خدمات

گودبرداری و پایدارسازی

چرا تاپ داون؟

قبل از توضیح درباره روش تاپ داون باید گفت که روش تاپ داون یک روش ساخت سازه است نه صرفا یک روش پایدارسازی گود و همین امر منجر می شود که در طرح این روش تخصص های ژئوتکنیک و سازه همزمان مراحل کار و نیز طراحی های لازم را انجام دهند.

روش تاپ داون یا بالا-پایین در مقابل روش های دیگر که به صورت پایین به بالا هستند قرار دارد. در این روش سازه همزمان با عملیات خاکبرداری تکمیل می گردد و لذا نیروهای جانبی که از طرف خاک اعمال خواهد شد توسط سازه اصلی تحمل می شود. از این رو در این روش نیازی به اجرای المان های پایدارکننده همانند استرات و نیل وجود ندارد. خود این امر یکی از دلایلی است که از این روش به جای روش هایی همچون نیلینگ استفاده می شود چراکه نیازی به اجازه ملک های همسایه نخواهد بود. همچنین در برخی از موارد خاک محل پروژه بسیار سست بوده و یا سطح آب زیرزمینی بالاست و روش های متداول پایین به بالا قابلیت اجرا در این شرایط را ندارند.

مزایای روش تاپ داون:

–          عدوم ورود به زمین های مجاور

–          کاهش زمان اتمام پروژه در صورت اجرای هم زمان زیرسازه و روسازه

–          کاهش قابل توجه میزان تغییرشکل های ناشی از گودبرداری

–          عدم محدودیت اجرا در زمین های با ابعاد و هندسه مختلف

معایب اصلی روش تاپ داون:

–          صعوبت خاکبرداری زیرزمین و اجرای بخش زیرسازه

–          سرعت نسبتا پایین اجرای عملیات زیر سازه

–          نیازمند پرسنل مجرب و کنترل کیفی دقیق در حین اجرا به دلیل جزئیات و پیچیدگی های اجرایی

–          لزوم برنامه ریزی مراحل اجرا و طراحی توسط متخصص سازه و ژئوتکنیک به صورت همزمان

تاریخچه:

اولین استفاده از این روش را در سال 1935 و در کشور ژاپن عنوان کرده اند. در سال 1950 یک شرکت ایتالیایی در شهر میلان ترکیب دیوار دیافراگمی و ساخت تاپ داون را اجرا کرد. بعدها این روش در سال های 1961 در لندن و 1980 در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1988 در کنار رودخانه میلواکی یک پارکینگ با ظرفیت 800 ماشین با این روش ساخته شد. به مرور زمان تحقیقات زیادی در نقاط مختلف جهان در این زمینه صورت گرفت و نهایتا در سال 1990 در آیین نامه وارد شد. در سال 1994 نیز این روش در آیین نامه سازه نگهبان بریتانیا معرفی گردید.

در ایران نیز یکی از اولین پروژه هایی که از این روش در آن استفاده شد مربوط به اجرای زیرگذرهای اطراف میدان آزادی است که در سال 1360 اجرا گردید.

مراحل اجرا:

ا- اجرای دیوار پیرامونی: یکی از اولین گام ها در اجرای این روش بخصوص در زمین هایی که سطح آب زیرزمینی بالا می باشد، اجرای دیوار دیافراگمی اطراف پروژه است. امروزه با پیشرفت دستگاه های حفاری این دیوارها می توانند حتی تا عمق 100 متری اجرا گردند. ضخامت معمول این دیوارها عددی بین 0.5 الی 1.5 متر می باشد.

2- اجرای شالوده کیسونی یا شمع: برای استقرار ستون های سازه قبل از اجرای فونداسیون بایستی کیسون ها و یا شمع هایی در زیر سطح فونداسیون اجرا گردند که نقش انتقال دهنده بار ستونها در حین اجرای سازه را بر عهده دارند.

3-نصب ستون های زیر سازه: در این مرحله ستونها در چاه های حفاری شده به صورت شاقولی نصب می گردند. برای جلوگیری از حرکت ستونها بعد از نصب، این چاه ها پر می شوند.

4- خاکبرداری و اجرای سقف زیرسازه: در این مرحله عملیات خاکبرداری اجرا می گردد و با رسیدن به ارتفاع هر طبقه سقف آن طبقه اجرا می گردد.

5- ساخت روسازه: پس از اجرای بخشی از زیرسازه، روسازه نیز می تواند با روش های مرسوم اجرا گردد.

مراحل توضیح داده شده در فوق روشی است که در دنیا مرسوم می باشد ولی این روش هم مثل روش های دیگر اجرایی که در ایران مورد استفاده قرار می گیرند، بومی سازی شده است. تفاوت عمده روش بومی سازی شده با روش اصلی در اجرای دیوار پیرامونی است. در روش بومی سازی شده این دیواره به صورت مرحله ای و با پیشرفت کار انجام می گیرد. روش بومی سازی شده متداول در ایران را می توان همانند مراحل زیر بر شمرد:

1-      حفاری چاه ها: بعد از عملیات تخریب در صورت لزوم و آماده سازی زمین و مسطح کردن آن محل دقیق ستون ها مشخص می گردد. در محل های مشخص شده چاه های مربوط به کاشت ستونهای پروژه حفاری می گردند. در ایران به دلیل ارزان بودن حفاری دستی معمولا چاه ها به صورت دستی حفاری می شوند. طول حفاری چاه ها بیشتر از طول ستون ها خواهد بود چراکه ستون ها بر روی یک ریشه بتنی قرار خواهند گرفت. این ریشه توسط کیج هایی که با آرماتور بافته می شوند مسلح می گردند. قطر چاه ها توسط قطر این کیج ها و نیز صفحه ستون ها مشخص می گردد. بعد از حفر چاه ها در ارتفاع قرار گیری صفحه ستون ها این چاه ها توسط گالری هایی به یکدیگر ارتباط پیدا می کنند. این گالری ها برای اجرای صفحه ستونها و کنترل بتن ریزی و نیز شاقولی کردن ستونها کاربرد دارد.

2-      اتصال ستون به شمع: برای اتصال ستون ها به شمع دو روش مورد استفاده قرار می گیرد. در روش اول بعد از کیج گذاری ریشه، ستون ها که تا انتهای ریشه امتداد داده شده اند در چاه قرار می گیرند. در این روش در قسمت انتهایی شمع ها برش گیر نصب می شود. در روش دوم بعد از کیج گذاری ریشه بتن ریزی شده و سپس صفحه ستون ها در محل ها مشخص شده بر روی ریشه ستون ها نصب می گردند. بعد از این مرحله ستون ها بر روی این صفحه ستون ها همانند روش های متعارف اجرا می گردند.

3-      پر کردن اطراف ستون: پس از نصب ستون ها اطراف آنها توسط مخلوط مناسب به گونه ای پر می شود که ستون کاملا درون خاک ثابت شود.

4-      خاکبرداری: در این مرحله بعد از نصب و پر کردن اطراف ستون ها، خاکبرداری پروژه تا تراز پایین اولین زیرزمین انجام می گیرد.

5-      اجرای تیر ها و سقف

6- اجرای مرحله خاکبرداری و نصب تیر و سقف ها برای هر طبقه پایین تر به صورت مرحله ای تا رسیدن به تراز فونداسیون

پایدارسازی گود با روش مهار متقابل (Strut):

تزریق نفوذی (آب بند) :

پر کردن درزه ها، شکافها و یا شکستگیها در سنگ و فضاهای خالی در خاک یا هر محیط متخلخل با دوغاب، بدون بهم زدن ساختار سنگ یا خاک با حداقل فشار

سیال دوغاب با حداقل فشار تزریق در یک بازه زمانی در فضاهای خالی موجود در بین ذرات خاک و یا در شکافهای سنگ تزریق می شود تا از وقوع شکستگیهای جدید جلوگیری شود.

هدف اصلی :کاهش نفوذپذیری و کنترل جریان آب زیرزمینی 

کلمات کلیدی:

تزریق نفوذی

تزریق

دوغاب

پرده آب بند

ساروج پی زمین

خاکبرداری

گودبرداری

نیلینگ

انکراژ

استرند

مش و شاتکریت

پایدارسازی دیواره گود

سیستم پایدارسازی

شمع کوبی

شمع فولادی

میخ کوبی

زهکشی کف گود

تزریق تحکیمی:

v     این روش تزریق دقیقاً مشابه روش تزریق نفوذی (آب بند) است. ولی افزایش مقاومت و مدول سختی خاک یا سنگ نیز مد نظر است.

v     ساختار اولیه خاک یا سنگ تغییر نمی کند. تزریق تنها از طریق حداقل فشار ممکن صورت می گیرد.

v     دو ویژگی مهم دوغاب  مقاومت و سیالیت کافی جهت نفوذ در فضاهای خالی با حداقل فشار مورد نیاز است.

v     باعث تقویت و استحکام مصالح تشکیل دهنده شالوده شده و کاهش جریان آب زیرزمینی را باعث می شود.

کلمات کلیدی:

تزریق تحکیمی

پایدارسازی

تثبیت خاک

کنترل نشست

بهسازی خاک

ساروج پی زمین

خاکبرداری

گودبرداری

نیلینگ

انکراژ

استرند

مش و شاتکریت

پایدارسازی دیواره گود

سیستم پایدارسازی

شمع کوبی

شمع فولادی

میخ کوبی

زهکشی کف گود

مطالعات ژئوتکنیک و شناسایی های ژئوتکنیکی

بررسی ژئوتکنیکی از طریق تحلیل داده های بدست آمده از عملیات صحرایی و آزمون های آزمایشگاهی صورت می گیرد که در ادامه اشاره می گردد : 

فعالیت های صحرایی و آزمون های برجا

1- انجام بازدید های محلی و تعیین مشخصات کلی منطقه مورد مطالعه به لحاظ توپوگرافی ، وضعیت آب و هوا و نحوه ساخت و ساز

2- مطالعات صحرایی شامل حفر گمانه های شناسایی ، انجام آزمایش ها برجا مانند آزمایش نفوذ استاندارد (STP) ، آزمایش نفوذ مخلوط (CTP) ، آزمایش برش پره (Vane) ، پرسیومتر ، بارگذاری صفحه ، اندازه گیری نفوذپذیری (لوژان و لوفران) ، آزمایش ژئوفیزیک تعیین سرعت موج برسی (Down hole – Cross hole) 

اختلاط عمیق (به طور اختصار DSM) یکی از روش‌های بهسازی خاک است که از طریق مخلوط کردن مکانیزه خاک با مخلوط‌های سیمانی و … در خاک‌های ضعیف موجب تقویت خواص مکانیکی، کاهش نفوذپذیری و تراکم‌پذیری می‌شود.

