Кіріспе

Жер қапшығымен салу – жергілікті топырақты басым қолдана отырып, мықты әрі жылдам салынатын құрылыстарды жасауға мүмкіндік беретін, төмен құнмен аяқталатын құрылыс әдісі.

Ерекшеліктері

Бұл тарихи әскери бекіністер салу тәсілдері мен уақытша су тасқынына қарсы бөгеттерді тұрғызу әдістерінен дамыған табиғи құрылыс техникасы. Бұл техникаға өте қарапайым құрылыс материалдары қажет: әдетте, құрылыс орнында қол жетімді органикалық материалмен толтырылған берік қаптар. Стандартты топырақ толтыру материалы ішкі тұрақтылыққа ие. Ол үшін жеткілікті мөлшерде сазды қосқанда, тығыздалғанда байланысқа түсетін ылғалды төменгі қабатты немесе суға төзімді бұрышты қиыршық тасты немесе ұсақталған жанартау тасын пайдалану керек. Қабырғалар кірпіш қалауға ұқсас, қаптарды қатарлап төсеу арқылы біртіндеп салынады – бұл қиғаш үлгіні құрайды. Қабырғалар қисық немесе тік болуы мүмкін, топырақпен көмкеріліп немесе дәстүрлі шатырлармен жабылуы мүмкін. Қисық қабырғалар жақсы көлденең тұрақтылықты қамтамасыз етеді, дөңгелек бөлмелерді және/немесе иглу сияқты күмбезді төбелерді құрайды. Ұзындығы шектеусіз тік қабырғалары бар ғимараттарға қиылысатын қабырғалар немесе нығайту үшін тіреуші бұрыштар қажет. Әртүрлі сейсмикалық қауіп аймақтарында қабырға өлшемдерін және аралықтарын нығайту үшін халықаралық стандарттар бар, ең әйгілісі – ASTM International жер салу стандарттарымен ұсынылған Жаңа Зеландияның өнімділікке негізделген стандарттары. Статикалық қию сынақтары жер қаптарының белгілі бір топырақ беріктігі мен нығайту шаралары қолданылғанда Жаңа Зеландияның нығайтылған саз стандарттарына ұқсас күшке жете алатынын көрсетсе де, нығайтылмаған нашар топырақтан жасалған жер қаптарының қию беріктігі нығайтылмаған саздан төмен болуы мүмкін. Қаптар арасындағы үйкелісті және қабырғалардың тартылу күшін арттыру үшін әдетте қатарлар арасына тікенді сым орналастырылады. Сондай-ақ, қаптарды бір-біріне байланыстыру және құрылымды тұрақтандыру үшін жіптермен орауға болады, тікенді сымға қаптардың жақсы орналасуын қамтамасыз етеді. Бұрыштарды және есіктердің жиектерін нығайту және құлауға қарсы тұру үшін арматураны қабырғаларға қағуға болады. Құрылым әдетте гипсте аяқталады, мықты тор қабатындағы цемент ерітіндісімен немесе суды сыртқа шығарып, матаның ультракүлгін сәуледен зақымдануын болдырмау үшін саз немесе әк гипсімен жабылады. Аяқтау материалдары қорғалған ішкі бетке қолданылатын жабындардан бастап, сыртқы әсерге төзімді жабындарға дейін әртүрлі болуы мүмкін. Бұл құрылыс техникасы – табиғи құрылыс әдістерінің ең әмбебаптарының бірі және оны орындықтар, жеке тұрған қабырғалар, төтенше жағдайлардағы баспаналар, уақытша немесе тұрақты тұрғын үйлер, қоралар және коммерциялық ғимараттар үшін пайдалануға болады. Жер қаптары дамып келе жатқан елдерде көптеген шағын және орташа институционалдық құрылымдарды салу үшін жиі таңдалады. Жер асты және жартылай жерге көмілген құрылымдарды (мысалы, жер асты кемелері), цистерналарды, көктемдерді, картофель сақтау орындарын және тіреу қабырғаларын тұрақтандырылған топырақпен толтыруға болады немесе қосымша нығайту және суға төзімді қиыршық тас немесе құммен толтыруға болады.

