1-معرفی :

در هنگام ساخت بعضی از ساختمان ها و یا سازه های خاص با مشکل تراکــــم پذیری لایه های سطحی زمین مواجـــه می شویم، در حالی که در ژرفایی پایین تر لایه های زیرین دارای مقاومتی قابل توجه هستند. بنابــــراین نیازمند به گونه ای از پـــــی هستیم که نیـــــرو را در لایه های بالایی دریافت کند و به لایه های مقاوم پایینــــــی انتقال دهد؛ به این نوع از پــی شمع گویند. امروزه با پیشرفتهایی که در طراحی و ساخت سازه ها به وجود آمده مثلا” ساخت ساختمان های سنگیــن در مساحت کـم، زیر گـــذر ها و همچنین پل ها نیاز به استفاده از فونداسیونهای شمعی بیش از پیش احساس می شود.

انتقال بار از شمع به خاک می تواند از نوک، مقاومت اصطکاکی جداره، مقاومت خمشی یا ترکیبی از اینها صورت گیـــــــــرد. شمع ها ازلحاظ جنس انواع مختلفی دارند (فولادی، چوبی، بتنی، مرکب) که هر کدام کاربرد خاصی دارند. انتخاب نــــــــوع شمع بستگی به نوع خاک و میزان باربری مـــورد نیاز دارد. یکی از انواع شمع ها، شمع بتنی مسلـــح می باشد که خــــــود به سه دستــه شمع بتنی پیش ساخته، شمع بتنی پیش ساخته پیش تنیده و شمع بتنی در جا ریز تقسیم می شود.

شمع بتنی درجا ریز به علت مزیت هایی که نسبت به دیگر انواع شمع دارد بیشتر مورد توجه قرار می گیـــــــــــرد. در این نوع شمع معمولا” از میلگردهای طولی و عرضی استفاده می شود که اثر مطلوبی در تحمل بارهای جانبی دارد. مقـطع شمـــــع ها معمولا” ثابت است ولی گاه ممکن است برای کاربری بیشتر در قسمت تحتانی عریض شده باشد.

2- مراحل اجرای شمع در جا :

   1-2- احداث پلتــفرم حفاری :

پلاتفرم محلی جهت استقرار دستـــگاهها و ملزومات حفاری است که ضمن بـــــــرخورداری از استحکام و صــلبیت لازم با انجــــــــام خاکریزی و یا با استفاده از مصالح طبیعی موجود ساخته می شود. سطح پلتفرم در اندازه کامپکت ترافیـک 85 درصد متراکم می گردد تــــــا دارای صلبیت کافی جهت انجام عملیات باشد.

 

   2-2- استقرار دستگاه حفاری :

باید توجه نمود که دستگاه دقیقا” در نقطه مورد نظر قرار گیرد. بدین منظور نقاط علامت گذاری می شوند. در ضمن کنترل تراز که محدود به تـــــراز نمودن شاسی نسبت به پلتفرم، تراز نمودن روتاری نسبت به جرثقیل، قائم بودن کلی روتاری و در نهایت شاقول بودن مــته حفاری نسبت به نقطه حفاری می باشد باید انجام گیرد.

  3-2- استفاده از بنتونیت در حفاری :

برای جلوگیری از ریزش خاک های سست در چاه در عملیات حفاری از دوغاب بنتونیت استفاده می شود. دوغاب بنتونیت با ترکیب آب و بنتونیت ایجاد می گردد و با افزایش فشار هیدرواستاتیک به دیوارهای چاه از ریزش آن جلوگیری می کند.

 

در مواردی که:

الف) ساختار زمین دانه درشت غیر چسبنده باشد.

ب) وجود بولدر و سنگ ریشه دار باعث انحراف ترپان یا باکت از مسیر حفاری می گردد.

