الأساسات العميقة

اساسات عميقه

Deep foundations - Fondations profondes

الأساسات العميقة

أدهم سرحان

تُستعمل الأساسات العميقة deep foundations لنقل الحمولات من المنشأ إلى طبقات التربة العميقة، ويُلجأ إليها عندما تكون طبقات التربة السطحية المتوضعة مباشرةً تحت الأساس غير قادرة على تلقي الحمولات لأي من الأسباب التالية:

1- انهيارها على القص.

2- هبوطات كلية total settlement عالية القيمة تحت الأساس.

3- فروق هبوطات differential settlement كبيرة بين الأساسات.

أنواع الأساسات العميقة

1-الأوتاد:

تُستعمل الأوتاد piles عادةً لنقل الحمولات من المنشأ إلى التربة، وهي من أقدم الطرائق المتبعة لهذا الغرض؛ أي لنقل الحمولات إلى طبقات التربة العميقة.

تُصنع الأوتاد من الخشب، أو البيتون أو البيتون المسلح أو الفولاذ أو البيتون مع ألياف معدنية أو البيتون المسبق الإجهاد. وتُنفَّذ بأي من الطرائق التالية: الدق، الرج، الاهتزاز، حفر التربة بالماء، الحفر الدوراني، الضغط. تتعرض الأوتاد عادة لقوى الضغط والشد والانعطاف، تنقل الإجهادات الناجمة عن المنشأ إلى التربة بوساطة الاحتكاك friction على محيط الوتد والارتكاز أسفل قدم الوتد (الشكل 1).

يتوافر الكثير من العلاقات الرياضية التي تحدِّد القدرة الحديَّة لتحمل الوتد، وكذلك العديد من الطرائق التي تربط بين قدرة تحمله الخارجية وهبوط رأسه.

الشكل (1): طريقة نقل الحمولات إلى التربة حيث: Q قوة الارتكاز، SF إجهاد الاحتكاك على المحيط، P= القوة المطبقة على الوتد

تعمل الأوتاد إما منفردة single pile، وإما على شكل مجموعات pile groups أو على شكل مجموعة خطية للإسناد الجانبي للتربة. أما الأوتاد المصنعة فيتم في المعمل فتسمى بالأوتاد المسبّقة الصنع. وتكون هذه الأوتاد من البيتون المسلح، أو الفولاذ أو من الخشب. كما يمكن أن تكون مصنَّعة في المكان من البيتون المصبوب في حفرة الوتد، أو البيتون المسلح بالفولاذ أو الألياف الفولاذية، يبين (الشكل 2) نموذجين لتسليح هذه الأوتاد.

لشكل (2): يبين مقطعين في وتدين مسبّقي الصنع، الأيمن مجنح يعمل على الارتكاز، ويُستخدم في الترب الطرية التي لا تحوي عوائق، والأيسر في الترب الأقسى.

- أنواع الأوتاد تبعاً لطريقة التنفيذ المتبعة

• أوتاد البيتون المصبوب في المكان والمطروق:

تُصنَّف هذه الأوتاد ضمن أوتاد الدق الخاصة، حيث يُعمد إلى إنزال قميص (أنبوب) مغلق المقدمة في التربة ليشكل هذا القميص الفراغ الذي سيجري تنفيذ الوتد ضمنه.

يمكن أن يُدَّق القميص داخلياً كما في أوتاد فرانكي Franki ، حيث تسقط كتلة سقوطاً حراً على أسفل الأنبوب حتى الوصول للمستوى المطلوب. ثم يُهرس البيتون بالدق أسفل الأنبوب ليزاح ناحية التربة على محيط المقدمة.

عند الطرق العلوي على القميص يمكن استخدام مدقة تعمل بالديزل، أو يمكن أن يؤثر الدق في أسفل الأنبوب عن طريق نقل طاقة الدقة بوساطة جائز فولاذي. تُرَصُّ التربة عند هرس البيتون بالدق أو بالرج أو بتطبيق ضغط هواء مرتفع.

• أوتاد فرانكي:

تُصب في أنبوب الدفع كتلة بيتونية بارتفاع 0.8 - 1.0متر وقطر 33.5- 50.0 سم، ويلي ذلك دقها بمطرقة تزن 2- 3أطنان تسقط سقوطاً حراً من ارتفاع 6-7 أمتار. بعد الوصول إلى مستوى الطبقة ذات القدرة على التحمل يجري تثبيت أنبوب الدفع لرص البيتون وتوسيع قاعدته بالطرق (الشكل3). يُصب البيتون في الجزء التالي على مراحل بعد إنزال حديد التسليح حيث يجري رصه. للوتد المنتهي بقاعدة استناد كبيرة مساحة أكبر ومحيط خشن، ومن ثَمّ قدرة أعلى على التحمل من الأوتاد المنفَّذة بالطريقة الكلاسيكية.

