نشریه شماره ۳۸۶

نشریه شماره ۳۸۶ با همکاری پژوهشكده حمل و نقل مركز تحقیقات راه، مسكن و شهرسازی و بهره‌مندی از توان علمی و تخصصی جمعی از كارشناسان با تجربه كشور تهیه شده است. در تدوین نشریه شماره ۳۸۶ سعی بر آن شد تا از تجارب موجود داخلی و همچنین مراجع مختلف داخلی و خارجی بهره گرفته شود. با توجه به نوع شمع مورد استفاده، شرایط پروژه و با كمك مطالب مندرج در این نشریه می‌توان مشخصات فنی ویژه هر پروژه را تهیه كرد.

شمع‌ها یا پی‌های عمیق در پروژه‌های مهم و شریان‌های حیاتی كشور مانند توسعه و بازسازی بنادر، احداث پل‌ها، پالایشگاه‌ها و مجتمع‌های پتروشیمی، فونداسیون ماشین آلات صنعتی، نیروگاه‌ها، مخازن و ساختمان‌های مرتفع استفاده می‌شوند. لذا وجود مشخصات فنی و عمومی اجرای شمع كه دربردارنده ملزومات و مراحل تهیه و اجرای انواع شمع‌های كوبشی و درجاریز است، نقش عمده‌ای در بهبود و كیفیت اجرای شمع‌ها خواهد داشت.

دامنه کاربرد نشریه شماره ۳۸۶

مشخصات فنی نكات مربوط به نحوه ساخت، حمل و نصب شمع‌های كوبشی فولادی، بتنی پیش ساخته، بتنی پیش- تنیده و شمع‌های بتنی درجاریز را شامل می‌شود. چگونگی شناسایی شمع‌های مردود و مقررات مواجه با آنها نیز مشخص شده است. همچنین به منظور حصول اطمینان از ظرفیت باربری شمع‌ها در حین و پس از اجرا، روش‌های مختلفی ارائه گشته و چگونگی برنامه‌ریزی شمع‌های آزمایشی در نشریه شماره ۳۸۶ ارائه شده است.

شرایط اجرا شامل اجرای شمع در خشكی، ساحل و نزدیك ساحل است و نكات مربوط به اجرای شمع در شرایط دور از ساحل را در بر نمی‌گیرد. از لحاظ نوع خاک، محدودیت خاصی وجود ندارد و انواع خاک‌های معمول و خاک‌های خاص مانند خاک‌های كربناته، تورمزا و فرو ریزشی را در بر می‌گیرد. جنس شمع فولاد یا بتن یا تركیبی از هر دو است. این مشخصات فنی در برگیرنده شمع‌های چوبی، ریز شمع‌ها، شمع‌های مكشی و پی‌های صندوقه‌ای نیست.

برنامه‌ریزی مطالعات ژئوتکنیک

قبل از تعیین نوع پی و محاسبات طراحی، انجام مطالعات ژئوتكنیك و بررسی‌های میدانی الزامی است . طبق نظر كارشناس ژئوتكنیك مشاور طرح تعدادی گمانه جهت شناسایی لایه‌ها حفر می‌شود. تعداد، عمق و محل گمانه‌ها، نوع حفاری، تعداد و نوع نمونه برداری و همچنین آزمایش‌های صحرایی لازم از مواردی است كه باید در برنامه عملیات صحرایی لحاظ شود. علاوه بر این در صورت برخورد به سطح آب در حین عملیات حفاری باید عمق و تغییرات آن در روزهای متوالی قرائت و ثبت شود. شناسایی ژئوتكنیكی بدون نظارت فاقد اعتبار كافی است در گزارش شناسایی‌های ژئوتكنیكی باید نحوه نظارت دستگاه نظارت و میزان حضور ناظر در كارگاه درج شود.

اطلاعات مورد نیاز جهت طرح شمع

اطلاعات مورد نیاز جهت طرح شمع به چهار دسته كلی تقسیم می‌شوند.

شناخت عمومی، جنس و خواص فیزیكی لایه‌ها مانند دانه‌بندی، حدود اتربرگ، طبقه‌بندی نوع خاک، دانسیته و درصد رطوبت طبیعی خاک و سطح آب زیرزمینی
پارامترهای مقاومتی خاک شامل زاویه اصطكاک داخلی و چسبندگی در دو حالت زهكشی شده و زهكشی نشده
پارامترهای نشست پذیری همچون مدول الاستیسیته،ضرایب تحكیم، تورم، تخلخل اولیه و همچنین نسبت بیش (OCR) تحكیمی
تعیین غلظت كلر و ،pH آزمایش‌های شیمیایی جهت بررسی و كنترل خوردگی مصالح شمع مانند آزمایش‌های تعیین سولفات

