راهکارهای مقاوم سازی ساختمان های کج شده

شاقولی کردن سازه کج شده هیچ­گاه کار آسانی نبوده است. در واقع هیچ راه حل استانداردی وجود ندارد. نمونه های متعددی از سازه های کج شده غالباً تاریخی وجود دارند که عمدتا به دلیل جذابیت­های توریستی، کج شدگی شان برطرف نشده است؛ بارزترین نمونه این سازه ها، برج مشهور پیزاست. البته این بدان معنا نیست که انحراف در اجزای باربر، قابل چشم­ پوشی است. بروز این تغییر در سازه، در برخی موارد، تنها قابلیت سرویس دهی مطلوب را سلب می کند و در موارد دیگری ممکن است نشانه ای مبنی بر گسیختگی سازه در آینده باشد. در هر یکی از رخدادهای پیش آمده، باید هر مورد به صورت ویژه و انحصاری مورد بررسی قرار گیرد. در مورد سازه های مسکونی، ترک در دیوارهای خارجی، تداخل در باز و بسته شدن درها و یا انحنای غیرعادی سقف ها، حاکی از نیاز به توجه به این امر هستند. علت انحراف سازه از حالت قائم، عمدتا به نشست غیریکنواخت زمین بر می گردد که در اثر مسائل متعددی، از جمله وجود خاک نرم و ضعیف، خاک های تحکیم نیافته و یا تورمی در زیر سازه، تغییر سطح آب زیرزمینی، فعالیت های حفاری و غیره رخ می دهد. برای اجتناب از تغییرشکل های احتمالی در آینده، معمولاً بهره گیری از یک تحلیل دقیق از دلایل محتمل موردنیاز خواهد بود. مطالعه موارد مشابه، در برخی رخدادها می تواند کمک شایانی در بررسی ها باشد. هدف از این مطالعه، بحث در رابطه با مشکلات و راه­ حل هایی است که در حال حاضر جامعه مهندسی با آن ها دست و پنجه نرم می کند.

در شرایط یک سازه کج شده، اغلب تجاوز از محدوده حالت سرویس، نشانه ای از شروع گسیختگی سازه است. معیار نشست مجاز، در مورد هر سازه با تحلیل استاتیک مقاومت تعیین می شود، با این حال، حتی اگر سازه منحرف شده از سختی مناسبی برخوردار بوده و نشانه ای از ترک در دیوارها نمایان نباشد، باز هم در اثر برون ­محوری، یک سری نیروهای داخلی در سازه به وجود خواهد آمد. در موارد شدیدتر، ممکن است ایستایی سازه نیز مختل شود. مسئله مورد اشاره بیش از همه در سازه های لاغر، که نسبت ارتفاع به پهنا در آن زیاد است، (مانند برج ها و دودکش ها) حاکم است. در این موارد، با اندکی افزایش در زاویه انحراف، لنگر واژگونیِ بوجود آمده، بیشتر از لنگر مقاوم پی بوده و مسئله “ناپایداری کج شدگی ” پدید خواهد آمد. در این موارد، برای اجتناب از فروریزش یا گسیختگی سازه، که در اثر تجاوز از حالت حدی نهایی بوجود می آید، شاقولی کردن سازه بسیار ضروری است.

