شيت حساب وتصميم ستائر سند جوانب الحفر والستائر اللوحية والخوازيق إكسيل

إعداد ومراجعة: المكتب الفني الهندسي — بنيان دوكس متوافق مع Excel 2016–365 & Google Sheets دليل تصميم وتنفيذ الجدران الساندة المدفونة في الحفريات العميقة (CIRIA Report C760: Guidance on Embedded Retaining Wall Design, 2nd Edition)
حمل شيت إكسيل لتصميم ستائر سند جوانب الحفر والستائر اللوحية الكابولية والمشدودة وعمق التغريد وعزوم الانحناء وفق CIRIA C760 و SBC 303 مجاناً.
جاري تحميل المعاينة التفاعلية الحية لشيت الإكسيل وكافة الصفحات والمعادلات...

تحميل مجاني مباشر

بدون تسجيل بريد • ملف قابل للتعديل

xlsx
شيت_حساب_وتصميم_ستائر_سند_جوانب_الحفر_Sheet_Piles_CIRIA_SBC.xlsx
الحجم: 24 KB • متوافق مع الأوفيس
fx

المعادلات الهندسية ومنطق الحساب المضمن في الشيت

الدوال والمعادلات المبرمجة داخل هذا النموذج (جاهزة للنسخ بنقرة واحدة):

معاملات ضغط الأرض الجانبي الفعال لرانكين (Rankine Earth Pressure Coefficients)
K_a = \tan^2\left(45^{\circ} - \frac{\phi}{2}\right), \quad K_p = \tan^2\left(45^{\circ} + \frac{\phi}{2}\right)

المعادلات الجيوتقنية القياسية لحساب ضغط التربة النشط Ka والسلبي المقاوم Kp استناداً إلى زاوية الاحتكاك الداخلي لحبيبات التربة φ.

إجمالي الضغط الجانبي الفعال على الحائط (Total Lateral Active Pressure)
p_a(z) = K_a \times q + K_a \times \sigma'_v(z) + \gamma_w \times z_w

حساب شدة الضغط الجانبي الأفقي عند أي عمق z متضمناً تأثير الحمولة السطحية q وإجهاد التربة الفعال وضغط المياه الجوفية.

معامل المقطع المرن المطلوب للستائر الفولاذية (Required Section Modulus)
S_{x,\text{req}} = \frac{M_{\text{max}}}{F_b} = \frac{M_{\text{max}}}{0.66 \times F_y} \quad (\text{cm}^3/\text{m})

تحديد القصور الذاتي ومعامل المقطع المطلوب لمتر طولي من الحائط لمقاومة أقصى عزم انحناء ناتج عن دفع التربة دون تجاوز إجهاد الخضوع.

قوة الشد في الشداد الأرضي بموجب توزيع تيرزاجي وبيك (Terzaghi-Peck Anchor Load)
T_h = 0.65 \times K_a \times \gamma \times H, \quad P_{\text{anchor}} = \frac{T_h \times s}{\cos(\theta)}

حساب قوة الشد في أوتاد السحب استناداً للمغلف الظاهري لضغط التربة والتباعد الأفقي بين الشدادات s وزاوية الميل θ.

مقاس الطباعة القياسي A4
معاينة شيت حساب وتصميم ستائر سند جوانب الحفر والستائر اللوحية والخوازيق إكسيل - أعمال الخرسانات والتسليح بصيغة XLSX جاهز للتحميل والتعديل
File: شيت_حساب_وتصميم_ستائر_سند_جوانب_الحفر_Sheet_Piles_CIRIA_SBC.xlsx تحميل الملف الكامل (.XLSX) ←

ما هو شيت حساب وتصميم ستائر سند جوانب الحفر (Sheet Pile & Shoring Wall Design Sheet) وكيف يعمل؟

شيت حساب وتصميم ستائر سند جوانب الحفر والستائر اللوحية والخوازيق الجدارية (Sheet Pile & Soldier Pile Shoring Wall Design Calculation Sheet) هو أداة هندسية جيوتقنية وإنشائية متقدمة لمهندسي المكتب الفني وتصميم الأساسات والحفريات العميقة، تهدف إلى الحساب الرياضي الدقيق لضغوط التربة الجانبية النشطة (Active Earth Pressure) وضغوط المقاومة السلبية (Passive Earth Pressure) وضغط المياه الهيدروستاتيكي المؤثر على حوائط السند المؤقتة والدائمة، وتحديد عمق التغريد الآمن داخل التربة (Embedment Depth - D) وعزم الانحناء الأقصى للقطاع (Maximum Bending Moment - Mmax)، وفق اشتراطات كود البناء السعودي للتربة والأساسات (SBC 304 / SBC 303) ودليل الجدران الساندة المدفونة البريطاني (CIRIA Report C760) ودليل سلاح المهندسين الأمريكي (USACE EM 1110-2-2504).

