القواعد الضرورية لدرء مخاطر انهيار المنشآت في شرق الرياض

أصدرت الهيئة العليا لتطوير مدينة الرياض كتاباً عن قواعد تأسيس المباني على التربة الحساسة شرقي مدينة الرياض، يحتوي على الحد الأدنى من الإجراءات اللازم اتخاذها عند التأسيس على التربة الحساسة في المنطقة ويهدف إلى التقليل من مخاطر الانهيار المحتمل (الكلي أو الجزئي) للتربة، كما يطرح البدائل العلمية للتعامل مع مشكلة التربة الرسوبية النهرية القابلة للانهيار والانتفاش في المناطق الشرقية لمدينة الرياض.

تتكون التربة في شرق مدينة الرياض من نوعين هما: (التربة القابلة للانهيار) و(التربة القابلة للانتفاش). وتعرف (التربة القابلة للانهيار) بأنها نوع من التربة غير المستقرة التركيب، وتحتوي على نسبة عالية من الفراغات نتيجة طبيعة ترسبها، وفي بعض الحالات نتيجة خلوها من الحبيبات الدقيقة.

فعندما تتشبع التربة بالمياه تزيد كثافتها، وينتج عن ذلك هبوطها. كما أن هناك بعض المناطق التي تزيد فيها كمية كربونات الكالسيوم في التربة، والتي تذوب في الماء ما يؤدي إلى هبوط في التربة.

أما (التربة القابلة للانتفاش) فغالباً ما تحتوي على معدن (المونتموريلنيت) الذي ينشط عند تعرضه للرطوبة أو البلل، فعندما يتعرض هذا النوع للمياه، فإنه ينتفش «يتمدد»، ويتولد عن ذلك ضغط للأعلى على أساسات المبنى، ما قد يؤدي إلى تشقق وكسور في بعض العناصر الإنشائية.

تمثل قواعد البناء الحد الأدنى من الإجراءات اللازم اتخاذها عند التأسيس على التربة الحساسة في منطقة شرق الرياض، وذلك بغرض التقليل من مخاطر الانهيار المحتمل الكلي أو الجزئي نتيجة للحركة غير المتساوية للتربة الناتجة عن وصول المياه إليها.

صنف كتاب «قواعد تأسيس المباني على التربة الحساسة شرقي مدينة الرياض» المباني إلى مجموعتين:

  • مجموعة المباني الصغيرة، وتشمل المباني المكونة من طابق أو طابقين.
  • مجموعة المباني الضخمة، وتشمل المباني التجارية والمباني الحكومية والأسواق ومنشآت الخدمات.

وأوصى الكتاب بإجراء الاختبارات أو (الجساتالجيوتقنية) على التربة قبل البناء، باعتبار أن هذه الاختبارات ضرورية لجميع «المباني الصغيرة» المزمع إنشاؤها في المنطقة، أما إذا كانت تلك المباني تنتمي إلى مجموعة المباني الضخمة، فإنه يجب إجراء الفحوصات التي حددها الكتاب بشكل مفصل.

وتتيح قواعد البناء على التربة الحساسة للمهندسالجيوتقنياختيار تصاميم أكثر تحفظاً منالموصىبها في الكتاب.

تركيبات جيولوجية متعددة

نمت مدينة الرياض خلال العقود الثلاثة الماضية بشكل هائل في جميع الاتجاهات، لتغطي مساحات شاسعة من التركيبات الجيولوجية العديدة التي تتجه عادة من الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي محاذية لوادي حنيفة.

ويحد منطقة حوض وادي حنيفة من جهة الشرق سلسلة تلال تكوينها الأساسي من الحجر الجيري بالقرب من الطريق الدائري الشرقي، ويليها من الشرق وادي السلي، حيث يغطي قناة واسعة تجري جهة الجنوب يحدها من الشرق أرض جبلية تسمى تكوين هيت.

يتكون النظام الطبيعي للمياه الجوفية في وادي السلي من خزان عميق يعرف ب(خزان الرياض)، ويوجد في الجزء السفلي منه (تكوين العرب)، وهو قاع صخري من الحجر الجيري على عمق أكثر من 120 متراً، يعلوه أيضاً خزان آخر هو (خزان السلي) على عمق 20 متراً في التربة الرسوبية النهرية الشرقية في قاع الوادي، بميل يتراوح من 1 إلى 2 جهة الجنوب.

