دسترسی سریع به محتوای این مطلب
در مهندسی عمران، انتخاب نوع فونداسیون یکی از کلیدی ترین تصمیمات هر پروژه است. در شرایطی که خاک سست یا محدودیت فضا وجود دارد، شمع بتنی درجا یکی از بهترین گزینه ها برای انتقال بار به اعماق زمین است. این روش به دلیل اجرای آسان در محل و کاهش لرزش، کاربرد زیادی در پروژه های شهری و بزرگ دارد. البته فاکتور هایی مثل قیمت آهن و مصالح در هزینه تمام شده اجرای شمع تأثیر مستقیمی دارند. اگر به دنبال اجرای فونداسیونی مطمئن هستید، این مقاله اطلاعات کامل و دقیقی به شما خواهد داد. همراه ما باشید تا با مراحل، انواع و مزایا و معایب شمع درجا (شمع درجاریز بدون غلاف و با غلاف) آشنا شوید.
شمع بتنی درجا، یکی از روش های پایدار سازی و انتقال بار در سازه ها است که در محل پروژه و بدون انتقال اجزای شمع از کارخانه، ساخته می شود. اجرای شمع درجا روشی کاربردی و انعطاف پذیر برای فونداسیون سازه ها است که در محل پروژه، بدون نیاز به انتقال شمع، انجام می شود.
برخلاف شمع های پیش ساخته که از قبل تولید شده و سپس در زمین کوبیده می شوند، در این روش، ابتدا یک گمانه یا سوراخ در زمین حفاری می شود و سپس با استفاده از میلگرد و بتن، شمع در همان محل شکل می گیرد.
در واقع، این شمع ها نقش ستون های مخفی را در دل زمین ایفا می کنند که بار سازه را از فونداسیون به لایه های عمیق تر و مقاوم تر خاک یا سنگ منتقل می کنند. بسته به نوع خاک، عمق مورد نیاز و نوع سازه، قطر و عمق شمع متفاوت خواهد بود. یکی از مهم ترین دلایل انتخاب این روش، عدم ایجاد لرزش و سر و صدا در فرآیند اجرا است؛ که آن را برای محیط های شهری ایده آل می کند.
از طرفی، شمع درجا به مهندسان این امکان را می دهد که با توجه به شرایط خاص هر پروژه، طرح و عمق شمع را تنظیم کرده و بهینه سازی کنند. به همین دلیل، این روش در پروژه هایی که محدودیت های خاصی مثل فضای کم، خاک های سست یا شرایط محیطی خاص دارند، بسیار محبوب است.
کاربردهای شمع بتنی درجا بسیار گسترده است و در انواع پروژه های عمرانی به چشم می خورد. از سازه های بلند مرتبه در کلان شهرها گرفته تا پروژه هایی با خاک های سست یا مناطق پر تراکم، این نوع شمع عملکردی مطمئن و منعطف ارائه می دهد. در ادامه با جزئیات بیشتری به بررسی موارد استفاده این سیستم در شرایط مختلف می پردازیم.
پروژه های ساختمانی بزرگ
در پروژه هایی مانند برج ها، مجتمع های تجاری و مسکونی مرتفع، نیروهایی که به پی وارد می شود بسیار زیاد است. در این موارد، استفاده از شمع بتنی درجا یک انتخاب هوشمندانه به حساب می آید. چرا؟ چون این شمع ها به راحتی می توانند بارهای عمودی سنگین را به اعماق زمین منتقل کنند، جایی که خاک مقاومت بیشتری دارد. همچنین، امکان سفارشی سازی عمق و قطر شمع باعث می شود تا با دقت بالا، طراحی فونداسیون صورت گیرد و نیاز به پایدارسازی اضافی کاهش یابد.
خاک های سست و ریزشی
در مناطقی که خاک ساختگاه از نوع سست یا ماسه ای است، پایداری سازه ها بدون استفاده از عناصر تقویتی، تقریباً غیرممکن است. از میان انواع شمع ساختمانی، شمع های بتنی درجا به دلیل انعطاف بالا و روش اجرای متنوع، جایگاه ویژه ای دارند. در چنین مواردی، شمع های درجا به دلیل خاصیت انتقال بار به لایه های پایینی و مستحکم تر زمین، نقش بسیار حیاتی دارند. حتی اگر لایه خاک سطحی توان تحمل فشار کمی داشته باشد، این شمع ها بدون آسیب به ساختار اطراف، بار را به درستی منتقل می کنند. این ویژگی باعث شده تا مهندسان ژئوتکنیک اغلب به عنوان اولین گزینه به شمع های درجا روی بیاورند.
اجرای زیرسازه در مناطق شهری
محیط های شهری اغلب با محدودیت فضا، همجواری با ساختمان های قدیمی یا زیرساخت های حساس رو به رو هستند. استفاده از شمع بتنی درجا در این فضاها، نه تنها به دلیل کاهش لرزش و صدای تولید شده بلکه به خاطر انعطاف پذیری بالای اجرا، بسیار متداول است. در مناطقی مثل مرکز شهر ها که امکان استفاده از تجهیزات سنگین کوبیدن شمع وجود ندارد، روش درجا تنها راهکار عملی است. همچنین، در اجرای متروها، تونل ها و پارکینگ های طبقاتی زیرزمینی، شمع های درجا نقش حیاتی دارند.
در اجرای شمع بتنی درجا، بسته به شرایط پروژه، نوع خاک، سطح آب زیرزمینی و تجهیزات در دسترس، می توان از انواع مختلفی از این شمع ها استفاده کرد. در واقع شمع درجاریز با غلاف همان نوعی از شمع درجا است که از کیسینگ فلزی یا پلاستیکی برای پایداری دیواره گمانه در حین حفاری و بتن ریزی استفاده می کند .در ادامه، چهار نوع رایج آن را بررسی می کنیم:
در این روش، هنگام حفاری، از یک لوله فلزی به نام کیسینگ برای جلوگیری از ریزش دیواره گمانه استفاده می شود. این کیسینگ به صورت موقتی یا دائمی در محل باقی می ماند. این نوع شمع برای مناطقی با خاک های ریزشی، یا سطوح آب زیرزمینی بالا، بسیار مناسب است. همچنین باعث می شود دیواره گمانه تا پایان بتن ریزی حفظ شود و کیفیت بتن نهایی به شکل قابل توجهی افزایش یابد. هرچند هزینه این روش کمی بالاتر است، اما ایمنی و کیفیت اجرا را تضمین می کند.
این نوع شمع برای مناطقی با خاک های نسبتاً پایدار و بدون خطر ریزش دیواره گمانه استفاده می شود. در این روش، بعد از حفاری، گمانه بدون استفاده از کیسینگ باقی می ماند و بتن ریزی انجام می شود. البته برای پایداری بهتر، معمولاً از گل بنتونیت استفاده می شود که مانند یک مایع غلیظ، دیواره ها را نگه می دارد. اجرای سریع، هزینه کمتر و ساده تر بودن عملیات اجرایی، از مزایای این روش است. اما دقت و نظارت در زمان بتن ریزی اهمیت بیشتری دارد تا از ریزش احتمالی جلوگیری شود.
شمع های CFA (Continuous Flight Auger) یا شمع مارپیچی، ترکیبی از حفاری و بتن ریزی همزمان هستند. در این روش، مته ای مارپیچی وارد زمین می شود و هم زمان با خروج مته، بتن از طریق لوله مرکزی به داخل گمانه تزریق می شود. این روش برای محیط های شهری بسیار محبوب است چون لرزش و صدا ندارد. همچنین برای خاک های نرم و با رطوبت بالا، اجرای بسیار خوبی دارد. با این حال، به تجهیزات خاص و اپراتورهای ماهر نیاز دارد که ممکن است هزینه را افزایش دهد.
این نوع شمع با ایجاد یک انباره یا حفره بزرگ تر در انتهای گمانه همراه است که باعث افزایش سطح باربری شمع می شود. با این کار، شمع نه تنها بار را به صورت اصطکاکی در طول خود انتقال می دهد، بلکه از انتها نیز بار بیشتری را تحمل می کند. استفاده از این نوع شمع بیشتر در پروژه هایی با بارگذاری بالا یا نیاز به فونداسیون بسیار پایدار کاربرد دارد. اگر چه اجرای آن پیچیده تر و زمان برتر است، اما ظرفیت باربری بالایی را فراهم می کند که ارزشش را دارد.
