بولدوزرها

بولدوزرها

 بولدوزر از مهمترین ماشین الات راهسازی وساختمان سازی است که دارای کاربردهای متعددی است

کاربرد بولدوزر

بولدوزرها موارد استفاده فراوانی دارند که ازمیان میتوان به موارد زیراشاره کرد

1) تصطیح زمین وپاک سازی آن ازبوته ها وکنده های درخت

  2) ایجاد راههای اولیه درکوهستانهای وزمینهای سنگ لاخی

3)جابجا کردن توده خاک به صورت فشاردادن درحجم های زیاد

4)کمک به هل دادن اسکریپرها

5)خش کردن خاک درخاکریزها

6)پشته کردن خاک درکنارنهرهای ایجادشده

7)تصطیح وپاک سازی بقایای مانده ازعملیات ساختمانی

8) نگهداری راههای موقت خاکی

9) پاک سازی گودالهای کف معادن

اسکریپرها

اسکریپرها به دو دسته موتوردار و بدون موتور تقسیم می شوند. اغلب اسکریپرها فقط دارای یک محور بوده و قسمت دیگر اسکریپر و وزن بار توسط تراکتور حمل می شود. بعضی اسکریپرها توسط تراکتورهای چرخ لاستیکی یا چرخ زنجیری کشیده می شوند و بعضی دیگر قسمتی از یک تراکتور ـ اسکریپر را تشکیل می دهند. اسکریپرهایی که دو محور دارند به وسیله تراکتورهای زنجیردار کشیده می شوند زیرا اینگونه تراکتورها نمی توانند بار قائم را تحمل کنند و بنابراین نمی توانند اسکریپر یک محوری را بکشند. اسکریپرهایی که توسط تراکتورهای چرخ لاستیکی کشیده می شوند به انواع زیر تقسیم می شوند:

1-   تک موتور دو محوری

2-   سه محوری

3-   دو دیفرانسیل (تمام چرخها گردان)

4-   اسکریپرهای دو موتوره

5-   اسکریپرهای دارای بالا بر

6-   فشاری ـ کششی

7-   چند جامی ، چند موتوری

. اسکریپرهای تک موتوری دو محوری از یک تراکتور تک محوری استفاده می کنند. این تراکتور که محاسن آن خواهد آمد دارای این عیب است که بدون اسکریپر مربوطه قادر به هیچ کاری نیست. اسکریپر ـ تراکتورهای سه محوری توسط یک تراکتور (نظیر همان ماشینهایی که در فصل گذشته شرح داده شد) کشیده می شوند. ماشینهای چند دیفرانسیلی، دارای چرخهای گردنده در اسکریپر بوده و چرخهای گردان می باشند. اسکریپرهای دارای بالا بر دارای یک بالابر نردبانی در جلوی جام بوده و در عمل کندن و انتقال مواد کنده شده به داخل جام تسهیل ایجاد می نمایند. اینگونه اسکریپرها معمولاً احتیاج به تراکتورهای کمکی در عمل بارگیری ندارند.

اسکریپرهای فشاری ـ کششی دارای قلابی در عقب و زائده ای در جلوی ماشین هستند که آنها را قادر می سازد با یک اسکریپر دیگر در بارگیری همکاری کنند. شرح این عملیات در این فصل خواهد آمد. اسکریپرهای چند جامی چند موتوری چنانکه از نامشان بر می آید تعدادی اسکریپرهای موتوردار متصل به هم هستند که نوعی قطار اسکریپر ایجاد می نمایند. این ماشینها قادرند مقدار زیادی مواد خاکی راتحت شرایط مناسب جابجا نمایند.

 تیغه های برنده

تیغه های برنده اسکریپرها از قطعات تیز متعددی تشکیل می یابند که به انتهای جلویی جام (مخزن بارگیر) پیچ شده اند. در سیستم استینگر قسمت وسطی تیغه بیش از قسمتهای کناری بیرون آمده است. در سیستم برشی طراز تمام قسمتهای تیغه به یک اندازه امتداد یافته اند. سیستم استینگر بیشتر به کار می رود چون ایجاد نیروی نفوذ کننده و برشی بیشتر می نماید. بعضی اوقات به دلیل فوق از تیغه های منحنی استفاده می شود. سیستم تیغه طراز وقتی به کار می رود که امکان شکستن تیغه وجود دارد و همچنین از این سیستم برای تمیز کاری آخر کار استفاده می شود. تیغه های دندانه دار هم برای کارهای سنگین تر موجودند. اسکریپرهای دارای بالا بر، معمولاً دارای دندانه ای اضافی هستند که به انتهای تیغه عادی متصل شده است.

تولید اسکریپر

سیکل اسکریپر

مانند اغلب ماشین آلات خاکبرداری، تولید اسکریپر با تخمین بار متوسط اسکریپردر هر سیکل کار و ضرب آن در تعداد سیکلهای انجام شده در واحد زمان محاسبه می شود. برای تعیین تعداد سیکلهای انجام شده در واحد زمان مدت زمان هر سیکل باید تخمین زده شود. سیکل کار کلی عبارتست از مجموع سیکل متغیر و سیکل ثابت.