اختلاط خاک به دو روش ستونی و توده‌ای انجام می‌گیرد و در هر دو می‌تواند به‌صورت خشک یا مرطوب انجام شود. در روش مرطوب، خاک با دوغاب ماده مخلوط شونده درهم‌آمیخته می‌شود.

این روش در خاک‌های ریزدانه مانند رس نرم، سیلت و ماسه با رطوبت محتوا کم (تا ۶۰%) و در زمین‌های لایه‌ای تشکیل‌شده از لایه‌های ضعیف و مقاوم به‌کار می‌رود.

در روش خشک خاک با پودر ماده مخلوط شونده درهم‌آمیخته می‌شود. این روش در خاک‌هایی با رطوبت بالا جهت ایجاد واکنش بین خاک و اختلاط شونده استفاده می‌شود. در این روش با اختلاط پودر خشک با خاک از میزان رطوبت کاسته می‌شود که مطلوب است.

اختلاط خشک روشی کم‌صدا و کم لرزش است. از دیگر مزیت‌های این روش می‌توان به امکان اصلاح خاک‌های نباتی و لجن تا اعماق زیاد و اقتصادی‌تر بودنان اشاره کرد.

به‌طورکلی از آهک یا سیمان مخلوط با آهک برای بهسازی رس‌های پلاستیک و سیلت و از سرباره کوره برای بهسازی خاک‌های نباتی استفاده می‌شود.

در اختلاط ستونی ابتدا تیغه مخلوط‌کن با حرکت دورانی و رو به پایین سبب برهم خوردن ساختار خاک در آن ناحیه می‌شود. و با حرکت دورانی معکوس و رو به بالا ماده مخلوط شونده از طریق لوله مخلوط‌کن به درون محیط اضافه می‌شود. در این روش ستون‌هایی با قطر ۶۰ تا ۸۰ سانتیمتر از خاک بهسازی شده تا عمق ۲۵ متر ایجاد می‌شود.

اختلاط توده‌ای یا حجیم به‌وسیله حرکت پیوسته مخلوط‌کن در جهت‌های افقی و عمودی از پیش تعیین‌شده انجام می‌گیرد و در مواردی استفاده می‌شود که حجم گسترده‌ای از خاک خیلی ضعیف یا آلوده با رطوبت بالا همانند رسوبات لجنی و خاک‌های نباتی مرطوب نیاز به بهسازی داشته باشد.

استفاده از این روش در اعماق کم (۴ متر) و در مساحت ۸ تا ۱۰ مترمربع اقتصادی است. از جمله کاربردهای این روش می‌توان به ساخت خاک‌ریز روی خاک‌های نرم و دیوارهای آب‌بند، بستر پی‌های نواری و گسترده، بستر توربین‌های بادی و پل‌ها، پایداری شیروانی، کاهش پتانسیل روانگرایی و کاهش نشست پذیری اشاره کرد.

بهسازی خاک به روش جت گروتینگ Jet grouting) )

جت گروتینگ یکی از شیوه‌های بهسازی و افزایش مقاومت و توان باربری خاک بصورت درجا میباشد. در این روش که با ابزار پیشرفته قابل اجراست، ستون‌هایی مدفون از مخلوط خاک و سیمان بوسیله پمپ ترزیق مخصوص با سرعت بالا (800 تا 900 کیلومتر بر ساعت) و همچنین فشار بسیار بالای (30 تا 70 مگا پاسکال) درمحل تولید می‌شود.

جت گروتینگ از جمله روش‌هایی است که در بازه‌ی وسیعی از خاکهای مختلف کاربرد دارد.  شعاع تأثیر عمل جت گروتینگ در خاکهای مختلف یکسان نیست و بسته به نوع خاک، شیوه‌ی عملکرد دستگاه و نوع و غلظت مخلوطی که تزریق میشود، فشار تزریق، سرعت چرخش و سرعت حرکت رو به بالای راد، مقدار محدوده‌ی تأثیر نیز فرق میکند

نحوه‌ی اجرای جت گروتینگ:

در روش جت گروتینگ ابتدا راد یا میله‌ی حفاری با قطر کم با سرعت زیاد در زمین حفاری می‌کند. هنگامی که راد به عمق مورد نظر رسید از طریق نازل‌های موجود در نوک و جداره‌ی راد، هوا، آب و مخلوط تزریق بوسیله پمپ با سرعت و فشار بالا به درون خاک تزریق می‌شود. در این روش راد در هنگام تزریق با سرعت زیاد در حال چرخش است و با سرعت کم به طرف بالا حرکت می‌کند. این عملیات باعث شکستن ساختار خاک و اختلاط کامل با مخلوط ترزیق می‌گردد. از طرفی در این روش، فشار بالای تزریق باعث افزایش تراکم خاک نیز می‌شود و محیطی همگن و صلب در خاک بوجود می‌آورد. تغییر در فشار تزریق، سرعت چرخش راد و سرعت حرکت رو به بالای راد باعث تغییر در ستون ایجاد شده می‌شود.

کاربردهای روش جت گروتینگ :

روش جت گروتینگ طی سال‌های گذشته کاربرد وسیعی در حوزه‌های مختلف مهندسی ژئوتکنیک یافته است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

·         دیوار آب‌بند سد و خاکبرداری

·         دیواره شفت و خاکبرداری به عنوان سازه نگهبان

·         به عنوان پی سازه در خاک‌های سست

·         بهسازی و افزایش ظرفیت باربری پی‌های سازه‌های موجود

·         استفاده به جای شمع

·         کنترل وکاهش خطر روانگرایی در خاک‌های سست و اشباع

·         پایدارسازی شیروانی‌ها

·         تثبیت خاک و سنگ اطراف تونل

انواع روش‌های جت گروتینگ

روش تک سیاله (Single fluid)  : در این روش در انتهای عملیات حفاری دریچه‌های تخلیه بسته شده و مخلوط تزریق با فشار بسیار بالا از طریق نازل‌ها به داخل خاک تزریق می‌شود. همزمان با این عمل راد می‌چرخد و بالا می‌رود. جت دوغاب ترزیق با سرعت و انرژی بالا، خاک اطراف راد را مخلوط می‌کند.

روش دو سیاله (Double fluid)  : در این روش هنگامی که مخلوط ترزیق با فشار به داخل خاک تزریق می‌گردد، یک مخروط از هوای فشرده با فشار تا 12 بار انرژی و قدرت عمل نفوذ مخلوط تزریق را افزایش می‌دهد.

 روش سه سیاله (Triple fluid) : در این روش جت آب به همراه هاله هوای فشرده‌ی اطراف با فشار بالا جهت بازکردن فضای حفرات مورد استفاده قرار گرفته و مخلوط تزریق از یک نازل مجزا با فشار به داخل خاک تزریق می گردد.

روش اجرای ميكروپايل

روش اجرای ميكروپايل مشتمل بر چهار مرحله حفاری (در صورت نياز)، لوله‌كوبی، تزريق و تسليح بوده كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است.

حفاری‌

در صورتی كه امكان كوبش لوله‌های ميكروپايل از ابتدا به دلايل مختلف نظير وجود كف‌سازی، بتن مگر، لايه متراكم خاك و غيره ميسر نباشد، می‌بايست نسبت به انجام عمليات حفاری اقدام نمود. عمليات حفاری به روش‌های مختلف نظير حفاری دورانی (Rotary) و يا دورانی- ضربه‌ای (D.T.H) صورت می‌پذيرد. حفاری باید تا عمقی كه امكان كوبش ميسر شود، ادامه يابد. بعضاً حفاری در كل ارتفاع ميكروپايل نيز صورت می‌گيرد.

‌لوله‌كوبی‌

به منظور استقرار لوله‌های ميكروپايل در محل گمانه، غالباً از عمليات لوله‌كوبی استفاده می‌شود. برای اين منظور در مرحله اول عمليات از لوله نوك‌ تيز ميكروپايل استفاده می‌شود و پس از فرو رفتن لوله اول، لوله دوم به لوله اول متصل و كوبيده می‌شود و عمليات‌ كوبش به همين منوال ادامه می‌يابد. جهت اتصال كامل لوله‌‌ها به يكديگر علاوه بر استفاده از بوشن‌های رزوه شده، لوله‌ها به لبه بوشن نيز، جوش داده می‌شوند. عمليات کوبش تا زمانی که امکان کوبيدن لوله‌ها ميسر باشد ادامه می‌يابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله‌ كوب، لوله بيشتر از ۱۰سانتيمتر فرو نرود، عمليات کوبش لوله میکروپایل متوقف میشود. در اين حالت تا تحقق عمق طراحی حفاری انجام شده و سپس لوله‌های مربوط به میکروپایل در درون گمانه نصب میشود.

لوله‌های میکروپایل به قطر خارجی ۷۶ میلیمتر و قطر داخلی ۶۸ میلیمتر در قطعات دو متری هستند. این لوله‌ها به وسیله بوشن و جوش به یكدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل دارای ۸۰ سوراخ به قطر ۸ میلیمتر، در هر متر طول است. محیط داخلی لوله‌ها بایستی برق ‌زده‌ باشد تا در تزریق دوغاب اثرات منفی نداشته باشد.

‌تزریق‌

عملیات تزریق دوغاب سیمان بایستی با دقت در بخش ساخت دوغاب و تزریق آن صورت گیرد. مجموعه دستگاه‌های تزریق از سه بخش میكسر اولیه، میكسر ثانویه و پمپ تزریق تشكیل می‌شود. اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) است و میکسر ثانویه از نوع پره‌ی است.

ساخت دوغاب تزریق در همزن‌های میکسر اولیه صورت می‌گیرد. ابتدا آب به میزان مورد نظر ریخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سیمان (WCR) مورد نیاز، سیمان به آن افزوده می‌شود. زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، ۳۰ ثانیه است. نسبت آب به سیمان مورد استفاده با توجه به شرایط زمین بین ۵/۰ تا ۵/۱ مطلوب است. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل همزن ثانویه ریخته شده و سپس بوسیله پمپ‌های تزریق مخصوص تزریق میشود.

