شالوده - تعاريف گروه شالوده | Definitions of Foundation

شالوده ( پی)

شالوده مجموعه بخش‌هایی از سازه که در تماس با خاک است و انتقال بار بین سازه و زمین از طریق آن صورت می‌پذیرد می‌باشد.

در طراحی سازه‌ها یکی از مهم‌ترین قسمت سازه طرح و اجرا شالوده‌ها می‌باشد که وظیفه حمل و انتقال نیرو از سازه به زمین را بر عهده دارند. با توجه به نیروها و نوع سازه‌ها و خاک زیر شالوده ، شالوده‌ها طراحی و اجرا می‌گردند.

در اجراء شالوده‌ها باید مسائلی مانند زهکشی خاک زیر و اطراف شالوده ، عایق‌بندی و نیازهای احتمالی کانال تخلیه آب و فاضلاب و چاه‌های مورد نیاز را در نظر گرفت. در صورتی که شالوده‌ها در سازه‌ها صدمه ببیند بازسازی آنها مشکل و پرهزینه می‌باشد.

همچنین در اجرا و انتخاب نوع شالوده باید به خاک زیر شالوده، زلزله‌خیزی منطقه، روانگرایی، نشست‌های ناهمگون مصالح موجود در منطقه و لایه‌های خاک توجه کرد تا در اثر عدم منظم نمودن موارد فوق در شالوده‌ها ترک و یا خرابی و یا نشست ناهمگون صورت نگیرد و باعث تخریب سازه‌ها نگردد.

شالوده‌ها یکی از عوامل اصلی انتقال دهنده بار سازه به زمین می‌باشند و باید در طراحی شالوده‌ها و صفحات زیر ستون، دقت کافی به عمل آید تا یکپارچگی سازه و شالوده از بین نرود.

یک شالوده برای انتقال بارهای ناشی از بدنه ساختمان به زمین زیرین به بهترین وجه ممکن در نظر گرفته می‌شود. اگر لایه مقاوم در ژرفای کم قرار گرفته باشد و دسترسی به آن آسان باشد شاوده را مستقیماً بر زمین و نزدیک سطح آزاد بنا می‌کنند. در این حالت عموماً شالوده به صورت تعریض دیوار یا ستون است.

شالوده‌ها بر اساس ابعاد و زمینی که در آن قرار می‌گیرند به 4 دسته شالوده سطحی، شالوده نیمه عمیق، شالوده عمیق و شالوده‌های ویژه تقسیم می‌گردند. اگر باربری قسمتی از خاک زیر عضو باربر را با تراکم، تثبیت و یا روش‌های دیگر افزایش دهیم آن قسمت نیز جزء شالوده محسوب می‌گردد.

جدول جامع روش‌های ساختمانی ایجاد شالوده

شالوده سطحی

کلیه شالوده‌هایی که ژرفای ( D_f ) آنها در داخل زمین زیر شالوده از چهار یا پنج برابر عرض ( B ) آنها ( یا کوچک‌ترین ضلع آنها ) تجاوز نکند شالوده سطحی می‌گویند. این شالوده‌ها در عمق کم و نزدیک سطح زمین اجرا می‌گردند. لازم به ذکر است که همواره اختلاف تراز بین سطح زیرین شالوده و سطح زمین طبیعی نمی‌تواند ملاک تمیز میان شالوده سطح عمیق باشد.

برای مثال یک پایه کناری پل به ابعاد 5 × 10 متر و به عمق 7 متر شالوده سطحی ولیکن شمعی به قطر 0/5 متر و طول 6 متر شالوده عمیق محسوب می‌شوند آنچه معمولاً در زیر ساختمان روی شالوده‌های عمیق اجرا می‌شود نیز شالوده سطحی گویند.

شالوده سطحی بر حسب نوع و مقدار بار وارده و مقاومت خاک ممکن است از: بتن، بتن مسلح، فلز، مصالح بنایی، سنگ، خاک اصلاح شده و تحکیم یافته، خاک رس، خاک مسلح، چوب و یا بتن پلاستیک ساخته شوند.

شالوده منفرد

این شالوده‌ها تحت باریک ستون قرار دارند و مقاطع آنها چندضلعی ، مربع ، مستطیل یا دایره با یک ارتفاع محاسبه شده است این شالوده‌ها به صورت تکی کار می‌کنند این شالوده‌ها را معمولاً با کلاف به یکدیگر متصل می‌کنند ولی کلاف‌ها چنان صلب نیست که به عنوان کمک در باربری شالوده در نظر گرفته شود. طول و عرض این شالوده‌ها محدود است.

شالوده منفرد معمولی

این شالوده‌ها دارای مقطع و ارتفاع ثابت می‌باشد مقاطع این شالوده‌ها در کل ارتفاع مربع یا مستطیل و یا دایره می‌باشد.

شالوده با سطوح شیب‌دار

در صورتی که باربری خاک کم باشد قاعده پایین شالوده را تا حد لازم بزرگ کرده و شالوده را شیب‌دار اجرا می‌کند. در این نوع شالوده می‌توان از وزن بالای قسمت شیب‌دار نیز در باربری شالوده در مقابل کشش استفاده کرد. مقطع پایین شالوده در یک ارتفاع معمولاً ثابت می‌باشد. اجرا این شالوده به دلیل شیب‌دار بودن سطح آن مشکل می‌باشد.

شالوده منفرد پله پله

در صورتی که باربری خاک کم باشد می‌توان شالوده را پله‌پله طرح و اجرا کرد. پایین‌ترین ردیف سطح قاعده بیشتری دارد و هر چه به سطح زمین نزدیک می‌شویم از سطح قاعده کم می‌شود در این روش می‌توان نوع هر لایه یا مقدار سیمان آن را تغییر داد.

مهارکش‌های پل‌ها و یا منابع بزرگ و دکل‌ها بیشتر تحت اثر کشش قرار دارند حجم شالوده را بزرگ می‌گیرند تا وزن شالوده و خاک روی آن باربری کافی در مقابل نیروهای موجود را داشته باشد.

از این شالوده‌ها به عنوان شالوده ویژه نیز نام برده شده است و مقاومت خود شالوده‌ها کم می‌باشد این شالوده‌ها به عنوان مهار سازه در خاک (میخ‌ کوبی) استفاده می‌شوند و عیار بتن این شالوده معمولاً کم می‌باشد. در اجرا آنها باید به گرمازایی بتن توجه کرد.

شالوده منفرد حجیم

برای مهارکش‌های پل‌ها و یا منابع بزرگ و دکل‌ها بیشتر تحت اثر کشش قرار دارند حجم شالوده را بزرگ می‌گیرند تا وزن شالوده و خاک روی آن باربری کافی در مقابل نیروهای موجود را داشته باشد. از این شالوده‌ها به عنوان شالوده ویژه نیز نام برده شده است و مقاومت خود شالوده‌ها کم می‌باشد این شالوده‌ها به عنوان مهار سازه در خاک (میخ کوبی) استفاده می‌شوند و عیار بتن این شالوده معمولاً کم می‌باشد. در اجرا آنها باید به گرمازایی بتن توجه کرد.

شالوده نواری

این شالوده‌ها بار دو یا چند ستون مجاور را تحمل می‌کنند. اگر دو ستون نزدیک به هم باشند این نوع شالوده مناسب است. البته اصلی‌ترین کاربرد آن در جایی است که نمی‌توان یک ستون را به صورت مرکزی بر روی شالوده منفرد قرار داد و یا هنگامی که به دلیل هم‌جواری با همسایه و یا عوارض دیگر امکان اجراء شالوده منفرد نمی‌باشد و یا یک طرف شالوده هم‌ردیف با ستون است. در طراحی شالوده با بار خارج مرکز از شالوده نواری استفاده می‌شود. این نوع شالوده‌ها دارای عرض محدود و طول نامحدود می‌باشد. عملاً وقتی نسبت طول به عرض شالوده از 10 بیشتر باشد شالوده نواری در نظر گرفته می‌شود مقطع شالوده می‌تواند مربع، مستطیل، ذوزنقه یا (T) وارونه باشد.