مقاوم سازی ساختمان کج شده

با کج شدگی سازه، اغلب به عنوان یک پدیده دائمی و یک خرابی مرمت ناپذیر رفتار می شود. در نتیجه سازه­ های با بیش از 5 درصد کج شدگی، اغلب بدون بررسی امکان شاقولی کردن، تخریب می شوند. از سوی دیگر، در مواردی که زاویه انحراف کمتر است، و تنها به دید یک مشکل سرویس دهی مطلوب، که در حال حاضر، خطر فروریزش جدی آن را تهدید نمی کند، به آن نظر می ­شود، اقدام در مورد عملیات اصلاح اغلب به تعویق افتاده و یا نادیده گرفته می شود. اگرچه ممکن است چنین ناسازگاری هایی، اسباب زحمت ساکنین آن سازه را نیز بوجود آورد. در مطالعه ای که توسط Kawulok انجام شده، مشخص شد که شیب های در محدوده 20 تا 25 میلی متر بر متر ارتفاع، توسط کاربران احساس شده و در موارد بیش از آن، کاربری سازه را مختل می سازد. علاوه بر ناملایمتی های بوجود آمده برای کاربران، مشکلات دیگری نیز ممکن است رخ دهد؛ از جمله بی ثباتی المان های دکوراسیون، مشکلات مربوط به زهکشی (شیب معکوس در لوله ها و …)، عملکرد نامناسب دستگاه های لیفت و بسیاری دیگر از مشکلات. میزان نارضایتی در این موارد، به شدت و مدت زمان بروز این مشکل بستگی دارد. در برخی امکانات عمومی شهری و یا تجهیزات صنعتی هر گونه تداخل در سرویس دهی مطلوب، عملکرد پایه ای سیستم را نیز دچار مشکل خواهد کرد.

مسئله دار ترین موارد شاقولی کردن سازه های کج شده، موارد تاریخی هستند؛ چرا که در این موارد، عمدتاً اسناد سازه­ ای یا ژئوتکنیکی در دسترس نیستند. به علاوه، این سازه ها اغلب در مراکز شهرهای تاریخی قرار گرفته و تحت حفاظت سازمان های حفظ میراث فرهنگی هستند که عملیات مطالعه را دچار مشکل کرده و موجب به تعویق افتادن بهسازی می شود. تلاش های متعددی برای پایدارسازی برج پیزا، با روش های مختلف انجام یافته بود، که این عملیات پس از فروریختن برج مشابهی در پاویا در سال 1989 سرعت گرفت. ورودی سازه به مدت 12 سال به روی گردشگران بسته شد و موجب کاهش درآمد شهر از این طریق گشت.

مهم­ترین مسئله در مقاوم سازی و اصلاح کج شدگی ساختمان ها، شناسایی و مطالعه دقیق پارامترهای زمین و آگاهی کامل از شرایط خاک ­های مسئله ­دار است. این خاک ها شامل خاک های با ظرفیت باربری، نفوذپذیری و سختی کم، خاک ها متورم­ شونده و خاک های میان لایه ای است. وجود این خاک ها باید در تمامی مراحل طراحی و اجرا در نظر گرفته شود. مسئله مهم دیگر، محاسبه و پیش بینی مقدار، نوع، شرایط و سرعت بارگذاری است، مخصوصاً زمانی که سازه در منطقه معدنی قرار دارد.

با توصیفات فوق، اگر انحراف سازه قابل توجه بود، باید مقدمات مطالعه، شرایط اصلاح و مقاوم سازی آن، در طی یک تحلیل بسیار دقیق فراهم شود. قبل از هر کاری، باید علل کج شدگی شناسایی شود؛ در این مرحله تحقیقات ژئوتکنیکی و اندازه گیری های جغرافیایی و ارزیابی شرایط تکنیکی سازه بسیار ضروری است. اندرکنش خاک و سازه بایستی برای پیش بینی رفتار سازه در طی عملیات مقاوم سازی ساختمان، با استفاده از روش های عددی و یا آزمایش های با مقیاس مناسب مدل شود. توصیه می شود که روش های مختلف اصلاح مورد بررسی قرار گیرد تا انتخاب مناسبی از بین آن ها انجام گیرد.