به دلیل اینکه دوغاب سیمان باید تحت فشار زیاد در لایه‌های خاک نفوذ کند‌، جهت تزریق دوغاب سیمان از یکسری شیلنگ دو جداره به نام پکر (packer) استفاده می‌شود. پکرها بعد از اینکه به درون لوله میکرو پایل فرستاده شدند جداره دوم آنها بوسیله پمپ هوا باد می‌شود که با این کار پکر کاملاً به بدنه لوله می‌چسبد و مانع خروج دوغاب در حین تزریق از بالای لوله می‌شود.

مثلاً مرحله اول بستن پكر برای ریزشمع ۸-۱۰ متری در عمق ۶ متری گمانه بوده و پس از اتمام عملیات تزریق عمق ۶ متری، پكر در عمق ۴ متری بسته می‌شود و پس از اتمام تزریق در این مرحله، پكر در عمق ۲ متری بسته می‌شود و نهایتاً پس از تزریق در این مرحله، پكر سرچاهی بسته می‌شود و عملیات تزریق به اتمام می‌رسد. در صورتیكه نشتی دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی مشاهده شود، عملیات تزریق متوقف میشود.

در صورتی که درون لوله میکروپایل قبل از تزریق دوغاب سیمان ،کثیف باشد باید توسط فشار آب یا هوای فشرده درون لوله تمیز شود.

‌مشخصات تزریق‌

‌فشار تزریق

فشار تزریق در مراحل مختلف تزریق، در اعماق مختلف، تحت تاثیر جنس زمین و شرایط ژئوتكنیكی می‌تواند متغیر باشد. حداكثر فشار تزریق به ۱۰ اتمسفر محدود میشود.

‌مقدار سیمان مصرفی

باتوجه به شرایط ژئوتكنیكی و میزان باربری طراحی ریزشمع‌ها، مقدار سیمان برآوردی معادل هر متر طول میکروپایل تا ۱۰۰ كیلوگرم می‌تواند باشد. البته باتوجه به این امر كه باید تزریق تا فشار ۱۰ اتمسفر ادامه یابد، لذا ممكن است مقدار سیمان از برآورد اولیه بیشتر شود.

‌نسبت آب به سیمان دوغاب تزریق‌

نسبت آب به سیمان در دوغاب تزریق مورد استفاده، بین ۰/۵ تا ۱/۵ در شرایط عادی و نسبت آب به سیمان دوغاب در شرایط دیگر از ۰/۶۷ تا ۱ می‌تواند متغیر باشد. قابل ذكر است كه نسبت دوغاب در هر بخش به پیشنهاد پیمانكار و تایید دستگاه نظارت تعیین میشود.

‌نوع سیمان مصرفی‌

نوع سیمان مصرفی در ملات تزریق سیمان از نوع سیمان پرتلند تیپ دو و یا سیمان تیپ پنج با توجه به شرایط شیمیایی محل مورد نظر تعیین میشود.

‌آب مصرفی

آبی كه در تهیه دوغاب تزریق بكار می‌رود، باید تمیز و صاف بوده و دارای كلیه شرایط لازم برای آب مصرفی در ساخت بتن باشد. آب مصرفی بایستی عاری از هر نوع ماده‌ای از قبیل اسیدها، قلیا‌ها، مواد قندی، نمك‌ها و مواد آلی كه منجربه ایجاد صدمه‌ به بتن می‌شود، باشد. آب مورد استفاده در ساخت دوغاب تزریق باید دارای ذرات جامد معلق كمتر از ۰/۲ درصد، مواد محلول كمتر از ۳/۵ درصد، درصد كلر كمتر از ۱ درصد، درصد سولفات كمتر از ۰/۳و درصد قلیایی كمتر از ۰/۶۰ باشد. در حالت كلی آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب است.

‌تسلیح و نصب فلنج‌

گام نهایی در اجرای میكروپایل، عملیات جاگذاری آرماتور تسلیح در داخل لوله میكروپایل و نصب فلنج (در صورت نیاز) است. بدیهی است كه آرماتور تسلیح می‌بایست قبل از گیرش سیمان، در داخل گمانه نصب شود. فلنج كه به منظور ایجاد اتصال كامل بین میكروپایل و بتن فونداسیون و همچنین جلوگیری از برش پانچ سر میكروپایل در داخل بتن پی بكار می‌رود، می‌بایست در آخرین مرحله به آرماتور تسلیح میكروپایل جوش شود.

علت اصلی ایجاد نشست نامتقارن در ساختمان:

1. عدم طراحی مناسب فونداسیون با توجه به مقاومت مجاز خاک زیر پی و نیروهای وارده بر خاک.
2. عدم انجام آزمایش صحیح مکانیک خاک و ارائه اطلاعات نادرست به طراح سازه جهت طراحی مناسب پی متناسب با پروژه مورد نظر و نتیجتاً طراحی نامناسب فونداسیون.
3. عدم اجراء صحیح فونداسیون و کیفیت نامناسب بتن اجراء شده در فونداسیون و یا عدم رعایت ابعاد قید شده در نقشه ها و کاهش ابعاد فونداسیون بدلیل مسائل اقتصادی یا اشتباه در اجراء ، عدم بکار بردن میلگردهای مورد نیاز در نقشه ها و کاهش میلگردهای مورد نیاز بدلیل مسائل اقتصادی یا اشتباه در نقشه خوانی و کم گذاشتن میلگردهای مورد نیاز در فونداسیون.
4. اشتباه در اعلام کد به هنگام خاکبرداری و عملیات گودبرداری در پروژه و گودبرداری در ترازی پایین تر از تراز مورد نظر و نتیجتاً خاک ریزی و افزایش تراز گود بدون در نظر گرفتن تمهیدات لازم و تقویت بستر خاک که نتیجه آن اجراء فونداسیون بر روی خاک دستی و بدون مقاومت می باشد.
5. عدم بررسی و کنترل خاک برداشته شده به هنگام گودبرداری به لحاظ دانه بندی و چسبندگی .
6. عدم کنترل تراز آب به هنگام گودبرداری و وجود میزان رطوبت در خاک و مقایسه آن با گزارشات مکانیک خاک و مطالعات انجام شده و توصیه های قید شده جهت کنترل و رطوبت خاک زیر پی.
7. در نظر نگرفتن تمهیدات لازم و رعایت دستورالعملهای مناسب اجرایی به هنگام برخورد با قنوات و چاه های جذبی و آبیاری و انجام ندادن عملیات تحکیم و مقاوم سازی و بهسازی آنها قبل از اجراء فونداسیون.
8. کنترل تغییرات دانه بندی ، چسبندگی و رطوبت خاک در بخشهای مختلف گود و در صورت وجود تفاوت زیاد در کیفیت و شاخصهای کیفی و کمی خاک اطلاع آن به مهندس طراح سازه و آزمایشگاه مکانیک خاک.
9. افزایش رطوبت خاک بطور ناگهانی یا تدریجی بدلیل ترکیدگی لوله های آب در مجاورت یا داخل ساختمان که باعث تغییر در میزان چسبندگی خاک و مقاومت آن خواهد شد. درساختمانهای در حال بهره برداری
10. پر شدن چاه های جذبی در ساختمان و افزایش رطوبت خاک زیر پی در اثر نشت آب موجود در چاه و میله های آن و در نتیجه کاهش مقاومت خاک زیر پی.
11. ریزش چاه های جذبی بدلیل اجراء نامناسب آن و عدم کول گذاری و تقویت میله و انباری آن در خاکهای ریزشی و دارای چسبندگی کم  و مقاومت پایین.
12. سرریز شدن روان آبهای موجود در اطراف ساختمان دراثر ریزش نزولات جوی و کانالهای مجاور بدلیل تغییر مسیر یا گرفتگی آن به سمت ساختمان و خاک زیر پی و اصطلاحاً شسته شدن خاک زیر پی.
13. اجراء اضافه اشکوپ بر روی بام و تغییر در تعداد طبقات ساختمان یا پوشش بازشوها و فضاهای نورگیر در طبقات بدون در نظر گرفتن اثر سربارهای اضافه برروی فونداسیون و خاک زیر پی.
14. ایجاد زمین لرزه و تکانهای شدید ساختمان و خاک زیر پی و اعمال نیروهای نامتعارف به فونداسیون و خاک زیر آن و در نتیجه ایجاد نشست در ساختمان.

روشهای مقاوم سازی ساختمان : 

یکی از روشهای مقاوم سازی ساختمانها تقویت و بهسازی خاک زیر پی می باشد. چنانچه بعد از کنترل و بررسی های مورد نیاز مشخص گردد که طراحی و اجرای سازه و فونداسیون بدون اشکال بوده و مطابق با ضوابط و دستور العملهای طراحی و اجرایی سازه ساخته شده است و کلیات سازه بدون ایراد و اشکال می باشد و عامل اصلی در ایجاد نشست ساختمان ضعیف بودن خاک و پایین بودن مقاومت فشاری خاک می باشد که در اثرافزایش ناگهانی رطوبت و نشت آب از طرق مختلف باعث تغییر در تراکم و دانه بندی و نیز خاصیت مکانیکی خاک می گردد.

در این حالت می بایست جهت افزایش ظرفیت باربری خاک و تقویت آن، خاک زیر پی را بهسازی نمود. از متداولترین روشها جهت مقاوم سازی و بهسازی خاک تزریق دوغاب سیمان توسط دستگاه تزریق می باشد که به آن میکروپایل می گویند.

روش دیگر در مقاوم سازی ساختمانها در برابر نشست، تقویت فونداسیون می باشد. در بعضی مواقع امکان استقراردستگاه تزریق و انجام عملیات میکروپایل در ساختمان مورد نظر امکان پذیر نبوده و بدلیل عدم دسترسی به زیرزمین ساختمان و فضای مورد نظر و عدم وجود گذرگاه مناسب و یا ارتفاع کم سقف در طبقه زیرزمین امکان استفاده از دستگاه و تجهیزات میکروپایل را نمی دهد.

