مناسيب التأسيس وقاع الحفر

 

الطريقة و المنهجية الهندسية لتحديد مناسيب التأسيس وقاع الحفر في المشاريع الإنشائية

تُعد الأساسات والعمليات الجيوتقنية المرتبطة بها العصب الرئيسي لأي مشروع إنشائي، حيث تمثل نقطة التلاقي الحرجة بين التصميم النظري والواقع الجيولوجي للموقع(طبيعة الارض)الذي سيقام عليه المشروع .

وهنا يبرز مصطلحان جوهريان يمثلان حجر الزاوية في التخطيط والتنفيذ المالي والزمني للمشروع: 

منسوب التأسيس (Foundation Level) ومنسوب قاع الحفر (Excavation Level). على الرغم من استخدامهما المتبادل أحيانًا في الأحاديث غير الفنية، إلا أن الفروق الهندسية الدقيقة بينهما تحمل تبعات إنشائية واقتصادية هائلة. إن الخلط بين هذين المنسوبين، أو الخطأ في حسابهما، لا يؤدي فقط إلى هدر مالي ناتج عن كميات حفر أو ردم غير ضرورية، بل قد يمتد ليشمل مخاطر كارثية تتعلق باستقرار المنشأ، الهبوط التفاضلي، وانهيار التربة أسفل الأساسات.

اولا : الإطار المفاهيمي والتعريفات الهندسية الدقيقة

لفهم العلاقة بين منسوب التأسيس وقاع الحفر، يجب أولاً تفكيك كل مصطلح إلى عناصره الأولية وفهم وظيفته داخل الهيكل الإنشائي.

1- منسوب التأسيس (Foundation Level - FL)

منسوب التأسيس هو المستوى الأفقي الهندسي الذي يتم عنده نقل أحمال المنشأ بالكامل إلى طبقة التربة الصالحة لتحمل هذه الأحمال (Bearing Stratum). هذا المنسوب ليس مجرد رقم عشوائي، بل هو قرار تصميمي بحت يصدر عن استشاري التربة والأساسات بناءً على دراسات مستفيضة لخواص التربة.

 من الناحية الفيزيائية، يمثل منسوب التأسيس السطح البيني (Interface) الفاصل بين "المنشأ الصناعي" و"الوسط الطبيعي". هذا السطح يجب أن يحقق شرطين أساسيين:

-  الأمان ضد الانهيار بالقص (Shear Failure Safety): يجب أن تكون التربة عند هذا المنسوب قادرة على تحمل الإجهادات المنقولة دون حدوث انهيار في قوام التربة.

-الأمان ضد الهبوط (Settlement Safety): يجب أن يكون الهبوط المتوقع عند هذا المنسوب، سواء كان فوريًا أو طويل الأمد، في الحدود المسموح بها بالكود لضمان سلامة الوصلات والتشطيبات.

 المحددات لمنسوب التأسيس

يتم تحديد هذا المنسوب بناءً على عدة عوامل متداخلة:

عمق الطبقة الصالحة: قد تكون التربة السطحية عبارة عن ردميات عشوائية أو تربة عضوية لا تصلح للتأسيس، مما يفرض النزول لعمق أكبر حتي نصل الي تربة صالحة لتاسيس.

الحماية من العوامل البيئية: ينص الكود المصري على حد أدنى لعمق التأسيس لحماية الأساسات من التغيرات الحجمية الناتجة عن تعاقب الجفاف والرطوبة، أو من تأثير الصقيع في المناطق الباردة، وعادة ما يتراوح هذا الحد الأدنى بين 0.80 متر إلى 1.50 متر في الظروف العادية.

أساسات الجيران: يلعب منسوب تأسيس المباني المجاورة دورًا حاسمًا؛ حيث يُحظر التأسيس على منسوب أعلى من الجار إذا كان الفارق كبيرًا دون تدعيم، لتجنب تحميل تربة الجار بإجهادات إضافية.

 

2- منسوب قاع الحفر (Excavation Level - EL)

منسوب قاع الحفر هو المستوى الطبوغرافي الذي تصل إليه معدات الحفر (Hode/Excavator) لتحقيق الفراغ اللازم لإنشاء الأساسات أو لتنفيذ معالجات التربة. هو المنسوب التنفيذي "الخام" الذي يقف عليه المساح لاستلام الأرضية قبل وضع أي مادة بناء.

في حين أن منسوب التأسيس هو "هدف" تصميمي، فإن منسوب قاع الحفر هو "وسيلة" تنفيذية. قد يتطابق المنسوبان في حالة التأسيس المباشر على التربة الطبيعية الصالحة، ولكنهما يختلفان جذريًا في حالة وجود طبقات إحلال أو فرشات نظافة غير إنشائية.