شالوده مرکب مستطیلی

در این نوع شالوده بیش از یک ستون که در یک امتداد هستند به وسیله یک شالوده بار خود را به زمین منتقل می‌کنند معمولاً مقدار بار ستون‌ها نزدیک به هم می‌باشد.

شالوده مرکب ذوزنقه‌ای

این نوع شالوده معمولاً بار 2 ستون و گاهی بیشتر را به زمین منتقل می‌کنند. از این شالوده وقتی استفاده می‌شود که بار یکی از ستون‌ها بیشتر از بار ستون دیگر باشد و مقطع در این قسمت بزرگتر از مقطع در زیر ستون با باربری کم می‌باشد. همچنین در مواردی که شالوده مرکب از نظر طول محدودیت دارد نیز از این نوع شالوده استفاده می‌شود. در این حالت طول دو قاعده ذوزنقه را بار و همان ستون‌ها تعیین می‌کنند.

شالوده باسکولی (نواری با تیر رابط، تسمه‌ای یا کنسولی)

آگاهی برای مقابله با خروج از مرکزیت ستون کناری شالوده آن را توسط یک تیر قوی به شالوده دیگر می‌بندند. به این نوع شالوده ، شالوده باسکولی گویند. این نوع شالوده را جزء شالوده‌های منفرد هم‌نام برده‌اند کلاف‌ها برای جلوگیری از نشست ناهمگن در نظر گرفته می‌شوند. در صورتی که فاصله ستون‌ها زیاد باشد این شالوده جانشین شالوده نواری و ذوزنقه مرکب می‌شود.

شالوده حلقوی

شالوده منابع و دکل‌هایی که مقطع دایره‌ای دارند و ابعاد شالوده منفرد برای هر کش - مهار و یا  پایه بزرگ است و یا به دلیل باربری پایه در مقابل کشش، شالوده‌های منفرد را اجرا نمی‌کنند. در این نوع سازه‌ها شالوده به صورت حلقوی طراحی و اجرا می‌شود و مانند یک نوار دوار بسته اجرا می‌گردد از این نوع شالوده به عنوان شالوده پوسته‌ای نیز نام برده‌اند.

شالوده زیردیواری

این شالوده معمولاً زیر دیوارهای باربر اجرا می‌گردد. کل بار وارد به شالوده معمولاً در تمام مناطق یکسان می‌باشد. عرض شالوده را به دلیل باربری، بیش از عرض دیوار در نظر می‌گیرند.

شالوده شبکه‌ای

اگر شالوده‌های نواری در دو امتداد عمود بر هم قرار گیرند تشکیل شالوده شبکه‌ای را می‌دهند. شالوده شبکه‌ای به صورت مرکب عمل می‌کند. ظاهر این شالوده تقریباً با شالوده نواری با تیر رابط یکسان است.

شالوده گسترده

شالوده گسترده یک شالوده مرکب است که کل سطح زیربنا را پوشانده و ستون‌ها و دیوارهای متعددی بر روی آن قرار می‌گیرند این شالوده وقتی استفاده می‌شود که ظرفیت باربری خاک کم و بار ستون‌ها سنگین باشند. معمولاً اگر شالوده شبکه‌ای بیش از 60% از زمین را بپوشاند از شالوده گسترده استفاده می‌گردد. در سازه‌هایی که فاصله ستون‌ها کم باشد از این شالوده استفاده می‌شود این شالوده از یک دال یکپارچه تشکیل شده است.

شالوده گسترده موجب توزیع نسبتاً یکنواخت تنش و جلوگیری از تمرکز تنش در زیر بارهای سنگین و موضعی می‌گردد لذا در کاهش نشست غیریکنواخت بیشتر مؤ ثر است. این شالوده‌ها بر حسب ضخامت، فواصل ستون‌ها، مقدار میل‌گرد، به دو صورت صلب و انعطاف‌پذیر در نظر گرفته می‌شوند.

شالوده گسترده با دال تخت

این شالوده گسترده که ساده‌ترین نوع می‌باشد دارای ضخامت یکسان در کل شالوده می‌باشد. از این نوع شالوده گسترده بیش از بقیه شالوده‌های گسترده استفاده می‌شود.

شالوده گسترده با دال تخت و افزایش ضخامت در زیر ستون

هرگاه بار و لنگر موجود در ستون‌ها زیاد باشد برای آنکه کل ضخامت دال را افزایش ندهند اینرسی دال در مقاطعی که متصل به ستون می‌باشد را زیاد می‌کنند و این اینرسی باربری لازم را جهت استفاده ایجاد می‌کنند.

شالوده گسترده با تیر و دال

در این حالت تیرها در دو امتداد متعامد وجود دارند و ستون‌ها در محل تقاطع آنها به شالوده متکی می‌باشند و فضای خالی بین تیرها با دال بتنی پر می‌شود این تیرها می‌توانند هم زیر دال و هم روی دال ایجاد گردند از این حالت وقتی استفاده می‌شود که لنگر و فشار و یا کشش زیادی در کلیه ستون‌ها وجود داشته باشد و نیاز به اینرسی و مقطع بزرگی باشد.

شالوده گسترده با دال همراه با دیوارهای ضخیم زیر زمین

این شالوده از دال به اضافه دیوارهای زیرزمین که با دال یکپارچه است تشکیل شده و به عنوان سخت‌کننده‌های قوی به کار می‌روند و سازه در این تراز به صورت Box  عمل می‌کند این دیوارها به عنوان دیوار حائل نیز عمل می‌کنند.

شالوده گسترده با شمع

گاهی مواقع به دلیل بار زیاد یک یا چند ستون و یا کشش زیاد در زیر ستون‌ها دال روی شمع قرار می‌گیرد. وجود شمع‌ها باعث کاهش نشست شالوده بر روی خاک خیلی سستی که بر آن متکی است می‌شوند. همجنین از این شالوده‌ها در مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا است استفاده می‌کنند تا شمع به عنوان مانعی در برابر غوطه‌وری عمل کند. به دال این شالوده‌ها کلاهک شمع نیز گفته می‌شود.

شالوده گسترده شناور

این شالوده که نوعی شالوده گسترده می‌باشد در سازه‌هایی که بار زیادی دارند و نیاز به صلبیت زیاد می‌باشد استفاده می‌شود. این شالوده نوعی شالوده دال همراه با دیوارهای ضخیم می‌باشد و ترکیبی از دال کف، سقف و دیوارهای زیرزمین است که هماهنگ با هم صلبیت کافی را ایجاد می‌کنند در این حالت معمولاً شالوده را در عمقی قرار می‌دهند که بار ناشی از ساختمان و وزن لایه‌های فوقانی خاک تقریباً برابر باشد.

شالوده گسترده حفره‌دار

اگر ایجاد زیرزمین به دلایلی همانند بالا بودن آب زیرزمین مدنظر نباشد شالوده گسترده را با ایجاد حفره‌هایی در آن اجرا می‌کنند سپس حفره‌ها را با ماسه و یا مواد دیگر پر می‌کنند.

شالوده گسترده پوسته‌ای

اساس این نوع شالوده‌ها آنست که بار سازه را به سبب شکل خود به زمین منتقل می‌کنند نه به سبب جرم و حجم آن. طراحی و ساخت این شالوده‌ها مشکل است و معمولاً به عنوان شالوده برج‌های خیلی بلند نظیر رادیو و تلویزیون و یا خنک کننده‌ها به کار می‌روند همچنین در کف مخازن واقع بر سطح زمین نیز از آن استفاده می‌شود این شالودها معمولاً به صورت کله‌قندی ،حلقه‌ای، صفحات تاخورده و صفحه هذلولی ساخته می‌شوند.

 بسترهای نرم و الاستیک

 این نوع شالوده‌ها که بستر ارتجاعی می‌باشند زیر شالوده ماشین‌ها و سازه‌های با فرکانس لرزشی زیاد استفاده می‌شود. معمولاً از شالوده جعبه‌ای توپر نیز استفاده می‌شود.

