آشنایی با شمع بتنی و کاربردهای آن

آشنایی با شمع بتنی و کاربردهای آن

اگر در فرایند سخت و ساز و یا گودبرداری دستی داشته باشید، خوب میدانید که یک شمع ساختمانی با قرار گرفتن در داخل خاک به‌عنوان پی سازه‌ها، چه وظیفه مهمی را در انتقال بار طبقات فوقانی به لایه‌های مناسب‌تر خاک در اعماق پایین‌تر انجام می‌دهد. درواقع شمع همان ستون است که در داخل خاک مستقرشده و باره‌ای وارده به سازه را در عمق خاک عبور داده و آن را به خاک مقاوم‌تر منتقل می‌کند. حال با توجه به این اهمیت بر آن شدیم تا در این مقاله از سازه افزار به سراغ شناخت انواع شمع‌ها بخصوص نوع بتنی می‌رویم و اطلاعاتی جامع در این حوزه را در اختیار شما قرار می‌دهیم. پس مثل همیشه با سازه افزار همراه شوید.

شمع بتنی چیست؟

اساساً شمع یک استوانه طولانی و یا مقاطعی با اشکال دیگر از مصالحی با مقاومت بالا، ازجمله بتن می‌باشد که در خاک رانده و یا در آن اجرا می‌شود تا به‌عنوان تکیه‌گاهی محکم برای سازه ساخته‌شده روی آن عمل کند. درواقع می‌توان مطرح کرد که پی‌های اجراشده با شمع به‌عنوان فونداسیون برای دیوار یا ستون ایفای نقش می‌کند، به‌طوری‌که تکیه آن‌ها روی شمع‌های زیرین می‌باشد. لازم به ذکر است که شمع‌ها ممکن است به‌صورت تک و یا گروهی در زیر پی‌ها اجرا شوند و درمجموع پی‌های اجراشده با شمع توانایی تحمل باره‌ای بیشتری را نسبت به پی‌های معمولی (پی‌های سطحی) دارند.

آشنایی با عملیات شمع کوبی در صنعت ساخت‌وساز

به‌طورکلی عملیات شمع کوبی فرآیندی است که حین کمبود ظرفیت باربری خاک و جهت مقاوم‌سازی ساختمان و پیشگیری از نشست انجام می‌شود. در عملیات شمع کوبی نیروی اعمال‌شده به سطوح زیرین خاک که از تراکم و استحکام بالاتری برخوردار است منتقل می‌شود. درواقع این روش یکی از راه‌های پایدارسازی گود است. در همین راستا لازم است بدانید که دلایل مختلفی وجود دارد که ممکن است لایه‌ی سطحی خاکی از ظرفیت بالایی در تحمل نیروهای وارده و انتقال آن به سطح زیرین خاک برخوردار نباشد در چنین شرایطی توزیع بار به‌صورت مطلوبی انجام نمی‌شود؛ بنابراین توصیه می‌شود از روش‌های متداول بهسازی خاک استفاده کرد. در روش شمع کوبی نیروی اضافه‌ی موجود به سطح زیرخاک منتقل می‌شود. در چنین شرایطی به دلیل اینکه سطوح زیرین از مقاومت بالاتری برخوردارند لذا عملکرد بهتری در برابر نیروهای موجود از خود نشان می‌دهند و احتمال بروز نشست نیز در آن‌ها کاهش خواهد یافت. در شالوده سازه‌های حائل خاک نقش خاک تحمل نیروهای جانبی می‌باشد می‌تواند علاوه بر نیروهای عمودی نیروهای افقی را نیز تحمل کند.

