شمع های ساختمانی از نظر جنس مصالح به شمع های چوبی، فولادی، بتنی و مرکب تقسیم میشوند که از این میان، شمع های بتنی از انواع پرکاربرد در این زمینه هستند و این شمع ها نیز حداقل دو نوع پیش ساخته و درجاریز را شامل میشوند. شمع های پیش ساخته به دلیل کاربردها و مصارف متعدد در پروژه های ساختمانی، بسیار قابل توجه هستند. اصولا شمع های پیش ساخته، همان گونه که از نام آنها مشخص است، شمع های از قبل ساخته شده در کارخانه هستند که پس از ساخت و انجام آزمایش های دقیق کنترل کیفیت، توسط جرثقیل و کامیون برای اجرای فونداسیون، مقاوم سازی و بهسازی خاک به محل پروژه های موردنظر انتقال داده شده و با استفاده از دستگاه های مخصوص شمع کوب درون زمین کوبیده میشوند.
شمعهای پیشساخته بتنی چیست؟
استفاده از شمع های پیش ساخته در فرآیند تحکیم خاک، یکی از مصالح مورد استفاده در عملیات شمع کوبی است. این شمع های پیش ساخته بتنی یا کوبشی دارای مقطع دایرهای (لولهای)، مربعی و چندضلعی هستند. از آنجا که این شمع ها در محل و به صورت کوبشی در درون زمین قرار میگیرند، برای جلوگیری از آسیب سر آنها، یک کلاهک فلزی، کفشک های بتنی یا فولادی قرار داده میشود. کلاهک فلزی به منظور جلوگیری از آسیب دیدن شمع در اثر ضربات شمع کوب و کفشک نیز به منظور سهولت در فرو رفتن شمع در خاک مورد استفاده قرار میگیرد.
همچنین هنگام ساخت و اجرای شمع های بتنی پیش ساخته از میلگردهای معمولی استفاده میشود. نقش این میلگردها، افزایش مقاومت فشاری و مقاومت شمع در برابر نیروی خمشی ناشی از بلند کردن شمع و اعمال نیروی جانبی به آن است.
بر این اساس، شمع های پیش ساخته برای کسب مقاومت لازم، در طول معین ساخته و پس از عمل آوری در شرایط مرطوب، به محل کوبیدن، منتقل میشوند. عملیات کوبش توسط چکش های شمع کوبی ضربهای تا عمق مشخص شده در نقشه های اجرایی صورت میگیرد. شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از کابلهای پیش تنیدگی پر مقاومت، به صورت پیش تنیده در آورد. محل ساخت این شمعها باید نزدیک به محل پروژه و در کمترین فاصله از آن باشد.
مراحل ساخت تا اجرا
با توجه به توضیحات ارائهشده، مراحل ساخت و اجرای شمعهای پیشساخته بتنی را میتوان شامل آمادهسازی بتن قالب، آمادهسازی شبکه آرماتور یا میلگرد، بتنریزی، عملآوری و نگهداری از شمع، توجه به جابهجایی و انبار کردن شمعها، کوبش شمع در نقاط تعیینشده قبلی، ملاحظات لازم در زمان کوبش شمع، رواداری مربوط به موقعیت و زاویه استقرار شمع دانست. در هرکدام از این فرایند هشت مرحلهای باید جزییات و نکات فنی لازم را درنظر گرفت.
ابعاد شمع های پیش ساخته بتنی
شمعهای پیش ساخته بتنی معمولا به صورت مربع با بعد 30 تا 50 سانتیمتر تا طول 15 متر و شمعهای فلزی یا فولادی دایرهای به قطر 1 تا 1.5 متر و طول 12 متر اجرا میشوند. همچنین در صورت نیاز به اجرای شمع با طول بیشتر، باید پس از کوبش قطعه اول، با استفاده از وصله مناسب، اتصال دو قطعه را برقرار و نسبت به کوبش قطعه دوم اقدام کرد.