صفحات چوب‌پنبه

این بستر نیز بستر نرم و الاستیک می‌باشد که بسته به نوع وسایل و موتورهای مربوطه و محیط کاری از چوب پنبه به عنوان بستر ارتجاعی استفاده می‌شود.

بالشتک‌های الاستیک

از این شالوده‌ها در پی ماشین‌های سنگین با فرکانس لرزشی زیاد و همچنین در پایه پل‌ها استفاده می‌گردد. این بالشتک در مقابل هر نوع نیروی طولی مقاومت نموده و مانع حرکت پل و پایه می‌شود این بالشتک معمولاً از لاستیک‌های مصنوعی مانند نئوپرن با مقاومت نسبتاً بالا ساخته می‌شوند و به دو صورت غیر مسلح و مسلح (لایه لایه) اجرا می‌گردند.

بالشتک‌های الاستیک با پوشش تفلون

این تکیه‌گاه که ترکیبات آن دارای مقاومت فشاری متوسط، ضریب اصطکاک پایین و مقاوم از نظر شیمیایی می‌باشند در پل‌ها، زیر پی سازه‌های خاص (ماشین‌های و یژه) به‌کار می‌روند. با اندود ورقهای فولادی، فولادی ضدزنگ و نئوپرن توسط این ترکیبات، انواع مختلف تکیه‌گاه لغزشی ساخته می‌شود وقتی که تفلون روی یک بالشتک نئوپرن اندود شود هم عمل لغزیدن و هم غلتیدن ممکن می‌گردد سطوح لغزشی می‌تواند تفلون روی تفلون یا تفلون روی فولاد باشد.

شالوده غلطکی

این شالودهای (ستون) نسبت به خاک مبنا و شالوده زیرین داده می‌شود. در پایه پل‌ها برای اینکه انبساط طولی مشکلی ایجاد نکند از این نوع تکیه‌گاهها استفاده می‌گردد و یا در ساختمان‌های بلند جهت اینکه سازه بتواند با حرکت زمین حرکت کرده و نیروی برشی به سازه وارد نگردد استفاده می‌شود و خود می‌تواند به‌صورت غلطک‌های فلزی، پلیمری ، روغنی و ... ( براساس نیروها و نحوه اعمال آنها) استفاده گردد.

تکیه‌گاه یاتاقانی

در پل‌های فولادی با دهانه‌های بزرگ که مقادیر واکنش تکیه‌گاهی زیاد است از تکیه‌گاه یا تاقانی استفاده می‌گردد که می‌تواند به‌صورت متحرک یا ثابت باشد این تکیه‌گاهها نوعی تکیه‌گاه غلطکی نیز به‌حساب می‌آیند.

شالوده‌های عمیق

هرگاه نسبت عرض پی به ارتفاع آن کمتر از 16 باشد و عمق پی از 3 متر تجاوز کند به آن شالوده عمیق ( پی عمیق) می‌گویند.

متداولترین شالوده عمیق شمع‌ها می‌باشد، از دیگر شالوده‌های عمیق ستونهای شنی، پایهای عمیق و دیوارک‌ها می‌باشند.

شالودهای عمیق معمولاً به‌ کمک یک میانجی بارهای سازه را به زمین منتقل می‌کنند که به آن سرشمع یا کلاهک نیز می‌گویند. از این شالوده‌ها جهت رسیدن به یک لایه باربر و انتقال بار به آن لایه و یا به کمک اصطکاک بدنه استفاده می‌شود.

دیوارک‌ها

دیوارک‌ها نوعی شالوده عمیق هستند. دیوارک‌ها به‌عنوان جانشینی برای شمع‌های بتنی در جا با قطر بزرگ می‌باشند روش اجراء آنها مانند دیوارهای جداکننده می‌باشد.

ستون‌های شنی یا ستون‌های بالاستی

این شالوده‌ها ستونهایی حجیم و عمیقی از مصالح خاکی (عمدتاً از شن) می‌باشد که با پر کردن منطقه حفاری شده مورد نظر اجراء می‌گردند. این ستونها نمی‌توانند بارهایی به شدت بارهای وارد به شمع‌ها را تحمل کنند. به همین دلیل از آنها به‌صورت ترکیبی با پی‌های سطحی استفاده می‌شود بدین ترتیب از باربری ستونها و زمین پی بهره‌گیری می‌شود.

شمع‌ها

در پاره‌ای موارد، لایه‌های سطحی زمین تراکم ‌پذیرند در حالی که در ژرفایی پایین‌تر لایه‌های زیرین مقاومتی قابل  توجه دارند. هنگامی که لایه سطحی زمین شل و تراکم ‌پذیر باشد و یا برای حفاظت ساختمان در مقابل نشست و عوامل دیگر از شالوده‌های شمعی استفاده می‌شود. مقطع شمع‌ها معمولا دایره -مربع و  مستطیل می‌باشد.

مخارج احداث این شالوده‌ها خیلی بیشتر از شالوده‌های سطحی است. ولی در بعضی شرایط ایمنی سازه‌ها استفاده از شمع را ایجاب می‌نماید. شمع‌ها زمانی استفاده می‌شوند که یک لایه قابل اعتماد از نظر باربری در سطوح پایین باشد، امکان شسته شدن لایه‌های سطحی باشد، سازه بار نسبتاً زیادی را به پی وارد کند، سازه دور از ساحل ساخته شود، سطح سفره زیرزمینی بالا باشد و یا سازه در برابر نشست‌های ناهمگون حساس باشد.

در گذشته به‌دلیل ناچیز بودن دستمزد و وفور چوب، به اندازه گنجایش و تحمل زمین در آن شمع کوبی می‌شد و سپس بناها روی آن اجرا می‌گردید در مناطق باطلاقی گاهی هم از ذغال چوب به‌منظور پدیدآوردن یک لایه مقاوم شناور استفاده می‌شد. اجرای لایه‌های شفته آهکی و تقویت آن با قلوه‌سنگ‌های درشت هم راه‌حل دیگری به‌حساب می‌آمد ولی باتوجه به سازه‌هایی که هم‌اکنون ساخته می‌شود و سنگینی و صلبیت این سازه‌ها روش‌های فوق اهمیت خود را از دست داد.

 در حال حاضر شمع‌ها معمولاً از جنس بتن، بتن مسلح، فلز، چوب و یا ترکیبی از مواد فوق باتوجه به مصالح موجود و نیاز سازه می‌باشند.  گاهی شمع‌ها برای ایجاد پی استفاده نمی‌شود بلکه با کوبش شمع تراکم خاک به‌حد مورد نظر رسیده و ظرفیت باربری آن افزایش می‌یابد و یا از شمع‌ها جهت لرزه‌گیری پی دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

 شرایط استفاده از شالوده‌های شمعی

- وقتی که لایه یا لایه‌های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشد به‌طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد. شالوده‌های شمعی برای انتقال بار به لایه‌های تحتانی محکم‌تر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

- اگر شمع‌ها تحت تأثیر نیروی افقی قرار گیرند در حالی که هنوز قابلیت حمل بارهای قائم را دارا هستند می‌توانند به وسیله خمش نیروی افقی را حمل نمایند. این وضعیت اغلب در شالوده سازه‌های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمان‌های بلند که تحت تأثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند پیش می‌آید.

- در خیلی از موارد در منطقه مورد نظر برای احداث ساختمان با خاک قابل تورم یا رُمبنده و ریزش روبرو می‌شویم. این لایه‌ها ممکن است دارای عمق قابل توجهی باشند .

خاک‌های قابل تورم در اثر افزایش یا کاهش میزان رطوبت، تورم و یا کاهش حجم پیدا می‌کنند فشار تورم چنین خاک‌هایی ممکن است به‌طرز قابل توجهی زیاد باشد ، اگر در چنین خاک‌هایی از شالوده‌های سطحی استفاده شود ساختمان ممکن است با صدمات جدی روبرو گردد ، در این حالت شالوده‌های شمعی که از لایه قابل تورم عبور کرده و وارد لایه پایدار شده‌اند می‌توانند مورد توجه قرار گیرند.

