انواع شمع ها

2. انواع شمع ها مسعود قاسمی اذر ماه 1390 دانشگاه ازاد اسلامی واحد همدان

4. مقدمه طراحی شمع ها هم جنبه های هنری دارد و هم جنبه های علمی. هنر طراحی در انتخاب مناسب ترین نوع شمع و روش نصب آن با توجه به شرایط بارگذاری و ساختگاهی است. جنبه های علمی طراحی شمع به پیش بینی و تخمین درست عملکرد شمع مستقر در خاک در حین نصب و بار گذاری دوران بهره برداری کمک می کند. این عملکرد بطور مؤثر بستگی به روش نصب شمع بستگی داشته و به تنهایی نمی تواند توسط خصوصیات فیزیکی شمع و مشخصات خاک دست نخورده پیش بینی شود. دانستن انواع شمع ها و روش های ساخت و نصب شالوده های شمعی مستلزم فهم علمی رفتار آنهاست.

5. bored pileشمع درجا معرفی : • شمع درجا از خانواده شمع های بتنی می باشد و نام های دیگر آن شمع درجا ، شمع ساخته شده در محل، شمع ریختنی، شمع جایگزینی و شمع بدون تغییر مکان می باشد. شمع درجا به دلیل نامحدود بودن در قطر و عمق حفاری دارای بیشترین کاربرد و تنوع در بین تکنولوژی های اجرای پی های عمیق می باشد. در شمع های درجا ابتدا توسط ماشین آلات حفاری یک چاه با مقطع و عمق مورد نظر در زمین حفر شده و سپس در داخل آن اقدام به بتن ریزی با مصالح مرغوب می نمایند که البته این بتن می تواند مسلح یا غیر مسلح باشد .

6. بسته به شرایط  ممکن است ترکیبی از روش های بالا اجرا شود.

7. مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه 2.کیسینگ گذاری تا عمق عبوری از لایه ریزشی 1.حفاری اولیه همراه با تزریق گل بنتونیت

8. مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه 4.ایجاد انباره در انتهای شمع(ویژه شمع های (پدستالی 3.از سرگیری حفاری از درون کیسنگ

9. مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه 6.جاگذاری ترمی و قیف و انجام بتن ریزی 5.جاگذاری قفسه آرماتور

10. مراحل اجرای شمع درجای بتنی در یک نگاه 8 .اتمام اجرای شمع 7.بیرون کشیدن کیسینگ

11. انواع دستگاه های حفاری شمع درجا Rotary rigs ۱. روتاری هیدرولیک چرخ زنجیریHidraulic Rotary Rigs-mounted on crawler unit ۲. روتاری هیدرولیک قابل نصب بر روی کامیونTruck Mounted Hydraulic Rotary Rigs ۳. روتاری هیدرولیک یا مکانیکی قابل نصب بر روی جرثقیلCrane Attachment Rigs

12. مشخصات کلی دستگاه روتاری

13. ۱.روتاری هیدرولیک چرخ زنجیری

14. ۲.روتاری قابل نصب بر روی کامیون

15. ۳.روتاری قابل نصب بر روی جرثقیل

17. Kelly Bar میله کلی حرکت چرخشی وقائم هد دستگاه روتاری را به مته های حفاری منتقل میکند مته ها و باکت های حفاری به انتهای کلی متصل می شوند. گشتاور چرخشی: ۱۰۰ الی ۴۰۰ کیلو نیوتن عمق حفاری: ۱۰ الی ۱۰۰ متر

19. مته حفاری اوگر ها فقط برای حفاری در خاکهای چسبنده و لایه های سنگی دارای کارایی مناسب هستند . در حین حفاری ، خاک بوسیله دندانه های اوگر کنده شده و بر روی پره های آن قرار می گیرد و به بیرون از چاه حفاری منتقل می شود و با تکان دادن کلی تخلیه می شود اوگرها معمولا به سه گروه تقسیم می شوند: ۱- اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه) ۲- اوگر با کابرد حفاری در لایه سنگی ۳- اوگرهای پیوسته (CFA)

20. اوگر با کابرد حفاری در خاک(ریزدانه) قطر : ۴۰ الی ۲۰۰ سانتیمترطول : ۱۳۰ الی ۲۳۰ سانتیمتر مناسب برای حفاری در:خاکهای ریزدانه مانند ماسه های لای دار ، لای های آلی و غیر آلی ، انواع خاک های رس ، زغال سنگ نارس ، لجن ها ، مخلوطهای ماسه رسی ، ماسه خاک دارنکته: اوگرها در خاک های غیر چسبنده و درشت دانه مانند شن های تمیز ، شن های خاک دار ، ماسه های تمیز و خاکهای آبکی دارای کارایی مناسب نمی باشد .

