مقالات تخصصی معماری و عمران
بررسی انواع فونداسیون در سازه
تعریف انواع فونداسیون
قسمتی از سازه ساختمان که غالباً پایین‌تر از سطح زمین قرار گرفته و نیروهای وارده را به خاک یا بستر سنگی پی انتقال می‌دهد، را شالوده گویند.
فونداسیون در پایین‌ترین قسمت ساختمان قرار دارد و با توجه به اینکه بار ساختمان از طریق آن به زمین منتقل می‌شود استحکام فونداسیون نقش مهمی در ایستایی و استحکام کل ساختمان دارد.
به منظور ساخت کلیه ساختمان‌ها، رعایت مقررات ملی و ضوابط پی در ساخت و اجرای انواع فونداسیون الزامی است.
بر اساس انواع فونداسیون مورد نیاز برای ساختمان‌ها تدابیری باید اتخاذ کرد تا تعادل و پایداری لازم بین بارهای وارده و مواضع اتکا روی زمین برقرار شود.
بدین سبب شناخت اصولی روش اجرای فونداسیون اهمیت دارد که مراحل اجرای انواع فونداسیون را در مطالب جداگانه‌ای شرح داده‌ایم.
بیشترین بارهای وارده بر سازه ساختمان
- بارهای ناشی از وزن سازه (بار مرده)
- بارهای ناشی از اجزای متحرک (بار زنده)
- بارهای ناشی از باد و برف و . . .(بار جانبی)
عوامل تاثیر‌گذار در ابعاد پی
ابعاد شالوده‌ای (پی ، فونداسیون) که بار ستون را تحمل می‌کند تابع سه عامل تشکیل دهند شالوده میباشد.
- مقدار بار وارده
- مقاومت خاک بستر
- جنس مصالح
ابعاد شالوده با مقدار بار وارده رابطه مستقیم و مقاومت خاک رابطه معکوس دارد.
یعنی هرچه بر مقدار بار وارده افزایش یابد ابعاد شالوده بیشتر شده و از طرفی هرچه مقاومت خاک بستر بیشتر باشد ابعاد پی کوچک‌تر می‌شود.
تقسیم بندی انواع فونداسیون
به طور کلی انواع فونداسیون را به دو دسته کلی تقسیم بندی میکنند:
- فونداسیون سطحی
- فونداسیون عمیق
1- پی‌های سطحی (فونداسیون سطحی)
اگر زمینی که مستقیماً زیر سازه قرار دارد، شرایط مطلوب داشته باشد، می‌توان نیروهای وارده را با استفاده از شالوده‌های مناسب به خاک بستر منتقل کرد.
انواع پی‌های سطحی
الف – پی منفرد
پی‌هایی می‌باشند که تنها بار یک ستون را تحمل و به زمین انتقال می‌دهند پی منفرد گویند.
در پی‌های منفرد از شناژها برای اتصال آنها به یکدیگر استفاده می‌شود.
وظیفه اصلی شناژها کلاف کردن و مهار نمودن پی‌ها است.
شناژ به منظور مقابله با نیروهای افقی و یکنواخت کردن نشست‌ها در ساختمان به کار می‌روند.
در مواردی که دو پی منفرد به دلیل بزرگی ابعاد تداخل داشته باشند، با هم ادغام می‌شوند که به آن پی مرکب گویند.
در زیر تصاویر پی‌های منفرد و پی منفرد با شناژ رابط را مشاهد می‌فرمایید.
پی منفرد ، پی منفرد با شناژ ، پی مرکب
ب – پی نواری
پی نواری، از ساده‌ترین انواع فونداسیون سطحی است که به صورت یک نوار در زیر ستون‌های یک محور قرار میگیرد.
نواری بودن پی‌ها می‌تواند در یک جهت و یا در دو جهت باشد که در صورت اجرا در یک جهت آنها را با شناژهای رابط به هم متصل می‌نماییم.
پی نواری همراه با شناژ
پی نواری دو طرفه
عکس پی نواری
ج – پی گسترده (پی رادیه ژنرال ، پی شبکه‌ای)
با افزایش بار وارده پی یا کم بودن مقاومت خاک (زمین)، عرض نوارهای پی زیاد شده و با رسیدن و تداخل آنها با یکدیگر تبدیل به پی شبکه‌ای می‌شود.
پی گسترده ، رادیه ژنرال ، پی شبکه ای
عکس پی گسترده ، رادیه ژنرال ، پی شبکه ای
2- پی‌های عمیق (فونداسیون عمیق)
چنانچه خاک در سطح زمین یا در عمق کم مقاومت کافی نداشته باشد لازم است نیروهای وارده را با استفاده از شالوده عمیق به لایه‌های مقاوم پایین‌تر منتقل کرد.
انواع فونداسیون
- فونداسیون سنگی
- فونداسیون آجری
- فونداسیون شفته‌ای
- فونداسیون بتنی
- فونداسیون نقطه‌ای
- فونداسیون نواری
- فونداسیون گسترده
- فونداسیون صفحه‌ای
- فونداسیون مشترک
- فونداسیون باسکولی
- فونداسیون کلاف‌شده
- فونداسیون شمعی
ساختار و کاربرد فونداسیون‌ها
فونداسیون سنگی:
این فونداسیون‌ها همانطور که از نامشان بر می‌آید از سنگ ساخته می‌شوند.
