سایت مهندسین و دانشجویان عمران
فایلهای کاربردی مهندسی عمران
سایت مهندسین و دانشجویان عمران
فایلهای کاربردی مهندسی عمرانانواع پی
تقسیم بندی پی ها به لحاظ عمق استقرار و چگونگی ساخت ، موارد زیر را شامل می شود :
پی های سطحی
پی سطحی + بهسازی
پی های نیمه عمیق یا پی های چاهی
پی های عمیق....
پی های سطحی:
پی های سطحی از متداولترین پی ها به خصوص برای پروژه های ساختمان ها و دیوارها است. اغلب عمق استقرار آنها کمتر از عرضشان است . حداقل عرض ، ضخامت و عمق استقرار آنها به ترتیب 40 ، 15 و 30 سانتیمتر است . این پی ها پس از گود برداری و پی کنی و برداشتن خاکهای نباتی ، ضمن عبور از عمق یخبندان و لایه های نامناسب سطحی و در پاره ای موارد با حفاری بیشتر جهت احداث طبقاتی در زیر زمین ، اجرا می شوند و به لحاض آنالیز و طراحی سازه ای شامل پی های منفرد ، نواری و تیرهای متکی بر زمین می شوند .که انواع متداول فرم های سازه ای آنها در شکل نشان داده شده است.
با ملاحضات سازه ای – اجرایی ، سیستم های زیر برای پی های سطحی متداول می باشد:
پی های منفرد
پی های مرکب
پی های پیوسته و نواری
پی های شبکه ای
پی های گسترده
پی منفرد ، بار یک ستون را تحمل نموده و ساده ترین ، معمول ترین و عمدتا کم هزینه ترین انواع پی است.در پلان به شکل های مربع ، مستطیل و یا دایره بوده که انتخاب شکل تا حدودی بستگی به مقطع ستون و همچنین نوع بارهای وارده اعم از محوری ، لنگر در یک یا دو جهت دارد.از دیدگاه ضخامت یا مقطع قائم ف پی های منفرد و یا تک ممکن است به صورت ثابت ، پله ای ، و یا شیبدار باشند.این پی ها از مصالح بنایی ، بتنی وزنی و یا بتنی مسلح در داخل و یا روی زمین ساخته می شوند.در صورت مسلح نمودن پی های منفرد غالبا در آن ها از یک سفره میلگرد مستقر در قسمت زیرین پی استفاده می شود.شکل انواع پی های منفرد را نشان می دهد.
پی مرکب بار بیش از یک ستون را تحمل می کند و با افزایش تعداد ستون ها متکی بر پی ، به پی های مرکب دو ستونی ، سه ستونی و در نهایت به پی های نواری منجر می شود که طول آنها چند برابر عرض شان می باشد.پی های مرکب دو ستونی در پلان عموما به شکل مستطیلی بوده ، اگرچه پلانهای ذوزنقه ای ، باسکولی ، T شکل ، حفره ای و تیری برای پی دو یا سه ستونی نیز مرسوم است.میلگرد گذاری پی های مرکب و نواری معمولا در راستای طولی در بالا و پایین صورت گرفته و در جهت عرضی در حوالی ستون ها نیز میلگرد به کار گرفته می شود.
در این نوع پی ها استفاده از حداقل میلگردهای برشی اسمی و یا خاموت نیز توسط برخی از آئین نامه ها توصیه می شود.در شکل چند نمونه از پی های مرکب دو ستونی و نواری نشان داده شده است.
پی های نواری پیوسته معمولا بار حاصلاز دیوارهای جدا کننده و یا باربر را تحمل می کنند و نسبت طول این پی ها به عرض آن ها قابل توجه است.این پی ها ممکن است با مصالح بنایی ، بتن وزنی و یا بتن مسلح اجرا شوند.در صورت مسلح نمودن این پی ها ، میلگردهای اصلی در جهت عرضی (بعد کوچکتر ) قرار گرفته و میلگردهای طولی معمولا نقش فرعی را دارند و به منظور مقابله با تغییر شکل های مربوط به نشست ، تورم و حرارتی استفاده می شوند.