آشنایی با فرایند شمع گذاری در خاک

عملیات شمع گذاری در خاک یا شمع کوبی فرآيندی است برای مسلح نمودن خاک محل گودبرداری انجام می‌شود. تسلیح خاک محل گودبرداری همانند کاشت میلگرد در بتن است که علاوه بر حفظ خصوصیات خاک موجود سبب افزایش مقاومت در برابر نیروهای وارده نیز می‌گردد. عملیات مسلح کردن خاک می‌تواند با استفاده از تجهیزات مختلفی انجام گیرد و به‌صورت قائم، افقی یا مایل اجرا شود که یکی از این روش‌های شمع گذاری در خاک است. شمع‌های مورداستفاده در فرآیند شمع گذاری می‌تواند از جنس چوب، فلز و بتن باشد و به‌طورکلی وظیفه‌ی اصلی آن‌ها انتقال باره‌ای سطحی به عمق خاک است. عملیات شمع گذاری زمانی انجام می‌شود که شاهد کمبود مقاومت کفی در لایه‌های سطحی خاک شویم درحالی‌که از وجود سطوح مستحکم در اعماق خاک اطمینان داشته باشیم. شمع گذاری در مواردی مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرد که در یک نگاه کلی این موارد شامل:

• انتقال نیروهای وارده به سطوح پایین‌تر شرایطی است که تحت آن خاک زمین موردنظر از فاکتورهای مناسبی برای توزیع بار سازه برخوردار نباشند.

• استفاده از شمع بتنی در زمین سازه‌های بلندی است که تحت تأثیر نیروهای طبیعی از قبیل زمین‌لرزه یا باد واقع‌شده‌اند و نیروهای افقی به آن‌ها وارد می‌شود.

• همچنین در برخی موارد نیز برای کم کردن دامنه‌ی حرکت و کنترل فرکانس طبیعی پی زمین از شمع کوبی یا اجرای شمع استفاده می‌شود.

آشنایی با انواع شمع بتنی

در یک نگاه کلی می‌توان اذعان نمود که شمع‌های بتنی معمولاً به دو گروه تقسیم‌بندی می‌شوند که این موارد به شرح زیر می‌باشد:

۱. شمع‌های پیش‌ساخته

جالب است بدانید که در صنعت ساخت‌وساز شمع‌های پیش‌ساخته را با استفاده از میلگردهای معمولی می‌سازند. به‌طورکلی مقطع آن‌ها به‌صورت مربع یا هشت‌ضلعی بوده و طول آن‌ها با توجه به نظر فرد تصمیم‌گیرنده ساخته می‌شود و طبیعتاً تحت شرایط مطلوب به عمل می‌آیند تا به مقاومت موردنظر برسند. پس‌ازآن این نوع از شمع‌ها به محل کوبیدن حمل می‌شوند و با استفاده از کابل‌های پیش تنیدگی پر مقاومت، به‌صورت پیش‌تنیده درمی‌آیند.

۲. شمع‌های درجا

شمع درجا ریز از خانواده شمع‌های بتنی می‌باشد و نام‌های دیگری ازجمله شمع درجا، شمع ساخته‌شده در محل، شمع ریختنی، شمع جایگزینی و شمع بدون تغییر مکان را دارا می‌باشد. شمع درجا به دلیل نامحدود بودن در قطر و عمق حفاری دارای بیشترین کاربرد و تنوع در بین تکنولوژی‌های اجرای پی‌های عمیق می‌باشد. در شمع‌های درجا ابتدا توسط ماشین‌آلات حفاری یک چاه با مقطع و عمق موردنظر در زمین حفرشده و سپس در داخل آن اقدام به بتن‌ریزی با مصالح مرغوب می‌نمایند که البته این بتن می‌تواند مسلح یا غیرمسلح باشد. همچنین در یک نگاه جامع می‌توان مطرح کرد که شمع‌های درجا ريز نیز خود به دو گروه اصلی تقسیم می‌شود که شامل:

• شمع درجا ریز با غلاف

• شمع درجا ریز بدون غلاف

جالب است بدانید که هر دو گروه نام‌برده از شمع‌های معرفی‌شده در این بخش می‌توانند دارای نوک پهن‌شده باشند. از طرفی لازم به ذکر است که شمع‌های درجا ریز غلاف دار بدین‌صورت اجرا می‌شوند که ابتدا یک لوله فولادی به زمین کوبیده شده و پس از رسیدن به عمق موردنظر، مصالح داخلی آن خالی‌شده و داخل لوله پر از بتن می‌شود. در همین راستا لوله را می‌توان با قراردادن یک سنبه در داخل آن کوبید و پس از رسیدن به عمق موردنظر، سنبه را خارج کرد. برای سر پهن کردن شمع (ایجاد پدستال)، نیز پس از ریختن مقداری بتن در نوک شمع، با رها کردن وزنه از ارتفاع، آن را می‌کوبند تا از طرفین پهن شود؛ اما برای اجرای شمع بدون غلاف، ابتدا غلاف در زمین کوبیده شده و سپس هم‌زمان با بتن‌ریزی در داخل غلاف، غلاف به‌تدریج به بیرون کشیده می‌شود.

آشنایی با ظرفیت باربری شمع‌های بتنی

به‌طورکلی می‌توان مطرح نمود که به‌منظور اندازه‌گیری ظرفیت باربری شمع‌های بتنی معمولاً دو رهیافت وجود دارد که این رویه‌ها به شرح زیر می‌باشند:

۱. رویکرد ساخت گاه محور

در این رویکرد، شمع بتنی تا حد موردنظر بارگذاری شده و ظرفیت آن محاسبه می‌گردد. درواقع در این رویه یک شمع با ابعاد موردنظر در محل کارگاه ساخته‌شده و تست بارگذاری برای برآورد ظرفیت باربری روی آن انجام می‌شود. به‌طورکلی با این روش تخمین دقیق‌تری از ظرفیت باربری شمع بتنی به دست می‌آید ولی به‌هرحال این روش زمان‌بر و همچنین هزینه‌بر خواهد بود. چراکه بارگذاری روی شمع به‌سادگی صورت نخواهد گرفت.

۲. رویکرد تئوریک

در این رویکرد ظرفیت باربری توسط چند فرمول که اطلاعات موردنیاز آن خصوصیات خاک محل و مشخصات شمع بتنی می‌باشد، محاسبه می‌شود.

آشنایی با مزایای اجرای شمع بتنی

• به‌طورکلی می‌توان اذعان نمود که اجرای شمع برای ساختمان روشی با سرعت زیاد است.

• همواره امکان استفاده‌ی مجدد از شمع‌های بتنی پیش‌ساخته وجود دارد.

• شمع کوبی در خاک ازجمله رویه‌های بهینه بوده که تداخلی در ساخت‌وساز ایجاد نخواهد کرد.

• درصورتی‌که عملیات شمع گذاری در حجم بالایی اجرا شود، هزینه‌ها کم خواهد شد.

• جالب است بدانید که در برخی مواقع شمع‌ها نقش سازه نگهبان را ایفا می‌کنند.

• استفاده از روش شمع کوبی در گودهایی که ارتفاع حدودی آن‌ها ۵ متر است عموماً به‌صرفه است.

 آشنایی با معایب اجرای شمع بتنی

• هنگام استفاده از روش اجرای شمع در گودبرداری اگر محل موردنظر از ارتفاع زیادی برخوردار باشد ضروری است علاوه بر کم کردن فاصله‌ی شمع‌ها از یکدیگر استفاده از مقاطع سازه‌ای قوی‌تر نیز باید در نظر گرفته شود.

• به‌طورکلی همواره امکان استفاده از شمع‌های بتنی پیش‌ساخته در تمام پروژه به دلیل برخی محدودیت‌ها وجود ندارد؛ بنابراین در همین راستا لازم است تا از شمع‌ها بتنی درجا در فرآیند شمع کوبی استفاده شود.

• 

پایدارسازی گود به روش اجرای شمع بتنی

همان‌طور که در ادامه این مقاله از سازه افزار اشاره خواهیم کرد، یکی از روش‌هایی که برای کنترل فشار جانبی خاک هنگام گودبرداری استفاده می‌گردد روش اجرای شمع می‌باشد. برای اجرای این روش می‌توان از شمع‌های چوبی، فلزی یا بتنی استفاده کرد. در همین راستا لازم است بدانید که اجرای شمع به این صورت می‌باشد که ابتدا در اطراف محل گودبرداری شمع‌ها را در فواصل مشخص نصب می‌کنند. البته در مورد شمع‌های بتنی باید اذعان نمود که می‌توان آن‌ها را یا در محل اجرا نمود که شامل شمع‌های درجا می‌شود و یا از انواع آماده (شمع‌های پیش‌ساخته) استفاده کرد. لازم به ذکر است که در صورت نیاز باید شمع‌ها را در امتداد گودبرداری مهاربندی کرد.

۱. اجرای دیوار محافظ پیوسته:

در این روش ابتدا شمع‌هایی با بتن پلاستیک به‌صورت یک‌درمیان حفاری و اجرا می‌شود و سپس با رعایت هم‌پوشانی شمع‌های اصلی و سازه‌ای با رعایت احداث جداره زنجیره‌ای و پیوسته اجرا می‌شود.

۲. اجرای دیوار محافظ ناپیوسته:

در مواردی که توده خاک و سنگ دارای چسبندگی زیاد بوده و سطح آب‌های زیرزمینی پایین بوده می‌توان از شمع‌های درجای ریز ناپیوسته و بافاصله استفاده کرد. در این روش به دلیل چسبندگی بین دانه‌های خاک بین شمع‌ها باوجود پدیده قوس خوردگی پایداری جانبی وجود دارد. با در نظر گرفتن شرایط و پارامترهای ژئوتکنیکی خاک معمولاً حداکثر فاصله محور تا محور شمع‌های اصلی 2 برابر قطر شمع‌ها می‌باشد. همچنین در این روش می‌توان پایداری در برابر نیروهای جانبی را نیز مدنظر قرارداد. چراکه این روش در پایداری‌های کوتاه‌مدت کارایی داشته، اما در به‌مرورزمان احتمال هوازدگی بین شمع‌ها به وجود می‌آید. همچنین در درازمدت نیز تغییر مشخصات خاک و برخی از پارامترهای آن مانند از دست دادن آب و یا حالت اشباع پیدا نمودن آن باعث ریزش خاک بین شمع‌ها شده که با دردسرهایی همراه می‌باشد؛ بنابراین برای جلوگیری از این نوع از رویدادها می‌توان از بتن پاشی (شاتکریت) و با بستن مش پوشش لازم را جهت پایداری ایجاد کرد.

آشنایی با شمع کف پهن یا پدستالی

درصورتی‌که قطر مقطع انتهایی شمع از قطر چاه بیشتر باشد به آن شمع انباره‌ای یا کف پهن یا پدستالی گفته می‌شود. به‌طورکلی انباره را می‌توان در خاک‌های پایدار و غیر ریزشی و در صورت پایین بودن سطح آب زیرزمینی جهت افزایش ظرفیت باربری شمع ایجاد نمود؛ بنابراین از شمع‌های پدستالی در مواقعی استفاده می‌شود که در انتهای شمع یک‌لایه مقاوم خاک یا یک‌لایه ضعیف سنگی موجود باشد وگرنه در شمع‌هایی که انتهای آن‌ها بر روی لایه سنگی سخت قرار دارد اکثراً ظرفیت باربری آن‌ها به‌اندازه مقاومت بتن شمع می‌باشد و نیازی به خزانه انتهایی ندارند. همچنین به‌منظور افزایش مقطع قسمت انتهایی شمع از باکت های زنگوله‌ای نیز استفاده می‌شود. به‌طوری‌که به انتهای این باکت ها بازوهایی مفصلی مجهز به دندانه‌های برنده تعبیه‌شده که خاک را به‌صورت مخروطی درمی‌آورند. در هنگام بالا آمدن باکت، بازوها جمع می‌شوند. لازم به ذکر است که به دلیل مشکلات اجرایی بتن قسمت کناری خزانه به‌صورت غیرمسلح در نظر گرفته می‌شود.