زمان بارگیری عبارت از زمان لازم جهت بارگیری اسکریپر می باشد. زمان شتاب دهی به اسکریپر مدت زمانی است که تراکتور پس از پایان عملیات بارگیری اسکریپر در تماس با اسکریپر باقی می ماند تا با فشار به آن به اسکریپر کمک کند تا شتاب لازم را جهت خروج از منطقه حفاری کسب کند. زمان برگشت، مدت زمان لازم برای بازگشت تراکتور به منطقه شروع بارگیری می باشد. زمان انتقال مدت زمان لازم برای تراکتور کمکی جهت ایجاد تماس با اسکریپر و آغاز یک سیکل بارگیری جدید می باشد

 لودر

ظرفیت جام لودر به طریقی غیر از جام جرثقیل و دراگلاین تعیین می شود. ظرفیت اسمی جام در مورد لودر عملاً مساوی با حجم مواد حفاری کود شده (heaped volume) در جام لودر در نظر گرفتن استانداردهای مؤسسه Engineers (SAE) Society of Automotive است.

بار مجاز لودر در حین عملیات
تحت استاندارد SAE بار مجاز لودر با چرخ لاستیکی در حین عملیات نباید هیچگاه از 50% بار استاتیک واژگونی در حالتی که در حال گردش کامل است تجاوز کند. این مقدار برای لودر با چرخ زنجیری 35% بار استاتیک واژگونی می باشد. البته بار واژگونی را می توان با استفاده از سربار یا افزودن ملحقات به انتهای ماشین بالا برد و لذا مشاهده می شود که وزن ماشین هم علاوه بر قدرت بالا بردن بار در تعیین حجم جام مؤثر است.

لودر و موارد استعمال آن
لودر موارد استعمال بسیار دارد. ماشین لودراحتیاجی به ماشین دیگری جهت عملیات تکمیلی و پشتیبانی نظیر طراز کردن سطح کار، صاف کردن یا تمیز کردن محل کار ماشین ندارد چون خود این اعمال را انجام می دهد. لودر قدرت تحرک فراوان داشته و معمولاً از یک کارگاه ساختمانی به کارگاه دیگر خودش حرکت می کند (البته نوع لاستیک دار آن) . بعضی از موارد استفاده لودر عبارتند از ایجاد خاکریزها، حفاری زیر زمین بناها، پر کردن خندقها و خاکریزی اطراف لوله های کار گذاشته شده در کانالها، بار کردن کامیونها، حمل بتن به محل قالبتها و بلند کردن و حمل مصالح ساختمانی. اگر از لودر برای حفاری زیر زمین استفاده شود اول باید سطح شیبداری به محل حفاری ایجاد کند و سپس حفاری را به انجام برساند. (شبیه بیل مکانیکی). انواع خاک از خاک نرم گرفته تا خاک متوسط سخت توسط لودر قابل حفاری می باشد.

لودر وانتخاب آن
برای انتخاب لودر جهت یک کار بخصوص باید عوامل مختلفی را در نظر داشت. بعضی از این عوامل عبارتند از میزان متوسط و ماکزیمم مقدار مواد حفاری با بارگیری مورد نظر، نوع مواد بارگیری، وسعت میدان مورد لزوم جهت بار کردن یا باراندازی، ظرفیت و ارتفاع باربند کامیون و غیره.

لودر با چرخ لاستیکی
چرخای بزرگ لاستیکی به این نوع لودر قدرت تحرک فراوان می بخشد. سرعت این لودرها در شاهراه به 25 مایل در ساعت (40 کیلومتر در ساعت) می رسد. فشار وارده بر زمین کم بوده و می توان این فشار را با تغییر اندازه و باد لاستیک تغییر داد. با این همه آسیب پذیری این لاستیکها در موقع کار در زمینهای دارای سنگهای تیز (یا محل هایی که در اثر انفجار سنگها به صورت تیز و دندانه دار درآمده اند) که باعث بریده شدن لاستیک می شود استفاده از آن را در این نوع زمینها محدود می کند. در زمینهای مرطوب (خیس) نیز کار کردن با آن نسبتاً مشکل است. البته زنجیرهای سیمی مخصوص جهت حفاظت لاستیکا وجود دارد که می توان برای ازدیاد اصطکاک لاستیکها با سطح زمین آنها را به کار برد. لودر مفصلی articulated دارای نوعی شاسی است که این شاسی بین محور چرخهای عقب و جلو مفصل شده است. این حالت مفصلی قدرت مانور و شعاع گردش ماشین را نسبت به شاسی های ثابت (غیر مفصلی) زیاد می کند. فرمان و کنترل هیدرولیک برای لودرها موجود می باشد.

لودر با چرخهای زنجیری
به طور کلی این نوع لودرها همانند لودرهای با چرخ لاستیکی عمل می کنند. منتها فشار کم وارد از آنها بر زمین باعث می شود که لودرهای با چرخ زنجیردار بتوانند در زمین هایی کار کنند که قابل استفاده برای لودرهای لاستیک دار نیستند. اصطکاک زیاد آنها با زمین باعث می شود که آنها بتوانند منتهای استفاده را از قدرت موتور در کندن زمین بنمایند و چون زنجیر دارند، در هنگام کار در مناطق دارای سنگهای تیز خطر پاره شدن لاستیک در بین نمی باشد. لودرهای زنجیردار قادر به حرکت بر روی سطح های با شیب جانبی 35% می باشند در صورتی که این رقم در مورد لودر چرخ لاستیکی 15% است. همچنین لودر زنجیردار از شیب 60% می تواند بالا برود در حالی که این رقم برای لودر لاستیک دار به حدود 30% محدود می شود.

