انواع شمع ها
استاد :
1
پیهای شمعی:
شمعها اعضایی از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح، و چوب میباشند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالودههای سطحی، از آنها برای ساخت شالودههای عمیق (شالودههای شمعی) وقتی که لایههای فوقانی خاک دارای قابلیت استفاده میشود فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد، شالودههای شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار میگیرند.
وقتی که بستر سنگی و یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد ، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده میشود. در این حالت، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک ( مقاومت جلدی ) تامین میشود. اگر شمعها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند، در حالی که هنوز قابلیت حمل بارهای قایم را دارا هستند، میتوانند به وسیله خمش، نیروهای افقی راحمل نمایند. این وضعیت اغلب در شالوده سازههای حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمانهای بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند، پیش میآید.
2
دسته بندی شمع ها
دﺳﺘﻪ ﺑﻨﺪی ﺷﻤﻊ ﻫﺎ از ﻟﺤﺎظ ﻧﻮع ﺟﻨﺲ :
1 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی ﺑﺘﻨﻲ(ﺑﺘﻦ ﭘﻴﺶ ﺳﺎﺧﺘﻪ و ﻳﺎ ﺑﺘﻦ درﺟﺎ )
2 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی ﻓﻮﻻدی
3 ﺷﻤﻊ ﻫﺎیﭼﻮﺑﻲ ( ﭼﻮب ﻓﺮآوریﺷﺪه)
4 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی با ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺗﺮﻛﻴﺒﻲ
3
دﺳﺘﻪ ﺑﻨﺪی ﺷﻤﻊ ﻫﺎ از ﻟﺤﺎظ ﻧﺤﻮه اﻧﺘﻘﺎل ﺑﺎربه زﻣﻴﻦ
1 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی ﻧﻮک ﺑﺎرﺑﺮی
2 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی اﺻﻄﻜﺎﻛﻲ
3 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی ﺑﺎ ﺑﺎرﺑﺮی ﻧﻮک و ﺟﺪاره
4 ﺷﻤﻊ ﻫﺎیﻣﺎﻳﻞ
دﺳﺘﻪ ﺑﻨﺪی ﺷﻤﻊ ﻫﺎ از ﻧﻈﺮ ﻧﺤﻮه اﺟﺮا :
1 ﺷﻤﻊ ﻫﺎی ﻛﻮﺑﺸﻲ(ﭘﻴﺶ ﺳﺎﺧﺘﻪ )
2 شمع های درجا
4
از نظر شیوهی اجرا، شمعها به دو روش پیشساخته و درجا تولید میگردند.
در حالت اول، شمعها از قبل ساخته میشوند و بعد از حمل به کارگاه، با استفاده از انواع شمعکوب، در زمین کوبیده میشوند. در حالت دوم مقطع شمع باید در زمین حفاری شده و بعد از رسیدن به عمق مورد نظر، مصالح تشکیل دهنده در چاه قرار داده شوند.
از نظر تناسبات هندسی شمعها به دو گروه:
1- شمعهای معمولی :
شمعهای معمولی با توجه به مشخصات هندسی معمول، بارهای خود را از طریق سطوح جانبی و انتهایی به زمین منتقل میکنند.
2- ریز شمعها
ریز شمعها غالباً با قطر 50 تا 100 میلیمتر و طول 5 تا 10 متر و به صورت درجا در زمین اجرا میشوند.
5
شمعهای پیشساخته:
این شمعها از مصالح فلزی، چوبی یا بتنی ساخته میشوند و جهت کوبیدن در زمین به محل کارگاه حمل میشوند.
مراحل اجرایی این کار را میتوان به سه بخش دستهبندی کرد:
الف) فاز ساخت: شمعهای فلزی و چوبی در کارخانجات ذوب آهن و یا از منابع جنگلی ساخته و در طول و مقطع مناسب آماده حمل میشوند.
در شمعهای بتنی قالببندی باید با مشخصات هندسی (طول و مقطع) مناسب انجام و قفس میلگردها از قبل بافته و آماده شود و در قالب قرار گیرد؛ سپس بتنریزی با ترکیب مناسب انجام شود. ضمن لرزاندن بتن بعضاً از سیستم بخار یا مواد افزدنی جهت تسریع در افزایش مقاومت و قالببرداری استفاده میشود.
ب) فازجابجایی و حمل و نقل که با جراثقال و کامیون انجام میگیرد.
ج) فاز کوبیدن شمع در زمین: برای این کار از انواع شمعکوبها به شرح زیر استفاده میشود:
شمعکوبهای بخاری -شمعکوبهای دیزلی -شمعکوبهای ارتعاشی
6
شمع های بتنی لوله ای پیش تنیده ( شمعکوبی)
7
یکی از مهمترین مسائل روز در سازه ها بحث پایداری آنها در طول مدت بهره برداری می باشد که اهمیت این موضوع در سازه های دریایی به دلیل عوامل مخرب دریا و هزینه ساخت و نگهداری بالا، بیشتر جلوه می کند. استفاده از شمع های بتنی پیش تنیده که بصورت پیش ساخته تهیه می شوند از جمله روشهای افزایش طول عمر سازه های دریایی است.