نکاتی در باب بتن‌ریزی و حفاظت از شمع‌های بتنی

به‌طورکلی تا قبل از ساخت و تهیه قفسه آرماتورها و جاگذاری مناسب آن‌ها نباید در قالب بتن‌ریزی صورت گیرد. چراکه این کار بتن‌ریزی شمع را که باید به‌صورت یكپارچه انجام گیرد، مختل می‌کند. از طرفی قالب‌ها نباید زودتر از ۲۴ ساعت پس از عملیات بتن‌ریزی بازشوند‌. چراکه شمع‌ها باید حداقل به مدت ۷ روز تا موقعی كه بتن حداقل دوسوم مقاومت ۲۸ روزه را كسب نماید، بر روی سكوی بتن‌ریزی باقی بمانند. همچنین درصورتی‌که برای عمل آوردن بتن شمع‌ها از حمام بخار استفاده شود با تصویب دستگاه نظارت می‌توان شمع‌ها را بعد از ۲۴ ساعت از محل ساخت بلند كرد. در همین راستا نیز قابل‌ذکر است که پیمانكار موظف است قبل از اقدام به بتن‌ریزی، دستگاه نظارت را مطلع سازد تا وضعیت قالب، آرماتور گذاری، پوشش كافی بتن و سایر جزئیات كه در نقشه‌های اجرایی درج‌شده را كنترل نماید...

آشنایی با ملاحظات جابجایی و انبار کردن شمع‌های بتنی

به‌طورکلی اصل این کار بر این مبنا می‌باشد که نحوه و روش جابجایی شمع‌ها قبلاً بررسی و توسط دستگاه نظارت تائید شده باشد. درواقع نحوه جابجایی و انبار کردن شمع‌ها باید به‌گونه‌ای باشد كه شمع‌ها از ترک‌خوردگی، آسیب ناشی از وربه و تنش‌های خمشی حفاظت شوند. در هر شمع باید حداقل دو قلاب برای جابجایی در نظر گرفته شود. محل این قلاب‌ها به‌گونه‌ای مشخص می‌شود كه كمترین مقدار بیشینه لنگر در شمع به وجود آید. همچنین شمع‌های مربعی باید طوری روی‌هم چیده و انبار شوند كه عبور هوا از بین آن‌ها ممكن باشد. كف محل انبار باید مقاومت كافی داشته باشد. قراردادن شمع‌ها روی‌هم بدون آنكه قطعه تخته‌ای بین آن‌ها قرارداده شود ممنوع است. محل مجاز برای قرار گرفتن تخته‌ها حدود محلی است كه قلاب حمل شمع در آن موقعیت قرارگرفته است. این قطعات چوبی باید در ارتفاع چیدمان شمع‌ها در یك راستا باشند.

در باب شمع‌های دایروی نیز باید اذعان نمود که این نوع از شمع‌ها باید به‌گونه‌ای روی‌هم چیده شوند كه در اثر لرزش بر روی‌هم نلغزند. به‌ویژه به‌منظور جلوگیری از لغزش ردیف‌های روی زمین باید تمهیدات لازم جهت مهار نمودن شمع‌ها مانند استفاده از قطعات چوبی اندیشیده شود‌. علاوه بر این تعداد ردیف‌های شمع انبارشده بر روی‌هم باید به حدی باشد كه باعث آسیب‌دیدگی شمع‌های زیرین نشود. پیمانكار باید برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی سطوح شمع‌های نصب‌شده در آب دریا و خاک‌های قلیایی توجه و مراقبت ویژه‌ای در جابجایی و انبار كردن آن‌ها لحاظ نماید.

