اصول و نکات اجرای پی پلکانی

در تمامی مباحث مرتبط با صنعت ساختمان سازی، از پی یا فونداسیون به عنوان یکی از مهم ترین اعضای سازه ای نام برده می شود. در واقع پی، بارهای قائم شامل وزن خود بنا، ستون ها، دیوارها، سقف ها و ساکنان ساختمان و همچنین بارهای افقی ناشی از باد و زلزله را دریافت کرده، آنها را به نسبت مشخص پخش می کند و به زمین انتقال می دهد. نوع فونداسیون، حجم آرماتور مصرفی و شرایط اجرایی آن می توانند بر هزینه نهایی سازه و حتی تاثیر نوسانات قیمت آهن بر بودجه پروژه اثرگذار باشند. در این مقاله به بررسی پی پلکانی، موارد اجرای آن و روش اجرای پی پلکانی می پردازیم.

پی پلکانی چیست؟

هنگامی که پی ریزی در زمین شیب دار انجام می شود، یکی از بهترین و اقتصادی ترین راه حل های موجود برای پی ریزی، اجرای “پی پلکانی” است. به این دلیل آن را اقتصادی می دانند که پی پلکانی میزان حفاری و همچنین ساخت دیوارهای زیرزمینی را به حداقل می رساند. اگر بخواهیم ابتدا بدانیم فونداسیون چیست، باید گفت فونداسیون بخشی از سازه است که بارهای ساختمان را دریافت کرده و به زمین منتقل می کند. از پی پلکانی همچنین می توان برای انتقال از پی های عمیق به پی های کم عمق و در گوشه ها و تقاطع ها استفاده کرد.

علاوه بر مواردی که اشاره شد، پی پلکانی از تغییر ناگهانی و بیش از حد سطح که می تواند باعث ضعف و در نتیجه حرکت ساختمان در سال های بعد شود، جلوگیری می کند. ساختار پی پلکانی به گونه ای است که در آن عملیات حفاری را مانند پلکان هایی با طول کم و ضخامت یکسان انجام می دهند و سپس ساختمان را روی بستر بتنی استوار می کنند. پیش از ساخت این پی، عملیات زهکشی باید با دقت انجام شود تا خطر بی ثباتی ناشی از تجمع فشار آب از بین برود.

انواع پی پلکانی

پی پلکانی را می توان بر اساس نوع فونداسیون، نحوه توزیع بار و شرایط شیب زمین به چند گروه تقسیم کرد. انتخاب هر نوع باید با توجه به هندسه ساختمان، اختلاف تراز زمین، ظرفیت باربری خاک و نتایج آزمایش خاک انجام شود؛ زیرا رفتار لایه های خاک در بخش های مختلف شیب می تواند متفاوت باشد و انتخاب نادرست ابعاد یا محل پله ها احتمال نشست نامتقارن را افزایش می دهد.

