بررسی انواع روش های مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون ها

صدمات و خسارات زلزله در دهه های اخیر باعث شده است که توجه پژوهشگران و متخصصان به بهبود پارامترها و روش های مختلف تحلیل جلب شود تا بتوان با صرف کمترین هزینه به ساختمان های مقاومتری دست یابند. از طرف دیگر هزینه های بالای ساختمانسازی مخصوصا در شهرهای بزرگ و هزینه های جانبی ناشی از کاربریهای مختلف ساختمان های موجود و عدم توقف بهره برداری بسیاری از ساختمان ها باعث شده است تا روش های مقاوم سازی و بهسازی به مرور بسط و گسترش یابند.
مقاوم سازی فونداسیون ممکن است به دلیل تغییرات در سرویس دهی ساختمان ها 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 مقاوم سازی ضروری میباشد. مقاوم سازی نیازمند استفاده از تکنولوژی های خاص و مصالح ساختمانی سازمان بندی شده میباشد. گاهی اوقات تقویت لرزه ای فونداسیون ها به دلیل بارهای زلزله نیاز میباشد،که ممکن است به طور مستقیم باعث برخی از مشکلات برای فونداسیون یا علاوه براین، پیدایش بارهای بالارونده و اضافی شود.

بر اساس ارزیابی هایی که بر روی سازه ها انجام میشود ضعف ها و کم و کاستی های آ ن تعیین میگردد. به منظور اصلاح این ضعف ها و انجام مقاوم سازی و بهسازی، استفاده از روش های مناسب ضروری است و در بیشتر اوقات برای تعیین روش های مقاوم سازی در ساختمان محدودیت هایی وجود دارد که تأثیر عمده ای بر روش های انتخابی برای مقاوم سازی میگذارند. مجموعه این محدودیتها را میتواند بهصورت اهداف عملکردی ساختمان، محدودیت هزینههای اجرایی، محدودیت زمانی در امر مقاوم سازی، محدودیت های معماری(پلان و نما) ضرورت فعال بودن ساختمان در حین مقاوم سازی، پرهیز از ریسک در زمان مقاوم سازی، لزوم حفظ آثار باستانی طبقه بندی نمود. به همین دلیل به منظور انجام مقاوم سازی ضروری است،
با توجه به نیاز سازه در ابتدا راهبرد مقاوم سازی و بهسازی انتخاب و سپس راهکار متناسب با راهبردهای انتخاب شده بررسی و مطالعه شوند. مقاوم سازی به معنای بالا بردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده میباشد و چندی است که در کشور ما موردتوجه قرارگرفته است. یکی از دلایل مقاوم سازی، عمر ساختمان های موجود در کشور است که عمر بالای 10سال آنها نیاز به مقاوم سازی را ایجاب میکند. پی ساختمان یکی از اجزای مهم سازه به حساب میآید که مقاوم سازی آن از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به هزینه های بالای بهسازی فونداسیون، همواره سعی شده است از روش هایی استفاده گردد که در آنها مقاوم سازی فونداسیون نیاز نباشد ولی بهسازی آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر است.
مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون به منظور جلوگیری از افزایش آسیب سازه ها از اهمیت بالایی برخوردار است که 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 انعطاف پذیری توام مناسب، انجام میگیرد. در این راستا برای مقاوم سازی و بهسازی شالوده زیر سازه ابتدا باید به بهسازی و تقویت خاک و پسازآن به بهسازی و مقاوم سازی فونداسیون سازه پرداخت. ازاین رو در این مطالعه راهکارها و تکنیک های بهسازی و مقاوم سازی فونداسیون موردبررسی قرارگرفته است.