- شالوده بعضی از سازه‌ها نظیر خطوط انتقال برق، اسلکه‌ها، شالوده‌های گسترده در زیر آب زیرزمینی، تحت تأثیر نیروی بر کنش قرار دارند در بعضی مواقع برای مقابله با نیروی بر کنش از شالوده‌های شمعی استفاده می‌شود.

- به‌خاطر وجود مسئله آب‌شستگی و فرسایش در محل پایه‌های پل این پایه‌ها اغلب در روی شالوده‌های شمعی قرار می‌گیرند.

انتخاب شمع معمولاً بر مبنا 3 عامل محل و نوع بنا، شرایط زمین و دوام طراحی می‌گردند.

شمع‌های کوبیده شده  یاشمع‌های در جا با لوله‌گذاری که لوله در زمین باقی می‌ماند برای شرایط کار در آب مثل اسکله‌ها مناسب هستند البته معمولاً قیمت شمع‌های در جا با لوله‌گذاری در حالت بارهای متوسط و ساختگاههای معمولی کمتر است.

اگر ساختگاه مجاور ساختمانهای دیگر باشد باید از تورم زمین و ارتعاشات مزاحم ناشی از عملیات اجرایی جلوگیری کرد. لذا در این حالت شمع حفاری شده و درجاریز مناسب است. شمع‌های با قطر بزرگ برای حالتی که بارهای ناشی از ساختمان بزرگ است اقتصادی‌تر می‌باشد مخصوصاً اگر امکان حفاری با مته حلزونی در زمین مورد نظر وجود داشته‌باشد.

شرایط زمین بر انتخاب نوع شمع و روش اجرای آن مؤ ثر است .مثلاً اگر سنگ‌های بزرگ در خاک موجود باشد یا اگر تورم زمین در اثر شمع‌کوبی تعیین‌کننده باشد نمی‌توان از شمع فروشده ( کوبیده شده) استفاده کرد به بیان دیگر شمع‌های فروشده در خاک‌های دانه‌ای سست مناسب هستند زیرا فرو کردن شمع موجب افزایش تراکم و بسیج کامل مقاومت خاک می‌شود.

شمع‌های فولادی با مقطع H  تغییر مکان کوچکی در خاک به‌وجود می‌آورند ، بنابراین در خاک‌های دانه‌ای که عمق نفوذ شمع در خاک بزرگ است مفید می‌باشد. خاک‌های رسی محکم شرایط مطلوبی برای اجرای شمع‌های حفاری شده و قطور کردن مقطع شمع در نوک هستند.

معمولا ًدوام مصالح بر انتخاب نوع شمع موثر است، مثلاًدر مورد شمعهایی که در شرایط دریایی اجرا می شوند شمعهای بتنی پیش ساخته بر شمع‌های فولادی از نظر مقاومت در برابر خورندگی ارجحیت دارند. شمع‌های چوبی در شرایط دریایی دوام ندارند مگر اینکه اقدامات حفاظتی لازم نظیر اشباع چوب انجام گردد. اگر خاک حاوی درصد زیادی سولفات یا سایر ترکیبات خورنده باشد آنگاه شمع بتنی پیش ساخته با کیفیت بالا بر شمع بتنی درجا ترجیح داه می‌شود.

در اغلب پروژه‌های بزرگ باید تعداد مشخصی آزمایش بارگذاری شمع انجام شود این مسئله ناشی از عدم قطعیت‌های موجود در پیش‌بینی ظرفیت باربری شمع‌ها است. ظرفیت باربری قائم و جانبی شمع را می‌توان در صحرا آزمایش کرد. شمع باید بتواند حداقل دو برابر بار بهره‌برداری را تحمل نماید. بعد از رسیدن به بار مورد نظر شمع به‌تدریج باربرداری می‌شود.

آزمایش بارگذاری برای شمع‌هایی که در ماسه کوبیده می‌شود بلافاصله بعد از کوبیده‌شدن می‌تواند انجام شود. لیکن در مورد شمع‌هایی که در رس کوبیده می‌شوند باید بین اتمام کوبیدن و آزمایش بارگذاری فاصله معقولی منظور شود (معمولاً 30 تا 60 روز)

 بغیر از روش‌های فوق آزمایش کنترل بارگذاری - آهنگ نفوذ ثابت و آزمایشهای دیگری نیز وجود دارد.

- شمع‌ ها از لحاظ عملکرد به سه دسته اتکایی، اصطکاکی و تراکمی تقسیم می‌شوند:

1- شمع اتکایی یا شمع متکی بر نوک

اگر بستر سنگی و یا لایه شبیه سنگ (خیلی متراکم) در عمق سطحی قرار داشته باشد، شمع را می‌توان تا آن لایه ادامه داد. در این حالت ظرفیت باربری شمع کاملاً بستگی به ظرفیت باربری بستر سنگی در مقابل نوک شمع خواهد داشت. به همین علت به این شمع‌ها اتکایی می‌   گو یند.

اگر به عوض بستر سنگی یک لایه سخت و نسبتاً متراکم در عمق منطقی قرار داشته باشد شمع را می‌توان چند متر در لایه سخت ادامه داد. در صورت لزوم در نوک شمع در لایه سخت می‌توان پداستال تعبیه کرد. این شمع‌ها به سه شکل شمع اتکایی ساده ، شمع اتکایی با پداستال و شمع اتکایی پله‌ای می‌باشند.

- شمع اتکایی ساده

این شمع‌ ها به صورت مقطع مربع - مستطیل دایره یا چندضلعی هستند که در طول شمع بدون تغییر باقی می‌مانند.

- شمع اتکایی با پداستال

در بعضی شرایط که لایه زیرین کاملاً سخت نمی‌باشد و امکان ادامه اجرای شمع تا رسیدن به لایه سخت‌تر نیست نوک شمع را با ابعاد بزرگتری اجرا می‌کنند که به آن پافیلی نیز می‌گویند. برای این کار قبل از میلگردگذاری مقداری بتن خشک در درون لوله می‌ریزند سپس آن را به وسیله وزنه متراکم می‌کنند اعمال ضربه بر بتن خشک، موجب خارج شدن آن از نوک لوله و قطور شدن نوک شمع می‌شود.

- شمع اتکایی پله‌ای

در بعضی حالت‌ها که لایه‌ها با ظرفیت باربری نسبتاً یکنواخت هستند و یا قابل تراکم می‌باشند می‌توان شمع‌ها را به صورت پله‌ای (ضخامت نوک شمع کمتر از ضخامت لایه بالاتر) اجرا کرد. در این روش مقدار مصرف بتن و میلگرد کمتر می‌باشد (در موارد خیلی خاص ممکن است شمع به صورت پله‌ای معکوس اجرا گردد که در این حالت می‌توان از وزن خاک روی شمع نیز برای مقابله با نیروی کشش استفاده کرد.)

2- شمع اصطکاکی (شمع شناور)

در صورتی که عمق بستر سنگی یا لایه شبیه به سنگ زیاد باشد طول لازم برای شمع اتکایی غیراقتصادی خواهد بود. در چنین شرایطی شمع به عمق مناسبی در لایه نرم فوقانی بدون اینکه به لایه سخت برسد کوبیده می‌شود. بیشتر مقاومت این شمع‌ها به وسیله اصطکاک جدار تأمین می‌شود. در لایه‌های رسی مقاومت این شمع‌ها بستگی به چسبندگی بین جدار شمع و رس دارد.

به هنگام کوبش شمع زمین را پس می‌زند و متراکم می‌کند. در مجاورت شمع تخلخل و تراکم‌پذیری خاک کاهش یافته و در نتیجه اصطکاک جانبی بر روی شمع افزایش می‌یابد. نظر به اینکه این شمع‌ها عمده‌بار خود را به وسیله اصطکاک جدار به زمین منتقل می‌کنند به آنها شمع شناور نیز می‌گویند. شمع‌های اصطکاکی ممکن است به صورت ساده یا شیب‌دار اجرا شود.