حمل و نقل شمع ها از مرحله ساخت تا استقرار و همچنین تنش های ایجاد شده در هنگام کوبش از مهمترین عوامل ایجاد تنش های کششی در شمع ها هستند. به دلیل ضعف ذاتی بتن در کشش، وقوع ترک های عرضی در شمع های پیش ساخته معمولی(بدون پیش تنیدگی) بسیار محتمل است. پیدایش ترک در شمع بتنی خصوصا در شرایط خورنده جنوب ایران به معنای از بین رفتن بتن و آرماتور در اثر نفوذ یون کلر، حمله سولفات، واکنش های قلیائی و . .. می باشد. پیش تنیدگی علاوه بر جلوگیری از وقوع ترک های حین نصب، از باز ماندن ترک های مقطعی ناشی از بیش بارگذاری (Overloading )نیز ممانعت بعمل می آورد.
شمع های بتنی لوله ای پیش تنیده ( شمعکوبی)
8
برش میلگردها
در شمع های بتنی لوله ای پیش تنیده سه نوع آرماتور مسلح کننده استفاده می شوند:
آرماتورهای طولی پیش تنیدگی
آرماتورهای طولی معمولی
آرماتورهای عرضی اسپیرال
9
تغییر شکل انتهای آرماتورهای پیش تنیدگی
یکی از مراحل مهم، کشش آرماتورهای پیش تنیدگی به اندازه مطلوب می باشد. برای ممکن نمودن این گام، تغییر شکل انتهای آرماتورهای پیش تنیدگی ضروری است. بدین منظور انتهای آرماتورهای پیش تنیدگی با استفاده از دستگاههای ویژه ای گرم شده و پس از نرم شدن، تحت فشار گرد می شوند. اندازه برجستگی سر آرماتورها می بایست متناسب با اندازه سوراخهای تعبیه شده در صفحات فولادی انتهائی شمع باشد. این تناسب با استفاده از شابلون های ویژه ای کنترل می گردد.
10
ساخت قفسه آرماتور
آرماتورهای طولی از داخل دستگاه خودکار ساخت قالب عبور داده می شوند. در این دستگاه که به منظور تسریع عملیات و جلوگیری از خطاهای انسانی طراحی شده، همزمان با حرکت میلگردها کابلهای مسلح کننده عرضی، بطور مارپیچ و خودکار در نقاط مشخص به دور آنها جوش می شوند. همواره حداقل یک نفر بر کیفیت عملکرد دستگاه نظارت می کند. نوع و بعد جوش به گونه ای طراحی می شود که اثری بر عملکرد آرماتورهای طولی نداشته باشد. این موضوع توسط سیستم کنترل کیفیت و از طریق انجام آزمایش های مشخص شده در استانداردها مستمراً کنترل می گردد.
11
اتصال صفحات انتهائی به قفسه آرماتور
در این مرحله حلقه های فولادی انتهائی و صفحات مورد استفاده در کشش آرماتور ها به قفسه های تکمیل شده متصل می شوند. حلقه های انتهائی علاوه بر ممکن نمودن عملیات پیش تنیدگی، موجب سهولت و سرعت اتصال شمع ها در کارگاه از طریق جوش می شوند. حلقه های فولادی انتهائی بوسیله پوشش های مناسب در برابر خوردگی محافظت می شوند.
12
تمیز کردن قالبها
از آنجا که شمع های بتنی لوله ای پیش تنیده به شیوه گریز از مرکز تولید می شوند استفاده از قالب های فلزی یکنواخت و بادوام با قابلیت استفاده متعدد حائز اهمیت است. از طرفی این قالب ها می بایست به خوبی نگهداری شوند تا در اثر استفاده مجدد کیفیت آنها تحت تاثیر قرار نگیرد. بدین منظور پس از هر مرحله استفاده، قالبها کاملاً از هرگونه قطعات بتنی باقیمانده از بتن ریزی قبلی تخلیه شده و همانگونه که در شکل های زیر دیده می شود با کمک فشار آب کاملاً تمیز می شوند. درصورت بروز تغییر شکل یا هرگونه نقصی که چرخش یکنواخت قالب با سرعت بالا را تحت تاثیر قرار دهد، آن قالب توسط سیستم نظارت از چرخه تولید خارج شده و قالب دیگری جایگزین آن می گردد.
13
قراردادن قفسه آرماتور در نیمه قالب
هر قالب شمع PSC از دو نیم استوانه تشکیل شده که با استفاده از پیچ و مهره به یکدیگر متصل شده و یک استوانه کامل را تشکیل می دهند. در این مرحله قفسه آرماتور بهمراه صفحات انتهائی به کمک جرثقیل سقفی از چند نقطه بلند شده و در داخل نیمه قالب مستقر می گردد.
14
مواد مصرفی در بتن:
۱.سنگدانه استاندارد BS 882:1992 “-” مصالح با سایز بین ۱۰الی۲۰ mm”-“ماسه تمیز رودخانه ای یا شسته
۲.سیمان استاندارد MS 522:1989 or ASTM C150-72 “-” سیمان معمولی پرتلند
۳٫.آرماتور پیش تنیدگی منطبق با استاندارد JIS G3137:1994
۴.دیگر آرماتورها منطبق با استاندارد BS 4449 or ASTM A82-97
مقاومت بتن در هنگام تولید باید حداقل ۳۰ نیوتن بر میلیمتر مربع و بعد از ۲۸ روز باید حداقل ۶۰ الی ۷۵ نیوتن بر میلیمتر مربع باشد.