خدمات طراحی سازه:

1. ملاحظات مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون

در مقاوم سازی فونداسیون ها، عواملی ازجمله شرایط پی، شرایط سازهای، شرایط ژئوتکنیک و شرایط بارگذاری، تأثیرگذار است. برای مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون به یک سری اطلاعات برای تجزیهوتحلیل 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 نقشه ها و شرایط خاک، بررسی پی و دیوارههای پی، گزارش خسارات، بررسی ترک ها، بررسی بصری و کاوش های 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:

1. مناسب بودن لایه های خاک برای مقاومت در برابر روانگرایی
2.  پایداری منطقه احداث سازه مخصوصا برای ساختمان هایی که بر روی زمین شیبدار ساخته شده اند.
3.  حداکثر ظرفیت اجزای فونداسیون تحت اثر زلزله طرح
4. مناسب بودن سازه اعضای مختلف فونداسیون مانند شالوده، سر شمع، شمع و …
5. . تحقیق اسناد و بایگانی مدارک طراحی ساختمان برای تعیین شرایط خاک.
6.  بررسی خاها با استفاده از نمونه گیری و آزمایش آنها، اندازه گیری سطح آب زیرزمینی و میزان فشار آب حفره ای
7.  برآورد ابعاد فونداسیون و شالوده دیوارها، در صورت لزوم بعضی از شالوده ها تحت گمانه زنی قرار گیرند، در این گمانه ها میزان زوال مصالح را بررسی کنند.
8.  بررسی گزارش نشست پی شامل شکل گیری ترک ها و کج شدن دیوارها، برآمدگی مناطق مجاور و مسیرهای افقی و قائم

2. روش های مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون ها

بخشی از روش مقاوم سازی فونداسیون ها، بستگی به ضرورت نوع تقویت، ویژگی فونداسیون موجود و شرایط زمین شناسی مهندسی منطقه ای که سازه در آن واقع است، دارد. بهخوبی مشخص است که طراحی مقاوم سازی فونداسیون از طراحی ساختن یک سازه جدید، دشوارتر است.
روش های مقاوم سازی فونداسیون ها، بر اساس نوع روش ساخت و نحوه اجرای آن به صورت زیر طبقه بندی شده است:

• افزایش ابعاد فونداسیون (جاکت کردن)
•  افزودن شناژ به فونداسیون موجود.
•  بهسازی فونداسیون با کابل های پیش تنیده.
•  مقاوم سازی صفحه ستون.
•  مقاوم سازی دال ها ی فونداسیون با تزریق سیمان در ترک ها.
•  جایگزینی جزیی دال فونداسیون زمانیکه مصالح پی بیش از حد آسیب دیده باشند.
•  نصب نوارهای تقویتی یا جاکت کردن بدون گسترش بستر پی
•  گسترش بستر فونداسیون (زمانیکه بار روی فونداسیون افزایش مییابد)
• مقاوم سازی با شمع کوبیدنی(وقتی بار به مقدار قابل توجهی افزایش یافته و خاک زیر پی مطلوب باشد.)
• مقاوم سازی 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 پی های ستونی به پی های نواری و پی های نواری به دال ها (زمانیکه تغییر شکل ها در بستر پی ها بسیار متغیر باشد و همچنین زمانیکه تغییری در بارگذاری رخ میدهد، در این روش نصب تجهیزات اضافی ضروری میباشد.)
• مقاوم سازی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)
• ایجاد ریز شمع در فونداسیون موجود.
• افزایش مقاومت شمع های موجود.
• احداث شمع های کششی.

1.2. مقاوم سازی فونداسیون با افزایش ابعاد آن(ژاکت کردن)

پی های ساختمان های صنعتی و مسکونی ساخته شده در نیمه اول قرن بیستم معمولا با سنگ، خردهسنگ بنایی و آجر پخته میباشند. در دوره ای از زمان این مصالح پی، قدرت خود را ازدستداده 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 (درزه ها) 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 بهمراتب افزایش مییابد . با استفاده ازجداگر هایی 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 هرگونه گردوخاک 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 حفره های پی از طریق لوله های تزریق تحت فشار 1-0.2 مگا پاسکال انجام میگیرد. گاهی اوقات نیز از جاکتهایی برای مقاوم سازی استفاده میشود که از ملات ماسه درشتدانه ساختهشدهاند. این روش بهصورت پاشش پنوماتیکی یا ریختن بتن به منظور ایجاد روکش مسلح کننده، انجام گیرد. اگر عمل دوغاب ریزی بیشازحد مشکل باشد، فونداسیون میتواند توسط پوشش بتن قرارگرفته روی کل ارتفاع پی یا بخشی از آن مقاوم سازی شود، شکل 1. وقتی ترک ها در قسمت پایینی پی ظاهر میشوند، با قراردادن تیرهای بتنی طولی در زیر آنها، مقاوم سازی صورت میگیرد. علاوه بر این کل پی در یک پوشش بتنی یکنواخت با تیرهای فونداسیون جاکت میشوند .