کاربرد شمع های بتنی پیش ساخته
شمعهای بتنی پیشساخته در ساختمان‌های دائمی و در زمین‌هایی که کوبیدن شمع بتنی پیشساخته از نظر سختی زمین میسر باشد، مورد استفاده قرار میگیرد. شمعهای پیشساخته به منظور گودبرداری نیز استفاده میشوند.
مزایا و معایب شمع های پیش ساخته
از مهم ترین مزایای اجرای شمع بتنی پیش ساخته، سرعت بالای ساخت و اجراست. امکان رساندن شمع به ضربات موردنظر طراح، امکان اجرا در زیر سطح آب و دور از ساحل، تراکم خاکهای دانهای و بهبود پارامترهای مقاومتی آنها در حین کوبش شمع، امکان کنترل کیفیت دقیق مصالح، امکان اجرا به صورت مایل برای مقابله با بارهای جانبی از دیگر مزایای شمع های پیش ساخته است.
با این حال، نیاز به وسایل حمل و نقل برای انتقال به محل پروژه، غیراقتصادی بودن در تعداد کم شمع، عدم امکان اجرا در طول و قطر زیاد به خاطر نیاز به تجهیزات کوبش و ایجاد لنگر خمشی بزرگ در جسم آنها حین حمل و نقل و کوبش، بار مجاز محدود به دلیل محدودیت در طول و قطر و دست خوردگی خصوصا در خاکهای رسی حساس از جمله معایب شمعهای پیش ساخته است. همچنین به دلیل سروصدا و ارتعاش ناشی از کوبش، غالبا امکان اجرای شمع بتنی پیش ساخته در مناطق شهری وجود ندارد.
میلگرد در شمع های پیش ساخته بتنی
تنش های ناشی از کوبش شمع در شمع های پیش ساخته بتنی یا کوبشی و اجرای آنها بعضا در پروژه های دریایی و شرایط محیطی نامطلوب از مهمترین عواملی هستند که توجه به نحوه استفاده از مصالح مختلف خصوصا میلگردها را در ساخت و اجرای شمع های پیش ساخته بتنی ضروری میسازند.
با توجه به کاربرد میلگردها در شمع های پیش ساخته بتنی، در ساخت این شمع ها باید نکات زیر مدنظر قرار گیرد:
- حداقل میلگرد طولی شمع، معادل یک درصد سطح مقطع باشد.
- حداقل میلگرد عرضی در ناحیه بالایی شمع به یک درصد افزایش یابد.
- حداقل میلگرد عرضی (خاموت) در طول شمع حدود 0.4 درصد حجم بتن باشد.
- پوشش روی میلگردها برابر 7.5 سانتیمتر باشد.
- فاصله خاموت ها کمتر از نصف بعد قاعده شمع باشد.
سایر مصالح در شمع های پیش ساخته بتنی
هنگام ساخت شمع های پیش ساخته بتنی برای استفاده از سایر مصالح مانند سیمان، شن، ماسه و آب باید به موارد زیر توجه کرد:
- چنانچه قرار است شمع پیش ساخته بتنی، در شرایط محیطی مخرب اجرا شود، در ساختن بتن مصرفی، از سیمانهای مقاوم مانند سیمان ضدسولفات استفاده شود.
- نسبت آب به سیمان برابر 0.5 باشد.
- از شن و ماسه مقاوم در مقابل مواد شیمیایی استفاده شود.
- مشخصات فنی بتن مصرفی در شمع های پیش ساخته، باید مطابق با نشریه شماره 101 سازمان مدیریت و برنامه ریزی كشور یا آئینامه‌های معتبر كه در اسناد پیمان مشخص شده، باشد.
- نوع سیمان مصرفی در بتن باید بر اساس نتایج آزمایشهای شیمیایی و توسط مشاور طرح یا دستگاه نظارت تعیین شود.
- بتن شمعها باید صاف، بدون عیب و فارغ از كرم‌خوردگی و فضاهای خالی باشد.
