هنگامی که با ضعف در ظرفیت باربری خاک و یا قابلیت فشردگی زیاد خاک در لایههای فوقانی، مواجه هستیم. به طوری که نتوان از لایه سطحی جهت توزیع بار استفاده نمود، نیاز به افزایش ظرفیت باربری و یا انتقال نیرو به سطوح زیرین خاک وجود دارد. در این راستا به کمک اجرای المان شمع نیروی مازاد به سطوح زیرین خاک منتقل میشود. در سطح پایین‌تر تراکم و اصطکاک بیشتر بوده، به همین دلیل سازه نسبت به نشست و نیروهای موجود مقاومت لازم را خواهد داشت.
کاربرد شمع در ساختمان
طبقه بندی شمعها بر اساس جنس مصالح:
همانطور که میدانید شمع در ساختمان انواع متفاوتی دارد که در این فلوچارت میتوانید دسته بندی شمعها را بر اساس جنس مشاهده کنید:
طبقه بندی شمع ها بر اساس موقعيت در زمين:
طبقه بندی شمع ها بر اساس روش اجرا:
طبقه بندی شمع ها بر اساس روش نصب:
معیارهای انتخاب نوع شمع در پروژه ها:
مشخصات سازه اعم از وضعیت و نوع بارگذاری، کاربری، درجه اهمیت سازه، توجیه اقتصادی و زمانبندی پروژه تجهیزات و امکانات استقرار شمع در ساختمان و شرایط اجرایی پروژه شامل لایهبندی خاک محل، خصوصیات لایه های تحت الارضی و همچنین وضعیت آب زیر زمینی و نوسانات آن، میزان خوردگی محیط، عملکرد و دوام مصالح شمع بر انتخاب نوع شمع تاثیرگذار هستند.
جدول زیر که توسط نشریه 386 ارائه شده است میتواند در انتخاب نوع شمع مفید باشد.
طبقه بندی شمع ها بر اساس عملکرد و نحوه انتقال بار به خاک:
شمعهای اتکایی End-bearing Piles
اگر در عمق خاک بستر سنگی در عمقی منطقی وجود داشته باشد، در این صورت میتوان شمع را تا آن لایه ادامه داد؛ به طوریکه نوک شمع به آن تکیه کند در این حالت ظرفیت باربری شمع بستگی به ظرفیت باربری بستر سنگی دارد، از این رو به اینگونه شمع ها شمع های اتکایی گویند.
شمعهای اصطکاکیFriction Piles
چنانچه عمق بستر سنگی یا لایه خاک متراکم زیاد باشد؛ به طوری که طول شمع انتخابی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشد، به ناچار شمع را بدون اینکه به بستری تکیه کرده باشد، در عمق مناسبی که باید محاسبه شود، اجرا میکنند. در این حالت شمع به وسیله نیروی اصطکاکی که بین خاک و جداره شمع وجود دارد و نیروی کمی که خاک به سر شمع وارد میکند، نیروهای منتقل شده از سازه را تحمل میکند. طول لازم برای اینگونه شمع ها بسته به مقاومت برشی خاک، بار وارده و قطر شمع دارد.
شمع درجا ریز
مزایای زیاد شمعهای درجاریز باعث شده که در سال‌های اخیر این نوع شمعها بیشتر مورد استفاده قرار گیرند. صرفه اقتصادی ساخت این نوع شمعها در مقابل سایر شمعها، انجام آزمایش‌های ژئوتکنیکی بر روی خاکهای حاصل از حفاری شمعها و تعیین مشخصات آنها، سر و صدا و ارتعاش کمتر در ساخت آنها، امکان جایگزین کردن شمعهای با قطر بزرگ با گروه شمع با کلاهک را به وسیله روش‌های تحلیل استاتیکی، روش‌های دینامیکی، روش‌های مبتنی بر نتایج آزمایش‌های درجا و آزمایش بارگذاری شمع میتوان تخمین زد. در این میان آزمایش بارگذاری شمع بهترین، دقیقترین و قابل اعتمادترین روش تعیین ظرفیت باربری شمعها است؛ زیرا ظرفیت باربری یک شمع را بر اساس شرایط واقعی و در محل تعیین میکند. تحلیل‌های تئوری رایج در زمینه طراحی شمعها، مقاومت اصطکاکی جداری شمعها را اغلب به یک مقدا‌ر ماکزیمم در عمقی که به اصطلاح عمق بحرانی نامیده میشود، محدود میکنند. شمعهای درجا بطور گسترده برای پی پل‌ها و دیگر سازه‌های مهم مورد استفاده می‌گیرد. شمعهای درجا به منظور پایدار كردن شیروانی‌های سنگی نیز مورد استفاده می‌گیرد.
