به دلیل سهولت و قابل دسترس بودن مصالح اولیه، شمع بتنی جزو شمع‌های پرکاربرد و از بیشترین ترجیح‌های پیمانکاران می‌باشد.
از جمله علت‌هایی که از المان شمع در پروژه‌های ساخت و ساز استفاده میشود، می‌توان به بهسازی و افزایش مقاومت خاک سست اشاره کرد. در مواقعی که ناحیه زیر شالوده از استحکام کافی برخوردار نباشد و یا برای جلوگیری از واژگونی دیوارهای حائل، از انواع شمع‌های سازه‌ای کمک می‌گیرند.
انواع شمع‌های سازه‌ای بر اساس مصالحی که ساخته می‌شوند در چهار گروه شمع فولادی، شمع بتنی، شمع چوبی و شمع مرکب دسته بندی می‌شوند. که در این مقاله به توصیف شمع بتنی و مباحث مربوط به آن می‌پردازیم.
در ویدئو زیر می‌توانید مراحل اجرای شمع بتنی از مرحله حفاری تا آخرین مرحله مشاهده کنید.
انواع شمع بتنی
از شالوده عمیق یا همان شالوده شمعی، زمانی استفاده میشود که لایه‌های بالایی خاک ضعیف باشد و نتواند بارهای وارده را توزیع کند. بنابراین از سازه شمع برای انتقال بار به لایه‌های پایین‌تر هم استفاده میشود.
شمع بتنی در دو دسته طبقه بندی میشود: شمع بتنی پیش ساخته و شمع‌های درجا (ساخته شده در محل).
شمع بتنی پیش ساخته
شمع‌های بتنی پیش ساخته در سایز و شکل‌های مختلفی قابل ارائه هستند. نوع شکل مقطع این نوع شمع‌ها بسته به نیاز میتواند مربع، دایره یا چند ضلعی دیگری باشد. طول شمع‌های بتنی پیش ساخته عموما 18 متر می‌باشد.
بتن مصرفی در شمع‌ها باید طبق استاندارد آیین نامه تعیین شود و باید از بتن شمع نمونه برداری شده و مطابق آزمایش‌های دستگاه نظارت باشد.
این نوع از شمع‌های بتنی در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه اجرا و کوبش میشود و سپس بتن ریزی انجام می‌گیرد.
شمع بتنی درجا
شمع‌های بتنی درجا در محل پروژه و کارگاه ساختمانی ساخته و اجرا میشود. شمع درجا به دو صورت مسلح و غیر مسلح قابل اجرا است. شمع‌های درجا مسلح آرماتوربندی شده ولی نوع غیر مسلح آن بدون آرماتور و میلگرد فولادی می‌باشد.
شمع‌های درجا در مقایسه با شمع‌های پیش ساخته آلودگی صوتی کمتری دارند. هم‌چنین اقتصادی بودن اجرای این نوع شمع، از مزایای مهم آن به شمار می‌رود که در پروژه‌های بزرگ و حجیم باعث کاهش هزینه‌ها میشود.
از دیگر مزایای شمع‌های بتنی درجا به عدم محدودیت در اجرای اندازه قطر و افزایش توان باربری به خاطر امکان افزایش مقطع شمع در ناحیه انتهایی می‌توان اشاره کرد.
در گروه اول، یعنی شمع بتنی پیش ساخته، شمع‌ها به كمك كوبیدن در خاک فرو برده می‌شوند. دسته دوم، شمع بتنی درجا است، این شمع‌ها به صورت درجا و با حفاری خاک، اجرا می‌شوند. چون شمع‌های درجاریز مزایای زیادی دارند، استفاده از این شمع‌ها اجتناب ناپذیر است و به طور وسیعی در پروژه‌های ساختمانی گسترش یافته است.
مراحل اجرای شمع بتنی
اولین مرحله در اجرای شمع‌های بتنی در کارگاه‌های ساختمانی، حفاری زمین است. در این مرحله عمق خاک و روش حفاری مشخص میشود. سپس آرماتوربندی اسکلت شمع و خاموت اسپیرال شمع انجام می‌گردد. در مرحله آخر بتن ریزی و تخریب قسمت اضافی بتن در زمان معین، انجام میشود. سپس حفاظت از سر شمع صورت می‌گیرد.
