روش اجرای شمع کوبی در گودبرداری | اجرای شمع درجا ریز از صفر تا صد

حتما تا به حال در مورد پی عمیق شنیده‌اید. شمع‌ها همان پی‌های عمیق هستند که هم در فونداسیون و هم جهت پایدارسازی گود به کار می‌روند. پایدارسازی گود به روش اجرای شمع یکی از روش‌های متداول برای پایدارسازی زیرگذرها و تونل‌ها به شمار می‌آید. اجرای سازه نگهبان شمع به روش‌های مختلفی مانند شمع کوبی ، شمع بتنی درجا و ترکیب هر دو انجام می‌شود.

ما در این مقاله تمام نکات اجرایی شمع در گودبرداری را همراه با فیلم زیر ذره‌بین می‌بریم. تا انتهای این مقاله با ما در آکادمی عمران همراه باشید تا به جواب تمام سوال‌‌های خود برسید.

فیلم معرفی سازه نگهبان با روش اجرای شمع

در فیلم زیر به بررسی نکات اجرایی شمع درجا بتنی می‌پردازیم. پیش از خواندن مقاله ابتدا فیلم زیر را مشاهده کنید تا دید بهتری نسبت به سازه نگهبان شمع به دست آورید.

پایدارسازی گود به روش اجرای شمع کوبی

شمع همان پی عمیق است که در موارد مختلفی مانند فونداسیون سازه یا پایدارسازی دیواره گود استفاده می‌شود.

در مقاله ” پی عمیق “ به طور کامل در مورد شمع‌ها به عنوان فونداسیون سازه و مکانیزم عملکردی آن‌ها صحبت می‌کنیم. اما در این مقاله موضوع مورد بحث ما پایدارسازی گود به روش اجرای شمع است.

در دیگر روش‌های پایدارسازی گود مانند نیلینگ ، انکراژ، سازه نگهبان خرپایی و مهار متقابل از سولجرهایی به عنوان پروفیل قائم استفاده می‌کنیم.

در پایدارسازی گود با شمع ، خود شمع‌ها نقش پروفیل قائم را ایفا می‌کنند. شمع‌ها در فواصل معینی پیرامون گود اجرا می‌گردند و عمدتا بتنی هستند.

این روش معمولا برای ساخت و سازهای شهری به دلیل جاگیر بودن مناسب نیست، زیرا قسمتی از زمین مجاور و زمین خود پروژه را اشغال می‌کند.

از این روش معمولا برای پایدارسازی تونل‌ها و زیرگذرها استفاده می‌شود.

با توجه به انعطاف کم این نوع سازه نگهبان، تغییرمکان جانبی خاک کم بوده و در واقع خاک در حالت سکون عمل می‌کند.

طراحی در حالت سکون سبب افزایش نیروهای جانبی بر بدنه شمع، افزایش لنگر خمشی و در نتیجه نیاز به افزایش قطر و کاهش فواصل شمع‌های مجاور می‌شود.

در مقاله گودبرداری تمام نکات این مرحله از اجرای ساختمان را توضیح دادیم. این مقاله کامل را از دست ندهید.

به طور کلی سیستم گودبرداری با شمع معمولا در مکان هایی استفاده می شود که:

• سازه مجاور گود به تغییرمکان خیلی حساس باشد یا انسجام کافی از نظر سازه‌ای نداشته باشد.
• در آینده احتمال گودبرداری در مجاورت سازه در دست احداث وجود داشته باشد.
• سازه نگهبان به صورت دائمی لازم باشد مانند گودبرداری جهت اجرای تقاطع‌های غیرهمسطح
• سطح آب زیرزمینی به گونه‌ای بالا باشد که کنترل ورود آب به داخل گود با روش‌های دیگر میسر نبوده یا مشکل باشد.

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

انواع شمع کوبی یا نصب شمع ها

وقتی تصمیم بر اجرای شمع گرفته می‌شود، ابتدا باید چند گمانه جهت شناسایی خصوصیات خاک و لایه‌های آن حفر شود. تعداد، نوع گمانه، محل آن‌ها باید طبق نظر کارشناس انجام گیرد. همچنین یکی از موارد مهمی که در زمان شناسایی خاک باید تعیین شود، سطح آب زیرزمینی است.

در مرحله بعد لازم است تا سطح شمع و طول آن تعیین گردد. برای به دست آوردن این دو لازم است تا اولا مقاومت مصالح و ثانیا مشخصات مکانیکی خاک را داشته باشیم.