15
بتن دقیقاً منطبق بر مشخصات فنی و طرح اختلاط از پیش تعیین شده در یک بچینگ مدرن با سیستم کنترل رایانه ای ساخته می شود. کیفیت مصالح اولیه، طرح اختلاط و مشخصات بتن ساخته شده بر اساس نمونه های اخذ شده توسط سیستم کنترل کیفیت، بطور مستمر تحت آزمایش قرار می گیرد. همزمان با انتقال نیمه قالب حاوی قفسه آرماتورها به محل بتن ریزی، بتن تازه نیز به یک محفظه تغذیه کننده متحرک قابل برنامه ریزی که در بالای قالب قرار گرفته منتقل می گردد. محفظه تغذیه کننده حاوی بتن تازه با سرعت یکنواختی که متناسب با ابعاد قالب و نوع بتن تعیین شده در طول قالب حرکت کرده و بتن را با دبی مشخص و یکنواختی در قالب تخلیه می کنند. جاگیری مناسب بتن در داخل قالب و آرماتورها توسط گروه بتن ریزی کنترل می شود.
16
اتصال دو نیمه قالب به یکدیگر
پس از اتمام بتن ریزی، نیمه قالب محتوی آرماتورها و بتن تازه از طریق سیستم ریلی از محل بتن ریزی خارج شده و نیمه بالائی قالب به کمک جرثقیل سقفی بر روی آن قرار داده می شود. کارگران بلافاصله و با استفاده از ابزار بادی نسبت به محکم کردن پیچ و مهره ها اقدام می کنند. از آنجا که قالب با سرعت بسیار زیاد چرخانده می شود، اتصال مناسب و یکنواخت دو قطعه قالب به یکدیگر بسیار اهمیت دارد.
17
کشش آرماتورهای پیش تنیدگی
پس از اتمام اتصال دو نیمه قالب به یکدیگر و در حالیکه گیرشی در بتن اتفاق نیفتاده، سیستم هیدرولیکی کشش آرماتورها شامل یک میله محور مرکزی و یک صفحه تنش فولادی در انتهای قالب استوانه ای مستقر شده و با نیروی یکسان آرماتور های پیش تنیدگی را به اندازه معین می کشد. میزان پیش تنیدگی متناسب با نوع شمع و کاربری آن توسط طراح تعیین می گردد.
18
چرخاندن قالب
قالب حاوی بتن و قفسه آرماتورها با استفاده از جرثقیل سقفی برروی دستگاه چرخش قرار داده می شود. این دستگاه قالب را با سرعت های مختلفی که میزان و روند آنها متناسب با ابعاد قالب و نوع بتن طراحی شده، می چرخاند. سرعت چرخش قالب در برخی مراحل به بیش از ۱۵۰۰ دور در دقیقه نیز می رسد. در اثر چرخش با چنین سرعتی، بتن در اثر نیروی گریز از مرکز به بدنه داخلی قالب چسبیده و مقطع لوله ای یکنواختی تشکیل می گردد. علاوه بر این، چرخاندن با سرعت بالا منجر به فشرده شدن بتن و بیرون زدن آب اضافی از قالب می شود. این امر منجر به کاهش نسبت آب به سیمان، افزایش مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری آن می گردد.
19
عمل آوری با بخار
پس از اتمام مرحله چرخش، قالبها به محفظه های بخار منتقل می شوند. این نوع عمل آوری موجب آزاد شدن سریعتر قالبها می گردد. تنظیم دما و فشار حوضچه بخار بر اساس استاندارد های معتبر تعیین و کنترل می شوند.
20
باز کردن قالبها و بیرون آوردن شمع
پس از جداسازی دو نیمه قالب و انتقال نیمه بالائی، بیرون آوردن شمع از درون قالب و انتقال آن با استفاده از بالابرهای مکشی انجام می پذیرد.
21
عمل آوری اتوکلاو
در موارد لزوم شمع ها به طور مضاعف با استفاده از فن آوری اتوکلاو عمل آوری می شوند. این شمع ها بلافاصله پس از اتمام عمل آوری، قابل حمل و کوبش می باشند.
22
انبارکردن و حمل
شمع ها باید هنگام جابجایی از چند نقطه مهار شوند.
23
مزایای شمع های پیش تنیده لوله ای بتنی و مقایسه آن با شمع های بتنی پیش ساخته بتنی
1-مقاومت بالای بتن
2- پیش تنیدگی
تولید به روش گریز از مرکز:تولید به شیوه گریز از مرکز موجب خروج بیشتر آب بتن و افزایش تراکم مصالح می گردد. این موضوع علاوه بر تاثیر قابل ملاحظه بر مقاومت فشاری بتن، باعث کاهش نفوذ پذیری و افزایش دوام آن می گردد.
3-نفوذ ناپذیری
4-وزن کم
24
5-کنترل دقیق ساخت و تضمین کیفیت
6-امکان وصله آسان و سریع
7-قالب بندی و بتن ریزی
8-حمل ونقل
9-سهولت، سرعت و هزینه اجرا
10-دوام و پایائی
25
تشریح روند نصب شمع
گام اول: نصب بالشتک ضربه گیر و کفشک تحتانی
جهت جلوگیری از صدمه دیدن قسمت فوقانی شمع بر اثر ضربات چکش شمعکوب و نیز کاستن آلودگی صوتی معمولا از بالشتک هایی از جنس هوا، لاستیک یا چوب استفاده می شود. معمولا برای اینکه شمع براحتی در زمین فرو برود از کفشک هایی از جنس فولاد و یا بتن استفاده می شود که این کار از صدمه وارد شدن به شمع نیز جلوگیری می کند. این کفشک ها در بیشتر شمع های بتنی پیش ساخته در هنگام تولید تعبیه می شود.
