حفاری شمع

احداث پلتفرم حفاری pile drilling

پلاتفرم محلی به منظور استقرار دستگاه ­ها و ملزومات حفاری احداث می­گردد که ضمن برخورداری از استحکام و صــلبیت لازم با انجام خاکریزی و یا با استفاده از مصالح طبیعی موجود ساخته می شود.

برای جلوگیری از نشست خاک و به هم خوردن تراز دستـگاه و به تبع آن به وجود آمدن مشکلات بعدی لازم است سطح پلاتفرم تا تراکم 85 درصد کوبیده شود تا دارای صلبیت کافی جهت انجام عملیات باشد.

استقرار دستگاه حفاری شمع

باید توجه نمود که دستگاه دقیقا در نقطه مورد نظر قرار گیرد بدین منظور نقاط علامت گذاری می شوند همچنین استقرار دستگاه نباید به گونه ای باشد که به شمع ­هایی که تازه اجرا شده اند و هنوز به مقاومت کافی نرسیده ­اند فشار بیش از حد وارد گردد.

در ضمن کنترل تراز که محدود به تراز نمودن شاسی نسبت به پلاتفرم، تراز نمودن روتاری نسبت به جرثقیل، قائم بودن کلی روتاری و در نهایت شاقول بودن مــته حفاری نسبت به نقطه حفاری می باشد باید انجام گیرد. در صورتی که شاسی نسبت به پلاتفرم در حالـت تراز قرار نداشت با ریختن خاک در زیر دستگاه باید آنرا تراز نمود.

استفاده از بنتونیت در حفاری شمع

هنگامی که به حفاری در عمق زیاد در خاکی ناپایدار نیاز است استفاده از کیسینگ سرتاسری یک عملیات زمان بر است. بدیـن منظور برای جلوگیری از ریزش دیواره از دوغاب بنتـــونیت می توان استفاده کرد.

بنتونیت نوعی رس ریز دانه است که حداقل 85 درصد رس مونت موریلونیت (Montmorillonite) داشته باشد و جز مایعات تیکسوتروپ می باشد.

هنگامی کـه بنتونیت به آب اضافه می شود با به هم زدن یا فوران شدید آب ذرات به گونه ­ای ریز در آب آمیخته می شود که با چشم دیده نمی شود. بعد از گذشت 24 ساعت ذرات بنتونیت در آب شکفته شده و در آب به صورت ژل در می ­آید.

وجود بنتونیت در گل حفاری نه تنها موجب افزایش فشار هیدرواستاتیکی گل می­ شود، بلکه باعث کاهش به هــدر رفتن آب از گل حفاری نیز می شود.

هنگامی که پارامترهای موثر در پایـداری خاک (ضریب چسبندگی c و ضریب اصطکـاک داخلی ϕ) کم یا سطح آب زیرزمیـنی بالا باشد استفاده از گــل حفاری اجتناب نـــــاپذیر اسـت. چاه­ هایی که به وسیله گل حفاری پر می­ شوند پـــــایداری به مراتب بیشتری دارند و ریزش در آنها کمتر از ریزش در چاه ­های دیگر است.

روش کار بدین صورت است که گل حفاری در مسیر حرکت تحت فشار خود در چاه با نفوذ به دیواره یک لایه بر روی دیواره  ایجاد می کند (کیک بنتونیت) که این لایه از توسعه خلل و فرج دیواره در اثر ورود آب جلوگیری می ­کند.

همچنین مانع از نفوذ آب خواهد شد و از طرف دیگر با افزایش حجم و اعمال فشار هیدرواستاتیــکی بر روی جداره مانع ریزش دیواره می­ گردد. مزیت دیگر گل حفاری معلق نمودن ذراتی است که در اثر عملیات حفاری ایجاد شده ­اند .

وزن مخـصوص گل حفاری متناسب با سستی جـداره تعیین می ­گردد. اما نباید به گونه ­ای باشد که سیالیت گل از بین رود یا پمپ دستگاه قادر به پمپاژ آن نباشد.

قبل از عملیات برای سنجش گرانروی گل حفاری از آزمایش قیف مارش استفاده می­ گردد . در این روش باید گل حفاری مورد آزمایش را کاملا به هم زد و بعد از گذشت 24 ساعت داخل قیف با ظرفیت 1500 سانتیمتر مکعب ریخت.

قبل از ریختن گل حفاری به داخل قیف، باریکه قیف توسط انگشت مسدود می شود. سپس با ثبت زمان اجازه داده می­ شـود که حدود 66% از این گل حفاری (در آزمایشات کارگاهی حدود 1 لیتر) از قسمت باریکه خارج گردد.