مورد اول یک مساله سازه‌ای است یعنی به تحلیل و طراحی سازه بر می‌گردد و مورد دوم یک مسئله مکانیک خاک و پی است و به مساله ظرفیت باربری شمع‌ها بر می‌گردد.

پس از محاسبات انجام شده اقدام به اجرا می‌کنیم. برای این امر به طور کلی سه روش وجود دارد که در ادامه شرح می‌دهیم.

1) اجرای شمع های درجا ریز

اجرای شمع های درجا ریز به طور کلی به شرح زیر است:

• حفر چاه به قطر تقریبی 1 متر طبق طراحی و پیش از عملیات گودبرداری
• قرار دادن قفسه آرماتورهای مورد نیاز درون چاه مطابق نقشه‌های اجرایی
• بتن ریزی
• گودبرداری تا رسیدن به تراز زیر بتن مگر با شیب مطمئن انجام می‌شود.

حال اگر نیاز به نصب بست‌های مایل باشد:

• بعد از گودبرداری مرکز گود، آرماتورگذاری و بتن ریزی پی عضو مایل و نصب آن انجام می‌شود.
• خاک باقیمانده که به صورت گوه بین بست‌های مایل است، به طور مرحله‌ای برداشته شده تا به رقوم نصب المان عمودی اصلی و مایل برسیم.
• پس از اتمام عملیات برداشتن گوه خاک، برای تأمین صلبیت جانبی و به حداقل رساندن طول کمانش اعضای قائم و مورب، از هر سه دهانه خرپا یک دهانه باید مهاربندی شود.

در ادامه این مراحل را با جزئیات بیشتری شرح می‌دهیم.

در این روش مقطع مورد نظر توسط دستگاه حفاری (عمدتا دستگاه‌های حفاری ضربه‌ای و دورانی)، حفاری می‌شود. دستگاه حفاری دورانی با دوران در خاک حفاری را انجام داده و خاک کنده شده را جمع کرده و خارج از چاله تخلیه می‌کند.

به منظور افزایش مقاومت نوک شمع می‌توان نوک آن را پهن‌تر اجرا کرد. این کار معمولا توسط یک دستگاه حفار که فک آن باز می‌شود، انجام می‌گردد.

در شمع‌هایی که در عمق زیاد اجرا نمی‌شوند، افزایش سطح مقطع نوک شمع را می‌توان با نیروی انسانی و با در نظر گرفتن مسائل ایمنی نیز انجام داد.

نوک‌های پهن شده برای شمع‌هایی که در معرض کشش قرار دارند، اثر بسزایی بر افزایش ظرفیت باربری آن‌ها دارد.

در مرحله بعد قفسه آرماتورها ساخته می‌شوند. برای این امر ابتدا تنگ‌های مارپیچ با میلگردهای A2 آماده می‌گردند. این میلگردها را دور یک بشکه به وسیله صفحه آرماتور خم کن به شکل مارپیچ در می‌آورند.

در مرحله بعد آرماتورهای طولی به میلگردهای دایروی جوش داده تا فرم کلی شکل بگیرد، سپس تنگ‌های دورپیچ را با فواصل معین دور آرماتورهای طولی قرار می‌دهند.

سپس قفسه آرماتورها را به وسیله جرثقیل داخل چاه حفاری شده قرار می‌دهند. برای ایجاد کاور از اسپیسرهای بتنی و پلاستیکی استفاده می‌شود.

در انتها به وسیله یک میلگرد و قلاب قفسه آرماتور را در یک ارتفاع مشخص ثابت نگه می‌دارند.

در زمین هایی که خطر ریزش دیواره حفاری وجود دارد از گل حفاری (بنتونیت) یا کیسینگ برای نگهداری دیوار گودال استفاده می‌شود. در تصویر زیر نمونه‌هایی از کیسینگ (غلاف فولادی) مشاهده می‌کنید.

در مرحله آخر به وسیله لوله ترمی عملیات بتن ریزی را انجام می‌دهند. برای مطالعه بیشتر در مورد بتن ریزی با لوله ترمی به مقاله ” لوله ترمی “ مراجعه کنید.