3 -معادلة العلاقة الجدلية بين المنسوبين

يمكن صياغة العلاقة بين المنسوبين في إطار رياضي يحكمه نوع طبقات التأسيس المستخدمة:

الحالة التصميمية	العلاقة الرياضية	التفسير الهندسي
تأسيس مباشر (بدون إحلال)	EL = FL	قاع الحفر هو نفسه السطح الذي يصب عليه الخرسانة العادية (الأساس).
تأسيس مع إحلال (Soil Replacement)	EL = FL - {rep}	يجب الحفر لعمق إضافي لاستيعاب سمك طبقة الإحلال ({rep}) ثم الردم للوصول لمنسوب التأسيس.
تأسيس مع فرشة نظافة (Non-structural PC)	EL = FL_RC - _{pc}	إذا كانت العادية غير إنشائية، فإن منسوب التأسيس التصميمي هو قاع المسلحة (FL_RC)، والحفر يتم لعمق العادية لصبها كفرشة نظافة.

===============================================

ثانيا: المرجعية الجيوتقنية ودور تقرير التربة

لا يمكن فصل الحديث عن المناسيب عن الوثيقة الحاكمة للمشروع: تقرير أبحاث التربة (Geotechnical Investigation Report). هذا التقرير هو الدستور الذي يحدد العلاقة بين المبنى والأرض.

1 -منهجية استكشاف الموقع (Site Investigation)

تبدأ العملية بإجراء الجسات (Boreholes)، وهي حفر اختبارية عميقة يتم تنفيذها في نقاط محددة بالموقع لأخذ عينات من طبقات التربة المختلفة.

 يتم تحليل هذه العينات معمليًا لتحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية، بالإضافة إلى إجراء اختبارات حقلية مثل اختبار الاختراق القياسي (SPT) لتحديد كثافة التربة الرملية وزاوية الاحتكاك الداخلي.

2 -مخرجات التقرير المؤثرة على المناسيب

يقدم التقرير توصيات صريحة تؤثر مباشرًة على تحديد منسوب قاع الحفر:

1. توصية منسوب التأسيس: ينص التقرير عادةً بعبارة: "يتم التأسيس على طبقة من الرمل المتماسك عند عمق لا يقل عن 1.5 متر من منسوب الصفر المعماري أو الأرض الطبيعية أيهما أقل". هذه العبارة "أيهما أقل" تعتبر قيدًا هندسيًا لمنع التأسيس السطحي في حال كانت الأرض الطبيعية مرتفعة جدًا عن الشارع.

2. نوع الأساسات: يحدد التقرير ما إذا كانت الأساسات سطحية (قواعد منفصلة/لبشة) أو عميقة (خوازيق). في حالة الخوازيق، يصبح مفهوم منسوب التأسيس مرتبطًا بمنسوب "هامة الخازوق" (Pile Cap) وليس سن الخازوق.

3. توصيات الإحلال: إذا كشفت الجسات عن وجود تربة انتفاشية أو انهيارية في المترين الأولين، سيوصي التقرير بإزالتها بالكامل (حفر زائد) واستبدالها بتربة إحلال، مما يغير منسوب قاع الحفر جذريًا عن منسوب التأسيس النهائي.

3 -التربة الانتفاشية ومشاكل المناسيب

في حال وجود تربة انتفاشية (Expansive Soil)، يواجه المهندس تحديًا خاصًا. هذه التربة تتمدد بقوة هائلة عند تعرضها للرطوبة، مما يسبب رفع المبنى وتشقق العناصر الإنشائية. الحل الهندسي غالبًا يتطلب:

-حفر التربة الانتفاشية لعمق قد يصل إلى 1.5 أو 2.0 متر أسفل منسوب التأسيس المقترح.

-استبدالها بطبقات رمل نظيف متدرج لتعمل كوسادة (Cushion) تمتص صدمات التمدد وتمنع وصول المياه للتربة الأصلية.

-هنا، يصبح منسوب قاع الحفر = منسوب التأسيس - سمك طبقة الإحلال.

===============================================

ثالثا: الرياضيات الهندسية للمناسيب (Calculations of Levels)

يُعد حساب المناسيب عملية حسابية دقيقة لا تقبل الخطأ، تعتمد على التنسيق بين المخططات المعمارية والإنشائية وتقرير التربة.

1 -مفهوم الصفر المعماري (Architectural Zero Level)

هو المستوى المرجعي الثابت للمشروع، وعادة ما يتم ربطه بمنسوب ثابت في الموقع مثل غطاء بالوعة صرف صحي في منتصف الطريق، أو نقطة مساحية معلومة (روبير) تم نقلها من الشبكة الجيوديسية للمدينة.