- شمع اصطکاکی شیب‌دار

این شمع دارای ضخامت مقطع متفاوت در طول شمع می‌باشد شیب این شمع ‌ها با افزایش عمق نزدیک شونده می‌باشد. (در موارد خیلی خاص ممکن است شیب شمع‌ ها دور شونده باشد در این صورت می‌توان از وزن خاک روی شالوده جهت مقاومت در برابر کشش نیز استفاده کرد.)

3- شمع تراکمی

در موارد خاص شمع ‌ها بدین منظور در خاک دانه‌ای کوبیده می‌شوند که تراکم خوبی در لایه سطحی خاک به وجود آید این شمع‌ ها به شمع‌های تراکمی موسوم هستند. طول این شمع ‌ها بستگی به تراکم نسبی خاک قبل و بعد از تراکم و عمق لازم برای تراکم دارد. این شمع‌ ها معمولاً کوتاه هستند ولی طول دقیق آنها به کمک آزمایش‌های صحرایی تعیین می‌شود. شمع ‌های تراکمی می‌توانند به صورت ساده، پله‌ای، با پداستال و یا شیب‌دار باشند.

- شمع ‌ها از لحاظ طول به دو دسته شمع‌های کوتاه و بلند تقسیم می‌شو ند:

-  شمع کوتاه

این شمع ‌ها معمولاً به شمع‌ هایی اطلاق می‌شوند که تا عمق 5 متر ادامه داشته‌اند.

 -  شمع بلند

  این شمع‌ ها معمولاً به شمع‌ هایی اطلاق می‌شوند که بیش از 5 متر ادامه داشته باشند.

 - بسته به نوع شمع و قرارگیری آن در لایه باربر به دو دسته سرآزاد و گیردار در راس تقسیم می‌شوند:

- شمع سرآزاد

هنگامی که گیرداری شمع در لایه باربر حداقل به میزان طول دم بحرانی نمی‌رسند به آن شمع سرآزاد یا مفصلی می‌گویند. شمع‌های اصطکاکی معمولاً جزء این گروه از شمع‌ ها می‌باشند. شمع‌های بلند را نیز می‌توان جزء این گروه حساب کرد. این حالت بیشتر در اسکله‌های شمعی وجود دارد.

- شمع گیردار در سر

در شمع‌ های اتکایی و شمع‌هایی که به مقدار مورد نیاز در داخل لایه باربر قرار گرفته‌اند شمع گیردار در سر می‌گویند. در این نوع شمع‌ها از اصطکاک جانبی صرف‌نظر می‌کنند. شمع‌های کوتاه جزء شمع گیردار در راس می‌باشد ضمناً باید قائم باشند. آرایش قرارگیری شمع ‌ها در صورت گروهی بودن متقارن باشد.

-  بر حسب طبیعت قرارگیری شمع‌ ها در اثر کو بش به دو دسته با جابجایی و بدون جابجایی تقسیم می‌شوند:

- شمع با جابجایی

از شمع ‌های کوبیده شده هستند زیرا باعث رانش جانبی خاک اطراف و در نتیجه تراکم آن شده‌اند شمع‌های بتنی - فولادی لوله‌ای با انتهای بسته به علت حجم قابل توجه در رده شمع‌های با جابجایی زیاد قرار دارند.

- شمع بدون جابجایی

شمع ‌های فولادی H  به علت حجم کم باعث جابجایی کم خاک شده و به آنها شمع‌های جابجایی کم یا بدون جابجایی می‌گویند شمع‌ های در جاریز با حفاری نیز جزء این دسته از شمع‌ ها می‌باشد.

- از نظر نحوه قرارگیری شمع در زمین می‌توان آنها را به دو دسته تقسیم نمود:

-  شمع قائم

این شمع‌ ها به صورت قائم اجرا می‌گردند.

- شمع مایل

این شمع‌ ها با زاویه 14 الی 20 درجه اجرا می‌گردند.

شمع‌ های کوبیده شده

روش معمول از قدیم کوبیدن شمع بوده‌ است که در اثر ضربات در زمین فرو می‌رود. بسته به نوع و طول شمع و نوع خاک تعداد ضربات و انرژی ضربات کوبش متفاوت است. هنگام کوبیدن شمع ‌ها باید دقت کرد که ضربه باعث ترک خوردگی، شکست، کمانش شمع ها نگردد.

در صورتی که شمع در جاریز به‌وسیله غلاف‌های فلزی یا بتنی که به زمین کوبیده شده‌ باشد و سپس داخل آن از بتن پر گردد می‌توان آنها را نیز جزء شمع‌ های کوبیده شده در نظر گرفت. احداث شمع به این روش دارای مزایا و معایبی است که در اینجا برخی از آنها ذکر می‌شود.

 مزایا:

 1- کیفیت مصالح شمع قبل از اجرا قابل بازرسی است.

 2- روش اجرا تحت تأثیر سطح آب نیست.

 3- با طول‌های خیلی بلند قابل اجرا هستند.

 4- به‌عنوان ستون در قسمت بالای سطح زمین به‌راحتی قابل استفاده هستند (مثل حالتی که در سازه‌های دریایی وجود دارد).

 5- تورم زمین در اثر کوبیدن شمع‌های مجاور موجب خرابی سازه‌ای آنها نمی‌شود.

 6- فشار جانبی زیاد خاک را تحمل می‌کنند و در مقابل دورگیر شدن مقاوم هستند.

 معایب:

 1- ممکن است در هنگام کوبیدن بشکنند یا صدمات جدی و غیرقابل رؤیت ببینند.

 2- اگر بارهای ناشی از کوبش یا حمل و نقل بحرانی باشد غیراقتصادی خواهند بود.

 3- سر و صدای ارتعاشات هنگام کوبش ممکن است موجب عدم آسایس یا خرابی شود.

 4- تغییر مکان خاک در هنگام کوبش ممکن است موجب خرابی ساختمان‌های مجاور یا بالا رفتن شمع‌های مجاور در اثر تورم زمین شود.

 5- شمع‌های با قطر زیاد قابل اجرا نیستند.

در بعضی موارد اجرای پیش سوراخی در لایه‌های سطحی زمین قبل از کوبیدن شمع مفید است. این کار سبب می‌شود که بتوان مثلاً از لایه نسبتاً سخت که روی لایه‌ای نرم قرار دارد عبور کرده و یا در بعضی از زمین‌های رسی غیرقابل تراکم از خراب شدن شمع‌هایی که در مجاورت شمع در حال احداث قرار دارد و بتن آن به تازگی ریخته شده جلوگیری کرد.

با کوبیدن شمع‌ها خاک متراکم‌تر شده ظرفیت باربری آن بالا می‌رود.

این روش بهتر است در لایه‌های ماسه‌ای شنی و سست که قابل تورم هستند انجام گیرد. از این روش در لایه‌های سفت‌تر نباید استفاده کرد زیرا هم مقدار ضربه‌ها و انرژی مورد نیاز بالا می‌رود و هم امکان آسیب شمع‌ها بیشتر است.

حداکثر طول شمع‌ها معمولاً 20 متر است و قطر شمع بین 0/4 تا 0/6 متر می‌باشد. این شمع‌ها ممکن است از جنس چوب، بتن پیش‌ساخته ، بتن پیش‌تنیده ، فولاد و یا به صورت مرکب باشند.

 شمع‌ های درجا با لوله‌گذاری

این شمع ‌ها با کوبیدن یک لوله فولادی در زمین، تخلیه خاک داخل لوله و سپس با پرکردن آن با بتن ساخته می‌شود. غلافهای کوبیده شده می‌توانند موقت و یا دائم باشند در این نوع شمع‌ها ترجیح دارد که نوک شمع بسته باشد تا از شکافتن یا گشادشدن آن جلوگیری گردد. لذا شمع توخالی را با نوک بسته در زمین فرو می‌کنند. اگر شمع را با نوک باز در زمین فرو و سپس در درون آن بتن‌ریزی کنند در این حالت قبل از بتن‌ریزی باید درون شمع تمیز شود.

