העלאת זריקה (Grouting) לתיקון מבני של בניין גבוה

למה חשוב ליישר מגדלים נטויים

ערים מודרניות מלאות בבניינים גבוהים השוכנים על קרקעות מצומצמות, ורבות מהחוות בנויות על אדמה רכה או לא אחידה. כאשר הקרקע מתחת לבניין רב‑קומות שוקעת יותר באזור אחד מאשר באזור אחר, כל המבנה עלול לנטות לאט לאט, מה שמסכן את בטיחותם ונוחותם של הדיירים. מאמר זה עוקב אחרי מקרה של בניין בן 26 קומות במחוז מנגשאן, גואנגשי, סין, שהחל לנוטות באופן מדאיג — ומסביר כיצד מהנדסים השתמשו בשיטת "הזרקה והעלאה" תת‑קרקעית מתוכננת בקפידה כדי להחזיר אותו בעדינות למצב אנכי, מבלי להרוס אותו.

בעיה מוסתרת מתחת למגדל עירוני

לאחר שהבניין הושלם עד קו הגג, מהנדסים הבחינו בסדקים הולכים וגדלים סביב המרתף ובסימנים שהמבנה כולו נוטה דרום‑מזרח. מדידות מדויקות הראו כי חלקים מהיסוד שקעו יותר מ‑20 סנטימטרים, וזוית הנטייה של הבניין עלתה על גבולות הנוחות והתקנים. חקירה גיאולוגית מפורטת חשפה את הסיבה. מתחת ליסוד הרפסודה נמצתה שכבת חלוקית רופפת עם רווחים רבים ושכבה סלעית עמוקה יותר שמלאה חללים טבעיים. "כיסים ריקים" אלה בקרקע הפחיתו את יכולת האדמה והסלע לשאת את משקל המבנה, מה שהוביל לשקיעה לא אחידה של מקטעים שונים ולמתיחה של קירות המרפסת והפלדה של המרתף.

שימוש במודלים וירטואליים כדי לראות מתחת לפני הקרקע

כיוון שאין למהנדסים גישה ישירה לראות מה קורה מתחת לקרקע, הצוות בנה מודל ממוחשב תלת‑ממדי של הבניין והקרקע סביבו. בגרסה הווירטואלית הזו הם שיכפלו את השכבות שנמצאו באתר והוסיפו חללים איפה שהקידוח גילה אותם. לאחר מכן אפשרו ל"בניין" המדומה לשקוע תחת כוח הכבידה כדי לראות כיצד יתנהג. דפוס השקיעה במודל התאמה במידה רבה למדידות בשטח, ואישר כי שכבות חלשות וספוגיות וחללים תת‑קרקעיים הם העוינים העיקריים. כשחזרו על המודל ללא החללים, השקיעה הפכה אחידה יותר והנטייה ירדה באופן חד, מה שהדגיש את חשיבותם של החללים המוסתרים לבעיה.

הזרקת חוזק לפני ההעלאה

פשוט להזרים חומר מתחת לצדו של בניין ולדחוף אותו מעלה נושא סיכונים משמעותיים: ההעלאה עלולה להיות לא אחידה, עלולות להיווצר סדקים חדשים, והמבנה עלול לנטות שוב כאשר החומר המוזרק מתכווץ או מתפזר. כדי למנוע זאת תכננו החוקרים גישה בת שני שלבים. ראשית — חיזוק. קידחו רשת חורים סביב ומתחת לבניין, המכוונת גם אל החלוקיות הרדודות וגם אל הסלע החלש והעמוק יותר. אל החורים הללו הוזרקו חומרי מילוי (גראוט) מנוסחים במיוחד, המיוצרים מתוצרי תעשייה של אלומיניום וברזל בתערובת עם מלט. במבחנים התערובת התקשתה במהירות, התפזרה בתוך רדיוס מבוקר בלבד, הגיעה לחוזק גבוה והתכווצה מעט מאוד, כך שהיא יכלה למלא חללים, לקשור חלקיקים רופפים וליצור "עמודי" קרקע קשיחים מבלי להתכווץ אחורה מהקרקע הסובבת.

העלאה עדינה ובפיקוח צמוד

רק לאחר שהקרקע חוזקה השתמש הצוות בהזרקה כדי להעלות בפועל את המבנה. בעבודה בעיקר בצד המזרחי והדרומי שסבלו מהשקיעה החמורה יותר, הוזרק הגראוט בשלבים מהמוצא של כל חור כלפי מעלה, בשימוש בלחצים נמוכים ובגבולות יומיים קטנים להעלאה. עשר מערכות ציוד פעלו בתבנית מתואמת, נעות מאזורים בעלי השקיעה הגדולה לכיוון אזורים יציבים יותר. לאורך 45 ימי העבודה פעל מערכת ניטור אוטומטית שעוקבת אחר שינויים זעירים בגובה ובנטיית הבניין בעשרות נקודות, מה שאפשר לצוותים לכוונן שיעורי הזרקה ולחצים בזמן אמת. סימולציות ממוחשבות של תהליך ההעלאה, שהציגו את הגראוט כנפח מתרחב בקרקע, סייעו לאשר שהלחצים המתוכננים יהיו מספיקים להעלאת המבנה אך לא כל כך גבוהים עד כדי לגרום לנזק למבנה.

מגדל שבעבר נטה הושב לתחום התקין

בסיום העבודה הראו המידות כי הנטייה המקסימלית של היסוד ירדה מכ־6 חלקים לאלף לכ־0.3 חלקים לאלף — טווח שנמצא היטב בתוך גבולות הבטיחות והנוחות המקובלים. ההבדל בשקיעה לאורך הבניין הצטמצם באופן דרמטי, ומתחי המתיחה בקירות ובמשטח מרתף ירדו מתחת לחוזק המתיחה של הבטון, מה שהקטין את הסיכון לסדקים חדשים. בשילוב תערובת גראוט מותאמת, אסטרטגיית "לחזק תחילה, להרים לאחר‑מכן", מיקום חורים מדויק, הזרקה מדורגת בלחץ נמוך וניטור בזמן אמת, הצוות הוכיח שיטה מעשית להצלת בנייני מגדל שכבר ניצבים על קרקע בעייתית. לתושבי העיר זה אומר שגם כשהאדמה מתחת למגדל נכשלת בשקט — קיימות כיום שיטות הנדסיות לשחזור יציבות מבלי לסגור או להרוס את המבנה.

ציטוט: Cui, X. Grouting uplift for structural rectification of a high-rise building. Sci Rep 16, 10462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38875-z

מילות מפתח: שקיעת בניין, שיפור קרקע, הזרקת יסוד, בטיחות מגדלים, תיקון מבני