پی های سبکه ای ، متشکل از پی های نواری متعامد طولی و عرضی هستند.این پی ها جهت اتصال نوارهای یکطرفه و انتقال مناسب تر بارها در دو جهت برای تحمل بارهای سنگین تر و تعدیل نشست های غیر یکنواخت به ویژه در زمین های سست و شل به کار گرفته می شوند. جهت تحلیل و طراحی سازه ای آن ها از مدل پی های نواری یک یا دو طرفه استفاده می شود.
در صورت اجرای پروژه های بزرگ تر و سنگین تر بر روی زمین های با مقاومت کمتر و یا با وجود تفاوت قابل ملاحظه بار دیوارها و ستون های مجاور ، جهت حصول عکس العمل یکنواخت و به حداقا رساندن نشست های غیر یکنواخت ، مقابله با عوارض موضعی و نقاط ضعف موردی در خاک بستر ، هنگامی که استفاده از پی های منفرد و یا نواری میسر نبوده و یا بخش عمده زمین زیربنا توسط پی های منفرد ، نواری و یا شبکه ای اشغال شود، تمام محدوده زیربنا به ساخت پی اختصاص داده شده و تمامی بارهای دیوارها و ستون ها توسط یک دال یکپارچه تحمل می شود. به این سیستم ، پی گسترده و یا به اصطلاح فرانسوی ، رادیه جنرال گفته می شود و معمولادر صورت نیاز دو سفره ی میلگرد در پایین و بالای پی در دو جهت طولی و عرضی در آن به کار گرفته می شود.پی گسترده نیز به شکلهای مختلف در پلان و مقطع اجرا شده که یکنوع آن در شکل دیده می شود.
بهسازی به عنوان مکمل پی سازی
بهسازی خاک شامل تکنیکها و روشهای مختلف تغییر خصوصیات خاک بوده که نهایتا به افزایش مقاومت ، کاهش تعییرات حجمی و تامین رفتار خاصی از خاک منجر می شود .خاکهای نرم و شل دارای پایداری حجمی پایین و مقاومت کمی بوده و ممکن است متشکل از ماسه و لای شل ، رس های نرم و متوسط اشباع ، رس های حساس ، برخی خاکهای آلی ، خاکهای انبساطی و خاکهای انهدامی یا فروریزشی ، برخی خاکریزها و یا ترکیبی از مصالح فوق باشند.جهت تغییر خصوصیات و تثبیت خاکهای مسئله دار می توان از تکنیک ها و روش های کلی چون برداشت و جایگزینی ، متراکم سازی سطحی و عمیق استفاده از مواد افزودنی ، زهکشی و پیش بارگذاری ، مسلح سازی ، تزریق ، روشهای حرارتی و انفجار را نام برد.اکثر روشهای بهسازی در مورد خاکهای مسئله دار جهت تعدیل نشست و افزایش توان باربری کارایی دارد.بکار گیری یک روش خاص بستگی به عوامل اقتصادی ، کارایی در خاک موجود ، دسترسی به تجهیزات و مصالح و مهارتها و عواقب زیست محیطی دارد.
پی های عمیق
عمق استقرار این نوع پی ها در مقایسه با دیگر ابعاد آن در پلان ، به مراتب بزرگتر است . از این نوع پی ها برای عبور از لایه های سطحی ضعیف و مسئله دار ( از قبیل معضلات نشست پذیری ، تورم زایی و فروریزشی )،مصونیت در مقابل آب شستگی ، تحمل نیروهای جانبی و کششی بزرگ ، مقابله با آثار حفاریهای آتی در مجاورت ابنیه موجود ، تراکم لایه های ضعیف در عمق ، حذف مشکلات اجرایی پی سازی سطحی در شرایط بالا بودن سطح آب زیرزمینی و همچنین تامین پایداری در مقابل بارهای جانبی سازه های بلند استفاده می شود.
پی های عمیق بارهای وارده را علاوه بر عکس العمل کف که مشابه عملکرد پی های سطحی است ، با عکس العمل جداری ( اصطکاکی ) نیز تحمل می نمایند.دو دسته ی عمده ی پی های عمیق سیستم های لاغر متداول یا شمع و سیستم قطورتر و یا پایه های عمیق یا کیسون را می توان نام برد. روش های مختلفی برای اجرای پی های عمیق مطرح است . شمع های کوبیدنی از نوع چوبی ، بتنی و یا فولادی که از طریق انواع چکش ها ، جک ها و ویبراتورهای کوبنده ، به زمین رانده می شوند. شمع ها و پایه های درجا توسط حفاری چاه و یا گمانه و سپس ریختن مصالح بنایی ، بتنی وزنی و یا مسلح ، و یا استقرار مقاطع پیش ساخته در مجاری حفاری شده اجرا می گردند. شمع های کوبیدنی – درجا نیز شامل مواردی می شوند که ابتدا یک پوسته و یا غلاف به زمین رانده می شود و سپس داخل آن با بتن پر می گردد. پوسته و یا غلاف پس از بتن ریزی در محل باقی مانده و یا بیرون کشیده می شود.