21. Rock Auger مناسب برای  حفاری و شکستن لایه های سنگی نرم ، نسبتا نرم و نسبتا سخت تفاوت اوگر های با کاربرد حفاری در خاک و سنگ : تفاوت آنها در شکل و نوع دندانه ها می باشد. در اوگرهای با کاربرد در خاک از دندانه های نوک پهن و در اوگرهای با کاربرد در سنگ از دندانه های تیزی با تکه های الماس تعبیه شده در نوک آنها استفاده می شود . شکل دندانه ها در قسمت معرفی آنها آورده شده است. نکته : در حفاری ها لایه های سنگی با مقاومت فشاری کمتر از ۱۰۰ مگاپاسکال قابل شکستن می باشند.

22. Continue Flight Auger CFA قطر: ۳۵ الی ۱۴۰ سانتیمترقطر لوله درونی : ۱۰ الی ۱۵سانتی مترطول: ۱۰ الی ۳۵ متر اوگرهای پیوسته نسبت به اوگرهای معمولی دارای طول بیشتر و محور استوانه ای توخالی می باشند . این اوگرها دارای محور توخالی و با درپوش بازشو انتهایی می باشند که بعد از باز کردن درپوش انتهایی ، بتن با عبور از این محور می تواند به اعماق چاه حفاری پمپاژ شود .قابل ذکر می باشد که اوگرهای پیوسته بصورت قطعه های مجزای قابل اتصال به یکدیگر طراحی می شوند.کاربرد اوگرهای پیوسته در شمع های موسوم به CFA می باشد که تشریح کامل این نوع شمع در قسمت مربوطه آورده شده است.

24. Bucket • معمولا در خاکهای درشت دانه از باکتهای حفاری استفاده می شود. در حین حفاری خاک بوسیله دندانه های زیر باکت کنده شده و به کمک بازوهای تعبیه شده در زیر آن به درون باکت رانده می شود و بعد از پر شدن ، به بیرون از چاه منتقل می شود و با باز شدن اتوماتیک بازوها خاک تخلیه می شود.باکت ها معمولا به سه گروه تقسیم می شوند: ۱- باکت با کاربرد در حفاری خاک ۳- باکت با کاربرد حفاری در لایه های سنگی

25. Bucket قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمترطول: ۱۲۰ الی ۱۶۰سانتیمتر مناسب برای حفاری در :انواع خاک ها بخصوص خاک های درشت دانه با چسبندگی پایین و خاک های آبکی

26. Rock Bucket قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمترطول: ۱۲۰ الی ۱۸۰سانتیمتر مناسب برای شکستن لایه های سنگی نرم ، نسبتا نرم و نسبتا سختتفاوت باکت های با کاربرد حفاری در خاک و سنگ : تفاوت آنها در شکل و نوع دندانه ها می باشد. در باکت های با کاربرد در خاک از دندانه های نوک پهن و در باکت های با کاربرد در سنگ از دندانه های تیزی با تکه های الماس تعبیه شده در نوک آنها استفاده می شود .شکل دندانه ها در قسمت معرفی آنها آورده شده است. نکته : در حفاری ها لایه های سنگی با مقاومت فشاری کمتر از ۱۰۰ مگاپاسکال قابل شکستن می باشند. 

27. Coer Barrel نوعی مغزه گیر می باشد که علاوه بر شکستن لایه سنگی (نسبتا سخت)  قادر به نمونه گیری از آن نیز می باشد. قطر: ۶۰ الی ۲۰۰ سانتیمترطول: ۱۵۰ الی ۱۷۰سانتیمتر

28. Belling bucket باکت های زنگوله ای برای افزایش مقطع قسمت انتهایی شمع ها در شمع های خزانه ای(کف پهن) استفاده می شوند. این باکت ها دارای بازوهای مفصلی مجهز به دندانه های برنده ای می باشند که بعد از رسیدن باکت به انتهای شمع با باز شدن خود خاک را بصورت مخروطی در می آورند و هنگام بالا آمدن باکت جمع می شوند.

29. Teeth در انتهای مته ها و باکت های حفاری یکسری دندانه تعبیه شده که معمولا از جنس فولاد سخت و یا الماس (برای شکستن لایه های سنگی) می باشند.