سنگ این فونداسیون‌ها باید سنگی محکم، نپوسیده و لاشه شکسته باشد.
سنگ‌های مدور و صیقلی برای این نوع فونداسیون مناسب نیست زیرا سنگ‌های مدور و صیقلی موجب ناپاریداری پی ساختمان خواهند شد.
برای اجرای این نوع فونداسیون باید سنگ‌ها بر روی دیوار پی حداقل به اندازه ۱۵ سانتیمتر گسترده‌تر باشند تا استحکام کافی را برای پی ساختمان ایجاد کنند.
فونداسیون سنگی را می‌توان با دو نوع ملات اجرا کرد.
برای پی‌هایی که بار و فشار بر روی آنها کم است می‌توان فونداسیون سنگی را با ملات گل آهک و برای پی ساختمان‌های که فشار و بار بر روی آنها زیاد است باید از ملات ماسه سیمان استفاده کرد.
این نوع فونداسیون‌ها تنها برای ساختمان‌های یک طبقه و دیوارهای محوطه و در مناطقی که سنگ مناسب و طبیعی زیاد و ارزان باشد توصیه می‌شود.
فونداسیون آجری:
فونداسیون‌های آجری یکی از پرکاربردترین انواع فونداسیون در ساختمان‌سازی هستند که برای ساختمان‌های کوچک که بار و فضار کمی دارند بسیار مناسب است.
این فونداسیون در مناطقی که سنگ گران و کمیاب است جایگزین خوبی برای فونداسیون‌های سنگی خواهد بود.
فونداسیون آجری باید با عرض پی کنی ۳۰ تا ۴۰ سانتیمتر احداث شده و به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتیمر از طرفین دیوار ریشه داشته باشد.
اجرای این عرض پی کنی برای آجرچینی راحت‌تر و پخش بار بهتر بسیار مهم است.
در این نوع فونداسیون می‌توان آجرها را به شکل پلکانی قرار داد تا آجر کمتری مصرف شود.
فونداسیون شفته‌ای:
فونداسیون شفته‌ای ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین انواع فونداسیون است که با مخلوطی از خاک، آب، شن، گردآهک و در صورت نیاز پاره‌سنگ پی‌ریزی می‌شود.
به طوری که به ازای هر متر مکعب خاک ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلوگرم آهک وجود دارد.
برای اجرای این نوع فونداسیون شفته را به ضخامت ۲۰ تا ۳۰ سانتی متر در فونداسیون می‌ریزند و هموار میکنند و می‌گذارند یک روز بماند تا خشک شود.
روز بعد باید این شفته را با وزنه‌ای سنگینی (تخماق) می‌کوبند تا بافت آن متراکم‌تر شود.
مجددا بر روی این سطح، لایه دیگری از شفته به همان ضخامت می‌ریزند و این کار را تا زمان پر شدن فونداسیون ادامه می‌دهند.
این نوع فونداسیون برای ساختمان‌های کوچک ۲ یا ۳ طبقه آجری بسیار مناسب است.
فونداسیون بتنی:
فونداسیون بتنی را می‌توان بهترین و مقاوم‌ترین انواع فونداسیون برای ساختمان‌ها دانست که امروزه کارشناسان آن را برای پی‌ریزی اغلب ساختمان‌ها مخصوصا ساختمان‌هایی که در مناطق زلزله خیر قرار دارند بهترین انتخاب می‌دانند.
این نوع فونداسیون با مقاوم‌ترین سنگ‌های مصنوعی اجرا می‌شود که برای ساخت آن ابتدا باید کف پی را از بتن کم سیمان تا ارتفاع ۱۰ سانتیمتر پر کنند تا سطح پی تراز ایجاد شود.
سپس روی این لایه را با تخته قالب‌بندی کرده و پس از اتمام قالب‌بندی، بتن ساخته شده را داخل آن می‌ریزند.
این بتن باید به خوبی کوبیده شده و با ویتراتور (لرزاننده) محکم شود.
این فونداسیون پخش بار بسیار خوبی دارد و به همین دلیل می‌توان آن را به صورت پلکانی یا هرم ناقص (سومل) اجرا نمود و در نتیجه در مصرف بتن صرفه‌جویی کرد.
برای بارگذاری بر روی این فونداسیون باید یک هفته صبر کرد تا بتن به خوبی متراکم شده باشد.
اگر بتن از نوع مسلح است باید پیش از بتن‌ریزی در قالب فونداسیون، میلگرد جاسازی کرد.
این نوع فونداسیون برای ساختمان‌های مختلف مناسب است اما برای ساختمان‌های سبک و یک طبقه باید از نوع نواری آن استفاده کرد.
فونداسیون نقطه‌ای:
یکی دیگر از رایج‌ترین انواع فونداسیون است که بیشتر برای پی‌ریزی ساختمان‌های فلزی و بتونی کاربرد دارد که بار در آنها به صورت نقطه‌ای و متمرکز به زمین وارد می‌شود.
پی‌ریزی این فونداسیون به صورت پنج لایه اجرا می‌شود که عبارتند از:
- خاک مناسب
- بتن مگر
- میلگرد‌های کف فونداسیون
- بتن اصلی
- صفحه زیر ستون برای ساختمان‌های اسکلت فلزی
فونداسیون نواری:
این فونداسیون بهترین انتخاب برای ساختمان‌های آجری است که از ۷ لایه تشکیل می‌شود.
