مقایسه روش های اجرای فونداسیون بیمارستان

فونداسیون یا پی، شالوده و قلب تپنده پایداری هر سازه است. وظیفه این عضو حیاتی، انتقال ایمن بارهای ساختمان به زمین است. در شرایطی که لایه‌های سطحی خاک از مقاومت کافی برای تحمل این بارها برخوردار نباشند، مهندسان به سراغ فونداسیون‌های عمیق می‌روند؛ راهکاری که بار سازه را از خاک ضعیف عبور داده و به لایه‌های مستحکم‌تر در اعماق زمین منتقل می‌کند. اگرچه اصول مهندسی این روش‌ها (مانند اجرای شمع یا سرشمع) در تمام پروژه‌ها یکسان است، اما کاربرد و نحوه اجرای آن‌ها زمانی که پای دو کاربری کاملاً متفاوت مانند بیمارستان و مدرسه به میان می‌آید، دنیایی از تفاوت‌های فنی و اجرایی را آشکار می‌سازد.

یک مدرسه، کانونی برای آموزش و پرورش نسل آینده است و یک بیمارستان، پناهگاهی برای درمان و نجات جان انسان‌ها. این تفاوت عمیق در کاربری، مستقیماً بر الزامات طراحی و اجرای فونداسیون آن‌ها تأثیر می‌گذارد. در این مقاله، به مقایسه تخصصی روش‌های اجرای فونداسیون عمیق در این دو نوع پروژه حیاتی می‌پردازیم و نشان می‌دهیم که چرا حساسیت‌ها، دقت و تکنولوژی‌های به کار رفته در یک پروژه بیمارستانی، بسیار فراتر از الزامات یک پروژه آموزشی است.

تحلیل بارهای وارده و تفاوت در وزن و حساسیت

اولین و اساسی‌ترین تفاوت میان این دو سازه، در نوع و مقیاس بارهایی است که فونداسیون باید تحمل کند. این بارها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: بارهای مرده (وزن خود سازه و اجزای ثابت) و بارهای زنده (وزن افراد، تجهیزات متحرک و…).

در مدرسه، بارها عمدتاً یکنواخت و قابل پیش‌بینی هستند. بار مرده شامل وزن اسکلت، دیوارها و سقف‌هاست و بار زنده به وزن دانش‌آموزان، میز و نیمکت و تجهیزات آموزشی محدود می‌شود. این بارها به صورت گسترده در سطح طبقات توزیع شده و نقاط تمرکز بار شدید، به ندرت دیده می‌شود. در نتیجه، طراحی فونداسیون بر اساس یک الگوی بارگذاری نسبتاً ساده و استاندارد انجام می‌شود.

در مقابل، بیمارستان یک غول سنگین‌وزن با بارهای بسیار سنگین، نامتقارن و متمرکز است. علاوه بر وزن سازه‌ای که اغلب به دلیل تعداد طبقات بیشتر و دهانه‌های بزرگ‌تر، سنگین‌تر است، بیمارستان‌ها میزبان تجهیزات پزشکی فوق‌سنگینی هستند که بارهای متمرکز عظیمی را به فونداسیون وارد می‌کنند. دستگاه‌های MRI، سی‌تی اسکن، و به‌ویژه شتاب‌دهنده‌های خطی (برای پرتودرمانی) که در اتاق‌هایی با دیوارهای بتنی ضخیم (شیلدینگ) قرار دارند، وزن‌هایی معادل ده‌ها تن را بر نقاط مشخصی از سازه تحمیل می‌کنند. علاوه بر این، تأسیسات مکانیکی و الکتریکی (MEP) یک بیمارستان، شامل چیلرهای بزرگ، دیزل‌ژنراتورهای سنگین و سیستم‌های پیچیده تهویه، خود به عنوان منابع بار مرده قابل توجهی عمل می‌کنند. این پیچیدگی در بارگذاری، نیازمند تحلیل‌های ژئوتکنیکی و سازه‌ای بسیار دقیق‌تری برای طراحی فونداسیون عمیق است.

کلاس درس و اتاق عمل؛ حساس به لرزش و نشست

شاید مهم‌ترین وجه تمایز عملکردی این دو سازه، حساسیت آن‌ها به نشست تفاضلی (Differential Settlement) و ارتعاشات باشد. نشست تفاضلی به وضعیتی گفته می‌شود که در آن، بخش‌های مختلف فونداسیون به اندازه‌های متفاوتی نشست می‌کنند.

در یک مدرسه، مقدار کمی نشست تفاضلی، تا زمانی که ایمنی کلی سازه را به خطر نیندازد، معمولاً قابل قبول است و تأثیر عملکردی خاصی ندارد. نگرانی اصلی، جلوگیری از ترک‌های بزرگ ساختاری است. همچنین، ارتعاشات ناشی از فعالیت‌های ساختمانی در مجاورت مدرسه (در صورتی که در دوران تعطیلات انجام شود) چالش بزرگی محسوب نمی‌شود.

اما در بیمارستان، حساسیت به این دو پدیده در حد حداکثری است. کوچک‌ترین نشست تفاضلی در زیر اتاق یک دستگاه MRI یا CT-Scan می‌تواند منجر به خارج شدن این دستگاه‌ها از کالیبراسیون دقیق خود شود و عملاً آن‌ها را بلااستفاده کند. این تجهیزات گران‌قیمت، تلورانس حرکتی نزدیک به صفر دارند. علاوه بر این، نشست نامتقارن می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های مویی در کف‌ها و دیوارها شود؛ این ترک‌ها محل مناسبی برای تجمع باکتری‌ها و به خطر افتادن محیط استریل بیمارستان هستند.

ارتعاشات نیز در محیط بیمارستانی یک عامل بسیار مخرب است. اجرای فونداسیون عمیق، به‌ویژه با روش‌های کوبشی، می‌تواند ارتعاشاتی تولید کند که نه تنها آسایش بیماران را مختل می‌کند، بلکه بر عملکرد تجهیزات حساس الکترونیکی و آزمایشگاهی نیز تأثیر منفی می‌گذارد. این موضوع، به ویژه در پروژه‌های بازسازی بیمارستان از طراحی تا اجرا که عملیات ساختمانی در کنار بخش‌های فعال بیمارستان انجام می‌شود، به یک چالش بزرگ تبدیل می‌گردد.

انتخاب نوع شمع و روش اجرا

بر اساس تفاوت در بارگذاری و حساسیت‌های عملکردی، نوع و روش اجرای فونداسیون عمیق نیز در این دو پروژه متفاوت خواهد بود.

برای مدرسه، در صورتی که شرایط ژئوتکنیکی اجازه دهد، می‌توان از روش‌های اقتصادی‌تر و سریع‌تر مانند شمع‌های کوبشی پیش‌ساخته بتنی یا فولادی (Driven Piles) استفاده کرد. این شمع‌ها در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه با استفاده از چکش‌های قدرتمند به داخل زمین کوبیده می‌شوند. اگرچه این روش پر سر و صدا و همراه با ارتعاش است، اما به دلیل سرعت بالا و هزینه کمتر، برای پروژه‌هایی مانند مدرسه که حساسیت کمتری دارند، گزینه محبوبی است.

در پروژه‌های بیمارستانی، رویکرد کاملاً متفاوت است. اولویت با روش‌های کم‌ارتعاش و با ظرفیت باربری بالا است. متداول‌ترین گزینه در این پروژه‌ها، شمع‌های درجا ریز (Bored Piles یا Caissons) است.

در این روش، ابتدا یک چاه به قطر و عمق مشخص توسط دستگاه‌های حفاری غول‌پیکر حفر می‌شود، سپس قفسه آرماتور در آن قرار گرفته و در نهایت با بتن پر می‌شود. این روش تقریباً هیچ‌گونه ارتعاشی در محیط اطراف ایجاد نمی‌کند و امکان اجرای شمع‌هایی با قطر بسیار بزرگ و ظرفیت باربری چندین هزار تن را فراهم می‌آورد که برای تحمل بارهای سنگین و متمرکز بیمارستان ایده‌آل است. اجرای چنین شمع‌هایی نیازمند تجهیزات حفاری پیشرفته و تیم‌های اجرایی بسیار باتجربه است؛ ظرفیتی که شرکت‌های متخصص در حوزه درمان مانند شرکت انبوه‌سازی جهان پیکر صبا با تکیه بر ناوگان ماشین‌آلات تخصصی خود، آن را فراهم می‌کنند. در موارد خاص، برای دیوارهای حائل گودبرداری‌های عمیق و بخشی از سیستم فونداسیون، از دیوارهای دیافراگمی (Diaphragm Walls) نیز استفاده می‌شود که یکی از پیچیده‌ترین و تخصصی‌ترین روش‌های پایدارسازی و پی‌سازی است.

چالش‌های اجرایی در محیط‌های شهری و فعال

محل احداث پروژه، چالش‌های اجرایی متفاوتی را به خصوص در حوزه فونداسیون‌های عمیق به وجود می‌آورد. مدارس گاهی در مناطق حاشیه‌ای یا زمین‌های باز ساخته می‌شوند، اما بیمارستان‌ها، به‌ویژه پروژه‌های توسعه و بازسازی، اغلب در قلب مناطق پرتراکم شهری و در مجاورت ساختمان‌های فعال قرار دارند.

کنترل صدا و ارتعاش: همانطور که ذکر شد، در پروژه‌های بیمارستانی این یک الزام حیاتی برای حفظ آرامش بیماران و عملکرد صحیح تجهیزات است. پیمانکار باید از روش‌های حفاری به جای کوبش استفاده کرده و برنامه‌ریزی دقیقی برای کاهش آلودگی صوتی داشته باشد.
مدیریت لجستیک و فضای محدود: استقرار دستگاه‌های حفاری بزرگ، دپوی مصالح و رفت‌وآمد ماشین‌آلات سنگین در فضای کاری کوچک و محدود یک بیمارستان فعال، نیازمند یک برنامه لجستیکی بسیار دقیق است تا اختلالی در دسترسی آمبولانس‌ها و مراجعین ایجاد نشود.
حفظ ایمنی و کنترل عفونت: جلوگیری از پراکنده شدن گرد و خاک حاصل از حفاری و گودبرداری به داخل بخش‌های درمانی، یک اولویت بهداشتی است و نیازمند تمهیدات ویژه‌ای مانند حصارکشی ایزوله و شستشوی مداوم ماشین‌آلات است.
هماهنگی با عملیات بیمارستان: پیمانکار باید در تعامل کامل با مدیریت بیمارستان باشد و زمان‌بندی فعالیت‌های پرخطر یا پر سر و صدا را به ساعاتی منتقل کند که کمترین تأثیر را بر روند درمان بیماران داشته باشد.