مدت زمان لازم برای این کار را یادداشت می ­کنیم. این زمان گرانروی گل حفاری بر حسب ثانیه خواهد بود. قبل از آزمایش انواع گل می توان قیف را برای آزمایش با آب به گرانروی مشخص 26 ثانیه تنظیم کرد. این آزمایش  باید حداقل یک بار در روز انجام پذیرد.

روش تهیه دوغاب بنتونیت

جهت تهیه دوغاب بنتونیت ابتدا آب به مقدار لازم در داخل مالاکسور پر شده و سپس همزمان با میکس بنتونیت بــه آن اضافه می شود.

میزان آب مورد استفاده توسط آزمایشگاه تعیین می­ گردد. چگالی مخلوط ساخته شده باید بین حدودا 1/05 تا 1/12 گرم بر سانتیمتر مکعب باشد و ویسکوزیته تعیین شده توسط قیف مارش حداقل 36 و حداکثر 42 ثانیه باشد.

دوغاب ساخته شده پس از گذشت 24 ساعت باید دارای کمترین جداشدگی آب از مخلوط باشد (حداکثر 10% ارتفاع دوغاب قابل قبول است).

استفاده از بهترین نوع بنتونیت جهت دستیابی به خواص فوق اجتناب ناپذیر می ­باشد. همچنین لازم است بنتونیت در میکسرهایی با حداقل 1400 و حداکثر 2400 دور در دقیقه مخلوط گردد و بایستی آب با دبی 400 لیتر در دقیقه در محل مالاکسور تهیه شود. در زمین­ه ای سولفاته به لحاظ خنثی نمودن یون مثبت، بی کربنات سدیم افزوده می­ شود.

 مخزن ساخت دوغاب بنتونیت

این مخزن برابر استانداردهای رایج حفاری به صورت مخازن استاندارد قابل حمل و نقل هستند. حجم حوضچه دوغاب بنتونیت باید به مقداری باشد که توانایی تامین گل حفاری مورد نیاز برای دستگاه­ های در حال حفاری را داشتـه باشد. کلیه اتصالات و پمپ­ های لازم جهت ساخت و عمل آوری بنتونیت در درون و بر روی این مخازن تعبیه شده است.

با توجه به شرایط حاکم در کارگاه ­ها و اجتناب از استفاده مستمر از پمپ حتی المقدور سعی می شود که انتقال دوغاب بنتونیت به داخل چاه ­های حفاری شده به صورت ثقلی انجام شود.

ساخت تاسیسات گل حفاری با شرایطی که ذکر شده می بایست دارای مشخصات ذیل باشد:

1. حوضچه ساخت گل حفاری  از بلوک بتنی ساخته شده و در فواصلی در پشت دیــــــــوار جهت پایدار نمودن آن در مقابــل فشار هیدرواستاتیــک گل حفاری می بایست با بلــوک بتنی به صـــورت پشت بنــــد تقویــت گردد و پس از احداث با ریختن مصالح در پشت دیواره از تخریب آن ممانعت شود.
2. سطح داخلی حوضچـــــه ساخت بنتونیت می بایست دارای لایه پلاستر سیمان بوده و ترجیحا بهتر است که جدار داخلی آن جهت جلوگیری از نشت آب قیراندود گردد.
3. حوضچه عمل آوری گل حفاری به همان ابعاد و مشخصات حوضچه ساخت در مجاورت آن به گونه ­ای احداث می­ گردد که محتویات حوضچه ساخت گل حفاری، به صورت ثقلی به وسیله یک لوله گالوانیزه 6 اینچ دارای شیر فلکه در حوضچه عمل آوری تخلیه می گردد.
4. در مجاورت حوضچه ساخت گل حفاری، می­بایست یک سکو با ابعاد کافی جهت تخلیه کیسه ­های بنــــتونیت و دپوی آن در مجاورت محل استقرار مالاکسور احداث گردد.
5. حوضچه ساخت گل حفاری می ­بایست در محلی احداث گردد که امکان دسترسی راحت تریلی حامل کیسه­های بنتونیت به مجاورت آن فراهم باشد.
6. بنتونیت ساخته شده و عمل آوری شده می ­بایست به وسیله لوله 6 اینچ که در کف حوضچه عمل­آوری تعبیه شده ­است با پمپ به محل حفاری شمع هدایت گردد.

حفاری شمع درجا bored pile

 با قرار دادن باکت در محل حفاری شمع و چرخش باکت، حفاری آغاز می ­گردد تا هنگامی که باکت پر شود. بعد از پر شدن، باکت از محل حفاری خارج و سپس تخلیه  می شود. این عملیات تا رسیدن به عمق مطلوب تکرار می یابد.