2.2. بهسازی فونداسیون با کابل های پیش تنیده

یکی از راهکارهای 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 ستون ها ممکن نباشد، ظرفیت خمشی مثبت و منفی را میتواند با پیش تنیده کردن، در حفره های تعبیهشده 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 کابل ها و مفتول های 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 ترک خوردگی 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 کابل ها را به دنبال دارد .

3.2.مقاوم سازی دال ها ی فونداسیون با تزریق سیمان در ترک ها

تزریق در ترک ها روشی فراگیر و اقتصادی برای تعمیر ترک های برشی و ترک های برشی خمشی سازه های بتن آرمه آسیب دیده میباشد. کارآمدی این روش به قابلیت مواد مورداستفاده(معمولا اپوکسی ها) جهت نفوذ در ترک های ریز بتن آسیب دیده که تحت فشار معینی صورت میگیرد، بستگی دارد. این روش برای ترک های 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 ترک های 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 نازل هایی استفاده میشود که فاصله نازل ها جهت تزریق توسط فاصله ای که اپوکسی قبل ازسخت شدن میتواند طی کند تعیین میشود. آزمایش های 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 بازمی گرداند.

درواقع این روش، عملکرد لرزه ای را به سازه بازمیگرداند. کیفیت و دوام در شرایط محیطی مصالح، نقش مهمی را بازی میکند. مصالح چسبنده میبایست در ترک های سازه آسیب دیده نفوذ کنند و تمامی درزه ها را پرکنند. در این روش تعمیر،تغییر و اصلاحی در پاسخ سازه اصلی ایجاد نمیشود.

4.2. مقاوم سازی فونداسیون با تقویت و گسترش بستر فونداسیون

مقاوم سازی فونداسیون ممکن است با خالی کردن مقطعی از زیر آنها و توسعه بستر آنها و همچنین افزایش عمق آنها با زیر بندسازی با عناصر ساختاری اضافی در زیر فونداسیون انجام گیرد. در صورت عدم افزایش عمق زیر فونداسیون، مقاوم سازی توسط زیر بندسازی فونداسیون با یک دال بتنی که در زیر بستر پی قرار میگیرد، انجام می پذیرد.

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، شکل 3.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.

5.2. مقاوم سازی فونداسیون با تبدیل آنها به هم

در مقاوم سازی فونداسیون های ستونی، در برخی موارد لازم است که آنها به فونداسیون نواری تبدیل شوند و یا در مقاوم سازی فونداسیون های نواری، در برخی موارد لازم است که آنها به دال ها یی تبدیل شوند. این روش ها زمانی مورداستفاده قرار میگیرند که خاک زیر پی دست خوش تغییر شکل های 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 ستون های 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 جاکت کردن پوشش میدهیم. قسمت تحتانی دال اتصال به منظور افزایش باربری با پهنای بیشتری ایجاد میگردد.

6.2. مقاوم سازی با استفاده از الیاف پلیمری( FRP )

مقاوم سازی اجزای بتنی با استفاده از FRP یکی از راه های نوین مقاوم سازی است که جایگزین روش های 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 مقاوم سازی سازه های در معرض خطرات لرزهای به صورت گستردهای موردتوجه قرارگرفته است.

مصالح FRP میتوانند به منظور تقویت سازه ها 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 مقاوم سازی سازه موردنظر است یا خیر. برای استفاده از FRP در پروژه های 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.

7.2. مقاوم سازی فونداسیون توسط شمع ها

شمع ها در شرایط بسیار پیچیده برای تقویت فونداسیون های سطحی مورداستفاده قرار میگیرند. در این روش بار ساختمان توسط شمع ها بر روی خاک محکم که در عمق بیشتری قرارگرفته، منتقل میشود. این روش در شرایطی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد بسیار کاربرد دارد. فونداسیون های نواری با نصب شمع های حامل در دو طرف پی و یا در یک طرف آنکه ممکن است بسته به بار موجود در یک یا دو ردیف قرار گیرند، تقویت میشوند.