انواع دیگر پی ها یا پی های غیر متعارف
این پی ها براساس سیستم بارهای غیر متعارف حاصل از روسازه ، شرایط خاص زمین بستر و همچنین تامین خواسته های رفتاری ویژه از مجموعه روسازه و زیرسازه ، طراحی و به صورت سطحی ، نیمه عمیق و یا عمیق ساخته می شوند که چند مورد از آنها طبق شکل ، به شرح زیر است :
پی های شناور – پی های فولادی یا پروفیله - پایه های عمیق و پی های جعبه ای – پی های سلولی و پوسته ای – پی های منفرد چسبان
پی های شناور
پی های شناور در مواردی کاربرد دارند که لایه های نشست پذیر و یا ضعیف تا عمق قابل توجهی وجود داشته باشند و استفاده از شمع ها هم امکان پذیر نباشد. در آن صورت می توان پی سازه را در اعماق پایین تر مستقر کرد و با برداشت خاک حاصل از گودبرداری با بار ثقلی حاصل از روسازه مقابله ، و یا حتی فشار روسازه را با میزان خاک حاصل از حفاری معادل نمود. از نظر تئوری در چنین وضعیتی خاک در عمق کف پی به پایین دچار کاهش تنش موثر شده ، و بنابراین تحت تاثیر مقادیر تفیف یافته بارگذاری جدید قرار داشته ، در نتیجه نشست قابل توجهی در آن اتفاق نیفتاده و یا نشست ها در محدوده مجاز واقع می شود.کما اینکه مقداری از نشست حاصل عمدتا براثر برگشت تورم حاصل از خاک برداری پس از احداث بنا می باشد.
حدودا یک متر مکعب خاک را می توان به لحاظ وزنی معادل دو طبقه ساختمان مسکونی معمولی در هر متر مربع به حساب آورد. البته باید توجه داشت که در صورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی شناوری پی ممکن است مشکل جدی باشد و معظلات اجرایی گودبرداری در آب نیز مطرح باشد ، که در این خصوص می توان راه حل پایین بردن موقتی سطح آب زیرزمینی و اجازه صعود آن پس از اجرا و آب بندی پی را مطرح نمود.
در مواردی که سازه سنگین تر و از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد ، سیستم پی باید از صلبیت خمشی ویژه ای برخوردار باشد که بدین ترتیب تلفیق دال های کف و سقف و نیز دیوارهای اطراف و میانی زیرزمین ، ملاحطات خاص تحلیل ، طراحی سازه ای و اجرای پی های شناور را مطرح می سازد.
پی های فولادی یا پروفیله
از پی های فولادی در مواردی استفاده می شود که بارهای حاصل از روسازه سنگین و زمین بستر سخت و یا سنگی باشد و راه حل های استفاده از بتن مسلح پاسخگوی وضعیت سیستم های معمول پی سازی در راستای طراحی سازه ای و داخلی و مقابله با تنش های کششی ، فشاری و برشی نباشد. در این صورت ، پروفیل های فولادی بال پهن در دو لایه ی عمود و بر روی یکدیگر با قالب بتنی درجا در اطراف به کار گرفته می شود.
در موارد بارهای کمتر و در دسترس نبودن پروفیل های بال پهن فولادی و یا پی سازی موقتی در بسترهای سست ، می توان از دو ردیف الوارهای چوبی متعامد روی هم و محصور در بتن استفاده کرد.
