بخشی از مقاله
تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي تاسیسات و سازه هاي آبی از قبیل تصفیه خانه آب
(با مطالعه موردي تصفیه خانه تهرانپارس)
چکیده:
نگهداري و بهسازي در تاسیسات مختلف از اهمیت ویژه اي برخوردار است ولی در تاسیسات آبی و شریان هاي حیاتی از اهمیت بیشتري برخوردار است. ولی این اهمیت براي شهري مثل تهران با وسعت حدود بیش از 1000 کیلومتر مربع و جمعیتی بالاي 10 میلیون نفر در جوار رشته کوههاي البرز بیش از پیش می باشد. بدلیل قرار گرفتن این شهر روي گسل هاي متعدد و با توجه به سوابق تاریخی موجود در خصوص لرزه خیزي تهران و حوادث مختلفی که ناشی از بروز زمین لرزه، بوقوع پیوسته است، این شهر همیشه در معرض بروز زمین لرزه قرار دارد. در این مقاله ضمن تشریح وضعیت کنونی قسمتهاي مختلف تصفیه خانه و تاسیسات آب شرب شهر تهران با مطالعه موردي تصفیه خانه تهرانپارس، مقدار آسیب پذیري این تاسیسات در زلزله تشریح می گردد. ضمنا اقدامات مورد نیاز در جهت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي این تصفیه خانه نیز ارائه می شود. در خصوص کاهش و یا جلوگیري از آسیب دیدگی آن حین بروز مشکل و یا در اثر مرور زمان و بروز خرابی بیان می گردد.
کلمات کلیدي: تعمیرات پیشگیرانه و بهسازي، تاسیسات آبی، مخازن بتنی، آب شرب،
-1 مقدمه:
اهمیت آب و نقش آن در حیات موجودات زنده بر هیچکس پوشیده نیست، اکثر مردم اثرات بی آبی را بعد از گذشت
36 ساعت احساس می کنند، بدن انسان گرسنگی را بیشتر از تشنگی تحمل می کند و حتی با آب می توان مدتها مسئله احساس گرسنگی شدید را به تعویق انداخت.
زمین لرزه ممکن است سبب خسارات شدیدي به تاسیسات آبی یک شهر وارد نماید. آمار و گزارشات متعددي از سراسر دنیا در خصوص حصول خسارات شدید ناشی از بروز حوادث روي خطوط حیاتی (Lifelines) تاسیسات مختلف منجمله تاسیسات آب و گاز و برق و مخابرات بعد از وقوع یک زمین لرزه با شدت بالا وجود دارد.
چنین گزارشاتی از زمان وقوع زمین لرزه سال 1906 در سانفرانسیسکوي آمریکا تاکنون در دسترس می باشد. در این زمین لرزه خسارات شدیدي به تاسیسات تصفیه آب و خطوط لوله انتقال شهر وارد گردید. که باعث عدم تامین آب شرب شهر و اتش سوزي هاي متعدددر سطح شهر بعد از وقوع زمین لرزه شد. در حقیقت در اثر قرار گرفتن شهر سانفرانسیسکو در یک منطقه با شدت زمین لرزه بالا، آتش سوزي عامل اصلی تخریب بوده است.
در گزارش دیگري موضوع زمین لرزه بزرگ شهر مکزیکوسیتی در سپتامبر سال 1985 مطرح شده است در این زمین لرزه که منجر به جا به جایی وسیعی از اراضی شده است. که ضمن تخریب مخازن آب شرب و تصفیه خانه تخریب، خطوط اصلی لوله آب شرب نیز دچار شکستگی شد و در نتیجه آن بیش از 4 میلیون نفر بمدت سه هفته فاقد آب آشامیدنی بوده اند.
در سال 1994 در زمین لرزه Northridge کالیفرنیا نیز تاسیات تهیه آب شرب از جمله تاسیسات تصفیه و خطوط لوله اصلی انتقال و توزیع آب بدلیل تخریب دائمی زمین دچار شکستگی شدند.
