توجه به پی ساختمانها در ساخت انواع برجها، مجتمعها و منازل مسکونی برای مقاومت و استحکام بناها، در مقایسه با گذشته، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. به این منظور، ستونهایی در پی ساختمان قرار داده میشود که شمع کوبی یا شمعزنی نام دارد. بر این اساس، شمع کوبی، فرایندی است که هنگام کمبود ظرفیت باربری خاک و برای مقاومسازی ساختمان و پیشگیری از نشست صورت میگیرد. در این عملیات، نیروی اعمالشده به سطوح زیرین خاک که از تراکم و استحکام بالاتری برخوردار است، منتقل میشود. در واقع هنگامی که زمین در اعماق معمولی، تحمل بارهای وارده را نداشته باشد، از شمع استفاده میشود که در صنعت ساختمان، به آن شمع کوبی میگویند.
شمع ساختمان چیست؟
رایجترین نوع بهسازی خاک، شمعها هستند که پی شمعی هم نامیده میشوند. شمع ساختمان، سازهای نسبتا بلند و مشابه ستون است که در خاک قرار دارد و وظیفه اش انتقال بار طبقات بالاتر به لایه‌های مناسب خاک در اعماق پایین‌تر است. شمع با عبور دادن بارهای وارده به سازه در عمق خاک، آن را به خاک مقاوم‌تر منتقل میکند. از این رو، پیهای عمیق یا شمعها نقش انتقال بار به لایه های پایینی خاک را بر عهده دارند.
در این رابطه، عملیات شمع کوبی برای تسلیح خاک محل گودبرداری انجام میشود. این اقدام، مشابه کاشت میلگرد در بتن است و علاوه بر حفظ خصوصیات خاک، مقاومت در برابر نیروهای واردشده را افزایش میدهد. از این رو، یکی از راههای مقاوم سازی گود و پایدارسازی خاک خصوصا در زمینهای شیبدار، شمع کوبی یا شمع گذاری است.
ضرورت شمع کوبی
یکی از روشهای تسلیح خاک، شمع کوبی با استفاده از تجهیزات مختلف به صورت قائم، افقی یا مایل است. جنس این شمعها میتواند از چوب، فلز و بتن باشد. زمانی که مقاومت کافی در لایه های سطحی خاک نباشد، از شمع کوبی استفاده میشود تا از سطوح مستحکم در اعماق خاک اطمینان حاصل شود. ضرورتهای شمع کوبی ساختمان عبارتند از:
- وقتی خاک زمین، فاکتورهای لازم برای توزیع بار سازه را نداشته باشد.
- وقتی سازه بلند و تحتتاثیر نیروهای طبیعی مانند زلزله یا باد باشد و نیروهای افقی به آن وارد شود.
- وقتی قرار باشد دامنه حرکت و کنترل فرکانس طبیعی پی زمین کاهش داده شود.
شمعها در زمان جابه جایی باید در نقاطی که در نقشه‌ها نشان داده شده، تکیه کنند و هنگام حمل ونقل بین سکوی بتن ریزی، انبار دستهبندی و تجهیزات شمع کوبی، از یک قلاب یا وسیله دیگر استفاده شود. زمان بلند کردن شمعها در محل شمع کوبی نیز باید از نوار سیمی، قلاب یا وسیله مصوب دیگر استفاده کرد.
کاربرد شمع کوبی
فارغ از کارکردهای مطرح شده شمع کوبی مانند پایدارسازی خاک و جلوگیری از نشست پیهایی بر روی خاک سست، این روش، کاربردهای متعدد دیگری نیز دارد. استفاده از آن برای شالوده در زیر آبهای زیرزمینی، کاهش حرکت ماشینآلات لغزنده و کنترل فرکانس طبیعی سیستم پی، بندرهایی که در خاکهایی با احتمال نشست ساخته میشوند، اسکلهها برای تحکیم خاک در برابر امواج، پیشگیری از تاثیرات فرسایش پایه های پلها و افزایش ظرفیت باربری از طریق انتقال بارهای سنگین سازه به سطوح زیرین از جمله کاربردهای متنوع و گسترده شمع کوبی است.