• پی نواری پلکانی: در این روش، فونداسیون نواری در امتداد دیوارها یا ردیف ستون ها به صورت چند تراز متوالی اجرا می شود. این نوع پی برای ساختمان هایی مناسب است که بارها در امتداد یک خط منتقل می شوند و شیب زمین اجازه اجرای یک پی نواری هم تراز را نمی دهد.
• پی منفرد پلکانی: زمانی استفاده می شود که ستون ها دارای پی های منفرد باشند و اختلاف ارتفاع زمین باعث قرارگیری پی ها در ترازهای متفاوت شود. در این حالت ارتباط سازه ای بین پی ها و کنترل اختلاف نشست اهمیت زیادی دارد.
• پی گسترده پلکانی: در پروژه هایی که سطح وسیعی از ساختمان نیازمند فونداسیون یکپارچه است اما زمین اختلاف تراز قابل توجهی دارد، می توان فونداسیون گسترده را در چند سطح طراحی کرد. اجرای این نوع نسبت به پی نواری یا منفرد پیچیده تر است و به تحلیل دقیق رفتار خاک و سازه نیاز دارد.
• پی پلکانی بتن مسلح: در این نوع، پله های فونداسیون همراه با شبکه آرماتور و بتن سازه ای اجرا می شوند. این روش برای ساختمان هایی با بار بیشتر مناسب است و آرماتورها باید به گونه ای طراحی شوند که انتقال نیرو میان ترازهای مختلف بدون ایجاد ضعف موضعی انجام شود.
• پی پلکانی سنگی یا بنایی: این نوع بیشتر در ساختمان های سبک، سازه های سنتی یا پروژه هایی با بار محدود دیده می شود. مصالح بنایی یا سنگ باید روی بستر پایدار اجرا شوند و استفاده از آن در ساختمان های سنگین نیازمند بررسی دقیق مهندسی است.
• پی پلکانی ترکیبی: در برخی پروژه ها به دلیل تغییر شرایط خاک، اختلاف بار ستون ها یا محدودیت های اجرایی، ممکن است از ترکیب چند نوع فونداسیون استفاده شود. طراحی چنین حالتی باید انتقال نیرو میان بخش های مختلف و تفاوت سختی آنها را در نظر بگیرد.

جدول زیر تفاوت کلی انواع متداول پی پلکانی را از نظر محل استفاده و ویژگی اجرایی نشان می دهد:

در نتیجه، شکل ظاهری پله ها تنها معیار دسته بندی یا انتخاب پی پلکانی نیست. نوع باربری ساختمان، وضعیت لایه های خاک، شیب طبیعی زمین، سطح آب زیرزمینی و امکان اجرای مناسب آرماتور و بتن باید همزمان بررسی شوند تا فونداسیون در تمام طول عمر سازه عملکرد یکنواختی داشته باشد.

کاربردهای پی پلکانی

پی پلکانی بیشتر در پروژه هایی استفاده می شود که اجرای فونداسیون در یک تراز ثابت موجب افزایش خاکبرداری، ایجاد دیوارهای حائل بلند یا افزایش هزینه ساخت شود. نحوه اجرای آن همچنین می تواند با شرایط شیب و انواع گودبرداری ساختمان ارتباط داشته باشد و باید پیش از شروع عملیات اجرایی، وضعیت پایدارسازی جداره ها و مسیر انتقال بار مشخص شود.

استفاده از پی های پلکانی در پی آجری

در ساختمان های آجری، پی پلکانی معمولا در زمین های شیب دار و زیر دیوارهای باربر اجرا می شود تا بار دیوارها به صورت مرحله ای به بستر خاک منتقل شود. در این روش، عرض پی در بخش های پایین بیشتر در نظر گرفته می شود و تغییر تراز فونداسیون به صورت تدریجی انجام می گیرد تا از ایجاد تمرکز تنش در محل شکست ارتفاع جلوگیری شود. پی آجری پلکانی بیشتر برای ساختمان های سبک و کم طبقه کاربرد دارد و اجرای آن باید روی خاک متراکم و پایدار انجام شود. همچنین کیفیت ملات، نحوه چیدمان آجرها و پیوستگی بین پله ها نقش مهمی در جلوگیری از نشست و ترک خوردگی دارند.

استفاده از پی پلکانی در پی های بتنی

در پی های بتنی، پی پلکانی معمولا با بتن مسلح اجرا می شود و برای ساختمان هایی با بار بیشتر مناسب است. در این حالت، آرماتورها باید به صورت پیوسته از بخش های مختلف پله عبور کنند تا انتقال نیرو بین ترازهای فونداسیون بدون ایجاد نقطه ضعف انجام شود. ابعاد هر پله، ارتفاع تغییر تراز، ضخامت پی و مقدار آرماتور بر اساس بار ستون ها، ظرفیت باربری خاک و شرایط شیب زمین تعیین می شوند. در ساختمان های بتنی و فولادی، اجرای صحیح این نوع فونداسیون می تواند حجم خاکبرداری را کاهش دهد و در عین حال مسیر انتقال بار سازه به زمین را کنترل کند.