در طول عملیات گل­ های حاصل از حفاری مرتبا از روی سطح پلتفرم برداشته و به فاصله 50 متر از محل حفاری منتقل می­ گردد. باید توجه نمود حفاری تا رسیدن به لایه مـقاوم صورت گیرد، زیرا با اضافه حفاری ممکن است با عبور از لایه مقاوم به لایه ­ای با مقاومت کمتر رسید.

همچنین برای اجتناب از تغییر مسیر حفاری که به علت برخورد با لایه سخت بوجود می آید باید اطمینان لازم از شاقولی بودن محور چاه در حین عملیات حاصل گردد.

کیسینگ گذاری شمع

به منظور جلوگیری از ریزش خاک در حین عملیات حفاری که معمولا در لایه های ابتدایی خاک و به دلیل نداشتن مقاومـت برشی کافی خاک اتفاق می­افتد از کیسینگ (غلاف) استفاده می ­گردد.

کیسینگ همچنین مانع تراوش آب ­های زیـرزمینی به داخل چاه می­ گردد. اگر خاک بسیار سست باشد نیاز به کوبیدن کیسینگ وجود دارد که این امــر با استفاده از چکش شمع­کوب انجام می­ گیرد و اگر خاک مقاومت برشی کافی را داشته باشد تا نقطه مورد نظر حفاری و سپس عملیات کیسینگ گذاری صورت می ­گیرد. ادامه حفاری از داخل کیسینگ انجام می شود.

جاگذاری قفسه میلگرد در شمع

قفس ­های ساخته شده با استفاده از جرثقیل به نزدیکی محل اجرای شمع انتقال می­ یابد. با توجــه به محدودیت طول یک آرماتور و مشکلات اجرایی برای قفس­ های بلند نیاز به اتصال قفس­ ها می­ باشد.

اتصال قفس ­ها باید به گونه ­ای باشـد که انتقال نیرو از قفس بالایی به قفس پایینی به خوبی ممکن باشد. بدین منظور لازم است طول هم پوشانی کافی منظور گردد.

روش اجرا بدین صورت است که با مکانیزمی یک قفس را در دهانه چاه نگه داشته و در ادامه برای اورلب کردن (overlab) انتهای قفس نگه داشته شده را با تیفـــور جمع و با سیم آرماتوربندی بسته نگه می­دارند.

قفس جدیدی بالای قفس قبلی قرار داده شده و سپس سیم آرماتوربندی بریده می شود و دو قفس با یکدیگر برخورد می­کنند. تمام نقاط برخوردهای دو قفس را با سیم آرماتوربندی و یا گیره می­ بندند.

علاوه بر روش فوق می توان برای اتصال دو قفس از جوش قوس الکتریکی هم استفاده کرد.

1-     برای ایجاد محور یکسان برای چاه و قفس باید لقمه ­هایی بین قفسه آرماتور و جداره چاه حایل شود (spacer). زیرا در صورت یکسان نبودن محور چاه و قفس ، پوشش بتنی کافـی در یک طرف به وجود نمی آید و شمع کارایی خود را از دست می ­دهد.

بنابراین استفاده از این اسپیسرها (spacer) اجباری است. در هر مقطع باید حداقل سه لقمه به کار برده شود.

2-     برای مقابله با بالا آمدن قفسه آرماتور در اثر نیروی غوطه­ وری ایجاد شده به وسیله بتن تازه، تعدادی از آرماتورها خم گشته و به یکدیگر متصل شده و به اصطلاح سبد به وجود می­ آید.

قسمت ­های خم میلگردها باید چنان به یکدیگر متصل شوند که بخش مرکزی مقطع مسدود نشده و حداقل فاصله آزاد بین میلگردها رعایت گردد.

3-     اگر طول آرماتور انتظار قفس فوقانی از حدی بیشتر گردد، ناچار لوله ترمی  باید در بالا نگه داشته شود که این امر بـــاعث ایجاد مشکلاتی در بتن ­ریزی می­ شود.

4-     به علت رعایت حداقل پوشش بتن بین قفسه و کف چاه نباید قفسه آرماتور با کف چاه تماس داشته باشد (قفسه باید در دهانه چاه نگه داشته شود).

بتن ریزی شمع به وسلیه لوله ترمی

مهم ترین مسئله در بتن ریزی کاهش طول لوله ترمی (treme pipe) به گونـه ­ای است که به جز مرحله ابتدایی بتن ­ریزی لوله ترمی حداقل به مقدار 2 متر در داخل بتن مستغرق باشد.

در غیر این صورت امکان دو ترکه شدن بتن ریزی و قرار گرفتن دوغاب حفاری در بین دو بخش وجود خواهد داشت و شمع کارایی خود را از دست می­ دهد.