گام دوم: انتقال شمع پیش ساخته به محل نصب
26
گام سوم: نصب شابلون فولادی در محل نصب شمع در صورتیکه شمعکوب دارای شبکه فضایی نگهدارنده شمع و چکش نباشد.
این شابلون ها جهت نگهداری شمع در امتداد مورد نظر بطور دقیق نصب می شود. شابلون ها بهتر است در دو ردیف متوالی در نظر گرفته شوند تا شمع در راستای مورد نظر کاملا دقیق حفظ شود. باید دقت شود که شابلون ها در اطراف کاملا گیردار شوند تا بر اثر نیرو های وارده هیچ گونه حرکتی نداشته باشد. شکل و ابعاد شابلون با توجه به شکل و ابعاد شمع در نظر گرفته می شود. نمونه هایی از شابلون ها را در شکل ها می بینید.
گام چهارم: قرار دادن شمع در محل مورد نظر و کنترل راستای آن بوسیله دوربین
گام پنجم: شروع عملیات کوبش
27
28
نصب شابلون جهت کنترل راستای شمع
29
شمع بتنی پیش تنیده توخالی
30
31
شمعهای فلزی:
این شمعها با استفاده از پروفیلهای نورد شده مثل لوله، جعبه و نیمرخهای I و H اجرا میشوند. با توجه به مقاومت کششی و فشاری مناسب مصالح فلزی، بار حقیقی این شمعها
1-مقاوم و سخت ظرفیت باربری بالایی و در عین حال با توجه به سطح مقطع ضعیف و مقاومت مکانیکی مطلوب، کرنشهای زیادی را تحمل میکنند
2- میتوانند از لایههای نسبتاً سفت عبور کنند.
3با عنایت به سطح صاف این شمعها در صورت نشست خاک اطراف، اثر اصطکاک منفی ناچیز
4-انرژی مکانیکی کوبش نیز کمتر از سایر انواع شمعها خواهد بود.
در مقابل مزایای فوق، معایب شمعهای فلزی را میتوان به شرح زیر برشمرد:
– امکان زنگزدگی با توجه به ارتباط و تماس با خاک و آب و املاح موجود در آن
– سطح مقطع ضعیف و سطح جانبی صاف که باعث کاهش ظرفیت باربری شمع میشود
– بهای تولید قابل توجه نسبت به مصالح دیگر
32
ب) شمعهای ساخته شده در محل:
با توجه به محدودیت ابعاد و عمق شمعهای پیشساخته و هزینههای مربوط به پیشساختگی، حمل و کوبش و به منظور بهرهگیری از دوام مطلوب بتن، میتوان شمعها را بمثابه یک ستون بتن آرمه درجا در زمین اجرا کرد. مقطع این شمعها معمولاً دایرهای به قطر 0.5 تا 2.5 متر یا مستطیلی با ضخامت 0.5 تا 1 متر و عرض 2 تا 3 است. حداکثر عمق این شمعها به 35 تا 50 متر میرسد.
مراحل اجرایی شمعهای ساخته شده در محل به ترتیب زیر است: -میخکوبی محور شمعها -انتخاب روش حفاری -ایجاد حوضچه گل حفاری -انجام عملیات حفاری تا عمق مورد نظر -فولاد گذاری -لوله گذاری -بتنریزی
33
ج) شمعهای بتنی با غلاف فلزی:
در بعضی شرایط، با توجه به وضعیت نامناسب زمین و وجود احتمالی آب در خاک، ابتدا لولهای فلزی با قطر مناسب و انتهای باز یا بسته در زمین کوبیده میشود. در حالت انتهای باز، بعد از تکمیل کوبش باید خاک داخل لوله خارج شود. در حالت دوم یک قطعه پیشساخته بتنی به صورت اتکای ساده در انتهای لوله قرار گرفته است و لوله در انتهای مرحله کوبش خالی است.
بعد از مرحله لولهگذاری، قفس میلگرد از قبل بافته شده با جراثقل به داخل لوله هدایت و بتنریزی انجام میشود. در این مرحله میتوان قبل از سخت شدن بتن، با لرزاندن لوله فلزی آن را از زمین خارج کرد. مزیت این روش، ضمن بهرهگیری از دوام مطلوب مصالح بتنی، اجرای شمع در شرایط نامناسب زمین است. درمقابل، در حالت استفاده از لوله با انتهای بسته، با توجه به میزان خاک جابجا شده، مشخصات هندسی شمع محدود است (قطر 250 تا 600 میلیمتر و طول تا 20 متر). در حالت به کارگیری لوله تو خالی، قطر شمع تا حدود دو متر نیز میرسد. گاهی نیز در ابتدا حفاری محل شمع در زمین انجام میشود وسپس لوله فلزی در آن قرار میگیرد. در مرحله بعد فولادگذاری و بتنریزی در لوله انجام و در انتها لوله از زمین خارج میشود. در این حالت میتوان قطر شمع را تا حدود 3 متر نیز افزایش داد.
34
شمعهای چوبی:
به سه کلاس زیر تقسیم میکنند:
(1 شمعهای کلاس A: این شمعها بارهای سنگین را حمل میکنند. حداقل قطر سر چنین شمعهایی 350 میلیمتر(14 اینچ) میباشد.
