بهسازی پی ساختمان
اگر چه افزودن یا تكمیل پیهای موجود برای اعضای جدید در سازه اصلی از قبیل دیوارهای برشی و قاب‌های مهاربندی شده در بهسازی لرزهای متداول است، ولی بهسازی كمبودهای پی موجود در مقایسه با آن كمتر مورد توجه است. دو دلیل عمده برای این موضوع وجود دارد، نخست اینكه عملیات بهسازی پی ساختمان موجود بسیار پرهزینه است و دوم اینكه درگزارش‌های رسیده از بررسی‌های اولیه موارد آسیب در زلزله‌ها تعداد نسبتاً كمی از آسیب‌های جانبی و مالی ناشی از گسیختگی پی گزارش شده است.
تحلیل پی یكی از قسمت‌های چالش آفرین بهسازی لرزهای است. فرضیات متفاوت با توجه به شرایط بهتر تكیه‌گاه‌ها، خواص خاك محل و موقعیت و نوع رفتار غیرخطی محتمل به تغییر گسترده‌ای در نتایج منجر میشود. برای بسیاری از ساختمان‌ها، ارزیابی نتایج اولیه برای فهم چگونگی اندركنش پی با سازه اصلی و خاك پیرامونی تحت بارگذاری زلزله نیازبه مدل سازی و تحلیل‌های دقیق‌تر دارد. معمولاً تسلیم یك عضو پی یا خاك مكانیزم حاكم خرابی است، اما تنها پس از نگاهی به سازه اصلی و زیر سازه به عنوان یك مجموعه است كه می‌توان توالی و طبیعت رفتاری عضو را تعیین كرد.
چنانچه تحلیل منطقی نشان دهد كه پیهای جدید باید افزوده یا پیهای موجود اصلاح شوند، مهندس سازه باید فهم درستی از مشكلات مهندسی خاك، اهداف بهسازی، توصیه‌های عملكردی، و فرضیات و روش‌ها و محدودیت‌های اجرایی داشته باشد. روشن است كه بهسازی سازه موجود نسبت به اجرای سازه‌ی جدید بسیار مشكل‌تر است. به دلیل هزینه بهسازی پی، دیگر گزینه‌ها باید كاملاً بررسی و نیاز به اصلاح پی، قطعی تشخیص داده شود.
اهداف كلی بهسازی لرزهای پی
هدف از هر ارزیابی لرزهای تشخیص كمبودها، احتمال نسبی وقوع آنها و خطراتی است كه به دنبال دارند. طی این ارزیابی‌ها، پی نباید از نظر دور بماند و پاسخ رفتار پی باید در متن رفتار كلی ساختمان لحاظ شود. چنانچه پی به عنوان عضو ضعیف تشخیص داده شد، نوع مكانیزم پی باید تشخیص داده شود. موارد مرتبط با پی جزء جدایی ناپذیر هر راهبرد بهسازی سازه‌ای است. ممكن است پاسخ رفتاری ساختمان را با بهسازی در سازه اصلی به نحوی تغییر داد كه حذف مدهای نامطلوب پی را به دنبال داشته باشد. چنانچه عملیات بر روی پیالزامی شود، اهداف طرح بهسازی شامل تأمین مقاومت، سختی و شكلپذیری كافی برای فشار، كشش و بارهای جانبی، تشخیص مكانیزمی تعریف شده و شكلپذیر برای اتلاف انرژی و به حداقل رساندن بازتوزیع تنش گرانشی در پی موجود لازم است. پیهای جدید نباید زیر پیهای موجود را چه طی اجرا و چه در دراز مدت خالی كنند. به علاوه سختی كمتر خاك متراكم نشده در زیر پی جدید در مقایسه سختی بالاتر زیر پی قدیمی‌تر موجود، باید مورد توجه قرار گیرد.
مسائل اجرایی
بهسازی پی در ساختمان‌های موجود كاری سخت و دشوار است و معمولاً سیستم‌ها و روش‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد.این موارد به شرح زیر است.