روش اجرا بدین صورت است که ابتدا یک لوله با جرثقیل بلند شده سپس با جک در دهانه چاه کنترل می­ گردد. سپس لوله بعدی به محل آورده می شود و اقدام به پیچ کردن لوله دوم به لوله اول می­ شود. این عملیات تا رسیدن به عمق مطلوب ادامه می ­یابد.

به منظور جلوگیری از چسبیدن لوله ترمی به انتهای چاه یک آرماتور به انتهای لوله بسته می ­شود.

همچنین نقاط اتصال دو لوله قبل از عملیات با گریس آماده می ­شود. قیف بر روی لوله ترمی اول بسته می­ شود و عملیات بتن ریزی با تراک میکسر شروع می ­شود. 

بتن ریزی به روش ثقلی صورت می گیرد. یک شبکه فلزی بر روی قیف تعبیه می ­گردد تا از ورود ذرات درشت بتن به داخـــل لوله ترمی که موجب گرفتن لوله و اخلال در کار می­ شود جلوگیری گردد.

بتن­ریزی با استفاده از لوله ترمی به دو روش تر و خشک امکان پذیر است. در روش تر به منظور جدا نمودن بتن و گل حفاری، توپی در داخل لوله ترمی گذاشته می­شود و با ریختن بتن در داخل لوله ترمی، توپ مانع از اختلاط بتن با گل حفاری می­شود.

در روش خشک انتهای لوله ترمی با در پوشی بسته می شود تا گل حفاری به داخل لوله وارد نگردد.

میزان بتن­ ریزی نباید کمتر از 20 متر مکعب در ساعت باشد. حداکثر فاصله زمانی مابین اتمام تخلیه بتن هر تراک میکسر با شروع تخلیه بتن تراک میکسر بعدی نباید بیش از 15 دقیقه طول بکشد و تا حد امکان از قطع بتن­ریزی در کار جلوگیری گردد.

اما در صورتی­ که مجبور به این کار شدیم باید آرماتورهای دوخت را عمود بر سطح بتن تعبیه کرد، به گونه­ ای که نصف آن در داخل بتن قبلی و نصف آن در خارج از بتن به منظور درگیر شدن با بتن جدید قرار گیرد. باید توجه کرد سطح بتن عمود بر امتداد شاقولی باشد.

جهت جلوگیری از نفوذ دوغاب و لجن درچاه به داخل لوله حین بتن ­ریزی ضمن استفاده از رزوه ­های مخروطی مابین قطعات لوله ترمی، از گریس به مقدار کافی جهت آب­ بندی موقت استفاده می­شود. عملیات بتن­ ریزی تا خارج شدن کامل لجن ­ها و بتن کثیف (بتن آلوده به بنتونیت) ادامه می ­یابد.

زمان خاتمه حفاری تا شروع بتن­ ریزی نباید بیش از 6 ساعت به طول انجامد. در صورتی­ که این مدت بنا به دلایلی بیشتر شد، به دلیل رسوب مواد معلق و یا ریزش جداره، ممکن است مواد آلوده در ته چاه جمع شود که باید قبل از شروع بتن­ ریزی با تجهیزات مناسب تخلیه گردد.

باید نهایت تلاش به عمل آید که بتن مصرفی از هر لحاظ دارای کیفیت مطلوب باشد. بدین منظور باید:

–  سیمان مصالح سنگی و مواد افزودنی متناسب با شرایط آب و خاک انتخاب شوند.

–  خمیر سیمان کیفیت مطلوب داشته باشد.

–  مصالح سنگی موقعی دارای کیفیت مناسب هستند که نوع و شکل دانه­ ها سالم باشند و دانه­ بندی مناسب و یکنواخت باشد.

–  برای بتن باید اختلاط بتن به نحو مطلوب صورت گیرد به طوری­ که بتن کارایی لازم را داشته باشد و به دقت حمل شود و دقت شود بتن آب نیاندازد. همچنین باید توجه کرد که اسلامپ نامناسب باعث بروز مشکلات زیادی می ­شود.

خارج کردن کیسینگ

آخرین مرحله از عملیات حفاری، خارج کردن کیسینگ از شمع است. این امر باید به گونه ­ای صورت گیرد که امکان جابجایی بتن تازه با خاک وجود نداشته باشد.

در صورتی که امکان جابجایی کیسینگ ضمن بتن ریزی وجود داشته باشد بهتر است بدین کار اقـدام نمود.

پس از اتمام بتن ریزی سطح روی بتن تا هفت روز خیس نگه داشته می شود و نگهداری­ های لازم صورت می ­گیرد.