الشكل (3) : طريقة تنفيذ أوتاد فرانكي (أ - هـ) طريقة تنفيذ أوتاد فرانكي . (و) وتد مع غلاف حلقي (تلبيسة)، (ز) وتد وصل

• أوتاد سيمبول Simpol:

يُنصح باستخدام هذا النوع من الأوتاد في مناطق الانهيارات والهزات الأرضية، وتُنفذ هذه الأوتاد بالطريقة المبينة في الشكل (4)، ويمكن تلخيصها كما يلي:

(أ) تُدفع السدة الفولاذية الكتيمة، أي ما تسمى بالمقدمة الضائعة (ذات قطر أكبر بمرة ونصف المرة من ساق الوتد) بوساطة الدق في التربة حيث يستند القميص casing إليها. وعند وصولهما للمستوى المطلوب (ب) يُنزل حديد التسليح (ج). يُصب بعدها بيتون حيث يبدأ سحب القميص بالاهتزاز والملء المتتابع للبيتون، بحيث يُرص البيتون إلى التربة.

الشكل (4): مراحل تنفيذ وتد سيمبول

أما المقدمة الضائعة للوتد (التي تبقى في التربة) فلها عدة أنواع، يبين الشكل(5) أكثر أنواعها استخداماً.

الشكل (5): بعض المقدمات الضائعة أ- من الفولاذ المصبوب، ب- من البيتون المسلح، جـ صفيحة فولاذية مقواة، د- صفيحة فولاذية، هـ- تكتيم الوصلة بين المقدمة والقميص Casing

أوتاد ارتجاج نموذج زيسل Zeissel:

يبين (الشكل 6) مراحل تنفيذ هذا الوتد. توضع عند أسفل أنبوب الدق بوابة فولاذية تُعدّ جزءاً منه، وتوضع تحت البوابة مقدمة ضائعة من البيتون المسلح. يُطرق القميص (في هذه الحالة أنبوب الدفع) حتى الوصول إلى العمق المطلوب. بعد ذلك يُنزل رجاج خاص للبيتون. يُصّب بعدها البيتون ضمن أنبوب الدق، ثم يُسحب أنبوب الدق للأعلى، فتفتح بوابته، ويتدفق البيتون إلى الأسفل، ويُعاد دفع الأنبوب للأسفل حيث تُغلق عند ذلك بوابة الأنبوب لتساعد نفسها على دق البيتون المتدفق الذي يتسع راصَّاً التربة المحيطة. بعد ذلك يُنزل حديد التسليح (قفص التسليح) وتُتابع عملية سحب أنبوب الدق مع تقدّم عملية صب البيتون (يُراقب مستوى البيتون على مسطرة خارجية). تُستخدم هذه الأوتاد للشد والضغط بقدرة تحمل قصوى قدرها 2 ميغا نيوتن.

الشكل (6): مراحل تنفيذ أوتاد زيسل

• أوتاد بالغرز أو بالدوران:

تُصَنْع الأوتاد التي تدخل في طبقة التربة بالغرز من قطع منفردة في الورشة خارج موقع العمل، ثم تُورَّد إلى المشروع بحيث يمكن تثبيتها بعضها ببعض في أثناء غرزها؛ وغالباً ما تكون هذه الأوتاد قطعاً أسطوانية بطول يراوح بين 32-100 سم، أما طولها الإجمالي فقد يصل إلى 25 متراً. يتطلب ضغط هذه الأوتاد مكبسَ ضغط ومسنداً معاكساً يتحمل قوة الضغط المطبَّقة على الوتد لغرزه. أما أوتاد الدوران فهي قضبان معدنية مركّبة على نهاية معدنية مقلوزة على شكل برغي يجري تدويرها مع الضغط لتخترق التربة (الشكل 7) إلى المستويات المطلوبة. هذه الأوتاد قليلة الاستخدام لأنها تتطلب قوة تدوير كبيرة.

الشكل (7) وتد معدني مع نهاية معدنية مقلوزة يخترق التربة بالتدوير

• أوتاد البيتون المصبوب بالمكان:

يُصب بيتون الوتد في الحفرة المعدَّة له بوساطة الحفر الدوراني، بحيث يُصار إلى تنظيف أسفل الحفرة وإنزال حديد التسليح فيها، ثم يُصب البيتون.