این ۷ لایه به ترتیب شامل:
- شفته‌ریزی
- کرسی‌چینی
- شناژبندی
- ملات ماسه سیمان
- قیر‌گونی
- مجددا ملات ماسه سیمان
- دیوار چینی رویی
عمق این فونداسیون حداکثر ۵۰ بوده و عرض آن کمی از عرض اصلی دیوار بیشتر باشد.
فونداسیون گسترده:
فونداسیون‌های گسترده برای ساختمان‌هایی که دارای چند ستون با دیوار ممتد هستند بسیار مناسب است.
پی‌ریزی این نوع فونداسیون معمولا به شکل دال و مجموعه تیر و دال اجرا می‌شود.
این نوع فونداسیون با بتن‌ریزی اجرا می‌شود.
برای مناطقی با آب و هوای گرم، بتن‌ریزی این فونداسیون باید بعد از ظهر انجام شود و ۳ تا ۴ ساعت بعد آب‌دهی شود.
هنگام بتن‌ریزی می‌توان دمای بتن را با ریختن آب خنک پایین آورد.
نگهداری سیمان و مصالح ساختمانی در مکانی خنک و آب پاشی به ماشین آلات می‌تواند در خنک نگه داشتن آنها بسیار موثر باشد.
فونداسیون مشترک:
این فونداسیون زمانی به کار می‌رود که بخواهیم برای یک یا چند ستون تنها یک فونداسیون بسازیم.
فونداسیون مشترک برای ساختمان‌هایی که سطح فونداسیون‌ها مماس بوده و یا فاصله آنها بسیار کم است به کار می‌رود.
اگر پی مشترک درست در کنار فونداسیون زمین مجاور قرار میگیرد باید از این نوع فونداسیون استفاده کرد.
فونداسیون مشترک برای ساختمان‌هایی با طول زیاد که محبور به ساخت درز انبساط برای ستون‌های مجاور هستیم بهترین انتخاب است.
برای اجرای فونداسیون مشترک برای بارهای مختلف باید آن را به صورت ذوزنقه‌ای اجرا کرد به طوری که قاعده بزرگ آن در زیر بار بیشتر و قاعده‌ی کوچک در زیر بار کمتر قرار گیرد.
فونداسیون صفحه ای یا رادیوژنرال:
این نوع فونداسیون برای ساختمان‌هایی با بار و فشار بسیار زیاد مانند آسمان‌خراش‌ها بهترین انتخاب است.
از این فونداسیون برای ساختمان‌هایی که زمین آنها مقاومت کمی دارد نیز می‌توان استفاده کرد زیرا این فونداسیون بار را روی تمام سطح خاک پخش می‌کند.
فونداسیون صفحه‌ای را می‌توان به اشکال مختلف اعم از فونداسیون صفحه‌ای ساده، صفحه با دیوار محیطی، فونداسیون صفحه‌ای با تیر صفحه‌ای با دیوار بتنی در یک جهت، فونداسیون صفحه‌ای با دیوار بتنی در دو جهت و فونداسیون‌های سلولی اجرا کرد.
این فونداسیون به صورت سرتاسری از بتن آرمه ساخته و در زیر ساختمان نصب می‌شود و میله ستون‌ها و دیوار بر روی آن قرار میگیرد.
اگر بار و فشار ساختمان زیاد است باید فونداسیون صفحه‌ای را بزرگتر از سطح اصلی ساختمان ساخت تا فشار توزیع بیشتری داشته باشد.
کاربرد فونداسیون باسکولی:
فونداسیون باسکولی یا استواپییم برای پیشگیری از چرخش فونداسیون و تیر در کنار دیوار ساختمان مجاور بهترین انتخاب است.
فونداسیون کلاف‌شده:
فونداسیون کلاف‌شده برای مناطق زلزله‌خیر بسیار مناسب است.
برای متصل کردن دو فونداسیون آن از شناژ (بتن آرمه) استفاده میکنند و به آن پی کلاف‌شده می‌گویند.
برای اجرای این فونداسیون در صورتی که ارتفاع شناژ از ارتفاع پی کمتر باشد می‌توان اتصال را به دو صورت انجام داد.
در حالت اول سطح بالایی شناژ و فونداسیون را در یک امتداد قرار می‌دهند و حالت دوم سطح زیرین شناژ و فونداسیون را در یک امتداد قرار می‌دهند.
فونداسیون شمعی:
این نوع فونداسیون برای ساختمان‌هایی که خاک آنها از نظر قابلیت فشردگی خیلی ضعیف یا خیلی قوی باشد کابرد دارد.
در حالت شالوده شمعی بار ساختمان توزیع شده و به لایه تحتانی محکم‌تر و یا سنگ بستر وارد می‌شود.
فونداسیون‌های شمعی از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح، و چوب بوده و برای ساخت شالوده‌های عمیق کاربرد دارد.
برای زمین‌هایی که بستر سنگی و لایه زیرین محکم آنها در عمق لازم برای ساختمان قرار نداشته باشد باید از فونداسیون شمع برای مهار تدریجی و توزیع مناسب بار ساختمان استفاده کرد.