سرعت لودر زنجیردار خیلی کمتر از لودر لاستیک دار بوده به همین علت در مواردی که فاصله حمل مواد و بازگشت به محل بارگیری زیاد باشد، راندمان این ماشین نسبت به نوع لاستیک دار پایین است.

لودر با تسمه نقاله
این ماشین شامل یک سر حفار و یک سیستم تسمه نقاله می باشد. معمولاً این دستگاه را توسط یک یا چند تراکتور به محل حفاری حمل می کنند هر چند گاهی اوقات این ماشینها دارای موتور حرکت نیز هستند. این نوع ماشینها در شرایط مطلوب قادر به حفاری به میزان تا چندین هزار متر مکعب مواد در ساعت می باشند.
 

گریدر

گریدر موتور دار برای تنظیم شیب، شکل دادن شیبها و تسطیح دامنه خاکریزها و خاک برداریها، کندن جوی و مخلوط کردن و پراکندن مخلوط خاک و مواد قیری به کار می رود. از این ماشین در ساختمان راه ها و سایر عملیات ساختمانی استفاده می شود. برای برف روبی و برداشتن لایه های سست سطح زمین هم به کار می رود.

تیغه گریدر دارای لبه قابل تعویض می باشد. تیغه گریدر در حالات مختلفی نسبت به ماشین می تواند قرار گیرد



در ضمن گریدرهای مجهز به دستگاه کنترل تیغه اتوماتیک نیز وجود دارند که دقت کارشان برای تنظیم شیب خیلی زیاد است. این ماشینها مجهز به یک دستگاه حساس هستند که یک سطح یا امتداد ثابت را دنبال کرده و در مواقع لزوم به طور اتوماتیک تیغه را بالا و پایین می برد تا شیب مطلوب به دست آید.

عملیات با گریدر

پخش کردن مواد خاکی

از گریدر می توان به منظور پخش کردن مواد خاکی در سطح زمین استفاده نمود. البته باید توجه داشت که ظرفیت گریدر در مورد این عمل بستگی به قدرت موتور و تراکسیون ماشین و همچنین ارتفاع تیغه گریدر خواهد داشت. بنابراین، مقدار مواد خاکی را که گریدر قادر به حمل و پخش آن است در هر بار خیلی کمتر از مقداری است که بولدوزر می تواند پخش نماید. مواد خاکی که قرار است توسط گریدر پخش شود باید قبلاً حتی المقدور روی زمین پخش شده باشد تا ارتفاع توده خاکی خیلی زیاد نباشد.



حمل مواد به کنار جاده
گریدر قادر است مواد خاکی را به کنار مسیر حرکت خود تغییر مکان دهد. این امر با تغییر زاویه تیغه گریدر (به طوری که دیگر امتداد آن نسبت به امتداد حرکت ماشین عمود نباشد) میسر می شود. در این حالت مواد خاکی در انتهای عقبی تیغه گریدر ریسه می شوند و تشکیل یک توده خاکی طولی در امتداد مسیر حرکت گریدر و در کنار آن می دهند. باید توجه داشت که توده خاکی به وجود آمده در مسیر چرخ عقب گریدر قرار نگیرد چون در این صورت هم قدرت تراکسیون ماشین کم می شود و هم زاویه حمله تیغه گریدر تغییر می یابد.



شیب بندی های دقیق

برای شیب بندی های دقیق، باید تیغه را با زاویه کوچکی نسبت به امتداد قائم ثابت کرد و ارتفاع تیغه از سطح زمین باید طوری باشد که برآمدگی های کوچک را بریده و گودال ها را پر نماید. بدین منظور، همواره باید مقداری مواد خاکی در جلوی تیغه گریدر موجود باشد.



کندن جوی
گریدر را می توان برای کندن جویای V شکل و ذوزنقه شکل به کار برد. عمق ماکزیمم اقتصادی جوی حدود 3 فوت (یک متر) و عرض قاعده ماکزیمم حدود 4 فوت می باشد.حفر جوی در هنگام احداث جاده یکی از وظایف مهم گریدر می باشد.

بتن ریزی در برآمدگی کنار جاده، جوی و پیاده رو

در سالهای اخیر ماشین های مخصوصی برای جوی سازی و برآمدگیهای کنار جاده با سرعتهای بالا ساخته شده اند. بسیاری از انواع این ماشینها از قالبهای متحرک استفاده می کنند. بعضی ماشینها، هم شیب بندی زیر روکش را تصحیح می کنند و هم بتن جوی و لبه راه را می ریزند. متوسط تولید اینگونه ماشینها حدود 2500 فوت (750 متر) لبه راه و جوی در طول یک روز می باشد
 

شمع کوب

شمع کوب ها جزء ماشین های سقوط وزنه می باشند مثل شمعکوب و تخماق کوب. تخماق وزنه سنگینی است که توسط یک جرثقیل بالا برده می شود و سپس یا به صورت نوسانی و یا به صورت سقوط آزاد به منطقه مورد نظر برخورد می کند. از تخماق برای شکستن سطح جاده ها و انهدام ابنیه و امثال اینها استفاده می شود.

