با توجه به پیشرفتهای تکنولوژیکی و امکان اجرای انواع سازه های زیرزمینی مانند تونلها و ... از یکسو و از سوی دیگر نیاز به احداث طبقات زیرین برای ساختمانها در شهرهای بزرگ، امروزه آب بندی سازه های زیرزمینی از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است.انتخاب یک سیستم آب بندی کارا و موثر در سازه های زیرزمینی تابع عوامل متعددی است که نقصان آگاهی بعضا در پروژه ها باعث مختل شدن عملکرد تأسیسات مکانیکی ساختمان و وارد آمدن آسیب جدی به تأسیسات برقی و مکانیکی سازههای زیرزمینی می گردد. آب بندی سازه های زیرزمینی را به روشهای مختلفی می توان تقسیم بندی نمود:
زمان آب بندی (آب بندی در حین ساخت و آب بندی ترمیمی)
آب بندی ترمیمی به نوعی از آب بندی اطلاق می شود که موضوع آن پس از پایان عملیات اجرایی و در حین بهره برداری و پس از مشاهده نشت آب به داخل سازه در دستور کار قرار می گیرد. به طور کلی در مواردی که آب بندی ترمیمی انجام می گیرد، میزانی از "عدم قطعیت" در بازدهی روشهای آب بندی وجود داشته و معمولا نیاز به چند مرحله عملیات اجرایی برای دستیابی به آب بندی مناسب می باشد. همچنین هزینه های آب بندی ترمیمی معمولا حدود 5 تا 10 برابر بیشتر از آب بندی در حین اجراست.
هزینه آب بندی حین ساخت حدود 0/5% تا 1% هزینه های پروژه
هزینه آب بندی ترمیمی حدود 3% تا 10% هزینه های پروژه
بنابراین پیش بینی احتمال نشت آب به داخل سازه و اجرای عملیات آب بندی در حین ساخت بر اساس طرح آب بندی نقش بسیار مهمی در کیفیت بهره برداری سازه و کاهش هزینه های پروژه خواهد داشت. استفاده از طرح مهندسی مناسب که توسط طراح باتجربه ارائه میشود، منجر به بهینه سازی پروژه خواهد شد.
روش های آب بندی در حین ساخت
روش جلوگیری از نفوذ آب به سیستم
در مورد روش های آب بندی و محصولات آن به تفضیل صحبت شده است. نکته مهم در این مورد این است که حتما در آب بندی دیوار حائل از یکی از روش های ذکر شده استفاده شود. در غیر این صورت روش های جلوگیری از نفوذ آب به تنهایی اثرگذار نبوده و هیچ تضمینی برای دوام آن در کل دوره بهره برداری سازه وجود ندارد.
در آب بندی دیوارهای حائل باید از تماس آب زیر زمینی با بدنه دیواره تا حد امکان جلوگیری به عمل آورد. این کار توسط ژئوممبرین ها صورت می گیرد. همچنین آب جمع شده در پشت دیوارها، باید توسط ژئوسنتتیک های دیگری از قبیل ژئوتکستایل ها زهکشی شود. ضرورت قرار دادن همزمان زهکش ها و ژئوممبرین ها آن است که هیچ یک از این دو به تنهایی کافی نبوده و نمی توانند به طور کامل دیوار را آب بند نمایند. زیرا در صورتی که از ژئوممبرین به تنهایی استفاده شود، فشار هیدروستاتیک پشت آن آن قدر بالا می رود که ژئوممبرین نمی تواند آن را تحمل نماید. در صورتی که از زهکش به تنهایی استفاده شود، هیچ گاه سطح آب به زیر دیوار نمی رسد و بنابراین دیوار در مجاورت آب قرار می گیرد.
نکته مهم در استفاده از ژئوسنتیک ها، این است که باید بعد از نصب آنها از عملکرد یکپارچه آن ها و همچنین جوش مناسب میان قطعات آن اطمینان حاصل نمود. این کار باید تست فشار آب پشت ژئوسنتتیک استفاده می شود.
قرار دادن زهکش های ژئوتکستایل در پشت دیوار حائل
آب اضافی زهکشی شده توسط ژئوتکستایل ها در چاهی که به آن سپتیک تانک (مخزن تخلیه) گویند، حمل می شود. در آن جا با کمک پمپی آب به بیرون منتقل می شود.