در هنگام استفاده از دستگاه حفاری شمع زنی به نکات زیر توجه کنید:

• دستگاه حفاری شمع زنی در جایی قرار بگیرد که نیازی به جابه‌جایی آن برای اجرای دیگر چاه‌ها وجود نداشته باشد زیرا به دلیل وزن زیاد آن با کوچک‌ترین جابه‌جایی از حالت تراز خارج می‌شود.
• جاگیری دستگاه حفاری شمع زنی باید به گونه‌ای باشد که میزان ضربه‌هایی که به شمع‌های اجرای شده دیگر می‌خورد، به حداقل برسد.
• مکان این دستگاه برای تردد دیگر ماشین آلات نباید مزاحمت ایجاد کند.

2) شمع کوبی و نحوه کار دستگاه شمع کوب

شمع کوبی معمولا به وسیله شمع کوب ها با هوای فشرده، یک موتور دیزلی یا ویبره (لرزان) اجرا می‌شود.

قدرت محرکه شمع کوب های ویبره از طریق انرژی الکتریکی تامین می‌شود. این شمع کوب ها برای کوبیدن شمع‌های فولادی، بتنی یا چوبی به کار می‌روند.

به واسطه انرژی محدودی که این شمع کوب ها تولید می‌کنند، قطر شمعی که با این وسایل می‌توان کوبید به ندرت از ۵۰ یا ۶۰ سانتی‌متر تجاوز می‌کند.

برای له نشدن شمع در مقابل ضربات شمع کوب معمولا از یک قطعه واسطه برای انتقال انرژی به آن استفاده می‌شود.

شمع کوب ها معمولا صدای زیادی تولید می‌کنند.

بنابراین از این دستگاه‌ها نمی‌توان در مناطق شهری استفاده کرد. شمع کوب های دیزلی یا با هوای فشرده برای تمامی خاک‌ها کاربرد دارند ولی شمع کوب های ویبره فقط برای خاک‌های دانه‌ای و بدون چسبندگی کاربرد دارند.

از محاسن شمع کوب های ویبره آن است که از این دستگاه‌ها می‌توان برای بیرون کشیدن شمع نیز استفاده کرد.

شمع کوب دیزلی یا با هوای فشرده صرفا ضربه‌ای عمل می‌کند ولی در شمع کوب های ویبره از اثر توام ضربه و فرکانس بالای آن استفاده می‌گردد.

چکش های شمع کوب معمولا بر روی یک جرثقیل چرخ زنجیری سنگین نصب می‌شوند.

3) روش ترکیبی شمع کوبی و شمع درجا

گاهی از دو روش قبلی استفاده می‌شود. در حالت اول با کوبیدن یک لوله توخالی بدون خاک و سپس خالی کردن خاک درون شمع و آرماتورگذاری و بتن ریزی، یک شمع بتنی درجا ساخته می‌شود.

در زمین‌هایی که نرم باشد و نتوانند مقاومت کافی برای حفظ شکل بتن ریخته شده را داشته باشند، باید به این طریق از کیسینگ استفاده کرد. این نوع خاک‌ها شامل رس نرم یا خاک‌های آلی می‌شود.

اما در حالت‌های متداول داخل چاله حفاری شده را با گل بنتونیت پر می‌کنند تا چسبندگی ایجاد شده مانع از ریزش جداره گود شود. حال اگر گل بنتونیت به تنهایی نتوانست سبب پایداری جداره چاله شود، درون چاه کیسینگ قرار می‌دهند.

در هر سه حالت فوق لازم است پس از اجرای شمع‌ها، تیر لبه سراسری اجرا شود.

این سازه با متصل نمودن شمع‌ها به یکدیگر جابجایی‌های آن‌ها را یکپارچه کرده و مانع از حرکت آن‌ها به صورت منفرد و تکی می‌شود.

همچنین به صورت کلی برای انواع شمع‌ها باید طول گیرداری حدود 1.3 برابر عمق گود باشد.

انتخاب نوع شمع بر اساس جابه‌جایی خاک

با توجه به میزان جابه‌جایی خاک در زمان حفاری و اجرای شمع، می‌توان آن‌ها را در سه دسته تقسیم‌بندی کرد:

خاک با جابه‌جایی زیاد

در این نوع خاک‌ها در زمان حفاری امکان فروپاشی خاک‌های جداره وجود دارد. برای این نوع خاک‌ها بهتر است شمع‌های زیر را اجرا کنیم:

• بتنی یا فولادی پیش ساخته و ته بسته
• شمع‌ کوبی شمع‌های تو خالی که از ورود خاک جلوگیری می‌کنند.