شمع ها در دو طرف مقابل هم در بستر پی و یا در اطراف آن با آرایش منظم، قرار میگیرند. طول شمع ها بر اساس مشخصات خاک، بار روی فونداسیون و سطح مقطع شمع تعیین میشود. در صورت وجود بارهای زیاد، لازم است شمع ها در دو ردیف کوبیده شوند که این عمل ممکن است با اضافه کردن یک مقطع اضافی در بستر فونداسیون انجام گیرد،

8.2. مقاوم سازی فونداسیون با استفاده از ریز شمع ها

ریز شمع به شمع های 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 شمع ها علاوه بر آنکه بهعنوان 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 طورکلی کاربرد ریز شمع ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش “استفاده در بستر پی سازه ها”و”اصلاح و بهسازی بر جای خاک” میباشد. در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط U.S.FHWA (دستورالعمل طرح و اجرای ریز شمع ها در اداره بزرگراههای ایالاتمتحده)، به عنوان مرجع قابل قبول و مورداستفاده طراحان و پیمانکاران اجرای ریز شمع میباشد.مراحل اجرای ریز شمع ها به ترتیب حفاری، لوله کوبی، تزریق، تسلیح و نصب میباشد، شکل 6

9.2. احداث شمع های کششی

به منظور مقابله با نیروی کششی بلند کننده فونداسیون میتوان از شمع های کششی در مجاورت فونداسیون موجود استفاده نمود. باید توجه داشت که حالت های بلند شدگی فونداسیون گسترده یا فونداسیون روی شمع معمولا حالت بحرانی برای سازه ایجاد نمیکند و در عمل، بلند شدگی 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 مقاوم سازی مطرح است. در این روش در دوسمت فونداسیون شمع های جدید احداث میشود و سپس قطعه ای به عنوان رابط بین شمع ها و بر روی فونداسیون موجود اجرا میگردد

10.2. مقاوم سازی و ترمیم فونداسیون در برابر نشست

برای ترمیم نشست روش های بسیار متداول استفاده از بالا بردن پی 8 و یا مخلوط ماسه سیمان – 9 وجود دارد. برای استفاده از لایه باربری موجود بدون تغییر در بعضی حالت ها ممکن است شمع جدید استفاده شود که بستگی به وضعیت زمین دارد.
روش بالا بردن برای ترمیم نشست پی که در آن ساختمان ها را بلند میکنند، متداولترین و مورد استفاده ترین روش برای ترمیم نشست ساختمان ها میباشد و ممکن است به چندین گروه طبقه بندی شود که بستگی بهاندازه 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 عکس العمل داریم (جک برای بلند کردن سازه نیاز به جایی برای ایجاد نیروی عکس العمل دارد) که میتواند از سه طریق فراهم شود و بستگی به اندازه ساختمان و وضعیت زمین دارد:

1. میتوان این نیروی عکس العمل 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 اندازه های کوچک با تخریب کم مورداستفاده قرار میگیرد).
2.  یک جک مکانیکی برای تامین نیروی عکس العمل استفاده شود( برای زمانی مفید است که خاک اطراف ساختمان مقاوم باشد و بازنشست کمی داشته باشد).
3.  برای تامین نیروی عکس العمل 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 روش هایی مانند تزریق گروت به زمین برای بالا بردن پی های سطحی دارای اطمینان کمی میباشد اگرچه ممکن است برای حالت هایی که ترمیم سریع و ساده موردنیاز باشد مناسب باشد. روش گروت بهطور عمده به دو نوع طبقه بندی میشود. درروش اول گروت را به اطراف پی تزریق میکنند و در روش دوم گروت را به صورت جامد در نشس تهای 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 نشست های نامساوی روش دوم مناسب تر است

3. بررسی مقاوم سازی فونداسیون ها

استفاده از پی های سطحی در کشور ما بسیار متداول بوده و عمدتا پی ها به صورت سطحی میباشند. به منظور مقاوم سازی پی های سطحی که عبارتاند از پی های منفرد، نواری و گسترده در این قسمت به بررسی تقویت این نوع از پی ها پرداخته شده است.