 

بهسازی خاک در ساختمان کج شده
مقاوم سازی ساختمان کج شده

 

علل کج شدگی ساختمان

کج شدگی یک سازه، به ندرت تنها از یک مشکل نشأت می گیرد. در عمل فاکتورهای زیادی هستند که برای رفع مشکل کج شدگی، باید به سراغ غالب ترینِ آن ها رفت. این مشکلات به سه دسته عمده تقسیم می­شوند:

  • خصوصیات بستر (مثل ظرفیت باربری کم، آماده سازی نامناسب زمین برای پی، تحکیم غیریکنواخت، و تغییر شرایط آب زیرزمینی)
  • پی (مثل عمق مدفون شدگی بسیار کم و نوع پی نامناسب)
  • فاکتورهای انسانی (فعالیت های مستقیم یا غیرمستقیم نظیر عملیات حفاری)

در ادامه، برخی از مواردی که ناشی از فاکتورهای فوق هستند توضیح داده شده است.

مسائل مربوط به خصوصیات خاک بستر

طبیعت ناهمگونی خاک بستر (اختلاف ضخامت، وجود میان لایه، تفاوت در تراکم پذیری و درجه پیش­ تحکیم ­یافتگی) همواره باید ضمن طراحی یک سازه مدنظر قرار گیرند؛ چرا که عمده ترین دلیل نشست غیر یکنواخت را تشکیل می دهد. تغییرات غیرقابل انتظار در خاک زیر پی، در اثر عواملی از جمله نوسانات طبیعی آب زیرزمینی (خشکسالی و سیل) رخ می دهد. اعمال بارهای ناگهانی در خاک های ریزدانه نیز موجب کاهش ظرفیت باربری شده و کج شدگی سازه را به همراه خواهد داشت. توجه به این نکته حائز اهمیت است که پدیده کج شدگی تدریجی، به طور عمده در مواردی که خاک چسبنده و یا ارگانیک در زیر پی وجود دارد مطرح می شود. این مسئله احتمالاً به نفوذپذیری کم و در نتیجه مدت زمان تحکیم زیاد (چندین سال) و خزش آن برمی گردد. خاک های غیر چسبنده به ندرت چنین فرآیندهای تغییر حجمی را قبل از اینکه مورد استفاده قرار گیرند، تجربه می کنند.

یکی از مشهور ترین کج شدگی های رخ داده به علت وجود خاک چسبنده ضعیف، کلیسای جامع مکزیک در مکزیکوسیتی است که بین سال های 1573 تا 1813 ساخته شده است. این سازه برای سالیان دراز نشست را تجربه می کرده است و تلاش های ناموفق بسیاری نیز برای اصلاح این مشکل انجام یافته بود. بیشینه اختلاف تراز بین جبهه غربی و تاج به 4/2 متر رسید.

 

توسعه نشست تفاضلی در کلیسای جامع مکزیک - مقاوم سازی ساختمان
توسعه نشست تفاضلی در کلیسای جامع مکزیک

 

در سال 1990، زاویه انحراف در بخش جنوبی به 1.15 درجه و در شرق به بیش از 2.86 رسید. عملیات ساختمانی در مکزیک، به دلیل قرارگیری شهر بر روی رس نرم با درجه اشباع بسیار بالا و مقاومت برشی کم، همواره عملیات چالش برانگیزی بوده است. نشست این سازه، در اثر تغییر شرایط آب زیرزمینی، یعنی بهره ­برداری بیش از حد از لایه های آبخوان زیر شهر و کاهش سطح آن (از 5/3 متر به 4/7 متر) رخ داده بود. اگرچه مطالعات دیگر نشان داد که یکی دیگر از فاکتور های مهم دیگر، تراکم غیر یکنواخت خاک بستر در اثر اختلاف در تاریخچه تنش نواحی زمین بود. شهر مربوط به امپراطوری آزتک ها، با سازه های تاریخی متعدد (از جمله اهرام و غیره) بوده که با فتح توسط کنکیستادورهای اسپانیایی در قرن 16 تخریب شد. در زمان ساخت شهر مکزیکوسیتی فعلی، تحکیم ثانویه در مناطق سازه ای آزتک ها آغاز گشته بود، در حالی که نواحی دیگر هنوز در تحکیم اولیه به سر می بردند. شواهد تاریخی حاکی از این بودند که قسمتی از کلیسا بر روی معبد آزتک ساخته شده بود. در نهایت با انجام عملیات تثبیت و بهسازی، که در سال های 1993 تا 1998 انجام گرفت، زاویه انحراف به حدود 0.34 درجه کاهش یافت.

