بخشی از مقاله
چکیده
پل ها از جمله مهمترین و پرکاربردین ساز هایی هستند که از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته اند . تجربه طولانی مدت احداث پل بر روی رودخانه ها مهندسان را در دهه های گذشته به این نتیجه رسانده است که در طراحی پل ها فقط در نظر داشتن مسائل سازه ای، زمین شناسی، موقعیت راه و پتانسیل ترافیک کافی نمی باشد بلکه باید اثر جریان آب را نیز مورد توجه قرار داد تخریب و آسیب دیدگی پل بزرگ و کوچک در نقاط مختلف کشورمان در چند سال اخیر به علت وقوع سیل های مکرر، خود گویای این مطلب است که علی رغم برخوداری از دانش فنی مناسب جامعه مهندسی کشور در طراحی سازه ای پل ها، جنبه های هیدرولیکی را آنچنان مدنظر قرار نداده ، در ایران طبق آمار نشان داده شده مشکل آبشستگی موضعی در پایه پل ها عامل اصلی تخریب آنها می باشد.
تحقیقات انجام شده در هشت منطقه و استان کشور نشان می دهد که 42 درصد از پل ها دچار آبشستگی شده انده همچنین نتایج آمار به دست آمده نشان می دهد که از تعداد کل پل ها که نیاز به مرمت و تعمیر دارند 57 درصد آنها به جهت آبشستگی نیاز به تعمیرات دارند . در این تحقیق به مسئله آبشستگی پل های اداره کل راه آهن لرستان و روش های مقابله با این پدیده پرداخته شده شده است .
1 -مقدمه
پل ها از جمله مهمترین و پرکاربردین ساز هایی هستند که از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته اند . تجربه طولانی مدت احداث پل بر روی رودخانه ها مهندسان را در دهه های گذشته به این نتیجه رسانده است که در طراحی پل ها فقط در نظر داشتن مسائل سازه ای، زمین شناسی، موقعیت راه و پتانسیل ترافیک کافی نمی باشد بلکه باید اثر جریان آب را نیز مورد توجه قرار داد . دیدن پل هایی که بر روی رودخانه فصلی احداث شده اند - به هنگام خشک بودن رودخانه - نشان دهنده تغییرات خاصی در اطراف پایه های پل می باشد . در اطراف این پایه هااولاً شکل بستر وثانیاً دانه بندی مصالح کف رودخانه تغییر پیدا کرده است .
اگرچه این موضوع در اول چندان مهم به نظر نمی آید، اما با اندکی تحلیل مهندسی می توان پی برد که این پدیده چه اثرات ویرانگری بر سازه خواهد داشت در مورد اهمیت موضوع ذکر این نکته کافی است که بسیاری از پل ها در جهان به علت آبشستگی آسیب دیده و یا ویران شده اند و هر ساله مبالغ هنگفتی صرف هزینه ساخت مجدد پل و یا ترمیم آنها می گردد . فرسایش ممکن است در ساحل کناری رودها رخ دهد که این فرسایش باعث تغییر مسیر جریان می شود . با توجه به اهمیت موضوع لازم است علاوه بر جمع آوری اطلاعات و آمار لازم در مورد رودخانه ها، تحقیقات وسیعی نیز در این راستا انجام گیرد و قسمتی از بودجه ای را که صرف بازسازی آنها می شود به تحقیقات و در نهایت پیشگیری از خسارات سازه ای و زیست محیطی ناشی از آبشستگی اختصاص داد.
مسئله فرسایش، طبیعت بسیار پیچیده ای دارد از آنجایی که وقوع سیلاب های مخرب امری قابل پیشگیری نیست، لذا آبشستگی اطراف پایه های پل اجتناب ناپذیر است و احتمال فروریختن پل ها در صورتی که برای محافظت و کاهش میزان آبشستگی پیرامون پایه ها طرحی اندیشده نشده باشد حتمی است . اما این مسئله زمانی بحرانی تر می شود، که پلها درست در زمانی تخریب می شوند - مثلاً مواقع سیلابی - که ما بیشترین احتیاج را به راه های دسترسی جهت کمک به آسیب دیدگان از بلایای طبیعی داریم . بنابراین علاوه بر مسائل اقتصادی، مسئله حفاظت پلها در برابر آبشستگی، یک موضوع انسانی است .