30. در دندانه های با کاربرد حفاری در سنگ در نوک آنها یکسری تکه های الماس تعبیه شده است. با کاربرد حفاری در لایه سنگی با کاربرد حفاری در خاک

31. نوع زمین مناسبامروزه با پیشرفت تکنولوژی،شمع های درجا در اکثر زمینهای دارای خاک با پایداری و ایستایی نسبی قابل اجرا می باشند. مزایاعدم محدودیت قطر ، امکان افزایش مقطع شمع در  قسمت انتهایی و افزایش توان باربری ، تدارک آسان تر ماشین آلات حفاری نسبت به شمع کوبی ، مناسب بودن برای استفاده در محیطهای شهری به دلیل سر و صدای کمتر ، تکمیل مطالعات و شناسایی خاک حین حفاریمعایبعدم امکان کنترل کیفیت بتن مصرفی بخصوص وقتی که سطح آب زیرزمینی بالاست ، ضرورت استفاده از لوله غلاف و گل حفاری ، احتمال جابجایی محور مرکزی شمع در حین اجرا ، احتمال جا ماندن لوله غلاف بعد از بتن ریزی ، تاثیر شرایط جوی بر روند اجرا ، آلوده شدن محیط حفاری و بتن ریخته شده در چاه به دلیل استفاده از گل حفاری 

32. 2. آماده سازی محل حفاریa: محل حفاری باید کاملا مسطح بوده و با مصالح دارای قابلیت زهکش مناسب متراکم گردد و دارای صلیبت کافی جهت انجام عملیات باشد .b: از فضای کافی جهت مانور دستگاه حفاری و بتن ریزی برخوردار باشد.c: در طول عملیات حفاری ، خاک حاصل از حفاری مرتبا از روی سطح پلاتفرم برداشته شود.d: در بستر رودخانه ها و در جاهای که در معرض آبهای سطحی می باشند با استفاده از سپر کوبی در اطراف محل حفاری باید از ورود آبهای سطحی به محل حفاری جلوگیری شود.

33. 3. نشانه گذاری محل اجرای شمع نشانه گذاری محل دقیق شمع عملیات نقشه برداری

34. 4. انتخاب مدل دستگاه حفاری مشخصات انواع مدل های دستگاه ها و مته های حفاری شمع درجا در قسمت بالا اشاره شده است

35. 5. استقرار دستگاه حفاری پس از آماده سازی محل اجرای شمع دستگاه حفاری در محل مستقر می گردد. استقرار دستگاه حفاری بنحوی تعیین می گردد که شرایط زیر را تامین نماید :  - تا پایان حفاری یک شمع نیاز به جابجایی نداشته باشد زیرا در صورت جابجایی دستگاه حفاری و استقرار مجدد باعث اختلال در تراز و شاقول بودن دستگاه حفاری می شود.- کمترین ضربه دینامیکی را حتی الامکان به شمع های اجرا شده در مراحل قبلی وارد نماید. - حداقل موانع کاری را نسبت به تردد ماشین آلات مرتبط با عملیات حفاری (جرثقیل، تراک میکسر،  لودر و ...) ایجاد نماید.

36. تراز کردن مته حفاری با محل شمع

37. 6. تامین امکانات لازم برای جلوگیری از ریزش دیواره محل حفاری الف) استفاده از گل بنتونیت یا مواد مشابه ب) استفاده از لوله غلاف (کیسینگ)