کیسون ها
پی های عمیق یا چاهی از نوع شمعهای درجا و معمولا با قطرهای بیشتر از یک متر هستند که معادل چند شمع در نظر گرفته می شوند . قطر کیسون ها گاه به چندین متر نیز می رسد . با احداث کیسون ها از معظلات اجرایی شمع های متعدد اجتناب می شود و نیازی به ساخت دال بتنی به عنوان سرشمع نمی باشد . با ادامه این نوع پی از روی زمین تا رقوم بالاتر ، ساخت پایه نیز انجام می گیرد که می تواند به عنوان بخشی از روسازه به حساب آید . بازرسی های چشمی و بررسی ویژگیهای درجای خاک دیواره و کف نیز پس از کندن چاه کیسون در زمینهای خشک میسر بوده کما اینکه در زمینها با سطح آب زیرزمینی بالا می توان از حفاری توام با قالب گذاری جداری بتنی و یا فلزی نیز استفاده نمود.
در پاره ای موارد اجرای این پی ها ی عمیق با قالب های پیش ساخته بتنی انجام می شود . با حفاری داخل قطعات ، فروبردن متوالی آن ها میسر می شود . به کارگیری این سیستم جهت جلوگیری از ریزش آب و خاک و ناپایداری در جداره چاه و همچنین حصول کیفیت مناسب بتن ریخته شده مناسب می باشد. پس از استقرار و حفاری داخل آن را با بتن پر می نمایند.
در پاره ای موارد برای کار ، درعمق و برای مقابله با فشار هیدرولیکی زیر پی و جوشش مصالح ماسه ای می توان از تکنیک هوای فشرده استفاده نمود تا پس از بتن ریزی و قوام آن ، آب بندی را در کف قطعه پیش ساخته ایجاد نموده و سپس عملیات را به طور عادی ادامه داد . همچنین این قطعات پیش ساخته و از نوع ته بسته به عنوان فونداسیون در مناطقی که عمق آب رودخانه و یا دریا کم باشد ، کاربرد دارند . پس از استقرار و پر نمودن آن ها با خاک و یا بتن ، پی بلوکی و یا پیش ساخته برای تحمل بار روسازه مهیامی شود.
در شکل مراحل اجرای کیسونهای شناور ( صندوقچه های شناور ) استفاده شده در پل میانگذر دریاچه ارومیه نشان داده شده است.
پی های سلولی و پوسته ای
بر اساس استفاده از عملکرد شکل پی در ساختار پی های شناور و یا تقلیل وزن مرده بتن در پی های حجیم مدفون ، و نیز تامین سختی کافی در طبقات مختلف زیرزمین بوده و از صفحات متناوب و متقاطع جهت تامین مقاومت کافی در مقابل نیروهای برشی و لنگرهای خمشی و نیز صرفه جویی در مصالح مصرفی اعم از بتن و میلگرد مصرفی به کار گرفته می شوند . ویژگیهای فرمی روسازه عاملی تعیین کننده در انتخاب شکل این پی ها می باشد .
پی های منفرد چسبان
از پی های منفرد چسبان به عنوان جایگزینی برای پی های گسترده استفاده می شود . پی های گسترده معظلاتی از دیدگاه تحلیل ، طراحی و در نهایت اجرا را در بردارند . در صورتی که برای پی های منفرد با فرض صلبیت آنها روش های تحلیل و طراحی ساده و معمول می باشد . در اجرا نیز با وجود شبکه میلگرد فوقانی در پی های گسترده معظلات دسترسی برای بتن ریزی و عبور بتن از شبکه میلگرد بالایی وجود دارد و مضافا به این که با توجه به ابعاد قابل توجه پی گسترده در سطح ، مشکلاتی نیز در اجرای یکپارچه بتن مطرح است .لذا برای تسهیل در طراحی و اجرا می توان به جای پی گسترده یک ردیف پی های منفرد مجاور هم را جایگزین ان نمود که به صورت منقطع در مقطع بالایی و متصل در قسمت پایینی ، اجرا می شوند . به علت عدم پیوستگی در قسمت بالایی مقطع ف لنگری در بالا رد و بدل نشدهو مانند پی های منفرد فقط نیاز به سفره میلگرد در پایین مطرح می باشد.
جهت سهولت بیشتر در اجرا و ایفای نقش شناژ می توان یک سفره مشترک حداقل میلگرد در پایین پی های مجاور منظور نمود ، و سپس در صورت لزوم ، برای هر پی تک متناسب با ملزومات طراحی میلگرد اضافی منظور می گردد . بدین ترتیب ، سیستم پی های منفرد در زیر یک پارچه شده و علی رغم مجاورت و سراسری بودن پلان فونداسیون عملکرد پی های تک را در تحلیل ، طراحی و اجرا داریم .