می‌توان لوله را با قرار دادن یک سنبه در داخل آن کوبید و پس از رسیدن به عمق مورد نظر سنبه را خارج کرد و بتن ریزی را انجام داد.

معمولاً هزینه این شمع‌ ها خیلی زیاد است ولی دوام آنها در شرایط محیط خورنده خوب است حداکثر طول لوله‌های کوبیده شده 20 متر است.

مزایای شمع ‌های درجا با لوله‌گذاری به‌شرح زیر می‌باشد:

 1- اگر عمق لایه مقاوم متغیر باشد طول آنها به‌سادگی قابل تنظیم است.

 2- اگر لوله نوک بسته باشد مانع نفوذ آب زیرزمینی می‌شود لذا اجرای آن در زیر سطح آب زیرزمینی ( نه دریا) بدون تمهیدات ویژه ممکن است.

 3- می‌توان نوک شمع را قطورتر ( پداستال) اجرا کرد ( نسبت به شمع ‌های کوبیده شده)

برای این‌کار پس ار زیختن مقداری بتن در نوک شمع ، با رها کردن وزنه از ارتفاع، آنرا می‌کوبند تا از طرفین پهن شود.

 4- تنش‌های ناشی از حمل و نقل یا کوبش بحرانی نیستند.

 5- در برخی از آنها می‌توان سر و صدا و ارتعاشات را کاهش داد.

 معایب این شمع ‌ها به‌شرح زیر است:

 1- طول آنها اغلب محدود است.

 2- کیفیت بتن را نمی‌توان پس از اجرا بررسی کرد.

 3- اگر فشار جانبی زمین زیاد باشد ممکن است مسأله کوچک شدن مقطع اتفاق افتد.

 4- تغییر مکان خاک در هنگام کوبش لوله مثل حالت شمع ‌های فرو شده مشکل‌آفرین است.

 5- سر و صدا و ارتعاشات ممکن است موجب عدم آسایش یا خرابی شود.

 6- بدون تمهیدات ویژه در رودخانه یا ساختمان‌های دریایی قابل استفاده نیستند.

 7- در قطرهای بزرگ قابل اجرا نیستند (نسبت به شمع ‌های حفاری شده)

 8- نوک شمع را نمی‌توان خیلی قطور اجرا کرد (شمع پافیلی)

 9- وجود سفره آب یا فشار آرتزین مشکل‌آفرین است.

اگر نیاز باشد شمع نیروی افقی هم تحمل کند بلافاصله قبل از بتن‌ریزی جوشن لازم را در داخل لوله قرار می‌دهند در غیر اینصورت فقط به جاگذاری جوشنهای گیرداری در بالای سر شمع اکتفا می‌کنند.

شمع‌های درجا با لوله‌گذاری به دو صورت اجرا می‌شوند:

- با لوله‌گذاری دائمی

- با لوله‌گذاری موقتی

شمع‌ های درجا با لوله‌گذاری دائمی

هزینه این شمع‌ ها معمولاً خیلی زیاد است ولی دوام آنها بیشتر از شمع‌های باغلاف موقت است. در این شمع‌ها، غلاف بعد از بتن‌ریزی در محل باقی می‌مانند و به‌عنوان محافظ برای شمع در مقابل عوامل شیمیایی و غیره می‌باشد.

اگر انتهای غلاف باز باشد ابتدا مصالح داخل غلاف را خارج سپس بتن‌ریزی می‌کنند معمولاً از این شمع‌ ها در محل‌هایی که لایه‌های بسیار ریزشی و یا باتلاقی باشند استفاده می‌شود تا بتن پرکننده از بین نرود اگر فشار جانبی خاک زیاد باشد از این شمع‌ ها استفاده می‌کنند.

 این شمع‌ ها در سه نوع زیر ساخته می‌شوند:

- شمع با لوله‌های فولادی

هزینه این شمع‌ ها بسیار بالا می‌باشد ولی دوام آنها در شرایط محیطی خورنده خوب است ، با گذشت زمان نخست لوله فولادی از بین می‌رود و سپس بتن در معرض خوردگی قرار می‌گیرد. بنابراین خوردگی بتن هنگامی شروع می‌شود که مدت زمان زیادی از عمر آن گذشته و مقاومت اصلی خود را پیدا کرده‌است.

- شمع با لوله‌های بتنی

از لوله‌های بتنی نیز به‌عنوان غلاف دائم استفاده می‌کنند این لوله‌ها از بتن غیرمسلح تشکیل می‌شود و طول آنها کوتاه است و برای شمع‌های با طول زیاد می‌توان تعدادی از آنها را روی هم قرار داد مزیت این شمع‌ها قابل افزایش بودن طول آنها است.

-  شمع با لوله‌های مرکب

گاهی در شرایط خاص از ترکیب لوله‌های بتنی و فولادی استفاده می‌شود مخصوصاً اگر لایه‌های زیرین سفت باشند در این حالت ابتدا لوله فولادی و سپس لوله بتنی در محل قرار داده می‌شوند.

شمع درجا با لوله‌گذاری موقت

ساده‌ترین نوع این شمع‌ ها، شمع بتنی است که یک لوله فلزی به قطر 30 الی 60 سانتی‌متر در زمین کوبیده می‌شود بعد از میل‌گرد گذاری در درون آن بتن‌ریزی صورت می‌گیرد.

کوبیدن لوله در زمین معمولاً به‌وسیله یک چکش وزنه‌ای یا دیزلی انجام می‌شود نوک لوله را به‌وسیله یک قطعه بتن پیش ساخته که به شکل مخروط است مسدود کنند لذا خاک در مرحله کوبیدن وارد شمع نمی‌شود در مرحله بتن‌ریزی لوله فلزی را همراه با پیشرفت بتن‌ریزی خارج می‌کنند.

مشکل استفاده از لوله‌های نوک بسته آنست که فروکردن آنها در زمین‌های متراکم و سفت موجب اعمال تغییر شکل جانبی بزرگ به خاک می‌شود لذا مقاومت جانبی خاک شمع کاهش می‌یابد در این موارد می‌توان از لوله‌های نوک باز استفاده کرد و سپس خاک درون شمع را حفاری نمود.

باتوجه به توضیحات  یکی از مشخصه‌های اساسی بتن ریخته شده زیر آب یا گل حالت خمیرگونه آنست.

برای تهیه چنین بتنی لازم است مقدار زیادی دانه‌های ریز ماسه و آب به‌کار برده شود و چون نسبت وزن سیمان به وزن آب باید قابل قبول باشد مقدار بیشتری هم سیمان لازم است با چنین ترکیبی معمولاً مقاومت  28 روزه بین 20 تا 25 مگاپاسکال است.

اگر بتن در زیر آب ریخته شود باید تمام بتن‌ریزی را یکباره انجام داد. قطع بتن‌ریزی و دوباره شروع کردن آن مجاز نیست در بعضی موارد بتن‌ریزی چند ساعت طول می‌کشد و باید موادی که دارای تأثیر درگیرش سیمان هستند به مقدار مناسب به‌کار برد.

شمع ‌های حفاری شده

در این شمع‌ ها حفاری به وسیله دست یا ماشین‌آلات حفاری نظیر آنچه در عملیات شناسایی زمین و گمانه‌زنی به کار می‌رود انجام می‌گیرد و سپس درون چاه میل‌گرد گذاری و بتن‌ریزی می‌گردد. اگر زمین ریزشی باشد می‌توان با لوله‌گذاری مانع ریزش شد. به کمک استفاده از بعضی دستگاه‌های حفاری امکان قطور کردن نوک شمع ( پافیلی - پداستال) وجود دارد.

مزایای این شمع‌ ها عبارت است از:

1- طول شمع متناسب با زمین به سادگی قابل تغییر است.

2- خاک حفاری شده را می‌توان بررسی و یا نمونه‌گیری کرد و آزمایش‌های صحرایی را می‌توان در داخل چاه انجام داد.

3- با قطرهای بزرگ قابل اجرا است.

4- در خاک‌های رسی می‌توان قطر نوک شمع را حوالی 3 برابر قطر بدنه اجرا کرد.