مقایسه شمعهای بتنی پیشساخته و درجاریز
یکی از موضوعات موردتوجه در زمینه استفاده از شمع های بتنی، مقایسه شمع های بتنی پیش ساخته و درجاریز است. در این رابطه، شمع های درجا که به آن شمع ساخته شده در محل، شمع ریختنی، شمع جایگزینی و شمع بدون تغییر مکان نیز میگویند، به دلیل نامحدود بودن در قطر و عمق حفاری، کاربرد و تنوع زیادی در بین تکنولوژیهای اجرای فونداسیونهای عمیق دارد. در زمینه ساخت و اجرای این شمعها، ابتدا توسط ماشین آلات حفاری، یک چاه با مقطع و عمق موردنظر در زمین حفر شده و سپس بتنریزی اعم از مسلح یا غیرمسلح در داخل آن با مصالح مرغوب انجام میشود.
بر این اساس، اگرچه هرکدام از شمعهای بتنی، جایگاه، ویژگیها، مزایا و معایب خاص خود را دارد، اما یک تحقیق درباره ارزیابی استفاده از شمع های بتنی درجاریز و پیشساخته از دیدگاه مدیریت ساخت در داخل کشور که در قالب مطالعه موردی نیروگاه غرب کارون و پروژه 3200 NGL انجام و در آنها بیش از 12000 شمع پیش ساخته و درجاریز اجرا شده، انتخاب بهترین گزینه از نظر هزینه، زمان و کیفیت را بررسی کرده است. نتایج این تحقیق در قالب پروژه موردنظر نشان میدهد:
- با مقایسه هزینه تمامشده برای هر دو نوع شمع در شرایط یکسان، شمع پیش ساخته نسبت به شمع درجاریز دارای هزینه اجرایی کمتری است.
- با توجه به بررسی فعالیتها، برنامه زمانبندی و تحلیل نمودار گانت که برای یک سازه به تعداد 50 عدد شمع انجام شده، زمان موردمحاسبه برای یک عدد شمع پیش ساخته 1.86 روز و یک عدد شمع درجاریز، 2.04 روز است.
- بررسی کیفیت با استفاده از نتایج تستهای دینامیکی و سلامت شمع و نیز بررسی نتایج آزمایشهای مقاومت فشاری بتن مصرفی در شمعها و مقایسه با مقاومت طراحی آنها، بیانگر این است که هر دو نوع شمع دارای کیفیت ساخت و اجرای خوب و رضایتبخش بوده اند.
محافظت شمعهای بتنی
برای محافظت شمع های بتنی در برابر خوردگی با توجه به شرایط پروژه و توجیه اقتصادی طرح باید از روش‌هایی مانند افزایش ضخامت شمع، اندود قیری، اپوكسی، رنگ زدن، افزایش پوشش بتنی، آبكاری فلزی یا حفاظت كاتدی استفاده کرد. با توجه به سرعت خوردگی در محیط و طول مدت سرویس‌دهی، میتوان ضخامت بدنه شمع را افزایش داد. همچنین شمعهای بتنی باید به گونه‌ای انبار و جابهجا شوند كه دچار آسیبدیدگی نشوند. برای جلوگیری از این آسیبدیدگی، شمعها باید به صورت افقی، بلند و جابهجا شوند.
مستندسازی شمع بتنی پیش ساخته
بر اساس ضابطه شماره 386 مشخصات فنی عمومی اجرای شمع (کوبشی و درجاریز)، که از سوی سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور منتشر شده، مستندسازی عملیات کوبش از آغاز تا انتها مهم است. به منظور کنترل بهتر عملیات کوبش، کلیه شمع ها باید کدگذاری شده و فرمهایی مانند جداول زیر، یعنی جدول فرم مشخصات تجهیزات کوبش و جدول فرم مشخصات شمع بتنی پیش ساخته و جزئیات کوبش، تهیه و در آن تمام اطلاعات شامل مشخصات شمع، تجهیزات کوبش و ضربات کوبش ثبت شود. همچنین منحنی تعداد ضربات برای نفوذ مشخص نسبت به عمق برای هر شمع باید ترسیم گردد. البته اگر چکشهای ویبره به جای کوبشی استفاده شود، جدول یا فرم مربوطه، متفاوت است.