در عمل از تکنیک دیگری برای جلوگیری از رسیدن آب پشت دیواره به دیوار حائل نیز استفاده می کنند. یکی از این تکنیک ها استفاده از چاه های تخلیه است. در این حالت در اطراف دیوار حائل، چندین حلقه چاه ایجاد می شود به طوری که سطح آن ها پایینتر از سطح آب زیرزمینی باشد. سپس آب جمع شده در آن توسط پمپ هایی تخلیه می گردد. در صورتی که این کار همراه با ثبت داده های پمپ و عمق آب زیرزمینی باشد، می توان از آن داده ها برای بهینه کردن طراحی سیستم آب بندی دیوار حائل نیز استفاده نمود
هدف از آب بندی (ایجاد مخزن یا جلوگیری از نشت)
معمولا دو هدف متفاوت برای آب بندی مد نظر طراح قرار می گیرد. در صورتیکه ایجاد یک مخزن برای نگهداری مایعات مورد نظر باشد (مانند ساخت یک استخر در طبقه زیرین ساختمان)، با روشها و محصولات کم هزینه تری می توان نسبت به آب بندی اقدام نمود. در این شرایط عبور میزان کمی از آب (یا سایز مایعات) از لایه آب بند، می تواند بلامانع باشد. اما هدف دیگر آب بندی که معمولا مد نظر است، جلوگیری از نشت آب به داخل سازه (مانند یک کتابخانه زیرزمینی) است. در این حالت برای بهره برداری از سازه نیاز به ایجاد محیطی خشک (و یا تقریبا خشک) وجود دارد. البته در چنین شرایطی نیز، آیین نامه های مربوط به آب بندی به منظور صرفه¬جویی در هزینه ها و بر حسب اهمیت سازه، ممکن است اجازه عبور میزان بسیار کمی از آب از لایه آب بند را بدهند. واضح است که این نوع آب بندی با استفاده از روشها و یا محصولات با کیفیت و هزینه بالاتر انجام خواهد شد.
روشهای مختلف آب بندی
روشهای مختلف آب بندی به طور کلی شامل موارد زیر هستند که ممکن است ترکیبی از آنها برای آب بند نمودن هر پروژه استفاده گردد.
- زهکشی
- استفاده از محصولات ژئوسنتتیک (GCL، PVC و انواع ژئوممبرین شامل HDPE، LLDPE و VLDPE): امروزه این محصولات بیشترین نقش را در طراحی و اجرای مهندسی آب بندی پروژه ها دارند، چنانچه 300 میلیون متر مربع GCL و 100 میلیون متر مربع ژئوممبرین مصرف سالیانه جهانی آنهاست.
- استفاده از بتن آب بند
- استفاده از پرده آب بند (روشهای تزریق، انجماد خاک، سپر کوبی، اختلاط عمیق و ....)
- درزبندی (صرفا برای آب بندی ترمیمی)
- روشهای سطحی (صرفا برای آب بندی ترمیمی)
اصول آب بندی سازه های تراز منفی :
با توجه به موارد گفته شده در پیش ، بهترین و اطمینان بخش ترین روش حفاظت و آب بند نمودن بتن و ساختمان ، به کارگیری تدابیر در زمان ساخت می باشد. در حال حاضر به طور کلی سه روش ذیل برای تحقق آب بند سازی در حین ساخت وجود دارد .
- طراحی و اجرای سیستم زهکشی
- استفاده از سیستم های ژئوسنتتیک ( ژئوممبرین و ژئوتکستایل یا GCL )
- اجرای بتن آب بند و نفوذناپذیر ، در کنار تمهیدات اجرایی
در اینجا سعی می شود به برخی جزئیات اجرایی و معایب و مزایای هر یک از سیستم های فوق الذکر پرداخته شود.
طراحی و اجرای سیستم زهکش :
در این روش ، بسته به شرایط محلی ، دسترسی ها به سیستم دفع فاضلاب ، نقشه و جانمایی سازه یا ساختمان ، با حفاری چاه های عمودی و افقی و تعبیه لوله های زهکش و لترال ، آب منطقه به بخشی از محل هدایت شده و از آنجا به دورن فاضلاب شهری یا مکان مقتصی پمپاژ می گردد.
پر واضح است که این روش ، سیستمی غیر ایمن بوده و از این رو در اکثر پروژه ها به عنوان روشی موقت و یا پوششی و تکمیلی در کنار سایر روش ها به کار می رود. چرا احتمال گرفتی لوله های انتقال به مرور زمان و یا خراب شدن پمپ های پمپاژ می تواند منجر به مختل شدن فرآیند و نفوذ آب به درون سازه گردد.
لذا سیستم زهکش می تواند روشی بهینه در کنار دو روش بعدی و همچنین برای پایین آوردن و کنترل آب برای اجرای سازه ها و فراهم کردن شرایط اجرای خاکبرداری و بتن ریزی باشد.
