کمیته پی های ویژه انجمن ژئوتکنیک ایران در راستای تفهیم تعریف پی های ویژه و تعیین دامنه مسئولیت و حوزه عملکرد کمیته پی های ویژه تعریفی به شرح زیر ارایه نموده است. عنوان پی ویژه دربرگیرنده مواردی است که:
- زمین زیر پی دارای شرایط ژئوتکنیکی خاص بوده و ساخت پی با استفاده از تجهیزات، مصالح یا روش اجرای خاصی صورت پذیرد. مواردی نظیر زهکشی بستر و پیش بارگذاری- شمع های درجاریز- شمع¬های کوبشی – تراکم دینامیک- ستونهای شنی- ترکیب و اختلاط سطحی و عمقی خاک؛ در قالب این تعریف می گنجند.
- ساختار پی دارای ترکیبی از پی های متعارف و پی های عمیق یا مصالح خاص باشد. مواردی نظیرشالوده های بتنی که بستر آنها با استفاده از لایه های ژئوسنتتیک تثبیت یا تقویت شده اند در این تعریف می گنجند
- پی در عمق و یا ارتفاع نامتعارف یا خارج از خشکی اجرا شود و یا سازه ای که روی آن بنا می شود به لحاظ همجواری با ابنیه یا تأسیسات مجاور دارای شرایط خاصی باشد. مواردی نظیر گودهای عمیق و پی سازی روی خاکریزهای مرتفع و اجرای شمع و بهسازی خاک در دریا در قالب این تعریف می گنجند.
- سازه ای که قرار است روی پی قرار گیرد دارای ویژگی ها و شرایط خاص باشد. شالوده سازه هایی نظیر توربین ها، برج ها و سازه های مرتفع می توانند در قالب این تعریف بگنجند
دال سطحي به عنوان پي گسترده جهت تامين پاره اي ضروريات اجرايي، فني، اقتصادي و سرويس دهي ممكن است به طور خاصي در عمل مورد استفاده قرار گيرد كه در ادامه به بررسي تعدادي از اين فونداسيون هاي خاص مي پردازيم.
انواع پی های ویژه(special foundation) که به آنها خواهیم پرداخت عبارتند از:
- پی های شناور
- پی های پوسته ای یا سلولی
- پی های جعبه ای یا باکسی
- پی های فولادی یا پروفیله
- پی های منفرد چسبان
- تلفیق پی گسترده و عمیق
پی‌های شناور
زمانی که لایه های سست و ضعیف و نشست پذير تا عمق قابل توجهی وجود داشته باشند و استفاده از شمع هم امکان پذیر نباشد، از پی های شناور استفاده می شود.برای چنین شرایطی از لحاظ نظری مي توان پي گسترده سازه را، در عمق پايين تر مستقر کرد و سپس با خاك حاصل از گودبرداري را با بار ثقلي حاصل از روسازه معادل کرده و يا می توان فشار روسازه را با ميزان خاك حاصل از حفاري معادل نمود
باید یادآور شد که خاک تا آن جایی برداشت می شود که مجموع وزن خاک های حاصل از گودبرداری و نیروهای بلند کننده ناشی از فشار هیدرواستاتیکی، با بار ناخالص روسازه و زیرسازه برابر شود. به بیان دیگر می توان گفت فشار در كف خاك گودبرداري شده تغيير نخواهد كرد. در این شرایط فشار خاک جا به جا شده با فشار ایجاد شده توسط ساختمان برابر می شود و در این صورت نشست رخ نمی دهد. در اين حالت به نظر مي رسد كه سازه در روي خاك همانند كشتي در روي آب شناور است. از آن جایی که وزن خاک برداشت شده توسط وزن ساختمان جبران می شود، به آن ها فونداسیون جبرانی نیز گفته می شود. همانطور که گفتیم این موضوع تنها یك مدل نظری است زیرا در اثر تغییر بارهای زنده و تراز آب زیر زمینی، ناهنگمنی خاك و تراكم مجدد آماس خاك حفاری شده، مقداری نشست رخ خواهد داد.
برای استفاده از ایده شناوری در ساختمان‌های بلند، باید چندین طبقه زیرزمین در نظر گرفته شودكه خود با مشكلات اجرایی بسیاری همراه است و وزن طبقات زیرزمینی خود قابل توجه است.
بنابراین استفاده از فونداسیون‌های گسترده با شناوری جزئی به جای شناوری ناقص اقتصادی‌تر خواهد بود. همچنین از آنجا كه فونداسیون‌های گسترده شناور، در عمق خاك اجرا می‌شوند، مسئله تراز آب زیرزمینی باید در نظر گرفته شود مخصوصاً ترازِ آبِ زیرزمینیِ بالا در فصول بارانی. در چنین حالتی نیاز به فونداسیون های جعبه مانند آب بند خواهد بود. در طراحی چنین فونداسیون‌هایی اثر غوطه وری و فشارهای جانبی باید مدنظر قرار گیرند.
پی های پوسته ای یا سلولی
در پی های سلولی و پوسته ای از صفحات متناوب و متقاطع برای تامین مقاومت در برابر نیروهای برشی و لنگرهای خمشی و نيز تامين سختي كافي در طبقات مختلف زيرزمين استفاده می‌شود. این نوع پی های ویژه سبب صرفه جویی در احجام بتن و آرماتور مصرفی نیز می‌شود.
عملکرد پی های پوسته ای به گونه ای است که بار را به سبب شکل آن منتقل می کنند و حجم و یا جرم آن ها در انتقال بار تاثیری ندارد ويژگي هاي فرمي روسازه عاملي تعيين كننده در انتخاب شكل اين پي ها مي باشد لذا طراحی آنها مشکل است.
