شمع های درجا

توسط مدیر سایت

در هنگام ساخت بعضی از ساختمانها و یا سازه های خاص با مشکل تراکــــم پذیری لایه های سطحی زمین مواجه می شویم در حالی که در ژرفایی پایین تر لایه های زیرین دارای مقاومتی قابل توجه هستند. بنابــــر این 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 کـــم و یا زیر گذر ها و همچنین پل ها استفاده از فنداسیونهای 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 گیـــــــرد که بستگی به شرایطی از قبیل نوع خاک ، بستر سنگی و ... دارد.

چهار نوع مکانیزم انتقال بار از شمع به خاک عبارتند از :

  • مقاومت اصطکاکی جداره وانتها
  • مقاومت جانبی قسمت مدفون در خاک
  • فقط مقاومت اصطکاکی جداره
  • اصطکاک منفی جداره

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 مورد نیاز دارد. یکی از انواع شمع ها ، شمع بتنی مسلح 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 در جا ریز به علت مزیت هایی که نسبت به دیگر انواع شمع دارد بیشتر مورد توجه قرار می گیــــــــــرد. در این شمع معمولا" از میلگردهای طولی و عرضی استفاده می شودکه اثر مطلوبی در تحمل بارهای جانبی دارد. مقـطع شمــــع ها معمولا" ثابت است ولی گاه ممکن است برای کاربری بیشتر در قسمت تحتانی عریض شده باشد.

برخی از انواع شمعهای درجا عبارت اند از :

  • شمع بدون غلاف معمولی
  • شمع خزانه ایی بدون غلاف Franki
  • شمع خزانه ایی غلافدار Franki
  • لوله بدون درز یا درز جوش
  • شمع غلافدار Western
  • شمع تک لوله Union
  • شمع استاندارد Raymond
  • شمع باریک شونده پله ای Raymond

میکروپایل (ریزشمع) چیست؟

بطور كلي در مواجهه با خاكهاي مسئله دار نظير خاكهاي سست با قابليت باربري كم، نشست‌پذيري زياد، روانگرا، خاكهاي دستي و ... دو راه پيش روي مهندسين ژئوتكنيك قرار دارد:

الف: استفاده از المانهاي باربر در خاك

ب: بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكی توده خاک

هر يك از راه حل‌هاي فوق داراي روشها و مشخصات مربوط به خود مي‌باشند كه طي ساليان متمادي توسعه فراواني يافته‌‌اند. برخي از تكنيكهاي ابداعي نيز ماهيتي تركيبي از دو دسته فوق داشته و مزاياي هر دو دسته را تا حدودي بهمراه دارند. از آن دسته مي‌توان به استفاده از ميكروپايلها بهمراه تزريق دوغاب سيمان اشاره نمود.

ميكروپايل به شمع‌هاي با قطر كوچك (كمتر از 300 میلیمتر) اطلاق مي‌گردد كه غالباً با تسليح فولادي سبك و تزريق دوغاب سيمان همراه مي‌باشند. ميكروپايل علاوه برآنكه به عنوان يك المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل مي‌كند، بدليل تزريق دوغاب سيمان، سبب بهبود مشخصات مكانيكي (مقاومتي و رفتاري) خاك اطراف نيز مي‌گردد.

تاریخچه

تاريخچه ابداع ميكروپايل به اوايل دهه پنجاه ميلادي، زماني كه اروپا با خيل عظيمي از ساختمانهاي در معرض خرابي ناشي از صدمات وارده در جنگ جهاني دوم روبرو بوده است، برمي‌گردد. در اين دوره ابداع يك روش بهسازي بستر كه علاوه بر كارايي و قابليت اجرا در بين ساختمانهاي تخريب شده، سريع و اقتصادي نيز باشد، بسيار ضروري بود كه در چنين شرايطي ابداع ميكروپايل توسط Fondedile پيمانكار مشهور ايتاليايي صورت پذيرفت كه بدليل ويژگيهاي منحصر به فرد، اين روش گسترش فراواني يافت.

در آغاز استفاده از ميكروپايلها تنها در بهسازي بستر ضعيف ساختمانها مورد توجه قرار داشت. ليكن رفته رفته و با توسعه و اجراي اين روش در كشورهاي مختلف، دامنه كاربرد آنها به ديگر عرصه‌هاي مهندسي ژئوتكنيك نظير پايدارسازي شيبها، مقابله با روانگرايي و ... نيز كشيده شد.

در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط (U.S.FHWA) بعنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پيمانكاران اجراي ميكروپايل مي‌باشد.

