پارمترهای اجرایی در انتخاب شمع‌کوب
برای احداث سازه‌های خاص دریایی مانند اسکله‌های شمع و عرشه، سکوها و… لازم است از شمع‌کوب‌های مناسب استفاده شود. در انتخاب شمع‌کوب مناسب، پارامترها و مسائل خاص فنی و اجرایی د‌خیل است که انتخاب فوق را پیچیده، دشوار و تا حدی نامتناسب می‌سازد.
به آن دسته از پی‌ها که نسبت عمق آنها به کوچکترین بعد افقیشان از عدد ۶ تجاوز نماید، اصطلاحاً پی عمیق گفته می‌شود. انواع پی‌های شمعی، دیوارک‌ها و دیوارک‌های جدا کننده از جمله پی‌های عمیق هستند. پی‌های عمیق یکی از متداول‌ترین پی‌ها برای انتقال بارها در احداث سازه‌های دریایی (اسکله‌ها، سکوها) پل‌ها و ساختمان‌های خاص هستند. جهت کوبش شمع از تجهیزات مختلف شمع کوبی استفاده می‌شود.
شمع کوبی بخاری
این شمع کوبی مشابه سیستم سیلندر و پیستون است که در حالت شمع کوبی تک ضربه‌ای، چکش تحت فشار بخار ورودی بالا رفته، و سپس تحت اثر ثقل خود سقوط می‌کند. با اعمال ضربه به سر شمع سبب فرور رفتن شمع در زمین می‌شود. در شمع کوبی دو ضربه‌ای بعد از صعود چکش فشار بخار تحتانی، تحت اثر وزن خود چکش به علاوه فشار بخار، سندان چکش با انرژی بیشتر و تعداد ضربات بالاتر سقوط می‌نماید.
شمع کوبی دیزل
در شمع کوبی دیزلی، سقوط چکش باعث فشردگی هوا در داخل سیلندر می‌شود. با پاشیدن سوخت، انفجار رخ داده و چکش بعد از اعمال ضربه به شمع به سمت بالا رانده می‌شود.
شمع‌کوب‌های هیدرولیکی
در شمع کوب‌های هیدورلیکی آثار صوتی و ارتعاشی کمتر از چکشهای دیزلی بوده چکش شمع کوبی با فشار هیدرولیکی مایع، صعود نموده و تحت اثر وزن خود سقوط نموده و بار خود را به شمع منتقل می‌نماید. و برخی مدل‌های متداول از این شمع کوبی دارای وزن چکش ۳ تا ۷ تن بوده و به طور متوسط ۴۰ ضربه در دقیقه بر شمع وارد می‌نماید.
عملکرد نفوذ شمع تحت اثر ضربه
با وارد آمدن ضربه چکش به شمع موج فشاری از بالای شمع به سمت پایین با سرعت تقریبی معادل ۴۰۰ متر بر ثانیه در شمع‌های بتنی پیش ساخته شروع به حرکت می‌کند. در طول مدتی که موجب به سمت پایین جرکت می‌کند تنش به تدریج توسط مصالح شمع و خاک مستهلک می‌شود. در پای شمع، موج فشاری منعکس می‌شود و به سمت بالا به شکل یک موج کششی منعکس شده که البته به تدریج از شدت آن کاسته می‌شود. این موج فشاری و کششی همدیگر را خنثی می‌کنند.
معیارهای انتخاب شمع کوب
به طور کلی در انتخاب یک شمع کوب بایستی به پارامترهای زیر توجه نمود.
حداقل ضخامت دیواره شمع‌های فلزی
نسبت قطر شمع به ضخامت آن، طول کل شمع باید به اندازه کافی کوچک باشد تا از کمانش موضعی تحت اثر تنشهای بالاتر از مقاومت نهایی شمع جلوگیری شود. پیش تنیدگی شمع باید به مقداری باشد که تنشهای حاصل از شرایط بلند نمودن، حمل و استقرار را پاسخگو باشد و البته تنشهای وارده طی شرایط فوق معادل ۰/۷۵ ٪ کل پیش تنیدگی اعمال شده به شمع پس از ۲ ماه باشد.
به طور کلی استفاده از شمع‌های بتنی پیش تنیده با مقاومت حدود ۵۰ تا ۶۰ مگاپاسکال توصیه می‌شود. تحت اثر ضربه تا حدود ۴۰ مگاپاسکال تنش فشاری اعمال می‌شود ولی در خصوص تنش کششی به واسطه پیش تنیدگی مشکلی وجود ندارد. در صورت استفاده از شمع‌های با پیش تنیدگی بالا، امکان استفاده از شمع‌های لاغرتر و سبکتر وجود دارد.
معیار مقاومت شمع‌های فلزی
سطح مقطع عرضی فولاد باید از یک طرف مقاومت کافی در برابر ضربه چکش در زمان کوبش دارا باشد و از طرف دیگر از ضریب اطمینان کافی در برابر بارهای وارده به شمع در زمان بهره برداری نیز برخوردار باشد.
