آب وآبشستگی پلها
- مرتضی علی پور
- ابنیه
چکیده
آبشستگی که به انگلیسی Hydrodynamic scour نام دارد پدیده ای است که همیشه موجودیت و پایداری پلها و ابنیه و سازهها را به خطر میاندازد برای در امان ماندن ابنیه از آبشستگی دقت در طراحی ابنیه و مسائل هیدرولوژیکی و هیدرولیکی ضروری میباشد تا عمر سازه را به حداکثر رساند ،عمق آبشستگی نیاز به مطالعه و مداقه و شناخت فراوان زیست محیطی و علم عمران دارد، در طول سالها پس از احداث ابنیه سازهها و ابنیه بر روی الگوی جریان و شدت آن تاثیر میگذارند و فرسایش ناشی از تنگ شدگی ،کاهش ناشی از مقطع جریان و فرسایش ناشی از ساخت سازه و ابنیه در مسیر جریان آب و انحراف جریان آب و تنش های هیرولیکی مبباشد.
یکی از روشهای مهار فرسایش قرار دادن پی یا فونداسیون در تراز پایینتر از عمق گودالهای فرسایشی میباشد که در هنگام طراحی سازهها باید به آن توجه ویژهای داشت و همچنین ایجاد پوششهای حفاظتی بتنی و سنگی گرداگرد پایهها نیز کمک شایانی به مهار فرسایش پایه های پلها دارد.
آبشستگی (Hydrodynamic scour) پدیده ای است که در اثر عبور جریان سیال به خصوص آب در مرزهای تماس با دیگر اجسام در سازههای هیدرولیکی بوقوع میپیوندد.
آبشستگی موجودیت پل ،دیوار و حتی سایر ابنیه را به خطر میاندازد چرا که مقاومت و پایداری پل به خطر افتاده ،محتمل است در طراحی ابنیه مسائل هیدرولوژیکی و هیدرولیکی به صورت کامل در نظر گرفته نشده و فوندا سیون برای یک عمق آبشستگی مناسب طراحی نگردیده همین امر باعث خالی شدن بیش از حد خاک اطراف پی دیوار و ابنیه شده تا اندازه ای که جریان آب به عمق فونداسیون نفوذ کرده و در طی سالها باعث تخریب و اضمحلال ابنیه میگردد. ممکن است در سالهای طراحی واحداث ابنیه عمق بستر در محل پل تقریباً یکنواخت بوده است و پس از احداث به علت وجود کولهها جریان در برخی از دهانهها بیشتر شده و بستر آب پایینتررفته است.
عمق آبشستگی
برای تعیین عمق آبشستگی در مجاورت دیوارها، پایه ها و کوله ها نیاز به شناخت کافی از این پدیده و انواع مختلف آن میباشد تا با توجه به اطلاعات موجود روش مناسب برای تخمین عمق فرسایش مشخص گردد.عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه و یا دیوار برابر با مجموع عمقهای فرسایشی ناشی از آب شستگی عمومی،تنگ شدگی و موضعی میباشد تخمین عمق آب شستگی عمومی کار ساده ای نیست زیرا این نوع فرسایش بر اثر سیلاب به وجود میآید و میزان آن به شدت و بزرگی سیلاب منطقه بستگی دارد و از آنجا که آمار دقیق جریان و دبی سیلابهای سالیان پیش وپس از احداث ابنیه در دسترس نمیباشد پس نمیتوان تخمین درستی از عمق آبشستگی عمومی در دسترس داشت. (بررسی مسئله آب شستگی و نحوه جلوگیری از آن در اطراف پلهای مستطیل شکل ؛”دکتر امیررضا زراتی دی ماه ۷۵)
رفتار نگاری آبشستگی
فرسایش کلیه اطراف پایهها کولههای یک پل عبارت است از مجموع ۳ مورد آب شستگی عمومی، آب شستگی تنگ شدگی و آب شستگی موضعی
انواع فرسایش
فرسایش تنگ شدگی
وجود سازهها یا موانع در آبراههها یا بستر سیلابی رودخانه بر روی الگوی جریان و شدت آن تاثیرگذار است که به نوبه خود مورفولوژی (شکل سیستمی رودخانه) ،هندسه موضعی کانال و رابطه بین تراز آب و دبی را تغییر میدهد علاوه بر تاثیر گذاشتن بر روی فرسایش عمومی وجود سازهها یا موانع در بالا دست باعث توسعه فرسایش در فواصل کم و در پایین دست باعث تغییر شدید پروفیل جریان مقادیر سرعتها میشود.