رودخانه ها از بدو تولد تا امروز همانند سیستم های طبیعی دیگر به سمت تعادل پیش رفته اند . تعادل رودخانه ها زمانی رخ می دهد که میزان دبی رسوب وارد شده و خارج شده در هر قسمتی از آن با هم برابر باشند . به طور طبیعی رفتار رودخانه به گونه ای است که به سمت تعادل پیش می رود . با این حال وقوع سیلاب ها عامل مهمی در جهت بهم زدن این سیستم تعادلی می باشد و باعث مقدار زیادی فرسایش در طول رودخانه می گردد . جنس بستر، میزان دبی، ابعاد مقطع، شیب رودخانه و دانه بندی خاک بستر از عواملی اصلی هستند که در میزان فرسایش تأثیر می گذارند.
شکل رودخانه متأثر از پارامترهای ذکر شده است . مسلم است عریض شدن و عمیق شدن رودخانه ها متناسب است با میزان فرسایش مواد رسوبی که سواحل و بستر رودخانه از آن تشکیل شده است برای گود شدن کف رودخانه لازم است . نیروهایی که باعث فرسایش می شوند، بیشتر از مقاومت زمین یا مصالح رودخانه بستر باشند . به عبارتی دیگر تنش برشی 1 بین جریان آب، بستر و دیواره آبراهه از میزان لازم جهت حرکت ذرات تشکیل دهنده مقطع بیشتر شود که این تنش را تنش بحرانی یا تنش برشی آستانه حرکت می نامند و به سرعت نظیر آن سرعت برشی بحرانی یا سرعت آستانه حرکت گویند.
در غیر این صورت اگر میزان نیروهای که باعث فرسایش می شوند و نیروهای مقاوم در برابر حرکت مساوی باشند گودبرداری یا فرسایش رخ نخواهد داد . بنابراین همیشه می توان گفت که در پروسه فرسایش رودخانه و رسیدن رودخانه به حالت طبیعی، یا نیروی مخرب آب به تدریج کاهش می یابد . به هرحال جهت پیشگیری از خسارات سازه ای و زیست محیطی ناشی از آبشستگی همواره بایستی به فکر پیشگیری بوده نه درمان .
- 2 خسارات ناشی از آبشستگی
خسارات فنی ناشی از آبشستگی را می توان به دو دسته تقسیم کرد .
- 1 - 2 خسارات زیست محیطی
آبشستگی می تواند عملاً باعث ایجاد تغییراتی در کف و دیواره های یک رودخانه گردد . فرسایش در محل آبشستگی باعث تخریب مقدار زیادی از خاک بستر می شود و همچنین آب جمع شده در پشت سدها پس از گذاشتن بار رسوب در مخزن سد بار دیگر امکان رسوب برداری خواهد یافت به این ترتیب چون آبشستگی دانه بندی قبلی خاک را تغییر داده بر روی اکولوژی کف - که معمولاً از جلبلک و سبزه ها و خزه ها تشکیل می شوند و نقش مهمی را در تصفیه آب ایفا می کنند - تأثیر می گذارد .
- 2 -2 خسارات سازه ای
یکی از مواردی را که در طراحی پایه پل ها در نظر قرار می دهند، طول کمانش پایه پل می باشد طول کمانش در مرحله اول به طول خود ستون و در مرحله بعدی به وضعیت تکیه گاه آن بستگی دارد . حال اگر آبشستگی در اطراف پایه صورت گیرد، وضعیت تکیه گاه آن تغییر کرده و طول کمانش آن افزایش پیدا خواهد کرد . چنانچه این موضوع در طراحی مدنظر قرار نگیرد، باعث کمانش پایه و در نتیجه فروریختن پل خواهد شد .
- 3 تعریف آبشستگی
به فرسایش بستر و کناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، به فرسایش بستر در پایین دست سازه های هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر بوجود آمدن جریان های متلاطم موضعی، آبشستگی گویند . عمق ناشی از فرسایش بستر، نسبت به بستر اولیه را عمق آبشستگی گویند.[ 4]
- 4 انواع آبشستگی
- 1 - 4 انواع آبشستگی از نظر علت بوجود آمدن
✓ آبشستگی کلی یا عمومی1
✓ آبشستگی در اثر تنگ شدگی2
✓ آبشستگی موضعی3
-1 - 1 -4 آبشستگی کلی یا عمومی
این آبشستگی زمانی رخ می دهد که کل بستر رودخانه در بازه ای که پل درآن قرار دارد، شسته شده و نسبت به بستر طبیعی رودخانه در بالادست در تراز پایین تری قرار بگیرد - شکل. - 1
