استعمال شمع جهت انتقال بار ساختمان به زمین احتیاج به تجربیات و اطلاعات فنی کافی در مورد طرز تهیه و کوبیدن شمع ها یا ساختن شمع در محل از طرف مسئولین طرح و اجراکنندگان دارد. مهندس طراحی و محاسب باید از خواص انواع شمع و سپر، طرز اجرای آنها و نحوه انتقال بار هر نوع شمع به زمین های مختلف و غیره اطلاعات کافی دارا باشد. و با در نظر گرفتن تمامی جوانب فنی و اقتصادی برای هر ساختمان یک راه حل مناسب جهت انتخاب انواع شمع و سپر پیشنهاد نماید.
راهکارهای عملی طراحی شمع ها
- اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل
- شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها
- شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع
- شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع
- انتخاب نوع شمع
- بررسی امکان پذیری ساخت و تولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی
- برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و …
- تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی
- آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله تداخل شمع، ضریب کارایی، …
- تعیین توان کاربری شمع (تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی
- تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری
- دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری به دست آمده
- کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده
- طراحی سازه ای شمع و کلاهک سه شمع
- 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
- تعیین ضریب اطمینان
بر اساس استاندارد BS 8004 بریتانیا شمع ها به سه دسته طبقه می شوند.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 هستند 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، یک سره 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
شمع های که موارد زیر را شامل می شوند:
- لوله های فولادی کوبیده شده و بعد از بتن ریزی یا به تدریج 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.
این گونه شمع ها نیز به صورت کوبشی یا با جک درون زمین نصب می شوند و لیکن دارای سطح مقطع نسبتاً کوچکی هستند. مثال هایی 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 حفرهای مقطع می شود. اگر در حین کوبش این شمع ها درون زمین، توده خاک در حوالی نوک شمع تشکیل و قفل شود به طوریکه مانع نفوذ ستون خاک به درون حفرات مقطع شود شمع از نوع با جابه جایی زیاد محسوب می شود. شمع های با جابه جایی 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.
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 جابه جایی یا شمع های جایگزینی شامل انواع زیر می شوند:
- حفر چاهک توسط روش های متد دورانی، چنگک، بالابر هوایی و پر کردن آن بتن (در جاریز)
- حفر چاهک با روش های 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 به طور همزمان