یکی دیگر از موارد مشهوری که دچار این مشکل بود، برج کج پیزاست، که زاویه انحراف بیشینه آن به 5/5 درجه رسیده بود و مطالعات نشان داد که وجود خاک چسبنده متراکم شونده و تغییرات سطح پیزومتریک آب زیرزمینی در دو طرف سازه، موجب تحکیم غیریکنواخت رس در پروفیل خاکی شده بود. لازم به ذکر است که وقفه های طولانی مدت در ساخت، که موجب استهلاک مرحله ای فشار آب حفره ای تولید شده در لایه های رسی می شود، از گسیختگی آن تا وهله ای از زمان جلوگیری کرده بود [4].

 

شبیه سازی افزایش کج شدگی برج پیزا- مقاوم سازی ساختمان
شبیه سازی افزایش کج شدگی برج پیزا

مسائل مربوط به پی

بهترین نمونه گسیختگی که با عمق مدفون ناکافی و انتخاب نامناسب مصالح پی ارتباط دارد، کج شدگی تعداد زیادی از برج های شناخته شده در ونیز، مثل برج ناقوس کلیسای دی سانتو استفانو و برج ناقوس کلیسای سن جورجیو دی گرچی است. البته وجود خاک های تراکم پذیر و ضعیف نیز در این موارد کم تاثیر نبودند؛ با این حال، اگر پی به خوبی اجرا و محافظت می شد، امکان محدودسازی و حتی اجتناب از کج شدگی نیز دور از انتظار نبود. پی هایی که برای سازه های مهم ونیزی به کار می رفت، عمدتا پی های شمعی بود. با توجه به نیاز به زمان و صرف هزینه زیاد برای اجرا، این شمع ها به ندرت به طول بیش از 3 متر و به قطر بیش از 25 سانتی متر می رسید. لذا بارهای سازه به جای انتقال به لایه باربر، در لایه ضعیف قابل تراکم باقی می­ماندند. به علاوه گستردگی استفاده از شمع های چوبی، که در صورت نوسانات سطح آب زیرزمینی شروع به پوسیدگی می کند، از جمله ضعف های این پروژه ها بود.

در مورد برج پیزا، به نظر می رسد که عمق مدفون بیشتر، ممکن بود که کج شدگی برج را اندکی بهبود بخشد. پی 20 متری این برج در عمق 2 متری زمین قرار دارد. یکی از آخرین اقداماتی که برای تثبیت برج پیزا انجام شده است، اتصال پی آن به دیوارهای کاتینو اطراف است که سطح موثر پی را افزایش می دهد.

 مسائل مربوط به فعالیت های بشری

حفاری های زیرزمینی معادن، برای استخراج زغال­ سنگ، نفت، سنگ نمک و منابع دیگر، سالیان دراز است که در جهان انجام می شود. این بهره برداری ها، موجب آسیب به توده سنگ و در نتیجه تغییرشکل لایه های سنگی و خاکی می شود که عواقبی را در سطح زمین به نمایش می گذارد. یکی از مناطقی که با این مشکل دست و پنجه نرم می کند، سیلزی شمالی در لهستان است که در آن بهره برداری بی رویه ای از منابع زیرزمینی زغال سنگ صورت می گیرد. تخمین زده می شود که سالانه حدود 12000 سازه به این دلیل دچار آسیب و خسارت می شوند. در این مناطق، ترجیح داده می شود که به جای بهره گیری از بک­فیل­های هیدرولیکی گرانقیمت برای پرکردن فضای حفاری شده، هزینه خسارت های پیش آمده برای سازه ها به ساکنین پرداخت شود. یکی از نمونه های مستند از کج شدگی در اثر حفاری، انحراف ساختمان 11 طبقه ای است که توسط Gromsysz تشریح شده است. مطالعات نشان داد که کج شدگی در اثر فعالیت های معدنی رخ داده و نشست غیریکنواخت خاک سست نیز مزید بر علت شده است. این سازه با استفاده از جک های هیدرولیکی شاقول شد.