38. استفاده از گل بنتونیت یا مواد مشابه • با توجه به میزان آب منفذی و همچنین ساختار مکانیکی مصالح عمدتا دیواره شمع حین حفاری پایداری لازم را نداشته و استفاده مصالح تثبیتی مانند بنتونیت با ویسکوزیته حداقل 30 ثانیه و حداکثر 50 ثانیه در لیتر لازم الاجرا می باشد . دوغاب بنتونیت مخلوط یک نوع رس نرم در آب بصورت تعلیق می باشد که باید با استفاده از همزن از ته نشینی آن جلوگیری شود ، با انتقال دوغاب بنتونیت به درون چاه و بنابه خاصیت تیکسوتروپی گل رس ، پوسته ای روی جدار شمع نقش بسته که از ریزش دیواره یا نفوذ آب جلوگیری می کند. بنتونیت باید کاملا با آب مخلوط شود تا مخلوط حالت کلوخه ای نداشته باشد. گل بنتونیت باید قابلیت ایجاد پوشش یا کیک صافی را بر روی جداره چاه داشته باشد و ذرات حفاری شده کوچکتر رابه حالت معلق نگه دارد.گل بنتونیت با غلظت مناسب در حوضچه ها و یا در دستگاههای ویژه ساخت گل بنتونیت ، ساخته می شود و توسط لوله و پمپ به چاه حفاری منتقل می گردد. برای جلوگیری از هدر رفتن گل بنتونیت هنگام سر ریز شدن چاه حفاری می توان با تعبیه کردن یک حوضچه در نزدیکی محل حفاری آن را به حوضچه هدایت و با جدا کردن ذرات معلق بزرگتر با سرند دوباره به چاه برگرداند. در مراحلی از انجام عملیات حفاری اگر ریزش به علت برخورد با لایه های آبرفتی با ساختار ریزدانه ماسه ای باشد که از چسبندگی لازم برخوردار نباشد دوغاب بنتونیت به تنهایی جوابگوی تثبیت نبوده و اضافه کردن دوغاب سیمان با عیار 400 کیلوگرم به دوغاب بنتونیت در محل چاه حفاری توصیه می گردد که پس از اضافه نمودن دوغاب سیمان ، عملیات اجرایی به مدت گیرش اولیه سیمان (حدودا 25 تا 35 دقیقه) متوقف گردیده و بعد از آن عملیات حفاری ادامه می یابد .باید به این نکته نیز توجه داشت که در مواقعی که برای نگهداری دیواره چاه حفاری از بنتونیت و یا مواد مشابه استفاده می شود ، این مواد چنانچه غلظت زیاد داشته باشند ، می توانند در قسمت هایی از بتن ریزی با ایجاد یک لایه پوشاننده برروی بتن موجب قطع پیوستگی بتن شمع شوند .

39. دستگاه بنتونیت ساز

40. کیسینگ از کیسینگ در زمین های استفاده می شود که امکان فرو ریزی ویا تغییر شکل جانبی زیاد خاک به درون فضای خالی چاه وجود دارد. همچنین در مواردی که آب بندی کردن دیواره چاه از ورود آبهای زیر زمینی مورد نظر است نیز از کیسینگ استفاده می شود.الزامی ندارد که ما در تمام طول چاه از کیسینگ استفاده کنیم در صورتیکه فقط عمق خاصی از چاه دارای خاک ریزشی باشد می توانیم کیسینگ تا عمقی که از آن لایه عبور کنیم ادامه دهیم. در بیشتر مواقع از یک لوله کیسینگ ۳ الی ۵ متری در عمق اولیه شمع برای جلوگیری از ریزش دهانه چاه حفاری استفاده می شود

41. 7. حفاری

43. ایجاد انباره در انتهای شمع (ویژه شمع های پدستالی) در صورتیکه قطر مقطع انتهایی شمع از قطر چاه بیشتر باشد به آن شمع انباره ای یا کف پهن(پدستالی) گفته می شود.   انباره را می توان در خاک های پایدار و غیر ریزشی و در صورت پایین بودن سطح آب زیر زمینی جهت افزایش ظرفیت باربری شمع ایجاد نمود.  از شمع های پدستالی در  مواقعی استفاده می شود که در انتهای شمع یک لایه مقاوم خاک یا یک لایه ضیف سنگی  موجود باشد  وگرنه در شمع هایی که انتهای آنها بر روی لایه سنگی سخت قرار دارد اکثرا ظرفیت باربری آنها به اندازه مقاومت بتن شمع می باشد و نیازی به خزانه انتهایی ندارند. در شمع های پدستالی ، برای افزایش مقطع قسمت انتهایی شمع از باکت های زنگوله ای(‌‌Belling bucket) استفاده می شود. به انتهای این باکت ها بازوهایی مفصلی مجهز به دندانه های برنده تعبیه شده که خاک را به صورت مخروطی در می آورند. در هنگام بالا آمدن باکت، بازوها جمع می شوند. به دلیل مشکلات اجرایی بتن قسمت کناری خزانه بصورت غیر مسلح در نظر گرفته می شود.

44. تهیه قفسه آرماتور

45. جاگذاری قفسه آرماتور

46. تعبیه غلتکهای بتنی جهت رعایت فاصله طولی

47. هسته فولادی گاهی بجای قفسه آرماتور از پروفیل های فولادی (در محور شمع) استفاده می شود.

48. جاگذاری پروفیل

49. شاقول کردن پروفیل برای قرار گرفتن در مرکز شمع

50. نصب پروفیل در چاه