(2 شمعهای کلاسB : این شمعها بارهای سبک را حمل میکنند. حداقل قطر سر این شمعها بین 305 تا330 میلیمتر ( 12 تا 13 اینچ) میباشد.
3)شمعهای کلاس C : از این شمعها برای کارهای ساختمانی موقت استفاده میشود. وقتی که تمام طول شمع در داخل سفرهی آب زیرزمینی قرار داشته باشد، از این شمعها میتوان برای حمل بارهای دائمی استفاده کرد.حداقل قطر سر این شمعها 305 میلیمتر (12 اینچ) میباشد.در هیچ حالتی قطر نوک شمع نباید کمتر از 150 میلیمتر (6 اینچ) باشد
35
شمعهای اتکایی:
اگر بستر سنگی و یا لایهی شبیه سنگ ( خیلی متراکم) درعمق منطقی قرار داشته باشد، شمع را میتوان تا آن لایه ادامه داد در این حالت ظرفیت باربری شمع کاملاً بستگی به ظرفیت باربری بستر سنگی در مقابل نوک شمع خواهد داشت. به همین علت به این شمعها، اتکایی میگویند. در چنین حالتی با توجه به معلوم بودن عمق بستر سنگی از روی گمانههای حفر شده، تعیین طول شمع کار چندان مشکلی نخواهد بود. اگر به عوض بستر سنگی، یک لایهی سخت و نسبتاً متراکم در عمق منطقی قرار داشته باشد، شمع را میتوان چند متر در لایه سخت ادامه دارد .
36
شمعهای اصطکاکی:
در صورتی که عمق بستر سنگی یا لایهی شبیه به سنگ زیاد باشد،طول لازم برای شمع اتکایی غیر اقتصادی خواهد شد. در چنین شرایطی شکل به عمق مناسبی در لایهی نرم فوقانی بدون اینکه به لایهی سخت برسد، کوبیده میشود. انتخاب نام اصطکاکی برای این شمعها، ازآنجا ناشی میشود که اکثر مقاومت آنها به وسیلهی اصطکاک جدار تامین میشود. البته این اسم بعضی مواقع میتواند گمراه کننده باشد، زیرا مقاومت شمعهایی که در لایهی رسی کوبیده میشوند، بستگی به چسبندگی بین جدار شمع و رس دارد.
طول لازم برای شمع اصطکاکی بستگی به مقاومت برشی خاک، بار وارده، و اندازهی شمع دارد. برای تعیین طول لازم شمع، احتیاج به درک خوبی از اندرکنش خاک – شمع، قضاوت مهندسی، و تجربه است.
37
شمعهای مرکب:
با توجه به مسائل خاص اجرایی و اقتصادی، در شرایطی که امکان اجرای شمعهای معمولی نباشد از شمعهای مرکب استفاده میشود. این شمعها ممکن است ترکیبی از شمعهای درجا و کوبیدنی باشد و یا از دو نوع شمع با جنسهای مختلف ساخته شوند. یک نوع متداول شمعهای مرکب، از بتن و چوب ساخته شده است. با توجه به عملکرد و دوام مناسب مصالح چوبی در زیر سطح سفره آب زیرزمینی در مناطقی که سطح سفره آب پایین است میتوان ابتدا یک شمع چوبی را در زمین کوبید و سپس روی آن را بتنریزی کرد. گاهی برای تسهیل در عملیات اجرایی، یک لوله با قطر مناسب در زمین کوبیده میشود، سپس شمع چوبی در داخل آن کوبیده و در انتها بتنریزی در داخل لوله و روی چوب انجام و در انتها لوله فلزی نیز بیرون کشیده میشود.
38
پایههای عمیق و شالودههای صندوقهای:
پایههای عمیق وشالودههای صندوقهای در واقع شمعهای بتنی در جاریزی میباشند که قطر آنها بزرگتر از حدود 750میلیمتر است و میتواند مسلح یا غیرمسلح، و یا بدون پداستال (کوره) باشند.
پایهی عمیق نوعی شمع بتنی با قطربزرگ است که برای اجرای آن ابتدا یک چاه در زمین حفر و سپس قفسهی آرماتور به داخل آن هدایت شده (در صورت مسلح بودن) ودست آخر درون آن با بتن پر میشود. بسته به شرایط خاک، برای جلوگیری از ریزش جدار چاه، ممکن است غلاف و یا سپر فلزی به کار گرفته شود. قطر سوراخ پایهی عمیق معمولاً آنقدر بزرگ است که فردی برای بازرسی بتواند وارد آن شود.
39
استفاده از پایههای عمیق معمولاً دارای مزایای زیر است:
1. یک پایهی عمیق به تنهایی میتواند جایگزین چند شمع گردد و در نتیجه نیاز به استفاده از کلاهک سر شمع نیز از بین برود.
2. در نهشتههای ماسهای و شنی متراکم،استفاده از پایههای عمیق به مراتب آسانتر ازشمعکوبی است.
3. در نتیجهی ارتعاش حاصله، شمعکوبی میتواند ساختمانهای مجاور را به مخاطره اندازد.در حالی که در اجرای پایههای عمیق چنین خطری در میان نیست.
4. شمعکوبی در زمینهای رسی میتواند باعث تورم خاک و یا حرکت جانبی شمعهای کوبیده شده از قبل گردد.پایههای عمیق چنین عوارضی در بر ندارند.
40
5. در هنگام اجرای پایههای عمیق هیچگونه سر و صدا که در کوبیدن شمع تولید میشود، وجود ندارد.