عملیات حفاری قبل از اجرای شمع بتنی
با هدف اجرای مراحل پی شمعی بتنی درجا در ابتدا سطح خاک، با استفاده از ماشین آلات مخصوص این کار، مسطح میشود. سپس بعد از نشانه گذاری محل اجرا شمع، مراحل حفاری شروع میشود.
شمع المان سازه‌ای است که به صورت ستونی بلند جهت انتقال بارهای سازه از لایه‌های بالایی خاک که دارای ظرفیت باربری کمی هستند به لایه‌های سخت و محکم با ظرفیت باربری زیاد اجرا میشود.
ظرفیت باربری شمع با استفاده از روش‌های تحلیل دینامیکی، تحلیل استاتیکی، آزمایش مکانیکی، آزمایش بارگذاری و آزمایش درجا تعیین میشود.
چاهک شمع با استفاده از چنگک، روش حفر دورانی و بالابر هوایی حفاری میشود و با قرار دادن شبکه آرماتوربندی شده ستون شمع و یا قطعات پیش ساخه درون چاه، پروژه را برای اجرای مرحله بعد آماده می‌کنند.
نحوه آرماتور بندی شمع بتنی
آرماتورگذاری مرحله بعدی در اجرای شمع سازه‌ای می‌باشد که مناسب شمع بتنی درجا مسلح است. که در این نوع شمع، شبکه آرماتور فولادی در کارخانه و یا در محیط پروژه بافته شده و با استفاده از ماشین آلات مثل حفاری جرثقیل و تاورکرین در داخل چاه حفر شده قرار داده میشود. در برخی پروژه‌ها برای بافتن آرماتوربندی فولادی شمع در محل سازه، نیاز هست تا آرماتوربند داخل چاه برود و قسمت تحتانی شمع که در اصطلاح به صورت سبد می‌باشد را اجرا کند، سپس با استفاده از میلگردهای طولی و اسپیرال (خاموت مناسب شمع که به شکل دایره تو خالی می‌باشد) بدنه شمع بافته شود و با استفاده از ماشین آلات مخصوص داخل چاه قرار گیرد و به وسیله شناژ میلگردها به هم متصل می‌شوند.
لازم به ذکر است آرماتور عرضی یا همان خاموت شمع، دایروی و به صورت مارپیج اجرا میشود که اسپیرال گفته میشود. محل آرماتورهای عرضی با گپ مشخص میشود.
هر شاخه میلگرد به طول 12 متر است که طبیعتا طول شمع نیز باید به این مقدار باشد، در مواردی که نیاز است طول شمع بیشتر باشد، با در نظر گرفتن طول اورلپ از دو شاخه میلگرد استفاده میشود.
آرماتوربندی ساختمان | 10 نکته مهم آرماتوربندی که یک مهندس عمران باید بداند
بتن ریزی
بعد از قرار دادن شبکه آرماتوربندی در چاه شمع، عملیات بتن ریزی با لوله ترمی انجام میشود. باید توجه داشت که آرماتورهای ریشه شمع (آرماتور انتظار) مقداری بالاتر ازسطح بتن ریزی باشد. اگر بین حفاری و بتن ریزی فاصله زمانی به وجود آمده باشد، حتما قبل از بتن ریزی انتهای چاه لایروبی شود، چون ممکن است دیواره چاه ریزش کرده و در ته چاه مواد و رسوب جمع شده باشد.
در زمان بتن ریزی، ویبره بتن باید به صورت پیوسته صورت بگیرد. نباید قالب برداری شمع، پس از اتمام عملیات بتن ریزی زودتر از یک شبانه روز انجام بگیرد.
رفتار شمع بتنی در خاک‌های روانگرا
روانگرایی در خاک به حالتی گویند که در آن با وارد شدن نیرو به خاک، استحکام و مقاومت خود را از دست داده و دچار تغییر حالت و جابجایی شود. این نیرو بیشتر بر اثر زلزله و یا تنش‌های شدید به خاک وارد میشود.
