طراحی فونداسیون

مقدمه ای بر مهندسی پی

 پروژه های عمرانی، متشکل از دو قسمت روسازه و زیرسازه می باشند. زیرسازه غالبا به بخشی اطلاق می شود که در تماس با خاک و در روند انتقال مستقیم بار روسازه به خاک بستر یا اطراف مشارکت دارد. انتقال بار از روسازه به زمین توسط عضوی به نام بی انجام می شود. نقش پی یا فونداسیون به عنوان یک قسمت انتقالی در ابنيه، قابل تحمل نمودن تنش های نسبتا بزرگ موجود در اجزای زیرین سازه از قبیل ستون، پایه و یا دیوار برای خاک است. خاکها و مصالح طبیعی موجود در سطح زمین در مقایسه با اجزای روسازه از قبیل مصالح ساختمانی متداول، مانند بتن و فولاد، مقاومت و توان باربری نسبتا پایینی دارند. (توان باربری و یا اصطلاحا مقاومت فشاری یا لهیدگی خاکهای متعارف در حدود 0/5 تا  5 kg/cm2در نظر گرفته می شود).

بنا به تعریف فوق لايه روسازی راهها و باند فرودگاه ها و صفحه زیر ستون های فولادی را می توان در زمره پی ها درنظر گرفت. مهندسی پی ، هنر به کارگیری علوم سازه، ژئوتکنیک و قضاوت مهندسی در رابطه با تحلیل، طراحی و اجرای پی بوده به نحوی که با رعایت اصول فنی، اجرایی، پایداری و اقتصادی، نهایتا سیستم پی بهینه ای حاصل گردد. جهت تحقق يافتن اهداف فوق، مهندس پی باید احساس و ادرک مناسبی از رفتار و عملکرد متقابل و به عبارتی دیگر، اندرکنش خاک و سنگ بستر و نیز شرایط روسازه داشته باشد. از ملزومات اساسی آنالیز و طراحی پی میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

1- تعيين توان باربری (ارزیابی مقاومت خاک وسنگ)

۲- برآورد تغییرات حجمی و فشردگی بستر بر اثر بارگذاری (تخمین میزان نشست خاک)،

۳- طراحی سازه ای و یا طراحی داخلی،

4- کنترل پایداری و طراحی خارجی

۵- جنبه های اجرایی و اقتصادی (طراحی بهینه).

که در دو گام اول هندسه پی در پلان و عمق استقرار آن تعیین گردیده و سپس طراحی سازهای ویا طراحی داخلی براساس تنش های داخلی براثر نیروهای خارجی وارد بر عنصر مهندسی پی طراحی و اجرا ابی صورت می گیرد که شامل انتخاب مصالح، تعیین ضخامت پی و در صورت لزوم چگونگی مسلح نمودن آن می باشد تقسیم بندی پی ها به لحاظ عمق استقرار و چگونگی ساخت، موارد زیر را شامل می شود

  • پی های سطحی
  • پی سطحی + بهسازی
  • پی های نیمه عمیق یا پی های چاهی
  • پی های عمیق

برای پی های سطحی، عمق استقرار Dr معمولا از عرض پی B کوچکتر است (Dr≤B) و از رایج ترین پی ها برای ساخت ابنیه در خاکهای معمول است. در صورت ضعیف ویا مسئله دار بودن لایه های سطحی و یا افزایش بارگذاری می توان برای پی سازی وضعیت خاک سطحی را بهسازی و تثبیت نموده تا با افزایش توان باربری و کاهش قابلیت فشردگی بستر بتوان از پی های سطحی استفاده نمود، پی های نیمه عمیق، جهت انتقال بهتر بار و عبور از لایه های نرم و شل سطحی در محدوده B تا 4B مستقر شده، که برخی مراجع، محدوده عمق استقرار تا 10B را نیز جزو پی های نیمه عمیق محسوب می کنند و بالاخره پی های عمیق برای تحمل وانتقال، بارهای سنگین و شرایط بستر مشکل دار و نیز تامین پایداری، به کار گرفته شده و عمق استقرارشان بیش از ده برابر عرض آنها می باشد ( Df >10B ). پی های سطحی با عکس العمل قائم کف، بارهای قائم را تحمل می نمایند، در حالی که پی های نیمه عمیق و عمیق با عملکرد توأم عكس العمل های قائم كف و اصطکاک جداری بارها را تحمل می نمایند. شکل ۱-۸ مقاطع سیستم های مختلف پی سازی ونیز عملکرد آنها را در مقابل بار قائم نشان می دهد.

