بخشی از مقاله
خلاصه
وجود آب در خاک می تواند موجب مشکلات زیادی در یک پروژه گودبرداری شود. این مساله موجب کاهش ظرفیت باربری سطحی، تخریب پیشانی گود، افزایش هزینه و زمان ، جوشش در خاک های دانه ای و و ورود آب به کف گود خواهد شد. در برخورد با مساله آب، باید آماده مواجهه با مشکلات آب سطحی، آب راکد و آب هایی که در حین گود برداری خارج می شوند بود.
بنابراین به منظور دستیابی به این موضوع، به فهم دقیق از انواع شرایط مواجهه با آب ضروری است. تاکنون روش های مختلفی برای کنترل آب در گود برداری ارائه شده است مانند استفاده از روش انجماد، روش حوضچه روباز و..... که هریک در شرایط خاصی موثر خواهند بود. سیستم چاهک های زهکش نقطه ای یکی از رایج ترین سیتم های دفع آب در گود برداری های با عمق کم می باشد. هدف استفاده از این سیستم، کاهش تراز آب زیرزمینی در کمترین زمان ممکن می باشد.
.1 مقدمه
اکثر مشکلاتی که در گود برداری های عمیق رخ می دهد رابطه مستقیم یا غیرمستقیمی با آب های زیرزمینی دارند. بنابراین اجرای درست عملیات گودبرداری تا حد زیادی وابسته به کنترل صحیح و برخورد درست با آب های زیرزمینی دارد. مشکلات و مسائل ناشی از آب های زیر زمینی ممکن است ناشی از عدم شناخت کافی و درست از شرایط زمین شناسی محل باشد که در نتیجه آن تمهیدات اجرایی لازم برای کنترل آن در نطر گرفته نشده است و به دنبال ان این مشکلات به وجود آمده است.
بنابراین ضروری است شناخت دقیقی از آب های زیر زمینی به دست آید و اثر این آب ها روی خاک و سازه های مجاور در طول عملیات گود برداری در نظر گرفته شود. با توجه به نفوذپذیری پایین خاک های رسی نیازی نیست که احتمال نشت آب به داخل محدوده گود دراین خاک ها نظرگرفته شود. مگر اینکه بحث مقاومت مطرح شود. از طرف دیگر هیچ گونه جوششی در خاک های رسی رخ نمی دهد
بنابراین در کارهای عملی هنگامی که عملیات گودبرداری در خاک های رسی صورت می گیرد می توان تراز آب زیرزمینی را در نظر نگرفت. کار هایی که در گذشته صورت گرفته بیشتر در قالب اختراعاتی بوده که به ثبت رسیده است. جرج تامسون در سال سیستمی اختراع کرد که هدف 1963 ازآن ارائه سیستمی جدید برای تخلیه آب از خاک می باشد
در سال1380برای پایین آوردن سطح آب زیرزمینی و جلوگیری از نشت آب به ساختگاه نیروگاه سد کارون 4 از این سیستم استفاده شد .[2] ژوزف یونس در سال 1991 به توان حفاری و استخراج یک وسله مکانیکی برای نصب یا خارج کردن این چاهک ها پرداخته بود.
هدف اصلی او از این سیستم تخلیه آب از خاک و ایجاد یک شرایط خشک برای انجام عملیات گودبرداری می باشد.[3] پرنی و همکاران تاثیر نوع خاکی که این نوع چاهک ها در آن قرار می گیرند را مورد بررسی قرار دادند. به طوری که با درشت تر شدن دانه ها، میزان فاصله قرارگیری این چاهک ها از هم کاهش می یابد. علت این است که خاک های درشت دانه دارای نفوذپذیری بیشتری می باشند.
همچنین به منظور جلوگیری از انسداد سیستم به وسیله مصالح ریزدانه، استفاده از مصالح با دانه بندی مناسب را توصیه کردند .[4] کوینیون و همکاران 1987 با مطالعه بر روی این سیستم ها توصیه کردند که هنگامی که عمق پایین آوردن تراز آب زیرزمینی بیشتر از 6 متر شود این سیستم باید به صورت چند مرحله ای اجرا شود. چون ایجاد شرایط خلا کامل در این حالت امکان پذیر نیست.
در ماسه های ریز و سیلیتی زمانی که این عمق بین 3 تا 4 متر قرار دارد می توان این سیستم را به صورت تک مرحله ای اجرا کرد .[5] پاتریک و همکاران در سال 2007 روش های اجرای این سیستم ها را در خاک های مختلف مورد بررسی قرار دادند. در حالتی که خاک دارای ذرات بسیار ریز مانند رس و یا از ذرات با دانه بندی درشت مانند قلوه سنگ ها باشد بهتر است که از روش هایی مانند حفاری به وسیله اوگر پیشنهاد کردند. همچنین در خاک های ماسه ای و سیلتی استفاده از روش جت آب را توصیه کردند.