محدودیت‌های دسترسی و ارتفاع
اجرای پیهای ظریف، چون پیهای منفرد یا شناژها، معمولاً با روشهای دستی یا تجهیزات حفاری كوچك انجام میشود و به ندرت مشكل‌زا هستند، اگر چه زمان بیشتری نسبت به اجرای آنها برای ساختمان‌های جدید نیاز است. با وجود این، اجرای پیهای عمیق محدودیت‌های اجرایی زیادی دارند. برای مثال تجهیزات حفاری برای پیهای ستونی، هر چه بزرگتر باشند كارآمدترند.
بردن تجهیزات حفاری به داخل یك ساختمان ممكن است به بزرگ كردن بازشوهای موجود نیاز داشته باشد. در حالی كه ارتفاع طبقات در داخل معمولاً به مقدار قابل توجهی اندازه تجهیزات حفاری را كه می‌توان به كار برد، محدود می‌سازد. حفاری در مجاورت دیوارها ممكن است، اندازه پی ستونی را محدود سازد و یا به جابهجایی آن به سمت داخل دیوار و ایجاد خروج از مركزیتی منجر شود كه باید مورد توجه قرار گیرد.
محدودیت‌های برآمده از تأسیسات موجود
اكثر ساختمان‌ها تأسیساتی در زیر تراز همكف یا دال روی سطح زمین دارند. موقعیت و عمق آنها ممكن است كاملاً مشخص نباشد. در حفاری زیر تراز زمین حفظ احتیاط ضروری است و معمولاً با روشهای دستی انجام میشود تا به تأسیسات آسیبی نرسد. محدودیت‌های ناشی از حفظ بهره‌برداری ساختمان همانند عملیات بهسازی بر روی سازه اصلی، چنانچه ساختمان ساكنین داشته و یا وسایل و تجهیزاتی در آن باشد، تخریب پی، حفاری و عملیات خاكبرداری باید با هماهنگی لازم انجام شود.
انواع پیهای جدید متداول در بهسازی لرزهای
پی‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم نمود.
پیهای سطحی و پیهای عمیق، پیهای سطحی شامل پیهای نواری پیوسته، پیهای منفرد، شناژها و پیهای یكپارچه هستند. پیهای عمیق شامل پیهای ستونی درجا و ریزشمع‌ها هستند. از شمع‌های كوبیده شده به دلیل محدودیت‌های دسترسی و لرزش آنها به ندرت برای ساختمان‌های موجود استفاده میشود.
در خاكهای چسبنده، احتمالاً می‌توان بدون ریزش خاك در سوراخ، حفاری را انجام داد. در صورتی كه احتمال ریزش خاك در درون سوراخ پس از حفاری اولیه باشد، می‌توان از قالب‌های دایمی فلزی (قالب‌های متشكل از شبكه‌های تورسیمی فلزی) در دیواره استفاده كرد. این قالب‌های دایمی پس از ریختن بتن در محل باقی می‌مانند. با وجود این، هنگامیی كه حفاری به عمق خاصی برسد، براساس آیین‌نامه‌های ایمنی به شمع‌گذاری نیاز است و
یا می‌توان از حفاری باز استفاده كرد. در خاكهای غیرچسبنده همچون ماسه انجام حفاری به صورت باز الزامی است. پساز قالب‌بندی و بتن‌ریزی قالب برداشته شده و سپس خاك‌ریزی پشت پی انجام می‌گیرد. راه دیگر این است كه قالب حذف شده و كل ناحیه حفر شده با بتن پر شود. در این صورت خروج از مركزیت بتن اضافه ریخته شده باید در نظر گرفته شود.
افزودن پی سطحی در مجاورت پی سطحی موجود
تشریح خصوصیات روش بهسازی
هنگامی كه پوشش بتنی جدید بر روی دیوار موجود استفاده شود، معمولاً به پی جدیدی نیاز است. حالت معمول این است که پی موجود پی نواری ممتدی است و پی جدید نیز یك پی نواری یا یك شناژ است. یك دیوار بتنی جدید و پی مربوط به آن در مجاورت دیوار بنایی غیرمسلح موجود و پی نواری بتنی دیوار را نشان می‌دهد.