اجرای پی پلکانی

اجرای پی پلکانی با برداشت دقیق شیب زمین، تعیین ترازهای فونداسیون و مشخص کردن ابعاد هر پله آغاز می شود. پس از خاکبرداری مرحله ای، کف محل اجرا باید تا رسیدن به خاک مناسب پاکسازی و در صورت نیاز متراکم شود و سپس بتن مگر اجرا گردد. ارتفاع و طول پله ها نباید به صورت تجربی انتخاب شوند، بلکه باید بر اساس نقشه سازه، ظرفیت باربری خاک، میزان بار ساختمان و اختلاف تراز زمین تعیین شوند. همچنین زهکشی اطراف پی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا تجمع آب در زمین شیب دار می تواند مقاومت خاک را کاهش داده و احتمال نشست یا ناپایداری موضعی را افزایش دهد.

پس از آماده سازی بستر، آرماتور بندی فونداسیون مطابق نقشه های اجرایی انجام می شود و میلگردها باید در محل تغییر ترازها به گونه ای قرار گیرند که پیوستگی سازه ای بین پله ها حفظ شود. طول مهاری، وصله ها، کاور بتن و تقویت نواحی تغییر ارتفاع از مهم ترین جزئیات این مرحله هستند. سپس قالب بندی و بتن ریزی تا حد امکان به صورت پیوسته انجام می شود تا در محل پله ها درز اجرایی نامناسب ایجاد نشود. کنترل تراز، تراکم صحیح بتن و عمل آوری مناسب نیز در پایان اجرا ضروری است تا پی پلکانی بتواند بارهای ساختمان را بدون ایجاد تمرکز تنش یا نشست نامتقارن به زمین منتقل کند.

روش اجرای پی پلکانی

نحوه اجرای پی پلکانی از بررسی دقیق وضعیت زمین شروع می شود و تا آماده سازی بستر، تعیین تراز پله ها، آرماتورگذاری و بتن ریزی ادامه دارد. در زمین های شیب دار، کوچک ترین خطا در تعیین ارتفاع یا محل شکست پله ها می تواند باعث توزیع نامناسب تنش و ایجاد نشست متفاوت در بخش های فونداسیون شود. به همین دلیل اجرای فونداسیون پلکانی باید کاملا مطابق نقشه سازه و اطلاعات ژئوتکنیکی انجام شود. اگر اختلاف ارتفاع زمین زیاد باشد، ممکن است علاوه بر فونداسیون به اجرای دیوار حائل برای نگهداری خاک و جلوگیری از حرکت توده خاک نیز نیاز باشد.

آزمایش خاک و بررسی شرایط زمین

اولین مرحله در اجرای پی های پلکانی شناخت وضعیت واقعی خاک است. مطالعات ژئوتکنیکی باید ظرفیت باربری، لایه بندی خاک، احتمال نشست، سطح آب زیرزمینی، مقاومت برشی و پایداری شیب را مشخص کنند. در زمین شیب دار ممکن است ویژگی خاک در قسمت بالادست و پایین دست یکسان نباشد؛ بنابراین فرض کردن مقاومت یکنواخت خاک بدون بررسی فنی می تواند باعث خطا در طراحی شود.

نتایج آزمایش خاک به مهندس کمک می کند عمق مناسب استقرار پی، ابعاد پله ها و تراز هر بخش را مشخص کند. همچنین اگر خاک در معرض رانش یا فرسایش باشد، باید قبل از شروع عملیات اصلی برای پایدارسازی آن تصمیم گیری شود. در برخی زمین ها اجرای زهکش، اصلاح خاک، افزایش عمق پی یا احداث دیوار حائل برای کنترل فشار جانبی خاک ضروری است. وجود آب زیرزمینی نیز باید جدی گرفته شود؛ زیرا افزایش فشار آب حفره ای می تواند مقاومت خاک را کاهش داده و پایداری شیب را تحت تاثیر قرار دهد.