تُنفَّذ الحفرة بإحدى الطرائق التالية تبعاً لقساوة التربة:

أ -مع قميص حماية في التربة الطرية أو المخلخلة.

ب -من دون قميص حماية ولكن بسائل إسناد في التربة الطرية.

جـ- من دون قميص حماية أو سائل إسناد، حيث يجري الحفر بوساطة أسطوانة محلزنة على كامل الارتفاع، يُصب فيها البيتون لاحقاً بالتزامن مع سحبها نحو الأعلى.

لا يمكن بهذه الطريقة تحسين التربة المحيطة بالحفرية عند تنفيذ أعمال الحفر.

•أوتاد بالإزاحة الجانبية للتربة:

يعد القميص المحلزن الذي ينتهي في الأسفل بمقدمة ضائعة نواة العمل، حيث يُنزل هذا القميص بالتدوير (الشكل8-أ) ضمن التربة ليدفعها جانباً ورصها على المحيط، وبعد الوصول إلى العمق المطلوب، يمكن تنزيل حديد التسليح وصب البيتون. يبين (الشكل 8-ب) أنه بدق البيتون أسفل الوتد ضمن القميص تُوسَّع قاعدة الاستناد لهذا الوتد لرفع قدرة التحمل الخارجية له، وذلك قبل إنزال حديد التسليح.

الشكل(8): طريقة تنفيذ وتد بالإزاحة الجانبية للتربة

• أوتاد بالحقن:

تُثبت أنابيب الحقن التي تنتهي بفتحات النفث (الشكل9) على شبكة حديد التسليح. بعد أن يبدأ بيتون الوتد بالتصلب يُحقن الماء عبر فتحات النفث لفتح المنافث وإزالة الترسبات عنها. بعد ذلك يمكن المباشرة بحقن المحلول الإسمنتي كي يتغلغل في التربة المحيطة بالوتد، وهذا يؤدي إلى رفع قدرة تحمل التربة عادةً بنسبة 100 %، وينخفض الهبوط المتوقع للوتد حتى النصف أحياناً.

الشكل (9) مواقع المنافث وكيفية حقن التربة في جوارها

• الآبار:

تُستخدم لنقل الحمولات الكبيرة إلى طبقات التربة العميقة. تُنفَّذ بأشكال دائرية يراوح قطرها بين 2-10 أمتار، أو بشكل قطع ناقص، أو بأشكال مربعة، تنقل القوى الأفقية الكبيرة. كذلك تُنفَّذ لتلقى العزوم الكبيرة من الأساسات، ولمقاومة ضغط التربة الجانبي العالي القيمة. تُستخدم في التنفيذ طرائق عديدة تختلف فيما بينها بطريقة إسناد جوانب الحفرية التي تُنفّذ فيها البئر. ومنها:

أ) حلقات الإسناد: حيث يتم تركيب حلقات الإسناد (قطع أنبوبية بيتونية مسلحة) بعضها على بعض، ويجري الحفر ضمن الحلقة الدنيا. تُغطس مجموعة الحلقات في الحفرية بفعل وزنها الذاتي مع تقدم عملية الحفر، وتحقق بذلك إسناداً لجوانب الحفرية.

ب) أقواس بيتونية مسلحة: يجري الحفر بحيث يمكن البدء بتنفيذ قطاعات التدعيم في المنطقة المحفورة والواقعة تحت الأقواس العليا. تُربط الأقواس بعضها ببعض لدفعها لاحقاً جميعاً في التربة نحو الأسفل أو دفعها للأسفل بالتزامن مع تدويرها وضغطها للعمق الإضافي، وهكذا تُدعَّم جدران كامل الحفرية.

جـ) البيتون المقذوف: يتم في كل مرة تنفيذ حلقة من البيتون المقذوف من الأعلى نحو الأسفل. يُراعى هنا كشف قطاعات ضيقة من التربة، لِيجري قذف البيتون عليها. تُستخدم عادةً مع البيتون شبكة من فولاذ التسليح تُسند إلى التربة.

د) أوتاد أو أجسام من التربة المحقونة بالضغط العالي: تُنفَّذ الأوتاد على محيط دائرة الحفر، أو تُنفَّذ أجسام من التربة المحقونة بالضغط العالي، حيث تشكل أجسام إسناد تؤمن جوانب الحفرية.

بعد الانتهاء من أعمال الحفر تُملأ كامل الحفرية بالبيتون أو البيتون المسلح. وتُحسب هذه الأجسام لِتَحمُّل القوى الأفقية أو العزوم الكبيرة الناجمة عن المنشآت أو ضغط التربة الجانبي.