برای اجرای شمع های درجا ریز باید مراحل زیر طی شود:
1. حفاری چاه در محل اجرای شمع
پس از تعیین محل اجرای شمع توسط نقشه بردار، حفر چاه توسط کارگر یا توسط دستگاه حفاری (با توجه به قطر و طول شمع، جنس و نوع خاک) با طول و قطر مورد نیاز انجام میگردد. در صورت استفاده از دستگاههای حفاری، دستگاه حفاری باید در محل مستقر شده و استقرار آنها به نحوی تعیین میگردد که شرایط زیر را تأمین نماید:
در این مرحله قفسهای آرماتور شمع در ساختمان مطابق نقشه های اجرایی و دیتیل های موجود بافته شده و در کارگاه دپو می شود. به طور معمول طول هر یک از این قفس ها نزدیک 12 متر (برابر طول شاخه ی میلگرد) است. برای شمع هایی با طول بیشتر از 12 متر، لازم است مانند وصله ستون ها، قفس آرماتور شمع نیز وصله شود تا طول مورد نیاز را تامین کند.
پس از اینکه قفس میلگرد در طول مورد نیاز بافته شده و در داخل چاه قرار گرفت، نوبت به بتن ریزی شمع می‌رسد. به دلیل طول زیاد شمع ها، مجاز به بتن ریزی آن ها با پمپ های زمینی و هوایی نیستیم؛ لذا برای بتن ریزی شمع ها از لوله ی تِرِمی که قیف مانند است، استفاده میشود. روش کار به این شکل است که لوله های منعطفی (مشابه شلنگ آب) با طول های 2 تا 6 متر و قطر 10 الی 20 سانتی متر به یکدیگر متصل کرده و به داخل قفس شمع فرستاده می شود. به قسمت بیرونی این لوله، یک لوله با سریِ قیف شکل متصل می شود. با به هم بستن این لوله ها و بتن ریزی از طریق آن، مانع سقوط آزاد بتن به داخل شمع شده و احتمال جدایش بتن را به حداقل می‌رساند.
مراحل اجرای شمع های درجا در یک نگاه:
آماده سازی محل حفاری:
محل حفاری باید کاملا مسطح بوده و با مصالح دارای قابلیت زهکش مناسب متراکم گردد و دارای صلیبت کافی جهت انجام عملیات باشد. از فضای کافی جهت مانور دستگاه حفاری و بتن ریزی برخوردار باشد. در طول عملیات حفاری، خاک حاصل از حفاری مرتبا از روی سطح پلاتفرم برداشته شود. در بستر رودخانه ها و در جاهای که در معرض آبهای سطحی می باشند با استفاده از سپر کوبی در اطراف محل حفاری باید از ورود آبهای سطحی به محل حفاری جلوگیری شود.
نشانه گذاری محل اجرای شمع:
در این مرحله محل دقیق شمع توسط اکیپ نقشه برداری مشخص و نشانه گذاری میشود.