Жазушылар

Джозеф Кеннеди, мүмкін, "жер қап" терминін (соның ішінде ішіндегі топырақпен бірге) ойлап тапқан болса да, Паулина Войцеховска 2001 жылы "Жермен салу: икемді формадағы жер қап құрылысы бойынша нұсқаулық" атты жер қаппен салу тақырыбындағы алғашқы кітапты жазды. Келли Харт идея алмасуға көмектесетін, жер қап туралы ақпараттың үлкен онлайн дерекқорын жасады. Халилимен оқығаннан кейін Каки Хантер мен Дони Киффмейер түрлі жобалармен айналысты, "жер қапты" – "икемді формадағы тығыздалған топырақ" деп атады. Олардың 2004 жылғы "Жер қаппен салу: құралдар, тәсілдер және техникалар" кітабы электрондық кітап ретінде қолжетімді. Оуэн Гейгер мен Пэтти Стоутер сияқты әртүрлі авторлар онлайн буклеттерді жасады. Олардың ішінде ауылдық жерлер үшін әзірленген құрылымдық зерттеулер мен сынақтан өткізу әдістері бар. Гейгердің 2011 жылғы "Жер қаппен салу нұсқаулығы: тік қабырғалар, қадам-қадам" электрондық кітабы процестің фотосуреттерін және аз тәуекелді аймақтар үшін жаңа техникалар туралы талқылауды ұсынады.

Ұстаздар

Көптеген адамдар, мысалы, Жапониядағы Тенри университетінің профессоры Акио Иноуэ және Earthen Hand компаниясының өкілі Скотт Ховард ғимараттарды сынап, салған. Харт, Гейгермен бірге, жер қаптарын түрлі мәдени және климаттық жағдайларға сай келетін пішіндерге дамытуға ынталандырды. Роберт Шир Юта штатында жер кемесінің үлгісіндегі жер қаптарынан үй салған, ал Орнықты Өмір мектебінің Морган Каравейі де жер кемесінің жобалау принциптерін қолданатын үй салып жатыр. Жер сәулетінің неміс профессоры Гернот Минке қабырғалар салу үшін құмға толтырылған қаптарды пайдалану әдісін алғаш рет әзірлесе, сәулетші және құрылысшы Надер Халили гуманитарлық мақсаттар үшін (әсіресе тұрғын үйлер үшін) жер қаптарын заманауи «супердоб» техникасы ретінде қайта енгізді, сондай-ақ табиғи су тасқынының алдын алуға көмектесті. Оңтүстік Африканың докторы Джон Андертон құм сияқты біріктірілмейтін материалдарды қолданғанда туындайтын құлау мәселесін азайтатын үш каналды қаптардың нұсқасын сынап көрді және ол «E khaya» деп аталатын тар қабырғалы құм жүйесінде пионерлік жұмыс жасады. Бразилиялық Фернандо Пачеко гиперадоб қабырғаларын жасау үшін жеңіл HDPE торлы түтіктерді қолдануды ұсынды. Жер қаптары табиғи апаттардан кейін және әлемнің төмен кірісті аймақтарында қайта құру жұмыстарына қолданылды. Салмақты топырақ қабырғалары әдетте жер сілкінісі кезінде қауіпті болғанымен, Непалда 2015 жылғы жер сілкінісінде жер қаптарынан салынған ғимараттар қираған ғимараттардың жанында жақсы жағдайда қалды. Инженер Набил Таха ең жоғары сейсмикалық қауіп аймақтары үшін қолайлы сыртқы бекітпе арматурасының бірінші жалпы сипаттамасын жасады. Бірнеше инженерлік студенттер пісірілмеген немесе төмен беріктігі бар жер қаптарын сынады, ал Build Simple пісірілген біріктірілген қабырғаларды сынады. Непалдағы құрылыс ұйымдары сейсмикалық тұрақтылықты арттыру үшін арматуралау опцияларын жақсарту және жетілдіру үшін инженерлермен бірлесіп жұмыс істеп жатыр.

