اصول بتن ریزی فونداسیون

بتن‌ریزی فونداسیون یک مرحله زیربنایی و حیاتی در فرآیند هر پروژه عمرانی است که بر ثبات و طول عمر سازه تأثیر مستقیم می‌گذارد. هدف اصلی این عملیات، ایجاد یک واسطه مستحکم برای توزیع ایمن بارهای ساختمان، پل یا هر سازه دیگر به لایه‌های زیرین و مقاوم زمین (خاک یا سنگ) است.

پیروی دقیق از دستورالعمل‌ها و استانداردهای فنی در اجرای پایه‌های بتنی، تضمین ‌کننده دوام، مقاومت نهایی و ایمنی کل سازه خواهد بود. در این مطلب به طور کامل توضیح می‌دهیم که بتن‌ریزی فونداسیون چیست و چه مراحل و نکات اجرایی دارد.

بتن‌ریزی فونداسیون چیست؟

بتن‌ریزی فونداسیون، اصلی‌ترین گام در ساختار بخش زیرین و حامل بار ساختمان است. این فرآیند به معنای ریختن و جایگذاری بتن تازه با مشخصات طرح اختلاط تعیین شده در داخل قالب‌ها و اطراف شبکه‌ آرماتور است تا ساختار اصلی و نهایی فونداسیون شکل گیرد. این پروسه ریختن بتن‌ریزی فونداسیون اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا بتن به عنوان جزء اصلی سازنده فونداسیون، مسئول جذب، توزیع و انتقال تمامی بارهای مرده، زنده و جانبی ساختمان به لایه‌های زیرین زمین است.

هدف اصلی از بتن‌ریزی foundation، ایجاد یک عضو سازه‌ای یکپارچه، مستحکم و با دوام است که بتواند تمامی بارهای وارده از سازه اصلی را به شکل ایمن و مؤثر جذب کرده و به لایه‌های زیرین زمین منتقل کند تا پایداری و سلامت بلندمدت کل ساختمان تضمین شود.

روش‌های بتن‌ریزی فونداسیون

شیوه اجرای بتن‌ریزی در فونداسیون بر اساس عواملی مانند نوع پی، میزان حجم بتن مورد نیاز و شرایط فنی و لجستیکی کارگاه انتخاب می‌شود. انتخاب صحیح این روش‌ها نقش مهمی در تضمین کیفیت ساختاری فونداسیون و همچنین مدیریت بهینه زمان و هزینه اجرای پروژه خواهد داشت. روش‌های بتن‌ریزی فونداسیون به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

بتن‌ریزی یک مرحله‌ای (یکجا): این روش منحصراً برای فونداسیون‌های با ابعاد کوچکتر مانند فونداسیون‌های منفرد یا نواری به کار می‌رود. در این روش، بتن به صورت کاملاً پیوسته ریخته می‌شود تا از ایجاد ضعف ساختاری (درز سرد) به طور کامل جلوگیری شود.

بتن‌ریزی دو یا چند مرحله‌ای: این شیوه برای فونداسیون‌های گسترده و با حجم بتن بالا که امکان اجرای یکباره ندارند، ضروری است. در این روش، بتن ‌ریزی در چند نوبت با تعیین محل‌های استاندارد برای قطع اجرا (درز اجرایی) انجام می‌شود و برای پروژه‌های صنعتی بزرگ، یک اجبار فنی محسوب می‌گردد.

بتن‌ریزی با بتن آماده یا بچینگ سیار: این گزینه به محل تولید و تأمین بتن برمی‌گردد؛ بتن آماده (Ready-Mix) که کیفیتی یکنواخت و بالاتر دارد و برای پروژه‌های شهری مناسب است یا بچینگ سیار (Mobile Batching) که تولید بتن در محل را برای پروژه‌های دور از دسترس امکان‌پذیر می‌سازد.

مراحل بتن ریزی فونداسیون

1. فرآیند بتن‌‌ریزی فونداسیون یک عملیات ساختمانی چندمرحله‌ای و دقیق است که به سه فاز اصلی تفکیک می‌شود: اقدامات پیش از بتن‌ریزی، عملیات ریختن بتن و مراقبت‌های پس از اجرا.

• پیش از بتن‌ریزی: این فاز شامل اقدامات زیرساختی است که کیفیت نهایی شالوده را تضمین می‌کنند و از چهار بخش مهم تشکیل شده‌اند:
• حفاری و پی‌کنی: در این مرحله، زمین تا عمق تعیین شده در نقشه‌ها حفاری می‌شود. هدف این مرحله، رسیدن به لایه‌های خاک با مقاومت کافی است. در اعماق بالاتر از ۶۰ سانتی‌متر، این عملیات تحت عنوان گودبرداری شناخته می‌شود. به منظور تأمین دقت لازم باید ۲۰ سانتی‌متر انتهایی تراز نهایی با ابزارهای دستی برداشته شود. در صورت حفاری بیش از حد توسط ماشین‌آلات، جبران حجم خاک برداشته شده ضروری است؛ این کار از طریق ریختن و کوبیدن مجدد خاک یا با استفاده از بتن با عیار کم (بتن مَگَر) انجام می‌شود.
• اجرای بتن نظافت: پس از حفاری، یک لایه نازک بتن کم‌ عیار (معمولاً با ۱۵۰ کیلوگرم سیمان در مترمکعب) به نام بتن مَگَر ریخته می‌شود. این لایه دو وظیفه اصلی دارد: ایجاد یک سطح صاف و هم‌تراز برای آرماتوربندی بعدی و جلوگیری از جذب آب و دوغاب سیمان بتن اصلی فونداسیون توسط خاک زیرین. ضخامت این لایه حداقل ۱۰ سانتی‌متر است.
• آرماتوربندی شالوده: در این مرحله، اسکلت فولادی فونداسیون که بتن را به یک سازه مسلح تبدیل می‌کند، اجرا می‌شود. برای تحمل لنگرهای خمشی، شبکه‌های آرماتور فوقانی و تحتانی نصب می‌گردند. در نواحی که تمرکز تنش‌ها بالاست، معمولاً استفاده از گروه‌های میلگردی (مانند دسته‌های دوتایی یا لوله‌های تفنگی) جهت تحمل بار بیشتر، رایج و ضروری است. همچنین اگر ضخامت پی به تنهایی برای مقابله با تنش‌های برشی کفایت نکند، باید با همپوشانی مناسب شبکه‌های فوقانی و تحتانی، آرماتورهای عرضی بسته (خاموت‌ها) ایجاد شوند.
• نصب قالب‌بندی: قالب‌ها که اغلب از جنس فلز یا چوب هستند، قبل از ریختن بتن نصب می‌شوند تا شکل و ابعاد مورد نظر فونداسیون را حفظ کنند. اگر از مصالح بنایی مانند آجر یا بلوک برای قالب استفاده شود، این کار پیش از بتن مَگَر انجام می‌شود؛ در غیر این صورت پس از آرماتوربندی نصب می‌گردند. برای جلوگیری از چسبیدن بتن باید سطوح داخلی قالب‌های چوبی/فلزی با مواد رهاساز پوشانده شوند و در صورت استفاده از مصالح بنایی، سطح آنها با پوشش پلاستیکی یا آب ‌پاشی محافظت شود.

۲. فاز عملیات بتن‌ریزی: پس از تأیید نهایی استحکام و آب‌بندی قالب‌ها، فرآیند اصلی ریختن بتن آغاز می‌شود. بهتر است از بتن آماده استفاده کنید؛ زیرا تولید آن در کارخانه تحت نظارت و کنترل کیفیت دقیق‌تری صورت می‌گیرد. برای این منظور:

• عملیات باید از دورترین نقطه محل دسترسی آغاز شده و به تدریج به سمت خروجی ادامه یابد تا از تشکیل ناپیوستگی‌های اجرایی (درز سرد) جلوگیری شود.
• توصیه می‌شود بتن در لایه‌هایی با ضخامت حداکثر ۳۰ سانتی‌متر ریخته شود.
• پس از ریختن هر لایه بلافاصله باید عملیات تراکم کامل با استفاده از ویبراتور (لرزاننده) انجام شود تا حباب‌های هوا خارج شده و بتن به طور مؤثر دور آرماتورها بنشیند.
• اجرا باید با سرعت مناسب و هماهنگی کامل تیم انجام شود تا کل فونداسیون در کمترین زمان ممکن و پیش از گیرش اولیه بتن تکمیل گردد.

۳. فاز پس از بتن‌ریزی (عمل‌آوری): دستیابی به حداکثر مقاومت‌ بتن و افزایش دوام آن بلافاصله پس از گیرش اولیه آغاز می‌شود و به آن عمل‌آوری (Curing) می‌گویند. عمل‌آوری شامل حفظ رطوبت دائمی سطح بتن (مثلاً با آب‌ پاشی یا پوشش) و کنترل دما است تا از تبخیر سریع آب و بروز ترک‌های ناشی از خشک شدن زودهنگام جلوگیری شود.

عیار بتن فونداسیون

عیار بتن یک شاخص فنی کلیدی است که وزن سیمان به کار رفته را در یک واحد حجم مشخص (یک متر مکعب) از مخلوط بتنی نشان می‌دهد. از آنجایی که سیمان نقش اصلی چسبندگی و اتصال دهنده اجزای بتن را بر عهده دارد، میزان مصرف آن ارتباط مستقیمی با مقاومت نهایی و پایداری سازه خواهد داشت. بنابراین تعیین دقیق مقدار آن مهم‌ترین بخش در طرح اختلاط بتن محسوب می‌شود.

برای فونداسیون ساختمان‌های رایج، عیار بتن معمولاً در محدوده ۳۵۰ کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب در نظر گرفته می‌شود. با این حال انتخاب نهایی و مناسب‌ترین عیار به عواملی مانند نوع فونداسیون (نواری، گسترده)، بارگذاری سازه و شرایط محیطی (مانند نوع خاک و میزان رطوبت) بستگی دارد و باید بر اساس ضوابط آیین‌ نامه‌ای و تأیید دستگاه نظارت نهایی شود.

محاسبه بتن فونداسیون

محاسبه حجم بتن فونداسیون، یک گام ضروری برای تخمین هزینه‌های ساخت بوده و این محاسبه مستقیماً به ابعاد هندسی فونداسیون وابسته است. مهندسان برای تعیین مقدار بتن مورد نیاز (حجم بر حسب متر مکعب) از روش‌های هندسی زیر استفاده می‌کنند:

• محاسبه حجم اشکال منشوری (مستطیلی/مکعبی): ساده‌ترین روش برای فونداسیون‌های رایج (مانند نواری یا بخش‌هایی از فونداسیون گسترده) استفاده از رابطه طول × عرض × ارتفاع است.
• محاسبه حجم اشکال پیچیده‌تر: برای فونداسیون‌هایی با مقطع غیر مستطیلی (مانند پایه‌ها یا ستون‌های دایره‌ای)، ابتدا مساحت سطح مقطع (A) محاسبه شده و سپس در ارتفاع (h) ضرب می‌شود. به عنوان مثال برای یک ستون استوانه‌ای، مساحت سطح مقطع دایره (عدد پی ضربدر مجذور شعاع) در ارتفاع ضرب می‌شود.

پس از محاسبه حجم (بر حسب متر مکعب)، وزن بتن مورد نیاز نیز قابل تخمین است. برای محاسبه وزن بتن (بر حسب کیلوگرم) باید حجم بتن را در عدد ۲۵۰۰ ضرب کنید.

نکات بتن ریزی فونداسیون

رعایت دقیق اصول اجرایی و نکات کنترلی در فرآیند بتن‌ریزی فونداسیون، امری ضروری است. این دقت، استحکام بلندمدت و پایداری کل سازه را تضمین می‌کند. بی‌توجهی به این جزئیات فنی به ضعف‌های ساختاری و کاهش دوام کل ساختمان منجر خواهد شد. مهم‌ترین نکات بتن پی ریزی شامل موارد زیر هستند:

• تراکم لایه‌ای و دقیق: بتن باید در لایه‌های نازک ریخته شده و فوراً با لرزاندن، هواگیری شود تا پیوستگی و اتصال کامل به آرماتورها حاصل گردد.
• پایش قوام بتن (اسلامپ): روان بودن بتن باید در محل اندازه‌ گیری شود و برای جلوگیری از کاهش مقاومت نباید از حد مجاز فراتر رود.
• عدم دستکاری نسبت آب به سیمان: برای سهولت کار، مجاز به افزودن آب نیستید. در صورت نیاز به روانی بیشتر از مواد افزودنی مجاز استفاده کنید.
• حفظ پیوستگی ریختن: فرآیند بتن ‌ریزی باید بدون وقفه و با سرعت ثابت انجام گیرد تا مانع از تشکیل نقاط ضعف (درز سرد) در مقطع شود.
• کنترل کیفیت مصالح: مشخصات سیمان، شن و ماسه باید با طرح اختلاط تأیید شده کاملاً همخوانی داشته باشند.
• مدیریت دمای بتن: در شرایط جوی نامساعد (سرد یا گرم) باید تمهیدات لازم جهت حفظ دمای ایده‌آل و جلوگیری از خشک شدن یا یخ ‌زدگی سریع انجام شود.
• بررسی ساعت تحویل: در صورت سفارش بتن آماده، زمان بین تولید تا جایگذاری نباید از محدودیت‌های زمانی استاندارد (مانند ۶۰ دقیقه) تجاوز کند.
• تخلیه امن شیره پمپ: دوغاب سیمانی که برای روان ‌سازی خط پمپاژ استفاده می‌شود، باید خارج از قالب فونداسیون دور ریخته شود.
• کنترل ابعادی قالب: استحکام، تراز بودن و آب‌ بندی کامل قالب‌ها باید پیش از شروع عملیات با جدیت بازبینی و تأیید شوند.
• ثبت و نگهداری مدارک: انجام آزمایش‌های مقاومتی الزامی بوده و نتایج حاصل از آن باید به عنوان سوابق فنی پروژه نگهداری گردد.
• عدم تداخل با ستون: بتن ‌ریزی ستون‌ها باید تا زمان کسب مقاومت اولیه توسط فونداسیون به تعویق بیفتد؛ مگر در شرایط خاص اجرایی.
• پیش‌بینی حجم: محاسبه دقیق مقدار بتن مورد نیاز قبل از سفارش، برای جلوگیری از کمبود یا هدررفت مصالح ضروری است.
• تعویق بارگذاری: هرگونه اعمال بار روی فونداسیون باید تا زمان تأیید مقاومت طرح (Final Strength) به تأخیر بیفتد.

حرف آخر

مرحله بتن‌ریزی فونداسیون یک فرآیند فوق‌ العاده حساس در اجرای هر سازه‌ است؛ زیرا شالوده به عنوان عضو رابط اصلی عمل می‌کند. وظیفه فونداسیون، جمع ‌آوری تمام نیروها و بارهای وارده از قسمت‌های فوقانی ساختمان (مانند ستون‌ها و دیوارها) و توزیع ایمن آنها در سطح وسیع‌تری از بستر زمین است. بنابراین رعایت کامل و دقیق الزامات فنی شامل استفاده از مصالح استاندارد، نسبت‌های اختلاط مجاز و اجرای صحیح عملیات، اهمیت بسیاری در این بخش دارد. در واقع کیفیت نهایی بتن فونداسیون و اجرای صحیح آن، پایداری، دوام و ایمنی بلند مدت کل سازه را تضمین می‌کند.

منبع

https://www.ultratechcement.com/for-homebuilders/home-building-explained-single/descriptive-articles/building-foundations-for-a-house

https://www.britannica.com/technology/foundation-construction