بحث مقاوم سازی یکی از دشوارترین و پیچیده ترین مباحث ساخت و ساز است که به مراتب از طراحی ساخت یک سازه جدید چالش های بیشتری پیش رو مهندسین قرار میدهد.
در برخی موارد همچون خطاهای طراحی در تخمین و نحوه بارگذاری و سایر پارامترهای طراحی، اجرای نادرست، افزایش بارهای اضافی و یا ناگهانی، نشست خاک زیرپی، آلوده شدن خاک زیر پی یا آب های زیرزمینی به مواد شیمیایی خورنده و آسیب به پی، بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل, آبشستگی خاک و..، فرسوده شدن فونداسیون سازه به دلیل گذشت زمان، و حتی تغییرات ضوابط و آیین نامه های ساخت و ساز نیازبه مقاوم سازی پی را ایجاد میکند. ترک های افقی و عمودی و خم شدن دیوارهای زیر زمین، نشان دهنده مشکلاتی در فونداسیون هستند.
تعیین روش مناسب مقاوم سازی یکی از ضروریترین گام های بهسازی است که پایه و اساس انتخاب روش با ارزیابی های متفاوتی همچون شرایط خاک، بررسی میزان خسارات وارده، بررسی دلایل ایجاد آسیب (نشست، بارهای وارده، و..) می باشد.
روش های مقاوم سازی پی ها :
- افزودن شناژ به پی موجود
اضافه نمودن شناژ برای اتصال پی ها به یکدیگر و ایجاد امکان مشارکت همه پی ها برای تحمل بارهای جانبی و مقاومت در برابر لغزش یکی از روش های مقاوم سازی فونداسیون ها می باشد.
- تبدیل پی های ستونی به پی های نواری و پی های نواری به دال ها
هنگامیکه تغییر شکل ها در بستر پی ها بسیار متغیر و قابل توجه باشد و همچنین زمانیکه اندازه بار تغییرکند، ازاین روش استفاده می شود. در این روش 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 ژاکت کردن پوشش میدهیم. قسمت تحتانی دال اتصال به منظور افزایش باربری با پهنای بیشتری ایجاد میگردد.
- افزایش ابعاد فونداسیون (ژاکت کردن)
با افزایش ابعاد پی می‌توان سطح تماس بر پی را افزایش داد و از تنش خاک بستر پی کم کرد که این اقدام منجر به افزایش ظرفیت برشی خمشی فونداسیون میشود. دو حالت افزایش ابعاد پی وجود دارد:
1-افزایش ابعاد پی و ستون متصل از طریق افزایش ابعاد قسمت زیرین پی
2-افزایش ابعاد پی به تنهایی استفاده از پاشنه یکپارچه‌ای در محیط و زیر پی
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. برای ژاکت کردن پی ابتدا باید اطراف پی را حفاری نموده، این عملیات از زیر لبه پی شروع و تا روی آن به صورت پیوسته ادامه می یابد. سپس باید سطح بتن در بالا و وجوه عمودی شالوده را مضرس نمود. سپس باید با ایجاد سوراخ‌های افقی در اطراف شالوده برای کاشت شاخک (میخچه) فضا ایجاد کرد. در نواحی که افزایش ابعاد ایجاد شده باید با بتن مگر پرکرد . بعد از تمیزکردن سطح تماس هرگونه گردوخاک و آلاینده ، روی سطوح نمایان پی چسب پلیمری اجراکرد. سپس بخش های جدید را ارماتوربندی نموده و بتن ریزی میکنیم. حالا مجددا پی را با خاک درشت دانه به صورت لایه لایه پرکرده و متراکم میکنیم.
لازم به ذکر است 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 ژاکت میشوند.
به منظور تقویت پی گسترده در برابر کمبود مقاومت خمشی پی، میتواند به روش افزایش موضعی ضخامت پی در محل های خاص و به منظور تقویت پی در برابر لغزش میتواند به روش اجرای برش گیر در زیر محیط پی اشاره نمود.
- ترمیم ترک فونداسیون با تزریق سیمان یا مواد اپوکسی
برای تعمیر ترک های برشی و ترک های برشی خمشی سازه های بتن آرمه آسیب دیده اقتصادی ترین روش تزریق سیمان در ترک ها می باشد. این روش برپایه نفوذ کامل مواد اپوکسی در ترک های ریز (با پهنای کمتر از 0.1 میلیمتر)، متوسط (با پهنای کمتر از 3میلیمتر) و عریض(با پهنای حداکثر 5 -6 میلیمتر) و گروت سیمانی برای ترک های عریضتر تا پهنای 20 میلیمتر که تحت فشار معینی تزریق می شود، استواراست. با اینکار نه تنها نمای ظاهری ترک ترمیم میگردد بلکه سختی و مقاومت عضو آسیب دیده و همینطور عملکرد لرزه ای نیز به سازه بازمی گردد.