 

پی های سطحی

پی های سطحی از متداول ترین پی ها به خصوص برای پروژه های ساختمان ها و دیوارها است. اغلب عمق استقرار آنها کمتر از عرضشان است. حداقل عرض، ضخامت و عمق استقرار آنها به ترتيب 40 cm و 15 و 30 cm است. این پی ها پس از گود برداری و پی کنی و برداشتن خاکهای نباتی، ضمن عبور از عمق یخبندان و لایه های نامناسب سطحی و در پاره ای موارد با حفاری بیشتر جهت احداث طبقاتی در زیرزمین، اجرا می شوند و به لحاظ آنالیز و طراحی سازه ای شامل پی های منفرد ، نواری و تیرهای متکی بر زمین می شوند که مقاطع مختلف سازه ای آن ها در شکل 1-9 نشان داده شده است.

 

با ملاحظات سازه ای – اجرایی سیستم های زیر را برای پی های سطحی متداول می باشد:

  • پی های منفرد
  • پی های مرکب
  • پی های پیوسته و نواری
  • پی های شبکه ای
  • پی های گسترده

پی منفرد، بار یک ستون را تحمل نموده و ساده ترین، معمول ترین و عمدتا کم هزینه ترین نوع پی است. در پلان به شکل های مربع، مستطیل و یا دایره بوده که انتخاب شکل تا حدودی بستگی به مقطع ستون و همچنین نوع بارهای وارده اعم از محوری، لنگر در یک و یا دو جهت دارد. از دیدگاه ضخامت یا مقطع قائم، پی های منفرد و یا تک ممکن است به صورت ثابت، پله ای و یا شیبدار باشند. این پی ها از مصالح بنایی، بتنی وزنی و یا بتن مسلح در داخل و یا روی زمین ساخته می شوند. در صورت مسلح نمودن پی های منفرد غالبا در آنها از یک سفره میلگرد مستقر در قسمت زیرین پی استفاده میشود. شکل ۱-۱۰، انواع پی های منفرد و نحوه اجرای آنها را نشان میدهد.

 

پی مرکب، بار بیش از یک ستون را تحمل می کند و با افزایش تعداد ستون ها متکی بر پی به پی های مرکب دو ستونی، سه ستونی و در نهایت به پیهای نواری منجر می شود که طول آنها چندین برابر عرضشان می باشد. پیمای مرکب دو ستونی در پلان عموما به شكل مستطیلی بوده، اگر چه پلانهای ذوزنقه ای، باسکولی، Tشکل، حفره ای وتیری برای پی دو یا سه ستونی نیز مرسوم است. میلگرد گذاری پی های مرکب و نواری معمولا در راستای طولی در بالا و پایین صورت گرفته و در جهت عرضی در حوالی ستون ها نیز میلگرد به کار گرفته می شود. در این نوع پی ها استفاده از حداقل میلگردهای برشی اسمی و یا خاموت نیز توسط برخی از آیین نامه ها توصیه شده است.