1.3. تقویت پی های منفرد

در مورد پی های منفرد مشکلاتی ازجمله فشار زیاد خاک زیر پی، بلند شدگی و لغزش پی ممکن است ایجاد شود که برای مقابله با فشار زیاد خاک زیر پی میتواند یکی از روش های مقاوم سازی و یا بسته به مشکل موجود، به صورت ترکیبی اقدام به انجام مقاوم سازی نمود که در این نوع پی ها روش هایی ازجمله ساخت پی بزرگتر در زیر پی موجود، اضافه کردن پایه ها و شمع های جدید در مجاورت پی و اتصال آنها به پی موجود، تبدیل پی
منفرد به پی نواری، اصلاح خاک زیر پی، تبدیل پی منفرد به پی نواری و اجرای یک تیر عمیق بتن مسلح توصیه میشود.
موارد فوق برای مقابله با مشکل بلند شدگی پی نیز(بهجز اصلاح خاک زیر پی و ساخت پی بزرگتر در زیر پی موجود) مورداستفاده قرار میگیرد. بهمنظور تقویت پی منفرد در برابر لرزش آن میتواند از روش هایی ازجمله بزرگ کردن سطح پی، اضافه کردن شناژهای افقی، اصلاح خاک مجاور پی استفاده نمود

استفاده از پی های سطحی در کشور ما بسیار متداول بوده و عمدتا پی ها به صورت سطحی میباشند. به منظور مقاوم سازی پی های سطحی که عبارت اند از:

1. پی های منفرد
2. نواری و گسترده

در این قسمت به بررسی تقویت این نوع از پی ها پرداخته شده است.

2.3. تقویت پی های نواری یا پی های زیر دیوار

از عمدهترین ضعفهای پی نواری میتواند به فشار زیاد خاک زیر پی و بلند شدگی پی اشاره نمود که برای مقابله با مشکل فشار زیاد خاک زیر پی، از روش هایی ازجمله ساخت پی بزرگتر در زیر پی موجود، اضافه کردن پایه ها و شمع های جدید در مجاورت پی و اتصال آنها به پی موجود، تبدیل پی نواری به پی گسترده، اجرای شناژخورجینی، اجرای فونداسیون خورجینی و تعبیه اجزای قائم باربر جانبی جدید مانند دیوارهای برشی و قابهای مهاربندی شده استفاده نمود. به منظور مقابله با مشکل بلند شدگی پی نواری میتواند از روش هایی ازجمله افزایش ابعاد پی موجود (اقتصادی ترین روش)، اضافه کردن پایه ها و شمع های جدید (کاراترین روش)، تعبیه اجزای قائم باربر جانبی جدید استفاده نمود.

3.3. تقویت پی های گسترده

ضعف های لرزهای در پی های گسترده معمول نبوده و میتواند به کمبود مقاومت خمشی در تحمل ترکیب بارهای ثقلی و زلزله و لغزش پی به عنوان مشکل اساسی آنها اشاره نمود. به منظور تقویت پی گسترده در برابر کمبود مقاومت خمشی پی، میتواند به روش افزایش موضعی ضخامت پی در محلهای خاص و بهمنظور تقویت پی در برابر لغزش میتواند به روش اجرای برش گیر در زیر محیط پی اشاره نمود.

4. تقویت و پیبندی فونداسیون موزه علوم و هنر دانشگاه پورتوریکو(سپتامبر 2007)