در سال 1995 در زمین لرزه شهر کوبه ژاپن در مخازن نگهداري ، حوضچه هاي تصفیه و شبکه توزیع آب شهر به دلیل تخریب زمین و تکان زیرزمین و نیز بالا رفتن رطوبت در چاله هایی که در نزدیک خلیج به طور مصنوعی پر شده بود بیش از 2000 مورد شکستگی تخریب، تعمیر و بازسازي مخازن نگهداري آب، لوله ها و تاسیسات آب شرب شهر گزارش شده است.
-2 اهمیت تاسیسات آبی تهران:
با توجه به مطالب گفته شده اهمیت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي و تقویت تاسیسات آب شرب شهر تهران بیش از پیش آشکار می گردد. البته شایان ذکر است که تاسیسات تصفیه و جمع آوري فاضلاب نیز در کلان شهرهائی نظیر تهران در مواقع بروز زلزله بسیار مشکل ساز می باشند ولی با وجود به دلیل عدم تکمیل پروژه شبکه جمع آوري و تصفیه خانه فاضلاب تهران در این مقاله به این موضوع پرداخته نمی شود.
-3وضعیت کنونی تصفیه خانه تهرانپارس از لحاظ تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي:
تصفیه خانه هاي سوم و چهارم تهرانپارس در شمال شرقی تهران و با ظرفیت تصفیه 10000 لیتر آب در ثانیه بخش عمده آب شرق تهران را تامین می نمایند. فرایند تصفیه این تصفیه خانه ها از نوع متعارف و به همین لحاظ داراي حوضچه هاي مختلف بتی در طول فرایند می باشند که اکثرا مدفون و در بعضی نقاط پوشش دار اجرا گردیده اند.به طور کلی در هر تصفیه خانه از این دو حدود 20 مخزن ، حوضچه و لاگون بتنی موجود می باشد.
عمق متوسط این مخازن 3 تا 4 متر و همگی داراي متوسط عمر 20 تا30 سال می باشند. اکثر این مخازن دچار خورگی بتن، بیرون پریدگی بتن، ترکهاي عمیق شده اند و در مقاطع زمانی مختلف مورد تعمیرات دوره اي مختصري قرار گرفته اند که البته شایان ذکر است که هیچ گونه تعمیرات دوره اي و پیشگیرانه اي تهیه و اجرا نشده است. مخازن اصلی ذخیره آب نیز که به صورت پوشش دار اجرا شده است بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند ولی با وجود سقف مخازن به دلیل عدم پوشش و پاستر دهی مناسب دچار اسیب گشته است.
در ادامه ضمن تشریح قسمت هاي یاد شده روشهاي پیشنهادي جهت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي و ترمیم آسیب هاي وارده به تصفیه خانه تهرانپارس تشریح می گردد.
جدول 2 تشریح وضعیت موجود مخازن تصفیه خانه تهرانپارس
نوع مخازن عمق مواد داخل عمر پوشش و جنس میزان وضعیت تعمیرات پیشگیرانه
مخزن مخزن مخازن مخازن مخازن فرسودگی و مقاوم سازي
نگهداري 3 تا 4 آب خام یا 20 تا30 بتن بدون پوشش در وضعیت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي
متر تصفیه شده سال مطلوبیقرار دارند مناسبی صورت نگرفته است
فرایندي 3 متر مواد شیمیایی 20 سال بتن گاها با پوشش دچارخوردگیها در چند محله پوشش و درزگیري
یا مخلوط آب یا فلزي شدید شده اند. شده اند
دروضعیت موردتعمیراتپیشگیرانه و مقاوم
اختلاط 2/5 آب 20 سال بتنی بدون پوشش نامناسبی قرار
سازي قرار گرفته است
دارند
خارج از خط 2تا3متر خالی 25 سال بتنی فرسوده نشده
بستر صافی 2 متر بستر شنی و 15 سال بتنی مناسب آستر کشی شده
آب
مجراهاي زیر انواع تجیزات و
زمینی دست 4 متر 25 سال بتنی دچار اسیب شده نشده
رسی گاها آب
محل پمپ 4تا5متر پمپ و ملزمات 25 سال بتنی با پوشش آب مناسب مورد تعمیر و تعمیرات پیشگیرانه و
آن بند مقاوم سازي کلی قرار گرفته
محل نگهداري 3 متر انواع تجهیزات 25 سال بتنی مناسب نشده
تجهیزات تصفیه آب
-تشریح ساختمان حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب :
حوضچه هاي بتنی تصفیه و نگهدار ي آب تصفیه خانه تهرانپارس بطور کلی از بخشهاي زیر تشکیل می شوند:
الف- مخزن نگه دارندهآب :
که به دو شکل ظرف مکعب مستطیلی شکل ، ظرف استوانه اي شکل وجود دارد. با توجه به حجم مخزن و توانایی هاي اجرائی و تجارب موجود در این زمینه شکل ظرف مشخص می گردد. براي موارد مذکور ظرف نگه دارنده آب
بصورت استوانه اي شکل به دو مخروط ناقص در بالا و پایین د رنظر گرفته می شود.