يتيح الشيت للمهندس المفاضلة والتصميم لنظامين إنشائيين رئيسيين:

  1. الستائر اللوحية الكابولية الحرة (Cantilever Sheet Piles): وتعتمد كلياً على المقاومة السلبية للتربة المدفونة أسفل قاع الحفر لتثبيت الحائط وتحقيق اتزان العزوم والقوى الأفقية، وهي ملائمة لأعماق الحفر حتى 4.5 إلى 5.5 متر.
  2. الستائر المشدودة أو المدعمة (Anchored / Propped Sheet Piles): وتستخدم كمرة توزيع فولاذية أفقية (Waler Beam) متصلة بأوتاد سحب أرضية مشدودة ومحقونة بالجروت (Tiebacks / Ground Anchors) أو دعامات مائلة (Struts)، مما يقلل عزم الانحناء في الستائر بنسبة تصل إلى 60% ويقلل عمق التغريد المطلوب ويتيح تنفيذ حفريات عميقة تتجاوز 12 إلى 18 متراً بأمان اقتصادي تام.

الأسس الجيوتقنية والمعايير الكودية لتصميم ستائر الحفر وفق CIRIA C760 و SBC 303

تعتمد عملية الحساب والتصميم لستائر سند التربة على أربعة محاور جيوتقنية رئيسية:

  1. معاملات ضغط الأرض الجانبي وطريقة رانكين (Rankine Earth Pressure): يتم احتساب معامل الضغط النشط الفعال $K_a = \tan^2(45 - \phi/2)$ ومعامل الضغط السلبي $K_p = \tan^2(45 + \phi/2)$؛ وتُضاف أحمال الحمولة الحية السطحية المؤقتة للشاحنات ومعدات الموقع ($q = 15-20\text{ kPa}$) كضغط أفقي منتظم مقداره $K_a \times q$ على كامل ارتفاع الحائط.

  2. تأثير المياه الجوفية والضغط الهيدروستاتيكي (Hydrostatic Pressure & Buoyancy): أسفل منسوب المياه الجوفية، يتم استخدام الوزن الحجمي المغمور للتربة ($\gamma_{\text{sub}} = \gamma_{\text{sat}} - \gamma_w$) لحساب الإجهاد الرأسي الفعال، مع إضافة ضغط المياه الهيدروستاتيكي الصافي ($u = \gamma_w \times z_w$) كضغط مثلثي جانبي كامل ما لم يتم تنفيذ نظام نزح مياه وتخفيض فعال.

  3. تحديد عمق التغريد ومعامل الأمان (Penetration Depth & Factor of Safety): في الستائر الكابولية، يتم حساب عمق الاختراق النظري $D_{\text{theory}}$ الذي يحقق اتزان العزوم حول كعب الستارة ($\sum M_{\text{toe}} = 0$) بتطبيق معامل أمان على المقاومة السلبية ($K_p / 1.50$)، ثم يُضرب العمق الناتج في معامل زيادة مقداره 1.20 لضمان ثبات القاع ومنع حدوث الدوران أو الانزلاق وفق مواصفات USACE.

  4. اختيار قطاع الستائر الفولاذية ومعامل المقطع (Section Modulus Selection): يُحسب معامل المقطع المرن الأدنى المطلوب $S_{x,\text{req}} = M_{\text{max}} / F_b$؛ حيث $F_b = 0.66 \times F_y$، ويتم اختيار قطاع الستائر المناسب من كتالوجات المقاطع القياسية للصلب (مثل مقاطع ArcelorMittal AZ أو Larssen) بما يضمن أن يكون معامل المقطع المتوفر بالقطاع أعلى من المطلوب بهامش أمان لا يقل عن 20% إلى 25%.