کندن و آماده سازی محل پی ساختمان

پس از تعیین محورهای سازه و ترازهای اجرایی، مرحله کندن پی ساختمان آغاز می شود. در فونداسیون پلکانی، خاکبرداری به جای ایجاد یک سطح افقی گسترده، به صورت مرحله ای و مطابق ارتفاع پله های مشخص شده در نقشه انجام می شود. کف هر قسمت باید به خاک طبیعی مناسب یا لایه ای با مقاومت کافی برسد و خاک های دستی، سست، آلی یا متورم شونده نباید به عنوان بستر مستقیم فونداسیون باقی بمانند.

هنگام خاکبرداری باید از ایجاد بریدگی های غیرضروری و شیب های ناپایدار در اطراف گود جلوگیری شود. کف پله ها نیز باید تقریبا افقی باشد تا بار فونداسیون به سطحی پایدار منتقل شود. پس از اتمام خاکبرداری، خاک های شل از کف برداشته شده و در صورت نیاز عملیات تراکم یا اصلاح بستر انجام می شود. سپس ترازها مجددا با تجهیزات نقشه برداری کنترل می شوند تا اختلاف ارتفاع واقعی با نقشه طراحی مطابقت داشته باشد. در مرحله بعد معمولا بتن مگر اجرا می شود تا سطحی تمیز و یکنواخت برای آرماتورگذاری و اجرای فونداسیون ایجاد شود.

مراحل ساخت فونداسیون پی پلکانی

ساخت پی پلکانی باید به ترتیبی انجام شود که پیوستگی سازه در محل تغییر تراز حفظ شود. مهم ترین مراحل اجرای فونداسیون پلکانی به شرح زیر است:

1. پیاده کردن محورهای ساختمان: ابتدا محل ستون ها، دیوارها و خطوط اصلی فونداسیون با استفاده از نقشه های اجرایی روی زمین مشخص می شود.
2. تعیین تراز پله ها: ارتفاع هر پله بر اساس شیب زمین، عمق استقرار پی و نقشه سازه تعیین می شود. تغییر ارتفاع ها باید تدریجی و مطابق جزئیات طراحی باشند.
3. خاکبرداری مرحله ای: عملیات حفاری از ترازهای تعیین شده انجام می شود و کف هر بخش به صورت افقی آماده می گردد. در این مرحله نباید خاک طبیعی زیر پی بیش از مقدار لازم دست خورده شود.
4. کنترل و آماده سازی بستر: پس از خاکبرداری، کف پی از خاک های سست پاک شده و وضعیت بستر از نظر تراز، مقاومت و رطوبت بررسی می شود. در صورت نیاز، اصلاح یا متراکم سازی خاک انجام خواهد شد.
5. اجرای بتن مگر: یک لایه بتن کم عیار در زیر فونداسیون اجرا می شود تا تماس مستقیم بتن سازه ای با خاک کاهش یافته و سطح مناسب برای آرماتورگذاری فراهم شود.
6. آرماتورگذاری پله ها: میلگردهای طولی و عرضی طبق نقشه اجرا می شوند و در محل تغییر ارتفاع باید طول مهاری و پیوستگی مناسب رعایت شود. محل شکست پله یکی از نقاط حساس فونداسیون است و نباید آرماتورها بدون جزئیات طراحی در آن قطع شوند.
7. قالب بندی: قالب ها در لبه ها و محل اختلاف تراز نصب می شوند تا شکل و ابعاد پله ها در زمان بتن ریزی تغییر نکند. استحکام قالب به ویژه در بخش های عمودی پله اهمیت دارد.
8. بتن ریزی فونداسیون: بتن باید به صورت کنترل شده ریخته و به خوبی متراکم شود تا فضای خالی در اطراف میلگردها یا محل شکست پله باقی نماند. ایجاد درز اجرایی در نقاط نامناسب می تواند عملکرد یکپارچه فونداسیون را کاهش دهد.
9. عمل آوری بتن: پس از پایان بتن ریزی، بتن باید برای مدت لازم مرطوب نگه داشته شود و از خشک شدن سریع، یخ زدگی یا وارد شدن بار زودهنگام به آن جلوگیری شود.
10. زهکشی و تکمیل خاکریزی: در زمین های شیب دار باید مسیر خروج آب های سطحی و زیرسطحی پیش بینی شود. پس از کسب مقاومت کافی بتن، خاکریزی اطراف پی به صورت لایه ای و با تراکم کنترل شده انجام می شود.