-مولفه هاي نیروي زلزله وارد بر حوضچه بتنی:
بطور کلی هر سازه اي که به زمین اتکا داشته باشد حین زلزله تحت اثر شش مولفه حرکت زمین قرار می گیرد ، که شامل دو مولفه جانبی ، یک مولفه قائم و سه مولفه پیچشی حول محور هاي مختصات سازه می باشد. مولفه افقی شتاب زمین با عث اعمال فشار هیدرودینامیکی به حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب می شود . این فشارشامل فشارهاي ضربه اي و فشار هاي نوسانی می باشد. فشار هاي ضربه اي که در اثر ارتعاش حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب رخ می دهد و پریودي برابر با پریود ارتعاش حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب دارد. در صورتی که فشار هاي نوسانی از انتقال ارتعاشات ضربه اي به سیال ایجاد گشته بصورت امواج سطحی در سیال ظاهر می شوند. فشار هاي هیدرو دینامیکی ایجاد شده در اثر تحریکات زلزله سبب ایجاد نیروهاي برشی و لنگر خمشی و در نتیجه تنشهاي حلقوي فشاري و کششی و تنشهاي برشی قابل توجهی در پوسته حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب می شود که در صورت نداشتن براورد مناسبی ازآنها در طراحی حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب می تواند حوادث غیر قابل جبرانی به دنبال داشته باشد. اطمینان یافتن از عملکرد درست این سازه ها در زمان زلزله به لحاظ پیچیدگی رفتاري آنها به مطالعات بیشتري نیاز دارد. این پیچیدگی از یک سو و از سوي دیگر لزوم درك اندرکنش حوضچه بتنی نگهداري آب در زمان بارگذاري و طراحی سازه تحت تحریک دینامیکی در سازه نیاز به ارائه روشهاي ساده در آیین نامه ها دو چندان می کند.
-بررسی آیین نامه هاي موجود جهت طراحی مخازن آب:
حوضچه هاي بتنی و تاسیسات آبی، آسیب هاي زیاد ي در حین زلزله به آنها وارد می شود . در تصفیه خانه ها نیز که بسیاري از تجهیزاتن مکانیکی بارهاي مداوم مکانیکی به سازه ها وارد می آورند تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي آنها در برابر بارهاي دینامیکی زلزله و سایر تجهیزات بسیار ضروري است ، چرا که بدلیل عدم توجه به این مسائل است در خیلی از نقاط تصفیه خانه که حتما باید از ضربه گیر استفاده شود استفاده نشده و آسیب هاي جدي به سازه وارد کرده و باربري آن را در مقابل زلزله نیز کاهش می دهد. لذا درحین وقوع زلزله این سازه ها دچار خرابی هاي بزرگ و کوچک می شوند. طراحی لرزه اي بسیاري از مخازن و حوضچه هاي بتنی بر پایه آیین نامه هاي معتبري همچون ΑWWA,SWA ،IBC,UBC و استاندارد ایران صورت می پذیرد. ولی در زلزله هاي بوقوع پیوسته ازجمله زلزله بم آسیب هاي جدي به منابع آب وارد گردید که بیانگر آن است که ضوابط آیین نامه هاي فوق الذکر براي در نظر گرفتن ایمنی و بهره برداري از این سازه ها کافی نبوده است. مدلهاي ساده شده حوضچه هاي بتنیو تاسیسات آبی در آیین نامه هاي UBC,API,AWWA با استفاده از مدلهاي تک جرمی، مدل دوجرمی هاوسنر طراحی می شوند. آیین نامهAWWA براي محاسبه برش پایه حوضچه هاي بتنی مرتفع و سطحی و تاسیسات آبی زیر سطحی مدلی ساده و تک جرمی و براي محاسبه لنگر پاي مخزن هوائی و سطحی دو جرمی بر گرفته از روش هاوسنر را توصیه کرده است.