شمعکوب های ساده هم از چنین اصلی برای کوبیدن شمعها استفاده می کنند. چکش شمعکوب بالا برده می شود و سپس بر روی کلاهک شمع انداخته می شود و این عمل باعث فرو رفتن شمع در خاک می گردد.
شمعکوب علاوه بر تیر اصلی جرثقیل، تشکیل شده از صفحات مخصوص فوقانی که برای اتصال لوله هادی وزنه به انتهای تیر اصلی جرثقیل به کار می رود.در شمع کوب ، لوله هادی برای تعیین امتداد بالا بردن و سقوط وزنه و همچنین کمک در حفظ راستای صحیح شمع در هنگام کوبیدن به کار می رود. این لوله به بدنه ماشین به توسط تیرهای افقی متصل است.


شمع کوبهای موتور دار

برای ازدیاد سرعت شمع کوبی، انواع متعددی موجودند که در آنها وزنه به وسیله موتور حرکت می کند. این نوع شمعکوبها عبارتند از شمعکوب هیدرولیکی، شمع کوب هوای فشرده، شمع کوب بخاری، دیزل و لرزه ای. در این نوع شمعکوبها، جرثقیل برای نگهداشتن صفحات هادی وزنه و نگهداشتن شمع و وزنه، در محل به کار می رود.

شمعکوب های بخاری و هوای فشرده تک عملی از نیروی مایع برای بالا بردن وزنه استفاده می کنند. سپس وزنه به طور آزاد بر روی شمع سقوط می کند. شمعکوبهای بخاری و هوای فشرده دیفرانسیلی از فشار مایع برای بالا بردن وزنه و پایین آوردن آن با فشار استفاده می کنند.

شمعکوب دیزلی به صورت یک موتور دیزل با پیستون آزاد کار می کند. وقتی پیستون در استوانه فرود می آید، هوای زیر آن فشرده شده و در ضمن گازوئیل وارد محوطه می شود. عمل احتراق هنگامی صورت می گیرد که فشار و دمای انتهای استوانه برای شروع احتراق مناسب باشد. وقتی انفجار صورت می گیرد، وزنه به سمت کلاهک شمع پرتاب می شود و در همان زمان پیستون برای شروع سیکل جدید بالا می رود.

شمع کوبهای لرزه ای و صوتی از نوسان کننده های مخصوص جهت ایجاد ویبراسیون و اعمال فشار قائم بر روی شمع استفاده می کنند. شمع در اثر وزن وزنه و شمع، در زمینی که بر اثر ویبراسیون شل شده است فرو می رود. وزنه های صوتی معمولاً از یک ویبراسیون زیاد نزدیک به فرکانس رزونانس سیستم خاک استفاده می کنند، ولی ویبراسیون شمع کوبهای لرزه ای معمولاً کمتر از شمع کوب صوتی است.


استفاده از شمع کوب
انتخاب صحیح و مؤثر شمعکوب تخصصی است که بحث آن در این کتاب نمی گنجد. اطلاعات مختصر زیر خواننده را با مسائل مربوطه به طور سطحی آشنا می نماید.
شمعکوببدون موتور روش نسبتاً آهسته ای برای کوبیدن شمع بوده و فقط در مواردی به کار می رود که شمع ها عمودی است. زیرا وقتی که لوله هادی وزنه عمودی نیست مقدار زیادی انرژی در اثر اصطکاک به هدر می رود. برای شمعکوبی مؤثر وزن وزنه باید حداقل مساوی وزن شمع باشد. بهترین نتیجه وقتی به دست می آید که وزن وزنه حدود دو برابر وزن شمع باشد. در مورد شمعکوبی شمع های مایل بهتر است از انواع موتوردار شمعکوب استفاده نمود. شمع کوب های هوای فشرده، هیدرولیک و بخاری معمولاً خیلی مؤثرتر از نوع یاد شده در فوق می باشند. استفاده از شمع کوب هیدرولیک بخاطر کم سر و صدا بودن آن خیلی رایج شده است. میزان انرژی وزنه باید با توجه به اندازه و نوع شمع انتخاب شود.

شمع کوبهای دیفرانسیلی را می شود جهت بیرون کشیدن شمع نیز به کار برد. شمع کوبهای دیزلی مورد استفاده زیادی پیدا کرده اند چون بدون دردسر کار می کنند، ولی از آنها نمی توان برای بیرون کشیدن شمع از زمین استفاده نمود.

روشهای مختلفی برای پیش بینی ظرفیت شمع پس از کوبیده شدن پیشنهاد شده اند. مهندسین متخصص مکانیک خاک و متخصصین شمع کوبی باید با توجه به شرایط خاص هر کار روش معینی را برای تعیین انرژی لازم برای کوبیدن شمع و ظرفیت شمع انتخاب کنند. معمولاً کدهای ساختمانی فرمول لازم برای محاسبه ظرفیت شمع را تعیین می کند.

دراگلاین

دراگلاین تشکیل شده از یک اتاقک فرمان، یک تیر جرثقیل، یک جام دراگلاین و کابل های لازم جهت کنترل قسمتهای مختلف یاد شده. این ماشین موارد استفاده بسیار دارد. حفاری با دراگلاین در سطوح بالاتر از سطح اتکاء ماشین تا سطوح خیلی پایین تر از سطح اتکاء ماشین و زمینهای نرم تا زمینهای متوسط سخت امکان پذیر می باشد.

یکی از مهمترین موارد برتری دراگلاین بر سایر ماشین آلات ، همانا بازوی طویل آن برای حفاری و تخلیه مواد کنده شده بوده و سیکل کار آن نیز بسیار کوتاه است. کابل بالا برنده برای بالا و پایین بردن جام می باشد.

