فونداسیون شمعی
رایج‌ترین نوع فونداسیون عمیق شمع‌ها هستند. یک شمع، عضو سازه‌ای نسبتاً بلند، لاغر و ستون مانندی است که با قرار گرفتن در داخل خاک وزن سازه را به خاک زیرین منتقل می‌نماید. شمع در واقع همان ستون است که در داخل خاک مستقر شده است. شمع بارهای وارده از روسازه را در عمق خاک عبور داده و آنرا به خاک مقاومتر (در عمق بیشتر) منتقل میکند. سه نوع فونداسیون شمعی وجود دارد که شامل شمع کوبیدنی، شمع درجا ریخته شده و شمع کوبیده درجا ریخته شده است. فونداسیون شمعی اعضایی از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح، و چوب هستند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده‌های سطحی، از آنها برای ساخت شالوده‌های عمیق (شالوده‌های شمعی) استفاده میشود.
وقتی که لایه یا لایه‌های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد یا خیلی ضعیف باشند، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد، فونداسیون شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می‌گیرند. وقتی که بستر سنگی یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده میشود. در این حالت، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک (مقاومت جلدی) تامین میشود. اگر شمع‌ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند، در حالی که هنوز قابلیت حمل بارهای قایم را دارا هستند، میتوانند به وسیله خمش، نیروهای افقی راحمل نمایند. این وضعیت اغلب در شالوده سازه‌های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است یا ساختمان‌های بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند، پیش می‌آید.
شمع‌های بتنی
این نوع شمع‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند.
- شمع‌های بتنی پیش ساخته
- شمع‌های ساخته شده در محل
شمع‌های بتنی پیش ساخته را میتوان تقریباً به هر شکل و اندازه‌ای در کارخانه ساخت. مقاطع معمول این نوع شمع‌ها مربع، دایره و چند ضلعی است. شمع‌های بتنی پیش ساخته معمولاً با طول ۱۸ متر می‌سازند. در سر شمع‌های بتنی پیش ساخته برای جلوگیری از تخریب شمع در موقع کوبیده شدن کلاهک فلزی نصب میکنند.
شمع‌های بتنی نیز یا درجاریز هستند یا پیش ساخته که در این صورت روی تراز زمین ساخته می‌شوند و با ضربه به داخل زمین رانده میشود. شمع‌های فولادی (Steel Piles) که معمولاً از پروفیل‌های بال پهن هستند نیز میتوانند به داخل زمین رانده شوند. این نوع شمع‌ها میتوانند بارهای بسیار سنگینی را تحمل کرده و با صرف زمان کمتری اجرا شوند.
بررسی نشست شمع بتنی واقع در خاک‌های روانگرا
یکی از علل بروز آسیب در سازه‌ها به هنگام زلزله، روانگرایی خاک‌های ماسه‌ای است. آسیب‌های زیادی در اثر روانگرایی به سازه‌های مستقر بر روی این خاک‌ها وارد میشود؛ به ویژه زمانی که این سازه‌ها درون خاک روانگرا شده قرار می‌گیرند. شمع‌ها یکی از این نوع سازه‌ها هستند. شمع‌ها در واقع ستون‌های لاغری هستند که به صورت جانبی متکی به خاک پیرامون خود هستند. شمع‌هایی که از لایه‌های خاک عبور میکنند، در اثر روانگراییحاصل از زلزله، تکیه‌گاه جانبی خود را تا حد زیادی از دست میدهند. در این حالت شمع می‌تواند همانند ستون حمایت نشده، آمادگی برای ناپایداری محوری داشته باشد. این ناپایداری می‌تواند به کمانش جانبی شمع در جهت ضعیف‌تر و ایجاد مفصل پلاستیک بینجامد. تا به حال روش‌های مختلفی برای تحلیل و طراحی شمع‌ها در برابر بارهای لرزه‌ای ارائه شده است؛ ولی در این روش‌ها اثرات روانگرایی خاک روی رفتار شمع‌ها در نظر گرفته نشده است.
به وجود آمدن فشار منفذی در شرایط غیر زهکش، نشان اصلی تمام پدیده‌های روانگرایی است. تمایل خاک‌های غیر چسبنده به متراکم شدن در اثر بارگذاری استاتیکی و یا سیکلی امری شناخته شده است. هنگامی که خاک‌های غیر چسبنده، اشباع هستند، در اثر بارگذاری سریع در شرایط زهکشی نشده، تمایل به تراکم، موجب افزایش فشار آب حفره‌ای گشته و در نتیجه تنش‌های مؤثر کاهش می‌یابند. در این حالت، خاک وضعیتی شبیه مایع خواهد داشت و کرنش‌های بزرگ و تغییر شکل زیاد و پیوسته ایجاد میشود که این پدیده روانگرایی نامیده میشود.
تعیین پاسخ لرزه‌ای پی‌های شمعی قرار گرفته در خاک‌های روانگرا شده مشکل بوده و مسائل مبهم زیادی در مکانیزم‌ها و اندرکنش خاک- شمع- سازه وجود دارد. با این وجود در دهه‌های اخیر مطالعات وسیعی در این زمینه صورت گرفته و آزمایش‌های گسترده‌ای با دستگاه سنتریفیوژ و میز لرزان انجام
شده و همچنین روش‌های عددی متعددی در این زمینه ارائه شده است. این مطالعات را میتوان به سه دسته بررسی‌های محلی، آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل‌های عددی تقسیم بندی نمود. بررسی‌های محلی عمدتاً برای شناسایی الگوهای گسیختگی، نشست و تغییر مکان جانبی شمع‌ها انجام می‌گیرند. موارد زیادی در زلزله‌های به وجود آمده مشاهده شده است که در آنها پی‌های شمعی دچار تخریب کلی یا آسیب‌های جدی شده است.
با افزایش ضخامت لایه روانگرا، نشست گروه شمع افزایش می‌یابد که دلیل این امر کاهش ظرفیت باربری جداره و انتهای شمع‌ها است. همچنین با افزایش طول شمع‌ها، رفته رفته نشست گروه شمع کاهش می‌یابد. دلیل این موضوع نیز افزایش مقاومت انتهایی شمع‌ها است. بنابر این توصیه میشود در صورت وجود لایه روانگرا، به منظور کاهش نشست شمع‌ها، انتهای شمع‌ها به خوبی در لایه غیر روانگرای پایینی نفوذ کنند.
شمع‌های مایل منفرد
شمع‌ها معمولاً به صورت گروهی استفاده می‌شوند ولی در بعضی موارد با توجه به نوع خاک، فاصله شمع‌ها از یکدیگر، صلبیت و ضخامت سرشمع، عملکرد آنها به صورت شمع منفرد است. شمع‌ها بر اساس زاویه نصبشان به دو دسته شمع‌های قائم و مایل تقسیم می‌شوند. شمع مایل یکی از موضوعات مورد بحث در حیطه مهندسی پی سازی است که نظرات متفاوتی در مورد آن وجود دارد. دانشمندان تحقیقات اندکی بر روی رفتارشمع‌های مایل انجام داده‌اند و نتایج ارائه شده در پار‌ای موارد با هم در متناقض هستند. استفاده از شمع‌های مایل یکی از روش‌های کاهش تغییر مکان جانبی گروه‌های شمع تحت اثر بارهای جانبی است. تحت اثر بارهای قائم و جانبی، رفتار شمع‌های مایل و شمع‌های قائم متفاوت است. لذا تعمیم رفتار شمع‌های قائم به شمع‌های مایل و نیز تئوری یکسان بودن مکانیزم گسیختگی خاک اطراف این دو نوع شمع مبنای علمی ندارد و فقط به دلیل ناشناخته بودن رفتار شمع‌های مایل این تعمیم صورت می‌پذیرد. در نتیجه مقایسه شمع‌های مایل و قائم تحت اثر بارهای محوری و جانبی از موضوعات مهمی است که می‌تواند به شناخت بیشتر رفتار شمع‌های مایل و طراحی بهینه در محیط‌های حرفه‌ا‌ی توسط مهندسان کمک کند.
شمع‌های مایل بسته به نوع گسیختگی خاک اطرافشان به دو دسته شمع‌های مایل مثبت (لغزش گوه گسیختگی به سمت بالای شمع) و شمع‌هایی مایل منفی (لغزش گوه گسیختگی به سمت پایین شمع ) تقسیم می‌شوند. از شمع‌های مایل منفی به دلیل مقاومت بالا در مقابل بارهای جانبی استاتیکی و سیکلیک به طور گسترده استفاده میشود. بررسی رفتار شمع‌های مایل تحت اثر بارهای جانبی استاتیکی و سیکلیک یک مسأله اندرکنش خاک -سازه است که از پیچیدگی خاصی برخوردار است.
مقاومت شمع‌های مایل منفی تحت اثر بارهای جانبی بیشتر از مقاومت شمع‌های مایل مثبت است. تغییر مکان جانبی شمع‌های مایل به زاویه شمع تمایل آنها بستگی دارد.
مقایسه رفتار شمع قائم و مایل تحت اثر بارهای محوری
برای مقایسه رفتار شمع قائم و مایل تحت اثر بارهای محوری، بارهای محوری یک تنش یکنواخت در راستای محور شمع وارد شد. بر ای اینکه تحت اثر مقادیر مختلف بار وارد شده مقدار تغییر مکان محوری قابل اندازه گیری باشد، تنش محوری وارد شده به صورت مرحله‌ای زیاد شده و در هر مرحله بارگذاری تغییر مکان محوری ثبت میشود.
نشست شمع مایل تحت اثر بار محوری بیشتر از شمع قائم است. به عبارت دیگر ظرفیت باربری محوری شمع مایل کمتر از شمع قائم است.