خاک با جابه‌جایی کم

در این خاک‌ها جابه‌جایی و ورود خاک به چاه حفاری کم است و بهتر است موارد زیر را در نظر بگیریم:

• اجرای کیسینگ یا بنتونیت و پس از آن اجرای شمع بتنی درجا آغاز شود.
• فولادی با مقاطع I و H شکل به وسیله شمع کوبی
• بتنی یا فولادی پیش ساخته و پیش تنیده

خاک بدون جابجایی

همانطور که از نام آن پیدا است در این نوع خاک جابه‌جایی وجود ندارد و می‌توانیم شمع‌های زیر را اجرا کنیم:

• بتنی درجا ریز بدون کیسینگ و بنتونیت
• بتنی پیش ساخته

انواع روش اجرای شمع در گودبرداری

این سیستم می‌تواند در سه حالت اجرا شود.

1) حالت مهار نشده

این حالت در گودبرداری‌های با ارتفاع کم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با افزایش عمق گودبرداری قطر شمع افزایش و فاصله بین آن‌ها کاهش می‌یابد که از لحاظ اقتصادی حالت مهار نشده، مقرون به صرفه نیست.

در این حالت انتهای شمع باید به قدری در داخل خاک فرو رود که کاملا گیردار باشد. در حالتی که شمع به صورت طره‌ای استفاده شود توزیع فشار پشت آن به صورت مثلثی خواهد بود.

2) حالت مهار شده از جلو

حالت مهار شده از جلو با توجه به شرایط گود، به دو روش زیر ساخته می‌شود.

الف) شمع با مهار متقابل

در این روش برای کاهش لنگر خمشی و کاهش قطر شمع، در پشت آن از یکسری مهار و پشت بند استفاده می‌شود.

در این حالت توزیع فشار پشت سازه نگهبان به صورت مستطیل یا ذوزنقه است.

برای اینکه در مورد سازه نگهبان مهار متقابل بیشتر بدانید به مقاله “مهار متقابل در گودبرداری“ سر بزنید.

ب) سیستم مهاربندی با بست‌های مایل و شیروانی محافظ

از این بست‌ها زمانی استفاده می‌شود که به دلیل پهنای زیاد گود نتوان بست افقی را اجرا کرد. در مقاله “سازه نگهبان خرپایی“ به طور کامل در مورد نحوه اجرای عضو مایل صحبت می‌کنیم.

3) مهار شده از پشت به خاک پایدار

در این سیستم با توجه به طول زیاد شمع و با توجه به حساسیت سازه مجاور، امکان استفاده از شمع طره‌ای وجود ندارد و عرض گودبرداری هم به اندازه‌ای نیست که بتوان از سیستم شمع با مهار متقابل استفاده کرد.

در این حالت برای مهار جابه‌جایی‌های قسمت بالای شمع، از سیستم نیلینگ یا انکراژ استفاده می‌کنند و تیر لبه را به خاک پشت متصل می‌کنند که از تغییرشکل‌های سرشمع جلوگیری شود. حتی گاهی در ترازهای مختلف عملیات نیلینگ یا انکراژ انجام می‌شود.

برای مطالعه بیشتر در مورد نیلینگ و انکراژ و روش اجرای آن‌ها به مقالات ” نیلینگ “ و ” انکراژ “ مراجعه کنید.

انواع حالت‌های چینش شمع در گودبرداری

سپرهای شمع‌ریزی متشکل از تعدادی شمع قائم هستند که مقطع این شمع‌ها یکی از حالت‌های زیر است:

1) با فاصله از هم

در این روش شمع‌ها با فاصله از یکدیگر قرار می‌گیرند. این نوع چینش برای مکان‌هایی مناسب است که هر دو شرط زیر را داشته باشند:

• خاک مقاومت نسبتا مناسبی دارد.
• سطح آب زیرزمینی پایین‌تر از تراز کف گود قرار داشته و شمع‌های نصب شده وظیفه آب‌بندی را بر عهده نداشته باشند.

در صورتی که بخواهیم جداره بین شمع‌ها را آب‌بند کنیم باید به یکی از روش‌های زیر عمل کنیم:

الف) اگر فاصله بین شمع‌ها کم باشد می‌توانیم از دوغاب سیمانی برای آب‌بند کردن جداره استفاده کنیم. در این حالت دوغاب سیمانی نقش سازه‌ای ندارد.

ب) اگر فاصله بین شمع‌ها زیاد باشد، می‌توانیم از مش و شاتکریت برای آب‌بندی استفاده کنیم. مش و شاتکریت در این حالت نقش سازه‌ای ایفا می‌کنند.