انتخاب مدل دستگاه حفاری:
انواع دستگاه های حفاری شمع درجا:
۱. روتاری هیدرولیک چرخ زنجیری
Hidraulic Rotary Rigs-mounted on crawler unit
۲. روتاری هیدرولیک قابل نصب بر روی کامیون
Truck Mounted Hydraulic Rotary Rigs
۳. روتاری هیدرولیک یا مکانیکی قابل نصب بر روی جرثقیل
Crane Attachment Rigs
مشخصات کلی دستگاه روتاری:
۱-روتاری هیدرولیک چرخ زنجیری:
۲-روتاری قابل نصب بر روی کامیون:
۳-روتاری قابل نصب بر روی جرثقیل:
Kelly Bar:
میله کلی kelly حرکت چرخشی و قائم هد head rotary دستگاه روتاری را به مته های حفاری منتقل میکند. مته ها و باکت های حفاری به انتهای کلی متصل می شوند.
گشتاور چرخشی: ۱۰۰ الی ۴۰۰ کیلو نیوتن
عمق حفاری: ۱۰ الی ۱۰۰ متر
Auger:
اوگر ها فقط برای حفاری در خاکهای چسبنده و لایه های سنگی دارای کارایی مناسب هستند . در حین حفاری، خاک بوسیله دندانه های اوگر کنده شده و بر روی پره های آن قرار می گیرد و به بیرون از چاه حفاری منتقل می شود و با تکان دادن کلی kelly تخلیه میشود.
اوگرها معمولا به سه گروه تقسیم میشوند: ۱- اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه) ۲- اوگر با کابرد حفاری در لایه سنگی ۳- اوگرهای پیوسته CFA
مناسب برای حفاری در خاکهای ریزدانه مانند ماسههای لای دار، لایهای آلی و غیر آلی، انواع خاکهای رس، زغال سنگ نارس، لجنها، مخلوطهای ماسه رسی، ماسه خاک دار
نکته: اوگرها در خاکهای غیر چسبنده و درشت دانه مانند شن های تمیز ، شن های خاک دار، ماسه های تمیز و خاکهای آبکی دارای کارایی مناسب نمی‌باشد.
اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه) قطر : ۴۰ الی ۲۰۰ سانتیمترطول : ۱۳۰ الی ۲۳۰ سانتیمتر
Rock Auger:
قطر : ۴۰ الی ۲۰۰ سانتیمتر
طول : ۱۲۰ الی ۲۳۰سانتیمتر
مناسب برای حفاری و شکستن لایه های سنگی نرم ، نسبتا نرم و نسبتا سخت
تفاوت اوگر های با کاربرد حفاری در خاک و سنگ :
تفاوت آنها در شکل و نوع دندانه ها می باشد. در اوگرهای با کاربرد در خاک از دندانه های نوک پهن و در اوگرهای با کاربرد در سنگ از دندانه های تیزی با تکه های الماس تعبیه شده در نوک آنها استفاده می شود. شکل دندانهها در قسمت معرفی آنها آورده شده است.
نکته : در حفاریها لایههای سنگی با مقاومت فشاری کمتر از ۱۰۰ مگاپاسکال قابل شکستن میباشند.
اوگر با کاربرد حفاری در لایه سنگی
اوگرهای پیوسته:
Continuous Flight Auger
CFA
اوگرهای پیوسته نسبت به اوگرهای معمولی دارای طول بیشتر و محور استوانه ای توخالی میباشند. این اوگرها دارای محور توخالی و با درپوش بازشو انتهایی میباشند که بعد از باز کردن درپوش انتهایی، بتن با عبور از این محور میتواند به اعماق چاه حفاری پمپاژ شود. قابل ذکر می باشد که اوگرهای پیوسته بصورت قطعههای مجزای قابل اتصال به یکدیگر طراحی میشوند. کاربرد اوگرهای پیوسته در شمعهای موسوم به CFA می‌باشد که تشریح کامل این نوع شمع در قسمت مربوطه آورده شده است.
