راز اجرای فونداسیون در خاک منبسط شونده/ خاک سیاه پنبه زار کشف شد

در هندوستان میزان خاک سیاه پنبه زار موجود در کل رسوبات خاک تقریبا 15 درصد است. این نوع زمین در بسیاری از کشورهای دیگر دنیا یافت میشود. اخیرا بیشتر کشاورزان هندی در خاک سیاه، پنبه کشت میکنند. خاک سیاه برای تولید گیاه پنبه بسیار مساعد و حاصلخیز است، لذا به خاک سیاه، خاک سیاه پنبه­زار گفته میشود.

اساسا خاک سیاه پنبه زار حاوی ذرات رس ریزدانه است که باعث میشود با تغییر رطوبت، تغییرات زیادی در حجمش ایجاد شود. یعنی وقتی این خاک مرطوب میشود، منبسط میشود و وقتی رطوبت آن خشک شد، منقبض و جمع میشود. به همین خاطر به خاک سیاه پنبه زار، خاک منبسط شونده گفته میشود. توجه داشته باشید که تمام خاکهای سیاه پنبه زار منبسط شونده نیستند و تمام خاک های منبسط شونده، سیاه نیستند. این ماهیت منبسط­شوندگی خاک است که مشکل­ساز است، نه رنگ آن.

ساخت فونداسیون در خاک سیاه پنبه زار خطرآفرین است و برای پیشگیری از این خطر، پیشنهاد میکنیم این مقاله را که راز ساخت فونداسیون در خاک سیاه پنبه زار را آشکار میکند، تا پایان مطالعه کنید.

چرا ساخت فونداسیون در خاک سیاه پنبه زار خسارت به بار می­آورد؟

انقباض و انبساط خاک سیاه پنبه زار به یکی از مشکلات شدید برای کل صنعت ساخت و ساز تبدیل شده است. انبساط و انقباض خاک منبسط شونده موجب نشست غیریکنواخت ساختمان میشود. وقتی خشک است، بشدت سفت و محکم است ولی وقتی مرطوب میشود، مقاومتش را به طور کامل از دست میدهد. بنابراین موجب ایجاد ترک در خانه میشود. اگر ساختمان نشست بیشتری پیدا کند، باعث خرابی ساختمان یا خانه به خصوص درمورد سازه های حمال میشود. لذا در چنین خاکهایی، باید فونداسیون را در عمقی بسازیم که اثرات تغییرات فصلی ناچیز باشد یا اینکه فونداسیونی بسازیم که قادر به برطرف کردن اثرات نامطلوب ناشی از حرکت نسبی باشد.

موقع ساخت فونداسیون روی خاک سیاه پنبه زار، چه اقدامات پیشگیرانه ای باید انجام گیرد؟

برای اینکه اقدامات پیشگیرانه زیر را با درک بهتری بخوانید، توصیه میشود که ابتدا با مفهوم 3 اصطلاح زیر آشنا شوید:

بررسی خاک: آزمایش خاک

  • قبل از شروع کار در محل ساخت، بهتر است خصوصیاتی مثل فشار تورمی، شاخص انقباض، تحکیم (تراکم پذیری خاک) و مقاومت خاک سیاه پنبه زار را ارزیابی کنید. این ارزیابی، مناسب بودن خاک را برای ساختمان­سازی مشخص میکند.
  • طبق استاندارد بین المللی IS 1893:2016، وقتی N value افق خاصی از خاک در Zone 3 کمتر از 10 و در Zone های 4 یا 5 کمتر از 15 باشد، باید از ساخت ساختمان های مرتفع در چنین خاکهایی خودداری کرد یا اینکه از فونداسیون شمعی استفاده شود و یا تثبیت خاک صورت گیرد.

فشار تورمی:

  • به فشاری گفته میشود که خاک بر روی فونداسیون وارد می­آورد. این فشار وارده از سوی خاک زمانی ایجاد میشود که اجازه انبساط (تورم) به خاک داده نمیشود یا وقتی که از تغییر حجم جلوگیری میشود.

شاخص انقباض:

  • مقیاس میزان انبساط خاک است.