6. با توجه به این که امکان پهن کردن نوک پایهی عمیق وجود دارد (ایجاد کوره)،پایههای عمیق میتوانند مقاومت کششی قابل ملاحظهای در مقابل نیروهای بر کنش از خود نشان دهند.
7. در پایههای عمیق امکان بررسی چشمی وضعیت جدارهها و همچنین کف چاه که مقاومت نوک پایه را تامین مینماید، وجود دارد.
8. پایههای عمیق به علت قطر بزرگتر، دارای مقاومت بیشتری در مقابل بارهای جانبی در مقایسه با شمعها میباشند.
41
معایب:
در کنار مزایای فوق، استفاده از پایههای عمیق، معایب چندی نیز دارد .به عنوان مثال:
1- بتنریزی پایههای عمیق احتیاج به نظارت دقیق دارد.
2-در آب و هوای نامناسب ممکن است اجرای عملیات بتنریزی به تعویق بیفتد.
3-همچنین همانند ترانشههای مهار شده، خاکبرداری عمیق برای پایهها، ممکن است باعث نشست زمینهای اطراف و در نتیجه خسارت به ساختمانی مجاور پایه شود.
42
آرایش شمع ها
43
طراحی شمع ها
ﻋﻼﻭﻩ ﺑﺮ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺗﻮﺍﻥ ﺑﺎﺭﺑﺮﻱ ﮊﺋﻮﺗﮑﻨﻴﮑﻲ ﮐﻪ ﺑﻪ ﺍﻧﺪﺭﮐﻨﺶ ﺷﻤﻊ ﻭﺧﺎﮎ ﺍﻃﺮﺍﻑ ﻣﺮﺑﻮﻁ ﻣﻴﺸﻮﺩ. ﺷﻤﻊ ﻫـﺎ ﺑﺎﻳـﺪ ﺑـﻪ ﻟﺤـﺎﻅ ﺳﺎﺯﻩ ﺍﻱ وﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺑﺎﺭﻫﺎﻱ ﺧﺎﺭﺟﻲ ﻭﺍﺭﺩﻩ ﺭﺍ ﺑﺎ ﻋﮑﺲ ﺍﻟﻌﻤﻞ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺩﺍﺧﻠﻲ ﺗﺤﻤﻞ ﻧﻤﺎﻳﻨﺪ ﮐﻪ ﺍﺻـﻄﻼﺣاً ﺑـﻪ ﺁﻥ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﻳﺎ ﻇﺮﻓﻴﺖ ﺳﺎﺯﻩ ﺍﻱ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻴﺸﻮﺩ.
44
ﻃﺮﺍﺣﻲ ﺳﺎﺯﻩ ﺍﻱ ﻋﻨﺼﺮ ﺷﻤﻊ
45
ﺑﺮﺍﻱ ﺷﻤﻊ های ﺗﺤﺖ ﻧﻴﺮﻭی P ﻭ ﻟﻨﮕﺮ M ﺑﺎﻳﺪ ﺷﺮﺍﻳﻂ ﺯﻳﺮ ﺑﺮﺁﻭﺭﺩﻩ ﮔﺮﺩﺩ
46
47
48
bored pileشمع درجا
معرفی :
شمع درجا از خانواده شمع های بتنی می باشد و نام های دیگر آن شمع درجا ، شمع ساخته شده در محل، شمع ریختنی، شمع جایگزینی و شمع بدون تغییر مکان می باشد. شمع درجا به دلیل نامحدود بودن در قطر و عمق حفاری دارای بیشترین کاربرد و تنوع در بین تکنولوژی های اجرای پی های عمیق
می باشد در شمع های درجا ابتدا توسط ماشین آلات حفاری یک چاه با مقطع و عمق مورد نظر در زمین حفر شده و سپس در داخل آن اقدام به بتن ریزی با مصالح مرغوب می نمایند که البته این بتن می تواند مسلح یا غیر مسلح باشد.
49
بسته به شرایط ممکن است ترکیبی از روش های بالا اجرا شود.
50
مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه
2.کیسینگ گذاری تا عمق عبوری از لایه ریزشی
1.حفاری اولیه همراه با تزریق گل بنتونیت
51
مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه
4.ایجاد انباره در انتهای شمع(ویژه شمع های (پدستالی
3.از سرگیری حفاری از درون کیسنگ
52
مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه
6.جاگذاری ترمی و قیف و انجام بتن ریزی
5.جاگذاری قفسه آرماتور
53
مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه
8 .اتمام اجرای شمع
7.بیرون کشیدن کیسینگ
54
انواع دستگاه های حفاری شمع درجا Rotary rigs
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
55
مشخصات کلی دستگاه روتاری
56
۱.روتاری هیدرولیک چرخ زنجیری
57
۲.روتاری قابل نصب بر روی کامیون
58
۳.روتاری قابل نصب بر روی جرثقیل
59
Kelly Bar
میله کلی حرکت چرخشی وقائم هد 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
60
مته حفاری
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 تخلیه می شود.
اوگرها معمولا به سه گروه تقسیم می شوند:
۱- اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه)
۲- اوگر با کابرد حفاری در لایه سنگی
۳- اوگرهای پیوسته (CFA)
61
اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه)
قطر: ۴۰ الی ۲۰۰ سانتیمتر
طول: ۱۳۰ الی ۲۳۰ سانتیمتر
مناسب برای حفاری در:
خاکهای ریزدانه مانند ماسه های لای دار ، لای های آلی و غیر آلی ، انواع خاک های رس ، زغال سنگ نارس ، لجن ها ، مخلوطهای ماسه رسی، ماسه خاک دار
نکته: اوگرها در خاک های غیر چسبنده و درشت دانه مانند شن های تمیز، شن های خاک دار، ماسه های تمیز و خاکهای آبکی دارای کارایی مناسب نمی باشد .