قطر: ۳۵ الی ۱۴۰ سانتیمتر
قطر لوله درونی : ۱۰ الی ۱۵سانتی متر
طول: ۱۰ الی ۳۵ متر
استقرار دستگاه حفاری:
پس از آماده سازی محل اجرای شمع دستگاه حفاری در محل مستقر میگردد. استقرار دستگاه حفاری به نحوی تعیین میگردد که شرایط زیر را تامین نماید :
تامین امکانات لازم برای جلوگیری از ریزش دیواره محل حفاری:
در صورتیکه امکان ریزش دیواره های محل حفاری شمع، در اثر فشار خاک و یا آب وجود داشته باشد، باید با به یکی از روش های زیر از ریزش جداره جلوگیری نمود:
با توجه به میزان آب منفذی و همچنین ساختار مکانیکی مصالح عمدتا دیواره شمع حین حفاری پایداری لازم را نداشته و استفاده مصالح تثبیتی مانند بنتونیت با ویسکوزیته حداقل 30 ثانیه و حداکثر 50 ثانیه در لیتر لازم الاجرا می باشد . دوغاب بنتونیت مخلوط یک نوع رس نرم در آب بصورت تعلیق می باشد که باید با استفاده از همزن از ته نشینی آن جلوگیری شود ، با انتقال دوغاب بنتونیت به درون چاه و بنابه خاصیت تیکسوتروپی گل رس ، پوسته ای روی جدار شمع نقش بسته که از ریزش دیواره یا نفوذ آب جلوگیری می کند. بنتونیت باید کاملا با آب مخلوط شود تا مخلوط حالت کلوخه ای نداشته باشد. گل بنتونیت باید قابلیت ایجاد پوشش یا کیک صافی را بر روی جداره چاه داشته باشد و ذرات حفاری شده کوچکتر (حدود 6 میلیمتر) رابه حالت معلق نگه دارد.
گل بنتونیت با غلظت مناسب در حوضچه ها و یا در دستگاههای ویژه ساخت گل بنتونیت ، ساخته می شود و توسط لوله و پمپ به چاه حفاری منتقل می گردد. برای جلوگیری از هدر رفتن گل بنتونیت هنگام سر ریز شدن چاه حفاری می توان با تعبیه کردن یک حوضچه در نزدیکی محل حفاری آن را به حوضچه هدایت و با جدا کردن ذرات معلق بزرگتر با سرند دوباره به چاه برگرداند.
در مراحلی از انجام عملیات حفاری اگر ریزش به علت برخورد با لایه های آبرفتی با ساختار ریزدانه ماسه ای باشد که از چسبندگی لازم برخوردار نباشد دوغاب بنتونیت به تنهایی جوابگوی تثبیت نبوده و اضافه کردن دوغاب سیمان با عیار 400 کیلوگرم به دوغاب بنتونیت در محل چاه حفاری توصیه می گردد که پس از اضافه نمودن دوغاب سیمان ، عملیات اجرایی به مدت گیرش اولیه سیمان (حدودا 25 تا 35 دقیقه) متوقف گردیده و بعد از آن عملیات حفاری ادامه می یابد .
باید به این نکته نیز توجه داشت که در مواقعی که برای نگهداری دیواره چاه حفاری از بنتونیت و یا مواد مشابه استفاده می شود ، این مواد چنانچه غلظت زیاد داشته باشند ، می توانند در قسمت هایی از بتن ریزی با ایجاد یک لایه پوشاننده برروی بتن موجب قطع پیوستگی بتن شمع شوند .
2. استفاده از لوله غلاف (کیسینگ):
از کیسینگ در زمین های استفاده می شود که امکان فرو ریزی و یا تغییر شکل جانبی زیاد خاک به درون فضای خالی چاه وجود دارد. همچنین در مواردی که آب بندی کردن دیواره چاه از ورود آبهای زیر زمینی مورد نظر است نیز از کیسینگ استفاده می شود.الزامی ندارد که ما در تمام طول چاه از کیسینگ استفاده کنیم در صورتیکه فقط عمق خاصی از چاه دارای خاک ریزشی باشد می توانیم کیسینگ تا عمقی که از آن لایه عبور کنیم ادامه دهیم.
در بیشتر مواقع از یک لوله کیسینگ ۳ الی ۵ متری در عمق اولیه شمع برای جلوگیری از ریزش دهانه چاه حفاری استفاده می شود.
۱۴۰۳ شرکت مهندسی تجهیز عمران ایستا | تمامی حقوق محفوظ است.