مزایا و معایب شمع کوبی
با وجود ضرورت شمع کوبی ساختمان در موارد لازم، انجام این کار، با مزایا و معایب همراه است. سرعت زیاد، عدم تداخل در ساخت وساز، کاهش هزینه ها در صورت اجرا با حجم بالا، حفاظت از سازه، مقرون به صرفه بودن برای گودیهایی با ارتفاع تقریبی پنج متر از جمله مزیتهای شمع کوبی است. در مقابل، عدم امکان استفاده از شمع کوبی پیش ساخته در برخی موارد به خاطر محدودیتهای موجود، لزوم استفاده از مقاطع سازهای مستحکم تر و کاهش فاصله شمعها در زمانی که ارتفاع مکان مورد استفاده زیاد است، از جمله معایب و محدودیتهای آن محسوب میشود.
طبقه بندی انواع شمع در ساختمان
شمعهای ساختمان از ابعاد گوناگون مانند نحوه اجرا، نحوه عملکرد، جنس، قطر و باربری قابل تقسیم بندی هستند. در این رابطه،
الف- شمع‌هايی كه قرار گرفتن آن در زمين همراه با جابهجايی زياد در خاك مجاور است، عبارتند از:
- شمع چوبی
- شمع بتن مسلح پيش ساخته يا پيش فشرده
- شمع بتن مسلح ريخته شده در محل
- شمع لوله بتنی كه با ته بسته در زمين كوبيده شده و داخل آن بعدا بتن ريزی شود.
- شمع لوله فلزی كه با ته بسته در زمين كوبيده شده و داخل آن بعدا بتن ريزی شود
ب- شمع‌هايی كه قرار گرفتن آنها در زمين همراه با جابه جايی خاك مجاور نيست:
- انواع شمع بتن مسلح با مقطع دايره يا غيردايره كه پس از حفاری در محل، بتنريزی میشود.
- انواع شمعهای فلزی با مقاطع دايره و غيردايره كه قبل از كوبيده شدن در زمين، محل قرار گرفتن آنها حفاری میشود.
بر همین اساس، شمعها بر حسب مصالحی که از آن ساخته میشوند، شامل موارد زیر هستند:
- شمعهای فولادی (فلزی): شامل شمعهای پیچی، دیسکی، H شکل، صفحهای
- شمعهای بتنی: شامل شمعهای پیشساخته، درجاریز
- شمعهای چوبی: شامل شمعهای گروه A (حمل بارهای سنگین)، گروه B (حمل بارهای سبک)، گروه C (کارهای ساختمانی موقت)
- شمعهای مرکب (مختلط): شامل شمعهای فولاد و بتن، چوب و بتن
شمع کوب چیست؟
شمع کوب، ماشین مکانیکی است که برای قرار دادن شمعها در خاک، با هدف بهبود پی ساختمانها و افزایش مقاومت سازه استفاده میشود. شمع کوب وزنه سنگینی دارد که به صورت عمودی حرکت میکند و میتواند به سه شیوه هیدرولیکی، دیزلی و بخار به سمت بالا برود و وقتی به بالاترین نقطه میرسد، انرژی مکانیکی به انرژی پتانسیل، تبدیل و در آن ذخیره میشود. همچنین وقتی وزنه رها میشود انرژی پتانسیل به جنبشی تبدیل شده و بدین وسیله شمعها در زمین قرار میگیرد.
دستگاه‌های شمع کوبی باید مجهز به چکش با ظرفیت کوبندگی لازم برای شمعها باشند و چرخ‌های کشش جداگانه برای بلند کردن چکش و شمعها به طور مستقل داشته باشد. حداقل وزن چکش شمع کوب 1360 کیلوگرم (3000 پوند) است و ارتفاع افتادن چکش، باید کمتر از سه متر باشد. وزن چکش با نیروی وارده به شمع باید طوری باشد که شمع در هر ضربه لااقل سه میلیمتر در زمین فرو رود. جرثقیلی که دستگاه شمع کوبی روی آن نصب شده باید قادر باشد در حالی که چکش و شمع هر دو به طور معلق از آن آویزان است، تغییر مکان داده و به دور خود بچرخد. شمع کوب نیز باید برای هدایت شمعهای عمودی و مورب به یک هادی محکم که بر جای خود تکیه کند، ، مجهز باشد.