در اثر تحقیقاتی که بر روی تخریب و آسیب شمع‌ها انجام شده است، زلزله بیشترین آسیب را به پی‌های شمعی وارد کرده است. اصلی‌ترین دلیل تخریب شمع بتنی در هنگام زلزله به روانگرایی خاک مربوط میشود که بیشتر در خاک های شل و ماسه‌ای رخ می‌دهد.
قبل از انجام پروژه بررسی‌های لازم جهت شناسایی خاک، گسیختگی و روانگرایی آن انجام میشود تا جهت جلوگیری از آسیب‌های جدی در هنگام تنش خاک پیشگیری لازم انجام شود. در صورت روانگرا بودن خاک ناحیه حفاری شمع، بهترین حالت تعبیه شمع تا قسمت غیر روانگرا خاک می‌باشد.
روانگرایی خاک پدیده بسیار مهمی است که باید قبل از انجام پروژه در خاک منطقه تحقیقاتی انجام شود. این پدیده باعث خرابی جبران ناپذیری در ساخت و سازها و هم‌چنین المان شمع‌ها میشود.
آزمایش‌های مربوط به شمع‌ها
برای کنترل و تعیین ظرفیت بارگزاری شمع هم‌چنین برای کنترل کیفیت شمع، آزمایش های قبل و حین انجام عملیات پی‌های شمعی صورت می‌گیرد. از جمله این آزمایش‌ها می‌توان به آزمایش سلامت شمع و آزمایش استاتیکی در طول اجرا و حین انجام پروژه اشاره کرد. تعیین نوع آزمایش، زمان و نحوه انجام آزمایش، تعداد شمع‌ها و روش اجرا و بارگذاری بر عهده مهندس ژئوتکنیک سازه می‌باشد.
نتایج به دست آمده از این آزمایشات به بهبود سازه‌ها کمک شایانی کرده و از آسیب های احتمالی در هنگام بحران، پیشگیری به عمل می‌آورد.
در پایان اشاره کنیم به این موضوع که اولین شمع‌های سازه‌ای به منظور ایجاد اصطکاک و مقاومت بین شمع و خاک اطراف آن و هم‌چنین افزایش باربری برای نخستین بار در ایرلند ساخته شد. با توسعه ساخت و سازها در سطح جهان نیاز به این المان سازه‌ای بیشتر شد و محبوبیت چشمگیری پیدا کرد.
نکات قابل توجه در عملیات اجرایی شمع بتنی
- عمل آوری بتن قبل از استفاده و تایید نمونه‌های بتنی توسط آزمایشگاه بتن و خاک، ضروری است.
- بتن ریزی حتما باید همراه با ویبره مناسب انجام گردد تا بتن به صورت یکپارچه در شمع ریخته شود.
- نتایج ژئوتکنیک ملاحظه شود؛ پیش‌تر اشاره کردیم که قبل از شروع پروژه حتما راجب خاک محل احداث شمع تحقیقات لازم انجام شود تا در صورت روانگرا بودن خاک، روش‌های حفاری و انتخاب شمع، مناسب با آن در نظر گرفته شود.
- محل‌های اجرای شمع توسط نقشه بردار، مشخص شده و نشانه گذاری گردد.
- بر روی دیواره آرماتوربندی شده شمع، غلتک‌هایی جهت ایجاد فاصله بین دیواره چاه حفاری شده و شبکه آرماتوری تعبیه شود.
- بعد از تمام شدن مرحله بتن ریزی، پس از یک هفته، قسمت اضافی بتن بر روی سر شمع، تخریب گردد.
- در آخر، سر شمع با استفاده از دو روش، حفاظت سر شمع به وسیله قیر و حفاظت به وسیله مواد چوبی، اصلاح گردد.
جمع بندی
آنچه در این مقاله از دانشنامه عصرآهن گفته شد، در خصوص معرفی شمع بتنی و مراحل اجرای آن می‌باشد. طبق این نوشته شمع‌های بتنی جزو رایج ترین و پرکاربردترین شالوده‌های شمعی می‌باشد و تاثیر و نقش مهمی در مقاوم سازی خاک سازه‌ها و انتقال بار آن‌ها دارد.
در صورت تمایل می‌توانید با مشاورین ما در عصر آهن در خصوص خرید میلگرد با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید آهن و فولاد راهنمای شما خواهند بود.