مقاومت این فونداسیون به اصطکاک بین سطح خاک و شمع یا همان مقاومت جلدی وابسته است.
در این فونداسیون، شالوده‌های حایل خاک در برابر فشار جانبی خاک مقاومت کافی را ایجاد کرده و استحکام لازم را برای ساختمان‌های بلند در برابر باد و زلزله تامین میکنند.
روش‌های مقاوم سازی و بهسازی انواع فونداسیون
صدمات و خسارات زلزله در دهه‌های اخیر باعث شده است که توجه پژوهشگران و متخصصان به بهبود پارامترها و روش‌های مختلف تحلیل جلب شود تا بتوان با صرف کمترین هزینه به ساختمان‌های مقاوم‌تری دست یابند.
از طرف دیگر هزینه‌های بالای ساختمان‌سازی مخصوصا در شهرهای بزرگ و هزینه‌های جانبی ناشی از کاربری‌های مختلف ساختمان‌های موجود و عدم توقف بهره‌برداری بسیاری از ساختمان‌ها باعث شده است تا روش‌های مقاومسازی و بهسازی به مرور بسط و گسترش یابند.
مقاومسازی انواع فونداسیون ممکن است به دلیل تغییرات در سرویس‌دهی ساختمان‌ها موردنیاز باشد.
این تغییرات به طور مستقیم از مقدار بارهای گرانشی ساختمان تأثیر می‌پذیرد.
وجود برخی خطاها در محاسبات بارها بخصوص نیروهای جانبی از قبیل زلزله، در طول روند طراحی از دیگر پارامترهای مهمی است که در آن مقاومسازی ضروری میباشد.
مقاومسازی نیازمند استفاده از تکنولوژی‌های خاص و مصالح ساختمانی سازمان‌بندی شده میباشد.
گاهی اوقات تقویت لرزهای انواع فونداسیون‌ها به دلیل بارهای زلزله نیاز میباشد،که ممکن است به طور مستقیم باعث برخی از مشکلات برای فونداسیون یا علاوه بر این، پیدایش بارهای بالارونده و اضافی شود.
بر اساس ارزیابی‌هایی که بر روی سازه‌ها انجام می‌شود ضعف‌ها و کم و کاستی‌های آن تعیین می‌گردد.
به منظور اصلاح این ضعف‌ها و انجام مقاومسازی و بهسازی، استفاده از روش‌های مناسب ضروری است و در بیشتر اوقات برای تعیین روش‌های مقاومسازی در ساختمان محدودیت‌هایی وجود دارد که تأثیر عمده‌ای بر روش‌های انتخابی برای مقاومسازی می‌گذارند.
مجموعه این محدودیت‌ها را می‌تواند به‌صورت اهداف عملکردی ساختمان، محدودیت هزینه‌های اجرایی، محدودیت زمانی در امر مقاومسازی، محدودیت‌های معماری(پلان و نما) ضرورت فعال بودن ساختمان در حین مقاومسازی، پرهیز از ریسک در زمان مقاومسازی، لزوم حفظ آثار باستانی طبقه‌بندی نمود.
به همین دلیل انجام مقاومسازی ضروری است.
با توجه به نیاز سازه در ابتدا راهبرد مقاومسازی و بهسازی انتخاب و سپس راهکار متناسب با راهبردهای انتخاب شده بررسی و مطالعه شوند.
مقاومسازی به معنای بالا بردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده میباشد و چندی است که در کشور ما موردتوجه قرار گرفته است.
یکی از دلایل مقاومسازی، عمر ساختمان‌های موجود در کشور است که عمر بالای 10سال آنها نیاز به مقاومسازی را ایجاب می‌کند.
پی ساختمان یکی از اجزای مهم سازه به حساب می‌آید که مقاومسازی آن از اهمیت بالایی برخوردار است.
با توجه به هزینه‌های بالای بهسازی انواع فونداسیون ، همواره سعی شده است از روش‌هایی استفاده گردد که در آنها مقاومسازی فونداسیون نیاز نباشد ولی بهسازی آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر است.
مقاومسازی و بهسازی انواع فونداسیون به منظور جلوگیری از افزایش آسیب سازه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
در صورت وجود پی ضعیف، اعمال بارهای تصادفی پیش بینی نشده و کاهش ظرفیت باربری خاک مجاور پی به منظور ارتقاء عملکرد پی به لحاظ ایجاد ظرفیت باربری موردنیاز، کاهش نشست تا حد مجاز، روند مناسب تغییر شکل‌پذیری برای حفظ صلبیت و انعطاف‌پذیری توام مناسب، انجام میگیرد.
در این راستا برای مقاومسازی و بهسازی انواع فونداسیون زیر سازه ابتدا باید به بهسازی و تقویت خاک و پس از آن به بهسازی و مقاومسازی فونداسیون سازه پرداخت.
از این رو در این مطالعه راهکارها و تکنیک‌های بهسازی و مقاومسازی فونداسیون موردبررسی قرارگرفته است.
ملاحظات مقاومسازی و بهسازی فونداسیون:
در مقاومسازی فونداسیون‌ها، عواملی ازجمله شرایط پی، شرایط سازهای، شرایط ژئوتکنیک و شرایط بارگذاری، تأثیرگذار است.
برای مقاومسازی و بهسازی فونداسیون به یک سری اطلاعات برای تجزیه و تحلیل نیاز است.