شناخت شمع‌های بتنی‌ مردود و غیرقابل‌مصرف

هنگامی‌كه قالب‌های شمع‌های بتنی پیش‌ساخته برداشته شد، طبق نظر ناظر و در صورت مردود نبودن شمع پیمانكار موظف است كلیه حفرات و ترک‌های احتمالی را با ملات نسبت ۱ (آب) به ۲ (سیمان) ترمیم نماید‌. از طرفی شمع‌هایی كه در محل مناسب خود كوبیده نشوند، یا راسشان پایین‌تر از تراز موردنظر كوبیده شوند و یا به‌واسطه كوبش غلط دچار آسیب شوند در رده شمع‌های بتنی مردود قرار می‌گیرند و باید طبق نظر ناظر توسط یكی از روش‌های زیر اصلاح شوند. ترک‌های متقاطعی كه مقدار كمی خردشدگی ناشی از كوبش را نشان می‌دهند در صورت تائید دستگاه نظارت، باید به‌وسیله تزریق اپوكسی ترمیم شوند. در این حالت به‌محض آنكه اولین آثار خردشدگی و ترک پدیدار شد، باید عملیات كوبش متوقف‌شده و ترک‌های موردنظر طبق دستورالعمل‌های سازنده اپوكسی مرمت شود؛ بنابراین در صورت جابجا بودن شمع‌های اجراشده ‌به‌ویژه شمع‌های بتنی كناری‌ و یا مردود بودن آن‌ها، باید تحلیل سازه‌ای شمع‌ها و كلاهك ‌فونداسیون بتنی متصل به رأس شمع‌ها‌ مجدداً كنترل یا طراحی شود. لازم به ذکر است که ترک‌های سطحی و مویی به‌شرط اینكه در هنگام كوبش گسترش نیابند و مشكل‌ساز نشوند باعث مردود شدن شمع نخواهند بود و نیازی به ترمیم آن‌ها نیست.

آشنایی با کاربردهای شمع گذاری یا شمع کوبی

این رویه از پایدارسازی انواع گودها و سازه دارای کاربردهای متنوعی می‌باشد که در این بخش از سازه افزار به ارائه اطلاعاتی در این باب می‌پردازیم که شامل:

• افزایش ظرفیت باربری از طریق انتقال باره‌ای سنگین سازه به سطوح زیرین

• اجرای شمع کوبی برای جلوگیری از بروز نشست در پی‌هایی که به روی خاک‌های سست بناشده‌اند.

• استفاده از شمع گذاری به‌عنوان شالوده در زیرآب‌های زیرزمینی که تحت تأثیر نیروهای برهم‌کنش واقع می‌شوند.

• استفاده از شمع کوبی برای کم کردن حرکت ماشین‌آلات لغزنده و کنترل فرکانس طبیعی سیستم پی سازه

• استفاده از شمع گذاری در اسکله‌ها به‌منظور تحکیم خاک در برابر امواج و نیروهای ناشی از آن

• پایدارسازی خاک زمین‌های شیب‌دار از طریق شمع کوبی

• پیشگیری از تأثیرات مخرب ناشی از فرسایش پایه‌های پل

سخن پایانی

در این راهنمای جامع از سازه افزار مباحث مختلفی درباره‌ی شمع بتنی پوشش داده شد که این موارد شامل انواع آن‌ها، کاربردهای آن، آشنایی با ملاحظات جابجایی و انبار کردن شمع‌های بتنی در کنار نکاتی در باب پیاده‌سازی این نوع از شمع‌ها به بهترین شکل ممکن بود که امیدواریم برای شما عزیزان کارا و مفید بوده باشد.