راهکارهای اصلاح و مقاوم سازی ساختمان های کج شده

روش های شاقولی کردن ساختمان کج شده و از بین بردن انحراف بوجودآمده در این سازه ها، به سه گروه عمده تقسیم پذیرند:

  • نشست اجباری قسمت های بلندتر سازه، با استفاده از حذف خاک زیرین
  • بالا بردن قسمت های کوتاه تر سازه
  • بهره گیری توأم از دو روش فوق

در ادامه سعی شده است پیرامون هر یک از روش ها بحث کوتاهی شود. توجه به این نکته در اینجا حائز اهمیت است که هیچ یک از این روش ها، بدون شناسایی و برطرف کردن عامل کج شدن سازه، به تنهایی مفید فایده نخواهند بود. مقاوم سازی ساختمان کج شده به یک تیم متخصص و مجرب نیازمند بوده و همواره بایستی با ابزارگذاری و کنترل های بلندمدت همراه باشد.

پایین بردن قسمت های بلند تر سازه

در این روش ها، مشخصه های مکانیکی خاک بستر اصلاح می شود. این اصلاحات به خصوص، شامل تغییر تراکم ­پذیری خاک، وضعیت تنش ها، مقدار آب و غیره می شود. شاقول سازی با استفاده از کاهش کنترل شده سختی خاک زیر پی انجام می شود. حجم لایه ها کاهش یافته و نشست اجباری غیر یکنواخت به سازه تحمیل می شود. متعاقباً سازه نیز به وضعیت صحیح خود باز می گردد. از مزیت های روش می توان به عدم تداخل این عملیات با ساختار سازه اشاره کرد. به علاوه اگر این اصلاحات به حجم های زیاد از زمین اعمال شود، مسیر انتقال بار به بستر نیز تغییر چندانی نخواهد کرد. از این روش ها می توان در اصلاح هر نوع ساختمانی، فارغ از تعداد طبقات و نوع پی (گسترده، تکی و غیره) و برای اغلب بسترها (طبیعی و مصنوعی)، به کار برد. با این حال این روش نقاط ضعفی هم دارد؛ از جمله افزایش عمق مدفون که بسته به موقعیت سازه، موجب مدفون شدن طبقات زیرزمین شده یا نیاز به بازسازی زیرساخت های پیرامونی را به همراه دارد؛ آسیب های احتمالی به سازه در حین عملیات خاکی و نیاز به فضای زیاد پیرامون سازه مورد اصلاح برای انجام عملیات. این عملیات اغلب زمانبر است. جدا از این، اصلاح مشخصه های خاک معمولاً مشکل است. نظارت دقیقی نیز باید برای جلوگیری از تغییرشکل های ناگهانی صورت گیرد تا کل عملیات اصلاح از کنترل خارج نشود.

حفاری تحت الارضی

در این روش مقدار کافی از خاک، در وضعیتی کاملاً کنترل شده، بوسیله حفر گمانه هایی از زیر سازه استخراج می شود. بسته به نیاز، حفره ها به صورت قائم، زاویه دار، و یا تحت زاویه مشخصی حفر می شوند. تجهیزات حفاری توسط کیسینگ ­های آماده مخصوص به مناطقی که از قبل مشخص شده اند فرستاده می شوند. به علاوه تغییرشکل بستر را می توان با استفاده از پخش آب درون حفرات تعدیل کرد. تحت وزن سازه، حفرات تنگ تر می شوند و سازه نشست های غیریکنواخت کنترل شده و دوران معکوس را تجربه می کند.