بنابراین می بایست بدون مقاوم سازی و بهسازی خاک زیر پی، فونداسیون ساختمان مورد نظر را تقویت نمود. در این حالت می توان با طراحی و اجراء شمعهایی در زیر فونداسیون بار وارده از سوی ساختمان به فونداسیون و از فونداسیون به خاک زیر پی را که سست بوده و مناسب برای بارگذاری نمی باشد را توسط شمعهایی منتقل نمود. در این حالت شمعها بار مورد نظر را به بخشی از خاک که در عمق بیشتری از سطح خاک می باشد و دارای مقاومت و ظرفیت باریری بیشتری می باشد را منتقل می کند.

نکته قابل توجه اینکه در مورد نشست ساختمان نامتقارن: 

این نکته را باید در نظرداشت که متناسب با مطالعات مکانیک خاک انجام شده نوع شمع از قبیل شمع استحکاکی و یا پافیلی تعیین گردیده و عمق وسطح مقطع شمع محاسبه و تعیین می گردد. مهمترین نکته در مقاوم سازی فونداسیون در روش اجراء شمع، ایجاد اتصال مناسب بین شمع و فونداسیون می باشد که از انتقال نیروهای حاصل از سربار وارده به فونداسیون و شمع اطمینان کامل بعمل آید.

در این راستا شاید نیاز به تخریب بخشهایی از فونداسیون جهت ایجاد اتصال مناسب به شمع و یا حفر سوراخهایی در بتن فونداسیون بوده که با دقت و زیر نظر مهندسین مجرب تخریب و میلگردهای آن بریده شود. انجام عملیات بتن ریزی در اینگونه شمعها از حساسیت بالایی  برخوردار بوده و علاوه برنیاز به اسلامپ بالای بتن نیاز به افزودن مواد روان کننده و نیز داشتن عیاربالای سیمان می باشد.

همچنین با توجه به اینکه معمولاً در ساختمان هایی که دچار نشست شده اند خاک زیر پی ضعیف می باشد لذا حفر شمع با خطراتی مواجه بوده که تمهیدات ایمنی مناسبی را می طلبد.

تزریق روشی است که بوسیله آن مصالح دوغابی با فشار به داخل منافذ و ترکها و حفرات موجود در توده خاک و سنگ تزریق می شود تا مشخصات فیزیکی و مکانیکی آنها را بهبود بخشد.

بطور کلی: اصلاح خصوصیات خاک وسنگ با پر کردن فضاهای خالی و ترکها با مصالح دوغابی را تزریق می گویند.

اهداف تزریق :

v     افزايش مقاومت زمين يا توده سنگ

v      مسدود کردن جريان آب در توده سنگ

v     تامين هر دو مورد فوق در يک زمان

روش های تزریق در خاک :

v     تزریق نفوذی یا آب بند

v     تزریق تحکیمی

v      تزریق تراکمی

v      تزریق جت

v      تزریق شکست هیدرولیکی

v     تزریق تماسی یا تعادلی

روش های تزریق در سنگ :

v     تزریق آب بند

v     تزریق تحکیمی

v     تزریق شکست هیدرولیکی

v     تزریق تماسی یا تعادلی

روش های تزریق در سازه ها :

v     تزریق آب بند

v     تزریق تماسی یا تعادلی

v     تزریق اتصالی

عواملی نظیر دانه بندی خاک، ترازهاي مختلف آب زير زميني ، عمق سازه از سطح زمين و دسترسي سطحي به تجهيزات بهترين روش و حالت را تعيين ميکنند.

کلمات کلیدی:

تزریق نفوذی یا آب بند

تزریق تحکیمی

تزریق تراکمی

تزریق جت

تزریق شکست هیدرولیکی

تزریق تماسی یا تعادلی

تزریق آب بند

روش طاق چتری  (Forepoling) یکی از روش های پایدارسازی حفاری تونل و یکی از تخصص های شرکت ساروج پی زمین می باشد. شرکت ساروج پی زمین تجربیات زیادی در حفاری تونل های متروی تهران و تبریز کسب نموده است. در ذیل به معرفی این روش و نمونه های عملی صورت گرفته اشاره می گردد.

با اجرای این روش پایداری جبهه کار افزایش و از نشست‌های سطحی تونل‌های حفرشده به مقدار زیادی جلوگیری می‌شود و همچنین ایمنی اجرای عملیات حفاری تونل را با تحکیم سقف بالا می‌برد.

مکانیسم نگهداری با تکنیک فورپولینگ  (forepoling)، توانایی پایدارسازی محدوده سینه کار تونل را در هر دو جهت عمود و طولی امتداد تونل به‌واسطه زون مسلح قوسی فراهم می‌آورد. مطالعات نیز مبین آن هستند که این روش، جابجایی و کرنش‌های پلاستیکی در تاج و بارهای پوشش را کاهش داده و درنتیجه پایداری سینه کار افزایش‌یافته و از صدمه به سازه‌های مجاور جلوگیری می‌کند.

بنابراین روش فورپولینگ (پیش لوله‌گذاری) توانسته متد بسیار محبوبی در نگهداری حفرات با سطح مقطع بزرگ گردد. این روش که توسط واکیتا و همکاران بر روی تونل شهری به روش (ATM) تونل سازی سپری انجام‌شده بود بررسی شد. مطالعه دیگری توسط کونتوتاناسیس و همکاران که در آن تأثیر روش فورپولینگ در متروی آتن موردنظر بود، انجام شد که در هر دو مطالعه کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در نشست زمین در زمان استفاده از این روش به‌دست آمد.

ابتدا توسط دستگاه جامبو دریل نسبت به حفاری چال‌ها با زوایای موردنظر اقدام نموده، سپس حفاری و نصب لوله به‌صورت همزمان توسط سرمته های خاص انجام می‌شود. زاویه لوله‌ها ممکن است در این روش از صفر (روش مستقیم) تا ۱۰ درجه (روش پلکانی) باشد.

در روش پلکانی قاب باید دقیقاً زیر لوله‌ها قرار گیرد تا با انتقال بار در جهت تحکیم سقف عمل نماید و در روش مستقیم پس از قرارگیری قاب، نسبت به استقرار یک کنسول پیشرو در بالای قاب اول اقدام می‌شود. این روش برای اولین بار در کشور در تونل امام‌زاده هاشم جاده هراز اجرا گردید و سپس به ترتیب در تونل‌های بابا میدان – دشت روم، تونل تلخاب، تونل جاده چالوس و تونل توحید (توسط شرکت ساروج پی زمین) اجرا شد و هم‌اکنون در بیشتر سینه کارهای معادن از جمله معدن طبس اجرا می‌شود.

روش اجرای ميكروپايل

روش اجرای ميكروپايل مشتمل بر چهار مرحله حفاری (در صورت نياز)، لوله‌كوبی، تزريق و تسليح بوده كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است.

حفاری‌

در صورتی كه امكان كوبش لوله‌های ميكروپايل از ابتدا به دلايل مختلف نظير وجود كف‌سازی، بتن مگر، لايه متراكم خاك و غيره ميسر نباشد، می‌بايست نسبت به انجام عمليات حفاری اقدام نمود. عمليات حفاری به روش‌های مختلف نظير حفاری دورانی (Rotary) و يا دورانی- ضربه‌ای (D.T.H) صورت می‌پذيرد. حفاری باید تا عمقی كه امكان كوبش ميسر شود، ادامه يابد. بعضاً حفاری در كل ارتفاع ميكروپايل نيز صورت می‌گيرد.

‌لوله‌كوبی‌

به منظور استقرار لوله‌های ميكروپايل در محل گمانه، غالباً از عمليات لوله‌كوبی استفاده می‌شود. برای اين منظور در مرحله اول عمليات از لوله نوك‌ تيز ميكروپايل استفاده می‌شود و پس از فرو رفتن لوله اول، لوله دوم به لوله اول متصل و كوبيده می‌شود و عمليات‌ كوبش به همين منوال ادامه می‌يابد. جهت اتصال كامل لوله‌‌ها به يكديگر علاوه بر استفاده از بوشن‌های رزوه شده، لوله‌ها به لبه بوشن نيز، جوش داده می‌شوند. عمليات کوبش تا زمانی که امکان کوبيدن لوله‌ها ميسر باشد ادامه می‌يابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله‌ كوب، لوله بيشتر از ۱۰سانتيمتر فرو نرود، عمليات کوبش لوله میکروپایل متوقف میشود. در اين حالت تا تحقق عمق طراحی حفاری انجام شده و سپس لوله‌های مربوط به میکروپایل در درون گمانه نصب میشود.

لوله‌های میکروپایل به قطر خارجی ۷۶ میلیمتر و قطر داخلی ۶۸ میلیمتر در قطعات دو متری هستند. این لوله‌ها به وسیله بوشن و جوش به یكدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل دارای ۸۰ سوراخ به قطر ۸ میلیمتر، در هر متر طول است. محیط داخلی لوله‌ها بایستی برق ‌زده‌ باشد تا در تزریق دوغاب اثرات منفی نداشته باشد.

‌تزریق‌

عملیات تزریق دوغاب سیمان بایستی با دقت در بخش ساخت دوغاب و تزریق آن صورت گیرد. مجموعه دستگاه‌های تزریق از سه بخش میكسر اولیه، میكسر ثانویه و پمپ تزریق تشكیل می‌شود. اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) است و میکسر ثانویه از نوع پره‌ی است.

ساخت دوغاب تزریق در همزن‌های میکسر اولیه صورت می‌گیرد. ابتدا آب به میزان مورد نظر ریخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سیمان (WCR) مورد نیاز، سیمان به آن افزوده می‌شود. زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، ۳۰ ثانیه است. نسبت آب به سیمان مورد استفاده با توجه به شرایط زمین بین ۵/۰ تا ۵/۱ مطلوب است. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل همزن ثانویه ریخته شده و سپس بوسیله پمپ‌های تزریق مخصوص تزریق میشود.

به دلیل اینکه دوغاب سیمان باید تحت فشار زیاد در لایه‌های خاک نفوذ کند‌، جهت تزریق دوغاب سیمان از یکسری شیلنگ دو جداره به نام پکر (packer) استفاده می‌شود. پکرها بعد از اینکه به درون لوله میکرو پایل فرستاده شدند جداره دوم آنها بوسیله پمپ هوا باد می‌شود که با این کار پکر کاملاً به بدنه لوله می‌چسبد و مانع خروج دوغاب در حین تزریق از بالای لوله می‌شود.