62
Rock Auger
مناسب برای حفاری و شکستن لایه های سنگی نرم ، نسبتا نرم و نسبتا سخت
تفاوت اوگر های با کاربرد حفاری در خاک وسنگ:
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 دندانه ها در قسمت معرفی آنها آورده شده است.
نکته: در حفاری ها لایه های سنگی با مقاومت فشاری کمتر از ۱۰۰ مگاپاسکال قابل شکستن می باشند.
63
Continue Flight Auger CFA
قطر: ۳۵ الی ۱۴۰ سانتیمتر قطر لوله درونی : ۱۰ الی ۱۵سانتی متر طول: ۱۰ الی ۳۵ متر
اوگرهای پیوسته نسبت به اوگرهای معمولی دارای طول بیشتر و محور استوانه ای توخالی می باشند.
این اوگرها دارای محور توخالی و با درپوش بازشو انتهایی می باشند که بعد از باز کردن درپوش انتهایی ، بتن با عبور از این محور می تواند به اعماق چاه حفاری پمپاژ شود .قابل ذکر می باشد که اوگرهای پیوسته بصورت قطعه های مجزای قابل اتصال به یکدیگر طراحی میشوند. کاربرد اوگرهای پیوسته در شمع های موسوم به CFA می باشد که تشریح کامل این نوع شمع در قسمت مربوطه آورده شده است.
64
Bucket
معمولا در خاکهای درشت دانه از باکتهای حفاری استفاده می شود. درحین حفاری خاک بوسیله دندانه های زیر باکت کنده شده و به کمک بازوهای تعبیه شده در زیر آن به درون باکت رانده می شود و بعد از پر شدن ، به بیرون از چاه منتقل می شود و با باز شدن اتوماتیک بازوها خاک تخلیه می شود.
باکت ها معمولا به گروه هایی تقسیم می شوند:
– باکت با کاربرد در حفاری خاک
– باکت با کاربرد حفاری در لایه های سنگی
65
Bucket
قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمتر طول: ۱۲۰ الی ۱۶۰سانتیمتر
مناسب برای حفاری در:
انواع خاک ها بخصوص خاک های درشت دانه با چسبندگی پایین و خاک های آبکی
66
Rock Bucket
قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمتر طول: ۱۲۰ الی ۱۸۰سانتیمتر
مناسب برای شکستن لایه های سنگی نرم ، نسبتا نرم و نسبتا سخت تفاوت باکت های با کاربرد حفاری در خاک و سنگ : تفاوت آنها در شکل و نوع دندانه ها می باشد. در باکت های با کاربرد در خاک از دندانه های نوک پهن و در باکت های با کاربرد در سنگ از دندانه های تیزی با تکه های الماس تعبیه شده در نوک آنها استفاده می شود .شکل دندانه ها در قسمت معرفی آنها آورده شده است.
نکته : در حفاری ها لایه های سنگی با مقاومت فشاری کمتر از ۱۰۰ مگاپاسکال قابل شکستن می باشند.
67
Coer Barrel
نوعی مغزه گیر می باشد که علاوه بر شکستن لایه سنگی (نسبتا سخت) قادر به نمونه گیری از آن نیز می باشد.
قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمتر طول: ۱۵۰ الی ۱۷۰سانتیمتر
68
Belling bucket
باکت های زنگوله ای برای افزایش مقطع قسمت انتهایی شمع ها در شمع های خزانه ای(کف پهن) استفاده می شوند. این باکت ها دارای بازوهای مفصلی مجهز به دندانه های برنده ای می باشند که بعد از رسیدن باکت به انتهای شمع با باز شدن خود خاک را بصورت مخروطی در می آورند و هنگام بالا آمدن باکت جمع می شوند.
69
Teeth
در انتهای مته ها و باکت های حفاری یکسری دندانه تعبیه شده که معمولا از جنس فولاد سخت و یا الماس (برای شکستن لایه های سنگی) می باشند.
70
در دندانه های با کاربرد حفاری در سنگ در نوک آنهایکسری تکه های الماس تعبیه شده است.
با کاربرد حفاری در لایه سنگی
با کاربرد حفاری در خاک
71
نوع زمین مناسب
امروزه با پیشرفت تکنولوژی،شمع های درجا در اکثر زمینهای دارای خاک با پایداری و ایستایی نسبی قابل اجرا می باشند.
مزایا
عدم محدودیت قطر ، امکان افزایش مقطع شمع در قسمت انتهایی و افزایش توان باربری ، تدارک آسان تر ماشین آلات حفاری نسبت به شمع کوبی ، مناسب بودن برای استفاده در محیطهای شهری به دلیل سر و صدای کمتر ، تکمیل مطالعات و شناسایی خاک حین حفاری
معایب
عدم امکان کنترل کیفیت بتن مصرفی بخصوص وقتی که سطح آب زیرزمینی بالاست ، ضرورت استفاده از لوله غلاف و گل حفاری ، احتمال جابجایی محور مرکزی شمع در حین اجرا ، احتمال جا ماندن لوله غلاف بعد از بتن ریزی ، تاثیر شرایط جوی بر روند اجرا ، آلوده شدن محیط حفاری و بتن ریخته شده در چاه به دلیل استفاده از گل حفاری
72
1. 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.