اجرای شمع بتنی درجا فرآیندی حساس و چند مرحله ای است که نیاز به دقت بالا، تجهیزات تخصصی و رعایت نکات فنی دارد. در این بخش به صورت گام به گام مراحل اجرای شمع درجا را بررسی می کنیم. کیفیت نهایی شمع ها تا حد زیادی به دقت در اجرای هر یک از این مراحل وابسته است.
مطالعات ژئوتکنیکی
پیش از هر اقدام اجرایی، انجام مطالعات ژئوتکنیکی بر روی خاک محل پروژه الزامی است. این مطالعات شامل نمونه برداری، آزمایش های برجا و تست های آزمایشگاهی می شود. هدف از این بررسی ها، شناخت دقیق خواص مکانیکی و فیزیکی خاک، سطح آب زیرزمینی، وجود لایه های مقاوم یا سست و پیش بینی رفتار خاک در برابر بارگذاری است.
نتایج این مطالعات، پایه و اساس طراحی شمع ها خواهد بود. به عنوان مثال، با دانستن اینکه در عمق ۱۲ متری به لایه ای مقاوم می رسیم، می توان عمق شمع را بهینه کرد و از هزینه های اضافی پرهیز نمود. همچنین، مطالعات ژئوتکنیکی ریسک ریزش دیواره گمانه یا برخورد با موانع زیرزمینی را نیز پیش بینی می کنند.
نشانه گذاری محل اجرا
در این مرحله، بر اساس نقشه های اجرایی، محل دقیق هر شمع روی زمین مشخص می شود. این کار باید با دقت میلی متری انجام گیرد چرا که هر گونه خطا در جای گذاری، می تواند بارهای سازه را به درستی منتقل نکند یا حتی منجر به ناپایداری شود. با استفاده از ابزارهایی مانند توتال استیشن، تئودولیت و جی پی اس صنعتی، محل هر شمع با پین یا اسپری مشخص می شود. پس از آن، قالب بندی موقت اطراف نقطه حفاری نیز انجام می گیرد تا از تداخل با عملیات بعدی جلوگیری شود.
حفاری گمانه
یکی از مهم ترین مراحل، حفاری گمانه است. بسته به نوع شمع و شرایط خاک، از دستگاه های حفاری چرخشی، ضربه ای یا مارپیچی استفاده می شود. قطر گمانه معمولاً بین ۶۰ تا ۱۲۰ سانتی متر و عمق آن تا چند ده متر می رسد.
اگر در حین حفاری با آب زیرزمینی یا خاک سست مواجه شویم، باید از کیسینگ یا گل بنتونیت استفاده کنیم تا دیواره گمانه پایدار بماند. اجرای صحیح حفاری، تضمین کننده استحکام شمع نهایی است. بنابراین، هر گونه انحراف، واژگونی دیواره یا جمع شدن مصالح سست در کف گمانه باید سریعاً اصلاح شود.
استفاده از گل بنتونیت یا کیسینگ
در خاک هایی که احتمال ریزش دیواره وجود دارد، از گل بنتونیت استفاده می شود. این ماده نوعی گل معدنی با خاصیت ژل مانند است که پس از ریخته شدن در گمانه، یک لایه محافظ روی دیواره ها ایجاد می کند. این کار از ریزش و ورود مصالح به داخل گمانه جلوگیری می کند.
در مواردی که گل بنتونیت کافی نباشد یا شرایط پیچیده تری وجود داشته باشد، از کیسینگ (لوله فلزی محافظ) بهره می برند. کیسینگ به صورت موقتی یا دائمی در داخل گمانه قرار می گیرد و حتی در خاک های ماسه ای یا دارای آب، پایداری بالایی فراهم می کند.
نصب قفس آرماتور
پس از تثبیت گمانه، نوبت به نصب قفس یا سبد آرماتور است. این قفس از میلگردهای طولی و خاموت های مارپیچ یا حلقه ای تشکیل شده که به هم جوش یا بسته شده اند. هدف از این قفس، تأمین مقاومت کششی و خمشی برای شمع است. آرماتور بندی شمع بتنی باید بر اساس نقشه اجرایی دقیق و ضوابط آیین نامه ای انجام شود تا از تمرکز تنش یا ضعف در مقاطع جلوگیری شود.
طول قفس باید مطابق با عمق طراحی شده باشد و به دقت در مرکز گمانه قرار گیرد. محاسبه میلگرد شمع بتنی باید با توجه به بار محوری، نوع خاک و ضوابط آیین نامه ای انجام شود تا پوشش مناسب بتن فراهم گردد.
برای جلوگیری از تماس مستقیم آرماتور با دیواره گمانه (که باعث خوردگی می شود)، فاصله نگهدارهایی (اسپیسر) در اطراف قفس نصب می شوند.
بتن ریزی از پایین به بالا
در این مرحله، بتن با استفاده از لوله ترمی یا پمپ فشار بالا، از پایین گمانه به بالا تزریق می شود. این روش باعث می شود بتن تازه، مصالح سست و گل باقی مانده را به سمت بالا براند و کاملاً گمانه را پر کند. استفاده از بتن با روانی بالا (معمولاً با روان کننده) در این مرحله حیاتی است. بتن باید به صورت یکنواخت و بدون توقف وارد گمانه شود. هرگونه وقفه در بتن ریزی ممکن است باعث ایجاد درز سرد یا حباب های هوا شود که مقاومت نهایی را کاهش می دهد.
تمیز کاری و تخریب بتن اضافی
بعد از سفت شدن بتن، بخشی از بتن که بالاتر از سطح نهایی شمع ریخته شده، باید تخریب شود. این بخش که به اصطلاح بتن اضافه نامیده می شود، اغلب با گل بنتونیت و مصالح سست مخلوط شده و کیفیت مناسبی ندارد.
تخریب این بخش معمولاً با ابزار های دستی یا چکش برقی انجام می شود. سپس سطح نهایی شمع تراز شده و برای اجرای کلاف یا فونداسیون بعدی آماده می گردد.
برآورد هزینه اجرای شمع بتنی درجا به عوامل زیادی بستگی دارد و نمی توان یک عدد ثابت برای همه پروژه ها ارائه داد. اما برای درک بهتر این موضوع، بیایید عوامل اصلی مؤثر بر قیمت را مرور کنیم:
میانگین هزینه اجرای هر متر طول شمع بتنی درجا در ایران (تا سال ۱۴۰۴) بسته به شرایط، بین ۲.۵ تا ۵ میلیون تومان است. به عنوان مثال، اگر شما برای پروژه تان نیاز به ۵۰ عدد شمع با طول متوسط ۱۵ متر داشته باشید، هزینه کل اجرای شمع ها ممکن است بین ۱.۸ تا ۳.۵ میلیارد تومان متغیر باشد. برای دقت بیشتر، پیشنهاد می شود با چند پیمانکار متخصص در این زمینه مشورت کنید و استعلام قیمت بگیرید.
استفاده از شمع بتنی درجا در پروژه های عمرانی مزایای فنی، اقتصادی و زیست محیطی متعددی دارد که آن را به گزینه ای مناسب برای انواع سازه ها تبدیل کرده است. در ادامه، مهم ترین این مزایا را بررسی می کنیم:
کاهش لرزش
یکی از مهم ترین مزایای شمع های درجا، عدم ایجاد لرزش در حین اجرا است. در شمع های کوبشی، فرآیند کوبیدن شمع باعث ایجاد لرزش شدید در زمین می شود که ممکن است به ساختمان های مجاور آسیب برساند. اما در شمع های درجا، حفاری به صورت چرخشی یا با استفاده از مته انجام می شود و بتن ریزی هم بدون ضربه و صدا صورت می گیرد. به همین دلیل، این روش برای مناطق شهری و نزدیک به سازه های حساس مثل بیمارستان ها، موزه ها یا خطوط مترو بسیار مناسب است.
علاوه بر این، کاهش لرزش به معنای کاهش خطرات جانبی مانند ترک خوردن دیوارهای مجاور یا تخریب تأسیسات زیرزمینی خواهد بود. در نتیجه، استفاده از شمع درجا به حفظ ایمنی محیط اطراف کمک می کند.
انعطاف پذیری بالا در طراحی
شمع بتنی درجا انعطاف پذیری فوق العاده ای در انتخاب قطر، عمق و نوع اجرا دارد. طراح می تواند بر اساس شرایط خاک، نوع سازه و بارگذاری مورد نظر، پارامترهای شمع را بهینه کند. برای مثال، اگر خاک در عمق ۱۰ متری مقاومت خوبی دارد، می توان عمق شمع را تا همان اندازه محدود کرد؛ یا در شرایطی که بار سازه بسیار زیاد است، می توان از شمع پدستالی یا با کیسینگ استفاده کرد تا ظرفیت باربری افزایش یابد.
این انعطاف پذیری به مهندسان اجازه می دهد که با کمترین هزینه، بیشترین عملکرد فنی را از فونداسیون دریافت کنند. مطالعه جزوه طراحی شمع بتنی برای مهندسان تازه کار می تواند دید بهتری از فرآیند تحلیل و اجرای این نوع فونداسیون ایجاد کند. همچنین در طراحی های خاص مانند پل ها یا سد ها که نیاز به مقاومت پیچیده تری دارند، شمع درجا گزینه ای بی رقیب است.
مناسب برای فضاهای محدود
در بسیاری از پروژه ها، مخصوصاً در مناطق شهری، فضای کافی برای جا به جایی تجهیزات یا نصب شمع های پیش ساخته وجود ندارد. شمع بتنی درجا، به دلیل اینکه در محل ساخته می شود و نیاز به انتقال شمع های بزرگ ندارد، برای فضاهای محدود بسیار ایده آل است.
علاوه بر این، تجهیزات مورد نیاز برای اجرای شمع درجا نسبتاً جمع و جورتر هستند و می توان آن ها را در محیط های بسته نیز استفاده کرد. برای مثال، اگر بخواهید در حیاط یک ساختمان قدیمی، فونداسیون تقویتی اجرا کنید، تنها گزینه عملی، استفاده از شمع درجا خواهد بود.
اگر چه شمع های بتنی درجا مزایای فراوانی دارند، اما بدون نقص نیستند. برخی از مهم ترین چالش ها و معایب این روش را در ادامه بررسی می کنیم. شناخت این معایب می تواند به انتخاب درست تر سیستم فونداسیون در مراحل طراحی کمک کند.
اجرای دشوار در زمین های آب دار
در مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا است یا خاک اشباع از آب است، اجرای شمع درجا به شدت سخت می شود. حفاری در چنین زمین هایی ممکن است منجر به ریزش دیواره گمانه، ورود گل و لای به بتن، و کاهش کیفیت نهایی شمع شود.
در این شرایط، معمولاً از گل بنتونیت یا کیسینگ استفاده می شود، اما باز هم کنترل کامل کار دشوار است. گاهی لازم است آب تخلیه شود یا عملیات در فصل خشک سال انجام گیرد که خود باعث افزایش زمان و هزینه پروژه می شود.
دشواری در کنترل کیفیت بتن
در شمع های پیش ساخته، بتن در کارخانه تحت شرایط کنترل شده تولید می شود، اما در شمع های درجا، بتن ریزی در محل انجام می گیرد که نظارت بر کیفیت آن را سخت تر می کند. به عنوان مثال، اگر لوله ترمی به درستی در عمق گمانه قرار نگیرد، ممکن است بتن به صورت یکنواخت ریخته نشود و نقاط ضعیفی در شمع ایجاد شود.
همچنین، احتمال وجود حباب هوا، ورود گل به بتن یا عدم پر شدن کامل گمانه وجود دارد. برای رفع این مشکل، نیاز به اپراتورهای حرفه ای، تجهیزات دقیق و آزمایش های مکرر در محل پروژه است.
