فونداسیون یک خانه یا ساختمان در ارزش و ایمنی سازه نقش بسیار مهمی دارد. هر مرحله از ساخت فونداسیون دارای الزامات و اجزای لازم است که ایمنی سازه به آنها بستگی دارد. در ادامه به معرفی فونداسیون و انواع آنها و نیز صفر تا صد طراحی و اجرای فونداسیون مناسب به طور کامل پرداخته خواهد شد.
فونداسیون چیست ؟
فونداسیون اصلی ترین بخش در پشتیبانی و استحکام سازه است. این قسمت پایین ترین قسمت ساختمان بوده که با خاک در تماس است و تمام بارهای سازه ای را به لایه هایی از خاک یا سنگ که دارای ظرفیت باربری کافی و ویژگی های استقرار مناسب برای حمایت از آنها هستند، منتقل می کنند. بسته به ماهیت کار، انواع مختلف فونداسیون در ساخت و ساز وجود دارد.
نقش فونداسیون در ساختمان و سازه
یک فونداسیون به عنوان پشتیبان از سازه دارای وظایفی است ازجمله:
کمک به جلوگیری از نقایص پیچیده
یکی از نقش های اساسی یک فونداسیون قوی این است که نقشه کلی ساختمان را ترسیم کرده و آن را یکپارچه می کند. به عنوان مثال، اگر فونداسیون سطوح ناهمواری را برای ساخت فراهم کند، با افزایش ساختار به سمت بالا، این سطح فقط افزایش یافته و بیشتر به عنوان یک نقص نمایان می شود.
ناکافی بودن فونداسیون، اثر دومینو را برای قسمت های دیگر ساختمان ایجاد می کند که به عنوان نقطه شروع پایدار عمل کرده و پایه ها، تیرها و دیوارهای پشتیبان از آن پیروی می کنند. از بین رفتن ساختار یک ساختمان از طریق ساخت و ساز آن از یک فونداسیون ضعیف، به طور حرفه ای به عنوان عیوب ترکیبی نامیده می شود. در اصل، این نشان می دهد که ساختمان به دلیل مشکلات ناشی از پی ناکافی که نمی تواند از طریق ساخت آن اصلاح شود، خراب می شود.
نگهداری از کل اسکلت ساختمان
یک هدف واضح از فونداسیون این است که از کل ساختمان پشتیبانی می کند. بنابراین، لازم است به درستی با بالاترین کیفیت و قابلیت اطمینان شکل بگیرد، زیرا لازم است بقیه خانه را قائم نگه دارد. اگر در این مرحله سرمایه گذاری مناسبی نکنید، ممکن است بعداً تعمیرات و اصلاحات پرهزینه زیادی ایجاد شود، که در ابتدای فرآیند می توان از آنها جلوگیری کرد.
جلوگیری از انتقال اضافه بار به سازه
فونداسیون، وزن و نیروهای وارده بر یک ساختمان را به زمین منتقل می کند. بنابراین، با انتقال بار ساختمان به سطح زمین، باعث ایجاد ثبات در ساختمان می شود و به جلوگیری از بار اضافی در سایر قسمت های سازه نیز کمک می کند.
انواع فونداسیون
با توجه به اینکه زمین زیر پای ما می تواند شامل انواع مختلف خاک، سنگ، رسوبات و موارد دیگر باشد، مهندسان عمران باید از نحوه تأثیر این متغیرها در ساختار و یکپارچگی سازه زمین آگاه باشند. بنابراین انواع مختلفی از فونداسیون ها برای سازه ها تعریف شده که شامل موارد زیر می شوند.
فونداسیون سطحی (کم عمق)
فونداسیون های سطحی یا کم عمق، که اغلب پی سطحی نامیده می شوند، در پایین ترین قسمت سازه قرار دارند. پایه اولین عنصر ساخته شده از سازه است که پس از حفاری زمین ساخته می شود. به طور کلی، عمق فونداسیون سطحی از عرض آن کمتر است. فونداسیون های سطحی زمانی مفید هستند که ساختمان زیاد سنگین نباشد و خاک بتواند وزن قابل توجهی را در عمق کم تحمل کند.
فونداسیون های کم عمق معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند زیرا مقرون به صرفه ترین سیستم فونداسیون هستند و ساخت آنها نسبتاً آسان است. برای طراحی فونداسیون و جلوگیری از هرگونه تخریب عملکرد فونداسیون، بررسی دقیق محل پی و اطلاعات دقیق لایه زیرسطحی ضروری است.
فونداسیون عمیق
فونداسیون عمیق نوعی فونداسیون است که در عمق بیشتری از زیر سطح زمین قرار می گیرد و بارهای سازه را در عمق به زمین منتقل می کند. نسبت عمق به عرض چنین فونداسیونی معمولاً بیشتر از 4 تا 5 است این فونداسیون ها به نام پی شمعی نیز خوانده می شوند و شمع در این اصطلاح به همان ستون های پی اشاره دارد.
فرایند ساخت فونداسیون عمیق تر و پیچیده تر از پی های کم عمق است. با این حال، هنگام برخورد با شرایط نامناسب خاک در عمق کم، بارهای بزرگ طراحی و محدودیت های سایت ، یک پایه عمیق احتمالاً بهترین راه حل است. به عنوان مثال برای ساخت پل ها، اسکله ها و سدها در زیر آب، باید زیر آب را پایه گذاری کنند و یکپارچگی سازه نیز حفظ شود. اینجاست که فونداسیون های عمیق برای ساخت سازه های بزرگ ضروری می شوند.
فونداسیون نیمه عمیق
فونداسیون نیمه عمیق اغلب به عنوان راه حلی مناسب جهت گذر از پی سطحی به عمیق مورد استفاده قرار می گیرند و تحت عنوان پی چاهی نیز شناخته می شوند. فونداسیون نیمه عمیق قادر به تحمل بارهایی بیشتر از فونداسیون سطحی یا کم عمق بوده اما دارای عمق کمتری نسبت به فونداسیون عمیق هستند. در شرایطی که لایه سطحی فاصله کمی با سطح زمین داشته باشد، لایه بالایی از جنس رس در برابر قرارگیری شمع های اتکا مقاومت کند و یا هنگامی که نیاز به انتقال بار زیادی به خاک باشد از فونداسیون نیمه عمیق استفاده می شود.
فونداسیون ویژه
فونداسیون ویژه در واقع نوعی پی بوده که در شرایطی که فونداسییون های کم عمق و یا عمیق به دلایلی ازجمله مناسب نبودن زمین و یا صرفه اقتصادی، قادر به استفاده نباشند، به کار برده می شوند. از مهم ترین فونداسیون های ویژه می توان به فونداسیون شناور، فونداسیون سلولی و پوسته ای، فونداسیون باکسی یا جعبه ای و فونداسیون منفرد چسبان اشاره کرد.
فونداسیون منفرد
فونداسیون منفرد، گسترده ترین و ساده ترین نوع فونداسیون کم عمق یا سطحی است، زیرا مقرون به صرفه ترین نوع آن است. آنها معمولاً برای تأسیسات کم عمق برای انتقال و گسترش بارهای متمرکز ناشی از ستون ها استفاده می شوند. همچنین دامنه کاربرده آنها عموماً برای ساختمان های معمولی و معمولاً تا دو طبقه می باشد.
فونداسیون منفرد باید زمانی مورد استفاده قرار گیرد که بدون هیچ تردیدی مطمئن باشید که هیچ غیریکنواختی ای در کل ساختار رخ نخواهد داد. ستون های گسترده ای برای جهت گیری و پخش بارهای بزرگ و نیز به منظور کاهش لنگرهای پیچشی و قدرت برشی در مناطق اصلی آنها گنجانده می شود. این نوع فونداسیون وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که بار سازه نسبتاً کم است، ستون ها در نزدیکی یکدیگر قرار نگرفته اند و نیز ظرفیت تحمل خاک در عمق کم زیاد است.