مثلاً مرحله اول بستن پكر برای ریزشمع ۸-۱۰ متری در عمق ۶ متری گمانه بوده و پس از اتمام عملیات تزریق عمق ۶ متری، پكر در عمق ۴ متری بسته می‌شود و پس از اتمام تزریق در این مرحله، پكر در عمق ۲ متری بسته می‌شود و نهایتاً پس از تزریق در این مرحله، پكر سرچاهی بسته می‌شود و عملیات تزریق به اتمام می‌رسد. در صورتیكه نشتی دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی مشاهده شود، عملیات تزریق متوقف میشود.

در صورتی که درون لوله میکروپایل قبل از تزریق دوغاب سیمان ،کثیف باشد باید توسط فشار آب یا هوای فشرده درون لوله تمیز شود.

‌مشخصات تزریق‌

‌فشار تزریق

فشار تزریق در مراحل مختلف تزریق، در اعماق مختلف، تحت تاثیر جنس زمین و شرایط ژئوتكنیكی می‌تواند متغیر باشد. حداكثر فشار تزریق به ۱۰ اتمسفر محدود میشود.

‌مقدار سیمان مصرفی

باتوجه به شرایط ژئوتكنیكی و میزان باربری طراحی ریزشمع‌ها، مقدار سیمان برآوردی معادل هر متر طول میکروپایل تا ۱۰۰ كیلوگرم می‌تواند باشد. البته باتوجه به این امر كه باید تزریق تا فشار ۱۰ اتمسفر ادامه یابد، لذا ممكن است مقدار سیمان از برآورد اولیه بیشتر شود.

‌نسبت آب به سیمان دوغاب تزریق‌

نسبت آب به سیمان در دوغاب تزریق مورد استفاده، بین ۰/۵ تا ۱/۵ در شرایط عادی و نسبت آب به سیمان دوغاب در شرایط دیگر از ۰/۶۷ تا ۱ می‌تواند متغیر باشد. قابل ذكر است كه نسبت دوغاب در هر بخش به پیشنهاد پیمانكار و تایید دستگاه نظارت تعیین میشود.

‌نوع سیمان مصرفی‌

نوع سیمان مصرفی در ملات تزریق سیمان از نوع سیمان پرتلند تیپ دو و یا سیمان تیپ پنج با توجه به شرایط شیمیایی محل مورد نظر تعیین میشود.

‌آب مصرفی

آبی كه در تهیه دوغاب تزریق بكار می‌رود، باید تمیز و صاف بوده و دارای كلیه شرایط لازم برای آب مصرفی در ساخت بتن باشد. آب مصرفی بایستی عاری از هر نوع ماده‌ای از قبیل اسیدها، قلیا‌ها، مواد قندی، نمك‌ها و مواد آلی كه منجربه ایجاد صدمه‌ به بتن می‌شود، باشد. آب مورد استفاده در ساخت دوغاب تزریق باید دارای ذرات جامد معلق كمتر از ۰/۲ درصد، مواد محلول كمتر از ۳/۵ درصد، درصد كلر كمتر از ۱ درصد، درصد سولفات كمتر از ۰/۳و درصد قلیایی كمتر از ۰/۶۰ باشد. در حالت كلی آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب است.

‌تسلیح و نصب فلنج‌

گام نهایی در اجرای میكروپایل، عملیات جاگذاری آرماتور تسلیح در داخل لوله میكروپایل و نصب فلنج (در صورت نیاز) است. بدیهی است كه آرماتور تسلیح می‌بایست قبل از گیرش سیمان، در داخل گمانه نصب شود. فلنج كه به منظور ایجاد اتصال كامل بین میكروپایل و بتن فونداسیون و همچنین جلوگیری از برش پانچ سر میكروپایل در داخل بتن پی بكار می‌رود، می‌بایست در آخرین مرحله به آرماتور تسلیح میكروپایل جوش شود.

نیلینگ، انکراژ و استرند

كاربرد معمول روش مهاري (استفاده از انکراژ براي پايدارسازي) در پروژه هاي بزرگراهي و براي پايدارسازي خاكبرداريها و شيبها بوده است .ولي امروزه به صورت روز افزون در پايدارسازي ديواره خاكبرداريها درمحيطهاي شهري نيز مورد استفاده قرار ميگيرد .در اين روش پس از حفر گمانه و جايگذاري مهاري، بخشي از انتهاي گمانه تزريق گرديده و مهارها با جك كشيده ميشوند.تفاوت اصلي سيستم انکراژ و نيلينگ خاك در اين است كه نيروي پيش تنيدگي خاصي در سيستم نيلينگ اعمال نميشود و حركت توده خاك است كه موجب ايجاد نيرو در ميخها ميشود ولي درسيستم مهاري به دليل پيش تنيدگي مهارها، قبل از حركت توده خاك نيروي بزرگي وجود دارد كه سبب كاهش قابل توجه تغيير شكلها ميشود.

انکراژ و اجزای آن :

اجزاي اصلي در پايدارسازي با استفاده از مهار(انکراژ) به قرار زير ميباشد:

۱٫ استرند :كابل تنيده شده از چند رشته مفتول فولادي ميباشد .اين مفتول هاي فولادي داراي مقاومت بالا (حدود ۱۸۶۰ مگاپاسكال) ميباشند .ميتوان به جاي استرند از فولاد نيز استفاده نمود كه در اين حالت نيروي پيش تنيدگي قابل اعمال با توجه به مقاوت پايين تر فولاد( حدود ۴۰۰ مگاپاسكال) نسبت به انکراژ كمتر ميباشد.استفده از استرند يا فولاد با توجه به شرايط پروژه تعيين ميشود.

۲٫ فاصله نگهدار :براي دسته كردن چند رشته استرند در يك مهار و ثابت نگهداشتن آنها نسبت به يكديگر و رعايت حداقل فاصله مجاز بين رشته هاي استرند از فاصله نگهدارها استفاده ميشود.

۳٫ شلنگهاي تزريق :براي اطمينان از پر شدن گمانه با دوغاب در حين تزريق گمانه از يك يا چند شلنگ با طولي حداقل برابر با طول مهار استفاده ميشود.

۴٫ پكر :براي تزريق تحت فشار از پكر استفاده ميشود .دوخت هاي پكر بايد به گونه اي باشد كه تحمل فشارهاي تزريق را داشته باشد.آب بندي ابتدا و انتهاي پكر بايد فشار طول گيردار مهار، نشت اتفاق نيافتد. ِ به صورت مناسبي انجام گيرد تا در هنگام پركردن پكر توسط دوغاب و يا تزريق تحت

۵٫ غلاف استرند :به منظور جلوگيري از چسبيدن و درگير شدن استرندها به دوغاب و اطمينان از عدم انتقال نيروي مهار به خاك در طول آزاد، استرند در طول آزاد مهار در داخل غلاف نگهداشته ميشوند.

۶٫ سر انكر: سر انكر يك استوانه داراي چند سوراخ مخروطي شكل در قاعده آن ميباشد كه به منظور انتقال نيروي كششي مهار از استرند بر روي مهار در سر گمانه نصب ميشود.

۷٫ گوه: قطعات فولادي مخروطي شكل تو خالي كه در اطراف هر رشته استرند در داخل سوراخ سر انكر و به منظور قفل كردن استرند استفاده ميشود. لازم به ذكر است كه در صورت استفاده از ميگلرد به جاي استرند در انکراژ نياز به بعضي از اجزاي فوق نمي باشد.

انکراژ و جلوگیری از رانش خاک :

براي جلوگيري از رانش خاك ميتوان از شمعهاي فولادي نيز استفاده نمود .براي اجراي اين شمعها ابتدا عمليات حفاري چاه در فواصل ارائه شده توسط مهندس طراح انجام ميگيرد . عمق اين چاهها برابر با عمق گود به اضافه مقداري براي اجراي شمع بتني ميباشد .شمعهاي بتني براي تامين گيرداري پروفيل ها بوده و طول آن به ميزان ۲۵ تا ۳۵ درصد عمق گود، پايين تر از رقوم كف گود در نظر گرفته ميشود.پس از بتن ريزي در محل مورد نظر در انتهاي چاه حفر شده، شمعهاي فولادي در چاه قرار داده شده و به اين صورت شمع فولادي با انتهاي گيردار بوجود مي آيد.سپس ميتوان گودبرداري را به صورت مرحله به مرحله آغاز نمود.

طراحی، اجرا و نظارت بر اجرای ابزار دقیق و رفتارسنجی تونل ها، سازه های عظیم و گودبرداری های عمیق

یکی از مسائل مطرح در اجرا و بهره ‌برداری از تونل‌ها، سازه‌های زیرزمینی و گودهای عمیق، بررسی و کنترل ایمنی و تغییر شکل‌های رویداده در پوشش تونل و نیز نشست‌های سطحی ناشی از حفر، اجرا و بهره‌برداری از فضای زیرزمینی مورد نظر می‌باشد. به طور کلی، اهداف عمده استفاده از سیستم پایش سازه ها عبارتند از تامین ایمنی سازه‌های سطحی، حفظ سطح خدمت پذیری در سازه‌های سطحی، کنترل ایمنی سازه تونل، کنترل تغییر شکل‌های پوشش تونل و بهینه کردن طرح از طریق اصلاح سازه‌های پوشش تونل بر پایه نتایج پایش و تفسیر مقادیر تغییرشکل‌های رویداده.

پایش دقیق حرکات سازه ها و دیواره های گود بسته به حساسیت مسئله با فواصل زمانی مختلف ( از روزانه تا ماهانه) صورت می گیرد.

کلمات کلیدی:

پایش

مانیتورینگ

کنترل تغییر شکل

پایش دیواره های تونل و گود

میکروژئودزی

ایزولاسیون و زهکشی

دیواره گود و فونداسیون ساختمان همیشه در معرض نشت و نفوذ آب زیرزمینی قرار دارد. آب نفوذی به گود به تدریج ممکن است به داخل سازه راه پیدا کند و بهره داری از سازه را با مشکل روبرو کند.

آب نفوذی به بتن به تدریج باعث خوردگی آرماتور بتن و ضعف سازه ای سیستم می شود. پس از اجرای گودبرداری و قبل از بتن ریزی فونداسیون ساختمان، لازم است کف و دیواره های گود به روش قابل اطمینانی آب بندی و عایق گردد. از زمانهای گذشته روشهای متعددی برای آب بندی گودها وجود داشته است. روشهایی مانند استفاده از قیر و گونی و ایزوگام و … از روش های مرسوم قدیمی است که هنوز هم در برخی موارد مورد استفاده قرار می گیرد.