دامنه تجزیه و تحلیل بستگی به بزرگی ساختمان، سن ساختمان، شرایط فونداسیون، تغییر کاربری و … دارد.
تجزیه و تحلیل شامل مواردی ازجمله بررسی پرونده ساخت و ساز و آرشیو نقشه‌ها و شرایط خاک، بررسی پی و دیواره‌های پی، گزارش خسارات، بررسی ترک‌ها، بررسی بصری و کاوش‌های زمینی، گزارش نشست و نشست وابسته به زمان، محاسبه بار پی (سیستم استاتیکی)، اندازه‌گیری سطح آب زیرزمینی و فشار آب حفرهای، میزان مقاوم سازی پی، اندازه‌گیری تنش و نوارهای تنش موجود، اندازه گیری ارتعاشات،کنترل کیفیت مواد میباشد.
- همچنین فونداسیون باید در شرایط زیر مورد ارزیابی قرار گیرد
- مناسب بودن لایه‌های خاک برای مقاومت در برابر روان‌گرایی
- پایداری منطقه احداث سازه مخصوصا برای ساختمان‌هایی که بر روی زمین شیبدار ساخته شده‌اند.
- حداکثر ظرفیت اجزای فونداسیون تحت اثر زلزله طرح
- مناسب بودن سازه اعضای مختلف فونداسیون مانند شالوده، سر شمع، شمع و …
- . تحقیق اسناد و بایگانی مدارک طراحی ساختمان برای تعیین شرایط خاک
- بررسی خاک‌ها با استفاده از نمونه‌گیری و آزمایش آنها، اندازه‌گیری سطح آب زیرزمینی و میزان فشار آب حفرهای
- برآورد ابعاد فونداسیون و شالوده دیوارها، در صورت لزوم بعضی از شالوده‌ها تحت گمانه زنی قرار گیرند، در این گمانه‌ها میزان زوال مصالح را بررسی کنند.
- بررسی گزارش نشست پی شامل شکل‌گیری ترک‌ها و کج شدن دیوارها، برآمدگی مناطق مجاور و مسیرهای افقی و قائم
روش‌های مقاومسازی و بهسازی فونداسیون‌ها:
بخشی از روش مقاومسازی فونداسیون‌ها، بستگی به ضرورت نوع تقویت، ویژگی فونداسیون موجود و شرایط زمین‌شناسی مهندسی منطقه‌ای که سازه در آن واقع است، دارد.
به خوبی مشخص است که طراحی مقاومسازی فونداسیون از طراحی ساختن یک سازه جدید، دشوارتر است.
روش‌های مقاومسازی فونداسیون‌ها، بر اساس نوع روش ساخت و نحوه اجرای آن به صورت زیر طبقه‌بندی شده است:
- افزایش ابعاد فونداسیون (ژاکت کردن)
- افزودن شناژ به فونداسیون موجود
- بهسازی فونداسیون با کابل‌های پیش تنیده
- مقاومسازی صفحه ستون
- مقاومسازی دالهای فونداسیون با تزریق سیمان در ترک‌ها
- جایگزینی جزیی دال فونداسیون زمانی که مصالح پی بیش از حد آسیب دیده باشند.
- نصب نوارهای تقویتی یا ژاکت کردن بدون گسترش بستر پی
- گسترش بستر فونداسیون (زمانیکه بار روی فونداسیون افزایش می‌یابد)
- مقاومسازی با شمع کوبیدنی(وقتی بار به مقدار قابل توجهی افزایش یافته و خاک زیر پی مطلوب باشد.)
- مقاومسازی توسط شمع درجا ریز (وقتی بار به صورت قابل توجهی افزایش یافته و لایه نازکی از خاک سست در بستر قرار داشته و شرایط کار برای بازسازی مشکل باشد.)
- تبدیل پی‌های ستونی به پی‌های نواری و پی‌های نواری به دال‌ها (زمانیکه تغییر شکل‌ها در بستر پی‌ها بسیار متغیر باشد و همچنین زمانی که تغییری در بارگذاری رخ می‌دهد، در این روش نصب تجهیزات اضافی ضروری میباشد.)
- مقاومسازی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)
- ایجاد ریز شمع در فونداسیون موجود
- افزایش مقاومت شمع‌های موجود
- احداث شمع‌های کششی
مقاوم سازی فونداسیون با افزایش ابعاد آن(ژاکت کردن):
پی‌های ساختمان‌های صنعتی و مسکونی ساخته شده در نیمه اول قرن بیستم معمولا با سنگ، خرده سنگ بنایی و آجر پخته می‌باشند.
در دوره‌ای از زمان این مصالح پی، قدرت خود را از دست داده و مستعد پذیرش آسیب ناشی از اثرات نامطلوب آب زیرزمینی، عوامل خوردنده، درجه حرارت و عوامل دیگر می‌شوند.
در این شرایط، مصالح موجود در مفاصل (درزها) آسیب می‌بینند.
برای جاکت کردن پی میبایست، از زیر لبه پی شروع و تا روی آن به صورت پیوسته ادامه یابد.
با این کار ابعاد پی افزایش یافته و تنش خاک بستر پی کاهش ظرفیت برشی خمشی پی به مراتب افزایش می‌یابد.
با استفاده از جداگرهایی مانند پلاستیک یا بتن مگر از تماس بتن با خاک و نفوذ شیره بتن در آن جلوگیری شود.
برای اتصال مناسب سطوح بتن جدید و قدیم، تمیز کردن سطح بتن قدیم از هر گونه گرد و خاک و آلاینده پیشنهاد می‌شود.
تزریق دوغاب سیمان برای بازگردانی و تقویت پی مورداستفاده قرار میگیرد.
این عمل معمولا با فشار دوغاب سیمان به طور یکسان به داخل حفره‌های پی از طریق لوله‌های تزریق تحت فشار 1-0.2 مگا پاسکال انجام میگیرد.
گاهی اوقات نیز از ژاکتهایی برای مقاومسازی استفاده می‌شود که از ملات ماسه درشت دانه ساخته شده‌اند.
این روش به صورت پاشش پنوماتیکی یا ریختن بتن به منظور ایجاد روکش مسلح کننده، انجام گیرد.
اگر عمل دوغاب ریزی بیش از حد مشکل باشد، فونداسیون می‌تواند توسط پوشش بتن قرار گرفته روی کل ارتفاع پی یا بخشی از آن مقاومسازی شود، وقتی ترک‌ها در قسمت پایینی پی ظاهر می‌شوند، با قرار دادن تیرهای بتنی طولی در زیر آنها، مقاومسازی صورت میگیرد.
علاوه بر این کل پی در یک پوشش بتنی یک نواخت با تیرهای فونداسیون ژاکت می‌شوند.
بهسازی فونداسیون با کابل‌های پیش تنیده:
یکی از راه کارهای بهسازی و افزایش ظرفیت خمشی و برشی فونداسیون، با اعمال نیروی پیش تنیدگی به فونداسیون میباشد.
معمولا وقتی افزایش عمق شالوده از بالا به دلیل حضور ستون‌ها ممکن نباشد، ظرفیت خمشی مثبت و منفی را می‌تواند با پیش تنیده کردن، در حفره‌های تعبیه شده سراسری در طول فونداسیون یا در بتن جدید روی وجوه آن افزایش داد.
نیروهای پیش تنیدگی فوق در دو وجه عمودی و افقی به فونداسیون اعمال می‌شوند.
نیروهای پیش تنیدگی قائم باعث افزایش ظرفیت برشی و نیروهای پیش تنیدگی افقی باعث افزایش ظرفیت برشی و خمشی به طور همزمان می‌شوند.
پیش تنیدگی افقی به وسیله کابل‌ها و مفتول‌های متداول و پیش تنیدگی قائم با استفاده از مصالح FRP صورت میگیرد.
استفاده از پیش تنیدگی در فونداسیون مزایای فراوانی ازجمله:
افزایش دوام بتن، کاهش ابعاد فونداسیون، کنترل ترک‌خوردگی در فونداسیون، باربری بیشتر عضو پیش تنیده با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی، کنترل خیز و تغییر شکل در فونداسیون، ایمنی بالاتر فونداسیون در زلزله، استفاده حداکثر و بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و کابل‌ها را به دنبال دارد.
مقاومسازی دالهای فونداسیون با تزریق سیمان در ترک‌ها:
تزریق در ترک‌ها روشی فراگیر و اقتصادی برای تعمیر ترک‌های برشی و ترک‌های برشی خمشی سازه‌های بتن آرمه آسیب دیده میباشد.
کارآمدی این روش به قابلیت مواد مورداستفاده(معمولا اپوکسی‌ها) جهت نفوذ در ترک‌های ریز بتن آسیب دیده که تحت فشار معینی صورت میگیرد، بستگی دارد.
این روش برای ترک‌های ریز (با پهنای کمتر از 0.1 میلیمتر)، متوسط (با پهنای کمتر از 3میلیمتر) و عریض(با پهنای حداکثر 5 -6 میلیمتر) می‌تواند استفاده شود.
برای ترک‌های عریض‌تر تا پهنای 20 میلیمتر، گروت سیمانی مادهای مناسب برای تزریق میباشد.
برای انجام این روش در ابتدا میبایست مواد شل خارج شوند.
همچنین جهت انجام عمل تزریق از نازل‌هایی استفاده می‌شود که فاصله نازل‌ها جهت تزریق توسط فاصله‌ای که اپوکسی قبل ازسخت شدن می‌تواند طی کند تعیین می‌شود.
آزمایش‌های خمشی انجام شده نشان می‌دهد که روند تعمیر نه تنها نمای نامناسب ترک را از بین می‌برد بلکه سختی و مقاومت عضو آسیب دیده را نیز باز می‌گرداند.
درواقع این روش، عملکرد لرزهای را به سازه باز می‌گرداند.
کیفیت و دوام در شرایط محیطی مصالح، نقش مهمی را بازی می‌کند.
مصالح چسبنده میبایست در ترک‌های سازه آسیب‌دیده نفوذ کنند و تمامی درزها را پرکنند.
در این روش تعمیر، تغییر و اصلاحی در پاسخ سازه اصلی ایجاد نمی‌شود.
مقاومسازی فونداسیون با تقویت و گسترش بستر فونداسیون:
مقاومسازی فونداسیون ممکن است با خالی کردن مقطعی از زیر آنها و توسعه بستر آنها و همچنین افزایش عمق آنها با زیربندسازی با عناصر ساختاری اضافی در زیر فونداسیون انجام گیرد.
در صورت عدم افزایش عمق زیر فونداسیون، مقاومسازی توسط زیر بندسازی فونداسیون با یک دال بتنی که در زیر بستر پی قرار میگیرد، انجام می‌پذیرد.
در این روش، خاک زیر فونداسیون در فواصل 1-2 متری حفاری و خاکبرداری شده و یک دال بتنی سخت در محل و یا یک دال بتنی پیش ساخته در گودال حفاری قرارداد می‌شود.
پس از فشرده‌سازی خاک زیر فونداسیون با جک‌ها، فضاهایی بین دال و بستر فونداسیون ایجاد می‌شود که توسط بتنی که به خوبی ویبره و یکنواخت شده است، پر می‌گردد.
مقاومسازی فونداسیون با تبدیل آنها به هم:
در مقاومسازی فونداسیون‌های ستونی، در برخی موارد لازم است که آنها به فونداسیون نواری تبدیل شوند و یا در مقاومسازی فونداسیون‌های نواری، در برخی موارد لازم است که آنها به دال‌هایی تبدیل شوند.
این روش‌ها زمانی مورداستفاده قرار می‌گیرند که خاک زیر پی دست خوش تغییر شکل‌های ناهموار قابل توجهی شود، اندازه بار و شرایط کاری پی تغییر کند و یا عوامل و شرایط دیگری که در آن باید استحکام فونداسیون به طور قابل توجهی افزایش یابد.
یک دیوار بتنی در قالب دال اتصال بین ستون‌های موجود برای تبدیل یک پی ستونی به یک پی نواری قرارداد می‌شود.
برای اطمینان از ارتباط بهتر بین دال اتصال و فونداسیون موجود، ناهمواری‌هایی در سطح فونداسیون موجود ایجاد کرده تا سطح بین فونداسیون و دال اتصال به طور مناسب‌تری جوش بخورد.
علاوه بر این، پی ستون را نیز با روش ژاکت کردن پوشش می‌دهیم. قسمت تحتانی دال اتصال به منظور افزایش باربری با پهنای بیشتری ایجاد می‌گردد.
مقاومسازی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP):
مقاومسازی اجزای بتنی با استفاده از FRP یکی از راه‌های نوین مقاومسازی است که جایگزین روش‌های قدیمی مانند زره‌پوش کردن فولادی یا بتنی شده است.
FRP نوعی کامپوزیت پلیمری است که از دو بخش متمایز الیاف و ماتریس تشکیل شده و به عنوان مصالحی مؤثر برای مقاومسازی سازه‌های در معرض خطرات لرزهای به صورت گسترده‌ای موردتوجه قرارگرفته است.
مصالح FRP می‌توانند به منظور تقویت سازه‌ها برای تحمل بارهای افزایش یافته به سبب تغییر در کاربری یا جبران خطاهای طراحی و اجرا به کار روند.
قبل از انتخاب نوع FRP باید ارزیابی شود که آیا استفاده از FRP روش مناسبی برای مقاومسازی سازه موردنظر است یا خیر.
برای استفاده از FRP در پروژه‌های خاص، لازم است وضعیت موجود سازه در ارتباط با ظرفیت باربری، شناسایی نواقص و عوامل آنها و شرایط سطوح بتن، ارزیابی شود.
توصیه می‌شود افزایش ظرفیت باربری اعضا تقویت شده با استفاده از FRP محدود شود، به این دلیل که کاهش تأثیر یا از بین رفتن FRP به گسیختگی عضو تحت اثر بارهای ثقلی، منجر نشود.
مقاومسازی فونداسیون توسط شمع‌ها
شمع‌ها در شرایط بسیار پیچیده برای تقویت فونداسیون‌های سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در این روش بار ساختمان توسط شمع‌ها بر روی خاک محکم که در عمق بیشتری قرارگرفته، منتقل می‌شود.
این روش در شرایطی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد بسیار کاربرد دارد.
فونداسیون‌های نواری با نصب شمع‌های حامل در دو طرف پی و یا در یک طرف آن که ممکن است بسته به بار موجود در یک یا دو ردیف قرار گیرند، تقویت می‌شوند.
شمع‌ها در دو طرف مقابل هم در بستر پی و یا در اطراف آن با آرایش منظم، قرار می‌گیرند.
طول شمع‌ها بر اساس مشخصات خاک، بار روی فونداسیون و سطح مقطع شمع تعیین می‌شود.
در صورت وجود بارهای زیاد، لازم است شمع‌ها در دو ردیف کوبیده شوند که این عمل ممکن است با اضافه کردن یک مقطع اضافی در بستر فونداسیون انجام گیرد.
مقاومسازی فونداسیون با استفاده از ریز شمع‌ها:
ریز شمع به شمع‌هایی با قطر کوچک (کمتر از 300 میلیمتر) اطلاق می‌گردد که غالبا با تسلیح فولادی سبک و تزریق فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می‌باشند.
ریز شمع‌ها علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل می‌کند، به دلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی(مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز می‌گردد.
به طور کلی کاربرد ریز شمع‌ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش “استفاده در بستر پی سازه‌ها” و ”اصلاح و بهسازی بر جای خاک” میباشد.