ایجاد مانع در بستر سیلابی با زهکشی طبیعی مداخله کرده و جریان را از سیلاب دشتها به آبراهه اصلی رودخانه منحرف میسازد که موجب ازدیاد در شدت دبی در آبراهه اصلی میشود این ازدیاد شدت دبی که توسط پایههای پل نیز افزایش مییابد عمق آب شستگی و افت هد در دهانه پل را افزایش میدهد.
فرسایش در محل تنگ شدگی جریان
برای کاهش هزینههای احداث پلها معمولاً مجموعه دهانه های پل کوچکتر از عرض رودخانه در نظر گرفته میشود این مسئله باعث کاهش سطح مقطع جریان و حتی مسدود شدن سیلاب دشتها میشود اگر بستر رودخانه قابل فرسایش باشد تجمع جریان در محل تنگ شدگی باعث افزایش عمق جریان بر اثر فرسایش میشود. منشا اصلی وقوع فرسایش موضعی در اطراف پایههای پلها و دیوارها تشکیل گرداب نعل اسبی میباشد
فرسایش ناشی از کاهش مقطع جریان
در نتیجه احداث پایههای پلها و احداث دستکهای جانبی تجمع رسوبات در دهانه پلها و انجام گرفتن برخی اقدامات ساماندهی و موارد دیگرباعث میشود مقطع رودخانه کاهش یابد و این امر موجب افزایش سرعت جریان و به تبع آن تشدید حمل رسوب در محدوده پایهها و افت بیشتر تراز بستر میشود و وقتی درصد رسوبات جریان بالا رود چگالی جریان حدوداً 5/2 برابر میشود و باعث افزایش مومنتم و توان تخریب بالاتری میشود (راهنمای تعیین عمق فرسایش و روشهای مقابله با آن در محدوده پایه های پل ؛” نشریه ش260)
چاله های فرسایشی
از عوامل موثر در ایجاد چالههای فرسایشی در اطراف پایههای پلها و دیوارها میتوان به
عمق جریان در بالا دست
سرعت جریان در پایین دست
زاویه برخورد جریان با پایهها
جریان گل و لای و چگالی آن اشاره کرد
بررسی مبانی و مکانیسم فرسایش در محدوده پایه پلها
عامل اصلی وقوع فرسایش در محدوده پایههای پل انحراف خطوط جریان و افزایش تنشهای هیدرولیکی ناشی از آن است انتقال مواد رسوبی موجود در بستر رودخانه و میراب در اثر تنش برشی حاصل از جریان آب منجر به وقوع فرسایشهای عمومی و موضعی میشود ودر محدوده پایههای پل و دیوارها انحراف و تمرکز خطوط جریان مناطق سرعت بالا ایجاد میشود و وقوع فرسایش موضعی وسبب تشکیل چاله فرسایشی میشود. (بررسی مسئله آب شستگی و نحوه جلوگیری از آن در اطراف پلهای مستطیل شکل ؛”دکتر امیررضا زراتی دی ماه ۷۵)
روشهای مهار فرسایش پایه پلها وتوصیه ها
قرار دادن پی فونداسیون در تراز پایین تر از عمق گودال فرسایشی که میبایست در هنگام طراحی به عمق جریان آب بستر و مکانیک سیالات توجه ویژهای داشت
کاهش قدرت گرداب ایجاد شده در اطراف پایهها
ایجاد پوشش حفاظتی سنگچین در اطراف پایه ها همچون طوق
در بسیاری از موارد به لحاظ اجتناب از تبعات حاصل از تخریب پل روش قرار دادن فونداسیون در تراز پایینتر از عمق گودال فرسایشی ترجیح داده میشود ولیکن به دلیل تغییرات جوی در دهههای اخیر و بارشهای سیل آسا از روشهایی که در حال حاضر میتوان برای پایه و دیوارهای پل انجام داد روش ایجاد پوشش حفاظتی سنگچین (ژاکت )در اطراف پایهها و استرند کوله ها میباشد استفاده از طوق گرداگرد برای دور ساختن گرداب فعال اطراف پایهها از دیگر روشهای مرسوم در حفاظت پایههای پل در مقابل فرسایش موضعی میباشد. (راهنمای تعیین عمق فرسایش و روشهای مقابله با آن در محدوده پایه های پل ؛”نشریه ش 260)
منابع
بررسی مسئله آب شستگی و نحوه جلوگیری از آن در اطراف پلهای مستطیل شکل دکتر امیررضا زراتی دی ماه ۷۵
تاثیر فاصله پایههای پل بر عمق آب شستگی پایه پل دکتر جواد فرهودی مهندس محمد حسین ناصری
راهنمای تعیین عمق فرسایش و روشهای مقابله با آن در محدوده پایههای پل نشریه شماره 260