محصولات جدید و با کیفیت جایگزین برای آب بندی سطوح با استفاده از زیر شاخه های محصولات ژئوسینتتیک می باشد. زیر شاخه های محصولات ژئوسینتتیک که برای آب بندی به کار می روند عبارتند از لاینر رسی و ژئوممبرین.

استفاده از محصولات ژئوسنتتیک نظیر ورق های ژئوممبرین مخصوص و ژئودرین شانه تخم مرغی بجای محصولات سنتی از قبیل ایزوگام ، قیرگونی و آسفالت ضمن ماندگاری و طول عمر بیشتر مزایای دیگر شامل کیفیت بالاتر آب بندی، کاهش قابل ملاحظه وزن را نیز درپی خواهد داشت.

از دیگر روش های جدید آب بندی، استفاده از افزودنی های پایه سیمان به بتن می باشد که سازه را در مورد نفوذ آب ایزوله می کند.

شرکت ساروج پی زمین در پروژه های مختلفی اقدام به اجرای سیستم زهکشی و ایزولاسیون کف و دیواره های گود کرده است. از جمله این پروژه ها می توان به پروژه رویال سعادت آباد و نگین معلم اشاره کرد.

استفاده از محصولات ژئوسنتتیک نظیر ورق های ژئوممبرین مخصوص و ژئودرین شانه تخم مرغی بجای محصولات سنتی از قبیل ایزوگام ، قیرگونی و آسفالت ضمن ماندگاری و طول عمر بیشتر مزایای دیگر شامل کیفیت بالاتر آب بندی، کاهش قابل ملاحظه وزن را نیز درپی خواهد داشت.

از دیگر روش های جدید آب بندی، استفاده از افزودنی های پایه سیمان به بتن می باشد که سازه را در مورد نفوذ آب ایزوله می کند.

شرکت ساروج پی زمین در پروژه های مختلفی اقدام به اجرای سیستم زهکشی و ایزولاسیون کف و دیواره های گود کرده است. از جمله این پروژه ها می توان به پروژه رویال سعادت آباد و نگین معلم اشاره کرد.

آزمایش های مکانیک خاک

مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه خواص خاک و رفتار آن تحت تنش و کرنش در شرایط ایده‌آل می پردازد و دانشی است که نام آن با آزمایش و تجربه پیوند خورده است؛ چرا که شناخت خواص مهندسی خاک‌ها غیر از این راه میسر نیست. در مهندسی ژئوتکنیک، طراحی و تحلیل سازه‌های خاکی، مانند سدهای خاکی، دیوارهای حائل، گودبرداری، تونل سازی، شیروانی‌ها و انواع پی بر پایه‌ی تئوری مکانیک خاک و پارامترهای آزمایشگاهی خاک است.

برای طراحی شالوده‌ای که بار مشخصی از سازه را حمل می‌کند، باید از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی لایه‌های مختلف خاک زیر شالوده مطلع بود.

مطالعات ژئوتکنیکی جهت شناسایی وضعیت خاک در یک پروژه به طور کلی شامل دو مرحله عملیات ژئوتکنیک صحرايي و آزمایش‌های آزمايشگاهي می‌باشد. دانشجویان مهندسی عمران در آزمایشگاه مکانیک خاک با هر دو گروه آزمایشات آشنا می‌شوند و بدین وسیله ارتباط مستقیمی با مطالب نظری بحث شده در دروسی نظیر مکانیک خاک، طراحی روسازی راه، پی سازی و … برقرار نموده و با دید بازتری مبادرت به طراحی می نمایند.

برخی از آزمایشات مکانیک خاک عبارتند از:

تعیین درصد رطوبت خاک

تعیین چگالی بخش جامد خاک

به دست آوردن منحنی دانه بندی خاک به روش الک و هیدورمتری

آزمایش حدود اتربرگ – شامل حد روانی، حد خمیری، و حد انقباض

آزمایش تراکم استاندارد

تعیین دانسیته در محل به روش مخروط ماسه

آزمایش برش مستقیم

آزمایش فشاری محصورنشده

آزمایش تحکیم

آشنایی با آزمایش های سه محوری UU , CD , CU

آزمایش هم ارز ماسه

تعیین نسبت باربری کالیفرنیا CBR

شرکت ساروج پی زمین در راستای برطرف کردن مشکلات مختلف در حین اجرای عملیات ساختمانی، نیروگاه، سد، تونل و … راه حل های مختلفی را ارائه داده است.

بررسی روش های مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون ها

با ارزیابی سازه ها، ضعف ها و کم و کاستی های آ ن تعیین می گردد. 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 می گذارند. مجموعه این محدودیت ها را می توان به صورت اهداف عملکردی ساختمان، محدودیت هزینه های 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 می باشد و چندی است که در کشور ما مورد توجه 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 می کند. پی ساختمان یکی از اجزای مهم سازه به حساب می آید 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 شکل پذیری 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 مورد بررسی قرارگرفته است.

                 الف: ملاحظات مقاوم سازی و بهسازی فونداسیون

در مقاوم سازی فونداسیون ها، عواملی ازجمله شرایط پی، شرایط سازه ای، شرایط ژئوتکنیک و شرایط بارگذاری، تأثیرگذار است. برای مقاوم سازی 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 نقشه ها و شرایط خاک، بررسی پی و دیواره های پی، گزارش خسارات، بررسی ترک ها، بررسی بصری و کاوش های زمینی، گزارش نشست و نشست وابسته به زمان، محاسبه بار پی (سیستم استاتیکی)، اندازه گیری سطح آب زیرزمینی و فشار آب حفره ای، میزان مقاوم سازی پی، اندازه گیری تنش و نوارهای تنش موجود، اندازه گیری ارتعاشات، کنترل کیفیت مواد می باشد. 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.       تحقیقاسناد و بایگانی مدارک طراحی ساختمان برای تعیین شرایط خاک.
6.  بررسی خاک ها 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

                 ب:  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. به خوبی 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 می یابد)
• 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 می دهد، در این روش نصب تجهیزات اضافی ضروری می باشد.)
• مقاوم سازی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)
• ایجاد ریز شمع در فونداسیون موجود.
• افزایش مقاومت شمع های موجود.
• احداث شمع های کششی.

قبل از اقدام به عملیات استخراج معدن، بایستی از میزان مواد معدنی و درجه خلوص فلزات گرانبها و … آگاهی حاصل نمود. در صورت اینکه استخراج مواد معدنی توجیه اقتصادی داشته باشد اقدام به احداث کارگاه و استخراج معدن می شود.

با رشد روزافزون جمعیت شهرها و پیشرفت صنایع در بیشتر مناطق جهان مسائل جدیدی برای آبرسانی شهرها به وجود آمده است. فایق آمدن به این مشکلات با کمک متخصصان و تکنسین‌های توانمند میسر می‌باشد.

طرح یک سیستم تاسیسات آبرسانی تنها وقتی رضایت بخش خواهد بود که طرح کنندگان آن بررسی های مقدماتی کافی در مورد امکان های هیدرولوژیک محل، مقدار آب موجود، مقدار افزایش جمعیت در آینده و نیز وضعیت پیشرفت صنایع در آن ناحیه به عمل آورده باشند. توجه به وضعیت اجتماعی و اقتصادی مردم در زمینه پیشرفت آن شهر ها در فازهای مختلف اقتصادی و صنعتی برای طراحی سیستم های آبرسانی بسیار مهم و حیاتی است تا بتوانیم یک سیستم آبرسانی طراحی کنیم که سالهای متمادی پاسخ گوی آن شهر و منطقه باشد.

وظایف یک شبکه آبرسانی شهری 

شبکه آبرسانی شهرها دارای وظایفی هستند که مهمترین آنها عبارتند از تامین آب آشامیدنی مردم، تامین آب مورد نیاز دستگاه های تاسیسات بهداشتی مثل حمام ها، توالت ها و غیره، تامین آب مورد نیاز کارخانه های کوچک و بزرگ و کارگاه های گوناگون، تامین آب لازم برای آبیاری فضاهای سبز و شستشوی خیابان ها و تامین آب مورد نیاز تاسیسات سازمان های آتش نشانی هنگام آتش سوزی.

یک شبکه آبرسانی شهری باید قادر باشد وظایف و نیازهای آبی نامبرده و نظایر آنها را از نظر کیفی (خواص فیزیکی و شیمیایی آب) و از نظر کمی (دبی و فشار آب) برابر استاندارد های موجود بخوبی تامین کند. همچنین سیستم به گونه ای باشد که تامین آب مورد نیاز در بدترین شرایط زمانی و مکانی و شرایط اضطراری نیز امکان پذیر باشد.

مراحل طراحی شبکه آبرسانی برای یک منطقه (شهر، روستا، شهرک،….)  به شرح زیر است:

۱- تعیین مقدار آب مورد نیاز برای منطقه

۲- طراحی مخزن

۳- طراحی پمپ

۴- بررسی مسائلی چون قطر لوله، جنس لوله، نصب شیرهای فشار شکن و … همچنین مسئله تصفیه آب

این مراحل می تواند بعضی در موازات همدیگر بعضی به صورت پشت سر هم انجام شود.

ساختمان با اسکلت فلزی چیست؟

اسکلت فلزی یا اسکلت فولادی یا سازۀ فلزی، به مجموعه ای از عضوهای باربر ایجاد شده از فولاد یا ورق فلزی اطلاق می شود که با کمک پیچ، جوش و … به همدیگر متصل می‌شوند. به دلیل اینکه راه های ساخت نیم‌رخ یا پروفیل فولادی در طی زمان تکامل پیدا کرده است و سعی و خطای زیادی روی آن انجام شده است، این سازه ها اکثرا رفتار مناسبی را از خود نشان می‌دهند.

موضوع حائز اهمیت در این سازه‌ها، رفتار اتصالاتی است که برای ساخت اعضای مرکب از پروفیل و ورق در محل گره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روش‌های مرسوم اتصالات در سازه‌های فلزی به این شرح است:

• اتصالات سازه‌های فلزی پیچ و مهره‌ای
• اتصالات جوشی
• اتصالات پرچی که تقریبا در تمام نقاط جهان منسوخ شده است.