این روش برای اصلاح نشست در سازه های بسیاری به کار رفته است؛ از جمله برج چاد، سیلوهای ترنسکونا و کلیسای جامع مکزیکوسیتی. این ایده در سال 1962 برای اصلاح برج پیزا نیز پیشنهاد شد؛ که کمیته بین المللی حفاظت از برج کج پیزا، در اواخر قرن 20 مجددا به بررسی این ایده پرداخت. پس از انجام آنالیزهای عددی و آزمایشات محلی، عملیات حفاری در فوریه 1999 با حفر 12 حفره با شیب 30 درجه و به طول 1 متر در بستر برج آغاز شد. برای اجتناب از تحرکات غیرمنتظره در طول عملیات حفاری، از 2 تکیه گاه افقی فلزی که در ارتفاع 14 متری برج نصب شده و توسط انکر به دو قاب فلزی در پشت سازه متصل شده بودند بهره گرفته شد. حدود 7 مترمکعب خاک بوسیله مته استوانه ای توخالی به قطر 168 میلی­متر از زیر سازه خارج شد. در نتیجه این عملیات، گوشه شمالی 12 میلی متر نشست کرده و گوشه جنوبی 5/1 میلی متر به بالا حرکت کرد. با احتساب نتایج مثبت حفاری اولیه، عملیات از فوریه 2000 تا فوریه 2001 ادامه یافت. 41 حفره حفر شد و 38 مترمکعب خاک (69% از زیر پی و 31% از زمین جبهه شمالی برج) استخراج شد. در پایان عملیات زاویه انحراف سازه 0.5 درجه کاهش یافت.

 بارگذاری زمین

این روش شامل بارگذاری زمین در سمت بلندتر سازه است. این عملیات مدت زمان زیادی می طلبد و معمولاً قسمتی از آن با باربرداری و تورم خاک، بازمی گردد. بارگذاری زمین نیز یکی از روش های مورد استفاده در اصلاح کجی برج پیزا بود که در این عملیات، بار 600 تنی در فاصله 3/6 متری از جبهه شمالی برج اعمال شد. این بارگذاری به مدت 10 ماه ادامه یافت و موجب کاهش اندکی از کجی (1دقیقه آرک بر سال) شد. این بارگذاری، لنگر واژگونی را 10% کاهش داد. اگرچه به دلیل مسائل زیبایی­شناختی، به صورت دائمی مورد استفاده قرار نگرفت.

سیستم زهکشی/ الکتروسمز

کاهش مقدار آب در خاک های ریزدانه، حجم آن ها را کاهش داده و می تواند به صورت محلی موجب فرونشست شود. برای شتاب بخشی به تحکیم خاک رسی یا سیلتی، که نفوذپذیری بسیار کمی دارند، می توان از الکتروسمز بهره گرفت. این روش، بر پایه پدیده الکتروکینتیک است که جریان آب توسط میدان الکتریکی به قسمت مشخصی از محیط زمین فرستاده می شود. کاربرد الکتروسمز برای زهکشی زمین، مدت هاست که در مهندسی ژئوتکنیک استفاده می شود و فرآیند محاسبات، برنامه ریزی و طرح نصب آن، کاملاً شناخته شده است. الکتروسمز، یکی دیگر از روش هایی بود که برای اصلاح دائمی کجی برج پیزا پیشنهاد شد. ایده، شامل کاهش حجم لایه رسی زیر پی در جبهه شمالی بود. اگر چه بنا به آزمایشات محلی ناموفق، استفاده از این تکنیک متوقف شد. البته، از یک سیستم زهکشی برای کاهش نوسانات سطح آب زیرزمینی در اطراف برج پیزا، که به عنوان یکی از علل کج شدگی شناسایی شده بود، بهره گرفته شد. از این سیستم در اصلاح کج شدگی سیلوی کارخانه شیشه دوبروا گورنیچا در لهستان استفاده شد.

 بالا بردن قسمت های کوتاه­تر سازه

روش های اصلاح انحراف سازه در این گروه، به دو دسته تقسیم می شوند: بالابر هیدرولیکی و پی بندی (دوخت به کف).

