترین نوع سپر در شمال آمریکا می باشد و برای کاربردهای فراوانی قابلیت استفاده دارد.

۲) جان تخت (Flat Web Sheet Piles):

کارکرد این نوع سپر با سپرهای دیگر متفاوت است. اکثر سپرها توسط مقاومت خمشی و سختی خمشی، آب یا خاک را نگه می دارند. ولی سپرهای جان تخت به صورت دایره ای یا قوسی سلول های گرانشی (gravity cells) درست می کنند.

این سلول ها توسط مقاومت کششی قفل ها در کنار یکدیگر باقی می مانند. مقاومت کششی قفل و چرخش مجاز قفل دو مشخصه اصلی طراحی این نوع از سپرها می باشد. این نوع سلول ها می توانند قطر بزرگ و ارتفاع زیاد داشته باشند و در مقابل فشارهای زیاد مقاومت کنند.

3) U شکل (U-type Sheet Piles):

سپرهای U شکل فولادی همانند سپرهای Z شکل، جلوی آب یا خاک را می گیرند تا به داخل محدوده گودبرداری وارد نشوند. تنها تفاوت سپرهای U شکل در این است که بر خلاف سپرهای Z شکل قفل آن ها بر روی تار خنثی قرار دارد. قرار گرفتن قفل این سپرها در مرکز سطح دیوار، بازده این مقطع را کاهش می دهد و به خاطر مشکلاتی در انتقال برش باعث کاهش مشخصات این مقطع شود.

۴) سپر ماهیتابه ای (Pan type Sheet Piles):

سپر ماهیتابه ای شکل به صورت سرد نورد می گردد و از سپرهای دیگر فلزی کوچکتر است و برای سربارهای کم و سبک کاربرد دارد. این نوع سپرها اغلب جهت نهرهای زهکشی، دیوار حائل خانه های مسکونی و زمین های گلف استفاده می گردد.

مبانی طراحی روش سپرکوبی

مقاومت خمشی و سختی خمشی از ملاحظات اولیه جهت طراحی روش سپرکوبی می باشد. سختی خمشی سپرها به عنوان ورودی به نرم افزارهای ۲ بعدی و ۳ بعدی داده می شود و بر اساس سربار موجود و مشخصات خاک، سپر و فاصله آن طراحی می گردد.

روش اجرای سپرکوبی

۱) کوبش یا حفاری: جهت پایدارسازی گود می بایست ابتدا با توجه به شرایط خاک دور تا دور گود را سپرکوبی کرد. در صورتی که خاک سخت باشد و امکان کوبش نباشد، ابتدا باید حفاری کرد و سپس سپر را داخل گمانه حفر شده قرار داد.

۲) خاکبرداری: بعد از کوبش سپرها تا عمق مناسب تعیین شده در نقشه ها، نوبت به خاکبرداری می رسد. خاکبرداری تا تراز کف گود انجام می گردد.

۳) کمرکش افقی: با توجه به شرایط خاک و عمق گود امکان دارد اعضای افقی در ترازهای متفاوتی به عنوان کمرکش قرار داده شوند تا تغییر مکان ها را محدود کنند.

۴) میخ کوبی یا مهارگذاری: همچنین با توجه به شرایط خاک و عمق گود امکان دارد جهت محدود کردن تغییر مکان ها، این روش با روش های دیگر پایدارسازی مثل مهارگذاری ترکیب شود.

کاربردهای روش سپرکوبی

دریچه های دریایی (marine bulkheads)
حوضچه خشک (Cofferdam)
دیوار حائل
پایدارسازی دائم خاکریز رودخانه ها
پایدارسازی دائم کانال ها
پایدارسازی دائم سازه های آبی
نهرهای زهکشی

مزایای روش سپرکوبی

سرعت اجرای بالا
درجه ایمنی بالا

معایب روش سپرکوبی

نیاز به تجهیزات ویژه
نیاز به نیروی متخصص