در مجموع، موفقیت اجرای پی های پلکانی بیش از آنکه به شکل ظاهری پله ها وابسته باشد، به کنترل دقیق ترازها، کیفیت بستر، پیوستگی آرماتورها، بتن ریزی صحیح و مدیریت آب اطراف فونداسیون بستگی دارد. رعایت این موارد باعث می شود نیروهای سازه به صورت تدریجی و ایمن از ترازهای مختلف فونداسیون به زمین منتقل شوند.

نکات مهم در اجرای پی پلکانی

اجرای صحیح پی پلکانی نیازمند کنترل همزمان شرایط خاک، اختلاف ترازها، جزئیات آرماتورگذاری و کیفیت بتن ریزی است. از آنجا که این نوع فونداسیون معمولا در زمین های شیب دار اجرا می شود، هرگونه خطا در تعیین ابعاد پله ها یا آماده سازی بستر می تواند باعث تمرکز تنش، نشست نامتقارن یا کاهش پایداری سازه شود. مهم ترین نکات اجرایی عبارتند از:

• انجام آزمایش خاک پیش از شروع اجرا
• تعیین دقیق تراز هر پله بر اساس نقشه سازه
• پرهیز از خاکبرداری بیش از حد در زیر فونداسیون
• اجرای پله ها روی بستر طبیعی و مقاوم
• کنترل ظرفیت باربری خاک در تمام طول پی
• رعایت پیوستگی آرماتورها در محل تغییر تراز
• کنترل طول مهاری و وصله میلگردها
• اجرای دقیق بتن مگر زیر فونداسیون
• جلوگیری از ایجاد درز اجرایی نامناسب در محل پله ها
• تراکم کامل بتن در نواحی تغییر ارتفاع
• کنترل کاور بتن و فاصله آرماتورها
• پیش بینی زهکشی مناسب در زمین های شیب دار
• جلوگیری از تجمع آب در اطراف فونداسیون
• کنترل پایداری دیواره های خاکبرداری
• رعایت ابعاد و ارتفاع پله ها مطابق نقشه اجرایی
• انجام خاکریزی اطراف پی به صورت لایه ای و متراکم
• کنترل تراز نهایی فونداسیون پیش از اجرای ستون ها
• عمل آوری مناسب بتن پس از بتن ریزی
• جلوگیری از وارد شدن بار زودهنگام به فونداسیون
• نظارت مهندس سازه بر مراحل حساس اجرا

وجود پی برای جلوگیری از نشست بیش ‌از حد یا نامتقارن ساختمان و جلوگیری از ریزش و واژگونی ساختمان در اثر تحمل نکردن بارهای وارده بر آن یک امر کاملاً مهم و ضروری است. پی، انواع بسیار مختلفی دارد که “پی پلکانی” یکی از این انواع است و برای ساختمان‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که دو تراز غیر همسطح دارند. نوع مناسب پی برای هر ساختمان، متناسب با وزن ساختمان، تمامی نیروهای وارده بر آن، مقاومت فشاری زمین، نوع خاک و غیره انتخاب می‌شود. طرح‌ریزی و اجرای پی، کاری تخصصی است که نیاز به مهارت بالایی دارد و اگر به دست افراد نابلد سپرده شود، تبعات جبران ناپذیری خواهد داشت.

سوالات متداول