 بالابرهای هیدرولیکی

اصلاح ساختمان ها در این روش با استفاده از بالابردن غیریکنواخت سازه توسط جک های هیدرولیکی انجام می شود. سازه موردنظر در این روش، نیاز به مجموعه ای از اقدامات آماده سازی، از جمله برش زدن دهانه ها برای بالابر، آماده سازی و مسلح ­سازهای سازه، نصب جک در دیوارهای باربر پایین­ترین طبقه ساختمان، قطع موقت سیستم گرمایش مرکزی و دیگر تاسیسات دارد. خود فرآیند اصلاح نیز در سه فاز انجام می گیرد. در فاز اول، جداسازی ساختمان با جاساز کردن جداگانه جک هاست. این عمل باعث بوجود آمدن یک شکاف بین دو جک می شود. فاز دوم، بالابردن موازی سازه به میزان 2 تا 3 سانتی متر است. این فاز برای اجتناب از درگیر شدن دهانه های قرارگرفته بر زمین و دهانه روی سازه ضروری است. فاز اساسی عملیات، فاز سوم بوده و شامل بالابردن سطح افقی ساختمان برای هم ترازسازی با بخش دیگر است. پس از پایان عملیات اصلاح، فاز ترمیم سازه، یعنی پر کردن شکاف ها و حفرات به جای مانده از جک ها، اندود دیوارها و اجرای بتن کف در زیرزمین در سطح موردنظر است.

در حال حاضر، سه متد برای اصلاح کج شدگی به طریق بالابرندگی وجود دارد که این روش ها، در نوع بالابر به کار رفته و شیوه کنترل عملیات با هم تفاوت دارند؛ این روش ها عبارتند از بالابرها نیرو کنترل، بالابرهای جابجایی کنترل و بالابرهای غشایی.

با وجود مزیت های متعددی که استفاده از این روش دارد (مثل مدت زمان اجرای کم، عدم تداخل با کاربری سازه و …)، با این حال، نقطه ضعف مسلم آن، تغییر طرح استاتیک پی، از وضعیت توزیع یکنواخت بار (زمانی که سازه بر روی پی قرار دارد) به وضعیت بارگذاری متمرکز است که از جک ها ناشی می شود. لذا لازم است که همواره ظرفیت باربری سازه، پی و خاک بستر برای این تغییر شرایط، کنترل شود.

یکی از موارد استفاده از این روش اصلاح، ساختمان 11 طبقه است. 50 بالابر غشایی که متشکل از غشاهای روغنی با ارتفاع اولیه 60 میلی­متر و قطر 520 میلی­متر بودند، مورد استفاده قرار گرفت. بالابرنده های غشایی در حفرات برش یافته در جاهایی که صفحات دیوارها بر روی دنده های پی قرار گرفته­اند، مستقر شدند. ضخامت اندک دیوارها (200 میلی متر) مستلزم گشاد شدگی محلی آن­ها برای تامین تکیه گاه کامل بالابرها در مقابل قسمت بلندتر ساختمان بودند. قبل از پمپاژ بالابرنده ها در یک توالی طراحی شده، دیوارها بوسیله مقاطع فولادی که به هر دوطرف دیوار متصل شده بودند، مسلح شدند. عملیات اصلاح و مقاوم سازی ساختمان با موفقیت انجام شد و ضمن جلوگیری از رخداد یک فاجعه سازه ای، کاربری ساختمان نیز به طور کامل احیا گشت.

پی­ بندی (دوختن به کف)

پی­ بندی یک متد متعارف ژئوتکنیکی برای انتقال بارهای یک ساختمان از لایه های ضعیف و قابل تراکم به عمق های با ظرفیت بیشتر است. هدف اصلی از این عملیات، پایدارسازی سازه است، ولی امکان بهره ­گیری از این تکنولوژی برای کاهش دوران سازه نیز وجود دارد. بدین منظور، روش های مختلفی مورد استفاده قرار می­گیرد؛ از جمله تزریق با فشار بالا، ریزشمع و غیره.