در دراگلاین حفاری از طریق کشیدن جام بر روی مواد حفاری توسط کابل کششی صورت می گیرد.


جام های مختلفی برای دراگلاین موجودند که در شرایط مخصوص به کار می روند. طبقه بندی جام ها بر حسب نوع خاک عبارتند از: نوع I (کارهای سبک) ، نوع II (کارهای متوسط)، نوع III (کارهای سنگین). در ضمن در هر نوع از انواع فوق دو نام جام مشبک (نوع P-perforated ) و غیر مشبک (نوع S-solid ) با دندانه و بدون دندانه وجود دارند. جامهای مشبک برای حفاری در زیر آب به کار می روند. وجود سوراخها باعث تخلیه آب و در نتیجه سبک شدن جاممی شود و راندمان کار را بالا می برد. با این همه در مواردی که به مواد ریز دانه در خاک حفاری نیازی باشد از جام غیر مشبک استفاده می گردد.
استفاده از دراگلاین

با این که دراگلاین قادر است در سطح بالاتر از سطح اتکاء خودش حفاری کند ولی استفاده از آن در سطوح پایین تر از سطح اتکاء مؤثرتر می باشد. دراگلاین دارای فشار مستقیم جام مثل جام بیل مکانیکی نبوده و بیشتر روی وزن جام و زاویه جام و زاویه حمله جام به مواد حفاری تکیه دارد. علاوه بر آن چون اتصال جام به سایر قسمتها به صورت صلب نبوده و متحرک است، زاویه حمله کاملاً ثابت نمی باشد. بنابراین، در هنگام حفاری، جام ممکن است نوساناتی در جهت جانبی بنماید. این حرکتها و تکانها با ازدیاد عمق منطقه حفاری و کاهش اندازه جام و وزن ماشین افزایش می یابد. با این همه یک راننده ورزیده می تواند به مقدار قابل توجهی از حرکات زائد جام بکاهد. به دلیل کمتر بودن کنترل روی حرکات جام دراگلاین (در مقایسه با بیل) مقدار سر ریز مواد در حفاری با دراگلاین بیشتر بوده و بهتر است از کامیونهای بزرگتری برای حمل مواد تخلیه شده استفاده نمود تا بدین وسیله هدف بزرگتری برای تخلیه جام دراگلاین به وجود بیاید.

بار مجاز وارد بر دراگلاین (که شامل وزن جام باضافه وزن مواد حفاری در جام می باشد) از روی جدول مخصوص مربوطه که توسط کارخانجات سازنده عرضه می شود، تعیین می گردد. برای تعیین ظرفیت دراگلاین نباید قدرت بالابری جرثقیل دراگلاین را ملاک قرار داد، بلکه باید با توجه به قدرت موتور ماشین، طول تیر اصلی و وزن مواد حفاری شده اندازه مناسب برای جام را تعیین نمود
 

بیل مکانیکی

بیل مکانیکی عبارت از اتاقک گردانی است که سوار بر چرخها بوده و در انتهای جلویی آن بیل متصل شده است. بیل  انتهایی عبارت است از تیر اصلی بیل، میله جام، جام و کابلهای فلزی مورد لزوم که حرکات بیل را تأمین می کنند.

در بیل های مکانیکی ، هیدرولیکی عمل حفاری به وسیله فشار بیل و سپس بالا بردن آن با مواد کنده شده انجام می گیرد. میله جام به کمک دستگاه کنترل ماشین بیل مکانیکی ، جام را به داخل زمین فشار می دهد یا آن را از منطقه حفاری بیرون می کشد. پس از انجام حفاری و پر شدن جام، با استفاده از کابل بالا آورنده، جام بلند می شود و سپس با حرکت افقی تیر اصلی جام به منطقه تخلیه منتقل شده و بار با آزاد کردن چفت در جام تخلیه می گردد. چون می توان بیل مکانیکی را با فشار در خاک فرو برد لذا سخت ترین نوع خاک و حتی سنگ نرم یا ترک خورده را می توان با بیل مکانیکی حفاری نمود.

با آنکه بیل مکانیکی قادر است چه در زیر سطح تراز ماشین و چه در بالای آن کار کند، معذالک بهترین راندمان برای بیل های مکانیکی وقتی به دست می آید که محل کار بالای سطح زمین و تا زیر لولای دوران میله جام shipper shaft باشد.

گرچه بیل مکانیکی قادر به حفاری در سطح پایین تر از سطح اتکاء ماشین می باشد، ولی عمق عملیات نمی تواند از طول میله جام تجاوز نماید. انواع دیگر قسمتهای الحاقی (جام معکوس یا دراگلاین) وجود دارند که برای این کار در سطحی پایین تر از سطح اتکای ماشین مناسبتر می باشند.

 یکی از مزایای بیل مکانیکی این است که این ماشین در موقع حفاری در سطح زمین دارای راندمان بسیار بالاست بدین دلیل که می تواند در حین حفاری راه پیشروی خود را باز کند.

در ضمن بیل مکانیکی قادر است که دیواره های قسمت حفاری شده را شکل داده و شیب ترانشه را اصلاح کند. مواد حفاری شده بوسیله بیل مکانیکی را می توان در کامیون یا مستقیماً در محل خاکریز تخلیه نمود.