ج) ساختار زمین با وجود ریز دانه بودن غیر متراکم و دارای چسبندگی کم باشد. (ماسه بادی، مارن روان و غیره)

اجرای عملیات با استفاده از دوغاب بنتونیت امکان پذیر نبوده و باید روشهای زیر را به کار برد:

 

روش اول– استفاده از دوغاب سیمان همراه با ماسه (دوغاب سیمان 400 کیلوگرم در متر مکعب – مـــــــاسه 500 کیلوگـــرم در متر مکعب). این دوغاب به محیط ریزشی اضافه شده و بعد از گذشت زمان گیـــرش اولیــــه سیمان (حدودا” 30 دقیقه) حفــــــــــــاری ادامه می یابد. مزیت این روش افزایش سرعت حفاری است.

روش دوم– بتن مگر با مصالح ریز دانه و عیار 70 تا100 کیلوگرم در متر مکعب به محیط ریــزشی اضـــــــافه می شود. بــــــا توجه به علت استفاده از بتن مگر (جلوگیری از انحراف یا ریزش و کاهش هزینه) بعد از گذشت 4 تا 10 ساعت حفاری مجددا” شروع می گردد.

روش سوم- با جاگذاری کیسینگ تا عبور از لایه ریزشی یا در تمام طول شمع از ریزش جلوگیری می شود.  

     4-2- حفاری شمع :

با توجه به نوع زمین یکی از انواع مته های حفاری شامل باکت، اوگر یا ترپان انتخاب می شود. در صورتی که از باکت به عنوان مته استفاده کنیم با قرار دادن باکت در محل حفاری شمع و چرخش باکت حفاری آغاز می گردد تا هنگامی که باکت پـــر شود. بعد از پر شدن، باکت از محل حفاری خارج و سپس تخلیه می شود.

در صورت استفاده از اوگر، تخلیه با حرکت معکوس مته اوگر صورت می گیرد. این عملیات تا رسیدن به عمق مطلوب تکرار می گردد. در طول عملیات گل های حاصل از حفاری مرتبا” از روی سطح پــــــلتفرم برداشته و به فاصله 50 متر از محل حفاری منتقل می گردد. باید توجه نمود حفاری تا رسیدن به لایه مـقاوم صورت گیرد زیرا با اضافه حفاری ممکن است با عبور از لایه مقاوم به لایه ای با مقاومت کمتر رسید. همچنین برای اجتناب از تغییر مسیر حفاری که به علت برخورد با لایه سخت بوجود می آید باید اطمینان لازم از شاقولـــی بودن محور چاه در حین عملیات حاصل گردد.

 

  5-2- کیسینگ گذاری :

به منظور جلوگیری از ریزش خاک در حین عملیات حفاری که معمولا” در لایه های ابتـــدایی خاک و به دلیل نــــــداشتن مقاومـت برشی کافی خاک اتفاق می افتد از کیسینگ (غلاف) استفاده می گردد. کیسینگ همچنین مانع تــــــراوش آب های زیـرزمینی به داخــل چاه میگردد.

  6-2- آرماتور گذاری و نصب قفس :

در شمع هایی که احتمال دارد تحـت اثر نیروی کششی یا خمشی و یا تنش برشی قرار گیرند باید از آرماتورهای طولی و عرضی استفاده کرد. معمــــــولا” قطر میلگردهای طولی بین 16 تا 32 میلیمتر و قطر میلگردهای عرضی بین 8 تا 16 میلیمتر اســت. میلگردهای عرضی به دو صورت تنــگ و مارپیچ (spiral) قــابل اجرا هستند.

قفــــــس هـــای ساخته شده با استفاده از جرثقیـــــــل به نزدیکی محل اجرای شمع انتقال می یابد. با توجــه به محدودیت طول یک آرمــــــاتور و مشکلات اجرایی برای ایجاد قفس های بلند نیاز به اتصال قفس ها می باشد. اتصــال قفس ها باید به گونـــــــــه ای باشـد که انتقال نیرو از قفس بالایی به قفس پایینی به خوبی ممکن باشد. بدین منظور لازم است طول هم پوشانی کافی منظور گردد.