روش هاي تحلیل حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب:
تحلیل حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب را توسط تحلیل طیفی انجام می دهیم.طیف آیین نامه
ایران به حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب وارد و عملکرد حوضچه هاي بتنی و تاسیسات آبی تحت این بار دینامیکی بررسی می گردد. مشاهده می شود که بیشترین تغییر شکل جانبی در محل اتصال مخزن و پایه است که این حالت یک حالت بحرانی است. در حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب پیوسته بتنی، بیشترین تغییر شکل درمحل حوضچه هاي بتنی است که نسبت به حالا ت قبل، داراي عملکرد مناسب تري است.
- رفتار لرزه اي حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب
براي پی بردن به مکانیزم خرابی حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب و جلوگیري از خرابی ها و آسیب هاي ناشی از زلزله بررسی رفتار لرزه اي آنها ضروري می باشد. لذا مدلسازي و در نظر گرفتن وضعیت کنونی آنها ازجمله ترکها ودرزهاي ایجاد شده بر روي آنها و خوردگی بتن از اهمیت خاصی برخوردار است.
- ترك در مخازن آبی:
ترك ها ئی که در سازه هاي آبی رخ می بهدهد می تواند یکی از اشکال و عوامل زیر باشد :
-ترکهاي افقی محیطی بر اثر لنگر خشمی در مقاطعی از پایه و دیواره هاي بتنی که به پی نزدیکتر و لنگر خمشی در آنها بیشتر است رخ می دهد. در مصالحی که مقاومت کششی کمی دارند ترکهاي خشمی به دلیل ترکیب تنش هاي خمشی و برشی بصورت قطري دیده می شوند.
- ترکهاي محیطی قطري که بر اثر پاسخ پیچشی سازه یا لنگر خمشی و نیروي برشی و یا ترکیب آنها بوجود می آیند. ترکیب تنشهاي بدست آمده از لنگر پیچشی و لنگر خمشی باعث می شود که شیب گسیختگی نسبت به محور افقی کمتر شود.
- ترکهاي قائم که بر اثر نیروهاي فشاري زیادي که هنگام زلزله به پایه وارد می شود ایجاد می گردند.
-رفتار پیچشی حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب:
حوضچه هاي بتنی و تاسیسات آبی بطور معمول داراي محور تقارن طولی در مرکز هندسی سازه بوده و مرکز سختی و جرم آنها برروي هم واقع است. ولی به دلیل وجود تاسیسات جانبی همچون نردبان ، راه پله و لوله هاي تاسیساتی ، نوسان مایع در زمان زلزله و ناهماهنگی هایی که در ساخت رخ می دهد باعث پدید آمدن خروج از مرکزیت اتفاقی بین مرکز سختی و مرکز جرم سازه می شود . بسیاري از حوضچه هاي بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب در زلزله هاي گذشته بدون اینکه تغییر مکان جانبی زیادي داشته باشند، در راستاي قائم دچار تخریب و فرو ریختگی شده اند ولی آنچه از خرابی بر جاي می ماندگواه آن است که تغییر مکان پیچشی زیادي از خود نشان داده اند. در سازه هايُکه
دچار پیچششوند می یک طرف سازه تغییر مکان بیشتري از طرف دیگر در راستاي در جه آزادي انتقالی پیدا می کند.
-بهسازي و تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازي لرزه اي سازه بتنی تاسیسات تصفیه و نگهداري آب:
تقویت و بهسازي تاسیسات تصفیه و نگهداري آب تصفیه خانه ها از جمله تصفیه خانه آب تهرانپارس که تمام حوضچه هاي آن بتنی می باشند، یکی از روشهائی است که می توان جهت کاهش تلفات انسانی و مالی در هنگام وقوع زلزله انجام داد.