تاریخچۀ اسکلت فلزی

استفاده از اسکلت فلزی در ساختمان‌ها پیشینه‌ای طولانی دارد. در ابتدا برای اجرای چنین سازه‌هایی از چدن استفاده می‌شد اما پس از مدتی آهن کم‌کربن یا همان آهن چکش‌خوار جای چدن را گرفت. با استفاده از اسکلت فلزی ساخت سازه‌هایی با طرح‌ها و شکل‌های مختلف و متنوع امکان‌پذیر شد.

چدن و آهن کم‌کربن هم به مرور جای خود را به فولاد دادند. امروزه فولاد بیشترین کاربرد را در اسکلت فلزی ساختمان‌ها دارد؛ تا جایی که گاه به جای به کار بردن عبارت «اسکلت فلزی» از «اسکلت فولادی» استفاده می‌کنند.

مزایای اسکلت فلزی باعث شده از آن به صورت گسترده در ساخت سوله‌ها و ساختمان‌های بزرگ استفاده کنند. این نوع اسکلت در شلوغ‌ترین و کم‌حجم‌ترین مکان‌ها هم قابل اجراست و به همین دلیل در شهرهای بزرگ با استقبال خوبی از طرف معماران و مهندسان سازه مواجه شده است. اسکلت فلزی کیفیت ساخت را بالا برده و پرتی مصالح را پایین می‌آورد.

بهترین روش اجرای اسکلت فلزی پیچ و مهره است و کشورهای اروپایی جز در متراژ و وزن کم، اجازۀ استفاده از اتصالات جوشی را نمی‌دهند؛ زیرا به نسبت روش پیچ و مهره از مقاومت کمتری برخوردار است.

مزایای اسکلت فلزی برای ساختمان

از مزایای استفاده از اسکت فلزی می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• اسکلت فلزی به نسبت اسکلت بتنی وزن کمتری دارد، در نتیجه وزن کلی ساختمان کمتر می‌شود.
• خواص ارتجاعی فولاد با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد در واقعیت و خارج از شرایط آزمایشگاهی هم تا تنش‌های بزرگی از قانون هوک پیروی می‌کند.
• مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از مصالح بتنی بیشتر است؛ به همین علت اسکلت فلزی در دهانه‌های بزرگ سوله‌ها و ساختمان‌های مرتفع و همچنین ساختمان‌هایی که در زمین‌های سست اجرا می‌شوند، کاربرد گسترده‌ای دارد.
• اسکلت فلزی برای سازه‌های طویل بسیار مناسب است.
• از آن‌جا که فلز در کارخانه‌های بزرگ و تحت نظارت دقیق تهیه می‌شود، می‌توان به یکنواخت بودن خواص آن اطمینان کرد.
• دوام فولاد بسیار خوب است. اگر از ساختمان‌هایی که اسکلت فولادی دارند به صورت مناسب نگهداری شود، برای مدت طولانی قابل بهره‌برداری خواهند بود.
• از خواص مثبت مصالح فلزی قابلیت شکل‌پذیری بالای آن‌هاست. این ویژگی باعث می‌شود مصالح فلزی تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و همچنین نیروی دینامیکی و ضربه‌ای را تحمل کنند.
• قطعات فلزی با توجه به موادی که آن‌ها را تشکیل می‌دهند، پیوسته و همگن هستند.
• ساختمان با اسکلت فلزی در برابر انفجار مقاومت بهتری دارد. نیروی تخریبی حاصل از انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می‌کند و انرژی مخرب آشکار می‌شود؛ ولی ساختمان کلا ویران نخواهد شد.
• اسکلت فلزی قابلیت تقویت‌پذیری و امکان مقاوم‌سازی دارد. اگر به هر علتی مانند محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط، اجرای نادرست و … اسکلت از مقاومت مطلوب برخوردار نباشد؛ می‌توان با جوش، پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید آن را تقویت کرد یا قسمت‌هایی به آن اضافه کرد.
• شرایط ساخت و اجرای اسکلت فلزی ساده است.
• سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجرای قطعات بتنی سریع‌تر بوده و مدت زمان کمتری طول می‌کشد.
• از آن‌جا که قطعات فلزی از کارخانه تهیه می‌شوند، پرت مصالح در آن نسبت به اسکلت بتنی کمتر است.
• در دو ساختمان یک‌سان از نظر ارتفاع و ابعاد، ستون و تیرهای ساختمان‌های فلزی کوچک‌تر و کم‌حجم‌تر از ساختمان‌های بتنی است. به همین علت سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمان‌های بتنی بیشتر از ساختمان فلزی است.

معایب اسکلت فلزی

معایب اسکلت فلزی شاید لیست کوتاه‌تری نسبت به مزایای آن داشته باشد اما هنگام طراحی ساختمان و انتخاب اسکلت‌بندی مناسب آن باید به این معایب نیز توجه کرد:

• ضعف در دمای زیاد و هنگام آتش‌سوزی: مقاومت ساختمان با اسکلت فلزی با افزایش دما نقصان خواهد یافت. اگر دمایاسکلت فلزی به 500 تا 600 درجۀ سانتی‌گراد برسد، تعادل و ایستایی ساختمان به خطر می‌افتد .
• خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی و جوی: قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد و مقاومت آن کاسته می‌شود؛ به همین علت مخارج نگهداری و محافظت این سازه‌ها بیشتر از سازه‌های بتنی است.
• تمایل قطعات تحت فشار به کمانش: با توجه به این‌که تعداد قطعات فلزی مصرف‌شده زیاد و ابعاد آن‌ها معمولا کوچک است، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف به حساب می‌آید.
• جوش نامناسب: اتصال قطعات فلزی به وسیلۀ جوش با توجه به این موارد ممکن است نامناسب و ناکارآمد باشد. مهارت نداشتن جوش‌کاران، استفاده از ماشین‌آلات قدیمی‌، کنترل نشدن دقیق توسط مهندسان ناظر، گران بودن هزینۀ آزمایش جوش و … .
• هزینۀ اولیۀ بالا: در ساختمان‌های فلزی بخش زیادی از هزینۀ ساخت را باید همان ابتدای کار و جهت خرید قطعات فلزی پرداخت کرد. در سال‌های اخیر با توجه به بالا رفتن مداوم قیمت این مصالح و پایین آمدن قدرت خرید سازنده یا مجری طرح، استقبال از ساختمان با اسکلت فلزی در ایران با کاهش مواجه شده است.

ساختمان با اسکلت بتنی چیست؟

ساختمان با اسکلت بتنی یا سازۀ بتنی، سازه‌ای است که برای ساخت آن از بتن یا بتن آرمه (متشکل از سیمان، شن، ماسه و فولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. اگر برای اجرای ساختمان و در قسمت ستون‌ها، شاه‌تیرها و پی از بتن استفاده شده باشد، آن ساختمان اسکلت بتنی دارد.

در ساختمان با اسکلت بتنی، اعضای باربر فشاری از جنس بتن آرمه و در محل ساخت سازه قالب‌بندی و اجرا می‌شوند. در این ساختمان‌ها همۀ تیرهای اصلی و حتی دیوارهای برشی با بتن ساخته می‌شوند.

اسکلت بتنی دارای مزایا و معایبی است که انتخاب آن باید با توجه به نوع ساختمان، محل احداث، دسترسی به مصالح ساخت و قیمت آن‌ها، کاربری ساختمان و خصوصیات جوی و زمین‌شناسی منطقه صورت بگیرد.

در ساختمانی که اسکلت بتنی دارد، این بخش‌ها با بتن ساخته و اجرا می‌شوند:

• پی و فونداسیون
• ستون
• تیرهای اصلی
• تیرهای فرعی
• پله
• دیوار برشی
• سقف

تاریخچۀ اسکلت بتنی

در تعریف اولیۀ بتن آمده است که این متریال یک مادۀ چسبنده است که معمولا در نتیجۀ  فعل و انفعال سیمان‌های هیدرولیکی و آب حاصل می‌شود. با توجه به این تعریف، می‌توان اولین استفاده از چنین مصالحی را در چندین قرن پیش هم مشاهده کرد. اما ساخت و اجرای بتن به آن صورت که امروزه می‌شناسیم، به اوایل قرن بیست میلادی برمی‌گردد.

بتن نیز مانند تمام متریال و مصالح دیگر در صنعت ساختمان‌سازی، به صورت مداوم در حال ارتقای کیفیت و کارآیی است و هر روز شاهد اجراهای متفاوتی از این ماده خصوصا در پل‌ها و سدها هستیم.

مزایای اسکلت بتنی

استفاده از اسکلت بتنی با توجه به نوع ساختمان، بودجۀ ساخت و محل قرارگیری آن می‌تواند شامل مزایایی باشد که در ادامه عنوان می‌شود:

• تمام اجزای تشکیل‌دهندۀ بتن به عنوان مصالح بومی و ارزان‌قیمت محسوب می‌شوند. بتن آماده نیز با کیفیت و مشخصات مختلف قابل خریداری است.
• بتن را می‌توان به سهولت به هر شکل دلخواه درآورد. فقط کافی است قالب مناسب را تهیه کرده و سپس تقریبا هر مقطع سازه‌ای و شکل معماری را با بتن آرمه تولید کرد. این موضوع یکی از مزیت‌های بتن در برابر فولاد است؛ زیرا فولاد در کارخانه و در مقاطع و شکل‌های محدود و مشخص ساخته می‌شود.
• بتن مقاومت بسیار مطلوبی هنگام آتش‌سوزی دارد. یک ساختمانبتن آرمه می‌تواند ساعت‌ها در مقابل آتش‌سوزی مهیب مقاومت کند و فرو نریزد.
• این خصوصیت باعث می‌شود فرصت کافی برای مهار حریق و نجات جان افراد داخل ساختمان ایجاد شود. این ویژگی یکی دیگر از مزیت‌های اسکلت بتنی نسبت به اسکلت فلزی است.
• بتن همچنین مقاومت خوبی در مقابل رطوبت و آب دارد. اگر آبی که با بتن در تماس قرار می‌گیرد بدون یون‌هایی از قبیل یون سولفات و یون کلرور باشد، اشکالی برای بتن یا حتی میلگردهای داخل آن ایجاد نمی‌کند.
• بتن باید به صورت یک‌دست و بدون ترک اجرا شود، اگر نه نفوذ آب در ترک‌ها در فصل یخ‌بندان ممکن است باعث آسیب رسیدن به سازه شود.
• اجزایبتن آرمه صلبیت بالایی دارند. به همین دلیل معمولاً ساکنان یک ساختمان بتن آرمه در هنگام وزش شدید باد یا تحرک زیاد همسایگان، لرزه‌ای را احساس نمی‌کنند و آرامش آن‌ها حفظ می‌شود.
• ساختمان با اسکلت بتنی نسبت به ساختمان اسکلت فلزی به نگهداری و محافظت کمتری نیاز دارد. در حقیقت اگر استانداردها و ضوابط لازم هنگام اجرای اسکلت بتنی به خوبی رعایت شده باشد، پس از اتمام کار ساختمان به مراقبت خاصی احتیاج نخواهد داشت.
• بتن پس از سال‌ها استفاده نه تنها مقاومت اولیۀ خود را از دست نمی‌دهد، بلکه با گذر زمان و تحکیم بیشتر سیمان هیدراته‌شده، افزایش مقاومت نیز خواهد داشت. به همین دلیل بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی، عمر بهره‌دهی بسیار طولانی دارد.
• بتن در بعضی از اجزای سازه‌ای از قبیل پی‌ها، دیوارهای زیرزمین و شمع‌ها تنها گزینۀ مقرون به صرفه محسوب می‌شود.
• اجرای بتن و سازۀ بتنی در مقایسه با سایر مصالح نظیر فولاد و حتی چوب، به نیروی اجرایی متخصص و کارگر با مهارت بالا نیاز ندارد.