ترک­ها در اثر جابجایی زمین ایجاد میشود و جابجایی زمین در اثر انقباض و انبساط متناوب رخ میدهد. بنابراین ترک­هایی که ایجاد میشوند، گاها 15 تا 20 سانتی متر پهنا و 2.5 تا 4 متر عمق دارند. برای جلوگیری از این رخداد، موقع ساخت سازه روی خاک سیاه پنبه زار معمولا اقدامات پیشگیرانه زیر بکار گرفته میشوند.

اقدامات پیشگیرانه موقع ساخت فونداسیون روی خاک سیاه پنبه زار:

در ادامه اقدامات پیشگیرانه­ای را که برای سازه باربر و سازه با اسکلت بتن مسلح یکسان است، بررسی میکنیم. در اینجا اقدامات پیشگیرانه برای سازه های مرتفع و سازه های کم ارتفاع را از هم تفکیک نموده ایم.

اقدامات پیشگیرانه برای سازه های کم ارتفاع (سازه با اسکلت بتن مسلح یا سازه باربر) در خاک سیاه پنبه زار:

  1. برای ساختمانهای کم ارتفاع، از شالوده های گسترده یا نواری، شمع­های پافیلی (under reamed pile) یا فونداسیون یکپارچه (برای سازه های خاصی که بارشان بیشتر از 6 تن بر متر مربع است) استفاده کنید. هرگز فونداسیون را روی خاک سیاه پنبه زار اجرا نکنید. فونداسیون را حداقل 300 تا 500 میلی متر زیرِ سطحی که ترک­ها در زمین متوقف میشود، مستقر سازید.
  2. حداقل عمق فونداسیون را طبق ظرفیت باربری مجاز خاک (SBC) تعیین کرده و در صورت لزوم، خاک را تثبیت کنید. تثبیت خاک فرآیندهایی است که در آن، 5 تا 7 درصد موادی مثل آهک، گرد و غبار سیمان و غیره به خاک اضافه میشود که موجب تقویت ظرفیت باربری خاک سیاه پنبه زار میشود.
  3. در سطح خارجی ساختمان، در قسمت پاستون، تیر سردر و سقف به خصوص درمورد سازه های باربر، از مهاربند استفاده کنید. درمورد سازه های با اسکلت بتن مسلح، تیرهای کف و دال سقف به مثل مهاربند عمل میکند.
  4. توصیه میشود که کل بار سازه روی خاک سیاه پنبه زار را به 5.5 تن بر متر مربع محدود کنید. اگر آب زیرزمینی به فونداسیون دسترسی پیدا کرد، محدوده بار باید طبق ظرفیت مجاز باربری خاک درنظر گرفته شود.
  5. اگر خاک سیاه پنبه زار در لایه های بالا وجود داشته باشد، 1 تا 1.5 متر کل خاک باید برداشته شود و فونداسیون باید در لایه سفت و محکم خاک ساخته شود.
  6. باید از کاشت درختان و درختچه ها و گیاهان مجاور ساختمان جلوگیری  به عمل آید.
  7. تیمارهای خاصی مثل حمال های افقی و عمودی رطوبت باید تعبیه شود تا حرکت آب در عمق فونداسیون را مهار کند. برخی از نمونه های حمال­های افقی، پیاده ­روی سطحی، دفن یا فرش کردن با غشای غیرقابل نفوذ در سطح خارجی دیوار بیرونی که به آن plinth protection گفته میشود. نمونه حمال عمودی شامل ترانشه عمودی (vertical trench) با عرض تقریبی 15 سانتی متر و عمق 1.5 متر که پر از بتن با سنگدانه کم یا ترکیبی از کائوچوی دانه ای، آهک و خاکستر بادی است. تمام حمال­های رطوبت باید با سیستم زهکشی مناسب تعبیه شوند.

  1. از تماس مستقیم خاک سیاه پنبه زار با فونداسیون، ستون و غیره جلوگیری کنید چون به آن آسیب میزند. بدین منظور یک ترانشه اطراف فونداسیون ایجاد کنید و آن را با ماسه یا موروم (moorum) پر کنید. به یاد داشته باشید که لایه ماسه یا موروم باید به خوبی مرطوب و فشرده باشد.
  2. بستر ترانشه فونداسیون باید بواسطه کوبیدن، سفت و محکم ساخته شود. در بستر کوبیده­شده، دو لایه 15 سانتی متری موروم سفت باید پخش شود. بدین صورت که یک لایه 15 متری که به خوبی خیس خورده و کوبیده شده است را پخش میکنیم و سپس لایه 15 سانتی متری بعدی که خیس خورده و کوبیده شده را روی لایه قبلی پخش میکنیم. جمعا یک لایه 30 سانتی متری خواهیم داشت. در این لایه 30 سانتی متری، باید تا ارتفاع مورد نظر بستر سنگی یا ماسه­ای آماده کنید تا بلوک بتن فونداسیون روی آن قرار گیرد.
  3.  توصیه میشود که از خاکریز کردن (پر کردن مجدد) پاستون با خاک سیاه حفاری شده، خودداری شود.
  4.  در خصوص سازه باربر، شالوده نواری باید 40 سانتی متر پهن تر از پهنای فونداسیون حفر شود. یک لایه شن درشت به پهنای حداقل 20 سانتی متر در دو طرف فونداسیون بریزید تا سازه را از تماس مستقیم خاک سیاه پنبه زار و بتن فونداسیون جدا کنید.
  5.  برای سازه های مهم از فونداسیون یکپارچه (raft foundation) استفاده کنید چون به شناور شدن ساختمان روی بستر کمک میکند. توصیه میشود که فونداسیون یکپارچه جدا از خاک سیاه پنبه زار مجاور باشد.
  6.  در خصوص سازه هایی که اهمیت بالایی ندارند مثل دیوار مرکب، پهنای لایه ماسه ای روی دو طرف فونداسیون باید 15 سانتی متر باشد.
  7.  ساخت دیوارها باید حداقل از 15 سانتی متر زیر سطح زمین شروع شود.
  8.  ساخت و ساز در خاک سیاه پنبه زار باید در فصل بدون بارندگی انجام شود.
  9.  توصیه میشود که فونداسیون در در عمقی اجرا کنید که اثرات تغییرات فصلی ناچیز باشد.
  10.  گاهی اوقات گودبرداری برای فونداسیونها در خاک سیاه غرقابی مشکل بزرگی برای مهندسان است. ما قبلا درمورد روشهای مختلف زهکشی آب از منطقه غرقابی بحث کرده ایم. این سیستم به کنترل سطح ایستابی و بهبود ظرفیت باربری خاک کمک میکند.

اقدامات پیشگیرانه برای سازه مرتفع (سازه با اسکلت بتن مسلح یا سازه با اسکلت فولادی) در خاک سیاه پنبه زار:

برای سازه های مرتفع از فونداسیون­ یکپارچه، شمع پافیلی یا فونداسیون شمعی استفاده کنید. توصیه میشود که فونداسیون از خاک سیاه مجاور جدا باشد چون آسیب میزند. بدین منظور یک ترانشه (trench) اطراف فونداسیون ایجاد کنید و فضای ترانشه را با ماسه یا موروم (moorum) یا خاک زرد پر کنید.

استفاده از چه فونداسیون هایی در خاک منبسط شونده یا خاک سیاه پنبه زار توصیه میشود؟

تثبیت خاک سیاه پنبه زار برای ساختمان های تک طبقه یا دو طبقه مفید خواهد بود. اما برای ساختمان های چند طبقه یا ساختمان های مرتفع یا آسمان­خراشها فونداسیون گسترده یا فونداسیون شمعی مفید خواهند بود.

اگر خاک خوب تا 5 متری وجود نداشته باشد، چه باید کرد؟

معمولا اجرای فونداسیون روی خاک سیاه پنبه زار به هیچ وجه توصیه نمیشود؛ چه برای سازه باربر و چه برای سازه بتن مسلح. به هر حال اگر خاک مناسبی برای مستقر شدن فونداسیون بر روی آن در عمق معقول 2 یا 2.5 متری یا 4 متری برای ساختمانهای تک طبقه یا دو طبقه وجود نداشته باشد، چه باید کرد؟ اگر خاک سیاه پنبه زار در قشر بالایی، خودش 3 تا 5 متر یا بیشتر عمق داشته باشد، برای ساختمان های کوچک تا چه عمقی باید حفاری شود و چه نوع فونداسیون هایی و در چه عمقی باید در چنین وضعیتی ساخته شود؟ چون حفاری هرچه بیشتر انجام شود، هزینه های اجرای فونداسیون افزایش می­یابد.

در چنین شرایطی، راهکارها بر اساس ساختمان کم ارتفاع (زیرزمین+ دوطبقه بالای زیرزمین) و ساختمان های مرتفع تقسیم بندی میشود.

برای ساختمان های کم ارتفاع، نمیتوان زیاد حفاری انجام داد. میتوان با استفاده از تکنیک های مختلف تثبیت خاک انجام داد یا از نوع متفاوتی از فونداسیون استفاده کرد. در ساختمان مرتفع باید سراغ انواع فونداسیون های ویژه برویم.

فونداسیون بارهای وارده را به خاک منتقل میکند به گونه ای که از ظرفیت باربری بستر فونداسیون تجاوز نکند. شالوده های متنوعی وجود دارد که بارهای ساختمان را به خاک منتقل میکنند. بسته به شرایط خاک و بار وارده بر روی خاک، از انواع شالوده های زیر عمدتا برای ساخت خانه در خاک سیاه پنبه زار استفاده میشود.

شالوده های گسترده و شالوده های نواری (دیواری) در خاک سیاه پنبه زار:

از شالوده های گسترده و شالوده های نواری در جاهایی استفاده میشود که لایه ای خاک خوب (خاکی که قادر به تحمل ساختمان باشد یا خاکی که ظرفیت باربری کافی داشته باشد) در محدوده 2 تا 3 متری (6 تا 10 فوت) از سطح زمین وجود داشته باشد. از شالوده های گسترده و شالوده های نواری نباید در جاهایی استفاده کرد که آب زیرزمینی کم­عمق در محدوده عمق فونداسیون قرار دارد، چون منجر به ساییدگی و شسته شدن فونداسیون میشود. به هر حال ظرفیت باربری خاک باید به حدی باشد که وزن سازه را تحمل کند.

شمع های پافیلی در خاک سیاه پنبه زار:

شمع پافیلی (پاپهن) شمعی با عمق کم (1 تا 6 متر) است که در سَر پایینی آن، یک یا چند حباب (پهن شدگی) وجود دارد. اگر این حباب در سطحی پایین تر از عمق بحرانی جابجایی رطوبت در خاک­های سیاه پنبه زار/ خاک های منبسط شونده قرار داشته باشد، فونداسیون را به زمین مهار میزنند و با جابجایی خاک (انبساط و انقباض)، حرکتی رخ نخواهد داد. از این رو، وقتی زمین تا عمق 1 تا 6 متری، خاک سیاه پنبه زار/ خاک منبسط شونده داشته باشد، میتوانید از شمع های پافیلی (شمع های بتنی درجا که بادکردگی  حبابی شکل نزدیک کف خود دارند) برای فونداسیون ساختمان کم ارتفاع استفاده کنید. این کم خطرترین و مقتصدانه ترین گزینه برای ساخت فونداسیون در خاک سیاه پنبه زار است.

در این نوع فونداسیونها، ساختمان یا خانه به زمین مهاربندی میشود. این مهاربندی در عمقی انجام میشود که جابجایی زمین در اثر تغییرات رطوبت، ناچیز است. اگر سطح ایستابی بالا باشد، از دوغاب بنتونیت برای جلوگیری از ریزش جوانب چاه گمانه (bore-hole) استفاده میشود.

بر اساس تحقیقاتی که موسسه تحقیقاتی Central Building Research Institute Roorkee هندوستان انجام گرفته است، شمع های پافیلی راهکار ایده آل برای ساخت فونداسیون در خاک سیاه پنبه زار (خاک منبسط شونده) به خصوص برای سازه های کم ارتفاع است.

بسته به بار روی ستون، میتوان از یک شمع یا چند شمع پافیلی با کلاهک شمع (pile cap یا سرشمع) برای انتقال بار ستون استفاده کرد.

فونداسیون گسترده در خاک سیاه پنبه زار:

برای خاک های سیاه پنبه زار/ خاک های منبسط شونده ای که ظرفیت باربری­شان کمتر از حدی است که شالوده های گسترده (spread footings) و شالوده های نواری (wall footings) جوابگو نباشد، از فونداسیون یکپارچه استفاده میشود. زمانی که مساحت شالوده­ها از 50 درصد مساحت ساختمان بیشتر میشود، استفاده از فونداسیون یکپارچه توصیه میشود یا استفاده از آن اقتصادی است. به طور کلی توصیه میشود که از فونداسیون یکپارچه برای ساختمان های مرتفع استفاده شود. برای ساختمان های کم ارتفاع استفاده از آن بسیار پرهزینه خواهد بود. اگر سطح ایستابی کم عمق در محدوده عمق فونداسیون قرار داشته باشد، از فونداسیون یکپارچه استفاده نمیشود چون منجر به ساییدگی فونداسیون شده و ممکن است روانگرایی (liquefaction) اتفاق بیفتد.

فونداسیون شمعی در خاک سیاه پنبه زار:

از فونداسیون شمعی برای انتقال بارهای سنگین سازه به لایه­های سنگ سخت استفاده میشود. چنین لایه­هایی در اعماق زیر سطح زمین قرار داشته و جایی است که فونداسیون های سطحی (کم عمق) یا فونداسیون یکپارچه به خاطر وجود خاک ضعیف یا منبسط شونده در لایه بالایی، قابل اجرا نیستند. فونداسیون شمعی از بلندشدگی (uplift) ساختمان نیز که در اثر بارهای جانبی مثل زلزله و باد پدید می­آید، جلوگیری میکند. به طور کلی، عمق لایه های سنگ سخت از سطح زمین ممکن است 5 تا 50 متر (15 فوت تا 150 فوت) باشد که بستگی به زمین­شناسی و توپوگرافی محل دارد. فونداسیون های شمعی بارهای سازه را بواسطه اصطلاک سطحی و تکیه دادن نوک شمع به لایه سخت (end-bearing) تحمل میکنند. استفاده از فونداسیون های شمعی از نشست فونداسیون­ها نیز جلوگیری میکند.

شمع ها با حفره­های از قبل حفاری شده (drilled shafts piles یا شمعهای درجا) در خاک سیاه پنبه زار:

میتوانید از شمع های درجا برای فونداسیون عمیق ساختمان مرتفع که عمق لایه سنگ سخت در 10 تا حداکثر 100 متری از سطح زمین قرار دارد، استفاده کنید. زمانی که رسوبات عمیقی از خاک رس نرم و خاک­های دانه­ای سست آبدار وجود داشته باشد، فونداسیون شمع های درجا مناسب نیست.

از آنجا که ظرفیت باربری خاک سیاه پنبه زار بسیار پایین است (4 تا 6 تن در متر مربع)، ساخت فونداسیون در چنین خاکی بسیار خطرناک است. لذا هرگز روی خاک سیاه پنبه زار/ خاک منبسط شونده فونداسیون نسازید. جایی که خاک خوبی در عمیق 3 متری یافت میشود، از شالوده های گسترده و شالوده های نواری استفاده کنید. در خصوص سازه با بارهای سنگین، ترجیحا از فونداسیون یکپارچه استفاده کنید. موقعی که خاک سیاه پنبه زار در عمق 4 تا 5 متری باشد، میتوانید از شمع پافیلی نیز استفاده کنید یا وقتی عمق خاک بیش از 5 متر است، از فونداسیون یکپارچه یا فونداسیون شمعی استفاده نمایید.

همیشه توصیه میشود که قبل از ساخت خانه روی خاک سیاه پنبه زار، با مهندس سازه مشورت کنید.

بازدید: 15    ثبت شده در 1398/06/24

درباره ما

مجهزترین و پیشرفته ترین دفتر املاک در استان اصفهان با سه شعبه فعال در سطح استان،دارای کادری مجرب و متخصص و جامع ترین سیستم آماری ملکی در کشور با استفاده از سیستم مچینگ

مشاوره تخصصی در زمینه امورات ملکی
×

هر گونه مشکل و سوالی دارید ، تیم ما آماده پاسخگویی می‌باشد


1