ملاحظات طراحی
عرض مؤثر پی
روشهای متعددی برای طراحی پی استفاده میشود. نخستین روش این كه فرض كنیم پی جدید به تنهایی بارهای ناشی از پوشش جدید را تحمل می‌كند. روش دیگر تقسیم بار میان پیجدید و پی موجود براساس سطح آنهاست. پیچیده‌ترین روش، شناسایی سختی احتمالا متفاوت بین خاك زیر پی موجود كه بیشتر تحكیم یافته و خاك زیر پی جدید كه احتمالاً به دلیل سبكتر بودن بارها و جدید الاحداث بودن آن انعطافپذیر است، میباشد. گاهی برای انتقال بارها به پی جدید از جك استفاده میشود.
انتقال برش
اتصال پیهای جدید و موجود با استفاده از میلگردهای اتصال، عملی استاندارد است، اگر چه باید سنجید كه آیا به میلگردهای اتصال نیاز هست یا نه. میلگردهای اتصال تعبیه شده در پی‌ها و دیوار روی آن باید چنان طراحی شود كه برای انتقال نیرویی كه پیش‌بینی میشود پی موجود باید تحمل كند، مناسب باشد.
پی غیرمسلح موجود
پیهای موجود ممكن است از مصالح بنایی غیرمسلح و یا از بتن با آرماتورهای ناكافی ساخته شده باشد. اگر پی به اندازه كافی عریض باشد كه تحت فشار تكیه‌گاهی رفتار تیر گونه از خود نشان دهد، میلگردهای اتصال تحتانی تعبیه شده را می‌توان در عمق بیشتر در پی موجود در نزدیكی كف پی قرار داد تا به عنوان آرماتور مثبت عمل كند.
ملاحظات اجرایی و تهیه‌ی جزئیات
پی جدید عمیقتر از پی موجود
هدف اصلی از افزودن پی جدید تحمل بار اضافه یا خالی كردن زیر پی موجود نیست. بنابراین بهترین روش یكسان نمودن عمق پیهای جدید و موجود است، البته این كار همیشه امكان پذیر نیست.
در خاكهای با چسبندگی كم، ممكن است خاك از زیر پی موجود به داخل ناحیه جدید حفر شده ریزش كند كه به حركت پی منجر میشود. از زیربندی برای اصلاح این حالت استفاده میشود. زیربندی به معنای كندن یك سری گودال‌های با طول كوتاه است كه در فواصل كافی از هم قرار گرفته، سپس كانال از انتهای اولین گودال به زیر پی موجود زده شده و با بتن جدید پر میشود. این مراحل برای تمامی گودال‌ها به ترتیب تكرار میشود. روش دیگر زیر بندی، ساخت پیهای ستونی بلند به طور متناوب در زیر پی جدید به منظور انتقال تكیه‌گاه پی در عمق است تا به عمیقتر كردن پی جدید نیازی نشود.
پی جدید در عمق كمتر از پی موجود
چنانچه حفاری سطحی باشد، پی جدید در صورت بارگذاری می‌تواند بارهای اضافی و خارج از محور را به پی موجود اعمال كند كه این مورد مطلوب نیست. در نتیجه افزودن به عمق پی جدید و یكسان كردن عمق آن با پی موجود متداول است. این عمق افزوده را معمولاً با آرماتورهای كمتری مسلح می‌كنند.
پی موجود در مسیر احداث پی جدید
برای اجرای پی جدید، قسمتی از پی موجود معمولاً باید بریده شود تا امكان مسطح كردن پی به طریق مناسبی وجود داشته باشد. این كار را می‌توان با پی كور یا اره‌های برقی انجام داد. ظرفیت پی موجود در شرایط موقتی كه ابعاد آن كوچكتر شده و تحت بارگذاری برون محور قرار می‌گیرد، باید كنترل شود.