آزمایش‌های برجا

با توجه به اینكه در آزمایش‌های برجا شرایط طبیعی خاک كمتر تغییر می‌كند، استفاده از نتایج این آزمایش‌ها در تعیین ظرفیت باربری شمع‌ها مناسب‌تر است. استفاده از آزمایش نفوذ استاندارد و حتی الامكان آزمایش نفوذ مخروط در برنامه مطالعات توصیه می‌شود. آزمایش نفوذ مخروط بخصوص اگر همراه با اندازه‌گیری فشار آب منفذی باشد، نتایج دقیق و مفیدی را در اختیار طراح قرار می‌دهد. علاوه بر آزمایش‌های مذكور طبق نظر مشاور ژئوتكنیك می‌توان از آزمایش‌های دیگر، نظیر پرسیومتر، دیلاتومتر مسطح و برش پره در لایه‌های رسی نرم و اشباع نیز بهره جست.

طبقه‌بندی شمع‌ها بر اساس روش نصب

شمع‌ها از لحاظ روش نصب در سه گروه زیر طبقه‌بندی می‌شوند.

شمع‌های با جابجایی بزرگ
شمع‌های با جابجایی کوچک
شمع‌های بدون جابه‌جایی

معیارهای انتخاب نوع شمع

نوع شمع و روش اجرا باید توسط مشاور ژئوتكنیك یا مشاور طراح و در نظر گرفتن چهار معیار اساسی زیر تعیین می‌شود.

مشخصات روسازه اعم از نوع بارگذاری، كاربری، درجه اهمیت سازه، توجیه اقتصادی و زمان بندی پروژه
تجهیزات و امكانات استقرار شمع و شرایط اجرایی پروژه
شرایط بستر شامل نیمرخ خاک محل، خصوصیات لایه‌ها و همچنین آب زیرزمینی و نوسانات آن
میزان خورندگی محیط، عملكرد و دوام مصالح شمع

محافظت در برابر خوردگی

جهت محافظت شمع در برابر خوردگی بر حسب نظر دستگاه نظارت با توجه به شرایط پروژه و توجیه اقتصادی طرح باید از یكی از روش‌هایی مانند افزایش وخامت شمع، اندود قیری، اپوكسی، رنگ زدن، افزایش پوشش بتنی، آبكاری فلزی یا حفاظت كاتدی بهره جست.

با توجه به سرعت خوردگی در محیط و طول مدت سرویس دهی، می‌توان وخامت بدنه شمع را افزایش داد. این مقدار افزایش وخامت به وخامت فداشونده موسوم است. قبل از آنكه اندود كردن انجام شود، سطح فولاد باید كاملا تمیز شود اندود قیری (به عنوان روش حفاظت) باید مورد تایید مشاور یا دستگاه نظارت باشد.

شمع‌های فولادی بدون كلاهك بتنی باید توسط یك اندود قیری به اندازه ۱ متر پایین و ۳۲۲ میلیمتر بالای سطح نهایی زمین پوشیده شوند. شمع‌هایی كه به كلاهك بتنی متصل هستند باید تا یك متر زیر تراز كلاهك قیر اندود شوند. اندودهای حفاظتی پایینتر از حداقل تراز سطح آب، با احتساب نوسانات جزر و مد و ناحیه اغتشاشی آب، نیاز نخواهد بود.

توصیه‌های فوق مربوط به شرایط متعارف زمان اجرا و تنظیم طول شمع است.

چنانچه شمع به مدت طولانی به علت تاخیرات اجرایی در مجاورت ساحل باقی بماند، با توجه به قابلیت بالای شرایط محیطی، باید تدابیر لازم با هماهنگی دستگاه نظارت اندیشدیده شود.
چنانچه از عمق دقیق نفوذ شمع‌ها در خاک اطمینان وجود ندارد، باید قبل از عایقكاری و حفاظت شمع‌ها در برابر خوردگی، نسبت به تعیین عمق قابل نفوذ توسط شمع‌های آزمایشی اقدام شود. در صورتیكه به علت شرایط اضطراری این امكان وجود نداشته باشد، لازم است نسبت به افزایش طول قسمت حفاظت شده اقدام و یا تدابیر دیگری اندیشیده شود.

آزمایش‌های شمع

بطوركلی آزمایش‌های شمع بمنظور كنترل كیفیت و یكپارچگی شمع، بررسی تنش‌های كوبشی، ارزیابی تجهیزات و ملحقات كوبش، تعیین معیار توقف كوبش و تعیین ظرفیت باربری شمع صورت می‌گیرند. این آزمایش‌ها ممكن است در زمان طراحی، در حین اجرا یا پس از اجرای شمع انجام شوند.

شمع‌های آزمایشی

برحسب تشخیص و صلاحدید مشاور یا دستگاه نظارت، بر حسب شرایط ساختگاه یا پروژه، شمع‌های آزمایشی در محدوده ساختگاه اجرا و آزمایش می‌شوند. بر روی این شمع‌ها آزمایش‌های استاتیكی و دینامیكی به منظور تدقیق ظرفیت باربری طرح، ارزیابی روش و تجهیزات اجرا، تدقیق طول مورد نیاز و قابل اجرا و سایر جنبه‌های اجرایی بر حسب تشخیص دستگاه نظارت انجام می‌شود.