در پروژه‌های مدرسه‌سازی، این چالش‌ها با شدت کمتری وجود دارند و معمولاً با زمان‌بندی عمده عملیات ساختمانی در تعطیلات تابستان، می‌توان بسیاری از این محدودیت‌ها را مدیریت کرد.

مطلب پیشنهادی: بازسازی بیمارستان از طراحی تا اجرا

کنترل کیفیت و تضمین اجرا

تضمین کیفیت اجرای فونداسیون عمیق، مرحله‌ای حیاتی برای اطمینان از عملکرد صحیح آن در طول عمر سازه است.

در پروژه‌های مدرسه‌سازی، کنترل کیفیت معمولاً شامل بازرسی‌های چشمی، کنترل مشخصات مصالح (بتن و فولاد) و انجام آزمایش‌های روتین بر اساس آیین‌نامه‌ها است. هدف اصلی، اطمینان از تطابق اجرا با نقشه‌های طراحی و حداقل الزامات استاندارد است.

اما در پروژه‌های بیمارستانی، سطح کنترل کیفیت و آزمایش‌ها به مراتب سخت‌گیرانه‌تر و گسترده‌تر است. به دلیل حساسیت بالا و بارهای سنگین، کارفرما و مهندسان مشاور نیازمند اطمینان قطعی از ظرفیت باربری هر یک از شمع‌ها هستند. برای این منظور، از آزمایش‌های پیشرفته‌ای استفاده می‌شود:

آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع (Static Pile Load Test): در این آزمایش، یک یا چند شمع به صورت واقعی و با جک‌های هیدرولیک قدرتمند، تحت باری بسیار بیشتر از بار طراحی قرار می‌گیرند تا رفتار و ظرفیت باربری نهایی آن‌ها به دقت اندازه‌گیری شود.
آزمایش‌های دینامیکی (Dynamic Load Test و PDA): روش‌هایی سریع‌تر برای ارزیابی ظرفیت باربری تعداد بیشتری از شمع‌ها.
آزمایش‌های یکپارچگی شمع (Integrity Tests مانند Crosshole Sonic Logging و PIT): این آزمایش‌ها برای اطمینان از عدم وجود حفره، ترک یا نقص در بدنه بتنی شمع‌های درجا ریز انجام می‌شوند.

این سطح از دقت و کنترل، تضمین می‌کند که فونداسیون بیمارستان، به عنوان زیربنای یک سرمایه‌گذاری عظیم ملی، از پایداری لازم برای دستیابی به استاندارد عمر مفید بیمارستان‌ها و حتی فراتر از آن برخوردار باشد.

عوامل اقتصادی و زمان‌بندی

در نهایت، عوامل اقتصادی و زمانی نیز در انتخاب روش اجرای فونداسیون تأثیرگذارند.

در پروژه‌های مدرسه، هزینه و سرعت اغلب از اولویت‌های اصلی هستند. کارفرما (که معمولاً دولت یا نهادهای عمومی است) به دنبال اتمام پروژه با کمترین هزینه ممکن و در سریع‌ترین زمان برای رسیدن به سال تحصیلی جدید است. این امر، پیمانکاران را به سمت انتخاب روش‌های سریع‌تر و ارزان‌تر (در صورت امکان فنی) سوق می‌دهد.

در پروژه‌های بیمارستانی، اگرچه زمان و هزینه همچنان مهم هستند، اما کیفیت، اطمینان و کاهش ریسک در اولویت بالاتری قرار دارند. هزینه‌های ناشی از یک شکست یا اجرای نامناسب فونداسیون در یک بیمارستان (چه از نظر مالی و چه از نظر جانی) به قدری گزاف است که سرمایه‌گذاری بیشتر برای استفاده از روش‌های مطمئن‌تر و انجام آزمایش‌های دقیق‌تر، کاملاً توجیه‌پذیر است. فرآیند ساخت بیمارستان، از فونداسیون تا بهره‌برداری، یک مسیر پیچیده و طولانی است که در چارچوب ۱۰ مرحله پیمانکاری تا بهره برداری بیمارستان تعریف می‌شود و فونداسیون، حیاتی‌ترین گام در این مسیر است. در مدل‌های مالی مختلف، اعم از پیمانکاری دولتی یا پروژه‌های مشارکت در ساخت، هیچ‌کدام از طرفین حاضر به پذیرش ریسک در این بخش بنیادین از پروژه نیستند.