قبل از شمع کوبی
شمع کوبی یا شمع گذاری ساختمان یکی از شیوه های پیشگیری از نشست زمین و ریزش دیوارهای اطراف محل گودبرداری است. قبل از شمع کوبی، باید گودبرداری یا عملیات حفاری انجام شود که این امر با استفاده از تجهیزات لازم صورت میگیرد. سپس به خاطر فشار خاک، نشست احتمالی دیوارهای حفاریشده برآورد و کنترل میشود. یکی از روشهای کنترل آن، استفاده از ترکیب آب و بنتونیت است که برای این منظور، باید میزان مصرفی آن با توجه به جنس خاک و وضعیت موجود محاسبه شود. همچنین هنگام ترکیب پودر بنتونیت با آب، باید در زمان مشخصی دائما هم زده شود تا کلوخه در آن ایجاد نشود.
اجرای شمع کوبی و روشهای آن
عملیات شمع کوبی با توجه به شمع های آنها از نظر روش اجرا دارای تفاوتهایی هستند. برخی از روشهای اجرای شمع کوبی عبارتند از:
- شمع هایی با تغییر مکان بزرگ: این روش شامل شمع های توپر و تو خالی میشوند که انتهای آنها بسته است و با استفاده از ضربه یا جک درون خاک جای میگیرند. از تاثیرات این شمعها، ایجاد جابهجایی زیاد است.
- شمع های کوبیدنی و ریختنی: در این شیوه، شمعهای توخالی اجرا میشوند و سپس درون آنها را با بتن پر میکنند.
- شمع های بدون تغییرشکل: شمعهای H شکل، لوله ای یا جعبه ای انتها باز هستند، سطح مقطع کوچکی دارند و با استفاده از ضربه، درون محل موردنظر قرار میگیرند.
در مجموع، شمعها باید هنگام قرار گرفتن و کوبیده شدن به نحوی هدایت شوند که شاقول و یا با زاویه مورب مقرر کوبیده شوند و از وضع صحیح شمعها اطمینان حاصل شود وگرنه شمعها باید بیرون کشیده شده و دوباره کوبیده شوند یا شمع جدیدی در مجاورت آن کوبیده شود. این گونه عملیات اضافی، به هزینه پیمانکار است.
همچنین در روش شمع کوبی در گودبرداری، شمعها در اطراف زمینی که قرار است گودبرداری شود، در فاصلههای معین قرار میگیرد. سپس نیروهای جانبی از طرف خاک به شمعها وارد میشود که وظیفه آن، تحمل این نیرو به صورت تیرهای یکسر گیردار است. طول تقریبی گیرداری انتهای شمعها 0.3 است و بعد از شمع کوبی، عملیات گودبرداری انجام میشود. در برخی مواقع، مهاربندی شمع ها در امتداد دیواره گودبرداری ضروری است.
درحال حاضر، شرکتهای متعدد با سوابق زیاد در زمینه طراحی، نظارت، اجرا و تست شمع کوبی در صنعت ساختمان در کشور فعالیت میکنند و به دلیل کاربردهای گسترده شمع کوبی، علاوه بر حوزه ساختمان های مسکونی و تجاری، از آن، در فضاهای مختلف و متمایز دیگر مانند ساحلها و… نیز استفاده میشود.
در مجموع، شمعها باید هنگام قرار گرفتن و کوبیده شدن به نحوی هدایت شوند که شاقول و یا با زاویه مورب مقرر کوبیده شوند و از وضع صحیح شمعها اطمینان حاصل شود وگرنه شمعها باید بیرون کشیده شده و دوباره کوبیده شوند یا شمع جدیدی در مجاورت آن کوبیده شود. این گونه عملیات اضافی، به هزینه پیمانکار است.
همچنین در روش شمع کوبی در گودبرداری، شمعها در اطراف زمینی که قرار است گودبرداری شود، در فاصله های معین قرار میگیرد. سپس نیروهای جانبی از طرف خاک به شمعها وارد میشود که وظیفه آن، تحمل این نیرو به صورت تیرهای یکسر گیردار است. طول تقریبی گیرداری انتهای شمعها 0.3 است و بعد از شمع کوبی، عملیات گودبرداری انجام میشود. در برخی مواقع، مهاربندی شمعها در امتداد دیواره گودبرداری ضروری است.
درحال حاضر، شرکت های متعدد با سوابق زیاد در زمینه طراحی، نظارت، اجرا و تست شمع کوبی در صنعت ساختمان در کشور فعالیت میکنند و به دلیل کاربردهای گسترده شمع کوبی، علاوه بر حوزه ساختمان های مسکونی و تجاری، از آن، در فضاهای مختلف و متمایز دیگر مانند ساحل ها و… نیز استفاده میشود.