وتشير الدراسات إلى وجود طبقة تعلو وسط وادي السلي تسمى (تكوين الخرج) تتكون من رسوبيات نهرية متلاحمة يمكن تمييزها من خلال التصوير الجوي.

وتعرف التربة الرسوبية بأنها متغيرة بشكل ملموس، حيث من الممكن أن يكون الموقع ذو التربة القابلة للانهيار محاطاً بتربة غير قابلة للانهيار.

والفروق الظاهرية بين التربة القابلة للانهيار والتربة غير القابلة للانهيار غير ملموسة، علاوة على ذلك فإن “الاختبارات الدليلية” البسيطة لا تعطي مقاييس توضح مدى قابلية التربة للانهيار، أو مدى قابليتها للانتفاش، كما أنها لا تصلح كأساس لتصميم أساسات تؤدي دورها بكفاءة إذا أنشئت على هذه الأنواع من التربة.

أنوع التربة الحساسة للمياه

تكونت الترسباتالغرينيةالحساسة للمياه في منطقة شرق الرياض، نتيجة للجريان من التجمعات المائية الصغيرة الناتجة من الفيضانات القليلة التي حدثت على فترات متباعدة، وتمثل هذه الرسوبيات مثالاً حياً للترسبات في المناطق ذات الطقس الجاف جداً، حيث جفت المياه منها تاركة الأملاح تربط حبيبات التربة.

وتتكون هذه الترسبات من طبقات من البحص والرمل الغريني، تتفاوت في درجة ترابط الحبيبات فيما بينها، إذ يقوم الطين بالربط بين حبيبات الرمل حتى أعماق تصل إلى حوالي 15 متراً أو أكثر. أما في الحالة الجافة الطبيعية، فإن هذه الترسبات تكتسب قوى «قص» عالية يمكن مقارنتها بالصخور الضعيفة.

وعند تعرض الترسبات للمياه تضعف قوى التماسك بينها، ويعاد تشكيل التربة ما يؤدي إلى حدوث هبوط في التربة. كما توجد أنواع أخرى من التربة الرسوبية النهرية التي تتميز بخاصية التمدد الحجمي أو الانتفاش، نتيجة زيادة المحتوى الرسوبي بها، حيث إن هذه الرسوبيات النهرية تحتوي على حبيبات طينية تنتفش في حالة زيادة المحتوى الرسوبي لها، ويمكننا التفرقة بين هذين النوعين من التربة.

ومن الجدير بالذكر، أن المياه الأرضية في هذه المناطق توجد على أعماق بعيدة نسبياً.

التربة القابلة للانهيار

عند تعرض هذا النوع من التربة للتشبع بالمياه، فإن كثافتها تزيد، وينتج عن ذلك هبوط بصرف النظر عن كونها محملة بمبنى أم لا، ويرجع ذلك إلى كون هذا النوع من التربة غير مستقر التركيب، ويحتوي على نسبة عالية من الفراغات نتيجة طبيعة ترسبه، وفى بعض الحالات نتيجة خلوه من الحبيبات الدقيقة.

التربة القابلة للانتفاش

عند تعرض هذا النوع من التربة للمياه، فإنها تتمدد (تنتفش) ويتولد عن ذلك قوة ضغط يمكن أن ترفع أساسات المبنى، وبالتالي قد تؤدي إلى تشقق ومن ثم كسور في بعض العناصر الإنشائية.

وعندما يقل المحتوى الرسوبي لهذه التربة عن محتواها الرسوبي الابتدائي المرتفع نسبياً فإنها تنكمش. حيث من المعروف أن هذا النوع من التربة غالباً ما يحتوي على معدن “المونتموريلينيت” الذي ينشط عند تعرضه للرطوبة أو البلل.