Құрылыс әдісі

Құрылыс әдетте бұзылмаған минералды топыраққа траншея қазудан басталады, ол жартылай тас және/немесе қиыршық таспен толтырылып, қиыршық тастық іргетас құрайды. Жоғары сейсмикалық қауіпті аймақтарда темір бетонды негіз немесе қабырғалы қабырғаға арналған іргетас ұсынылуы мүмкін. Жер қапталғы ғимараттарды дәстүрлі бетон плиталарға (бірақ бұл қиыршық тастық іргетасқа қарағанда қымбатқа түседі және көбірек энергия жұмсалады) немесе жер астындағы "қалқымалы" іргетасқа, мысалы, жер кемесі сияқты салуға болады. Бірнеше қабат қиыршық тас екі қабатты тоқылған қаптарға салынып, су өткізбейтін негіз құрайды. Әр қабаттың үстіне әдетте тікенекті сымның екі жібі салынады, ол қапты бекітіп сырғанаудың алдын алады және күмбездік немесе тікбұрышты қабырғалардың сыртқа қарай кеңеюіне қарсы тұрады. Жоғарыдағы қаптар қабырға енінің жартысына қарай жылдырылады, бұл қабырғадағы тізімдік байланысқа ұқсас. Қаптар материалмен алдын ала толтырылып көтерілуі мүмкін, немесе қаптар мен түтіктер тікелей орнында толтырылады. Жердің салмағы қапты төмендегі тікенекті сымға бекітеді. Қаптар мен түтіктерді жеңілдетіп тығыздау ылғалды топырақты нығайтады және тікенекті сымға бекітілген, бірін-бірі байланыстырған қаптар мен түтіктерді құрайды.

Контейнерлердің түрлері

Қатты тоқылған полипропилен ең көп таралған, ол күріш немесе басқа да астық түрлерін тасымалдау үшін бүкіл әлемде қолжетімді. Полипропилен төмен бағалы және судың бұзуына, шіруға және жәндіктерге төзімді. Өндірушілерден құбырларды алуға болады, олар оларды қаптарға тігеді. Жұмсақ тоқыма полиэфир талшыптарынан жасалған тор құбырлары да қолданылады, бірақ қатты экструзияланған немесе тоқылған торлы қаптар да пайдаланылуы мүмкін. Органикалық/табиғи материалдар, мысалы, кендір, шүберек ("қап") қолданылуы мүмкін. Олар шіруі мүмкін болғандықтан, оларды тек байланыстыратын толтырулармен (құрамында маңызды мөлшерде саз бар) ғана пайдалану керек, олар тығыздалғанда берік масса түзеді.

Терминология

Жер қапшықтары – қазіргі таңдағы әртүрлі техникалар жиынтығы. Әрбір толтыру түрі мен контейнердің әртүрлі беріктігі мен нығайту талаптары болады. Қауіпті жағдайларда нақты терминология қажет. Қоршалған топырақ (CE) – бастапқы техникаға негізделген, бірақ қауіп деңгейіне сәйкес топырақтың белгілі бір беріктігі мен нығайтуы таңдалған. CE ылғалды, байланысты, тығыздалған қаптық толтыруды пайдаланады, ол қабырға қатаю кезінде тікенді сыммен және басқа нығайту элементтерімен мықты байланысады. CE – бұл «құм қаптары» емес. Қоршалған құм (CS) құмды толтыруды немесе құм қаптары сияқты құрылымдық тұрғыдан жұмыс істейтін, тым құрғақ немесе нашар байланысқан кез келген толтыруды пайдаланады. CS берік тоқыма матадан жасалған қаптармен салынуы керек және қабырғаның беріктігіне қаптама матасының күшіне сүйене отырып, матаның зақымдануынан жақсы қорғалуы тиіс. CS-ке CE-ге қарағанда қиылысқа және жазықтықтан тыс беріктікке көбірек тік нығайту қажет, немесе құрылымдық қабық қажет болуы мүмкін. Кейбір құрылысшылар қабырғаны толтыру үшін құм салынған тар қаптарды қолданады. Қоршалған қиыршық тас (CG) әдетте екі қабатталған күріш қаптарында, бірақ мықты торды да қолдануға болады. CG фундаменттен ылғалдың таралуын шектейді. Модульді CE астық қаптарына немесе осыған ұқсас түтіктерге салынады. Қабырғалар тікенді сымның тіректер арасындағы байланысына және/немесе қабаттар арасындағы қосымша штырғыларға негізделген. Қатты CE – бұл гиперадоб, ол тігілген рашель торынан жасалған түтікшеге салынады, сонда ылғалды топырақ толтыру қабаттар арасында қатаяды.