شمع‌های اجرایی

تعدادی از شمع‌های اصلی در زمان اجرا آزمایش بارگذاری یا كنترل یكپارچگی می‌شوند. تعداد یا درصد آزمایش‌ها و نوع آنها را می‌توان در اسناد قرارداد مربوط به اجرا منعكس كرد. تعداد این آزمایش‌ها و معرفی شمع‌های مربوطه برای آزمایش باید بر اساس یافته‌های ثبت شده در زمان اجرا و تشخیص دستگاه نظارت تدقیق و نهایی شود.

ملاحظات زیست محیطی

به منظور كاهش اثرات زیست محیطی و آسیب‌های احتمالی ناشی از عملیات شمع كوبی بر محیط اطراف باید فواصلی به عنوان مقادیر حداقل از مناطق مسكونی، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های عمومی و صنعتی و ساختمان‌های دارای تاسیسات حساس، تعیین و رعایت شود. تعیین این فواصل به انرژی چكش، طول و ابعاد شمع و همچنین جنس لایه‌های خاک بستگی خواهد داشت. علاوه بر این باید به میزان ارتعاش حاصله از عملیات شمعكوبی نیز توجه شود و در صورت لزوم بها نصب ابزار دقیق مانند ژئوفون در فواصل مشخص نسبت به كنترل میزان ارتعاشات اقدام نمود.

شمع‌های بتنی پیش ساخته باید به گونه‌ای طراحی شوند كه بخش دورریز آن به حداقل برسد. قسمت اوقافی و دور ریز شمع‌ها باید توسط پیمانكار به مكان مناسب انتقال داده شود. در انتخاب گل حفاری باید ملاحظات زیست محیطی در نظر گرفته شود تا میزان آلودگی‌های مضر به حداقل یا مقادیر مجاز معرفی شده توسط سازمان‌های مربوطه محدود شود.

اصول ایمنی در مراحل مختلف اجرای شمع

در زمان اجرای شمع‌ها، بخصوص شمع‌های كوبشی پیمانكار موظف است كلیه شرایط لازم جهت تامین ایمنی كافی را فراهم نماید. كلیه پرسنل كارگاه باید از كفش و كلاه ایمنی استفاده نموده و نسبت به خطرات احتمالی مانند سقوط شمع هنگام جابجایی، پاره شدن كابل‌های جرثقیل و ریزش روغن داغ بخصوص از چكش دیزلی آگاه شوند. در حین اجرای شمع‌های كوبشی و درجا لازم است جهت پیشگیری از حوادث ناشی از واژگونی شمع كوب یا شمع و همچنین جلوگیری از رفت و آمدهای غیر وروری افراد غیر مسئول، با استفاده از نوار خطر حریم ایمن مشخص شود.

پیمانكار موظف است نسبت به تامین جعبه كمك‌های اولیه به تعداد كافی در كارگاه اقدام نماید. همچنین وجود كپسول آتشنشانی نیز در كارگاه الزامی است. چنانچه در حین كوبش بالشتك شمع مشتعل شود یا دود كند، باید بلافاصله خاموش شده و به محل مناسب منتقل شود.

شمع‌های بتنی پیش ساخته باید حتی الامكان در كمترین فاصله از كارگاه ساخته شوند تا فاصله حمل و نقل آنها به حداقل برسد. در زمان حمل شمع‌ها باید توجه شود تا مقدار طول بیرون مانده از وسیله نقلیه باعث ایجاد خطر نشود. موقع تخریب شمع‌های بتنی به علت پراكنده شدن گرد و غبار سیمانی باید از ماسك و عینك مناسب استفاده شود تا از بروز آسیب‌های تنفسی و غیره جلوگیری شود.

فهرست مطالب نشریه شماره ۳۸۶

در تهیه نشریه شماره ۳۸۶، سعی شده كه موارد خاص مرتبط با زمین‌شناسی و ژئوتكنیكی كشور در مناطق مبتلا به اجرای شمع از سوی دیگر، ملاحظات و تطابق لازم رعایت شود. در نشریه شماره ۳۸۶ نكات مربوط به نحوه ساخت، حمل و نصب شمع‌های كوبشی فولادی، بتنی پیش ساخته، بتنی پیش تنیده و شمع‌های بتنی درجاریز را شامل می‌شود. همچنین در مورد شرایط اجرا نیز نكات مربوط به اجرای شمع در خشكی، ساحل و نزدیك ساحل را پوشش می‌دهد و نكات ویژه مربوط به اجرای شمع در شرایط دور از ساحل را در بر نمی‌گیرد. از لحاظ نوع خاك محدودیت خاصی وجود ندارد و انواع خاك‌های معمول و خاص را در بر می‌گیرد.