در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط U.S.FHWA (دستورالعمل طرح و اجرای ریز شمع‌ها در اداره بزرگ‌راه‌های ایالات متحده)، به عنوان مرجع قابل قبول و مورداستفاده طراحان و پیمان‌کاران اجرای ریز شمع میباشد.
مراحل اجرای ریز شمع‌ها به ترتیب حفاری، لوله‌کوبی، تزریق، تسلیح و نصب میباشد.
احداث شمع‌های کششی:
به منظور مقابله با نیروی کششی بلند کننده فونداسیون می‌توان از شمع‌های کششی در مجاورت فونداسیون موجود استفاده نمود.
باید توجه داشت که حالت‌های بلند‌شدگی فونداسیون گسترده یا فونداسیون روی شمع معمولا حالت بحرانی برای سازه ایجاد نمی‌کند و در عمل، بلند‌شدگی سازه در اثر لنگر واژگونی آسیبی به ستون و فونداسیون وارد نمی‌کند ولی اگر در اثر تغییر مکان‌های ناشی از لنگر واژگونی شکست فونداسیون و یا واژگونی سازه قابل پیش‌بینی باشد در آن هنگام مبحث مقاومسازی مطرح است.
در این روش در دو سمت فونداسیون شمع‌های جدید احداث می‌شود و سپس قطعه‌ای به عنوان رابط بین شمع‌ها و بر روی فونداسیون موجود اجرا می‌گردد.
مقاومسازی و ترمیم فونداسیون در برابر نشست:
برای ترمیم نشست روش‌های بسیار متداول استفاده از بالا بردن پی و یا مخلوط ماسه سیمان وجود دارد.
برای استفاده از لایه باربری موجود بدون تغییر در بعضی حالت‌ها ممکن است شمع جدید استفاده شود که بستگی به وضعیت زمین دارد.
روش بالا بردن برای ترمیم نشست پی که در آن ساختمان‌ها را بلند میکنند، متداول‌ترین و مورد استفاده‌ترین روش برای ترمیم نشست ساختمان‌ها میباشد و ممکن است به چندین گروه طبقه‌بندی شود که بستگی به اندازه ساختمان، وضعیت مکان و خسارات واقعی دارد.
این روش مستلزم بالا بردن قسمتی از یک ساختمان یا تمام ساختمان با استفاده از جک میباشد.
در این روش معمولا از جک هیدرولیکی استفاده می‌شود.
جک باید ظرفیت 2 تا 3 برابر بار ساختمان را به ساختمان وارد کند.
برای بالا بردن ساختمان نیاز به نیروی عکسالعمل را از طریق خود پی ایجاد کرد و جک را طوری قرارداد تا این نیرو تامین شود (برای زمانی است که بخواهیم آسان و به سرعت نشست را ترمیم کنیم و برای ساختمان با اندازه‌های کوچک با تخریب کم مورداستفاده قرار میگیرد).
یک جک مکانیکی برای تامین نیروی عکسالعمل استفاده شود (برای زمانی مفید است که خاک اطراف ساختمان مقاوم باشد و بازنشست کمی داشته باشد).
برای تامین نیروی عکسالعمل یک شمع جدید در زمین قرار داده می‌شود (وقتی استفاده می‌شود که نیروی عکس العمل نتواند از پی موجود و یا زمین تامین گردد و یا اینکه بخواهیم جلوی نشست را در آینده به طور کامل بگیریم).
استفاده از روش‌هایی مانند تزریق گروت به زمین برای بالا بردن پی‌های سطحی دارای اطمینان کمی میباشد اگرچه ممکن است برای حالت‌هایی که ترمیم سریع و ساده موردنیاز باشد مناسب باشد.
روش گروت به طور عمده به دو نوع طبقه‌بندی می‌شود.
در روش اول گروت را به اطراف پی تزریق میکنند.
در روش دوم گروت را به صورت جامد در نشست‌های نامساوی جاگذاری میکنند.
برای ترمیم بهتر پی روش بهتر و مناسب‌تر این است که تزریق گروت در زیر پی یا اطراف شمع انجام شود.
برای ترمیم نشست‌های نامساوی روش دوم مناسب‌تر است.
امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد
نویسنده : سیدعلی منتظری
منبع : بخش مقالات تخصصی سایت استوارسازان
ممنون از مطالب ارائه شده . عالی بود
متشکرم از لطف شما
باسلام یه سوال دارم ممنون میشم اگه راهنماییم کنید
ساکن خوزستانم .میخاهم شروع به پی کنی زمینم برای سنگ چینی وسپس شناژبندی هستم
برخی دوستان ارماتوربند گفتن سنگ چینی اصلا نکن وشناژبندی رو مستقیم در دل زمین قراربده که هزینه ت کمتربشه
مثلا توسنگ چینی تقریبا۷میلیون فقط و فقط هزینه خوسنگ میشه(بدون سیمان و ماسه اش)
بنظرتون حذف سنگ چینی کاردرست وعلمی هست یانه؟.ممنون میشم جواب رو برام ایمیل کنید
ممنون از سایت استوارسازان
عزیزید، قربان شما.
عزیزید
خیلی مقاله خوب و جامعی بود با تشکر
سپاسگزارم نطر لطف شماست
بسیار عالی و جامع بود.
باعث افتخاره که این مقاله رضایت شمارا جلب کرد…