Қаптарды толтыру материалдары

Жалпы, бейорганикалық материал толтырғыш ретінде қолданылады, бірақ сым тор сияқты берік матрица гипсті нығайтатын болса, кейбір органикалық материалды (мысалы, күріш қабығын) да пайдалануға болады. Жерге толтырылған топырақта 5–50% дейін саз болуы мүмкін, ол «қоқымнан бас тарту», «жол негізі», «инженерлік топырақ» немесе жергілікті төменгі қабат болуы мүмкін. «Шикі» немесе тұрақтандырылмаған топырақтар берік масса ретінде қатаяды, бірақ ұзаққа созылған суға толуға төзе алмайды. Сазды төменгі қабаттар тығыз қалыптасады және тікенек сым мен арматураға жақсы жабысады. Топыраққа толтыру кезінде, ол жеткілікті түрде тығыздалып, қатайса, көп мөлшерде ірі құмды материалдарды қосуға болады. Бұзылған кірпіштер, берік қирандылар немесе пластик қоқыстарды қолдануға болады, бірақ құрамындағы ірі құмдар арматураны орнатуға кедергі келтіруі мүмкін. Құм, тас ұнтағы және қиыршық тас ұзақ уақыт су тасқынына төтеп бере алады, бірақ көбінесе құрылыс кезінде қосымша бекіту және кейбір құрылымдық қаптама қажет болады. Құмды толтыру үйдің дірілдеуін азайту үшін бірнеше қатарға қолдануға болады, бірақ қарапайым қаптарда биіктігі артқан сайын тұрақсыз болады. Цемент, әк немесе битуммен тұрақтандыру сазды топырақтың су басуына төтеп беруіне немесе құмды құрылымдық емес гипсті қаптамасы бар дәстүрлі қаптарда пайдалануға мүмкіндік береді. Жер қаптары әдетте қалың болғандықтан, тұрақтандырғыш көп мөлшерде қажет. Температураның күрт өзгеретін климат үшін жылу оқшаулағыш қасиеттері маңызды. Материалдың жылу оқшаулағыш құндылығы материалдың кеуектілігіне және қабырғаның қалыңдығына тікелей байланысты. Бұзылған жанартаулық тау жыныстары, пемза немесе күріш қабығы саз бен құмға қарағанда жоғары оқшаулау қасиеттерін береді. Құрылымдық қабырғаның бөлігі ретінде ыдырайтын өңделмеген органикалық материалдарды пайдалануға болмайды, бірақ оларды толтыру ретінде қолдануға болады. United Earth Builders компаниясы гиперадоб торлы түтіктерде жеңіл сабан-саз қоспасын қолданып, күмбездің сыртында 200 мм (8 дюйм) қалың қабат жасады. Жердің жылу сыйымдылығы түннен күнге дейінгі температураның үлкен ауытқуларына ұшырайтын климатта температураның өзгеруін теңестіреді. Бұл жылу инерциясының әсері массивті жер қабырғаларын жұмсақ немесе ыстық және құрғақ климат үшін өте қолайлы етеді. Саз немесе құм да жақсы жылу сақтау қасиеттеріне ие және дұрыс оқшауланған жағдайда салқын климаттағы пассивті күн энергиясын пайдаланатын үйлерде жылу аккумуляторы ретінде қызмет ете алады, бұл ішкі температураны жыл бойы тұрақты ұстауға көмектеседі.