اجرای پی عمیق در مجاورت پی سطحی موجود
اجرای یك پی عمیق در مجاورت یك پی موجود به خوبی انجام می‌پذیرد. محدودیت‌های حفاری ممكن است خیلی زیاد و شامل عدم ارضای نیازمندی‌های دسترسی و محدودیت‌های ارتفاعی برای تجهیزات مربوط، نبود امكان عقب نشینی به مقدار لازم برای قرارگیری دستگاه حفاری در مقابل دیوار موجود، لرزش‌های طی حفاری و برخورد باتأسیسات در مسیر حفاری باشد. معمولاً هنگامی كه به وجه خارجی ساختمان امكان دسترسی وجود دارد، حفاری مورب در زیر پی موجود انجام می‌گیرد.
معمولاً فواصل پیهای ستونی درجا به گونه‌ای انتخاب میشود كه پی و دیوار موجود به راحتی از روی سوراخ باز حفر شده گذشته و یا در كنار آن قرار گیرند. پس از آنكه پی ستونی و دیوار جدید اجرا شد و به پی و دیوار موجود دوخته شد، یك سیستم كامپوزیت كاملاً یجاد میشود. اگر چه بسیاری از مهندسان بارهای گرانشی را به پی منفرد موجود و واژگونی را به پی ستونی اختصاص می‌دهند، در واقع بارهای زنده و بارهای زلزله در سیستم بر اساس صلبیت نسبی توزیع می‌شوند.
افزودن پی عمیق در مجاورت پی عمیق موجود
حالاتی نیز می‌توان یافت كه پی عمیقی در مجاورت پی عمیق موجود اجرا شود. پی عمیق جدید شامل پیهای ستونی درجا یا ریز شمع‌هاست.
بهسازی سازه‌ای پی سطحی موجود
بهسازی‌های سازه‌ای پی سطحی موجود را عموماً می‌توان در دو گروه عمده دسته‌بندی كرد، ارتقای ظرفیت فشاری و ارتقای ظرفیت كششی.
روشهای كلی برای بهسازی ظرفیت فشاری
ظرفیت مقاومت فشاری پیهای منفرد و نواری موجود را می‌توان با پهن نمودن بستر پی، جایگزینی پی با یك پی طویلتر؛ افزودن ریز شمع‌ها، مهار پی با استفاده از پیهای ستونی درجا در مجاورت پی موجود، افزودن ریزشمع‌ها در داخل پی موجود و افزودن شناژهایی برای اتصال پیهای منفرد مجزا به هم اصلاح نمود.
روشهای كلی بهسازی ظرفیت كششی
بهسازی ظرفیت كششی ناكافی پیهای منفرد و نواری با استفاده از روشهای مشابهی با آنچه برای بهسازی ظرفیت فشاری انجام می‌گیرد، صورت می‌پذیرد كه شامل پهن نمودن بستر پی برایافزایش بار مرده، جایگزینی پی با یك پی طویلتر، افزودن ریزشمع‌ها، مهار پی، یا بستن به پی مجاور موجود و یا افزودن شناژها در مجاورت پی‌ها و ستون‌ها برای تحمل بار مرده بیشتر و تحمل بلندشدگی است.
افزودن ریزشمع‌ها در مجاورت پی نواری موجود
موارد كاربرد
- ظرفیت فشاری ناكافی در پنجهی پینواری زیر دیوار
- ظرفیت كششی ناكافی در پاشنهی پینواری زیر دیوار
برای بهسازی ظرفیت فشاری و یا كششی پی موجود، پی پهنتر شده و ریزشمع‌هایی كه تحت عنوان شمع‌های مهاری نیز شناخته می‌شوند، اضافه میشود.
ملاحظات طراحی
سختی و مقاومت فشاری
در صورت اتصال ریزشمع‌ها به هم به وسیله‌ی پی نواری، بارها در بین دو عضو مختلف براساس صلبیت نسبیشان تقسیم می‌شوند. مقاومت و سختی ریزشمع در گزارش ژئوتكنیك داده میشود. مقاومت مفروض بستگی به ظرفیت خاك و ظرفیت سازه‌ای شمع، شامل لوله، گروت و آرماتورها دارد. در سختی فشاری باید حركت اعضای شمع و خاك پیرامونی لحاظ شود.