نیاز به تجهیزات تخصصی
اجرای موفق شمع درجا نیاز به ماشین آلات خاص و نیروی انسانی متخصص دارد. حفاری دقیق، نصب آرماتور، بتن ریزی و کنترل کیفیت همگی نیازمند مهارت و تجربه هستند. در صورتی که پیمانکار تجربه کافی نداشته باشد، ممکن است شمع هایی با مقاومت پایین یا نقص های جدی ایجاد شوند.
از طرف دیگر، حمل و نقل و نگهداری تجهیزات حفاری، پمپ بتن، لوله ترمی و کیسینگ نیز نیازمند هزینه و برنامه ریزی دقیق است. این موضوع باعث می شود اجرای شمع درجا برای پروژه های کوچک یا پیمانکاران تازه کار کمی چالش برانگیز باشد.
در انتخاب نوع شمع، همواره باید شرایط پروژه، نوع خاک، بودجه و زمان بندی را مد نظر قرار داد. در جدول زیر، تفاوت های اصلی شمع بتنی درجا و شمع پیش ساخته را بررسی می کنیم. درک تفاوت این دو نوع شمع می تواند تأثیر زیادی در کاهش ریسک و بهینه سازی هزینه های پروژه داشته باشد.
| ویژگی | شمع بتنی درجا | شمع پیش ساخته |
|---|---|---|
محل تولید | در محل پروژه | در کارخانه |
نوع اجرا | حفاری و بتن ریزی | کوبیدن یا جا زدن در زمین |
لرزش و صدا | بسیار کم | زیاد و آسیب زا |
کنترل کیفیت بتن | دشوارتر | دقیق تر (در کارخانه) |
قابلیت اجرا در فضاهای محدود | بالا | پایین |
سرعت اجرا | متوسط | سریع تر در پروژه های کوچک |
هزینه اولیه | بیشتر در پروژه های کوچک | کمتر در پروژه های کوچک |
مناسب برای پروژه های بزرگ | بسیار مناسب | نسبتاً مناسب |
جمع بندی
شمع بتنی درجا یکی از مؤثرترین روش ها برای اجرای فونداسیون در پروژه های ساختمانی، پل ها، برج ها و سازه های زیرزمینی است. این روش با فراهم کردن قابلیت های طراحی متنوع، کاهش لرزش، و امکان اجرا در فضاهای محدود، مزایای زیادی را به همراه دارد.
با این حال، این روش بی چالش نیست و نیازمند نیروی متخصص، تجهیزات مناسب و کنترل کیفیت دقیق در محل پروژه است. اگر شرایط خاک یا محیط پروژه پیچیده باشد، شمع درجا می تواند راه حلی ایمن و مؤثر باشد.
در نهایت، تصمیم گیری بین شمع بتنی درجا و شمع پیش ساخته باید با در نظر گرفتن همه عوامل فنی، اقتصادی و محیطی صورت گیرد. پیشنهاد می شود برای تدوین طرح دقیق تر، به نشریه طراحی شمع منتشر شده توسط سازمان برنامه و بودجه مراجعه شود.
سؤالات متداول
معمولاً اجرای هر شمع درجا بین ۴ تا ۸ ساعت زمان می‌برد، بسته به عمق، نوع خاک و تجهیزات.
شمع درجا در محل پروژه بتن ریزی می‌شود، ولی شمع پیش ساخته از قبل ساخته شده و در زمین کوبیده می شود.
در خاک های سست، فضاهای محدود شهری، یا کنار سازه های حساس که نباید لرزش ایجاد شود.
شامل حفاری گمانه، تثبیت دیواره، نصب آرماتور و بتن ریزی از پایین به بالا است.
برای هر شمع بین نیم روز تا یک روز کامل بسته به شرایط اجرایی زمان نیاز است.
بله، در ساختمان های چند طبقه یا خاک های نامناسب، شمع درجا کاربرد زیادی دارد.
مزایا شامل لرزش کم و انعطاف پذیری بالا، و معایب آن نیاز به تجهیزات و دشواری کنترل کیفیت بتن است.
به عواملی مانند عمق، نوع خاک، قطر شمع، قیمت آهن و نوع تجهیزات وابسته است.
شمع CFA با مته مارپیچ و بتن ریزی هم زمان اجرا می شود، اما شمع سنتی با حفاری و بتن ریزی جداگانه انجام می گیرد.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.