برای نواحی مختلف اطراف شمع مایل میتوان این نتیجه را استنباط کرد که در اثر مایل کردن شمع، مقدار نشست محوری شمع تحت اثر بارهای محوری افزایش می‌یابد. مقدار این افزایش نشست تابعی از پارامترهای مقاومتی خاک است.
رفتارشمع قائم و مایل تحت اثر بارهای جانبی
مزیت اصلی استفاده از شمع‌های مایل تحمل بارهای جانبی توسط آنها است. شمع‌های مایل تحت اثر بارهای جانبی بسته به جهت وارد شدن بار به دو دسته شمع مایل مثبت و شمع مایل منفی تقسیم می‌شوند. برای مقایسه رفتار شمع مایل و قائم تحت اثر بارهای جانبی، بار جانبی به صورت یک تنش یکنواخت وارد میشود. بارهای جانبی وارد شده به صورت مرحله‌ای زیاد شده و در هر مرحله بارگذاری، تغییر مکان جانبی ثبت میشود.
تحت اثر بارهای جانبی شمع مایل منفی کمترین تغییر مکان جانبی و شمع مایل مثبت بیشترین تغییر مکان جانبی را دارد و منحنی بار جانبی – تغییر مکان جانبی مربوط به شمع قائم بین منحنی‌های مربوط به دو نوع شمع مایل مثبت و منفی قرار می‌گیرد. این نتیجه که مقدار تغییر مکان جانبی شمع مایل منفی کمتر از شمع مایل مثبت است توسط محققین ثابت شده است.
اگر نیروی جانبی وارد شده به شمع در دو راستای محوری و عمود بر محور شمع تجزیه شود، در شمع مایل منفی مؤلفه عمودی بارهای جانبی در جهتی وارد میشود که خاک پشت شمع را تحت فشار قرار دهد. به عبارت دیگر این مؤلفه تمایل دارد که فشار مقاوم خاک پشت شمع را بسیج کند و به دلیل این که گوه گسیختگی به سمت پایین حرکت میکند، توده خاک قرار گرفته در زیر این گوه باعث کاهش حرکت آن میشود که نتیجه این عمل کاهش تغییر مکان جانبی شمع مایل منفی است. در مقابل در شمع مایل مثبت گوه گسیختگی ایجاد شده در خاک به کشش می‌افتد و به دلیل اینکه این گوه در این نوع شمع به طرف بالا حرکت میکند و با توجه به سطحی بودن گوه گسیختگی توده خاک قرار گرفته در اطراف این گوه نمی‌تواند باعث کاهش حرکت آن شود. در نتیجه در این نوع شمع تغییر مکان جانبی بیشتری به وجود می‌آید. در شمع قائم نیز حالت بینابین به وجود می‌آید، به عبارت دیگر گوه گسیختگی به وجودد آمده در خاک پشت این شمع به طرف بالا و یا پایین حرکت نمی‌کند، بلکه حرکت آن به طرفین است. توده خاک قرار گرفته در اطراف گوه گسیختگی، تأثیر قابل ملاحظه‌ای در کاهش حرکت این گوه ندارد. در نتیجه در شمع قائم تغییر مکان جانبی بیشتر از شمع مایل منفی و کمتر از شمع مایل مثبت است.
با توجه به تحلیل‌های انجام شده، میتوان نتیجه گرفت.
- نشست شمع‌های مایل تحت اثر بارهای محوری بیشتر از شمع‌های قائم است. به عبارت دیگر تحت اثر بارهای محوری، توزیع تنش به وجود آمده درخاک اطراف شمع‌های قائم و مایل متفاوتاست.
- شمع‌های مایل منفی تحت اثر بار جانبی کمترین تغییر مکان جانبی را دارند. شمع‌های مایل مثبت بیشترین تغییر مکان جانبی را دارند. تغییر مکان جانبی شمع قائم، مداری مابین دو مقدار قبل است.
- گوه گسیختگی در شمع‌های مایل منفی به سمت پایین حرکت میکند. در صورتی که گوه گسیختگی خاک در شمع‌های مایل مثبت به سمت بالا حرکت میکند و حرکت گوه گسیختگی در شمع‌های قائم به سمت طرفین محیط است.
انواع شمع و سپر
استعمال شمع جهت انتقال بار ساختمان به زمین احتیاج به تجربیات و اطلاعات فنی کافی در مورد طرز تهیه و کوبیدن شمع‌ها یا ساختن شمع در محل از طرف مسئولین طرح و اجراکنندگان دارد. مهندس طراحی و محاسب باید از خواص انواع شمع و سپر، طرز اجرای آنها و نحوه انتقال بار هر نوع شمع به زمین‌های مختلف و غیره اطلاعات کافی دارا باشد. و با در نظر گرفتن تمامی جوانب فنی و اقتصادی برای هر ساختمان یک راه حل مناسب جهت انتخاب انواع شمع و سپر پیشنهاد نماید.
انواع شمع‌ها
شمع‌ها بر سحب طرز تهیه و کار گذاشتن در محل مورد نظر به سه دسته تقسیم می‌شوند.
شمع‌های پیش ساخته
این شمع‌ها در تمام طول شمع یا قسمتی از طول شمع قبلاً ساخته شده و بعداً به کمک ضربه زدن، لرزاندن، فشار دادن یا چرخاندن در زمین کوبیده می‌شوند و در سوراخ‌هایی که قبلاً تعیبه شده‌اند قرار می‌گیرند.
شمع‌های ساخته شده در محل
این شمع‌ها در سوراخ‌های یا چاه‌هایی که در محل شمع به وسیله کوبیدن یک لوله فلزی یا به وسیله حفاری ایجاد می‌شوند ساخته و با ریختن تدریجی شمع لوله بیرون کشیده شده یا آنکه با شمع در زمین باقی می‌ماند.
نوع مختلط
این شمع‌ها ترکیبی از دو نوع شمع اول و دوم هستند. مصالح ساختمانی شمع‌ها عبارتند از چوب، فولاد، بتن، بتن فولادی و بتن پیش تنیده است. شمع‌ها از نظر طرز انتقال بار وارده بر شمع به زمین به دو دسته تقسیم می‌شوند.
شمع‌های ایستایی
این شمع‌ها قسمت اصلی بار را به وسیله فشار وارده از پای شمع به زمین منتقل مینمایند و اصطکاک بدنه شمع با زمین تاثیر زیادی در انتقال بار به زمین ندارد.
شمع های اصطکاکی
این شمع ها قسمت عمده بار را به وسیله اصطکاک محیط خارجی بدنه شمع با زمین به قشرهای مختلف زمین منتقل مینمایند.
شمع‌های پیش ساخته
این شمع‌ها از چوب فولاد بتن فولادی و بتن پیش تنیده ساخته می‌شوند.
شمع‌های چوبی
جنس چوب بایستی سالم و بدون زائده‌های مضر باشد. شمع باید مستقیم بوده و تغییرات قطر آن در طول شمع تدریجی یعنی حدود یک سانتیمتر در متر طول باشد. قطر متوسط شمع بایستی متناسب با طول شمع باشد. سر شمع باید به وسیله سرپوش یا حلقه حفاظت شود که در موقع کوبیدن شمع شکاف نخورد. در صورتیکه سر شمع در موقع کوبیدن شکاف بخورد بایستی قسمت شکاف خورده را قطع نمود، شمع‌هایی که در تمام طول شکاف خورده‌اند قابل استفاده نیستند. در مورد ساختمان‌های غیر موقت فقط در صورتی میتوان شمع چوبی استعمال نمود که امکان تاثیر آفات چوب در محل شمع کوبی موجود نباشد و شمع در تمام طول خود همواره در آب قرار گیرد. در غیر این صورت باید حفاظت لازم به عمل آید. در محل‌هایی که سطح آب در زمین متغیر باشد دوام شمع‌های چوبی محدود است و باید برای دوام بیشتر چوب را به وسیله مواد مناسبی که تا عمق چوب تاثیر داشته باشند حفاظت نمود. سر شمع چوبی معمولاً باید نوک تیز تراشیده شود.
شمع‌های فلزی
این شمع‌ها از پروفیل‌های فلزی یا لوله‌های فلزی هستند. ضمناً از ترکیب و جوش کردن پروفیل‌های فلزی با یکدیگر شمع‌های فلزی را به صورت صندوقه‌ای هم میتوان به کار برد. نوع فولاد شمع‌های معمولاً فولاد ۳۷ است. شمع‌های فلزی تا حد امکان باید در تمام طول یکپارچه باشد. در صورتیکه طول شمع کافی نباشد باید دو قطعه شمع کاملاً در امتداد همدیگر و محور هر دو قطعه دقیقاً روی یک خط قرار گیرد و محل اتصال باید طوری به هم جوش یا وصله شود که مقاومت قسمت وصله شده از مقاومت قسمت‌های دیگر شمع کمتر نباشد. بعضی اوقات برای انتقال بهتر بار شمع به زمین قطعات تقویتی به پروفیل‌های فلزی جوش میشود. این قطعات باید به طور متقارن نسبت به محور پروفیل قرار گیرند جوش آنها ممتد باشد.
در مورد شمع‌های فلزی خطر زنگ زدن موجود است. بنابراین در محل‌هایی که خطر زنگ زدن شمع‌ها موجود است باید آنها ار حفاظت نمود. پوشاندن سطوح خارجی شمع به وسیله رنگ و غیره فقط در صورتی موثر است که در اثر کوبیدن، حمل و غیره صدمه نبیند. در مورد شمع‌های اصطکامی باید دقت نمود که رنگ یا حفاظت‌های دیگر سطحی (که اصطکاک شمع‌ها را با زمین تقلیل می‌دهد) استعمال نشود.
شمع بتن مسلح
شمع‌های بتن مسلح با مقطع مربع، مربع مستطیل یا پروفیل‌های دیگر است و برای شمع‌های طویل با مقاطع بزرگ شکل دایره‌ای با مقطع توخالی هم ساخته میشود. طول قسمت نوک تیز پای شمع باید حدود ۱/۳ برابر قطر شمع باشد. این شمع‌ها باید برای مراحل مختلف زیر محاسبه شود.
- وضع شمع در موقع انبار کردن و روی هم چیدن آنها
- در موقع حمل از انبار به محل شمع کوبی
- در موقع بلند کردن شمع در محل شمع کوبی
- موقع کوبیدن شمع
- انتقال بار ساختمان روی شمع به زمین
شمع بتن پیش تنیده
این شمع‌ها دارای مقاطعی نظیر شمع‌های بتن مسلح بوده و میتوانند در کارخانه یا در کارگاه ساخته شوند. فشار روی بتن می‌تواند قبل یا بعد از گرفتن بتن انجام شود. علاوه بر فولاد جهت فشردن بتن، فولاد معمولی هم باید در دو سر شمع به کار رود. فشردن بتن نباید باعث شود که هیچ گونه شکاف مویی دائمی در تبن باقی بماند.
کوبیدن شمع
برای کوبیدن شمع‌های پیش ساخته یا لوله‌ها که برای شمع ریزی در محل مورد استفاده قرار می‌گیرد باید نکات زیر رعایت شود.
- محل شمع کوب و چوب بست آن باید ثابت و محکم باشد در مورد شمع کوب روی سکوهای شناور این موضع ممکن نیست بنابراین باید از استعمال آنها به استثنای مواردیکه راه حل دیگری موجود نباشد خودداری نمود.
- شمع کوب می‌تواند از نوع با وزنه سقوط آزاد،ضربه با موتور انفجاری یا چکش اترعاشی اتوماتیک باشد.
- شمع کوب باید طوری ساخته شده باشد که بتواند بدون آنکه شمع صدمه برساند آنرا تا عمق لازم در زمین بکوبد.
- ضربه باید همواره ذر امتداد محور شمع وارد شود.
- محل شمع و شمع کوب در تمام مدت کوبیدن باید مرتباً بررسی شود.
- در صورتی که شمع در حین کوبیدن به مانعی برخورد نماید باید یک شمع دیگری به جای آن شمع کوبید. تنها در صورتیکه شمع تقریباً نزدیک به طول لازم فرو رفته و ضمناً صدمه به آن نخورده باشد میتوان آنرا به عنوان یک شمع قبول نمود.
شمع‌های ساخته شده در محل
این نوع شمع به این طریق ساخته میشود که ابتدا یک لوله سربسته به کمک شمع کوب در زمین تا عمق مورد نظر کوبیده میشود. سپس آرماتور شمع در داخل لوله قرار داده و به تدریج با ریختن بتن لوله از زمین بیرون کشیده میشود. بتن را میتوان با فشار وارد لوله نمود و یا در لوله کوبید. جنس لوله می‌تواند فلزی یا بتنی باشد. در موقع بیرون کشیدن لوله میتوان به وسیله کوبیدن یا با وارد آوردن فشار به بتن پای شمع را پهن تر نمود. که با این وسیله قدرت باربری شمع اضافه شود. کوبیدن لوله در زمین باید مواظبت نمود که به بتن شمع‌های ساخته شده در مجاورت آن صدمه‌ای وارد نیاید یعنی بتن شمع مجاور با اندازه کافی مقاوم شده باشد یا فاصله آن از محل کوبیدن لوله شمع مجاور زیاد باشد.
ساختن شمع به طریق حفاری
این شمع‌ها به وسیله حفر کردن محل شمع در زمین با لوله یا بدون لوله و ریختن شمع بتنی در سوراخ یا چاه ایجاد شده ساخته میشود. در صورتی که حفاری بدون لوله انجام شود باید به وسیله بنتونیت که در زمین ریخته میشود از ریزش بدنه سوراخ یاچاه حفر شده جلوگیری نمود. در صورتیکه حفاری با لوله انجام شود باید لوله را به کمک ماشین‌هایی در زمین فرو کرده و در عین حال به کمک پمپ‌های مکنده یا قاشقک و مته و غیره خاک‌ها را از داخل لوله خارج نمود. پس از آنکه عمل حفاری تا عمق مورد نظر به پایان رسید آرماتور لازم جهت شمع در محل قرار داده و بتن ریزی میشود.
بار مجاز شمع‌ها
- ظرفیت باربری یک شمع بستگی دارد به نوع زمین و وضع آب زیرزمینی، شکل، جنس و ابعاد و طول شمع، طرز ساختن یا ریختن و کوبیدن شمع، فواصل و تمایل شمع‌ها نسبت به قائم و غیره.
- در زمین‌های شن و ماسه‌ای برای شمع‌هایی که کوبه می‌شوند و فقط به فشار کار میکنند میتوان از روی انرژی مضری برای کوبیدن شمع به خصوص در چند ضربه نهایی یا مقدار فرور فتن شمع در چند ضربه نهایی فرمول‌هایی به دست آورد که رابطه انرژی یا مقدار فرو رفتن مذکور را با بار مجاز شمع بیان میکند.
- بار باید کاملاً د رمحور طولی شمع وارد شود و در تمام مدت آزمایش هم در عمین حالت باقی بماند.
- بارگزاری نباید بلافاصله بعد از کوبیدن شمع انجام گیرد. در زمین‌های شن و ماسه‌ای حداقل ۵ روز و در زمین‌های خاکی و سایر زمین‌های دارای چسبندگی حداقل سه هفته بعد از کوبیدن شمع میتوان آنرا بارگزاری نمود.
- تعداد شمع‌های مورد آزمایش که بارگزاری می‌شوند باید حداقل ۲ عدد باشد در صورتی که جنس زمین مرتباً تغییر نماید به همان نسبت باید تعدا شمع‌های آزمایشی اضافه شود.
سپرها و مهارها
سپرها اجزا ساختمانی هستند که باید هر قسمت از آن به تنهایی قادر باشد نیروهای وارده به آن را که عبارتست از رانش خاک و فشار آب تحمل نماید و در موارد استثنایی حتی نیروهای قائم را با هم باید بتوانند به زمین منتقل نماید.
موارد استعمال عمده سپرها
برای حفاظت در مورد گودبرداری‌ها با دیواره قائم جهت جلوگیری از ریزش خاک و ورود آب به داخل گودال و همچنین جهت حفاظات خاکریزی‌های با دیواره قائم و بالاخره در مورد پی سازی با هوای متارکم و غیره.
به صورت قسمتی از ساختمان که در زمین باقی می‌ماند جهت تحمل رانش خاک و فشار یا جلوگیری از شسته شدن زیر پی‌ها و غیره.
سپرهای چوبی
سپرها یچوبی باید در زمین‌هایی به کار رود که کوبیدن آنها د راثر تراکم و سختی زمین باشکال برخورد ننماید در صورتی که پس برای مدت طولانی یا برای همیشه در زمین بتقی بماند بایستی خطر فاسد شدن چوب موجود نباشد. و آفات چوب در زمین موجود نباشد. عرض سپرهای چوبی معمولاً حدود ۲۰ سانتیمتر و طول آنها حداکثر ۱۵ متر است.
سپرهای فلزی
سپرهای فلزی از مهمترین نوع سپرها بوده و بیش از انواع سپرهای دیگر استعمال میشود و در تمام موارد میتوان به کرا برد به استثنای مواقعی که مواد مضر برای فولاد در خاک یا آب محل سپرکوبی موجود باشد.
در صورتی که عمق گود برداری زیاد نباشد و ورود آب به داخل محل گودبرداری هم موجود نباشد میتوان سپرهای فلزی را بدون قفل (نر و ماده) به کار برد. در صورتی که در پشت سپر فشار آب موجود باشد باید سپرها را با قفل (نر و ماده) به کار برد.
در مواردی که عمق گودبرداری زیاد نباشد و در نیتجه سپر بتواند بتن‌هایی فشار خاک و آب را تحمل نماید میتوان سپر را بدون تکیه گاه در زمین کوبید. در تمامی موارد دیگر باید سپرها را به تیرهای کمربندی تکیه داد که این تیرهای کمربندی هم به نوبه خود بار وارده را به وسیله پشت بندها به زمین یا به سمت مقابل منتقل مینمایند. این پشت بندها را بر حسب مقدار نیروی وارده از چوب یا فلز میتوان انتخاب نمود.
سپرهای مرکب از فولاد و چوب
در این طریقه تیر آهن‌ها به فواصل ۱/۵ تا ۲/۵ متر در زمین کوبیده میشود و سپس با پیشرفت گودبرداری در بین تیر آهن‌ها تخته‌هایی به طور افقی نصب مینمایند و تیرهای فولادی را به وسیله تیرهای افقی در جلو به یکدیگر تکیه داده یا از عقب در خاک مهار مینمایند. تیرهای فولادی بستگی به مقدار رانش خاک در پشت آنها دارد. این تیرها باید حداقل تا حدود ۳ متر در زیر کف گودبرداری کوبیده شود تخته‌هایی که به طور افقی بین تیرهای فولادی نصب می‌شوند دارای ضخامت ۵ تا ۱۰ سانتیمتر است استفاده از این تخته‌ها برای قالب خارجی بتن مجاز است. این تخته‌ها می‌تواند در زمین باقی بماند یا با پیشرفت ساختمان آنها ار از زمین خارج نمود.
تیرهای فولادی معمولاً به وسیله پشت بندهای چوبی یا فلزی به یکدیگر تکیه میکنند. این تیرهای چوبی یا فلزی باید برای نیروی وارده از رانش خاک به دقت محاسبه شوند. به خصوص کمانش این تیرها به دقت مورد بررسی قرار گیرد. در صورتی که فاصله بین تیرها فولادی در دو طرف گودبرداری خیلی زیاد باشد باید از لحاظ اقتصادی در وسط محل گود برداری هم پایه‌هایی جهت تکیه گاه پشت بندها ساخته شود.
سپرهای بتن فولادی
سپرهای بتن فولادی باید از بتن نسبتاً سفت تهیه شود و تاب فشاری بتن سپر در موقع کوبیدن نباید از ۴۵۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع کمتر باشد.
ضخامت سپرها بستگی دارد به احتیاجات ساختمانی و استاتیکی و شرایط کوبیدن سپر ولی حداقل ضخامت باید از ۱۲ سانتیمتر کمتر نباشد. ضمناً برای اینکه وزن سپر هم زیاده از حد سنگین نشود حداکثر ضخامت معمولاً نباید از ۴۰ سانتیمتر زیادتر باشد.
عرض سپرها معمولاً ۵۰ سانتیمتر انتخای میشود. طول سپرها معمولاً تا ۱۵ متر و در موارد استثنایی تا ۲۰ متر انتخاب میشود.
این سپرها باید برای بارهای وارد در موارد زیر محاسبه شوند.
- در موقع انبار کردن و روی هم چیدن
- در موقع حمل ونقل از محل انبار یا کراگاه به عمل کوبیدن
- در موقع بلند کردن در محل سپر کوبی
- برای بار وارده در حین سپر کوبی
- برای نیروهای وارده در اثر رانش خاک و فشار آب و احیاناً بار قائم
سپرهای مرکب از تیر فولادی و بتن
در این طریق ابتدا ریل‌های راه آهن یا تیرهای فولادی به فواصل حدود یک متر در زین کوبیده می‌شوند و سپس یک متر تا ۱/۵ متر به طور قائم بتن ریل‌ها و تیرهای فولادی گودبرداری شده و قالب بندی انجام و بتن ریزی میشود و در صورت لزوم در بتن هم فولاد گذاشته میشود. و سپس گودبراری را ادامه داده و مجداً بتن ریزی شده و به همین ترتیب تا عمق لازم جهت گود برداری عمل را ادامه میدهند. ضمناً در ارتفاعات لازم تیرهای کمربندی نصب و به وسیله پشت بندهایی از تیرهای چوب گرد و یا ترهای فولادی انها را به یکدیگر یا به زمین تکیه میدهند.
سپر مرکب از یک ردیف شمع
این نوع سپر معمولاً به سه طریق اجرا می‌شوند.
- یک سری شمع در کنار یکدیگر در یک خط ساخته میشود فاصله بین این شمع‌ها حدود ۵ سانتیمتر است. این نوع سپرها فقط برای رانش خاک مناسب بوده و در صورتی که آب موجود باشد باید قبلاً آب را از حدود گودال به خارج هدایت نمود.
- ابتدا شمع‌های ۱،۳، ۵،….ساخته می‌شوند که فاصله بین آنها حدود سه چهارم قطر شمع است. این شمع‌ها معمولاً از بتن بدون فولاد ساخته می‌شوند سپس در بین شمع‌ها سری شمع‌های ۲، ۴، ۶،….از بتن مسلح ساخته می‌شوند. به این ترتیب شمع‌ها یکدیگر را قطع نموده و یک دیوار ممتد به وجود می‌آورد.
- شمع‌ها به فاصله یک متر الی ۱/۵ متر از یکدیگر ساخته می‌شوند. و در بین شمع‌ها همراه با گودبرداری قوس‌های افقی از سنگ‌های فیلتر ساخته میشود.
سپر به طریق دیوار شیاری
ابتدا در طولی که سپر باید ساخته شود شیاری در زمین به عرض حدود یک متر و به عمق ۱/۵ متر گودبرداری میشود و دو طرف این شیار را با یک قش بتن فولادی به ضخامت ۱۵ الی ۲۰ سانتیمتر می‌پوشانند. سپس این گودال را پر از یک مایع تیکسوتروپ کرده و بقیه گودبرداری را تا عنق لازم انجام میدهند. این مایع که از ریزش بدنه گودبرداری جلوگیری میکند باید دائماً در گودال ریخته شود که پر باشد. پس از آنکه گودبرداری تمام شد لیکن شیار موجود رابه وسیله لوله‌هایی که در فواصل معینی در شیار قرار داده میشود باید به چندین قسمت تقسیم نمود. عرض هر قسمت حدود ۲/۵ متر الی ۶ متر میشود.
مهار
مهارها عبارتند از میله هایی گرد یا کابلهای فولادی که در سوراخ‌های که قبلاً در زمین تعبیه شده جای میدهند. و سپس با تزریق ملات سیمان در طول کمعینی در زمین گیردار میکنند و سر دیگر مهار را به سپر یار تیر کمربندی که در روی سپر نصب شده وصل مینمایند. این مهارها را میتوان قبل از اتصال به سپر تحت کشش قرار داد و سپس به سپر متصل نمو که از حرکت بعدی در اثر نیروهای وارده بهتر جلوگیری نماید.
فولاد مهار
فولاد مهار باید فولاد ۵۲ یا فولادهای مقاومتر (که برای بتن پیش تنیده به کار میرود) باشد. حداقل مقطع فولاد یک مهار باید حدود ۲۲۰ میلیمتر مربع و هر میله مهار باید حداقل به قطر ۱۰ میلیمتر باشد. در صورتیکه در خاک مواد مضره برای فولاد موجود باشد باید این حداقل مقاطع حدود ۳۰ درصد افزایش یابد.
انتقال بار از مهار به زمین
بار از فولاد مهار به سه طریق به مصالح تزریق شده منتقل میشود.
- به وسیله اصطکاک بین فولاد و مصالح انژکسیون
- به وسیله یک صفحه یا جسم دیگر در انتهای فولاد مهار که بر مصالح انژکسیون تکیه میکند.
- به وسیله یک لوله که به فولاد مهار وصل است و این لوله به وسیله اصطکاک نیروی خود را به مصالح انژکسیون منتقل می‌نماید.
توضیحات بیشتر در زمینه انواع شمع و سپر در نشریه شماره ۷۱ تهیه و تنظیم شده است.
مزایای استفاده از میکرو شمع
مشخصه اصلی میکرو شمع قطر کم حفاری آن است که اجازه ساخت آن را در هر زمینی با تجهیزاتی کوچکتر از تجهیزات مورد نیاز برای ساخت شمع‌های معمولی میسر می‌سازد. از دیگر مزایای میکرو شمع‌ها میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
- در نظر گرفتن تکیه گاه مناسب سازه‌ای و موافق با بارهای اعمالی با کمترین حرکت و جابجایی ممکن در محیط ژئوتکینیک
- داشتن حداقل اثرات ناسازگار بر روی سازه تحت ترمیم
- در شرایط ساختگاه‌ها با انواع محدودیت‌های اجرایی و نیز در انواع متفاوت خاک‌ها قابل نصب هستند.
- این فناوری در بسترهای ضعیف پروژه‌هایی که نیاز به سرعت عمل زیاد در اجرا دارند محل‌هایی که تجهیزات اجرایی سایر روش‌های سازه‌ای انتقال بار به بستر در آنها وجود ندارد ضرورت در کاهش هزینههای پروژه و استفاده فرا‌وان دارد.
بنابراین میکروشمع‌ها تحت شرایط واقعی هر زمینی و با حداقل تخریب سازه‌های تحت پی بندی ساخته می‌شوند. متاسفانه تا به حال از سوی جامعه مهندسی کشور، توجه درستی به نیاز استفاده از این فناوری در ساخت و تثبیت سازه‌های آبی نشده است.
مزایا و معایب این پی بندی به شرح زیر است.
- با استفاده از آرایش شبکه‌های ۳×۳ متر میکرو شمع‌ها، افزایش سختی پی به میزان پنچاه درصد ملاحظه شده است.
- در واقع حتی با اعمال شرایط روانگونگی واقعی در نزدیکی سطح زمین سختی جانبی پایه قابل قبول است.
- ازفایش سختی جانبی دینامیکی در برابر چرخش بدون توجه به وقوع روانگرایی صورت می‌پذیرد.
- البته به علل گوناگون در این پروژه سختی مورد انتظار حاصل نشده است.
تاریخچه توسعه
در سال ۱۹۵۰ در اروپا یک نیاز اساسی برای حفظ سازه‌ها و بناهای تاریخی به وجود آمد. بدین منظور لازم بود یک سیستم که پی سازه‌ها و محیط پیرامون آنها را تقویت کند به کار گرقته شود. از اینجا بود که تفکر استفاده از میکروشمع‌ها برای این منظور به وجود آمد.
شمع‌های ریشه‌ای (میکرو شمع‌ها) که درجاساز بوده و حفاری و قطر کم داشتند و شمع‌های تزریقی بتن مسلح (که مقدار کمی آرماتور دارند) برای کاربرد ترمیمی ساختگاه بسیار مناسب بودند. مشخصه اصلی یک میکرو شمع قطر کم حفاری آن است که اجازه می‌دهد با دستگاه‌های کوچکتری نسبت به دستگاه‌های مرسوم برای ساخت شمع‌ها، اقدام به ساخت آنها بنماییم و تقریباً در هر شرایطی از خاک قابل استفاده هستند. قدیمی‌ترین شمع‌ها با قطرهای ۱۰۰ میلیمتری ساخته شده و تحت بارگذاری آزمایشی بیش از ۴۰۰ کیلونیوتن قرار گرفته‌اند و هیچ گونه اطلاعاتی از ایجاد گسیختگی در سطح مشترک خاک و ملات برای آنها گزارش نشده است. به هر حال تا آغاز سال ۱۹۸۷ که شروع رشد سریع این فناوری بود، در آمریکا با شک و تردید به آن نگاه می‌شد. امروزه میکروشمع‌ها به وسیله مهندسین سراسر دنیا مورد قبول واقع شده‌اند وبه عنوان یک گزینه ساختمانی، خصوصاً برای پی‌های تحت اصلاح و نوسازی مورد قبول و توجه هستند.
طبقه بندی انواع میکرو شمع بر مبنای فرایند تزریق
محققین میکرو شمع را به این شرح توصیف کردند که با قرار دادن یک عامل مسلح کننده (یک یا چند میلگرد یا یک لوله) در درون یک حفره که قطر کمی دارد و تزریق ملات یا دوغاب با فشار نسبتاً زیاد در آن حفره و نفوذ ملات در درون خاک، میکرو شمع به وجود می‌آید. این تعریف شامل میکروشمع‌هایی که بدون فشار تزریق ساخته می‌شوند (نفوذ ملات در آنها تحت اثر وزن ملات صورت می‌گیرد) نمی‌شود. تعریف فوق میکروشمع‌ها را به دو دسته کلی تقسیم میکند که شامل انواع میکروشمع‌های IRS و IGU هستند.
میکرو شمع با تحدید پذیری تزریق به شکل انتخابی (شمع‌های IRS)
میکروشمع‌های IRS شامل میکروشمع‌هایی هستند که از تزریق دوغاب در درون یک لوله با پکرهای مضاعف ساخته می‌شوند به نحوی که تزرق در نواحی خاص (قابل انخاب توسط پرسنل اجرایی) صورت گرفته و عملیات تزریق در نواحی دیگر نیز (در همان میکروشمع) قابل انجام است. لوله مشبکی که برای این نوع تزریق به کار میرود تیوپ منچات نامیده میشود.
میکروشمع با تزریق پذیری یک باره (شمع‌های IGU)
شمع‌های IGU شامل میکروشمع‌های تزریق شده با یک پکر یا میکروشمع‌هایی است که غلاف در انتهای آنها برداشته شده و فشار دوغاب بر آنها اعمال میشود، است.
در این فرایند دوغاب در یک مرحله تزریق میشود و حتی اگر از یک تیوپ منچپ استفاده شده باشد تزریق مرحله بعد با اعمال فشار از بالای غلاف، بسیار مشکل خواهد بود. شمع‌های ریشه‌ای و میکروشمع‌های با دوغاب تراکمی که در دانشگاه شمال غرب آمریکا ساخته شده در این رده بندی قرار می‌گیرند. تفاوت بین آن شمع‌ها در حداکثر فشار دوغاب است که برای شمع‌های ریشه‌ای معمولاً ۰/۶ مگاپاسکال و برای شمع‌های با تزریق تراکمی حدود ۹ مگاپاسکال است.
استفاده از فرایندهای حفاری و تزریقی برای ساخت میکروشمع موجب ارتعاش‌های کمتر و کاهش اثرات نامطلوب به سازه موجود در مقایسه با سایر روش‌های ساختمانی تقویت پی سازه یا کارگذاری شمع‌ها است. اگر برای حفاری از غلاف در قطعات کوتاه استفاده شود، میتوان آنها را توسط پیچ به همدیگر متصل نمود. میکروشمع‌ها را میتوان با فشارهای که به کوچکی ۱/۵ متر (فشار هیدرواستاتیکی) هستند نصب یا اجرا می‌شوند.
برش منگنه‌ای
یکی از مهمترین بخش‌های یک قاب ساختمانی، فونداسیون است که نیروها و بارهای وارد بر ساختمان را به زمین منتقل میکند. یکی از عواملی که باعث تخریب یا کاهش عملکرد فونداسیون میشود برش پانچ یا برش منگنه‌ای است. مکانیزم شکست پانچ از ترکیب تنش‌های برشی و فشاری در نزدیکی پای ستون بدست می‌آید که در این شکست، ستون در محل اتصالش با فونداسیون به صورت موضعی به شکل یک مخروط ناقص جدا میشود. از این رو کنترل ظرفیت برش منگنه‌ای فونداسیون فاکتور بسیار مهم در طراحی آن است.
این نوع خرابی در ناحیه زیرین ستون ساختمان اتفاق می‌افتاد و باعث تغییر مکان‌های نا‌متقارن در قاب این ساختمان میشود.
در طراحی فونداسیون‌ها بر اساس آیین نامه‌ها برش پانچ (منگنه‌ای)، در اکثر قریب به اتفاق آنها به عنوان یک معیار کنترلی مطرح است. در واقع ابتدا ابعاد و اندازه‌های فونداسیون تعیین میشود سپس ظرفیت برش پانچ آن با این ابعاد کنترل میشود که در صورت جوابگو نبودن، راهکارهای مناسبی باید اتخاذ شود.
روش‌های عددی
یکی از روش‌هایی که برای انجام محاسبات در علوم مهندسی به کار میرود، روش‌های عددی است. از این روش‌ها برای محاسبه و کنترل ظرفیت برش پانچ نیز میتوان استفاده کرد اما به دلیل نا‌مشخص بودن رفتار بتن، حل عددی دقیقی نمی‌توان برای اجزای بتنی ارائه نمود. از سوی دیگر روش‌های عددی به دلیل ماهیتی که دارند قابلیت تعیین عواملی مانند نیروی آرماتورها، نیروی پیوستگی بین فولاد و بتن و … را در محاسبه مقاومت پانچ دارند در حالی که مدل‌های مکانیکی و فرمول‌های آیین نامه‌ای قادر به انجام چنین کاری نیستند. به عنوان یکی از کاراترین روش‌های عددی میتوان به روش اجزا محدود اشاره کرد که میتوان آن را به پنج مرحله کلی تقسیم کرد.
- تقسیم ناحیه مورد بحث به تعداد زیادی زیر ناحیه کوچک به نام المان. نقاط اتصال المان‌ها به یکدیگر گره نامیده میشود.
- تعیین تقریب اولیه برای حل یک تابع با ضرائب ثابت مجهول که همواره یا خطی است یا مرتبه دوم
- استخراج دستگاه معادلات جبری
- محاسبه سایر کمیت ها از روی مقادیر گرهی
-
شمع کوبی
روابط کوبش شمع به طور وسیعی برای تعیین ظرفیت باربری استاتیکی شمع ها به کار رفته اند. تحقیقات زیادی توسط مهندسین در گسترش فرمول‌های کوبش شمع انجام شده است. کوبش شمع یک مسئله ساده ضربه نیست که بتوان آن را مستقیماً توسط قوانین نیوتن حل کرد، بلکه یک مسئله انتقال موج طولی است که در یک راه حل کلی توسط معادله موج پوشش داده میشود. علاوه بر آن کوبش شمع مستلزم در نظر گرفتن پیچیدگی‌هایی همچون کلاهک، کلاهک‌های سر شمع، بالشتک‌ها، شمع‌های مرکب و شمع‌های باریک شونده در راستای رفتار الاستیک – پلاستیک خاک است. نتیجه‌ای که از وجود این مشکلات حاصل میشود این است که همه فرمول‌های کوبش شمع تا اندازه‌ای تجربی بوده و در نتیجه برای نوع و طول‌های مشخصی از شمع قابل استفاده هستند.
ظرفیت باربری شمع
یکی از روش‌های تعیین ظرفیت باربری شمع حین کوبش کاربرد اصل انرژی است. روابط متعددی که در این زمینه به وجود آمده است، مقاومت نفوذ شمع حین کوبش را برابر با ظرفیت باربری در نظر می‌گیرند. برای شمع‌هایی که با استفاده از سیستم‌های ضربه‌ای کوبیده می‌شوند، مقاومت نفوذ با تعداد ضربه جهت فرو رفت شمع به میزان مشخص، برابر است. این معیار به شکل ضربه / سانتیمتر یا ضربه / متر سنجیده میشود. اما توجه به این نکته ضروری است که طولی از شمع که مقاومت نفوذ روی آن سنجیده میشود، بسیار مهم است.
روابط حاکم بر ظرفیت باربری شمع
روابط حاکم بر ظرفیت باربری شمع‌ها را به طور کلی میتوان به دو دسته، روابط استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی کرد.
اساس تمام روابط استاتیکی بر این اصل استوار است که ظرفیت باربری شمع مجموع مقاومت نوک و مقاومت جداره آن است که سهم هر یک بر اساس نوع خاک، وضعیت لایه‌ها، عمق بستر یا لایه مقاوم و موارد دیگر تامین میشود.
روبط دینامیکی کوبش بر این اساس استوار است که ظرفیت باربری خاک برای شمع مستقیماً تابع مقاومتی است که شمع در مقابل فرور ریختن در زمین تحت اثر ضربه نشان می‌دهد. در اثر سقوط چکش روی سر شمع و انتقال قسمتی از انرژی جنبشی به آن، سر شمع حرکت میکند. این حرکت به تمام طول شمع منتقل میشود. انرژی ناشی از این حرکت صرف فرو رفتن نوک شمع در خاک میشود.
روش‌های شمع کوبی در خاک ماسه‌ای
استفاده از پی‌های عمیق یا شمع، طی دهه اخیر افزایش قابل توجهی در سطح کشور پیدا کرده است. علاوه بر اجرای سازه‌های معمولی همچون پل سازی که از گذشته‌های دور تر نیز پی‌های عمیق در آنها استفاده می‌شد، گسترش بنادر جنوبی و شمالی کشور و همچنین سرمایه گذاری‌های کلان در بخش صنایع نفتی و پتروشیمی در سواحل جنوبی نیاز به استفاده از پی‌های عمیق را به طور چشمگیری افزایش داده است.
کاربرد شمع‌ها
برآورد صحیح ظرفیت باربری محور شمع‌ها یا پی‌های عمیق در پروژه‌هایی مانند پل‌ها، سازه‌های دریایی، اسکله‌ها و ساختمان‌ها و پروژه‌های عظیم صنعتی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سهم قابل توجهی از تامین پایداری و درجه ایمنی این گونه سازه‌ها متوجه پی آنها است. از سوی دیگر، هزینه اجرای پی‌های عمیق در برخی موارد حتی تا حدود نیمی از هزینه کل طرح را در برمی‌گیرد. لذا طرح بهینه شمع‌ها، و به ویژه تعیین ظرفیت باربری آنها، بایستی با دقت و توجه خاصی انجام پذیرد.
علیرغم پیشرفت چشمگیر علم مکانیک خاک و مهندسی ژئوتکنیک در دهه‌های اخیر، تعیین ظرفیت باربری شمع‌ها هنوز با دشواری‌هائی همراه است. خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد خاک مانند ناهمگونی، ناهمسانی، وجود آب تنوع ترکیبات مختلف خاک در طبیعت، استعداد خزش، رفتار پیچیده تنش-کرنش از یک سو و تنوع شمع‌ها از لحاظ جنس مصالح، شکل مقاطع، روش‌های اجرائی و نصب و سایر موارد دیگر موجب پیچیدگی اندر کنش المان سازه‌ای شمع و خاک اطراف آن می‌شوند. لذا مدل کردن چنین شرایط پیچیده‌ای که متغیرهای مختلفی در آن دخالت دارند دشوار است. به همین دلیل پژوهشگران متعددی در دهه‌های گذشته تلاش در جهت ارائه روابط تئوریک یا تجربی مختلفی برای تعیین ظرفیت باربری نموده‌اند، اما هر یک از روش‌های ارائه شده و پارامترهای مربوطه آنها بر حسب شریط آزمایشگاهی یا محلی ویژه یا فرض‌های ساده کننده‌ای تنظیم شده‌اند که نتیجه برای شرایط کلی و عمومی ممکن است کارآئی مطلوبی نداشته باشند.
روش‌های مختلف تعیین یا کنترل ظرفیت باربری محوری شمع‌ها را میتوان به چهار دسته کلی زیر تقسیم نمود.
- روش‌های تحلیل استاتیکی
- استفاده مستقیم از نتایج آزمایش‌های صحرائی
- آزمایش بارگذاری استاتیکی
- روش‌های دینامیکی (به منظور تحلیل و طراحی استاتیکی شمع)
پی‌های عمیق یا شمع‌ها، عناصر ستونی نسبتاً لاغری هستند که بصورت قائم یا کمی شیب دار به عنوان پی سازه‌ها بکار رفته، بطوری که بار سازه‌های فوقانی را به لایه‌های مناسب‌تر خاک در اعماق پائین‌تر منتقل میکنند. طول یا عمق قرارگیری شمع در خاک، سطح مقطع، جنس، روش نصب و چگونگی عملکرد شمع‌ها از متغیرهای اصلی بوده که با توجه به شرایط و نیازهای پروژه تعیین می‌شوند.
سیستم پی عمیق (شمع) زمانی توصیه میشود که حداقل یکی از شرایط زیر برقراری باشد.
- لایه‌های سطحی خاک فاقد مقاومت کافی بوده و لایه‌های مقاومتر خاک در اعماق پایین‌تر یافت شوند. به عبارت دیگر، حتی اگر از پی‌های گسترده استفاده شود، ظرفیت باربری لازم توسط لایه‌های سطحی تامین نشود.
- لایه یا لایه‌های سطحی نشست پذیر، تورم زا، فروریزشی باشند یا سازه به نشست غیر متقارن بسیار حساس باشد.
- علیرغم مقاوم بودن لایه‌های سطحی خاک، مشکل آب شستگی یا آب شکستگی در کناره پایه‌های میانی و یا کوله پل‌ها وجود داشته باشد.
- بارهای متمرکز بزرگی باسد از سازه به خاک منتقل شوند بطوری که تحمل این نیروها توسط پی‌های سطحی، حتی به صورت گسترده، امکان پذیر باشد.
- سطح آب زیر زمینی در منطقه بالا است و یا فشار آرتزین در لایه‌های خاک وجود داشته، بطوری که امکان احداث پی کم عمق وجود نداشته باشد.
- افزایش سختی خاک زیر پی ماشین آلات برای کنترل دامنه ارتعاشات پی و همچنین کنترل فرکانس طبیعی سیستم.
- مقاومت در برابر نیروهای کششی یا واژگانی برای پی‌های زیر سطح آب یا جلو گیری از واژگونی سازه‌های بلند.
- ایجاد مهار در برابر نیروی‌های افقی و زلزله یا ضربه گیری در اسکله‌ها.
- کنترل لغزش و رانش زمین و افزایش پایداری شیب‌ها.
- مقابله با عواقب آتی حاصل از ساخت و سازها در مجاورت پروژه و یا بناهای موجود.
کاربرد شمع‌ها بصورت تکی و گروهی
شمع‌های گروهی در ساده‌ترین حالت، متشکل از ۲ یا ۳ شمع بوده که توسط کلاهک یا تیرهای گیر دار به هم متصل می‌شوند. این المان سازه‌ای، یعنی کلاهک یا سر شمع، هم می‌تواند در بالای سطح زمین و هم در زیر سطح زمین اجرا شود. یک سیستم گروه شمع از نظر استاتیکی نامعین است و توزیع نیرو در شمع‌ها، تابعی از تغییر مکان و تغیر شکل شمع‌ها خواهد بود.
بارهای وارد بر شمع‌ها
نحوه اعمال بار وارد بر شمع ممکن است به دو صورت مونوتونیک و سیکلی باشد. افزایش تدریجی نیروهای ناشی از ساخت سازه مثالی از یک بار مونوتونیک است. بارهای سیکلی بارهایی هستند که در آنها جهت نیروی وارده به طور متناوب تغییر میکند. این بارها نیز به دو دسته استاتیکی تکراری (فرکانس پایین) و دینامیکی (فرکانس بالا) تقسیم می‌شوند. بارهای وارد بر پی ماشین آلات پیستونی، ضربه‌ای و دورانی نمونه‌ای از بارهای سیکلی دینامیکی بوده، زیرا این ماشین آلات دارای فرکانس بالایی هستند. اثر زلزله و باد نیز به صورت نیروهای سیکلی با فرکانس نسبتاً بالا در نظر گرفته می‌شوند و لذا از نوع دینامیکی هستند.
بارهای وارده بر شمع‌ها، شامل بارهای محوری، جانبی و لنگر خمشی طراحی شمع در مقابل بار هستند. ولی معمولاً مهمترین عامل طرح شمع از لحاظ ظرفیت باربریاست. به عبارت دیگر در اکثر موارد کاربرد نیروی محوری وارد بر شمع عامل اصلی تعیین کننده، تعیین ظرفیت باربری شمع‌ها است. بارهای وارد بر گروه شمع‌ها نیز همانند بارهای وارد بر تک شمع‌هاست با این تفاوت که بار محوری، جانبی و لنگر خمشی به کلاهک وارد شده و به نسبت سختی و نیز عملکرد متقابل سر شمع‌ها تقسیم میشود.
طبقه بندی شمع‌ها از نظر شکل و مقاطع آنها
شمع‌ها در مقطع طولی میتوانند به شکل‌های استوانه‌ای یا مخروطی باشند که نوع مخروطی آن با توجه به گرادیان باریک شوندگی به دو صورت شمع مخروطی با گرادیان باریک شوندگی تند و شمع مخروطی با گرادیان باریک شوندگی ملایم تقسیم می‌شوند.
طبقه بندی شمع‌ها از لحاظ روش اجرا
شمع‌های با تغییر مکان بزرگ که شامل شمع‌های توپر و تو خالی با انتهای بسته است که بوسیله ضربه یا جک به داخل خاک رانده شده و موجب تغییر مکان نسبتاً زیادی در خاک می‌شوند. همچنین شمع‌های کوبیدنی- ریختنی، یعنی شمع‌هایی که ابتدا یک غلاف توخالی کوبیده شده و سپس با بتن پر
شود، نیز از نوع تغییر مکان بزرگ محسوب می‌شوند.
شمع‌های بدون تغییر مکان که باز هم به وسیله ضربه یا جک به داخل خاک رانده می‌شوند با این تفاوت که سطح مقطع نسبتاً کوچکی دارند. این گروه شامل شمع‌های H شکل، لولهای یا جعبه‌ای با انتهای باز هستند که خاک به داخل حفره‌های مقطع وارد میشود. اگر در حین کوبیدن این شمع‌ها به داخل خاک، توده خاکی در انتهای شمع تشکیل و قفل شود به طوری که از ورود خاک به داخل حفره در سراسر مقطع جلوگیری کند، این شمع‌ها نیز تبدیل به شمع‌های با تغییر مکان زیاد می‌شوند.
شمع‌های بدون تغییر مکان که ابتدا گمانه‌ای در زمین حفر شده و سپس با بتن پر میشود. بتن ممکن است در داخل غلاف ۱۰ ریخته شود و یا در حین بتن ریزی، غلاف به تدریج از گمانه خارج شود. در بعضی موارد، شمع‌های پیش ساخته بتنی، چوبی و در داخل گمانه قرار داده می‌شوند.
شمع‌های کوبیدنی با تغییر مکان بزرگ انواع زیر را شامل می‌شوند.
- چوبی (مقطع دایره‌ای یا مربعی، یک‌سره یا با اتصال)
- بتن پیش ساخته (مقطع توخالی یا توپر)
- بتن پیش تنیده (مقطع توخالی یا توپر)
- لوله فولادی (ضربه‌ای با انتهای بسته)
- جعبه فولادی (ضربه‌ای با انتهای بسته)
- لوله فولادی باریک شونده
- لوله فولادی با انتهای بسته و رانده شده توسط جک
- استوانه‌های بتنی تو پر (شمع‌های بتنی پیش ساخته قطور) رانده شده توسط جک
شمع‌های کوبیدنی – ریختنی با تغییر مکان بزرگ انواع زیر را شامل می‌شوند.
- لوله فولادی کوبیده شده و بعد از بتن ریزی بیرون کشیده میشود
- پوسته پیش ساخته بتنی که با بتن پر میشود
- غلاف فولادی کم ضخامتی که به داخل خاک کوبیده شده و سپس با بتن پر میشود
شمع‌های با تغییر مکان کوچک انواع زیر را شامل می‌شوند.
- بتنی پیش ساخته (مقطع لولهای با انتهای باز که با ضربه به داخل خاک رانده شود)
- بتنی پیش تنیده (مقطع لولهای با انتهای باز که با ضربه به داخل خاک رانده شود)
- مقاطع H شکل فولادی
- مقاطع لولهای فولادی (که با انتهای باز پوشیده شده و خاک وارد لوله شود)
- مقاطع جعبه‌ای فلزی (که با انتهای باز پوشیده شده و خاک وارد لوله شود در صورت نیاز تخلیه شود)
شمع‌های بدون تغییر مکان انواع زیر را شامل می‌شوند.
- حفر گمانه توسط روش‌های مته دورانی، چنگگ، بالابر هوایی و پر کردن آن با بتن (درجاریز)
- حفر گمانه مطابق روش‌های فوق و قرار دادن لوله و پر کردن ان با بتن در صورت لزوم
- قرار دادن المان‌های بتن ساخته در داخل گمانه
- تزریق ملات سیمان به داخل گمانه حفر شده
- مقاطع فولادی قرار داده شده در داخل گمانه حفر شده
- حفر گمانه و قرار دادن لوله فولادی به طور همزمان
معیارهای انتخاب شمع مناسب برای نیازهای پروژه
انتخاب نوع شمع مناسب از موارد ذکر شده در طبقه بندی شمع‌ها به سه پارامتر اساسی بستگی دارد.
- مشخصات روسازی (کاربرد و وضعیت بارگذاری)
- شرایط خاک بستر
- عملکرد و دوام مصالح شمع
شمع‌های با تغییر مکان نسبتاً زیاد مناسبترین انتخاب برای بکارگیری در سازه‌های دریایی هستند. یکشمع پیش ساخته یا پیش تنیده توپر بتنی در آب‌های کم عمق کاربرد داشته و در آب‌های عمیق چندان کاربرد ندارند. زیرا این شمع‌ها بسیار سنگین بوده و جابجایی آنها مشکل است. در شرایط آب‌های عمیق شمع‌های لولهای فولادی و یا بتنی پیش ساخته توخالی کاربرد دارند.
در سازه‌های دریایی استفاده از شمع‌های لولهای فولادی بر شمع‌های فولادی با مقطع H ارجحیت دارد، زیرا نیروی کشانه ایجاد شده به علت امواج دریا در مورد اولی کمتر است. همچنین یک روش اقتصادی برای مقابله با نیروهای ضربه‌ای ناشی از موج دریا و همچنین نیروهای ناشی از پهلوگیری کشتی‌ها، استفاده از شمع لوله فولادی با قطر زیاد است.
شمع‌های چوبی برای مواردی مانند کارهای موقت در آب‌های کم عمق کاربرد داشته و برای بارهای سبک تا متوسط ،در کشورهایی که چوب به راحتی یافت میشود مناسب هستند. از شمع‌های بتن درجا در سازه‌های دریایی تنها بصورت مرکب میتوان استفاده نمود. به عنوان مثال چنانچه در یک محیط دریائی، هدف عبور از آب و لایه‌های نرم و رسیدن به یک لایه سخت باشد میتوان یک شمع توخالی را توسط چکش تا عمق مورد نظر کوبید و سپس محفظه داخل آن را با بتن پر کرد.
شناسایی خاک
مهندسان ژئوتکنیک به دنبال مشخصاتی هستند که در زیر زمین پنهان شده است و پیدا نیست. از سوی دیگر مشخصات فنی از یک نقطه به نقطه دیگر تفاوت میکند. مهندسان ژئوتکنیک با خاک و سنگ که مصالحی طبیعی هستند سر و کار دارند و خصوصیات این مصالح از نقطه‌ای به نقطه دیگر و حتی در مقابل یک بارگذاری نسبت به بارگذاری دیگر تفاوت خواهد کرد. بنابراین لازم است پیش از طراحی‌های ژئوتکنیکی و همچنین طراح سازه‌های مرتبط با زمین، کاوش‌های صحرایی و آزمایش‌های برجا را برای شناسایی رفتار مصالح و جمع آوری اطلاعات زمین انجام داد.
انواع کاوش‌های صحرایی
حفاری، قدیمی‌ترین روش جمع آروی اطلاعات از وضعیت زیر سطحی زمین است. معمولاً حفاری توسط دستگاه‌های حفار که دارای موتور محرک، دکل بزرگ و میله‌های بلند و سرمته هستند صورت می‌پذیرد. هر چند که روش حفاری دسترسی مستقیم به لایه‌های زیر سطحی را فراهم میکند با این حال این اطلاعات صرفاً برای نقاط حفاری شده اطمینان بخش و قطعی هستند و تغییرات بین این نقاط با قضاوت مهندسی تخمین زده میشود.
کاوش‌های ژئوفیزیکی روش‌های کارا و غیر مخرب در مطالعه وضعیت زمین به حساب می‌آیند. روش‌های ژئوفیزیک قادرند مشخصات زمین را در کمترین زمان و با کمترین دست خوردگی در محیط به دست میدهند.
جایگاه و نقش آزمایش‌های ژئوفیزیک
حفاری در مقایسه با روش‌های ژئوفیزیکی از این امتیاز برخوردار است که به طور مستقیم زمین را مورد بازدید قرار داده و از آن نمونه گیری مینمایند. بر همین اساس اطمینان بیشتری نسبته به نتایج آن وجود دارد. این در حالی است که در روش‌های ژئوفیزیکی نمونه گیری وجود نداشته و مشخصات در این روش‌ها عمدتاً بر اساس برقراری ارتباط بین خواص خاک یا سنگ و خصوصیات امواج فیزیکی حاصل میشود. در نتیجه اطلاعات حاصله از آنها حالت اجمالی داشته و از دقت بالایی برخوردار نیست. اطلاعات حاصل از حفاری از نقاط پراکنده‌ای به دست می‌آید. که با بهره گیری مناسب و اضافه کردن قضاوت مهندسی و تحلیل‌های مبتنی بر تجربه به آنها تغییرات لایه‌های زیر سطحی در بین این نقاط تخمین زده میشود. در چنین شرایطی اگر پدیده خاصی در بین دو گمانه اتفاق افتاده باشد، ممکن است از دید مطالعات به دو بماند. به عنوان مثال اگر یک لایه کوچک متشکل از ماسه‌های سست و نفوذپذیر به دلیل قرار گیری در بین گمانه مورد غفلت شود، می‌تواند طراح را در محاسبه نشت پی دچار خطای بزرگی نماید. روش‌های ژئوفیزیک از سهولت و سرعت برخوردار بوده و نسبت به روش‌های حفاری از هزینه کمتری برخوردار است.
روش‌های ژئوفیزیک به رغم کاستی‌هایی که در بین دقیق خواص لایه‌های پی دارند معمولاً نتایج را در محدود مورد مطالعه به طور پیوسته ارائه میدهند و میتوانند به عنوان مکمل حفاری گمانه به کار گرفته شوند.
به عنوان مثال در مطالعات ژوتکنیک پی یک ساختمان چهار طبقه که در یک ناحیه نوساز شهری احداث خواهد شد و قرائن کافی دال بر عدم وجود قنات یا سایر عوارض نامطلوب در زیر آن وجود داشته و دو حلقه چاه یا گمانه نیز در آن حفاری شده است، دلیلی بر انجام مطالعات ژئوفیزیک برای تکیمل مطالعات و حفاری‌ها نیست. از طرفی دیگر برای یک سد کوتاه که به منظور تغذیه مصنوعی در یک دره عریض یا آبرفت همگن و شناخته شده احداث میشود، شاید بتوان فقط با کاوش‌های ژئوفیزیک اطلاعات مورد نیاز طراحان را به دست آورده و در هزینههای حفاری صرفه جویی نمود.
فاصله و عمق گمانه
فاصله گمانه‌ها از همدیگر و همچنین عمق هر گمانه باید به نحوی انتخاب شود که پس از حفاری و نمونه گیری اطمینان کافی از وجود اطلاعات مناسب و لازم در محدوده طرح برای کارشناسان مطالعات ژئوتکینک به وجود آید و کارشناس مطالعات مذکور بتواند با دقت و اطمینان معقولی پارامترهای مورد نیاز طراح را بر آورده نموده و در اختیار او قرار دهد.
انواع روش‌های حفاری و گمانه زنی
هدف اصلی در تمام روش‌های گمانه زنی به دست آرودن نمونه‌های شاهد از لایه‌های زیرسطحی در اعماق مختلف است. هر یک از این روش‌های حفاری برای شرایط مختلفی از خاک و سنگ مناسب هستند و بنابراین در هر پروژه بیش از یک روش ممکن است مورد نیاز باشد.
حفاری با مته حلزونی پیوسته توپر
حفاری با مته حلزونی توپر، ساده‌ترین روش گمانه زنی است که تنها دارای دو مولفه پایه است، سرمته حفار و مته حلزونی. سرمته در نوک ساقه مته حفار قرار گرفته که خود ساقه از حلزونی‌های مجزایی تشکیل شده که به یکدیگر متصل شده‌اند. هنگام دوران، سرمته خاک را شل نموده و بریده و حلزونی‌ها خاک را به بالای گمانه منتقل مینمایند. حلزونی‌های ۱/۵ متر طول داشته و قطر خارجی آنها از ۱۰ سانتیمتر تا ۳۵ سانتیمتر متغییر است.
پیشروی مته در داخل گمانه توسط نیروی هیدورلیکی همزمان با دورن مته و سرمته در داخل خاک انجام می‌گیرد. با رسیدن به عمق نمونه برداری، گمانه از قطعات خرد شده خاک تمیز شده و اوگر و سرمته توسط کابل بیرون آورده می‌شوند. سپس وسیله نمونه برداری به داخل حفره گمانه فرستاده میشود تا از کف گمانه نمونه گیری نماید. پس از اتمام نمونه برداری، سرمته و حلزونی‌های اوگر به داخل گمانه رانده شده و پس از اتصال به سر صفحه حفاری از سر گرفته میشود.
حفاری با مته حلزونی پیوسته توخالی
حفاری با مته مارپیچی توخالی همانند حفاری با مته توپر است زیرا در هر دو مورد پیشروی در خاک توسط مارپیچ‌های مته انجام شده و خاک توسط آنها توسط آنها به بیرون رانده میشود. مارپیچ‌ها توخالی هستند . این کار اجازه می‌دهد که با فرستادن نمونه گیر از داخل ساقه مته به پایین نمونه گیری انجام شده و نیازی به خارج کردن اوگر از داخل گمانه نباشد.
سرمته دخلی به میله‌های حفار متصل شده که این میله‌ها در داخل ساقه توخالی قرار گرفته‌اند و سرمته دیگر به انتهای اوگر اصلی متصل میشود. هنگام حفاری سرمته‌های داخلی و خارجی به همراه یکدیگر چرخیده و خاک را در کف گمانه برش داده و سست مینمایند. خاک‌های برش خرده توسط مارپیچ‌ها به بالای گمانه منتقل می‌شوند. برای نمونه گیری اتصالات میله حفار برداشته شده و میله‌های حفار مرکزی از داخل گمانه بیرون کشیده می‌شوند. سپس نمونه گیر به انتهای میله حفار متصل شده و برای نمونه گیری به کف گمانه فرستاده میشود. پس از نمونه گیری سرمته مرکزی بار دیگر به میله‌های حفار متصل شده و با فرستادن آن به داخل گمانه حفاری از سر گرفته میشود.
مزیت اصلی اوگرهای توخالی نسبت به توپر این است که میله‌های حفار مرکزی را میتوان در هر زمانی جهت انجام نمونه گیری دست خورده، دست نخورده یا مغزه گیری از داخل گمانه خارج نمود.
حفاری دورانی با آب یا آبشویی
اصل بنیادی در این نوع حفاری این است که گل حفاری مخلوطی از آب و بنتونیت است با گردش در داخل گمانه قطعات خرد شده خاک را به سطح منتقل مینمایند.
مراحل
- حفاری گمانه با ترکیبی از ضربه زدن و خرد کردن توسط ادوات حفاری
- تبدیل قطعات خاک و سنگ به تکه‌های کوچکتر به وسیله مایع تحت فشار
- ارسال خرده ریزه‌ها به سطح زمین با استفاده از جریان مایع
گل توسط یک پمپ مکیده شده و سپس با فشار از داخل لوله حفاری به سمت پایین رانده میشود. پس از تخلیه از طرق سرمته گل حفاری قطعات خرد شده خاک را با خود از حد فاصل جداره گمانه و میله حفاری به سمت بالا حمل می‌نماید. در بالای گمانه گل حفاری پس از عبور از یک سرند به داخل مخزن گل یا حوضچه گل یا حوضچه آرامش ریخته میشود. مخزن گل دارای اجزایی متعددی است که به قطعات خرد شده خاک اجازه ته نشین شدن را می‌دهد.
هنگام حفاری بخ روش دورانی با گل حفاری در خاک‌های بدون چسبندگی یا خاک‌های با قابلیت فرسایش زیاد، از یک غلاف بیرونی برای ایجاد یک سیستم گردشی بسته استفاده میشود. غلاف همزمان با حفاری تا رسیدن یک خاک متراکم غیر فرسایشی یا سنگ به داخل رانده میشود تا یک سیستم چرخشی بسته ایجاد نماید.
گل حفاری ترکیبی از آب و بنتونیت است که باعث ایجاد دوغابی با چگالی اندکی بیشتز از آب میشود. این چگالی بیشتر از ته نشینی قطعات خرد شده خاک در کف گمانه جلوگیری نموده و به حذف راحت آنها کمک می‌نماید. بسیار مهم است که دوغاب غلظت مناسبی داشته باشد زیرا اگر بسیار غلیظ باشد باعث انسداد لوله پمپ شده و در صورتی که کم مایه باشد باعث برجا ماندن قطعات خرد شده خاک در کف گمانه خواهد شد. گل حفاری همچنین جداره گمانه را محافظت نموده و بنابراین گمانه بدون غلاف یا کیسینگ (یکی از روش‌هایی است که برای پایدار سازی گمانه در مقابل ریزش استفاده میشود و شامل یک استوانه فلزی است که در خاک قرار داده میشود) در ماسه قرار گرفته در زیر تراز آب نیز می‌تواند پایدار بماند.
حفاری به روش مغزه گیری
برای انجام حفاری و نمونه برداری به طور همزمان یک کور بارل یا مغزه گیر در انتهای میله حفار با سرمته دورانی جایگزینی می‌شوند. همزمان با چرخش مغره گیر و حرکت آن به سمت پایین سرمته یک مقطع حلقه ای از خاک یا سنگ را برش می‌دهد. این مقطع که مغزه نام دارد به داخل محفظه داخلی حرکت نموده و هنگامی که محفظه مغزه گیر پر شد حفاری متوقف شده و محفظه مغزه گیر از داخل گمانه بیرون آورده میشود. با باز نمودن محفظه مغزه گیر یک نمونه پیوسته از خاک یا سنگ به دست می‌آید.
حفاری با اوگر باکت (جام حفار)
اوگرهای سطلی در جایی استفاده میشود که برداشت و تهیه نمونه دست خورده در حجم زیادی از خاک مورد نظر باشد. در این روش یک سطل استوانه‌ای شبیه بشکه به قطر ۶۰ الی ۱۲۰ سانتیمتر در انتهای میله حفاری قرار گرفته و امکان تهیه حجم زیادی از خاک را فراهم میکند. سطل نمونه گیر یک استوانه‌ای فلزی روباز است که طولی بین ۶۰ تا ۹۰ سانتیمتر دارد و در ته آن یک یا دو شکاف برای ورود زمین و پیشروی حفاری جاسازی شده است. از این روش حفاری برای حفاری شمع‌ها نیز استفاده میشود. ضمن آنکه با توجه به قطر وسیع چاه حفاری شده معمولاً امکان حضور یک نفر در درون چاه به منظور مشاهده مستقیم لایه‌ها و احیاناً نمونه گیری دست نخورده وجود دارد. به رغم مزایای مذکور در خاک‌های غیر چسبنده و زیر سطح آب زیرزمینی استفاده از اوگرهای سطلی به دلیل احتمال ریزش جدار توصیه نمی‌شود.
به جز ماسه‌های ریزشی از جام‌های حفار میتوان در اکثر خاک‌ها و سنگ بستر نرم تا سخت استفاده نمود. در زیر تراز آب هم در صورتی که مصالخ سخت بوده و مستعدد ریزش یا نفوذ آب نباشند میتوان حفاری نمود. در این حالت‌ها حفاری را میتوان با پر کردن آب یا گل حفاری ادامه داد. این گل حفاری یا آب با ایجاد هد مثبت باعث کاهش تمایل دیواره‌ها به فرو ریزش و ناپایداری میشود.
حفاری با جام اوگر مخصوصاً برای حفاری در مصالح حاوی شن و قلوه سنگ مناسب است زیر جام حفار اغلب در هنگام دوران باعث از جا در آمدن قلوه سنگ‌ها میشود.
حفاری به روش پر کاشن
در سیستم‌های حفاری ضربه‌ای یک چکش سنگین متناوباً بالا برده شده و سقوط داده میشود. انرژی ناشی از سقوط وزنه موجب خرد شدن سنگ و حفر گمانه میشود. خرده‌های ریزه‌های حفاری در این روش معمولاً توسط جریان سیال تحت فشار به سطح زمین انتقال داده میشود. باتوجه به مکانیزم مذکور حفاری ضربه‌ای در زمین‌های نرم و خاک‌های چسنبده آب دار کارایی ندارد.
اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید لطفا ابتدا وارد شوید، در غیر این صورت می توانید ثبت نام کنید.