در شکل ۱-۱۱ چند نمونه از پی های مرکب دو ستونی و نواری نشان داده شده است، پیهای نواری پیوسته معمولا بار حاصل از دیوارهای جداکننده و یا باربر را تحمل می کنند و نسبت طول این پی ها به عرض آنها قابل توجه است. این پی ها ممکن است با مصالح بنایی، بتن وزنی و یا بتن مسلح اجرا شوند. در صورت مسلح نمودن این پی ها، میلگردهای اصلی در جهت عرضی (بعد کوچکتر) قرار گرفته و میلگردهای طولی معمولا نقش فرعی را دارند و به منظور مقابله با تغییر شکل های مربوط به نشست، تورم و حرارتی استفاده می شوند. برای افزایش صلبیت آنها در مقابله با نشست غیر یکنواخت می توان آنها را در مقطع عرضی به صورت T شكل عادی و یا معکوس اجرا کرد. درشکل ۱-۱۱، دو مورد از پی های نواری مرکب و پیوسته نشان داده شده است. پیهای شبکه ای متشكل از پی های نواری متعامد طولی و عرضی هستند. این پی ها جهت اتصال نوارهای یکطرفه و انتقال مناسب تر بارها در دو جهت برای تحمل بارهای سنگین تر و تعدیل نشست های غیر یکنواخت بویژه در زمین های سست وشل به کار گرفته می شوند.

 در صورت اجرای پروژه های بزرگتر و سنگین تر بر روی زمین های با مقاومت کمتر و یا با وجود تفاوت قابل ملاحظه بار دیوارها و ستونهای مجاور، جهت حصول عكس العمل ایکنواخت و به حداقل رساندن نشست های غیر یکنواخت، مقابله با عوارض موضعی و نقاط ضعف موردی در خاک بستر، هنگامی که استفاده از پی های منفرد و يا نواری میسر نبوده و یا بخش عمده زمین زیربنا توسط پیهای منفرد، نواری و یا شبکه ای اشغال شود، تمام محدوده زیر بنا به ساخت پی اختصاص داده شده و تمامی بارهای دیوارها و ستونها توسط یک دال یکپارچه تحمل می شود. به این سیستم، پی گسترده و یا به اصطلاح فرانسوی راديه جنرال گفته می شود و معمولا در صورت نیاز دو سفره میلگرد در پایین و بالای پی در دو جهت طولی و عرضی در آن به کار گرفته می شود. پی گسترده نیز به شکلهای مختلف در پلان و مقطع اجرا شده که یک نوع آن در شکل ۱-۱۲، دیده می شود.

بهسازی به عنوان مکمل پی سازی

بهسازی خاک شامل تکنیکها و روشهای مختلف تغيير خصوصیات خاک بوده که نهایتا به افزایش مقاومت، کاهش تغییرات حجمی و تأمین رفتار خاصی از خاک منجر می شود. خاکهای نرم و شل دارای پایداری حجمی پایین و مقاومت کمی بوده و ممکن است متشکل از ماسه و لای شل، رس های نرم و متوسط اشباع، رس های حساس، برخی خاك های آلی، خاک های انبساطی و خاک های انهدامی یا فرو ریزشی، برخی خاکریزها و یا ترکیبی از مصالح فوق باشند. جهت تغيير خصوصیات و تثبیت خاکهای مسئله دار می توان از تکنیک ها و روشهای کلی چون برداشت و جایگزینی، متراکم سازی سطحی و عمیق، استفاده از مواد افزودنی زهکشی و پیش بارگذاری، مسلح سازی شامل استفاده از میخ کوبی، صفحات طبیعی و مصنوعی و ریزشمعها، تزریق، روشهای حرارتی و انفجار را نام برد که در فصل هشتم، جزئیات مربوط به آنها تشریح می شود. اکثر روشهای بهسازی در مورد خاکهای مسئله دار جهت تعدیل نشست و افزایش توان باربری کارایی دارد، به کارگیری یک روش خاص بستگی به عوامل اقتصادی، کارایی در خاک موجود، دسترسی به تجهیزات و مصالح و مهارتها وعواقب زیست محیطی دارد. ذکر این نکته ضروری است که اگر چه در تحمل بارهای استاتیکی می توان به نحوی از خاکهای معمول و روشهای متداول پی سازی استفاده نمود، ولی با تحمیل بارهای ناشی از زلزله و ارتعاش ماشین آلات، مانند توربینها و ماشینهای سنگین صنعتی بر سازهها، معضلات ژئوتکنیکی بستر اعم از کاهش توان باربری، وقوع نشستهای غیر یکنواخت و حتی عدم امکان تحمل بارهای استاتیکی روسازه در لحظاتی خاص بر اثر اعمال بارهای دینامیکی موجب صدمات جبران ناپذیری خواهد شد. جهت پیشگیری، اقدامات بهسازی نتایج مؤثری به دنبال خواهد داشت (اسلامی، ۱۳۸۱).

 

پیهای عمیق

عمق استقرار این نوع پی ها در مقایسه با دیگر ابعاد آن در پلان، به مراتب بزرگتر است. از این نوع پی ها برای عبور از لایه های سطحی ضعیف و مسئله دار (از قبيل معضلات نشست پذیری، تورم زایی و فروریزشی)، مصونیت در مقابل آبشستگی، تحمل نیروهای جانبی و کششی بزرگ، مقابله با آثار حفاری های آتی در مجاورت ابنیه موجود، تراکم لایه های ضعیف در عمق، حذف مشکلات اجرایی پی سازی سطحی در شرایط بالا بودن سطح آب زیرزمینی و همچنین تامین پایداری در مقابل بارهای جانبی سازه های بلند استفاده می شود. پی های عمیق بارهای وارده را علاوه بر عکس العمل کف که مشابه عملکرد پیهای سطحی است، با عکس العمل جداري (اصطکاکی) نیز تحمل می نمایند. دو دسته عمده پیهای عمیق سیستم های لاغر متداول یا شمع و سیستم قطورتر و یا پایه های عمیق یا كیسون می باشد. روش های مختلفی برای اجرای پیهای عمیق مطرح است. شمع های کوبیدنی از نوع چوبی، بتنی و یا فولادی که از طریق انواع چکش ها، جکها و ویبراتورهای کوبنده، به زمین رانده می شوند. شمع ها و پایه های درجا توسط حفاری چاه و یا گمانه و سپس ریختن مصالح بنایی، بتنی وزنی و یا مسلح و یا استقرار مقاطع پیش ساخته در مجاری حفاری شده اجرا می گردند. شمع های کوبیدنی درجا نیز شامل مواردی می شوند که ابتدا یک پوسته و یا غلاف به زمین رانده می شود و سپس داخل آن با بتن پر می گردد. پوسته و یا غلاف پس از بتن ریزی در محل باقی مانده و یا بیرون کشیده می شود، شکل ۱-۱۳، چند نمونه از پی های عمیق را نشان میدهد. شمعها عمدتا بصورت گروهی که با یک کلاهک بتنی یکپارچه می شوند مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین پیهای رادیه مركب، تلفیقی از پی گسترده و تعدادی از عناصر پی عمیق بوده که سیستم مرکبی را بوجود آورده تا در باربری، کنترل نشست اعم از یکنواخت و غیریکنواخت و نیز تامین پایداری مشارکت بعمل آمده و فونداسیون مركب علاوه بر برطرف نمودن معضلات پی رادیه و با لحاظ عملکرد گروه شمع از عملکرد سیستم مرکب بصورت بهینه استفاده نمود.

نوشتن دیدگاه


شرکت مقاوم سازان مینو با بیش از 10 سال سابقه اجرای ژئوسنتتیک ها در زمینه های مختلف از جمله کشاورزی، صنعت و معدن، گودهای ساختمانی و... در تمامی نقاط کشور ... بیشتر بدانید

ساعت کاری

شنبه تا

پنج شنبه

08:00 صبح  الی

15:00 بعد از ظهر

جمعه   تعطیل

 

نماد اعتماد الکترونیکی

Please publish modules in offcanvas position.