مقاومت و سختی كششی
بلندشدگی را ریزشمع‌ها تحمل می‌كنند. مقاومت كششی سازه‌ای در ریزشمع‌ها كمتر از مقاومت فشاری آنهاست و معمولاً تنها توسط آرماتورهای آنها تامین میشود، مگر اینكه جزئیات ویژه‌ای برای درگیرنمودن بالای محفظه بتنی برای كشش تعبیه شود. سختی كششی نیز معمولاً كم است، انعطافپذیری كششی با انبساط طولی آرماتورها و حركت خاك پیرامونی حاصل میشود.
آثار خوردگی
غلاف دایم ریزشمع‌ها عموماً بدون پوشش است. بسته به میزان خوردگی خاك، خوردگی این غلاف دایم در طی زمان رخ می‌دهد. روش‌هایی برای ارزیابی میزان ضخامت لوله فولادی از بین رفته بر اثر خوردگی وجود دارد، با استفاده از این روش‌ها ضخامت كاهش یافته و كاهش ظرفیت‌های جانبی و كمانشی شمع را می‌توان محاسبه كرد.
شمع‌های اتكایی و اصطكاكی
به دلیل كوچك بودن ابعاد، عموماً بیشتر ظرفیت ریز شمع‌ها از اصطكاك حاصل میشود. بنابراین ظرفیت فشاری ژئوتكنیكی ریزشمع عموماً برابر با ظرفیت كششی محوری آنهاست.
پركردن فضای دایروی پیرامونی با گروت
چنانچه تجهیزات حفاری ریز شمع، دایره‌ای با شعاع كمی بیشتر از غلاف دایم شمع ایجاد نماید، فضای دایروی در پیرامون غلاف شكل می‌گیرد كه باید این فضا با گروت پر شود.
افزایش طول یا جایگزینی یك پی منفرد موجود
موارد كاربرد
- ظرفیت فشاری ناكافی پی مفرد
- ظرفیت كششی ناكافی پی مفرد
تشریح خصوصیات روش بهسازی
پی منفرد می‌تواند در زیر ستون‌های قاب مهاربندی شده، قاب خمشی یا یك ستون بتنی در زیر یك دیوار برشی ناپیوسته واقع شود و تحت نیروهای فشاری و كشش یای فراتر از ظرفیت خود قرار گیرد. تغییر ابعاد و یا جایگزینی پی موجود سبب افزایش ظرفیت فشاری و یا كششی به واسطه افزایش بار مرده میشود.
ملاحظات اجرایی و تهیه‌ی جزئیات
ملاحظات اجرایی و تهیه جزئیات برای بزرگ كردن یا جایگزینی پی منفرد شامل موارد زیر میشود.
آرماتوربندی موجود
آرماتوربندی موجود در پی را باید محافظت كرد.
همپوشانی با دال واقع بر روی زمین
آرماتور دال موجود احتمالاً بصورت شكبه است. برای به حداقل رساندن جابهجایی قائم، دال‌های موجود و جدید باید به هم دوخته شوند، برای همپوشانی، شبكه آرماتور دال واقع بر زمین را با تخریب دال می‌توان حفظ نمود و یا میلگردهای اتصالی در لبه دال موجود تعبیه كرد.
انتقال برش بین پیهای موجود و جدید
انتقال برش در بین پیهای موجود الزامی است. این كار را می‌توان بامضرس نمودن سطح پی موجود انجام داد. برخی مهندسان نمای سطح پی كناری موجود را پخ می‌كنند به نحوی كه در بالا پهنتر از پایین است و بنابراین فشار به طرف خارج تحت بار فشاری اعمال میشود. برخی مهندسان پی جدید را نسبت به پی موجود كمی عمیقتر اجرا می‌كنند و خاك موجود در لبه پی موجود را از زیر خالی می‌كنند. بنابراین پی جدید به مانند یك كربل برای تحمل فشار رو به پایین از پی موجود عمل می‌كند.
شمع گذاری
اگر پی موجود جایگزین نشود، نیاز به شمع گذاری است. تحكیم مناسب بستر پی و پر كردن بتن جدید به صورت كامل در زیر ستون برای به حداقل رساندن یا حذف هر گونه نشست پی ناشی از برداشتن شمع‌ها ضروری است.