دامنه كاربرد

در اغلب پروژه ها با توجه به مطالعات ژئوتكنيك انجام شده در ساختگاه و شناسايي لايه‌هاي تحت‌الارضي، مشخصات ژئوتكنيكي ساختگاه پروژه تعيين مي گردد. سپس با انجام تحليل‌هاي روانگرايي در اعماق مختلف خاك محل، پتانسيل روانگرايي ساختگاه درصورت وقوع زلزله مورد ارزيابي قرار مي گيرد. با وقوع روانگرايي و زائل شدن مقاومت برشي خاك، نشستهاي بسيار بزرگي به پي سطحي ساختمان تحميل مي شود كه مي‌تواند منجر به آسيب‌ديدگي جدي سازه و عناصر غيرسازه‌اي بنا و نهايتاً تخريب آن گردد. از طرف ديگر در برخي از پروژه ها در بحث فني، تأمين باربري ستونهاي روي پي و انتقال بار به لايه‌هاي عميق‌تر مورد نظر بوده و عامل تعيين كننده براي انتخاب طرح، گذشته از بحث هاي اجرايي و اقتصادي مي باشد. پس در حالت كلي میکروپایل در بعد فني در دو رويكرد جلوگيري از وقوع روانگرايي و تأمين باربري ستونهاي روي پي و انتقال بار به لايه‌هاي عميق‌تر سودمند واقع مي شود و به عنوان يك گزينه مطلوب توسط مهندسان ژئوتكنيك پيشنهاد مي گردد.

در رويكرد ابتدايي و در ارتباط با ساختمانها، بسته به وزن سازه و شرايط ژئوتكنيكي محل، اغلب در 10 متري اعماق نزديك به سطح زمين روانگرايي خطرناك بوده و در اعماق بيش از 10 متر تاثيرات روانگرايي بر سازه كم خواهد بود. بنابراين اگر هدف از اجراي میکروپایل مقابله با پديده روانگرايي باشد، عمق بهسازي بايستي بگونه‌اي انتخاب گردد كه ضمن تضمين رفتار مناسب خاك در شرايط بحراني نظير زلزله و تأمين مقاومت پي در برابر اضافه بارهاي وارده و جلوگيري از نشستهاي ناهمگن، از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه باشد. از طرف ديگر معيار بعدي جهت تعيين عمق مناسب فرو رفت میکروپایل را مي توان مشاهدات ميداني ناشي از كوبش میکروپایل در خاك و ثبت تغييرات سرعت فرو رفت براساس تعداد ضربات كوبش (انرژي وارده) دانست. بنابراين با پيشرفت كار عمق طراحي متناسب با شرايط زمين قابل تغيير و تعديل بوده و اين قابليت از محاسن اجراي میکروپایل مي‌باشد، چرا كه كوبش هر میکروپایل با توجه به مشابهت با آزمايش نفوذ استاندارد (SPT) اطلاعات بسيار مفيدي در رابطه با تغيير مشخصات خاك در نقاط مختلف عمق در اختيار قرار مي‌دهد.

در رويكرد دوم، در صورتيكه قرار باشد اجراي میکروپایل بهمراه تزريق دوغاب سيمان علاوه بر بهبود مشخصات مقاومتي خاك در مقابل روانگرايي، نقش تأمين باربري ستونهاي روي پي و انتقال بار به لايه‌هاي عميق‌تر را نيز ايفا نمايد، طول میکروپایل متناسب با ظرفيت باربري لازم محاسبه خواهد گرديد. در اين ميان با انتخاب روش اجراي میکروپایل بهمراه تزريق دوغاب سيمان براي پروژه مورد نظر، بررسي چيدمان ريزشمع ها در پلان و محاسبه عمق بهينه آنها، به عنوان مهمترين عناصر طرح بهسازي مطرح مي‌باشند. بدين ترتيب نظم در چيدمان ريزشمعها باعث توزيع يكنواخت عكس‌العمل تكيه‌گاهي در زير پي ساختمان گرديده و پيكرة سازه‌اي پي فوقاني نيز بر اين اساس بصورت همگن و بهينه طرح خواهد گرديد. عوامل مؤثر در طرح چيدمان میکروپایل ها به طور كلي عبارتند از:

موقعيت پي‌ها و ستون‌ها ، نحوه توزيع و مقدار بارهاي گسترده و متمركز ، پارامترهاي مقاومتي و ظرفيت باربري خاك ، نفوذپذيري خاك ، عمق ريزشمع‌ها و مشخصات هندسي و سازه‌اي پي سازه

بطور كلي كاربرد ميكروپايل ها در مهندسي ژئوتكنيك مشتمل بر دو بخش "استفاده در بستر پي سازه‌ها" و "اصلاح و بهسازي برجاي خاك" مي‌باشد.

اصلاح و بهسازی خاک

  • پايدارسازي شيبها
  • ساخت ديواره‌هاي نگهبان
  • مقابله با روانگرايي
  • افزايش مقاومت توده خاك با اهداف‌خاص نظير تونلسازي و ...
  • حفاظت شيميايي بخشهاي مدفون سازه‌ها

پی سازه های جدید و موجود

سازه‌‌هاي موجود
  • كنترل نشست پي‌
  • كنترل باربري پي‌
  • تعمير يا جايگزيني پي‌
  • كنترل شستگي پي‌
  • مقاوم سازي لرزه‌اي پي‌

سازه‌هاي جديد
  • كاهش نشست
  • افزايش باربري فشاري
  • تامين باربري كششي
  • افزايش باربري جانبي