خانه قدیمی استیجاری در شهر سیلزی شمالی که در اثر نشست غیریکنواخت بر روی زمین قابل تراکم، دچار کج شدگی شده بود، با استفاده از تکنیک تزریق ریزشمع اصلاح و مقاوم سازی شد. در این پروژه، پی بندی با استفاده از 157 ریزشمع انجام شد. طول هر ریزشمع برای نیل به چسبندگی موردنظر (8 متر)، به طور جداگانه تنظیم شد. فاصله ریزشمع ها از یکدیگر 1 متر بود که به صورت متناوب از هر دو طرف دیوار پی اجرا شدند.

 

مقاوم سازی ساختمان کج شده - بهسازی خاک
تبدیل فونداسیون نواری به گسترده در ساختمان کج شده

 

یکی از روش های مقاوم سازی سیلوی ترنسکونا که در بخش های قبلی بدان اشاره شد، استفاده از پی بندی بود. بدین ترتیب که پایه های به قطر 1.5 متر که در زیر هر یک از ستون های ساختمان (24 ستون) قرار داده شد و بر روی سنگ بستر زیرین استقرار یافت. به علاوه با توجه به بارهای سنگین و ارتفاع زیاد سازه و بستر کوچک آن، تسلیح پی و سازه روی آن، قبل از عملیات پی بندی ضروری بود. این مسئله با استفاده از پایه های 1.2 متری که خارج از دیوارهای ساختمان بنا شده بودند، انجام گرفت. بدین منظور سیستم خرپایی تعبیه شد و بار به طور موقت به پایه های خارجی انتقال یافت. سپس تونل های دسترسی به زیر پی حفاری شدند تا پایه های داخلی در محل موردنظر اجرا شوند.

بهسازی خاک ساختمان کج شده با شمع- مقاوم سازی ساختمان
مقاوم سازی ساختمان کج شده با کوبیدن شمع

عملیات پی بندی، برای کاهش کج شدگی ساعت بیگ بن در لندن که در اثر عملیات تونل زنی رخ داده بود، نیز مورد استفاده قرار گرفت. در این سازه، از تکنیک تزریق جبرانی بهره گرفته شد که در آن مخلوط سیمان، ماسه و آب با توانایی انقیاد بالا، با فشار زیاد در محل مشخص شده به زمین تزریق گشت. در محل اول، 16 لوله تزریق فولادی 50 متری به صورت شعاعی در زیر پی سازه نصب شدند. بیشینه فاصله لوله ها 5/2 متر در نظر گرفته شد. در مجموع، 24 مرحله تزریق به حجم 122 مترمکعب در مدت زمان فوریه 1996 تا سپتامبر 1997 انجام شد. این عملیات از آسیب ­های پیش بینی شده برای بیگ بن جلوگیری کرده و نشست آن را تثبیت کرد.

 

 

روش های ترکیبی

روش اهرم دو طرفه در این مورد قابل توجه است. در این روش، قسمت پایین آمده سازه بالا برده شده و همزمان خاک قسمت بلندتر استخراج می شود. در عمل از این روش برای شاقول کردن ساختمان 13 طبقه در ژشوف لهستان بهره گرفته شده است. در ابتدا پی رادیه شبکه ای سازه مسلح شده و یک طره به آن اضافه شد. سپس، شمع های از نوع وولفشولز در زیر طره قرار گرفته و شش بالابر هیدرولیکی بین شمع ها و طره قرار گرفت. در دیگر قسمت بالارفته سازه مورد حفاری قرار گرفت. این عملیات همزمان موجب کاهش اختلاف تراز ارتفاعی دو طرف سازه به 5 سانتی متر شد. البته این رویه تنها زمانی قابل اعمال است که جهت شیب ساختمان موازی با سیستم سازه­ای آن بوده و خاک باربر در عمق زیادی نباشد.

 

 

محصولات مرتبط

راهکارهای مرتبط

راهکارهای مقاوم سازی ساختمان های کج شده
5 (100%) 3 votes