أنواع المباني

صنف الكتاب المباني في المناطق المعنية في شرق الرياض إلى مجموعتين هما:

  • مجموعة المباني الصغيرة: وتشمل المباني السكنية المكونة من طابق أو طابقين، وكذلك المباني التجارية أو المباني التي لا تحتوي على قبو، ويشترط في هذه الحالة ألا يزيد حمل العمود في المبنى على 600 كيلو نيوتن (60 طناً).
  •  مجموعة المباني الضخمة: وتشمل المباني التي لم تصنف على أنها مبان صغيرة مثل:
    • المباني التجارية أو الصناعية الكبيرة…الخ
    • المباني ذات الطابع الحكومي مثل: المباني الحكومية، مكاتب البريد، المدارس، صالات الألعاب والساحات الرياضية والأسواق المركزية وساحات التسوق… الخ
    • منشآت الخدمات مثل الجسور والأبراج ومحطات توليد الطاقة ومباني معالجة المياه…الخ.

فحص المواقع

أوصى الكتاب بإجراء الاختبارات أو (الجساتالجيوتقنية) لكونها ضرورية لجميع «المباني الصغيرة» المزمع إنشاؤها في منطقة شرق الرياض، أما إذا كانت تلك المباني تنتمي إلى مجموعة «المباني الضخمة» فإنه يجب إجراء الفحوصات المحددة، حيث لا غنى عنها.

ويتوقف الهدف من إجراء فحوصات الموقعالجيوتقنيةعلى حسب حجم المبنى ونوع استخدامه.

تجرى الفحوصات أو (الجساتالجيوتقنية) من قبل جهة متخصصة في الهندسةالجيوتقنية، تكون على علم تام بالظروف الجيولوجية والهيدرولوجيةوالجيوتقنيةفي المنطقة، كما أنه ينبغي لهذه الجهة أن تكون على دراية وعلم بطبيعة المباني في المنطقة لكي يتم تجنب الأضرار المحتملة.

كما يتوقف عددالجساتونوع الاختبارات المطلوبة لأي مبنى على عدة عوامل منها: حجم المبنى، ونوع النظام الإنشائي المتبع، ونوع الأساسات، ودرجة تعقد الظروفالجيوتقنيةفي الموقع.

وبصفة عامة، يتم تحديد الحد الأدنى لعدد الاختبارات أو (الجسات) المطلوبة، على أساس القيام بتنفيذ (جسة) واحدة على الأقل لكل 300 متر مربع من مساحة القبو، بشرط ألا تتجاوز المسافة بينالجسات30 متراً، وأن يكون عمق (الجسة) أكثر من 3 أمتار أسفل مستوى التأسيس أو مستوى القبو.

ويجب تصنيف جميع طبقات التربة بكل (جسة) على هيئة قطاعات وسجلات، ومن ثم يحدد مستوى المياه الأرضية لكل (جسة)، ويراعى أن تؤخذ العينات كل1.5متر أو أقل أو عند التغير في خواص التربة.

الحد الأدنى لعدد الاختبارات المطلوبة
الاختبار المطلوب
اختبارالدمكالمعدل اختبار الدليل (حدودإيتريرج، اختبار التدرج) اختبار تحديد الكثافة بالموقع والمحتوىالرطوبي اختبار اللوح المحمل نوع المبنى
(يجرى مرة واحدة) (يجرى مرتين) يفضل إجراؤه عند موقع إجراء اختبار تحميل اللوح. (يجرى مرتين) يفضل إجراؤه عند موضع إجراء اختبار تحميل اللوح (يجرى مرة واحدة) اختبار تحميل اللوح التقليدي مبان صغيرة
(يجرى مرة واحدة)

لكل 300 متر مربع من مسطح المبنى.

(يجرى 3 مرات) لكل 300 متر مربع من مسطح المبنى، ويجرى عند مواقع اختبار تحميل اللوح* (يجرى 3 مرات) لكل 300 متر مربع من مسطح المبنى، ويجرى عند مواقع اختبار تحميل اللوح* (يجرى مرتين) اختبار تحميل اللوح التقليدي لكل 300 متر مربع من مسطح المبنى ضخمة

الحفر والخندقة للمباني

يمكن الحفر مباشرة بدون دعم جوانب التربة الرأسية إذا كانت من النوع المتماسك، ويمكن للاستشاري أو المالك أو القائم بأعماله القيام بأي من الاختبارين المشار إليهما في الجدول التالي، أو كليهما لتحديد الميول الجانبية الآمنة:

النتيجة وصف الاختبار الاختبار
اذا استمرت الجوانب الرأسية دون انهيار بدون تدعيم لمدة 5 أيام على الأقل، فإن التربة بالموقع يمكن حفرها بدون الحاجة إلى تدعيمالحوائط، لأنها اجتازت اختبار رقم 1. يتم حفر خندق بعمق 4 امتار على الأقل وبطول ١٢ مترا أو أكثر ويعاد الاختبار لكل نوع من التربة التي توجد بالموقع. ١
اذا استمرت الحواف الرأسية دون انهيار بدون تدعيم لمدة 5 أيام على الأقل، فإن التربة بالموقع يمكن حفرها بدون الحاجة إلى تدعيمالحوائطلأنها احتازت اختار رقم 2. يتم حفر خندق بعمق 3 امتار على الأقل وبطول 10 أمتار أو أكثر، ويعاد الاختبار لكل نوع من التربة التي توجد بالموقع. ٢

الحفر غير المدعم

إذا كان المبنى المراد إنشاؤه قريباً من مبان أخرى أو طرق أو أية خدمات أخرى، فإن أقصى ميل مسموح به يجب اختياره من الرسم التالي، بشرط ألا يتجاوز عمق الحفر 8 أمتار، أما إذا زاد عمق الحفر على 8 أمتار، فإنه يجب الاستعانة بمهندسجيوتقنيلتصميم الميل الملائم.

ويمكن أن تكون الميول مستوية أو متدرجة بشرط ألا تتجاوز الميل المتوسط المسموح به، ويجب ملاحظة أنه في حالة الحفر بالميل السلمي على عدة خطوات، فإن الميل الأقصى المسموح به يشترط ألا يتعدى عمق الخطوة الواحدة متراً واحداً.

الحفر بنظام التدعيم

يتم اعتماد الحفر بنظام التدعيم، إذا كانت المباني المجاورة تعوق استخدام نظام الحفر المائل، لاسيما إذا كان عمق الحفر كبيرًا بدرجة لا تسمح بأن يكون الميل غير المدعم مستقراً، ويستخدم في تدعيمالحوائطأي مواد ملائمة مثل: الخشب، الحديد،الألومونيوم، الخرسانة المسلحة…الخ.

ويحتوي الشكل التالي على بعض نماذج للحفر بهذا النظام، وينبغي أن يصمم نظام التدعيم بحيث يتحمل الضغط الجانبي الناتج عن ضغط التربة.

المياه الأرضية وتصريفها

  • حالات المباني الصغيرة إذا أظهرت فحوصات الموقع وجود مياه أرضية، وكان من الضروري النزول بمستوى التأسيس، وبالتالي بأعمال الحفر، إلى مستوى أدنى من مستوى المياه الأرضية، فإنه ينبغي تصريف المياه الأرضية أثناء عمليات الحفر وأثناء إنشاء الأساسات، ويتم ذلك باستخدام المضخات.

كما يجب العناية التامة وإلى أقصى الحدود بعمليات الحفر، من أجل الحفاظ على الميل الجانبي للحفر، كما ينبغي ألا يزيد عمق الحفر أسفل مستوى المياه الأرضية عن1.5متر، وفى حالة تجاوز عمق الحفر هذا الحد، فإنه يجب تطبيق قواعد البناء الخاصة بالمباني الضخمة.

  • حالات المباني الضخمة يلزم الاستعانة باستشاريجيوتقني/هيدروجيولوجيلتصميم نظام التصريف، إذا كان مستوى التأسيس أو مستوى القبو أدنى من مستوى المياه الأرضية بالموقع. كما ينبغي أن يحتوي التقرير الهندسي الخاص بنظام التصريف على توصيات محددة وتحليل للنتائج فيما يخص كلاً من:
    • تصميم وإنشاء نظام الصرف.
    • الرسومات الهندسية للنظام المقترح.
    • برنامج حصر ومراقبة المباني تحت التنفيذ والمباني القائمة المجاورة لتحديد الأضرار التي قد تلحق بها بسبب عمليات التصريف.

كما يجب أن يذكر صراحة في التقرير المقدم للحصول على الفسح، أن الاستشاري المسؤول سيقوم بالإـشراف على إنشاء نظام التصريف ومتابعته. وعند موافقة البلدية على النظام المعتمد فإنه يصبح جزءاً لا يتجزأ من تصميم المبنى، وعلى المالك التأكد من أن التصميم الإنشائي سوف يأخذ في الاعتبار جميع النتائج والتوصيات التي جاءت بتقرير الاستشاريالجيوتقني/الهيدروجيولوجي.

تأثير تصريف المياه الأرضية

يجب أن يتم تصريف المياه الأرضية بحيث لا تلحق أية أضرار بالمباني المجاورة أو بعمليات الحفر أو الخدمات الأخرى. كما ينبغي على المسؤول عن عمليات صرف المياه الأرضية الاحتفاظ بسجل مراحل عمليات التصريف. ويجب أن يحتوي السجل على مستوى المياه الأرضية في كل بئر.

نظام التصريف الدائم للمياه الأرضية

لا ينصح باستخدام نظام تصريف دائم للمباني الجديدة أو المزمع إنشاؤها، لكن بالنسبة للمباني القائمة، فستقوم البلدية بتقييم النظام الدائم المقترح قبل إعطاء الموافقة عليه، شريطة أن يفي النظام المقترح بالمتطلبات الآتية:

  • تقرير مفصل عن التصميم معد من قبلالجيوتقني/الهيدروجيولوجي.
  • أن ينص في التقرير على أن الاستشاريالجيوتقني/الهيدروجيولوجيسوف يقوم بالإـشراف على إنشاء نظام التصريف.
  • أن يقوم المالك بمراقبة عمليات تشغيل النظام لمدة عام على الأقل، وكذلك مراقبة المبنى وكل الخدمات والمباني المجاورة، إذا كان هبوط المياه في حدود1.5متر أو أكثر.

وفي حالة تنفيذ نظام لـصرف المياه الأرضية يجب أن يقدم برنامج متكامل للبلدية يوضح فيه عدد مرات تشغيل المضخات والفترة الزمنية لكل مرة وحجم المياه المتوقع ضخها، وكذلك طريقة التخلص من المياه المسحوبة من باطن الأرض.

تصميم الأساسات

استعرض كتاب «قواعد تأسيس المباني على التربة الحساسة شرقي مدينة الرياض» متطلبات تصميم الأساسات غير العميقة، سواء في مناطق التربة القابلة للانهيار، أو في التربة القابلة للانتفاش، وشرح الإجراءات الوقائية أو احتياطات خاصة لمنع وصول المياه للموقع، وذلك في حدود المسموح به لتجنب المخاطرة.

كما تناول المتطلبات الأساسية لتصميم الأساسات والخطوات التسلسلية للتصميم، ونوعية الخرسانة الجيدة من حيث قوة تحملها، ومقاومتها للتفاعلات الكيميائية لمكونات المياه الأرضية والمواد الموجودة فيها، وضرورة مطابقتها للمواصفات السعودية.

العزل للمياه

أما فيما يتعلق بالعزل للمياه، فشرح الكتاب كيفية عزل الخرسانات عن التربة باستخدام المواد العازلة في مختلف الحالات، إضافة إلى شرح صيغ عزلالحوائطالساندة في حالة وجود قبو، وطرق التعامل مع مواد إعادة الردم تحت الأساسات أو أسفل بلاطة القبو.

خزانات المياه والمسابح

بصفة عامة، لا ينصح بإنشاء خزان تحت الأرض للمياه في المناطق التي تكون فيها إمدادات المياه في المدينة مستمرة وكافية من ناحية الكمية والضغط.

أما إذا قرر الاستشاري المصمم إنشاء خزان أرضي للمياه، فإن سعته يجب أن تحدد على حسب عدد الوحدات السكنية، ووفق الضوابط التي شرحها الكتاب، التي تشمل متطلبات التصميم، وطرق اختيار مواد الإنشاء واختبارها، وشروط أعمال السباكة وأعمال إعادة الردم، ومتطلبات تزويد المناطق المزروعة بنظام للصرف، إلى جانب صيغ خطوط إمدادات المياه، وتصميم الصرف السطحي والصرف تحت الأرضي.