- مقاوم سازی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)
FRP نوعی کامپوزیت پلیمری است که از دو بخش الیاف و رزین تشکیل شده و به عنوان مصالحی جدید اما مؤثر برای مقاوم سازی سازه های در معرض خطرات لرزه ای موردتوجه قرارگرفته است. از رزین برای به وجود آوردن لایه یکپارچه، چسبیدن FRP به سطح بتن زیرین و به وجود آوردن پوشش برای محافظت مصالح به کار می رود. استفاده از FRP به علت وزن کم، سرعت اجرایی بالا، مقاومت خوب و نبود محدودیت معماری به ویژه در ساختمان های بتنی مورد توجه است.
- مقاوم سازی شالوده با کابل های پیش تنیده
زمانیکه از لحاظ معماری امکان افزایش عمق پی از بالا وجود نداشته باشد، اعمال نیروی پیش تنیدگی به مقطع از راه های موثر مقاوم سازی فنداسیون می باشد.
افزایش ظرفیت خمشی و برشی فونداسیون با پیش تنیده کردن فونداسیون یعنی عبور دادن کابل های پیش تنیدگی از حفره های تعبیه شده سراسری در طول فونداسیون یا در روی وجوه بتن جدید ممکن می شود.
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.
- احداث شمع کششی
استفاده از شمع برای مقاوم سازی فونداسیون های سطحی در شرایطی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد برای مقابله با نیروی کششی بلند کننده فونداسیون قابل استفاده است تا بتوان بار سازه را به خاک های مقاوم تر موجود در لایه های عمیق تر زمین انتقال داد.
نیروهای بلندشدگی در فونداسیون گسترده ایجادکننده حالت بحرانی نیستند مگر اینکه واژگونی سازه و یا شکست فونداسیون در اثر تغییر مکانهای ناشی از لنگر واژگونی مطرح باشد.
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. در صورت وجود بارهای زیاد، لازم است شمع ها در دو ردیف کوبیده شوند که این عمل ممکن است با اضافه کردن قطعه ای به عنوان رابط بین شمع ها و بر روی فونداسیون موجود انجام گیرد. طول شمع ها بر اساس مشخصات خاک، بار روی فونداسیون و سطح مقطع شمع تعیین میشود. شمع ها بهتر است به صورت جفت و با فاصله‌ای یکسانی از بر دیوار قرار گیرند. اگر دیوار در مجاورت ملـک همسایه باشد، به ناچار کلاهک شمع ها از یک سمت ادامه می‌یابند. در این مورد شمع ها ممکن است تحت کشش قرار گیرند. در نتیجه باید برای کشش طراحی شوند.
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 به عمل آید. در این راستا شاید نیاز به تخریب بخش هایی از فونداسیون جهت ایجاد اتصال مناسب به شمع و یا حفر سوراخ هایی در بتن فونداسیون بوده که با دقت و زیر نظر مهندسین مجرب تخریب و میلگردهای آن بریده شود. انجام عملیات بتن ریزی در اینگونه شمع ها 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.
- 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.
- افزایش مقاومت شمع های موجود
در ساختمان های احداث شده برروی شمع، شمع ها ممکن است نتوانند به صورت مناسبی در برابر بارهای جانبی مقاومت کنند؛ همچنین شمع‌ها ممکن است در محل اتصال به سر شمع دچار مشکل شده باشند. به همین علت شمع های موجود نیاز به بهسازی دارند.
نحوه افزایش مقاومت شمع به شرح زیر است:
- کندن زمین تا سطحی که خرابی شمع مشهود باشد.
- لایه‌برداری ازسطح شمع تا قسمتهای داخلی آن به شکلی که خرابی وخوردگی کاملاً ازسطح شمع برداشته شود.
- کلاهکی همانند شکل در زیر آن باید اجرا شود تا از پیوستگی آرماتورهای اضافی با شمع موجود اطمینان حاصل شود.
- اجرای آرماتورهای دور شمع و بتن ژاکت دور آن که بر اساس نتایج تحلیل سازه، طراحی شده باشد.
- پرکردن مجدد شالوده با خاک دانه‌ای متراکم
- اجرای کف
- ایجاد ریز شمع یا میکروپایل در فونداسیون موجود
در صورتی که به علت محدودیت های فضایی در نزدیکی فونداسیون موجود نتوان از شمع برای افزایش ظرفیت باربری پی استفاده نمود می‌توان از ریز شمع ها به جای شمع استفاده کرد. ریز شمع به شمع های با قطر کوچک (کمتر از 300 میلیمتر) اطلاق میگردد می‌توانند به صورت عمودی یا مایل در اطراف جسم شالوده ایجاد شوند اینکار 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 خواص مکانیکی خاک (ظرفیت باربری، مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز میگردد .مراحل اجرای ریز شمع ها به ترتیب حفاری، لوله کوبی، تزریق، تسلیح و نصب میباشد.
این روش خواص خاک اطراف را به هم نمی‌زند و خاک دست نخورده باقی می‌ماند. ساخت میکرو شمع‌ها با دستگاه حفاری با ابعاد کم صورت میگیرد. از میکرو شمع ها در شرایط پیچیده و سخت شده در ساخت و ساز، تقویت بستر پی ماشین آلات، پایدار سازی شیب ها، ساخت دیوارهای نگهبان و همینطور در تونل ها می توان استفاده کرد.
- تزریق ( اختلاط مکانیکی )
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 نشسته ای 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