فونداسیون عمیق، به منظور انتقال بار سازه در زمین‌هایی با ظرفیت باربری بسیار پایین و یا ساخت سازه‌هایی با وزن بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع فونداسیون، بار اعمال شده از طرف روسازه به طور عمودی به زمین منتقل می‌شود. به طور کلی، فونداسیون عمیق دارای سه نوع اصلی شمعی، پایه‌ای و صندوقه‌ای است. در ادامه به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.
فونداسیون شمعی چیست؟
«فونداسیون شمعی» (Pier Foundation)، یکی از انواع فونداسیون‌های عمیق است که به منظور انتقال بارهای سنگین از سازه به لایه سنگی موجود در اعماق زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع فونداسیون‌ها، انتقال بار اعمال شده از طرف ستون‌های سازه توسط چند عضو عمودی به نام شمع صورت می‌گیرد. شمع‌ها عضوهایی با طول نسبتا بلند و سطح مقطع نسبتا کوچک هستند که معمولا از فولاد، بتن یا چوب ساخته می‌شوند. امروزه، استفاده از شمع‌های پیش ساخته به منظور اجرای فونداسیون‌های شمعی گسترش یافته است. اگرچه، امکان ساخت شمع در محل اجرای پروژه نیز وجود دارد.
تقسیم‌بندی انواع فونداسیون‌های شمعی به عملکرد و ماده سازنده آن بستگی دارد. این فونداسیون‌ها بر اساس عملکرد به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
- «شمع اتکایی» (Bearing Pile): این نوع شمع در لایه سخت زمین یا سنگ بستر قرار داد می‌شوند. به این ترتیب، بارهای اعمال شده توسط ستون به لایه سخت زمین انتقال می‌یابد.
- «شمع اصطکاکی» (Friction Pile): این نوع شمع در زمین‌هایی با خاک نرم در عمق مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این حالت، انتقال بار از طریق اصطکاک بین خاک نرم و شمع انجام می‌شود.
انواع فونداسیون‌های شمعی از نظر ماده سازنده عبارت هستند از:
- شمع بتنی: شمع‌های بتنی معمولا دارای قطر 30 تا 50 سانتی‌متر و طول 20 تا 30 متر هستند. این شمع‌ها به صورت پیش ساخته یا با ساخت در محل پروژه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- شمع چوبی: قطر شمع‌های چوبی بین 20 تا 50 سانتی‌متر است. این نوع شمع، به دلیل آسیب‌پذیری بیشتر (رطوبت یا خوردگی) هزینه نگهداری بالاتری دارند.
- شمع فولادی: معمولا تیرهای I شکل یا مقاطع توخالی برای ساخت شمع‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سطح مقطع کوچک این شمع‌ها، باعث سهولت فرو کردن آن در خاک می‌شود. شمع‌های فولادی به عنوان شمع‌های اتکایی به کار می‌روند.
- شمع کامپوزیتی: شمع‌های کامپوزیتی، از ترکیب مواد مختلف نظیر چوب و بتن ساخته می‌شوند. این شمع‌ها معمولا در نواحی با سطح آب زیرزمینی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به طور کلی، اجرای فونداسیون‌های شمعی برای شرایط زیر مناسب است:
- وجود لایه‌ای با ظرفیت باربری بالا در اعماق زیاد
- احتمال ساخت کانال آب در نواحی اطراف سازه
- هزینه بالای اجرای پی گسترده
- وجود بارهای متمرکز سنگین
- ساخت سازه در محیط‌های باتلاقی
- تراکم‌پذیر بودن لایه بالایی خاک
- ساخت پل (سازه‌هایی با احتمال آبشستگی)
فونداسیون پایه ای چیست؟
«فونداسیون پایه ای» (Pier Foundation) داری ستون عمودی با سطح مقطعی بزرگتر از شمع است. این نوع فونداسیون‌ها برای انتقال بارهای بزرگ (بیشتر از ظرفیت فونداسیون‌های سطحی) استفاده می‌شوند. عمق قرارگیری فونداسیون‌های پایه‌ای کمتر از فونداسیون‌های شمعی است. ساخت این فونداسیون‌ها معمولا در محل پروژه صورت می‌گیرد. به این منظور، ابتدا یک حفره استوانه‌ای در زمین ایجاد شده و پایه فونداسیون درون این حفره قرار داده می‌شود. تصویر زیر، ساختار کلی فونداسیون‌های پایه‌ای و شمعی را نمایش می‌دهد.
فونداسیون‌های پایه‌ای معمولا در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عمق لایه سخت زمین کمتر از 5 متر باشد. عمق حفره ایجاد شده، اندازه و شکل پایه بتنی به عمق لایه سخت زمین بستگی دارد. استفاده از فونداسیون‌های پایه‌ای در شرایط زیر مناسب است:
- قرارگیری لایه سخت زمین در نزدیکی سطح
- وجود لایه سطحی از جنس رس سخت
- نیاز به انتقال بارهای سنگین
فونداسیون صندوقه ای یا فونداسیون کیسون چیست؟
«فونداسیون صندوقه‌ای» (Caisson Foundation)، یک سازه آب بند است که معمولا در ساخت پایه پل، سد و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجو شباهت در نحوه اجرای فونداسیون‌های صندوقه‌ای با فونداسیون‌های پایه‌ای، ظرفیت این نوع از فونداسیون‌ها بسیار بالاتر است. کاربرد اصلی این فونداسیون‌ها در سازه‌هایی است که بر روی آب ساخته می‌شوند.
فونداسیون‌های صندوقه‌ای، از یک استوانه توخالی پیش ساخته تشکیل می‌شود. از این‌رو، به این فونداسیون‌ها، فونداسیون استوانه ای نیز می‌گویند. به منظور ساخت فونداسیون‌های صندوقه‌ای، پس از حفر شفت توسط حفار مته‌ای، یک استوانه توخالی را درون آن قرار می‌دهند. سپس، شفت را با بتن پر می‌کنند. این فونداسیون‌ها مانند یک عضو تحت فشار عمل می‌کنند و بارهای محوری را به لایه سخت زمین انتقال می‌دهند. استفاده فونداسیون‌های صندوقه‌ای برای شرایط زیر مناسب است:
- نیاز به کاهش صدا و لرزش سازه
- ساخت سازه بر روی آب
- نیاز به ظرفیت باربری بالا در هنگام اعمال بارهای محوری و جانبی