معمولاً بعنوان پی برجهای بلند نظیر برجهای تلویزیون یا خنک کننده ها بکار میرود.
پی‌های فولادی یا پروفیله
در مواردی كه بارهای حاصل از روسازه سنگین، زمین بستر سخت یا سنگی باشد و بتن مسلح قابلیت استفاده در سیستم های معمولی پی سازی را نداشته باشد از پروفیل‌های فولادی بال پهن در دو لایه عمود و بر روی یكدیگر با قالب بتنی درجا در اطراف به عنوان نوعی از فونداسیون‌های ویژه كار گرفته می‌شود.
در این پی نیازی به حفاری عمیق نبوده و سطح مورد نیاز برای کاهش تنش ها و رسیدن به سطح تنش باربری ایمن خاک در زیر پایه سازه فراهم می گردد. هدف از ساخت این نوع رسیدن به حداکثر سطح افقی ممکن برای توزیع بار در تراز پایه سازه می باشد. همچنین این نوع پی را می توان در نواحی که سازه سبکی روی خاک نرم با تراز آب زیرزمینی بالا ساخته می شود نیز بکار برد.
با توجه به نوع مصالح مصرفی این نوع پی به دو دسته زیر تقسیم بندی می گردد:
- چوبی (الواری)
در صورتی که بارهای وارده کم تر بوده و پروفیل های فولادی بال پهن در دسترس نباشند، می توان از دو ردیف الوارهای چوبی بر روی هم و محصور شده در بتن استفاده کرد. همچنین این نوع برای ستون های چوبی که در معرض بار متمرکز سنگین هستند بکار می روند.
- فولادی
پی های شبکه ای فلزی عموما برای سازه هایی مانند ستون ها، پایه های فولادی و مشابه آنها که در معرض بار متمرکز سنگین بوده و همچنین برای ساختمانهایی مانند کارخانه ها، تئاترها، راهروها بکار برده می شوند.
پی‌های باكسی با جعبه‌ای
از این نوع پی ویژه در سازه های سنگین و با اهمیت ویژه استفاده می شود.و مساله مهم در مورد پی های باکس یا جعبه ای ، دارا بودن آن ها از صلیب خمشی ویژه می باشد. بدین ترتیب تلفیق دال‌های كف و سقف و نیز دیوارهای اطراف و میانی زیر زمین، ملاحظات خاص تحلیل، طراحی سازه‌ای و اجرای پی‌های شناور را مطرح می‌سازد.
پی‌های منفرد چسبان
ازاین پی ها به عنوان جایگزینی برای پی‌های گسترده استفاده می‌شود. در طراحی پی‌های گسترده چالش هایی در تحلیل، طراحی و در نهایت اجرا را در بر‌دارند. در صورتی كه در پی‌های منفرد با فرض صلبیت آنها روش‌های تحلیل و طراحی، ساده و معمول است.
در اجرای پی گسترده با توجه به میلگردگذاری پی، مشکلات دسترسی برای بتن ریزی و عبور بتن از شبكه آرماتور و همچنین به ابعاد قابل توجه پی ، مشكلاتی نیز در اجرای یكپارچه بتن وجود دارد. فلذا برای تسهیل در طراحی و اجرا می‌توان به جای پی گسترده، یك ردیف پی‌های منفرد، مجاور را جایگزین آن نمود كه به صورت منقطع در قسمت بالایی و متصل در قسمت پایینی باشد. لذا به علت عدم پیوستگی در بالا، لنگری رد و بدل نشده و مانند پی‌های منفرد نیازی به سفره آرماتور پایین مطرح می‌شود. جهت سهولت بیشتر در اجرا و ایفای نقش شناژ می‌توان یك سفره مشترك حداقل آرماتور در پایین پی‌های مجاور منظور نموده و سپس در صورت لزوم هر پی تك، آرماتور اضافی منظور شود.
سیستم پی‌های منفرد در زیر یكپارچه شده و علی رغم مجاورت و سراسری بودن پلان فونداسیون، مدل پی منفرد را می‌توان در تحلیل، طراحی و اجرا به كار گرفت.
تلفیق پی گسترده و پی‌های عمیق
یکی دیگر از انواع فونداسیون‌های ویژه تلفیقی از پی گسترده و پی‌های عمیق است. اگرچه پی گسترده در میان پی‌های سطحی راه حل نسبتاً مناسبی به شمار میرود ولی ایراداتی از قبیل معضلات اجرایی و بتن ریزی یكپارچه، غیر اقتصادی بوده و در نهایت وقوع نشست‌های زیاد را به دنبال دارد. به طور كلی احتمال وقوع نشست با شدت بارگذاری و عرض پی افزایش می بابد. با توجه به عرض نسبتاً زیاد پی‌های گسترده در مقایسه با پی‌های نواری و منفرد و منطقه تاثیر تنش نسبتاً زیاد در زیر پی معضلات نشست در زیر پی‌های گسترده ممكن است برای سازه‌های مهم و سنگین از محدوده مجاز نشست‌ها تجاوز نماید. به علاوه برای پروژه‌های سنگین فشارهای بزرگی را به زمین وارد می‌سازند و معضلات باربری نیز به صورت قابل توجهی مطرح خواهد بود. در این خصوص می‌توان با تلفیق پی گسترده به همراه پی‌های عمیق و مشاركت در باربری، یكی از كاملترین انواع فونداسیون‌ها را اجرا نمود.