7-2- لوله گذاری و بتن ریزی  :

مهمترین مسئله در بتن ریزی کاهش طول لوله ترمی (Tremie pipe) به گونـه ای است که به جز مرحله ابتدایی بتن ریزی لوله ترمی حداقل به مقدار 2 متر در داخل بتن مستغرق باشد. در غیر این صورت امکان دو تکه شدن بتن ریزی و قرار گرفتن دوغاب حفاری در بین دو بخش وجود خواهد داشت و شمع کارایی خــــــــود را از دست می دهد.

روش اجرا بدین صورت است که ابتدا یک لوله با جرثقیل بلند شده سپس بــــا جک در دهانه چاه کنترل می گردد. سپس لوله بعدی به محل آورده می شود و اقدام به پیـچ کردن لوله دوم به لـــــــوله اول می شود. این عملیات تا رسیدن به عمق مطلوب ادامه می یابد. قیف بر روی لوله تــرمی اول بسته می شود و عملیات بتن ریزی با تراک میکسر شروع می شود. عملیات بتن ریزی تا خارج شدن کامــــل لجن ها و بتن کثیف (بتن آلوده به بنتونیت) ادامه می یابد.

زمان خاتمه حفاری تا شروع بتن ریزی نباید بیش از 6 ساعت به طول انجامد. در صورتی که این مدت بنا به دلایلی بیشتر شد به دلیل رسوب مواد معلق و یا ریزش جداره ممکن است مواد آلوده در ته چاه جمع شود که باید قبل از شروع بتن ریزی با تجهیزات مناسب تخلیه گردد.

8-2- خارج کردن کیسینگ:

آخرین مرحله از عملیات حفاری خارج کردن کیسینگ از داخل شمع است. این امر باید به گونه ای صورت گیرد که امکان جابجایی بتن تازه با خاک وجود نداشته باشد. در صورتی که امکان جابجایی کیسینگ ضمن بتن ریزی وجود داشته باشد بهتر است بدین کار اقـــــدام نمود.

پس از اتمام بتن ریزی سطح روی بتن تا هفت روز خیس نگه داشته می شود و نگه داری های لازم صورت می گیرد.

3- مزایای روش شمع درجاریز نسبت به دیگر انواع شمع ها:

 

1- طول و قطر متغیر شمع درجا:

از شمع درجا در  قطر و ارتفاع های متفاوتی استفاده می شود که این امر باعث می شود که نسبت به شمع های دیگر محدودیتی در ابعاد وجود نداشته باشد. معمولا قطر شمع درجا بین 60 تا 150 سانتی متر و عمق آن بین 10 تا 50 متر متغیر است. با افزایش قطر می توان ظرفیت باربری شمع را افزایش داد و با افزایش عمق امکان رسیدن به لایه های مناسبتری را فراهم نمود.

2- عدم ایجاد آلودگی صوتی و ارتعاش:

اجرای شمع های کوبشی عملیاتی پر سروصدا است که در محیط های شهری باعث ناراحتی شهروندان می شود. همچنین عملیات کوبیدن باعث ارتعاش در زمین و در نتیجه سازه های مجاور می شود که احتمال آسیب یا تخریب آن سازه ها  را به وجود می آورد. شمع درجا در مقایسه با شمع کوبشی آلودگی صوتی و ارتعاش کمتری را ایجاد میکند.

3- قابلیت افزایش باربری در شمع های خزانه ای:

با افزایش قطر شمع در قسمتهای تحتانی می توان باربری شمع را زیاد کرد (شمعهای خزانه ای). با این افزایش قطر در واقع سطح اتکایی انتهای شمع افزایش می یابد و شمع قابلیت تحمل تنش  فشاری بیشتری را پیدا می کند.

4- امکان نمونه گیری و آزمایش:

در حین انجام عملیات حفاری شمع درجا می توان از مصالح حفاری نمونه گیــری انجام داد و به برخی از خواص خــاک پی برد. با توجه به این آزمایشات و نتایج بدست آمده از آن ها دید روشن تری از نوع مصالح موجود در محل بدست می آید که در انتخاب روش اجرا، نوع مته مورد استفاده و … در ادامه عملیات مورد استفاده قرار می گیرد.