اثر نسبت وزن شمع‌کوب به وزن شمع
زمانی که نسبت وزن شمع کوب به وزن المان کوبش و سر شمع افزایش یابد عملیات اجرایی از کیفیت بالاتری برخوردار است. در خصوص شمع‌کوب‌های سقوطی و شمع‌کوب‌های سقوط آزاد، شمع کوب هیدرولیک، شمع کوب‌های بخار تک مرحله‌ای، نسبت وزن شمع کوب به وزن شمع کوب به وزن المان‌های کوبش به انضمام سر شمع به میزان ۱/۱ مناسب است. که نسبت ۱/۴ برای شمع کوب‌های با ضربات سریع ارجحیت دارد.
مشخصات ژئوتکنیک و روابط دینامیکی
شمع‌کوب‌های با سرعت ضربه بالا تمایل به خرابی شمع ندارند و به طور خاص یک انتخاب مناسب برای کوبش در خاک‌های غیر چسبنده (دانه‌ای) هستند. چکشهای شمع‌کوبی با سرعت ضربه پایین معمولاً جهت خاک‌های چسبنده مورد استفاده هستند. کوبش در داخل سنگ با چکشهای سنگین و در نتیجه با ارتفاع سقوط پایین‌تر با کیفیت بهتری انجام میپذیرد. زمانیکه از چکشهای هیدرولیک استفاده شود و انرژی شمع‌کوب به طور مناسب و کنترل شده به میزان لازم به کار گرفته شود از کارایی مشابه‌ای برخوردار است. شمع‌کوب‌های ویبره جهت کوبش شمع‌ها در جهت حفظ کیفیت شمع ارجحیت دارد.
از روش ویبره جهت فرو بردن شمع‌ها یا سپرها در خاک‌های ماسه (دانه‌ای) با تراکم متوسط و پایین استفاده می‌شود. این روش خصوصاً برای شمع‌های فلزی (کوبش با بیرون کشیدن) در خاک‌های دانه‌ای یا ریزدانه غیر متراکم به کار گرفته می‌شود.
تاثیر کفشک در انتخاب شمع‌کوب
هدف از استفاده از کفشک جهت کوبش این است که نفوذ از میان لایه‌های سخت را تسهیل نماید. ضمن آنکه مقاومت در برابر کوبش را کاهش دهد. سرعت نفوذ را افزایش دهد تا به شرایط مناسبتری دست پیدا کنید.
هر چند که لازم است که کفشک‌های کنترل شود تا ظرفیت باربری انتها ناشی از پلاگ خاک نسبت به مقدار طراحی شده کاهش نیابد. کفشک‌های محیطی به طور معمول مورد استفاده نیستند. به واسطه اینکه گرایش به کاهش مقاومت جانبی شمع در طول شمع دارند.
خواص کفشک‌های ویژه
- فرور فت بیشتر شمع
- افزایش سرعت کوبش
- عدم نایز به پاکسازی داخل شمع و سیستم پاشش آب تحت فشار
لازم به توضیح است که کفشک سریع به منظور کوبش شمع از میان لایه‌های سخت متراکم شنی (ماسه‌ای) از نتایج حیرت انگیزی برخوردار است. که معیارهای انرژی و نفوذ شمع را تحت تاثیر فوق العاده قرار می‌دهد که باید در بر آوردها در نظر گرفته شود.
کفشک سریع نه تنها جهت تسریع عملیات کوبش مناسب است بلکه تعداد ضربات کمتری به ازای هر فوت جهت فرور فت یکسان نیاز دارد و در نتیجه باعث نفوذ بیشتری از شمع نسبت به کفشک استاندارد دارد.
معیار توقف کوبش
مشخص نمودن معیار توقف کوبش شمع به عنوان اولین هدف پیمانکاران اجرایی است تا در صورت نیاز روش‌های دیگری نظیر حفاری، جت کردن و احیاناً استفاده از شمع‌کوب قویتر جایگزین شود و از خرابی شمع و چکش جلوگیری به عمل آید. باید بر اساس مشخصه‌های منحصر به فرد خاک برای موقعیت‌های خاص جهت تعریف معیارهای توقف پیش بینی‌های لازم را نمود و برای تمامی انواع شمع‌کوب‌های معیار مناسب برای توقف شمع‌کوبی توسط دستگاه شمع‌کوب بدین ترتیب تعریف می‌شود. هرگاه مقاومت در برابر فرورفت افزایش یابد به طوری که به ازای ۳۰۰ضربه در هر فوت در ۵ مرحله متوالی یا ۸۰۰ ضربه در هر فوت در یک مرحله شمع‌کوبی متوقف می‌شود. تعریف فوق در مواردی کابرد دارد که وزن شمع از چهار برابر وزن سندان شمع کوب بیشتر نباشد و زمانی که وزن شمع از این بیشتر باشد تعداد ضربات اشاره شده در بالا به طور خاص افزایش می‌یابد. اما نبایذ از ۸۰۰ ضربه در ۰/۵ فوت نفوذ بیشتر شود.