2) متقاطع با هم

سیستم اجرای شمع بدون فاصله و متقاطع با هم برای مکان‌هایی مناسب است که یکی از دو شرط زیر را داشته باشند:

• شمع‌های نصب شده علاوه بر تامین پایداری باید مانع ورود آب به داخل گود نیز شوند.
• جنس خاک به نوعی است که اگر شمع‌ها با فاصله نصب شوند امکان انتقال نیرو به نحو مناسب به شمع‌ها میسر نیست.

در این حالت متقاطع بودن شمع‌ها در یکدیگر موجب افزایش مقاومت خمشی، کاهش تغییر شکل و آب‌بندی دیواره می‌شود.

سیستم شمع متقاطع به صورت کام و زبانه اجرا می‌شوند. به این شکل که ابتدا شمع‌های کام اجرا می‌گردند. فاصله مرکز به مرکز این شمع‌ها را کمی دو برابر قطر اسمی شمع‌ها در نظر می‌گیرند.

داخل شمع‌های کام می‌توانند مقاطع فولادی یا آرماتور قرار دهند اما معمولا به صورت بتن غیرمسلح اجرا می‌شوند.

سپس خاک بین شمع‌های کام حفاری شده و بخشی از بتن شمع کام بریده می‌شود. یکی از دلایلی که بهتر است در شمع‌های کام از آرماتوربندی استفاده نکنیم این است که زمانی که بتن شمع کام بریده می‌شود، این آرماتورها نیز بریده شده و کارایی خود را از دست می‌دهند.

به همین دلیل فقط شمع‌های زبانه را به صورت بتن مسلح اجرا می‌کنند.

در صورتی که به مقاومت خمشی زیادی نیاز نباشد، برای شمع‌های کام می‌توان از بتن ضعیف‌تری استفاده کرد. زمانی که از بتن ضعیف برای شمع کام استفاده می‌کنیم، عملیات بریدن آن ساده‌تر می‌شود.

در این حالت وقتی بتن شمع کام ضعیف بوده و در آن هیچ پروفیل فولادی وجود نداشته باشد و همچنین بتن شمع زبانه قوی باشد، به آن سیستم، سخت-نرم می‌گویند.

در صورتی که در هر دوی آن‌ها بتن قوی استفاده شود و در شمع‌های کام نیز پروفیل فولادی وجود داشته باشد به آن سیستم سخت-سخت گفته می‌شود.

اگر در شمع‌های کام فقط از بتن قوی استفاده شود و در آن پروفیل فولادی وجود نداشته باشد، سیستم سخت-سفت خواهد بود.

پس از حفاری بین شمع‌های کام، قفسه آرماتورهای شمع‌های زبانه گذاشته شده و سپس بتن ریزی می‌شوند.

3) مماس برهم

سیستم اجرای شمع‌ها به صورت مماس بر هم نیز مانند حالت متقاطع، برای مکان‌هایی مناسب است که یکی از دو شرط زیر را داشته باشند:

• سطح آب زیرزمینی بالا نبوده یا مشکل آفرین نباشد ولی شمع‌ها باید نقش آب‌بندی را نیز داشته باشند.
• جنس خاک به نوعی ریزشی است که اگر شمع‌ها با فاصله نصب شوند امکان انتقال نیرو به نحو مناسب به شمع‌ها میسر نیست.

در صورتی که سطح آب زیرزمینی بالا بوده و مشکل ساز باشد باز هم می‌توان از این روش استفاده کرد اما باید برای جلوگیری از تراوش آب، سطح جداره را با شاتکریت یا روش‌های مشابه آب بند کنیم.

معایب اجرای سازه نگهبان به روش شمع کوبی

• اشغال شدن بخشی از فضای زمین در تراز منفی و محدود شدن زمین
• معمولا از لحاظ اقتصادی نسبت به روش‌های دیگر بسیار پرهزینه‌تر است.
• در صورت نیاز به جمع آوری و تخریب پس از گودبرداری، دشوار است و زحمت زیادی دارد.
• به امکانات لازم برای جلوگیری از ریزش دیواره محل حفاری نیاز دارد.
• عمدتا نیاز به استفاده از گل بنتونیت یا غلاف فلزی (کیسینگ) دارد.

برای اینکه با تمام ریزه کاری‌های اجرای ساختمان آشنا شوید پیشنهاد می‌کنیم حتما به آموزش اجرای ساختمان سر بزنید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری