شمع در ساختمان چیست؛ انواع و کاربردهای آن
صنعت ساخت‌وساز در دهه‌های اخیر پیشرفتهای چشمگیری در زمینه مقاوم‌سازی سازه داشته است که شمع ساختمان یکی از آن‌ها محسوب می‌شود. به‌عبارتی، استفاده از شمع در ساختمان یکی از تکنیک‌های مهندسان جهت مقاوم‌بخشی سازه است. در این تکنیک، بارهای سنگین به اعماق زمین هدایت می‌شوند و استحکام سازه در برابر نیروها و فشارهای مضاعف افزایش می‌یابد. برای انجام شمع‌کوبی هم به تجهیزات پیشرفتهای نظیر دستگاه‌های هیدرولیکی و ویبره‌ای نیاز است و باید فقط توسط افراد ماهر با تجربه بالا انجام بگیرد. حال اینکه دقیقا شمع در ساختمان چیست و چه مراحلی دارد را در ادامه به صورت کامل توضیح داده‌ایم.
شمع ساختمان چیست؟
شمع ساختمان یکی از بهترین و مرسوم‌ترین مدل بهسازی خاک است که به آن پی شمعی هم گفته می‌شود. در یک تعریف کلی می‌توان گفت که شمع ساختمان، سازه‌ای بلند شبیه به ستون است که در خاک تعبیه شده و بار طبقات بالاتر را به لایه‌های خاک در اعماق زیرین هدایت می‌کند. درواقع، شمع با انتقال بارهای سازه در عمق خاک، آن را به خاک مقاوم‌تری تبدیل کرده و این‌گونه امنیت سازه را افزایش می‌دهد.
درکل، فرآیند اجرای شمع در ساختمان با هدف تسلیح یا تقویت خاک محوطه گودبرداری صورت می‌گیرد. این روش به کاشت میلگرد در بتن شباهت زیادی دارد و ضمن حفظ ویژگی‌های خاک به افزایش مقاومت آن در برابر بارهای وارده بر ساختمان کمک می‌کند. با توجه به این تفاسیر می‌توان نتیجه گرفت که شمع‌کوبی یا شمع‌گذاری یکی از روش‌های مناسب مقاوم‌سازی گود و افزایش دوام خاک علل‌خصوص در زمین‌های شیب‌دار است.
انواع شمع ساختمانی
شمع‌های ساختمان ازنظر نحوه عملکرد، جنس و ابعادشان به چندین گروه تقسیم می‌شوند. در ادامه لیستی از انواع شمع ساختمانی به تفکیک هر گروه آورده شده است:
شمع‌هایی که با قرارگیری در زمین دچار جابه‌جایی زیادی در خاک مجاور می‌شوند:
- شمع چوبی
- شمع بتن مسلح ریخته شده در محوطه
- شمع بتن مسلح پیش ساخته یا پیش فشرده
- شمع لوله فلزی با ته بسته کوبیده شده در زمین که بعد در آن بتن ریخته می‌شود.
- شمع لوله بتنی با ته بسته کوبیده شده در زمین که بعد در آن بتن ریخته می‌شود.
شمع‌هایی که با قرارگیری در زمین دچار جابه‌جایی در خاک مجاور نمی‌شوند:
- شمع‌های بتن مسلح با انواع مقطع غیردایره‌ای یا دایره‌ای که بعد از حفاری در محوطه تحت عملیات بتن‌ریزی قرار می‌گیرند.
- شمع‌های فلزی با انواع مقطع غیردایره‌ای یا دایره‌ای که پیش از قرارگیری در زمین، محوطه آن‌ها موردحفاری قرار می‌گیرند.
شمع‌ها ازنظر جنس و متریال مورداستفاده در ساخت آن‌ها به موارد زیر تقسیم می‌شوند:
- شمع بتنی (شامل شمع‌های درجاریز و پیش ساخته)
- شمع فولادی یا فلزی (شامل شمع‌های H شکل، دیسکی، پیچی و صفحه‌ای)
- شمع مرکب یا مختلط (شامل شمع‌های چوب و بتن و همین‌طور، شمع‌های فولاد و بتن)
- شمع چوبی (شامل شمع‌های دسته A برای حمل بارهای سنگین، دسته B جهت حمل بارهای سبک و دسته C مخصوص امور ساختمانی موقت)
کاربردهای شمع در ساختمان سازی
مهم‌ترین کاربردهای شمع در ساختمان‌سازی مربوط به پایداری خاک و ممانعت از نشست پی‌های موجود بر روی خاک سست می‌شود. از ساير کاربردهای آن می‌توان به کمک به کاهش حرکت ماشین‌آلات دارای لغزش، بندرهای واقع در خاک‌های مشکوک به نشست، تحکیم خاک اسکله‌ها در مقابل امواج، جلوگیری از اثرات فرسایش پایه‌های پل‌ها و مواردی از این قبیل اشاره کرد. به‌طورکلی، شمع‌گذاری منجر به افزایش ظرفیت باربری سازه‌ها و تجهیزات مختلف و انتقال بارهای سنگین آن‌ها به سطوح پایین‌تر می‌شود و ازاین‌رو، کاربردهای مهم و گسترده‌ای در صنایع کشور دارد. البته بیشترین استفاده از شمع‌کوبی مربوط به همین صنعت ساخت‌وساز می‌شود و ایمنی انواع سازه با این عملیات افزایش می‌یابد.
مزایای استفاده از شمع در ساختمان سازی
انجام شمع‌کوبی به‌عنوان یکی از اقدامات ضروری در ساخت‌وساز با مزایایی همراه است. از مهم‌ترین مزایای استفاده از شمع در ساختمان‌سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت بالا
- کاهش ضخامت پی
- افزایش مقاومت و عمر ساختمان
- عدم تداخل در جریان ساخت‌وساز
- امکان ساختمان‌سازی در زمین‌های نرم
- هزینه مقرون‌به‌صرفه در صورت اجرا با حجم زیاد
مراحل اجرای شمع ساختمان
اجرای شمع ساختمان چندین مرحله دارد که عبارتند از ارزیابی و آماده‌سازی زمین، تعیین تعداد و مدل شمع، حفاری، نصب شمع و در آخر، بتن‌ریزی و آزمایشات کنترل کیفیت که همگی آن‌ها باید توسط یک تیم متخصص با دقت بالا انجام بگیرند. در اولین مرحله، باید مواردی نظیر جنس و میزان استقامت خاک، سطح آب زیرزمینی و اطلاعات مختلف زمین‌شناسی بررسی شود.
با ارزیابی موارد ذکرشده می‌توان تعداد و نوع شمع ساختمان را تعیین کرد. بعد از تعیین شمع، نوبت به شروع عملیات حفاری با بهره‌‌گیری از دستگاه‌های ویژه حفاری می‌رسد. شایان ذکر است، عمق و قطر حفاری بر اساس وضعیت زمین و نوع شمع مشخص می‌شود. در مرحله دوم، باید شمع‌ها را در درون چاه‌های حفرشده تعبیه کرد و سپس، آن‌ها را به وسیله چکش‌های مخصوص تا عمق موردنظر کوبید.
بعد از نصب شمع‌ها، مرحله بتن‌ریزی آغاز می‌شود. بتن را باید با روش‌های استاندارد به شمع‌ها اضافه کرد تا پایداری و مقاومت آن‌ها به خوبی افزایش یابد. در آخر هم آزمایشات کنترل کیفیت با هدف اطمینان از اجرای صحیح شمع‌کوبی صورت می‌گیرد. از این آزمایشات می‌توان به تست بارگذاری، تست یکپارچگی و تست استقامت بتن اشاره کرد.
خاکریز مسلح متکی بر شمع
مهندسی ژئوتکنیک پیشرفتهای شگرفی در دهه‌های اخیر داشته است که یکی از آن‌ها مربوط به تسلیح خاک می‌شود. البته مدت زیادی از بکارگیری خاکریز مسلح متکی بر شمع در آسیا و اروپا می‌گذرد. در این روش، تسلیح خاک را با شمع انجام می‌دهند؛ این روش بر مبنای معنای قوس زدگی ایجاد شده است. پژوهشگران بعد از توسعه سیستم خاک مسلح توصیه کردند از عناصر تسلیح و شمع به صورت همزمان استفاده شود.
بر اساس تحقیقات صورت گرفته در این زمینه عملکرد سیستم با بکارگیری همزمان آن‌ها افزایش می‌یابد. برهمین‌اساس، سیستمی تحت عنوان سیستم خاکریز مسلح متکی بر شمع اختراع شد. درحال‌حاضر، ژئوسینتیک‌ها به‌عنوان یکی از مسلح‌کننده‌های مهم شناخته می‌شوند و شامل انواع ژیونت‌ها، ژئوگریدها، ژئوتکستایل‌ها، ژئوکامپوزیت‌ها و ژئوممبرین‌ها هستند.
عوامل موثر بر هزینه اجرای شمع‌کوبی در ساختمان
از عوامل موثر بر هزینه اجرای شمع‌کوبی در ساختمان می‌توان به مدل خاک، جنس و نوع شمع، تعداد و قطر شمع، عمق شمع‌گذاری، و مدل دستگاه شمع‌کوب اشاره کرد. همانطور که اشاره شد، جنس شمع می‌تواند از نوع فولادی، بتنی یا چوبی باشد که قیمت هر یک از آن‌ها متفاوت است. نوع دستگاه شمع‌کوب هم تاثیر بسزایی بر هزینه اجرای کار می‌گذارد؛ از انواع دستگاه شمع‌کوب می‌توان به مدل دیزلی، بخاری، هیدرولیکی یا ارتعاشی اشاره کرد. به‌این‌ترتیب، مشخصات شمع و تعداد آن تاثیر قابل‌توجهی بر بهای عملیات شمع‌کوبی می‌گذارد. از ساير عوامل تاثیرگذار می‌توان به هزینه طراحی مهندسی و نصب آن‌ها توسط نیروهای خبره اشاره کرد.
نکات مهم درباره اجرای انواع شمع در ساختمان
در زمان پیاده‌سازی انواع شمع در ساختمان بایستی نکاتی را مدنظر خود قرار دهید تا پایان کار از کیفیت مطلوبی برخوردار باشد. نکات مهم درباره اجرای انواع شمع در ساختمان شامل موارد زیر می‌شود:
- تعیین بهترین نوع شمع برای سازه موردنظر
- تعیین حریم امن جهت محافظت از روند شمع‌کوبی و افراد حاضر در محل
- انجام تمام مراحل شمع‌کوبی توسط نیروهای خبره و ماهر زیرنظر مهندسان باتجربه
- محافظت از انواع شمع در برابر خوردگی با روش‌هایی نظیر افزایش ضخامت آن، رنگ کردن، اپوکسی، آبکاری فلزی و...
نقش شمع در بهبود ایمنی سازه و انتقال بار به اعماق زمین
با استفاده از شمع در ساختمان می‌توان بارهای سنگین وارده را به اعماق زمین منتقل کرد. درکل، شمع ساختمان میزان مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی را بهبود می‌بخشد و نشست نامتقارن را کاهش می‌دهد. عملکرد عالی شمع‌گذاری در ساختمان‌های مختلف باعث شده تا از آن در پروژه‌های ساحلی و پل‌سازی نیز استفاده کنند. به‌طورکلی، با بهره‌‌گیری از شمع‌کوبی می‌توان ایمنی سازه و پروژه‌های مختلف را به صورت چشمگیری افزایش داد. قبل از شمع‌کوبی هم باید شرایط زمین را بررسی کرد و شمع مناسب را برای آن برگزید. درحال‌حاضر، شمع‌های فلزی و بتنی جزو بهترین‌ها هستند و مقاومت عالی به سازه می‌بخشند.