Бекіту және құрылымдық қызмет көрсету

Қатты СЕ төмен тәуекелді аймақтарда тікенді сымды аз қолдануға болады, себебі қабаттар арасында қабырғалар нығаяды. Тоқыма қаптар немесе түтіктерді пайдаланатын жер қаптарына кез келген табиғи қауіпке қарсы тікенді сым қажет, себебі қаптан қапқа дейінгі беттер сылғақ болады. Қабаттар арасындағы штифттер жазықтықтан тыс маңызды сызықтық беріктікке үлкен әсер етпейді. Тікенді сыммен нығайтылған жер қаптары балшықтан гөрі икемдірек және мұқият жобаланған жағдайда құлауға қарсы тұра алады. Мықтылығы төмен, темірсіз топырақтан жасалған жер қаптары жер сілкінісі кезінде оңай зақымдалатын, нығайтылмаған балшықтың жартысына тең беріктікке ие болуы мүмкін. Жаңа Зеландияның ережелерінде күшейтілмеген балшық қабырғалар 50 жылда 2% асып кету ықтималдығы бар Ss мәндерімен салыстырғанда 0,6 g күшке төтеп беруге рұқсат етіледі, бірақ жер қаптарына осы күштілікке жету үшін мықтырақ топырақ қажет. Непалдағы жер қаптары 2015 жылдың басында 0,7 g-дан жоғары күштерге төтеп беру арқылы осы күштен сәл асып түсті. Калифорнияда сынақтан өткен күмбездер диаметрі кішкентай ғимараттардың тұрақты пішініне байланысты шамамен 1 g күшке төтеп берді. Қазіргі жер қаптарын салу әдістері, яғни негізге бекітілмеген және жалғастырылмаған арматураны енгізу, тіпті өте мықты топырақ қолданылса да, тек 1,2 g немесе одан аз күшке төтеп беруге мүмкіндік береді. Арнайы нығайту қажет.

Қатты топырақтың қатты СЕ-сі модульдік СЕ-ге қарағанда жоғары қиылыс және жазықтықтан тыс беріктікке ие. Ол тікұшақтың торымен қатар немесе оның орнына көлденең нығайту үшін желілерді пайдалануға да мүмкіндік береді. Құрастырылған қиыршық тас немесе құм тік қабырға бөлімдерінің қабырғаларына оралған сыммен жақсы жұмыс істейді, ал келесі қабатта тік бөлімдердің астына және үстіне оралған тікенді сыммен алмастырылады. Жоғары тәуекелді аймақтардағы құрастырылған жер қабырғаларының негізі құрылысшылар темір бетон (RC) сапалы арқалық немесе табанды төзе алмайтын жағдайда іргетас деңгейінде қосымша тіректерге мұқтаж болуы мүмкін. Эрозияны бақылау үшін жиі қолданылатын тар пластикалық торлы түтікше қиыршық таспен толтырылуы мүмкін, бұл кең қабырғалардың астындағы жартылай енді RC сақиналы сәулеге мүмкіндік береді.

Үйді қалыптастыру

Қабырғаларды біртіндеп ішкі жағына қарай еңкейту арқылы күмбезді шатыр жасауға болады. Қақпалы шатырлар қалыптарға орнатылып салынуы мүмкін. Немесе дәстүрлі шатыр түрінің астына байланыстырушы қабырға қолданылады. Саз қабырғаларға сыртқы күшті азайту үшін жамбас шатырлар, екі еңкейімді конструкциялар немесе вигалар қажет болуы мүмкін. Жер күмбездерін салу арзан, бірақ ылғалды аймақтарда оларды су өткізбеу қиынға түседі немесе қымбатқа соғады. Терезелер мен есіктерді дәстүрлі тас қаптамасымен, немесе уақытша қалыптарда қабырғаны жоғары қарай жылдау (корбел) немесе кірпіш аркасымен жасауға болады. Жарық сондай-ақ, люктер, шыны қақпақты құбырлар немесе құрылыс кезінде қаптар арасына орналастырылған бөтелкелер арқылы да кіргізілуі мүмкін.