طريقة الاستخدام وخطوات التطبيق العملي

1

معاينة الشيت وتجربة الأرقام أولاً:

استخدم جدول المعاينة التفاعلية الحية أعلاه (أو وضع ملء الشاشة 100%) لتجربة إدخال أرقام مشروعك واختبار المعادلات مباشرة.

2

تحميل الشيت وفتحه على جهازك:

قم بتنزيل الملف عبر زر التحميل المباشر وفتحه بواسطة Microsoft Excel أو Google Sheets.

3

إدخال البيانات الأساسية للمشروع:

قم بتعديل اسم المشروع، التاريخ، وفئات الأسعار في الخلايا المخصصة للإدخال؛ بينما تُحسب كافة الإجماليات تلقائياً.

4

الطباعة المباشرة بمقاس A4:

تم ضبط هوامش الصفحات وحدود الطباعة مسبقاً على مقاس A4، فقط اضغط Ctrl+P للطباعة أو التصدير بصيغة PDF.

الأسئلة الشائعة حول النموذج

ما الفرق بين الستائر اللوحية الفولاذية (Sheet Piles) ونظام خوازيق السند المتقاطعة (Secant Piles)؟

الستائر اللوحية الفولاذية (Sheet Piles) عبارة عن قطاعات صلب خفيفة تدق في التربة وتتشابك معاً بأقفال بينية (Interlocks)، وهي سريعة التركيب ويمكن استخراجها وإعادة استخدامها، ومثالية للمياه الجوفية والتربة الرملية والطينية. أما خوازيق السند المتقاطعة (Secant Piles) أو المتماسة (Contiguous Piles) فهي خوازيق خرسانية مسلحة تصب داخل التربة باستخدام بريمة الحفر، وهي أكثر جساءة وأعلى تكلفة، وتُستخدم لحماية المباني المجاورة الحساسة جداً للهبوط وفي التربة الصخرية التي يصعب دق الستائر الفولاذية فيها.

ما هو أقصى عمق حفر اقتصادي يمكن تنفيذه بستائر كابولية حرة (دون شدادات)؟

وفق الممارسات الهندسية وكود CIRIA C760، يبلغ أقصى عمق اقتصادي وآمن للستائر اللوحية الكابولية الحرة حوالي 4.5 إلى 5.5 متر في التربة الجيدة. وتجاوز هذا العمق يؤدي لزيادة هائلة وأسية في عزم الانحناء والترخيم الجانبي (Deflection)، مما يتطلب قطاعات فولاذية ضخمة جداً وأعماق تغريد قد تتجاوز ضعفي عمق الحفر. وعندما يزيد عمق الحفر عن 5 أمتار، يصبح الانتقال لنظام الستائر المشدودة بشدادات أرضية (Anchored System) أو المدعمة بوايلر ودعامات هو الخيار الهندسي والاقتصادي الحتمي.

لماذا يتم تخفيض معامل الضغط السلبي Kp بمعامل أمان 1.50 في الحسابات؟

الضغط السلبي المقاوم للتربة (Passive Resistance) يحتاج إلى حركة وإزاحة أفقية كبيرة نسبياً للستارة داخل التربة (تصل إلى 2% إلى 5% من عمق التغريد) حتى تتفعل المقاومة القصوى لحبيبات الرمل. وبما أن المنشآت المجاورة والشوارع لا تتحمل مثل هذه الإزاحات الكبيرة، ينص الكود على تخفيض المقاومة السلبية القصوى بمعامل أمان يتراوح بين 1.50 إلى 2.00 لضمان بقاء حركة الحائط ضمن الحدود المليمترية الآمنة.

كيف يتم اختبار أوتاد السحب والشدادات الأرضية (Tiebacks) في الموقع؟

وفق مواصفات كود FHWA و SBC 303، يخضع كل شداد أرضي منفذ لاختبار شد حقلي باستخدام مكبس هيدروليكي (Hydraulic Jack)؛ حيث يتم تحميل الشداد تدريجياً حتى 125% إلى 150% من حمل التشغيل التصميمي (Proof Test) ومراقبة ثبات الاستطالة والزحف لمدة 10 إلى 60 دقيقة للتأكد من تماسك بصيلة الجروت مع التربة الصخرية وعدم حدوث انزلاق، قبل أن يُقفل الشداد على حمل التثبيت النهائي (Lock-off Load).