ژئوسنتتیک ( ژئوممبرین و ژئوتکستایل یا GCL ):
در این سیستم ، پس از اتمام عملیات خاکبرداری ، با اجرای ورق های ژئوممبرین پی وی سی یا پلی اتیلن به ضخمات 1.5 یا دو میلیمتر و دو لایه ژئوتکستایل در طرفین برای محافظت از آن در طرفین ، گود ایجاد شده به صورت کاسه آب بند و نفوذ ناپذیر می گردد. در این سیستم باید توجه ویژه ای به جوش ورق ها صورت پذیرد تا اطمینان خاطر از عملکرد نفوذ ناپذیری گود حاصل شود.
آنچه باید در این جا مورد توجه ویژه ای قرار گیرد ، مشکل رایج در سیستم ژئوسنتتیک ها ، یعنی احتمال سوراخ شدگی ورق در حین اجرا براثر عملیات اجرایی به صورت سهوی و یا عمدی، می باشد. چرا که در این شرایط با نفوذ آب درون گود و کاسه ژئوممبرین ، عملا کارکرد کل سیستم مختل و بلا اثر می شود.
نکته پر اهیمت این امر در این شرایط ، زمانی است که این روش به تنهایی انجام می شود و عملا به اطمینان از این روش ، اجرای سازه بدون لحاظ تمهیدات آب بندی خاصی صورت پذیرفته و هیچ گونه پیش گیری برای آب بندی سازه دیده و اجرا نشده و عملا با نفوذ آب به درون کاسه ژئوممبرین، آب به راحتی از نقاط مختلف به درون سازه وارد می گردد.
با توجه به احتمال بالای این آسیب دیدگی در حین ساخت از یک سو و عدم دسترسی پس سیستم ئوسنتتیک اجرا شده پس از ساخت ساختمان به منظور ترمیم نقاط آسیب دیده ، بسیاری از کارشناسان و کارفرمایان به این نتیجه رسیده اند که این سیستم به تنهایی دارای ریسک بالایی بوده و می بایست به همراه این روش از تمهیدات بتن آب بند ( روش سوم ) نیز به صورت توامان استفاده نمود.
از دیگر معایب این سیستم می توان به هزینه بالاتر آن نسبت به سایر روش ها اشاره کرد که با توجه به ریسک ذکر شده در بالا که می تواند کل عملیات را با تردید مواجه کند ، استفاده از این روش به تنهایی با تردید هایی روبرو می باشد.
آب بند نمودن سازه به روش اجرای بتن آب بند و نفوذ ناپذیر :
در سیستم آب بندی سازه های بتنی ، دو مبحث در دستور کار قرار دارد. مبحث اول اجرای بتن آب بند و مبحث دوم آب بندی درزهای های اجرای بین مراحل مختلف کار ، درزهای فونداسیون و دیوار ، ستون و تیر با دیوار ( در استراکچرهای فلزی ) ، آب بندی دیوار با تیر و سقف و ... می باشد. در این راستا دو بخش به صورت مجزا شرح داده می شود.
1. بخش نخست ، به کارگیری تمهیدات جهت نفوذ ناپذیری حداکثری جسم بتن :
با توجه به اینکه بتن محصولی نا همگن می باشد ، بررسی آن ( حتی بتن های با مقاومت بالا ) زیر میکروسکوپ مشخص می نماید که بتن دارای حفرات موئینه کوچک و بزرگ می باشد که باعث نفوذ آب و مایعات درون آن می شود. با این وجود به طور معمول این حفرات در بتن های با کیفیت ، باعث نشت آب ، به خصوص در کوتاه مدت نمی گردد.
اما آنچه نیاز به آب بندی بتن را لازم نموده است، مشکلات ، محدودیت و حوادث اجرای بتن می باشد. پر واضح یک بتن یکپارچه و به خوبی متراکم شده در ضخامت های بالا جلوی نفوذ آب را به صورت جاری خواهد گرفت . لذا بروز مشکلات اجرایی که تجربه نشان داده بسیار واقع بینانه است باعث نقاط ضعف در بتن شده که باید برای جلوگیری از بروز و تاثیر منفی آن و به تبع بروز نشت آب تمهیدات لازم پیش بینی گردد. از جمله این مشکلات می توان به تراکم ناکافی ، تراکم زیاد که باعث کرمو شدگی گردد ، جداشدگی بتن ، ترک های ناشی از جمع شدگی ، تراکم نا کافی به علت تراکم میلگردها ، درزهای اجرایی پیش بینی نشده به علت نامنظم بودن تخلیه بتن ناشی از خراب شدن پمپ بتن یا تراک میکسر ها ، نسبت آب به سیمان بالا و ... شاره کرد.