Аяқтау

Қабырғаны ультракүлгін сәулелер мен ылғалдан қаптардың зақымдануын болдырмау үшін цемент негізіндегі штукатурмен, әкпен немесе топырақтан жасалған жабынмен жабу керек. Егер қабырғалар "шикі" топырақтан жасалса, қаптардың арасындағы кеңістіктерді толтыру үшін топырақ пен сабан қосылған аралық жабын қолданылады. Содан кейін беттік жабын жағылады. Шатырдың кеңістігі штукатурдың су өткізбеу қасиеттерін азайтуға көмектеседі, бірақ төменгі қабырғалардағы штукатур жоғарғы қабырғалардағыдан мықтырақ және суға төзімдірек болуы мүмкін. Кейбір ғимараттар құрылыстың үстіне өсімдіктер отырғызылған топырақтан жасалған "тірі шатырды" ("жасыл шатырды") орнатады, ал басқалары дәстүрлі қаңқа мен шатырды топырақ қаптарының қабырғаларына қояды.

Қоршаған ортаға тиімділік

Жер қаптамасымен салу, басқа да берік құрылыс әдістерімен салыстырғанда, өте аз энергия жұмсайды. Бетон, кірпіш немесе ағаштан айырмашылығы, топырақ толтыруды дайындау үшін топырақ жинаудан басқа энергия қажеттілігі болмайды. Егер учаскедегі топырақ қолданылса, оны тасымалдауға да аз энергия жұмсалады. Жерді тығыздау үшін тек адам күші ғана қажет. Энергия көп жұмсалатын материалдар – пластик (қаптар мен жіптер үшін), болат сым және, мүмкін, сыртқы қабық ретінде қолданылатын гипс немесе штукатурка – басқа құрылыс түрлерімен салыстырғанда салыстырмалы түрде аз мөлшерде қолданылады, көбінесе құрылыс материалдарының жалпы көлемінің 5% азын құрайды. Ғимараттар дұрыс күтім болса ұзақ қызмет етеді. Дегенмен, егер "табиғи" немесе бекітілмеген топырақ толтыру ретінде қолданылса, ғимараттың пайдасы болмаған жағдайда, топырақ толтыруды бақшаларға, үйінділерге немесе жаңа топырақ ғимараттарына қайта қолдануға болады.

Апаттық аймақтарда қолдану

Жер қапшықтарын салу әдістері 2004 жылғы цунамиден кейін Шри-Ланкада да зерттелді. Гаитиде жер сілкінісінен кейін көптеген жер қапшықты құрылыстар аяқталды. First Steps Himalaya және басқа да қайырымдылық ұйымдары 2015 жылдың сәуірінде болған жер сілкінісінен бұрын Непалда 50-ден астам жер қапшықты ғимараттарды салған. Содан бері жергілікті құрылысшылар жер қапшықтарын салу бойынша оқыту мүмкіндіктеріне қызығушылық танытты, оның ішінде Good Earth Global ұйымдары ұйымдастырған оқытулар, нәтижесінде Непалдың ресми құрылыс кодексі осы техниканы тұрғын үйлер үшін қабылдады. Халықаралық коммерциялық емес ұйымдар Непалда жүздеген топырақтан жасалған немесе жер қапшықты ғимараттарды салған, бұл үлкен клиникалар мен мектептерге қарағанда көп тұрғын үйлерді құрайды. Бұл ұйымдар жергілікті топырақтың беріктігі мен сейсмикалық қауіпке сәйкес келетін нығайту түрлерін және олардың деңгейін дұрыс таңдау үшін қосымша құрылымдық ақпарат сұрауда. Университеттерде зерттеулер басталды, бірақ одан да көп жұмыс істеу қажет.

Ай мен Марсты отарлау

Халили Ай немесе басқа планеталарда құрылыстар салу үшін жер қаптарын пайдалану техникасын ұсынды. Қазіргі уақытта Жерден оң массалық жүк көтеру өте қымбат. Сондықтан Халилидің техникасы идеалды шешім болып көрінеді, себебі қажетті материалдар жеңіл қаптардан және оларды толтыруға арналған бірнеше құралдардан тұрады. Ол мұндай қаптарда сымның орнына алдын ала тігілген "қос жақтаулы таспа" (яғни Velcro) бекіткіш жолақтары болуы мүмкін екенін атап көрсетті.