بخشی از مقاله
چکیده
هنگامی که سازه ها درون یک رودخانه یا محیط ساحلی قرار میگیرند، تغییراتی را درالگوی جریان به وجود می آورند که این تغییرات معمولاً باعث افزایش ظرفیت انتقال رسوب در محیط آبی شده و در نهایت منجر به ایجاد پدیده آبشستگی خواهند شد. بحث آبشستگی هر چند قدمتی طولانی در علم هیدرولیک دارد، لیکن به دلیل شرایط و پیچیدگی های خاص آن و همچنین به دلیل نبودن رابطه ای مناسب که پاسخگوی تمامی شرایط باشد، همچنان مورد توجه خاص محققین علم هیدرولیک است. از این رو مطالعات بسیاری برای تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها صورت گرفته است که نتیجه آن ارائه روابط مختلفی برای ارزیابی عمق آبشستگی بوده است. بنابراین جای تعجب ندارد که روابط مختلف تخمین عمق آبشستگی مقادیر متفاوتی را بدست می دهند. عوامل تاثیر گذار بر عمق آبشستگی عبارتند از خصوصیات جریان، رسوبات بستر، ابعاد هندسی پل و ابعاد فونداسیون. در این مقاله روش های موجود برای تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها و روش های حفاظت آنها در برابر آبشستگی را بررسی شده است.
کلمات کلیدی: آبشستگی، الگوی جریان، پایه ها، کوله ها، روش های حفاظت.
مقدمه
امروزه مسئله آبشستگی یکی از مسائل مهم در علم مهندسی رودخانه و مهندسی سواحل می باشد، بطوریکه اکثر تخریب پل ها در اثر وجود این پدیده به وقوع می پیوندند. پایه های پل از جمله سازه هایی هستند که تحت تاثیر آبشستگی قرار می گیرند. تقریباً 600000 پل در ایالات متحده وجود دارند و 500000 از آنها روی آب واقع شده اند. در طی سالهای گذشته بیش از 1000 پل از این تعداد تخریب شده اند و 60% این تخریب ها به علت آبشستگی بوده است در حالیکه فقط 2% در اثر زمین لرزه ها بوده است. هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه این سازه ها تقریباً 30 میلیون دلار برآورد شده است. تعیین عمق آبشستگی از این جهت دارای اهمیت می باشد که اولاً بیانگر میزان پتانسیل تخریب جریان در اطراف سازه بوده و ثانیاً در طراحی ابعاد فونداسیون سازه هایی که در مسیر جریان قرار دارند نقش بسیار مهمی را ایفا می کند.
تعیین رابطه میان پارامترهای موثر بر عمق آبشستگی با حداکثر عمق آبشستگی و یافتن تابع حاکم بر آنها از موضوعات مهم در مهندسی هیدرولیک است که در آن سعی می شود رابطه ای ریاضی میان عمق آبشستگی به عنوان متغیر وابسته و پارامترهای موثر بر این پدیده بدست آید. در نتیجه معادلات بسیاری برای پی بینی عمق آبشستگی وجود دارد - Melville and Sutherland . - 1988; Richardson et al. 1993 ; Breusers et al. 1977 از این جمله می توان به ] دیویس - Davis 1984 - ،لگس و همکاران - Lagasse et al. 1988 - ، ریچاردسون و همکاران [ - Richardson et al. 1988 - اشاره کرد. در چهار دهه اخیر روش های مختلفی توسط محققین برای حفاظت از آبشستگی محلی سازه ها ارائه شده است ]چابرت و انگلدینگر - Chabert and Engeldinger 1956 - ، شن و همکاران - - Shen et al. 1956، ملویل و رادکیوی - Melville and Raudkivi 1977 - ، اتما - Ettema 1980 - و چیو .[ - Chiew 1984 -
تحقیقات پیشین آبشستگی بطور عمده بر آبشستگی اطراف پایه ها با سطح مقطع عمودی پیوسته متمرکز بودند و اثر ابعاد فونداسیون را در نظر نمی گرفتند. محققین بسیاری Shen et al. 1966 اثبات کردند که ابعاد فونداسیون تاثیر قابل توجهی بر آبشستگی دارد تنهاروشی برای تخمین عمق آبشستگی برای پایه های با فونداسیون ارائه کرد. این روش را برای تعدادکمی از پایه ها بررسی کردند و تاثیر کامل گسترش بالادست بررسی نشده است. در این مقاله جدیدترین روش های تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها ارائه شده است. همچنین انواع روش های موجود برای حفاظت از پایه ها و کوله ها در برابر آبشستگی بررسی شده اند.
تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها
در این بخش کلیه روایط تجربی برای تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها آورده شده است. جدیدترین روابط تجربی تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه ها در جدول 1 و روابط مربوط به تخمین عمق آبشستگی اطراف کوله ها در جدول 2 آورده شده است.
روش های حفاظت از پایه ها در برابر آبشستگی
مسئله کاهش آبشستگی اطراف پایه ها توجه زیادی را در گذشته به خود معطوف کرده است. تکنیک ها، روش های اندازه گیری و اقدامات عملی بسیاری برای مقابله با آبشستگی اطراف پایه پل ها و کوله ها وجود دارند. روش های مقابله با آبشستگی به دو گروه کلی روش های مسلح کردن بستر و روش های مقابله با جریان تقسیم می شوند. ایده اصلی روش مسلح کردن بستر شامل اضافه کردن لایه جدید به بستر به عنوان یک لایه مقاوم در برابر تنش برشی است که در نتیجه حفاظت بیشتری از مواد فرسایش پذیر لایه های زیرین صورت می گیرد. در مقابل، روش مقابله با جریان همانطور که از نامش پیداست سعی در تغییر رژیم جریان با استفاده از خاکریزها، دیوارهای موازی سولارها و ... دارند که منجر به کاهش آبشستگی اطراف پایه ها و کوله ها می شوند. بررسی جامعی پیرامون روش های مختلف مقابله با آبشستگی در مقاله لاگاس و همکاران - Lagasse et al. 2007 - و بارکدول و همکاران - Barkdoll et al. 2007 - به ترتیب برای پایه پل ها و کوله ها آورده شده است.
رایج ترین روش های مقابله با آبشستگی عبارتند از: Ripraps، cable-tied blocks، grout field bags، mattresses، concrete aprons و .... بررسی گسترده ای از آزمایش ها، مطالعات مدل و تست های آزمایشگاهی برای بررسی اثر استفاده از Riprap برای مقابله با آبشستگی در مطالعه پارکر و همکاران - Parker et al. 1998 - آورده شده است.انواع روش های مقابله با جریان شامل استفاده از submerged vane توسط ادگارد و وانگ - Odggard and Wang 19987 - ، Sacrificial sill توسط چیو و لیم - Chiew and Lim 2003 - ، Collars and slots توسط کومار و همکاران و زراتی و همکاران - Kumar et al. 1999; Zarrati et al. 2006 - ، parallel wall توسط لی و همکاران - Li et al. 2006 - ارائه شده است . شکل - 1 - روش استفاده از collar که توسط زراتی و همکاران - Zarrati et al. 2006 - ارائه شده است، را نشان می دهد. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده است collar - با شکل مدور - منجر به تقسیم جریان به دو