فونداسیون شناور
فونداسیون شناور نوعی فونداسیون ویژه بوده که در شرایطی خاص که امکان استفاده از فونداسیون های سطحی و عمیق میسر نباشد، به کار برده می شود. فونداسیون شناور نوعی فونداسیون است که با حفاری خاک به گونه ای ساخته می شود که وزن سازه ساخته شده بر روی خاک برابر با وزن کل خاک حفر شده از زمین باشد که شامل وزن آب در خاک قبل از ساخت سازه است.
اصل فونداسیون شناور بر تعادل دقیق وزن برداشته شده در برابر وزن تحمیل شده استوار است. هنگام انتخاب این فونداسیون، مهم است که خاک های فونداسیون از چنان استحکامی برخوردار باشند که شکست برشی خاک در زیر بار ساختمان ایجاد نشود.
فونداسیون شناور عمدتا در دو مورد مورد نیاز است. اول، وقتی استحکام خاک برای محافظت از آن در برابر شکست برشی کافی باشد، اما به دلیل بار روبنایی، احتمال ترک خوردگی پس از ساخت بیشتر است. دوم، عدم وجود یک لایه قوی در عمق مناسب و مقاومت برشی خاک بسیار کم است که اگر ساختمان در سطح زمین نصب شود، شکست برشی رخ می دهد.
مراحل اجرای فونداسیون
برای اجرای صحیح یک فونداسیون، مراحل زیر باید طی شود:
1- تعیین عمق فونداسیون
به طور معمول فونداسیون ها در عمق 3 فوت (0.9 متر) در خاک قرار دارند. با این حال، عوامل مختلفی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. اگر در حال حفاری در خاک با رطوبت بالا هستید، باید بیشتر در خاک حفاری کنید. اگر فونداسیون شما نزدیک یا در دامنه تپه باشد، همین امر صادق است.
یک روش ساده برای آزمایش میزان رطوبت در خاک شما وجود دارد. یک قوطی خالی را داخل خاک گذاشه و سه اینچ فضا در بالای قوطی بگذارید. بقیه قوطی را با آب پر کنید. صبر کنید تا آب به خاک برسد و این کار را تکرار کنید. زمان لازم برای خیساندن آب را اندازه بگیرید. هر زمانی که کندتر از 1 اینچ در ساعت باشد به این معنی است که سطح رطوبت بسیار پایینی است. البته این روشی تخصصی نبوده و برای اطمینان بیشتر باید با متخصصان مربوطه در میان گذاشته شود. آنها با ابزارهای دقیق و آزمایشات، مقدار دقیق رطوبت و نیز عمق فونداسیون را مشخص می کنند.
2- خاکبرداری
خاکبرداری محل فونداسیون و یکنواخت کردن سطح زمین بسیار مهم بوده تا یک سازه یکپارچه حاصل شود. چراکه در غیر این صورت، سازه دچار نایکنواختی در ارتفاع شده و این حالت تا انتهای ساخت ساختمان از بین نخواهد رفت.
3- تهیه و پیاده سازی نقشه فونداسیون
انجام این کار قبل از شروع بسیار مهم است. پس از ایجاد یک سطح هم تراز، امکان پیاده سازی نقشه و نیز مشخص کردن محدوده های فونداسیون فراهم می شود. پس از نقشه کشی، مطابق با نقشه، روی زمین و در محل ساخت با استفاده از گچ محل های مناسب ترسیم می شوند تا در مرحله بعدی، مطابق با آن گودبرداری انجام شود.
4- گودبرداری
پس از پیاده سازی نقشه فونداسیون، نوبت به گودبرداری زمین می رسد. این کار با تعیین عمق فونداسیون انجام می شود. باید توجه داشت که ممکن است هنگام گودبرداری، دیواره ها ریزش کنند و بنابراین افزایش استحکام دیواره ها اهمیت بسزایی دارد. از طریق اجرای جزء به جزء می توان تا حد امکان این مشکل را برطرف کرد. این تکنیک شامل اجرای ستون ها در وهله اول بوده و سپس با گودبرداری تدریجی، بقیه مراحل اجرا می شوند.
5- اجرای بتن مگر
بتن مگر به منظور ایجاد یک سطح هموار و یکنواخت و نیز جدا کردن سطح زمین اطراف از محل فونداسیون اعمال می شود. ضخامت بتن مگر با توجه به نیاز و یا عدم نیاز به زیر سازی، متغییر می باشد. اگر زیرسازی نیاز نباشد، می توان ضخامت 10 تا 15 سانتی متر را برای بتن مگر درنظر گرفت اما اگر زیرسازی نیاز باشد، این مقدار کمتر و یا بیشتر می شود. در صورتی که زیرسازی کم باشد، باید ضخامت بتن مگر افزایش یابد و اگر زیرسازی نیاز به ارتفاع بیشتری باشد، باید با استفاده از ملات و سنگ، لایه چینی انجام داد.
6- آرماتور بندی
آرماتور بندی فرآیندی شامل قرارگیری میلگرد ها و سایر محصولات فولادی در کنار یکدیگر با ترتیبی خاص بوده که توسط بست های فلزی و یا جوشکاری به یکدیگر متصل می شوند. این امر به منظور افزایش استحکام و پایداری سازه بسیار مهم می باشد. باید توجه داشت که فاصله میلگرد ها تا سطوح آزاد اطراف نباید از 4 سانتی متر کمتر شود.
7- قالب بندی
استفاده از تخته هایی به منظور ساخت دیواره در اطراف آرماتورها تا در مراحل بعدی بتوان عمل بتن ریزی را بین آنها انجام داد. بدین منظور باید از تخته هایی با ضخامت حداقل 5/2 سانتی متر استفاده کرد و نیز حتما باید روزنه هایی برای خروج آب اضافی در هنگام قالب بندی با تخته ها در نظر گرفت. این عمل دارای مزایایی ازجمله حفظ شکل بتن، تحمل وزن بارهای انتقالی، حفاظت از بتن در برابر صدمات مکانیکی و نیز جلوگیری از کاهش رطوبت بتن تا قبل از خشک شدن آن می باشد.
8- اعمال صفحه کف ستونی
این صفحات به منظور اتصال بهتر ستون ها به فونداسیون مورد استفاده قرار می گیرند. از ویژگی های این صفحات می توان به وجود سوراخ هایی در سطح آن اشاره کرد که سوراخ های اطراف برای اتصال به آرماتور به کار برده می شوند. انجام هواگیری در زیر صفحات کف ستونی ضروری بوده تا فضای خالی در آنجا وجود نداشته باشد و زمینه های نشست از ناحیه ستون ها فراهم نشود.
9- بتن ریزی
بتن ریزی به همراه آهک باید به گونه ای انجام شود که بتن به خوبی در بین میلگردها قرار گیرد. بتن قابل استفاده باید به خوبی هم زده شود و از بالا نیز خالی نشود تا دانه بندی آن به هم نریزد و در صورتی که فاصله زیاد است، بهتر است از ابزاری به نام شوت که ناودانی هایی فلزی هستند، استفاده شود. جهت متراکم سازی بتن نیز از ویبره استفاده می شود. همچنین ویبره وظیفه خروج هوا از داخل بتن را نیز برعهده دارد. مرطوب نگه داشتن سطح بتن به منظور جلوگیری از هدر رفت آب از ترکیب آن و نیز جلوگیری از ضعف و ترک خوردگی آن از اهمیت بسزایی برخوردار است. با تفاوت های اسکلت بتنی یا فلزی بیشتر آشنا شوید.
جمع بندی
فونداسیون یا پی، پایین ترین بخش یک سازه بوده که وظایفی ازجمله جلوگیری از ایجاد نقایص پیچیده، نگهداری اسکلت سازه و نیز انتقال بار و وزن سازه به زمین را بر عهده دارد. بر اساس جنس و وضعیت زمین، فونداسیون می تواند انواع مختلفی داشته باشد که شامل فونداسیون سطحی، عمیق، نیمه عمیق، ویژه، شناور و منفرد می شود.
به منظور اجرای فونداسیون نیز باید مراحل آن شامل نقشه برداری، خاکبرداری، گودبرداری، اجرای بتن مگر، آرماتوربندی، قالب بندی و نیز بتن ریزی با دقت و مطابق با استانداردهای موجود انجام شود تا یک فونداسیون یکپارچه، مستحکم و عاری از هرگونه عیب و نقص حاصل شود.