مانور با بیل مکانیکی 

برای حفاری مؤثر، بیل مکانیکی باید یک سطح عمودی در مقابل داشته باشد. این سطح را جبهه حفاری می نامند. اگر حفاری در کنار یک تپه یا عوارض سطحی نظیر آن باشد، این جبهه به زودی ایجاد می شود. اما اگر حفاری قرار است در زیر سطح زمین صورت گیرد، بیل مکانیکی باید اول یک سطح شیبدار تا رسیدن به جبهه حفاری در زمین ایجاد نماید و سپس اقدام به حفاری در جبهه نماید.

روش های اجرای شالوده های عمیقروش های اجرای شالوده های عمیق

طراحی شمع ها هم جنبه های هنری دارد و هم جنبه های علمی. هنر طراحی در انتخاب مناسب ترین نوع شمع و روش نصب آن با توجه به شرایط بار گذاری و ساختگاهی است. جنبه های علمی طراحی شمع به پیش بینی و تخمین درست عملکرد شمع مستقر در خاک در حین نصب و بار گذاری دوران بهره برداری کمک می کند. این عملکرد بطور مؤثر بستگی به روش نصب شمع بستگی داشته و به تنهایی نمی تواند توسط خصوصیات فیزیکی شمع و مشخصات خاک دست نخورده پیش بینی شود.

 

لطفا ادامه مطلب را ببینید …

دانستن انواع شمع ها و روش های ساخت و نصب شالوده های شمعی مستلزم فهم علمی رفتار آنهاست.

راهکارهای عملی طراحی شمع ها

۱- اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل
۲-شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها
۳- شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع
۴-شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع
۵- انتخاب نوع شمع
۶- بررسی امکان پذیری ساخت وتولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی
۷- برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و …
۸- تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی
۹- آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله تداخل شمع، ضریب کارایی، …
۱۰-تعیین توان کاربری شمع(تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی
۱۱-تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری
۱۲-دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری بدست آمده
۱۳-کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده
۱۴- طراحی سازه ای شمع و کلاهک سه شمع
۱۵-انجام آزمایشات عملی بار گذاری استاتیکی یا دینامیکی(در صورت لزوم و صلاحدید) به منظور اطمینان از صحت اجرا و عدم آسیب دیدگی شمع ها در حین اجرا
۱۶-تعیین ضریب اطمینان

انواع پی های عمیق از نظر اجرایی
چنانکه گفته شد بر اساس استاندارد BS 8004 بریتانیا شمع ها به سه دسته طبقه می شوند:
الف- «شمع های با تغییر مکان بزرگ» که هنگام نصب و رانش درون زمین، تغییر مکان زیادی در خاک ایجاد می کنند. این شمع ها معمولاً دارای مقاطع توپر و یا تو خالی ته بسته می باشند که با شیوه کوبشی یا جک زدن به درون خاک رانده می شوند. شمع های کوبیدنی با تغییر مکان های بزرگ شامل موارد زیر هستند:

- چوبی با مقاطع دایره ای یا مربعی، یکسره یا با اتصالات وصل شده
- بتنی پیش ساخته شده با مقاطع تو پر یا توخالی
- پیش تنیده با مقاطع تو پر یا توخالی
- لوله فولادی ته بسته
- جعبه ای فولادی ته بسته
- لوله ای باریک شونده
- لوله ای فولادی ته بسته و رانده شده با جک
- استوانه ای بتنی توپر، پیش ساخته و قطور رانده شده با جک