از مهم‌ترین خصوصیات ساختمان با اسکلت بتنی این است که مصالح آن باید به تدریج خریداری شود. در این حالت فشار اقتصادی کمتری به سازنده یا مجری طرح وارد می‌شود.

معایب اسکلت بتنی

مسلما بررسی معایب اسکلت بتنی هم بسیار مهم و حائز اهمیت است. در ادامه به برخی معایب این نوع اسکلت‌بندی می‌پردازیم:

• مقاومت کششی بتن بسیار پایین بوده و در حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است. این مسئله استفاده از فولادهای مسلح‌کننده در ناحیۀ کشش بتن را اجتناب‌ناپذیر می‌کند.
• وزن تمام‌شده و بار مردۀ ساختمان با اسکلت بتنی بیشتر از ساختمان با اسکلت فلزی است.
• انتقال گرما و سرما توسط ساختمان‌های بتنی به داخل ساختمان به راحتی انجام می‌گیرد که این یک ضعف است.
• مدت زمانی که برای اجرای یک ساختمان با اسکلت بتنی مورد نیاز است، بسیار بیشتر از ساختمان با اسکلت فلزی است.
• بتن باید بلافاصله پس از ساخت به کار گرفته شده و مصرف شود. بتن در بهترین حالت فقط تا دو ساعت پس از ساخت قابل استفاده است.
• اگر عضوی از ساختمان بتنی معیوب شود، تعویض و ترمیم آن مشکل است.
• شرایط آب و هوایی مانند سردی و گرمی هوا در اجرای آن تأثیر می‌گذارد.
• بتن در برابر انفجار ضعیف عمل می‌کند.
• چون کنترل کیفیت بتن در کارگاه انجام می‌شود، تضمین کیفیت آن نسبت به فولاد که در کارخانه تهیه می شود کمتر است. البته در صورت استفاده از بتن آماده، این نقص تا حد زیادی قابل برطرف شدن است.

حرکات دامنه‌ای از بسیاری جهات از جمله از نظر بزرگی ، سرعت وقوع و قابل پیش بینی بودن با یکدیگر تفاوت دارند. اصلی ترین عامل در حرکت یک ذره بر روی سطح شیب دار نیروی گرانش زمین (ثقل) است. برای بررسی بهتر نقش شیب دامنه و نیروی گرانش، می‌توان بردار معرف وزن جسم روی سطح شیبدار به دو مولفه موازی سطح لغزش و عمود بر آن تجزیه کرد.

در مثال ساده فوق عوامل موثر بر ناپایداری دامنه شامل شیب دامنه و مقادیر تنشهای عمودی و برشی است. در طبیعت عوامل دیگری نیز در جهت ناپایدارسازی دامنه‌ها عمل می‌کنند که می‌توان آنها را به دو گروه متفاوت تقسیم کرد. اول آنهایی که به نحوی باعث کاهش تنش عمودی می‌شوند و دوم آنهایی که بر مقدار تنش برشی می‌افزایند. دامنه‌هایی که بر اثر حفاری در سنگ بوجود می‌آیند، یا دامنه‌های سنگی طبیعی ناپایدار که شروع به حرکت و گسیختگی نموده‌اند، از مواردی هستند که باید نسبت به تثبیت آنها اقدام نمود. 

دامنه‌های حفاری شده در سنگ

شیب پایدار در این دامنه‌‌ها به کیفیت سنگ ، از جمله میزان هوازدگی ، فراوان گشگیها و ارتباط آنها با سطح دامنه وابسته است. کاهش شیب دامنه در برشهای مرتفع ، گاه با بقیه پلکان انجام می‌شود. پلکانها باید از پهنای مناسب و در نتیجه قدرت ذخیره کافی برخوردار باشند. علاوه بر آن در پای دامنه هم باید فضای کافی برای انباشته شدن قطعات ریزشی در نظر گرفته شود تا در طول زمان به راه یا سازه مهندسی خسارت وارد نشود.

در دامنه‌های سنگی ، عملیات آتشباری باید با دقت انجام شود تا از گسترش ترکهای جدید و بیشتر باز شدن شکافهای موجود جلوگیری شود. بکار گیری روشهای آتشباری کنترل شده ، سطوح صاف و همواری را بدست می‌دهد و در جاهایی مثل محل پلکانها ، دست خوردگی توده سنگ را به حداقل می‌رساند. در دامنه‌هایی که امکان افزایش فشار آب داخلی و در نتیجه کاهش پایداری وجود دارد، تعبیه زهکشهای افقی مفید واقع می‌شود. این حالت در مورد مناطق به شدت خرد شده ، یا سطح همبری بین خاک و سنگ یا در امتداد سطوح لایه بندی بارزتر است. 

دامنه‌های سنگی ناپایدار

انتخاب راه حل مناسب برای تثبیت دامنه‌های سنگی ناپایدار ، به عواملی مثل حجم مواد درگیر در گسیختگی احتمالی ، نوع سنگ و تراکم جهت یابی سطوح ضعیف وابسته است. قطعات گسیخته کم حجم را می‌توان با لقگیری جابجا نمود یا توسط میل مهار یا کابل به دامنه دوخت. دامنه‌های سنگی متحرک در اغلب موارد با بهبود وضعیت زهکشی داخلیشان پایدار می‌شوند. این مساله مخصوصا در مورد لایه‌های رسوبی شیبدار صادق است. تعبیه زهکشهای افقی در مواردی که با توجه به شکل گسیختگی نیاز به نفوذ زیاد به داخل دامنه نیست (معمولا کمتر از صد متر) کار ساز است.

در مواردی که وجود یک حفره آب معلق می‌تواند باعث گسیختگی شود و در زیر این سفره لایه‌های اشباع نشده و دارای زهکشی آزاد وجود دارد، حفر چاههای ثقلی قائم نتیجه مطلوبی به همراه خواهد داشت. پمپاژ دایم یا متناوب از چاههای عمیق ، روش دیگری است که در چنین مواردی می‌تواند بکار گرفته شود. حفر گالریهای زهکش در توده‌های سنگی ، هم به منظور پایدار کردن دامنه‌های حفاری شده و هم در مورد دامنه‌هایی که شروع به حرکت کرده‌اند، قابل اجرا است. با حفر چاههایی قائمی که به این گالریها منتهی می‌شوند، زهکشی منطقه گسیخته شده به نحو موثرتری انجام می‌شود. علاوه بر آن گالریهای زهکش ، محلهایی مناسب برای بررسی و رفتارسنجی دائمی توده سنگ گسیخته شده است. 

دیواره‌های ناپایدار در معادن روباز و گود برداریهای عمیق

در معادن روباز دارای دیواره‌های ناپایدار و بطور کلی در حفاریها و گود برداریهای عمیق ، در صورتی که کف بخش حفاری شده متورم گردیده و بالا بیاید، حفر چاههای قائم عمیق در این مناطق فشارهای آرتزین را کاهش داده و ضمن توقف انبساط ، باعث افزایش پایداری گود برداری یا معدن روباز می‌شود. در معادن ، دیوارهایی را که دارای حرکت کند هستند، می‌توان با حفر گالریها و گمانه‌های زهکش افقی در پاشنه دامنه (تا حداکثر 150 متر) تثبیت نمود. در گالریهایی که در سنگ حفر می‌شوند، در موارد خاص و برای ایجاد فشار منفی و تسریع زهکشی ، از پمپهای خلا استفاده شده است. 

سازه‌های نگهداری دامنه‌های سنگی ناپایدار

سازه‌هایی که برای نگاهداری دامنه‌های سنگی ناپایدار بکار گرفته می‌شوند، بسیار متنوع هستند. تعبیه پاسنگ بتنی ، میل مهار ، مهار کابلی ، ورقه‌ها و قطعات بتنی پیش ساخته مهارشده ، دیوارهای ضربه گیر بتنی و بتن پاشی از رایج ترین روشها برای دستیابی به پایداری بیشتر است. البته از میان این روشها از میل مهار بیشتر استفاده می‌شود و معمولا نتیجه بهتری را نیز به همراه دارد.

در سنگهای ضعیف تر ، مثل شیلها ، یا سنگهایی که به شدت هوازده هستند یا دگرسان شده‌اند، برای دستیابی به حالتی پایدار ، ایجاد یک سازه نگاهدارنده از نوع دیوار ، در پایه دامنه شاید مناسب تر و اقتصادی تر از تغییر شیب دامنه باشد. دراینگونه موارد ، میل مهار کمتر بکار گرفته می‌شود. از طرفی وقتی که ارتفاع و شیب دامنه زیاد بوده و مقدار باری را که دامنه مخصوصا در فصول بارندگی باید تحمل کند زیاد است، احداث دیوارهای ثقلی یا پایه دار نمی‌تواند کارساز باشد. در چنین مواردی استفاده از دیوارها (پرده‌ها) بتنی مهار شده نتایج بهتری را به همراه خواهد داشت.