2- الصناديق الغاطسة:

إلى جانب الأوتاد استُعملت منذ القدم طريقة التأسيس بوساطة الصناديق الغاطسة لتأسيس الجسور وأرصفة الموانئ ولإنشاء محطات ضخ عميقة لمنشآت المياه الجوفية، وقد نُفِّذ خط المترو في مدينة أمستردام باستخدام الصناديق الغاطسة. وتُستخدم هذه الطريقة اليوم لِتنفيذ أساسات المنشآت الواقعة تحت مستوى الماء الجوفي. عند وصول الصندوق إلى مستوى تأسيسه النهائي يمكن أن يُستخدم عند ذلك لغايات مختلفة إضافةً إلى كونه أساساً. تُقسم هذه الصناديق بحسب طريقة تنفيذها إلى النوعين التاليين:

أ) الصناديق المفتوحة:

يجري الحفر ضمن جدران الصندوق بوساطة إلقاء «سطل الباكر» المربوط بحبال إلى آلية الرفع من دون الحاجة إلى ضخ الماء من الحفرية؛ لأن الحفر ممكن في هذه الحالة تحت الماء. يغطس الصندوق بفعل وزنه الذاتي حيث تكون مساحة قاعدة ارتكازه صغيرة ومخروطية القدم (الشكل 10)، وعند تعذر غطس الصندوق في التربة يُضخ محلول البنتونايت عبر فتحات في جدار الصندوق لِخفض معامل الاحتكاك بين التربة ومادة جدار الصندوق الغاطس. ويجب أن يحافظ الصندوق على المسار الشاقولي عند غطسه إذا كان قطر الصندوق أو ضلعه كبيرين، وإلا أدى ميلانه إلى صعوبة في إيصاله إلى مستوى تأسيسه المطلوب.

في حال حصول الميلان يجب تركيز أعمال الحفر عند الجزء العالق، وإذا لم يجدِ ذلك نفعاً فلا بد من تدعيم الجزء الأكثر غطساً. عند وصوله إلى مستواه النهائي يجري إنهاء عملية الحفر، ثم يُصب بيتون تكتيم (بيتون تحت مائي) أسفل الحفرية عند قاعدة الصندوق. عند ذلك يُضخ الماء من الصندوق وتُتابع أعمال الحفر. يجب أن يبقى الماء داخل الصندوق أعلى من الماء الجوفي خارج الصندوق بعشرة إلى خمسين سنتمتراً كيلا يحدث انجراف التربة - وخاصة الرملية- من خارج الصندوق إلى داخله، محدثاً ما يسمى بالانهيار الهدروليكي للتربة. يمكن بعد ذلك متابعة عملية الإنشاء داخل الصندوق بحسب المتطلبات الإنشائية.

الشكل (10) نموذج لتنفيذ أساس بطريقة الصندوق الغاطس المفتوح

ب) الصناديق المغلقة Caisson:

تُستخدم هذه الطريقة منذ نحو 170 سنة. يجري العمل فوق مستوى أسفل الصندوق وعلى ارتفاع نحو 3 أمتار منه على إنشاء بلاطة كتيمة (الشكل 11). يخترق هذه البلاطة ممر يُعرَّض لضغط الهواء يمر عبره العمال ومواد البناء وأدوات الحفر إلى الجزء السفلي من الصندوق. تسمى هذه الحجرة السفلية بغرفة العمل. يُحقَّق الحجم الكافي للعمل عن طريق الحفر المتتالي للتربة أسفل حفرة العمل، حيث يُضخ الهواء باستمرار وبضغط مرتفع إلى هذه الحجرة لمنع الماء الجوفي من التسرب إليها. يجب توفير مصدرين للطاقة لِضاغطين مختلفين في موقع العمل. تبلغ قيمة الضغط الأعلى المسموح تحقيقه 330 كيلو نيوتن/م2، وهذا ما يعادل عمق تأسيس قدره 30 م تحت سطح الماء. يساوي ضغط الهواء الواجب تطبيقه إلى الضغط الهدروستايكي عند مستوى أسفل الصندوق فرق المستوى بين أسفل الصندوق ومستوى الماء الجوفي مضروباً بالوزن الحجمي للماء. لا يجوز إنزال عمال إلى حجرة العمل قبل حصولهم على موافقة طبية لقدرتهم على العمل تحت هذه الضغوط.

الشكل (11) الصندوق المغلق

وإذا كان العمال سيعملون تحت ضغط الهواء فإنه لا بد من مرور العمال عند الخروج والدخول من الغرفة الخاصة المضغوطة؛ لذلك يتم تقييد العمال بعدد محدد وقليل من ساعات العمل.

التصنيف :

المجلد: المجلد الثاني

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية