انواع فونداسیون | معرفی جامع انواع فونداسیون ساختمان + کاربرد و نحوه اجرا

فونداسیون به عنوان بخش اصلی و زیرین هر سازه، وظیفه توزیع وزن ساختمان را به عهده دارد و این کار را با انتقال وزن دیوارهای باربر، به زمین زیرین انجام می‌دهد. مهندسان برای دستیابی به این هدف از انواع مختلفی از فونداسیون استفاده می‌کنند. انواع فونداسیون ساختمان از نظر عمق و نحوه انتقال بار با هم متفاوت هستند. در این مطلب به معرفی انواع مختلف فونداسیون، ساختار و کاربرد هر یک از آنها می‌پردازیم.

انواع فونداسیون ساختمان

انواع مختلفی از فونداسیون در ساخت و ساز وجود دارد که هر کدام برای پروژه ساختمانی خاصی، مناسب هستند. نوع فونداسیون مورد نیاز برای ساختمان به سه عامل کلیدی بستگی دارد: محل پروژه، نوع و مشخصات خاک و بار تخمینی سازه. فونداسیون‌های ساختمانی به طور کلی در دو گروه اصلی طبقه ‌بندی می‌شوند:

• فونداسیون‌های عمیق
• فونداسیون‌های کم ‌عمق (سطحی)

هر یک از این دو گروه اصلی شامل چند زیر دسته ‌فرعی‌ هستند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.

فونداسیون عمیق و انواع آن

فونداسیون عمیق (Deep Foundation) یکی از انواع فونداسیون است که برای انتقال بارهای بسیار سنگین و متمرکز (مانند بارهای آسمان‌ خراش‌ها و سازه‌های بسیار بلند) به کار می‌رود. عمق اجرای این نوع شالوده به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از عرض آن است و اغلب به ۲۰ متر یا بالاتر می‌رسد. استفاده از فونداسیون عمیق، زمانی حیاتی است که ظرفیت باربری لایه‌های سطحی خاک ناکافی باشد یا خاک سطحی دارای مقاومت ضعیفی باشد. در چنین شرایطی، فونداسیون‌های عمیق با نفوذ به اعماق، بار سازه را از لایه‌های ضعیف عبور داده و به لایه‌های مستحکم خاک یا بستر سنگی زیرین منتقل می‌کنند تا ایمنی و پایداری سازه تضمین شود. انواع فونداسیون ساختمان عمیق شامل موارد زیر هستند.

۱.فونداسیون شمعی

فونداسیون شمعی، از رایج‌ترین انواع فونداسیون‌ عمیق است که از ستون‌های بلند و باریک (شمع‌ها) تشکیل شده است. این ستون‌ها از جنس بتن، فولاد یا چوب ساخته می‌شوند و بارهای ساختمان را به لایه‌های مقاوم زیرین منتقل می‌کنند. شمع‌ها می‌توانند به ‌صورت منفرد، بار یک ستون را حمل کنند یا به ‌صورت گروهی به کار روند. نحوه انتقال بار، در شمع‌ها متفاوت است؛ برخی شمع‌های اتکایی هستند که بار را به لایه سخت زیرین می‌رسانند و برخی دیگر شمع‌های اصطکاکی هستند که از طریق اصطکاک جانبی در طول خود، بار را توزیع می‌کنند. از نظر ضوابط اجرایی، ضخامت فونداسیون شمعی نباید کمتر از ۲۵ سانتی‌متر باشد و ضخامت صفحه سرشمع گروهی حداقل باید ۴۰ سانتی‌متر باشد. همچنین در مواقعی که نیروهای کششی به شالوده وارد می‌شود، رعایت تدابیر ویژه برای جلوگیری از جدا شدن شالوده از بستر خاک (با ضریب ایمنی حداقل ۱٫۵) ضروری است.

مزایا

• قابلیت رسیدن به لایه‌های عمیق و پایدار خاک یا بستر سنگی (سنگ کف)
• مناسب برای تحمل بارهای کششی و بارهای فشاری
• ایده‌آل برای سازه‌های فراساحلی و پل‌ها، ساختمان‌های بسیار بلند و مناطق دارای شرایط خاک ضعیف

معایب

• اجرای آنها می‌تواند پر سر و صدا و ایجاد لرزش کند که به طور بالقوه بر سازه‌های مجاور تأثیر می‌گذارد.
• نیاز به تجهیزات تخصصی و دانش فنی بالا برای نصب دارد.
• تعیین طول صحیح و ظرفیت باربری این نوع فونداسیون پیچیده بوده و مستلزم تحلیل دقیق خاک است.

۲. فونداسیون حفاری یا کیسون

فونداسیون‌های حفاری شده (کیسون‌ها) نوعی از فونداسیون‌های عمیق درجا هستند که برای انتقال بارهای سنگین به لایه‌های مقاوم زمین به کار می‌روند. مکانیزم عملکرد آنها مشابه فونداسیون‌های شمعی است؛ با این تفاوت که به دلیل ابعاد بزرگتر، ظرفیت باربری بالاتری ارائه می‌دهند. این فونداسیون‌ها از طریق حفر استوانه‌های توخالی، از مته‌های مخصوص استفاده می شود. سپس پر کردن آنها با بتن در محل ساخته می‌شوند و بار سازه را از طریق مقاومت جداره (میله)، مقاومت نوک (پنجه) یا ترکیبی از این دو تحمل می‌کنند.

مزایا

• ظرفیت باربری بسیار بالا و قابلیت انتقال بارهای ستونی به مراتب سنگین‌تر از فونداسیون‌های شمعی
• عمق اجرای مناسب و ایده‌آل برای شرایطی که عمق لایه سخت در مکانی بین ۱۰ متر تا ۱۰۰ متر زیر زمین باشد.
• طراحی و اجرای درجا در محل پروژه و متناسب با شرایط خاک

معایب

• نامناسب برای مکان‌هایی که دارای رسوبات عمیق از خاک رس نرم، یا خاک‌های دانه سست و آبخیز هستند.
• پیچیدگی اجرا در شرایط دشوار و محل‌هایی که حفاری و تثبیت آن دشوار است؛ مانند خاک‌های حاوی تخته سنگ یا مناطقی که آب، تحت فشار وجود دارد.
• فرآیند حفاری و بتن‌ریزی آن نیازمند تخصص فنی و ماشین‌ آلات پیشرفته است.

فونداسیون سطحی و انواع آن

فونداسیون‌ سطحی (شالوده‌ کم‌ عمق) به آن دسته از فونداسیون‌هایی گفته می‌شود که مشخصه اصلی آنها، قرارگیری در عمق کم و نزدیک به سطح زمین است. این فونداسیون‌ها که اغلب با نام فوتینگ (Footings) نیز شناخته می‌شوند، معمولاً در عمق کمی از سطح زمین قرار دارند و نسبت عمق به عرض آنها ناچیز است. وظیفه اصلی این نوع شالوده، توزیع بار سازه بر روی سطح وسیعی از خاک است که این کار را با افزایش سطح مقطع ستون یا دیوار انجام می‌دهد و بار را به زمین زیر فونداسیون منتقل می‌کند. این فونداسیون‌ها اغلب برای سازه‌های کوچک یا ساختمان‌های با ارتفاع کم تا متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ به شرط آنکه لایه‌های سطحی خاک دارای ظرفیت باربری کافی باشند. در ادامه به معرفی انواع فونداسیون ساختمان سطحی می‌پردازیم.

۱.فونداسیون منفرد یا مجزا

فونداسیون منفرد یا شالوده، تکی که با نام شالوده پَد (Pad Foundation) نیز شناخته می‌شود، ساده‌ترین و رایج‌ترین انواع فونداسیون ‌سطحی به شمار می‌رود. این فونداسیون در واقع یک صفحه یا پَد مربعی یا مستطیلی است که برای تحمل بار یک ستون منفرد ساخته می‌شود. ابعاد این صفحه بر اساس محاسبات دقیق بار ستون و ظرفیت باربری مجاز خاک زیرین مشخص می‌گردد.

مزایا

• اقتصادی و سادگی در طراحی و ساخت
• ایده‌آل برای پشتیبانی از سازه‌هایی با مسیر انتقال بار مشخص و بارهای قابل پیش ‌بینی

معایب

• فقط برای پشتیبانی از یک ستون منفرد به کار می‌رود
• برای سازه‌های سنگین یا در شرایطی که ویژگی‌های خاک متغیر و غیریکنواخت است، مناسب نیست.

۲. فونداسیون نواری

فونداسیون نواری که با نام‌های شالوده دیواری یا فوتینگ نواری نیز شناخته می‌شود، یک نوع رایج از انواع فونداسیون سطحی است. این سیستم به صورت یک نوار پیوسته یا پله‌ای (اغلب از بتن حجیم) ساخته می‌شود و به منظور توزیع وزن ساختمان بر روی یک سطح بزرگتر دارای قاعده‌ای پهن‌تر از المان‌های باربر است. فونداسیون نواری به‌طور خاص برای تحمل بارهای دیوارهای باربر یا یک ردیف از ستون‌های نزدیک به هم استفاده می‌شود و اندازه آن مستقیماً بر اساس عرض کلی دیوار زیرین تعیین می‌گردد. این فونداسیون‌ها برای سازه‌های سبک مانند ساختمان‌های مسکونی کم‌ ارتفاع یا با ارتفاع متوسط کاربرد دارند و تنها در صورتی مجاز هستند که لایه مقاوم و باربر خاک در عمقی کمتر از ۳ متر از سطح زمین قرار داشته باشد.

مزایا

• افزایش پایداری و توزیع بار به دلیل گسترش قاعده
• مناسب برای عمق کم، ایده‌آل برای شرایطی که لایه باربر خاک در نزدیکی سطح زمین قرار داشته و ظرفیت باربری کافی دارد.
• کاربرد سازه‌ای مشخص و مناسب برای زیرسازی دیوارهای باربر و ردیف ستون‌های چسبیده

معایب

• کاربرد این نوع فونداسیون محدود به شرایط زمینی پایدار و مستحکم است.
• برای استفاده در خاک‌هایی که در معرض جریان آب هستند و خطر فرسایش یا روانگرایی دارند، مناسب نیست
• برای سازه‌های بلند یا دارای بارهای بسیار سنگین و متمرکز، مناسب نیست.
• اگر خاک زیر نوار فونداسیون یکنواخت نباشد، احتمال بروز نشست‌های نامتقارن وجود دارد.

۳. فونداسیون مرکب

فونداسیون مرکب، مجموعه‌ای از دو یا چند فونداسیون منفرد است که در یک فونداسیون سطحی واحد با هم ادغام شده‌اند تا بار دو یا چند ستون مجاور را تحمل کنند. این نوع فونداسیون که معمولاً مستطیلی شکل است، در شرایط خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد:

•  زمانی که فاصله ستون‌ها آنقدر کم باشد که فونداسیون‌های منفرد آنها با یکدیگر هم‌پوشانی پیدا کنند.
•  زمانی که ظرفیت باربری خاک کم باشد.
•  در مواقعی که یکی از فونداسیون‌ها در مجاورت مرز زمین هم‌جوار قرار گرفته باشد و امکان اجرای آن به صورت منفرد نباشد. همچنین در بناهایی که به دلیل طول زیاد نیاز به ایجاد درز انبساط دارند، فونداسیون مرکب برای ستون‌های واقع در مجاورت این درز طراحی می‌شود. لازم به ذکر است که اگر بارهای وارد شده بر دو ستون مجاور فونداسیون مرکب متفاوت باشد، برای ایجاد توازن در توزیع بار، شالوده به‌صورت ذوزنقه‌ای شکل طراحی می‌گردد؛ به ‌طوری‌ که قاعده بزرگتر آن در سمت ستون با بار بیشتر قرار می‌گیرد.

مزایا

• پشتیبانی کارآمد و تحمل بار چندین ستون به طور مؤثر
• کمک به توزیع یکنواخت‌تر بارها در زیر شالوده
• مناسب برای فضاهای محدود و زمین‌های دارای محدودیت فضا (مانند نزدیک مرز ملک)

معایب

• نسبت به فونداسیون‌های منفرد، پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر است
• برای اطمینان از توازن بارها و عملکرد صحیح، نیازمند طراحی و مهندسی دقیق‌تری است

۴. فونداسیون گسترده (فونداسیون یکپارچه)

فونداسیون گسترده که به آن رادیه ژنرال یا شالوده مَت (Mat Foundation) نیز گفته می‌شود، نوعی فونداسیون سطحی است که در آن یک دال بتنی بزرگ، تمام سطح زیرین ساختمان را پوشش می‌دهد تا بار وارده از ستون‌ها و دیوارها را تحمل کند. این نوع شالوده برای سازه‌های بزرگ و همچنین مکان‌هایی با ظرفیت باربری ضعیف خاک بسیار مناسب است؛ زیرا با عملکرد به عنوان یک صفحه واحد برای تمامی المان‌های سازه‌ای، به توزیع بهتر بار و جلوگیری از نشست‌های نامتقارن کمک می‌کند. این نوع شالوده خصوصا برای اجرای زیرزمین‌های بزرگ مانند پارکینگ‌های زیرزمینی انتخاب می‌شود.

مزایا

• ایده‌آل برای سازه‌هایی با بارهای بالا در ستون‌ها و دیوارها
• به حداقل رساندن نشست‌های نامتقارن در کل فونداسیون به دلیل عملکرد یکپارچه
• بهترین گزینه برای استفاده در خاک‌هایی با ظرفیت باربری پایین

معایب

• پیچیدگی ساخت و هزینه بالا
• مستلزم حجم قابل توجهی از خاک ‌برداری و بتن‌ ریزی

اجرای انواع فونداسیون

جزئیات فنی اجرای فونداسیون به نوع انتخابی (سطحی یا عمیق) بستگی دارد. با این حال، مراحل کلی اجرای انواع فونداسیون ساختمان دارای اصول مشترکی هستند. این فرآیند با بررسی و انتخاب محل ساخت و تعیین نوع فونداسیون مناسب بر اساس گزارش ژئوتکنیک آغاز می‌شود. پس از مرزبندی دقیق محدوده، مرحله گودبرداری و اجرای سازه نگهبان انجام می‌گیرد تا بستر به عمق لایه باربر برسد. پس از این آماده ‌سازی‌ها، فاز اصلی اجرای فونداسیون آغاز می‌شود که بسته به نوع آن (مثلاً بتن‌ ریزی رادیه، کوبیدن شمع یا حفاری شافت) تفاوت‌های اجرایی زیادی دارد. در پایان با نهایی ‌سازی و نگهداری فونداسیون (از جمله استفاده از درزگیرها و ساخت دیوارهای نگهدارنده) پروسه اجرا تکمیل شده و فونداسیون برای تحمل سازه فوقانی آماده می‌شود.

حرف آخر

انواع فونداسیون ساختمان به طور کلی به دو دسته اصلی سطحی و عمیق تقسیم می‌شوند. فونداسیون‌های سطحی رایج‌ترین نوع شالوده هستند که برای سازه‌های سبک و کوچک (مانند خانه‌های مسکونی) در زمین‌های با ظرفیت باربری مناسب به کار می‌روند. عمق اجرای آنها کمتر از عرض‌شان بوده و ساخت سریع و ارزان‌تری دارند. در مقابل، فونداسیون‌های عمیق برای سازه‌های سنگین و بلند (مانند آسمان ‌خراش‌ها، پل‌ها و سدها) ضروری هستند تا بار را از طریق خاک ضعیف به لایه‌های قوی‌تر و پایدارتر زیرین منتقل کنند. هر کدام از این دو گروه اصلی فونداسیون دارای انواع فرعی هستند که در بخش‌های فوق با آنها آشنا شدید.

سوالات متداول

۱.رایج‌ترین انواع فونداسیون کدام است؟

فونداسیون سطحی خصوصاً نوع نواری، رایج‌ترین نوع فونداسیون ساختمان به شمار می‌رود؛ زیرا برای شرایط خاک و اندازه‌های ساختمانی متنوع مناسب است.

۲. قوی‌ترین انواع فونداسیون کدام است؟

فونداسیون‌های عمیق خصوصاً فونداسیون‌های شمعی، قوی‌ترین انواع فونداسیون ساختمان محسوب می‌شوند؛ زیرا بار را به لایه‌های عمیق‌تر و پایدارتر خاک یا سنگ بستر منتقل کرده و توان تحمل بارهای بسیار زیاد را فراهم می‌کنند.

منبع

https://pinoybuilders.ph/common-types-of-foundations-for-construction/

https://www.ultratechcement.com/for-homebuilders/home-building-explained-single/descriptive-articles/types-of-foundation

https://www.bigrentz.com/blog/types-of-foundations?srsltid=AfmBOoqfqm978kAPFhL9T5ImJvQPybGQSp6yDxNEHM-MEdZpmlXqxPrq

https://sbs-contracting.com/types-of-foundation-for-buildings/