بدیهی است که بروز برخی از این مشکلات مانند خراب شدن تراک میکسر یا پمپ بتن در اختیار عوامل اجرایی نبوده و حادثه ای غیر قابل پیش بینی می باشد. از سوی دیگر با توجه به عدم دسترسی به پشت دیوار پس از بتن ریزی ( نظر به اینکه اغلب قالب ها یک طرفه می باشند ) امکان تعمیر نقاط از بیرون و فشار مثبت وجود ندارد.
در این چارچوب ، باید تدابیر لازم برای کم شدن حداکثری اثرات ناشی از این مشکلات به کار گرفته شود. از این رو طبیعتا راهکار استفاده از افزودنی های بتن می باشد. در اینجا دو محصول مناسب و کاربردی اولی تولید مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( رایحه بتن سبز ) و دومی محصول شرکت معظم پنترون معرفی می گردد. تا با توجه به شرایط موجود از منظر واردات درصورت عدم موجودی محصول شرکت پنترون از محصول اول استفاده شود.
- استفاده از افزودنی بتن Dezomix 4500 : این محصول بر پایه ترکیبات معینی از پودر میکروسیلیکا ، ابروان کننده بتن بر پایه پلی کربوکسیلات ، الیاف بتن و آب می باشد. میزان مصرف این محصول 5 تا 9 درصد وزن سیمان مصرفی در بتن می باشد. این محصول علاوه بر کاهش نفوذپذیری بتن دارای مزایایی چون افزایش اسلامپ بتن و سهولت بتن ریزی و تراکم بتن و کاهش نسبت آب به سیمان ، افزایش دوام به علت کاهش مقاومت الکتریکی و نفوذپذیری و مقاومت بتن می باشد. عملکرد آب بندی این محصولات علاوه بر کاهش نسبت آب به سیمان ، برمبنای خواص فیزیکی ذرات ریز میکروسیلیس و پر کردن منافذ از یک سو و از سوی دیگر ، واکنش شیمیایی میکروسیلیس با اجزا آزاد سیمان و ایجاد ترکیبات سیلیکاتی می باشد. این محصول می بایست در پایکار به نسبت تعیین شده به بتن اضافه و پس از اختلاط 3 تا 5 دقیقه ای بتن تخلیه گردد. اسلامپ بتن باید پیش از اضافه شدن Dezomix 4500 ، در حدود 6 باشد. بتن حاصله پس از اضافه شدن افزودنی دارای اسلامپی مناسب برای پمپاژ می باشد.
- استفاده از افزودنی بتن Penetron Admix : این محصول که آخرین تکنولوژی افزودنی های آب بند در سطح دنیا می باشد بر پایه ترکیبات شبه سیمانی و افزودنی های فرموله شده اختصاصی می باشد. این محصول نسل آخر کریستال سازه های می باشد که تکنولوژی آن صرفا در اختیار شرکت های زایپکس ، کریستالاین اسپانیا ، کرایتون و پنترون می باشد. عملکرد این محصول بر مبنای واکنش با آهک آزاد در سیمان بتن و ایجاد کریستال های آب بند و پر کردن کلیه حفرات و حتی ترک و درزهای اجرایی تا 400 میکرون می باشد. این محصول با آب بند جسم بتن ، حتی قابلیت خود ترمیم و آب بندی درزهای اجرایی و ترکهای احتمالی در آینده را دارا می باشد. این محصول نیز می بایست در پایکار مخلوط و پس از اختلاط 3 تا 5 دقیقه ای ، بتن آماده ریختن در محل می باشد. میزان مصرف این محصول دو درصد وزن سیمان مصرفی در بتن می باشد.
توجه : می توان برای کاهش هزینه و نیز ضخامت بالای فونداسیون ، از به کارگیری افزودنی های فوق الذکر در بتن فونداسیون خود داری و صرفا از یک فوق روان کننده برای تراکم بهتر و امکان پمپاژ و کاهش نسبت آب به سیمان بهره جست. همچنین برای اطمینان خاطر از اجرای دوغابی یا خشکه پاشی پوشش Betogard P-30 به میزان 1.5 کیلوگرم بر مترمربع ، بر روی بتن مگر ، پس از آرماتور بندی و پیش از ریختن بتن می توان بهره جست.
2. بخش دوم ، به کارگیری تمهیدات جهت آب بندی درزهای اجرایی سازه :
بدون شک مهمترین بخش از عملیات ، این قسمت می باشد. چرا که بالاترین پتاسنیل نشت در این بخش وجود دارد و به واقع در صورت عدم به کارگیری تمهیدات لازم نشت از این قسمت ها قطعی است. از این رو ، باید بیشتر و بهترین عملکرد در این محل ها صورت پذیرد.
برای آب بندی درزهای اجرایی پیش بینی شده ، سه روش وجود دارد که بسته به محل درز و شرایط می بایست از آنها استفاده نمود.
- آب بندی درز اتصال فونداسیون به دیوار : در این محصل های با توجه به شرایط محلی بهترین گزینه استفاده از واتراستاپ PVC می باشد. این واتراستاپ باید به نحو درست ، که واتراستاپ دچار در رفتگی نگردد ، در مرکز عرض دیوار نصب شود. واتراستاپ بهینه در این محل از نوع تخت ، سی سانتیمتر عرض و 4 میلیمتر ضخامت می باشد. بهتراست در محل دیوار بیرونی و نصب واتراستاپ ، برای اینکه بتن تا مرکز واتراستاپ ریخته شود ، رامکا اجرا شود. از سوراخ کردن واتراستاپ باید به شدت خود داری نمود.
- آب بندی درزهای اجرایی ارتفاعی و طولی در دیوار ، درزهای زیر و روی سقف و قطع بتن ها : در این درزها دو روش وجود می توان استفاده نمود. که البته با توجه به حساسیت موضوع ، برای اطمینان خاطر پیشنهاد می گردد به صورت توام ، از دو روش استفاده نمود. گزینه نخست ، مبتنی برای اجرای واتراستاپ های منبسط شونده هیدورفیکی می باشد. عملکرد این واتراتساپ ها بر اساس انبساط حجمی در مجاورت با آب می باشد و مسدود کردن درز و جلوگیری از عبور آب می باشد. واتراستاپ های هیدروفیلی باید در طول و در مرکز عرضی دیوار نصب شوند. باید توجه داشت درزها به شکلی ایجاد شوند که سطح نهایی ( محل نصب واتراستاپ ) تقریبا صاف باشد تا واتراستاپ به خوبی روی آب بچسبد. میزان افزایش حجم واتراتساپ ها به طور متوسط بتن 300 تا 700 درصد می باشد که البته منطق ایجاب می کند با توجه به ابعاد مویی درز ، بیش از 50 درصد نیاز به افزایش حجم نباشد. گزینه دوم ، مبتنی بر استفاده از چسب اپوکسی اتصال بتن قدیم به جدید Dezobond P-1800 می باشد. این چسب به میزان 1 کیلوگرم در مترمربع ، به صورت شره ای ( با توجه به عدم دسترسی به محل درز ) بر روی سطح درز اجرا می گردد و سپس بتن مرحله دوم بر روی آن اجرا می گردد. باید چسب به میزان اعمال گردد که بتن روی آن حداکثر ظرف 20 دقیقه بر روی آن ریخته شود ( بتن پایکار باشد ) . خصوصیات این محصول به نحوی است که پس از حشک شدن بتن ، درز به کلی غیر قابل نفوذ و در برابر بارهای سازه ای نیز مقاوم می باشد.
نتیجه گیری :
با توجه به شرایط گفته شده و آب بندی اصل سازه و کمترین احتمال آسیب دیدگی سیستم آب بندی، بهترین و اطمینان بخش ترین سیستم آب بند نموده ساختمان و سازه های زیر تراز آب زیرزمینی ، اجرای بتن آب بند می باشد. البته این امکان وجود دارد که از دو روش اول نیز به برای تقویت اطمینان بهره جست . ولی اگر بنا به مباحث فنی و اقتصادی عزم بکاری تنها یه روش وجود داشته باشد ، بدون شک اقتصادی ترین روش استفاده از روش بتن آب بند و نفوذ ناپذیر می باشد.
لذا موفقیت این امر نیز مستلزم به اتخاذ تدابیر کارشناسی در قطع های بتن ، اختلاط و مشخصات بتن مصرفی و سایر راهکارهای مرتبط و دقت در اجرای گام به گام عملیات توسط کارشناسان با تجربه و کاربلد می باشد.
استانداردها
پرکاربردترین استانداردهایی که برای طراحی آب بندی سازه های زیرزمینی وجود دارد، عبارتند از:
- ZTV-ING (استاندارد آب بندی سازه های زیرزمینی آلمان)
- BSI-8102
- ITA (انجمن بین المللی تونل)