• في المخططات، يُرمز له بالمنسوب (±0.00).

• جميع المناسيب الأخرى تُنسب إليه (مثلاً: سقف الدور الأول +4.50، منسوب التأسيس -2.00).

2 -التسلسل الحسابي لتحديد منسوب قاع الحفر

لنأخذ مثالاً عمليًا شاملاً لتوضيح المنهجية الحسابية :

المعطيات:

• منسوب الصفر المعماري (الرصيف) = ±0.00.

• المبنى يرتفع عن الرصيف بعدد 3 درجات (ارتفاع الدرجة 15 سم) ليصل لمنسوب الدور الأرضي.

• سمك بلاطة الأرضية والتشطيب = 10 سم.

• تقرير التربة يوصي بالتأسيس على عمق 2.0 متر من الصفر المعماري.

• سمك الخرسانة العادية = 30 سم (خرسانة إنشائية).

• سمك الخرسانة المسلحة = 60 سم.

• تقرير التربة يوصي بعمل إحلال بسمك 0.50 متر.

خطوات الحساب:

تحديد منسوب التأسيس (Foundation Level - FL):

بما أن التقرير حدد التأسيس على عمق 2.0 متر من الصفر المعماري، فإن:

FL = 0.00 - 2.00 = -2.00 

(هذا هو المنسوب الذي يجب أن تستقر عليه الخرسانة العادية).

1. التحقق من المناسيب المعمارية (Back-calculation check):

منسوب تشطيب الأرضي = 0.00 + (0.15*3) = +0.45

منسوب ظهر الخرسانة المسلحة (بفرض وجود ردميات أسفل البلاط) = يعتمد على ارتفاع "رقبة العمود".

لكن الأهم هو الالتزام بتقرير التربة (-2.00).

 

1. تحديد منسوب قاع الحفر (Excavation Level - EL):

   بما أن هناك طبقة إحلال بسمك 0.50 متر أسفل الأساسات، يجب الحفر لعمق إضافي.

   EL = FL - {Thickness of Replacement}
   EL = -2.00 - 0.50 = -2.50 m

النتيجة: يجب على المقاول الحفر حتى منسوب -2.50 متر، ثم توريد رمل ودمكه لارتفاع 0.50 متر للوصول للمنسوب -2.00 متر، ثم صب الخرسانة العادية.

3 -جداول مقارنة المناسيب في حالات مختلفة

العنصر	الحالة (1): تأسيس مباشر	الحالة (2): تأسيس مع إحلال 1م	الحالة (3): تأسيس مع إحلال 1م + فرشة نظافة
منسوب الصفر المعماري	±0.00	±0.00	±0.00
منسوب التأسيس (تقرير التربة)	-1.50	-1.50	-1.50
سمك الخرسانة العادية	0.40 (إنشائية)	0.40 (إنشائية)	0.10 (نظافة - غير محسوبة)
سمك الإحلال	0.00	1.00	1.00
منسوب قاع الحفر (EL)	-1.50	-2.50	-2.60 *

* ملاحظة في الحالة (3): إذا كانت العادية مجرد فرشة نظافة (10 سم)، فإن منسوب التأسيس الفعال إنشائيًا هو قاع المسلحة. إذا اعتبر الاستشاري أن (-1.50) هو منسوب ارتكاز المسلحة، فإننا نحتاج لطبقة نظافة أسفلها (10 سم) وطبقة إحلال (100 سم). الحساب: -1.50 (قاع مسلحة) - 0.10 (عادية) - 1.00 (إحلال) = -2.60 متر..

===============================================

رابعا: إشكالية الخرسانة العادية (Plain Concrete) - فرشة أم أساس؟

تُعد وظيفة الخرسانة العادية المحدد الرئيسي لتفسير "منسوب التأسيس" في اللوحات الإنشائية.
 يحسم الكود المصري للخرسانة (ECP 203) هذا الجدل بناءً على السمك.

1 -الخرسانة العادية كفرشة نظافة (Blinding Concrete)

عندما يكون سمك طبقة الخرسانة العادية أقل من 20 سم (غالبًا 10-15 سم)، فإنها تُصنف كفرشة نظافة.

الوظيفة:

-تسوية سطح التربة الطبيعية أو الإحلال لتسهيل أعمال النجارة والحدادة.
-منع امتصاص التربة لماء الخلط من الخرسانة المسلحة (Bleeding prevention).
-حماية حديد التسليح السفلي للقواعد من التلوث بالتربة.
-المعاملة الإنشائية: يتم تجاهلها تمامًا في التصميم الإنشائي. تُحسب مساحة القواعد المسلحة لتحمل ضغط للتربة مباشرة.
-التأثير على المناسيب: في هذه الحالة، إذا ذكر المخطط "منسوب التأسيس -1.50"، فهذا يعني غالبًا منسوب قاع الخرسانة المسلحة. ويجب الحفر لعمق إضافي (10 سم) لصب النظافة.

2 -الخرسانة العادية كعنصر إنشائي (Structural Footing)

عندما يكون سمك الخرسانة العادية 20 سم فأكثر (شائع 30-50 سم)، فإنها تعتبر جزءًا فعالاً من الأساس.

الوظيفة:

- تقوم بتوزيع الأحمال القادمة من القاعدة المسلحة على مساحة أكبر من التربة بزاوية توزيع 45 درجة (أو حسب زاوية الاحتكاك في الكودات الأخرى).

- تقليل الإجهادات المنقولة للتربة، مما يسمح بتقليل أبعاد القاعدة المسلحة وتوفير الحديد.

- شرط الرفرفة (Projection): لكي تعمل العادية كقاعدة، يجب أن تكون رفرفتها (بروزها عن المسلحة) مساوية لسمكها على الأقل .

-التأثير على المناسيب: منسوب التأسيس هنا هو قاع الخرسانة العادية قطعًا. الحفر يتم لهذا المنسوب (أو أعمق للإحلال).

3 -مقاومة الكبريتات والعزل

في كلتا الحالتين، تلعب الخرسانة العادية دورًا حيويًا في حماية الأساسات من الكبريتات والأملاح الموجودة في التربة، خاصة عند استخدام أسمنت مقاوم للكبريتات (Type V) فيها، مما يوفر خط دفاع أول قبل وصول المهاجمات الكيميائية للخرسانة المسلحة.

===============================================

خامسا: دراسات حالة تطبيقية (Case Studies)

1 -دراسة حالة: 

مبنى سكني بتربة انتفاشية

الموقف: تقرير التربة يكشف وجود طين انتفاشي حتى عمق 1.5 متر.

التوصية: إزالة التربة الانتفاشية بالكامل، وعمل إحلال رملي بسمك 1.0 متر، ثم تأسيس لبشة مسلحة.

حساب المناسيب:

- صفر معماري = 0.00.

- عمق إزالة التربة (قاع الحفر) = -1.50 متر.

- وضع إحلال 1.0 متر -> المنسوب الجديد = -0.50 متر.

- هل هذا هو منسوب التأسيس؟

 نعم، توضع عليه العادية.

* إذا كانت العادية سمك 40 سم والمسلحة 60 سم:

- قاع العادية = -0.50 م.

- قاع المسلحة = -0.10 م.

- ظهر المسلحة = +0.50 م.

-الدرس المستفاد: قاع الحفر (-1.50) اختلف عن منسوب تأسيس الخرسانة (-0.50) بسبب وسادة الإحلال الضرورية لامتصاص الانتفاش.

2 -دراسة حالة: منشأ صناعي (قواعد منفصلة)

-الموقف: تأسيس على تربة رملية قوية مباشرة.

-التصميم: قواعد عادية سمك 30 سم (إنشائية)، منسوب التأسيس في اللوحات -2.00 م.

التنفيذ:

-يتم الحفر مباشرة للمنسوب -2.00 متر.

-يتم تسوية الأرضية وصب العادية مباشرة.

-هنا: منسوب قاع الحفر = منسوب التأسيس.

===============================================

الخلاصة والتوصيات

إن التمييز الدقيق بين منسوب التأسيس ومنسوب قاع الحفر هو حجر الأساس لنجاح المشروع هندسيًا وماليًا. يخلص هذا التقرير إلى النقاط الجوهرية التالية:

-المرجعية: منسوب التأسيس هو قرار "جيوتقني" يحدده استشاري التربة بناءً على الإجهادات والطبقات، بينما منسوب قاع الحفر هو إجراء "تنفيذي" يُشتق من الأول مضافًا إليه سماكات طبقات الإحلال أو النظافة.

-دور الخرسانة العادية: تصنيف الخرسانة العادية (إنشائية vs نظافة) بناءً على سمكها (20 سم كحد فاصل في الكود المصري) يغير مفهوم منسوب التأسيس في اللوحات. يجب توضيح ذلك بدقة في الملاحظات العامة للمشروع.

تم إعداد هذا التقرير استناداً إلى:

الكود المصري لميكانيكا التربة والأساسات (ECP 202).

الكود المصري لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية (ECP 203).

تعديل المقال