ب- شمع های«کوبیدنی- ریختنی با تغییر مکان های بزرگ» نیز موارد زیر را شامل می شوند:
- لوله های فولادی کوبیده شده و بعد از بتن ریزی یا بتدریج بیرون کشیده می شوند.
- پوسته های بتنی پیش ساخته که با بتن پر می شوند.
-پوسته های فولادی جدار نازک که داخل خاک کوبیده شده سپس با بتن پر می شوند.
پ- «شمع های با جابجایی کم»
اینگونه شمع ها نیز بصورت کوبشی یا با جک درون زمین نصب می شوند و لیکن دارای سطح مقطع نسبتاً کوچکی هستند. مثالهایی از این نوع عبارتند از مقاطع فولادی H یا I شکل، لوله ها یا جعبه های فولادی ته باز که در حین نصب، خاک وارد قسمت های حفره ای مقطع می شود. اگر در حین کوبش این شمع ها درون زمین، توده خاک در حوالی نوک شمع تشکیل و قفل شود بطوریکه مانع نفوذ ستون خاک به درون حفرات مقطع شود شمع از نوع با جابجایی زیاد محسوب می شود.
«شمع های با جابجایی کم» شامل انواع زیر هستند:
- بتنی پیش ساخته با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه
-بتنی پیش تنیده با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه
- مقاطع فولادی H شکل
-مقاطع فلزی لوله ای ته باز کوبشی که در صورت ضرورت خاک وارد شده درون لوله تخلیه می شوند.
ت- «شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی»
برای نصب این نوع شمع ها نخست حفره محل شمع با روش های حفاری مناسب حفاری شده و درون آن بتن ریزی می شود. بتن ممکن است درون غلاف ریخته شود و یا بدون غلاف بتن ریزی انجام شود. غلاف ممکن ست با پیشرفت بتن ریزی بیرون کشیده شود. در بعضی موارد ممکن است شمع های آماده چوبی، بتنی یا فولادی درون حفره قرار داده شود.
«شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی» شامل انواع زیر می شوند:
- حفر چاهک توسط روشهای متد دورانی، چنگک، بالابر هوایی و پر کردن آن بتن(در جاریز)
- حفر چاهک با روشهای فوق و قرار دادن لوله و پر کردن آن با بتن در صورت لزوم
-حفر چاهک و قرار دادن قطعات پیش ساخته بتنی درون آن
-تزریق ملات سیمان یا بتن درون چاهک
-مقاطع فولادی قرار داده شده درون چاهک
-حفر چاهک و قرار دادن لوله فولادی بطور همزمان
سیستم های مورد استفاده در نصب شمع
۲-۳-۱-در شیوه استفاده از سقوط چکش برای نصب، شمع در حین فرو رفتن درون زمین در اثر ضربات چکش، به کمک دستگاه در حالت قائم نگه داشته می شود. اپراتور می تواند به کمک سیستم هیدرولیکی یا کابلی ابزار هدایت کننده را در راستای مورد نظر حرکت دهد. در این شیوه نصب، انتخاب مناسب چکش شمع کوب در عملیات نقش تعیین کننده ای دارد. تعداد ضربات چکش های معمولی که از ارتفاع رها شده و به سر شمع ضربه می زنند، تقریباً ۳ تا ۱۲ ضربه در دقیقه است. امروز غالباًاین چکش ها برای نصب سپرها و نیز برای نصب شمع در خاک های رسی خیلی نرم استفاده می شوند.
چکش های هیدرولیکی نوعی دیگر هستند که همراه سایر ملحقات کوبش بصورت گروهی عمل می کنند.
این چکش ها از چکش های پرتابی کمی سنگین ترند ولی ارتفاع پرتاب بسیار کمتری دارند و انرژی کمتری به سر شمع وارد می کنند. چکش های پنوماتیک بعداً استفاده شده و امروزه چکش های هیدرولیکی به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار، فشار هوا(پنوماتیک) و یا چکش های هیدرولیکی بصورت یک طرفه عمل کنند(single acting) یا دو طرفه عمل کننده(double acting) وجود دارند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار و پنوماتیک در شرایط ساختگاهی نرم آهسته تر کار می کنند و با افزایش مقاومت زمین سرعتشان بیشتر می شود. چکش های هیدرولیکی بر عکس عمل می کنند. چکش های دیزلی بیشترین راندمان را در شرایط ساختگاهی سخت دارند و در خاک های نرم به سختی کار می کنند. معمولاًدر اوایل شمع کوبی این شرایط پیش می آید. اگر ساختگاه مناسب باشد ضربات این چکش ها زیاد است. این چکش ها باعث آلودگی هوا می شوند.
چکش های ارتعاشی به کمک جرم های دوار با خروج از مرکزیت کار می کنند و ضربات قائم بر سر شمع وارد می کنند. فرکانس این چکش ها تا ۱۵۰ هرتز هم می رسد و می توان فرکانس کارکرد آن را با فرکانس طبیعی شمع ها همسان کرد. این چکش ها برای نصب شمع در خاک های ماسه ای بسیار مناسب بوده و ارتعاشات و سر و صدای کمتری نسبت به چکش های معمولی ایجاد می کنند. در خاک های رسی و یا محتوی قطعات سنگ مؤثر نیست.

۲-۳-۲-شمع های نصب شونده درون حفره خود(Drilled shaft=DS)

تفاوت اساسی بین شمع ها و شافت های نصب شونده درون حفره ایجاد شده آنست که شمع ها عناصر پیش ساخته ای هستند که درون زمین کوبیده می شوند در حالیکه این شافت ها با شیوه نصب در محل اجرا می شوند مراحل اجرای این شافت ها عبارتند از:
-حفاری محل نصب و ایجاد حفره درون زمین تا عمق مورد نظر برای قرار گیری شافت
-پر کردن انتهای حفره با بتن
-قرار دادن قفسه میلگرد درون حفره
-بتن ریزی حفره

مهندسین و پیمانکاران ممکن است برای این نوع شالوده های عمیق اصطلاحات دیگری استفاده کنند از جمله:
- پایه(Pier)
- پایه با حفره از قبل ایجاد شده(Bored Pile)
- شمع در جا ریخته شده(Cast-in-Place Pile)
-صندوقه(Caisson)
-صندوقه با حفره از قبل حفاری شده(Drilled Caisson)
- شالوده در جاریز درون حفره از قبل حفاری شده (Cast-in-drilled-hole foundation)
سایر نکات لازم در خصوص شالوده های DS عبارتند از:
- استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای جلوگیری از ریزش ماسه های تمیز زیرتر از آب زیر زمینی که باعث گسترش حفرات در جهات جانبی می شود.
-استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای رس های نرم، سیلت ها یا خاک های آلی به منظور جلوگیری از حرکت اینگونه خاکهابه درون چاهک در هنگام حفاری
-استفاده از کف پهن تر از تند شالوده برای افزایش باربری فشاری نوک به ویژه در خاک های مقاوم یا سنگ و همچنین افزایش توان باربری شالوده در کشش، لیکن باید به خطرات احتمالی برای عوامل اجرایی توجه داشت.
- اسلامپ بتن برای جلوگیری مناسب درون حفره ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیمتر بسته به قطر شافت و استفاده از گل حفاری
- امکان استفاده از سیمان متورم شونده به منظور افزایش اصطکاک جداری شالوده در تماس با خاک

۳-۳-۲-کیسون ها(Caissons)

این شالوده ها از جعبه تو خالی تشکیل شده که به تراز دلخواه در عمق رسانده و با بتن پر می کنند. این نوع پی ها در پایه های پل زیر تر از آب رودخانه ها و دریاها قرار می گیرند. این شالوده ها می توانند با شناور شدن به محل نصب انتقال داده شده و نصب شوند. کیسون های درب باز از سمت فوقانی خود باز هستند و در انتها نوک تیز هستند تا به سهولت به درون خاک نفوذ پیدا کنند. گاهی اوقات قبل از ورود شالوده به محل لایروبی صورت می گیرد که این شیوه اقتصادی تر از حفاری از درون کیسون است. با اتکای شالوده بر روی بستر، خاک درون آن حفاری و آب نیز پمپ می شود. این عملیات تا نفوذ کیسون به عمق مطلوب ادامه می یابد.