5- مصالح شمع بستگی به شرایط حمل و نقل و کوبش ندارد.

6- با طول‌های بسیار بلند قابل اجرا هستند.

7- بدون سر و صدا یا ارتعاش قابل ملاحظه اجرا می‌شود.

8- خطر تغییر شکل خاک و تورم سطح زمین وجود ندارد.

 معایب آن به قرار زیر است:

1- اگر فشار جانبی زمین زیاد باشد مساله کوچک شدن مقطع قابل انتظار است.

2- بتن ریزی در شرایط مطلوب انجام نمی‌گیرد و کیفیت بتن قابل بررسی نیست.

3- وجود سفره آب زیرزمینی یا فشار آرتزین مشکل آفرین است.

4- در خاک‌های دانه‌ای نمی‌توان قطر نوک شمع را زیاد کرد.

5- به‌عنوان ستون در قسمت بالای سطح زمین به‌صورت یکپارچه قابل توسعه نیستند.

6- حفاری موجب سست شدن خاک است.

ریز شمع‌ها

شمع‌ هایی که قطرشان از 25 سانتی‌متر کوچکتر است در رده ویژه‌ای قرار دارند. ریزشمع‌ها به‌وسیله دستگاههای حفاری سبک (مانند دستگاههای حفاری ویژه تزریق یا کش‌های مهاری) اجرا می‌شوند. کاربرد آنها در پی‌های مشکل و تقویت پی ساختمانهای موجود که در خطر خرابی هستند، همچنین برای بارهای استثنایی ( کشش و فشار مایل و متناوب) و زمینهای دستخورده یا مغشوش می‌باشد این نوع شمع‌ها را شمع سوزنی هم می‌نامند.

حفاری آنها با دستگاه‌های دورانی صورت می‌گیرد. در داخل چاه حفر شده جوشن لازم را قرار داده و با ملات سیمان خوب پر می‌کنند به‌نحوی که آهن‌ها را خوب در برگیرد تا زنگ نزنند و نیروی وارده را هم به‌زمینهای اطراف منتقل کنند. جوشن‌ها ممکن است میل گردهای فولادی یا ریل‌های کهنه یا لوله‌های ضخیم تیرآهن باشد.

در مواردی که ملات سیمان باوزن خود پایین می‌رود و چاه را پر می‌کند طول شمع با استفاده از روابط متداول مربوط به‌اصطکاک بدنه شمع با زمین تعیین می‌شود.

اگر ملات سیمان به داخل چاه تزریق شود طول شمع را می‌توان نصف مقدار حاصل گرفت. تاب باربری این شمع‌ ها در حالت اول 15 تا 50 تن و در حالت دوم 150 تن است. معمولاً این شمع‌ ها می‌توانند بدون تفاوت هم نیروهای فشاری و هم نیروهای کششی را تحمل کنند. در جاهایی که شمع از لایه‌های سطحی شل ( نرم) می‌گذرد باید مقاومت آن را در برابر کمانش کنترل کرد.

گروه شمع

برای انتقال بار سازه به خاک، شمع‌ها در اغلب اوقات به صورت گروهی به کار گرفته می‌شوند. در بالای گروه شمع، یک کلاهک شمع به صورت یکپارچه احداث می‌شود که معمولاً در تماس با زمین است. وقتی که شمع‌ها نزدیک یکدیگر اجرا شوند، منطقی است فرض شود که تنش‌های انتقالی از طریق شمع‌ها به زمین، یکدیگر را پوشش می‌دهند. این مسئله می‌تواند باعث کاهش ظرفیت باربری شمع گردد.

به طور ایده‌آل، فاصله شمع‌ها در گروه شمع باید طوری انتخاب شود که ظرفیت باربری گروه شمع کمتر از مجموع ظرفیت‌های باربری تک‌تک شمع‌ها نشود، در عمل فاصله حداقل مرکز به مرکز شمع‌ها باید 2/5 برابر قطر شمع باشد که به طور معمول از فاصله 3 الی 3/5 برابر قطر استفاده می‌شود.

پایه‌های عمیق

پایه عمیق نوعی شمع بتنی با قطر بزرگ (بیش از 750 میلی‌متر)  است که برای اجرای آن ابتدا یک چاه در زمین حفر و سپس قفسه آرماتور به داخل آن هدایت شده و در آخر درون آن با بتن پر می‌شود. برای جلوگیری از ریزش جدار چاه، بسته به شرایط ممکن است از غلاف و یا سپر فلزی استفاده شود. قطر سوراخ پایه عمیق معمولاً آن‌قدر بزرگ است که فردی برای بازرسی بتواند داخل آن شود. پایه عمیق ممکن است با پداستال یا بدون آن باشد.

استفاده از پایه‌های عمیق معمولاً دارای مزایای زیر است:

1- یک پایه عمیق به تنهایی می‌تواند جایگزین چند شمع گردد و در نتیجه نیاز به استفاده از کلاهک شمع نیز وجود ندارد.

2- در نهشته‌های ماسه‌ای و شنی متراکم، استفاده از پایه‌های عمیق به مراتب آسان‌تر از شمع‌کوبی است.

3- در نتیجه ارتعاش حاصل از کوبش، شمع‌کوبی می‌تواند ساختمان‌های مجاور را به مخاطره اندازد. در حالی که در اجرای پایه‌های عمیق چنین خطری در میان نیست.

4- شمع‌ کوبی در زمین‌های رسی می‌تواند باعث تورم خاک و یا حرکت جانبی شمع‌های کوبیده شده از قبل گردد. پایه‌های عمیق چنین عوارضی در بر ندارد.

5- در هنگام اجرای پایه‌های عمیق هیچ‌گونه سر و صدا که در کوبیدن شمع تولید می‌شود وجود ندارد.

6- با توجه به اینکه امکان پهن کردن نوک پایه عمیق وجود دارد ( ایجاد کوره) ، پایه‌های عمیق می‌توانند مقاومت کششی قابل ملاحظه‌ای در مقابل نیروهای بلند کننده از خود نشان دهند.

7- در پایه‌های عمیق امکان بررسی چشمی وضعیت جداره‌ها و همچنین کف چاه که مقاومت نوک پایه را تأمین می‌نماید وجود دارد.

8- پایه‌های عمیق به علت قطر بزرگ‌تر، دارای مقاومت بیشتری در مقابل بارهای جانبی در مقایسه با شمع‌ها می‌باشند.

الوده‌های نیمه عمیق

این شالوه حدفاصل شالوده‌های سطحی و شالوده‌های عمیق می‌باشند برای اجرای آنها یک چاه در زمین حفر می‌گردد و سپس درون آن را با مصالح مناسب پر می‌کنند. عملکرد این شالوده‌ها مشابه شالوده‌های عمیق است زیرا بار را به یک لایه مناسب که در عمق متوسط قرار دارد منتقل می‌کند در این شالوده‌ها از اصطکاک جدار چاه و شالوده صرف‌نظر می‌گردد. این شالوده‌ها از بتن، بتن مسلح، سنگ، فولاد، مصالح بنایی و یا خاک ساخته می‌شوند.

شالوده‌های و یژه

این شالوده‌ها دارای انواع مختلفی هستند و هر یک مسائل خاصی دارند به نحوی که طراحی یا اجرای آنها با سایر شالوده‌ها تفاوت دارد. ستون‌های پیش پی‌بندی شده، تکیه‌گاه پایه پل‌های بزرگ و صندوقه‌ها را می‌توان جزء شالوده‌های ویژه در نظر گرفت. این شالوده‌ها معمولاً بتن و یا بتن مسلح می‌باشند. این شالوده‌ها در زیر ماشین‌آلات خاص اجرا می‌گردد. مهارها، ستون‌های بتنی، جداره تونل‌ها و سپرهای فلزی را نیز می‌توان جزء شالوده‌های ویژه نیز حساب کرد.