73
2 نشانه گذاری محل اجرای شمع
نشانه گذاری محل دقیق شمع
عملیات نقشه برداری
74
3. انتخاب مدل دستگاه حفاری
مشخصات انواع مدل های دستگاه ها و مته های حفاری شمع درجا در قسمت بالا اشاره شده است
75
4. استقرار دستگاه حفاری
پس از آماده سازی محل اجرای شمع دستگاه حفاری در محل مستقر می گردد. استقرار دستگاه حفاری بنحوی تعیین می گردد که شرایط زیر را تامین نماید :
– تا پایان حفاری یک شمع نیاز به جابجایی نداشته باشد زیرا در صورت جابجایی دستگاه حفاری و استقرار مجدد باعث اختلال در تراز و شاقول بودن دستگاه حفاری می شود. – کمترین ضربه دینامیکی را حتی الامکان به شمع های اجرا شده در مراحل قبلی وارد نماید. – حداقل موانع کاری را نسبت به تردد ماشین آلات مرتبط با عملیات حفاری (جرثقیل، تراک میکسر، لودر و …) ایجاد نماید.
76
تراز کردن مته حفاری با محل شمع
77
5. تامین امکانات لازم برای جلوگیری از ریزش دیواره محل حفاری
الف) استفاده از گل بنتونیت یا مواد مشابه
ب) استفاده از لوله غلاف (کیسینگ)
78
استفاده از گل بنتونیت یا مواد مشابه
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 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 .
79
دستگاه بنتونیت ساز
80
کیسینگ
از کیسینگ در زمین های استفاده می شود که امکان فرو ریزی ویا 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
81
6. حفاری
82
ایجاد انباره در انتهای شمع (ویژه شمع های پدستالی)
در صورتیکه قطر مقطع انتهایی شمع از قطر چاه بیشتر باشد به آن شمع انباره ای یا کف پهن(پدستالی) گفته می شود.
انباره را می توان در خاک های پایدار و غیر ریزشی و در صورت پایین بودن سطح آب زیر زمینی جهت افزایش ظرفیت باربری شمع ایجاد نمود.
از شمع های پدستالی در مواقعی استفاده می شود که در انتهای شمع یک لایه مقاوم خاک یا یک لایه ضیف سنگی موجود باشد وگرنه در شمع هایی که انتهای آنها بر روی لایه سنگی سخت قرار دارد اکثرا ظرفیت باربری آنها به اندازه مقاومت بتن شمع می باشد و نیازی به خزانه انتهایی ندارند.
در شمع های پدستالی ، برای افزایش مقطع قسمت انتهایی شمع از باکت های زنگوله ای( Belling bucket )استفاده می شود. به انتهای این باکت ها بازوهایی مفصلی مجهز به دندانه های برنده تعبیه شده که خاک را به صورت مخروطی در می آورند. در هنگام بالا آمدن باکت، بازوها جمع می شوند. به دلیل مشکلات اجرایی بتن قسمت کناری خزانه بصورت غیر مسلح در نظر گرفته می شود.
83
تهیه قفسه آرماتور
84
جاگذاری قفسه آرماتور
85
تعبیه غلتکهای بتنی جهت رعایت فاصله طولی
86
هسته فولادی
گاهی بجای قفسه آرماتور از پروفیل های فولادی (در محور شمع) استفاده می شود.
87
جاگذاری پروفیل
88
شاقول کردن پروفیل برای قرار گرفتن در مرکز شمع
89
نصب پروفیل در چاه
90
آماده کردن بتن مصرفی
برای کاهش قطر چاه ، مقاومت بتن مصرفی در شمع اغلب در حدود ۲۸ الی ۳۵ مگاپاسکال در نظر گرفته می شود. بتن مصرفی در شمع های درجا باید حدود ۱۳ الی 21 سانتیمتر روانی (اسلامپ) داشته باشد (اسلامپ بهینه=حدود ۱۵ سانتیمتر). جهت بهبود کارایی بتن مصرفی از روان کننده استفاده می شود .
91
عملیات بتن ریزی
بتن ریزی در محل حفاری شده شمع بصورت پیوسته و مداوم ، به وسیله لوله مخصوص (ترمی) انجام می گیرد
92
جاگذار لوله ترمی
93
نگه داشتن ترمی در دهانه چاه جهت نصب قیف
94
نصب قیف بتن ریزی
95
بالا و پایین کردن ترمی جهت تخلیه بتن درون آن
96
انتهای لوله ترمی نباید از درون بتن خارج شود
97
کوتاه کردن لوله ترمی به دلیل بالا آمدن بتن
98
اتمام بتن ریزی
99
سر ریز شدن بنتونیت بعد از بالا آمدن بتن در هنگام بکاربری گل بنتونیت
100
خارج کردن کیسینگ همزمان با اتمام بتن ریزی
101
خارج کردن کیسینگ بعد از اتمام بتن ریزی
102
103
9. تخریب بتن اضافی
پس از اتمام عملیات بتن ریزی شمع، روی شمعها باید برای مدت 7 روز، خیس نگهداری شود و سپس سر کلیه شمعها به اندازه مورد لزوم تخریب شود . تحت هیچ شرایطی نباید بتن اضافی روی شمع قبل از 7 روز تخریب شود .
104
105