۴-۳-۲-شالوده های پوسته ای کوبشی و پر شده با بتن

با ترکیب خصوصیات و عملکرد شمع های کوبشی و شافت های حفاری شده(DS) می توان شالوده های پوسته را معرفی کرد که نخست پوسته با چکش به عمق مورد نظر رانده می شود و قفسه میلگرد درون آن گذاشته شده و متعاقباً با بتن پر می شود. مزایای این روش:

- ایجاد سطح صاف برای بتن شالوده توسط لوله
-جابجایی ایجاد شده توسط سطح کنگره ای پوسته باعث افزایش اصطکاک جداری شالوده می شود.
-ابزار نصب به سهولت باز و بسته می شوند و دارای قابلیت نقل و انتقال خوبی است.
لیکن باید توجه داشت که:
- هزینه ها مانند شمع کوبی زیاد است
-قطعات شالوده قابل اتصال نیستند لذا محدودیت طول با ارتفاع شمع کوب متناسب است.
آسیب پذیری شمع ها در حین نصب
همه شمع ها هنگام نصب در معرض خطر هستند به ویژه در زمینهای خیلی سخت یا زمینهایی که سنگلاخی باشند. یک روش برای کاهش خطرات و افزایش بازده پی سازی، استفاده از پیش حفاری، استفاده از جت آب و سوراخکاری یا ابزار سخت است.
در روش پیش حفاری، حفره ای قائم با قطر کوچکتر از قطر شمع درون خاک ایجاد می گردد. با این شیوه اتصال شمع-خاک تأمین می شود و بالا زدگی خاک در سطح زمین و جابجایی خاک در جهات افقی کاهش می یابد. در روش جت آبی فشار آب از طریق روزنه انتهای لوله که در حوالی ته شمع قرار گرفته است باعث سست شدن خاک می گردد و باعث نفوذ بیشتر شمع می گردد. این شیوه در خاکهای ماسه ای و شنی مناسب و در خاکهای رسی غیر مؤثر است. غالباً از این شیوه برای رد کردن شمع از درون لایه ماسه ای و رساندن به لایه مقاوم و باربر زیرین استفاده می شود. در شیوه ای دیگر با رانش ابزارهای آهنی و حفاری خاک، شمع به درون حفره ایجاد شده رانده می شود. این شیوه زیاد معمول نیست و فقط در لایه های نازک سنگ های مستحکم استفاده می شود.

مطالعات موردی مشکلات ایجاد شده در بعضی ساختگاه های مسئله ساز در حین اجرا

در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتی مواجه بوده است. در اینگونه موارد ممکن است اخذ نمونه های خاک و داده های ژئوتکنیکی نیز دچار همان مشکلات می شود. لذا مهندس طراح و پیمانکار در این شرایط باید نهایت دقت را در برخورد صحیح با مسئله داشته باشد. تجارت موجود نشان می دهد در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتی مواجه شده است. بعضی از این ساختگاه ها عبارتند از: خاک های کربنی، ماسه های میکادار، سنگ های ضعیف، تخته سنگ های مجزا و منفرد، سنگ های ریخته شده در کف دریا، سنگ های درشت، حضور خاک های ضعیف در عمق.

به عنوان یک استراتژی و راهکار کلی می توان موارد زیر را مد نظر داشت:
-وجود تجهیزات متنوع برای استفاده در موارد پیش بینی نشده
- استفاده از چکش یک سایز بزرگتر از آنچه در طراحی بدست آمده است.
- وجود جت آب و پمپ قوی
-توجه بیشتر به طراحی رأس و انتهای شمع برای کاهش صدمات احتمالی
-استفاده از چوب نرم و ضخیم که برای جلوگیری از آسیب شمع های پیش تنیده بتنی در حین کوبش به کار می رود(حداقل یک قطعه جدید برای کوبش هر شمع)

و آخرین سخن اینکه:

- کوبش شمع همچنان هم مهندسی است و هم هنر.

- دانش امروزی توان ما را در نصب شمع های بسیار مقاوم تقریباً در هر ساختگاهی بارور ساخته است.

- فقط باید بخوبی شراط زمین شناسی و ژئوتکنیکی را درک کنیم.

-از مطالعات موردی و تجربیات ارزنده دیگران استفاده کنیم تادر زمینه فنی و اقتصادی کسب توفیق نمائیم.
و در یک جمله«افزایش راندمان و بهینه سازی اقتصادی وقتی میسر است که اطلاعات ژئوتکنیکی دقیق و کامل باشد، در اینصورت در انتخاب نوع شمع، تجهیزات نصب و روند اجرا تصمیمات دقیق تری اتخاذ خواهد شد».