- شالوده و یژه جعبه‌ای توپر

این نوع شالوده در ماشین‌هایی که نیروی متناوب ناگهانی ایجاد می‌کنند و  همچنین ماشین‌های دورانی با سرعت کم، موتورهای رفت و برگشتی، کمپرسورها و دمنده‌های بزرگ، ژنراتورها و... استفاده می‌گردد. در این نوع شالوده‌ها نیاز به اینرسی و مقاومت بالا می‌باشد.

- شالوده ویژه جعبه‌ای توخالی

مانند شالوده جعبه‌ای توپر می‌باشند که درون آنها دارای حفرات است و اینرسی مورد نیاز به این طریق تأمین می‌گردد.

- شالوده و یژه دیواری

 که از یک جفت دیوار بتنی تشکیل شده است.

- شالوده ویژه قابی

که از ستون‌ها و عناصر نگهدارنده سازه بالای شالوده بر ستون‌ها تشکیل شده‌اند. این نوع شالوده در زیر ماشین‌های دورانی با سرعت زیاد استفاده می‌شود.

ستون‌های پیش پی‌بندی شده

این ستونها غالباً تاب باربری قابل ملاحظه‌ای دارند و بیشتر برای پی‌بندی مجدد پی‌های ضعیف بکار برده می‌شوند. از این پایه‌ها در پی سازی در دریاها بیشتر استفاده می‌شود. این ستون‌ها را به‌عنوان شالوده ویژه نام برده‌اند. این روش در ساختمان ابنیه‌ای که چند طبقه زیرزمین دارد استفاده می‌شود.

اساس روش این است که از سطح زمین بدون اجرای گودبرداری در یک مرحله تکیه‌گاه عمیق در داخل زمین و پایه‌های مربوط به سازه زیرزمین‌ها احداث می‌شوند با استفاده از این روش می‌توان ساختن بعضی از طبقات را به بعد موکول کرد. کاربرد این روش مزایای زیادی از حیث طول مدت اجرای کار و انعطاف‌پذیری در برنامه ساختمانی دارد از سوی دیگر نیازی نیست که دستگاه‌های حفاری به کف گود ساختمان پایین برده شوند.

صندوقه‌ها

شالوده‌های صندوقه‌ای در واقع شمع‌های بتنی درجا ریز می‌باشند که قطر آنها بزرگ‌تر از حدود 750 میلی  متراست و می‌توانند مسلح یا غیرمسلح ، با پداستال یا بدون آن باشند.

شالوده صندوقه‌ای، شالوده‌ای است که در یک محیطتر، نظیر رودخانه ، دریاچه و یا ساحل دریا اجرا می‌شود. برای اجرای شالوده صندوقه‌ای، یک سُفت توخالی و یا صندوقه در محل مورد نظر در زمین مستغرق می‌شود تا به لایه محکمی که قرار است شالوده در آن ساخته شود، برسد.

برای اینکه عمل فرو رفتن صندوقه در زمین‌های نرم آسان‌تر شود ، یک لبه برنده در قسمت تحتانی صندوقه تعبیه می‌گردد. پایه‌های کناری و میانی پلها، دیوارهای ساحلی و سازه‌های حفاظت ساحلی را می‌توان بر روی پایه‌های صندوقه‌ای قرار داد.

- صندوقه باز

صندوقه باز یک شافت بتنی است که بالا و پایین آن در حین اجرا باز باقی می‌ماند ابتدا صندوقه را که دارای لبه‌های تیز است در زمین فرو می‌برند سپس داخل صندوقه خاکبرداری و لجن‌برداری می‌شود. از این صندوقه‌ها در محلهای باتلاقی لجنی و ماسه‌روان استفاده می‌شود حجم خاکی که از این صندوقه‌ها خارج می‌کنند معمولاً بیش از حجم خارجی صندوقه است. دلیل این مسئله این است که کندن زمین در داخل صندوقه در وضع زمینهای مجاور تاثیر می‌کند.

در بعضی موارد صلاح در این است که در داخل صندوقه سطح آب بالاتر از سطح آب زیرزمینی نگاهداشته شود تا فشار اضافی آب مانع از رانش خاک پشت صندوقه به‌داخل آن گردد. در موارد دیگر سطح آب را پایین‌تر نگاه می‌دارند تا خاکها آسانتر به‌داخل صندوقه کشیده شود.

مشکلات پایین بردن این صندوقه بر دو نوع است :

1- هدایت صحیح صندوقه به پایین

2- اصطکاکهای جانبی

می‌توان با افزایش وزن صندوقه صاف و صیقلی کردن جدارهای خارجی صندوقه، تعبیه لبه بُرنده زیر صندوقه به گونه‌ای که اندکی خارج جدار کار کند، آبفشانی زیر چاقوهای صندوقه و به کارگیری بنتونیت بین صندوقه و زمین طبیعی این مشکلات را حل کرد.

پس از رسیدن صندوقه به لایه باربر، کف صندوقه با عملیات بتن‌ریزی در آب، آب‌بندی می‌شود. با گرفتن و سخت شدن بتن کف، آب درون صندوقه تخلیه شده و سپس داخل آن بتن‌ریزی می‌شود تا کاملاً پر شود.

اگر برای احداث شالوده از چند صندوقه استفاده شود باید اتصال آنها به‌یکدیگر را تامین کرد تا شالوده یکپارچه گردد برای این منظور بین هر صندوقه با صندوقه‌های مجاور فاصله‌ای در نظر می‌گیرند و در آخر کار به‌وسیله سپرها یا شمع‌ها اتصال را تامین می‌کنند.

- صندوقه ساخته شده با سپر فلزی

این نوع صندوقه در واقع صندوقه بازی می‌باشد که برای جانشین کردن خاک موجود با خاک بهتر و یا برای پر کردن داخل آن و یا برای ایجاد جدار نگهبان انعطاف‌پذیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این محوطه‌های دایره‌ای یا مستطیلی را در اصطلاح سبد سنگ یا فرازبند می‌نامند.

- صندوقه بسته یا جعبه‌ای

این صندوقه دارای کف می‌باشد. از این صندوقه‌ها بیشتر در دریاها، دریاچه‌ها و زمین‌های کاملاً شل برای ایجاد سکوهای نفتی و سازه‌های دیگر استفاده می‌شود. ابتدا صندوقه را در محل مورد نظر روی سطح قرار می‌دهند. سپس آن را با پر کردن داخل صندوقه از ماسه یا بتن یا آب در محل فرو می‌برند تا در مکان مورد نظر قرار گیرد سپس ابنیه فنی روی آن احداث می‌گردد. برای استفاده از این روش سطح لایه باربر باید تراز باشد، در غیر این صورت باید قبل از کارگذاری صندوقه آن را تراز کرد.

- صندوقه با هوای فشرده

 این صندوقه‌ها معمولاً برای اعماقی حدود 15 تا 40 متر به کار می‌برند. در این روش صندوقه‌ای که از طرف پایین باز است در محل قرار می‌دهند قسمت ورودی به‌لوله هوا متصل است که از طریق آن هوای فشرده وارد محل کار (صندوقه) می‌گردد.

این هوای فشرده مانع نفوذ آبها، لجن، خاکهاو... از کف صندوقه به داخل آن می‌گردد و کارگران می‌توانند عملیات مربوطه را در داخل صندوقه انجام دهند. چون داخل صندوقه هوای فشرده، فشار هوا بیش از فشار آب در محل کار می‌باشد از ورود آب به داخل صندوقه جلوگیری می‌کند و کارگران می‌توانند در خشکی داخل آن به عملیات حفاری و بتن‌ریزی مشغول شوند. ولی کار به‌دلیل فشار بالا برای کارگران مشکل می‌باشد.

چنانچه فشار هوا تا 100 کیلو نیوتن بر مترمربع بیش از فشار اتمسفر باشد مشکلی برای کارگران پیش نمی‌آید ولی اگر فشار بیش از این مقدار باشد در هنگام خروج کارگران یک مرحله بازیابی و کاهش فشار لازم است. در شرایطی که بخواهیم صندوقه را در آب پایین ببریم ابتدا صندوقه را تا سطح آب می‌برند سپس صندوقه را تحت هوای با فشار زیاد پر می‌کنند.