ساختمان تاریخی موزه علوم و هنر دانشگاه پورتوریکو در سال 1998 طی طوفان جورج آسیب دید. موزه علوم و هنر مایاگز در مرکز ساحل غربی پورتوریکو قرار دارد که میزان خسارتهای ناشی از طوفان جورج در آنجا شدیدتر بود. این موزه در سال 1930 بهعنوان بیمارستان ساختمان شده که در سال 1952 به موزه تبدیل شد. بازسازی مجدد این اثر که به لحاظ تاریخی و ارزشمند بودن آن نیازمند زمان زیادی بود در سال 2005 آغاز گردید.
براساس طراحی جدیدی که برای نوسازی این ساختمان انجام گرفت مشخصشده که دیوارهای اصلی ساختمان که نقش باربری سقف و سازه را برعهده داشتند از قابلیت باربری کافی برخوردار نبوده و لذا با توجه به دسترسی محدود و همچنین محدودیتهایی که در فضای کم در بسیاری از نقاط وجود داشت استفاده از ریزشمع ها به عنوان تقویت فونداسیون و دیوارهای ساختمان انتخاب شد.
برای اطلاع از شرایط ژئوتکنیکی فونداسیون سازه و خاک محل موزه 9 گمانه حفرشده تا مشخص گردید که یکلایه خاک بسیار قدیمی باضخامت1 تا 2 متر در نزدیکی سطح و در زیر آن یکلایه خاک لای با پلاستیسیته بالا و درصد رطوبت 45 % قرار دارد که مقاومت برشی آن تقریبا در حدود 38KPa میباشد. سطح آب زیرزمینی در محل پایین بوده و در گمانه های حفرشده آب زیرزمینی وجود نداشته که با توجه به این خصوصیات و همچنین بدلیل تاریخی بودن سازه و نیاز به عدم دستخوردگی به ساختار شالوده زیر سازه و محدودیت مکانی، استفاده از روش هایی ازجمله افزایش ابعاد و گسترش بستر فونداسیون توصیه نشده و همچنین وجود محدودیت مکانی استفاده از ماشینآلات حفاری و همچنین مسقف بودن مکانهای مورد تقویت و عدم دسترسی به امکانات مورد نیاز، استفاده از روش هایی از قبیل ایجاد شمع در زیر فونداسیون و بکارگیری شمع های کششی امکانپذیر نبوده، در نتیجه استفاده از ریزشمع ها توسط گروه مشاوره پروژه پیشنهاد گردید. برای تقویت و بازسازی مجدد فونداسیون 62 ریزشمع اجرا گردید. که در شکل 7 میتوان محل اجرای ریزشمع ها را مشاهده نمود.

با نصب ریزشمع ها فونداسیون تقویت و امکان باربری و حمایت از ستون های و سازه سقف فراهم گردید و فونداسیون به ظرفیت باربری مطلب وموردنظر رسید. همچنین امکان نصب و اجرای ستون های جدید بر روی فونداسیون کم عمق موجود فراهم گردید. اجرای ریزشمع ها برای بنا این شرایط را فراهم کرد تا بدون تغییر در شرایط فونداسیون و دیوارهای قبلی، قسمت های جدیدی را به سازه اضافه نمایند

بارهای ساختمان از طریق فونداسیون به خاک منتقل میشوند. ازاینرو ایمنی ساختمان کاملا به وضعیت فونداسیون آن بستگی دارد. آسیب های فونداسیون ناشی از وجود تنش های فشاری بیش از ظرفیت باربری خاک در زیر فونداسیون، وجود نیروی کششی بلند کننده، عدم کفایت فشار جانبی مقاوم برای تحمل نیروهای جانبی، عدمکفایت ظرفیت خمشی یا برشی، وجود نشستهای زیاد و غیرقابل قبول در خاک و … میباشد. مقاوم سازی فونداسیون ممکن است به دلیل تغییرات در سرویس دهی ساختمان ها موردنیاز باشد. این تغییرات به طور مستقیم از مقدار بارهای گرانشی ساختمان تاثیر 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 مقاوم سازی ضروری میباشد. به طورکلی روش های مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون بسیار متنوع و مختلف و شامل روش هایی مانند افزایش ابعاد فونداسیون، بهسازی فونداسیون با کابل های پیش تنیده، مقاوم سازی با استفاده از الیاف پلیمری، مقاوم سازی با تبدیل فونداسیونها به هم و … میباشند که بسته به مشخصات فونداسیون موردنظر و با توجه به استدلال های مهندس مربوطه، استفاده از یک یا چند روش به صورت ترکیبی وجود دارد. لازم به ذکر است که روش های ذکرشده برای انواع فونداسیون ها با تعمیم روش های ذکرشده قابل استفاده میباشد.

در مقاوم سازی فونداسیونها عواملی متعددی تأثیرگذار است. مقاوم سازی فونداسیون باید با بیشترین دقت تحت نظارت مستقیم سازمان مرمت و تعمیرات ساختمانی قرار گیرد. مقاوم سازی باید در یک دوره زمانی کوتاه با به حداکثر رساندن مراحل و عملیات ساختمانی انجام گیرد . قبل از شروع کار مقاوم سازی فونداسیون ساختمان های چندطبقه، بهتر است انتقال بار از سقف بر روی تکیهگاههای عمودی موقت انجام گیرد .

سوالات متداول