چنانچه تاخیری در عملیات کوبش شمع برای یک ساعت یا بیشتر وجود داشته باشد معیار توقف اشاره شده در بالا کاربرد ندارد و باید عملیات فرورفت شمع حداقل به میزان یک فوت مجدداً انجام شود. به طور کامل در هیچ حالت تعداد ضربه نباید از مقدار ۸۰۰ ضربه در ۰/۵ فوت افزایش یابد. معیار فوق خرابی شمع را ملحوظ می‌نماید. ضمن این که توصیه‌های کارخانه سازنده شمع کوب نیز باید در نظر گرفته شود.
یکی از معیارهای انتخاب طول شمع انجام تست استاتیکی شمع برای تعیین کد مورد نظر و لجاظ نمودن شرایط ژئوتکنیکی است. محدودیت نرخ نفوذ همچنین بر اساس آزمایش استاتیکی نیز قابل محاسبه است. به عنوان مثال در مواردی که به واسطه سختی کوبش دچار عدم فرورفت می‌شوند، (۲۵۰ ضربه برای هر فوت یا ۸۲۰ ضربه به ازای هر متر نیاز به چکشهای قویتر است) پیش بینی لازم منظور شود.
توصیه‌های فنی و اجرایی
- در مورد شمع‌های بتنی مسلح وزن مناسب برای چکش نصف وزن شمع است که نباید از یک سوم این وزن کمتر شود.
- ارتفاع سقوط مناسب جهت شمع‌های بتنی ۱/۲ متر بوده و در حالت کلی چکشهای سنگین با ارتفاع سقوط کمتر عملکرد بهتری نسبت به چکشهای سبک با ارتفاع سقوط زیاد دراند.
- در مورد خاک‌های چسبنده حساس، با توجه به نفوذپذیری کم خاک، کوبیدن شمع یا لوله باعث بالا رفتن فشار منفذی و کاهش چسبندگی خاک تا فاصله ۳R از سطح جانبی شمع می‌شود. در فاصله زمانی نسبتاً طولانی (حداقل ۳ ماه) فشار منفذی کاهش یافته و خاک تدریجاً خواص اولیه خود را پیدا می‌کند. لذا از بارگذاری سریع این گونه شمع‌ها باید خودداری نمود.
- زمانیکه کوبش با چکشهای سقوطی انجام میپذیرد نیاز به سر شمع ضروری است. شمع بایستی شکل مناسب و دقیقی استقرار یابد تا تغییر شکل فشاری در بالای شمع ایجاد نشود.
- در زمان کوبش لوله‌های فولادی، خطر احتمال غر شدن در مقطع بالای لوله به خصوص در مواردی که لوله‌ها از ضخامت جدار پایین‌تری برخوردار باشند، وجود دارد. امکان کوبش و رساندن به عمق مورد نظر لوله‌های با ضخامت پایین طبق طرح وجود ندارد و بدین ترتیب جلوگیری از غر شدن لوله به کمک مهاری مناسب سر شمع باید مستحکم شود.
- نرخ نفوذ می‌تواند متاثر از تنظیم و انحراف از تجهیزات و شمع باشد.
- عدم کوبش شمع به ظور متناوب نیز بر روی نرخ نفوذ اثر گذار است و باعث گیرش شمع می‌شود.
- شرایط بحرانی در زمان کوبش زمانی رخ می‌دهد. چکش با ارتفاع سقوط بالا بر روی شمع‌های صلب‌تر سقوط کند و همچنین کوبش برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گیرد و خیلی سخت شده باشد.
- شرایط خطرناک جهت شمع کوبی، زمانی است که مقاومت خاک پایین باشد و با کمترین انرژی وارده باعث تغییر شکل خاک می‌شود. تحت چنین شرایطی موج فشاری اولیه متوقف خواهد شد. و در نتیجه در همان شرایط موج کششی اولیه منعکس می‌شود. برای شمع‌کوب‌های سبک موج کششی انعکاسی د رانتهای موج فشاری حداقل بروز می‌کند.
- کوبش با شمع‌کوب‌های دیزلی خطر کمتری نسبت به سایر انواع شمع‌کوب‌ها دارد. فشار همانند پیش تنیدگی بر روری کلاهک و کوبش و سر شمع عمل می‌کند. به منظور جبران مشکل مذکور استفاده از کوبش جدید یا کاهش ارتفاع سقوط چکش و همچنین هم راستا بودن سر شمع و چکش به عنوان چاره کار است.
- بین تنش فشاری حداکثر و سرعت چکش در زمان ضربه رابطه‌ای وجود دارد که برای شمع‌های بتنی میزان حداکثر تنش به طور تقریبی معادل ۸ تا ۱۰ برابر سرعت است.
- برای شمع‌های فولادی با مقاومت کششی بالا ارتفاع سقوط می‌تواند بزرگتر باشد. نکته مهم این است که باید دقت شود از شمع‌کوب با ارتفاع سقوط آزاد بالا جهت کوبش شمع‌های بتنی استفاده نشود.
- شمع کوب دیزلی در زمین‌های سست و نرم کاربرد نداشته و استفاده بدون مطالعه از آنها در شرایط تغییر لایه‌های خاک (یک لایه نرم مجاور لایه سخت) احتمال شکست شمع‌های بتنی را افزایش می‌دهد.