لازم به یادآوری است که این سیستم بهترین کارایی و عملکرد را در خاک های دانه ای سست دارد به طوری که قادر است تراز آب را تا حدود 6 متر پایین ببرد .[6] یان و همکاران به منظور پایین آوردن آب های زیرزمینی با استفاده از این سیستم در یک گودبرداری از مدل های عددی استفاده کردند. برای این کار آنها از نرم افزار Mod flow استفاده کردند. Mod flow یکی از نرم افزارهای معروف در زمینه آبهای زیرزمینی است که از روش تفاضل محدود استفاده می کند. هدف از این کار تعیین تعداد چاه ها، مکان و نرخ پمپاژ هر یک از این چاه ها به طوری که افت مطلوب در هر چاه مشخص شود.[7] ویلیام در سال 1990، یک اختراع منحصر به فرد در مورد سیستم پمپاژ این چاهک ها ثبت کرده بود.
در این اختراع بیشتر به یک دستگاه پمپ برای تخلیه آب از منطفه حفاری شده و امکان اجرای عملیات در شرایط خشک می پردازد. به طوری که قبل از اجرای عملیات، اطراف این منطقه حفاری شده با تعداد زیادی از این چاهک ها احاطه می شود. بحث اصلی این اختراع استفاده از یک دستگاه پمپ منفرد با جابجایی دورانی مثبت و جایگزین شدن آن با یک دستگاه پمپ است که شامل، یک پمپ گریز از مرکز معمولی و یک پمپ هوا می باشد. با این کار موتور از 1/3 سرعت خود استفاده می کند.
در حالی که در حالت قبلی موتور باید از تمام سرعت خود بهره گیرد تا مکش صورت گیرد. چنین اختراعی نیاز به نگهداری کمتری دارد همچنین قابلیت اطمینان بیشتر و کارایی بیشتری دارد .[8] جان در سال 1983 سیستمی در مورد کوبش این چاهک ها به عمق مورد نظر اختراع کرده بود که هدف اصلی آن، کوبیدن این چاهک ها به عمق مورد نظر و هدف دیگر آن رسیدن اثر ضربه وارده به کیسینگ توسط چکش در محل های مجاور انتهای این چاهک ها می باشد. چکش با اعمال نیروی مورد نیاز کیسینگ را به عمق مورد نظر هدایت می کند. در این حالت برای افزایش کارای سیستم معموﻻ از مصالح فیلتر استفاده می شود. بعد از ریختن مصالح فیلتر کیسینگ از درون خاک بیرون آورده می شود
.2 مهم ترین روش های مختلف کنترل تراز آب زیرزمینی
امروزه روش های مختلف ذیل برای کنترل آب های زیر زمینی وجود دارند: -1 استفاده از ترانشه های روباز -2× حوضچه های روباز
-3× استفاده از چاه عمیق
-4 استفاده از زهکش های افقی
-5× استفاده از فتیله های زهکش همراه با پیش بارگذاری -6 روش انجماد -7× روش چاهک های زهکش نقطه ای
.3 معرفی سیستم چاهک های زهکش نقطه ای
سیستم چاهک های زهکشی نقطه ای یکی از رایج ترین سیستم های کاهش تراز آب های زیرزمینی در گود برداری های با عمق کم می باشد. در این سیستم نقاط جمع آوری کننده یا جذب آب به یک لوله پمپاژ عمودی که درون یک چاه با قطر کوچک قرار دارند وصل می شوند . لوله های پمپاژ عمودی به یک لوله جمع آوری کننده مشترک وصل می شوند تا با ایجاد خلاء به وسیله پمپ, عمل پمپاژ به بیرون انجام شود. با این کار سطح آب زیر زمینی کاهش می یابد و به دنبال آن فشار آب منفذی در داخل خاک کاهش می یابد. در حالت کلی سیستم به صورت ثقلی نبوده و جزو روش های زهکشی با اعمال نیرو می باشد.
ترتیب چیدمان نقاط جمع آوری کننده یا چاهک های نقطه ای به صورتی است که سیستم می تواند به صورت خطی یا مستطیلی اطراف محیط گود اجرا شود. از مزایای این سیستم می توان به سرعت اجرای بالا، امکان اجرا در فضای محدود، نیاز به محافظت و نگهداری کمتر، عدم نیاز به نیرو های با تخصص بالا، قابلیت نصب با روش های اجرایی مختلف، وجود مقدار بسیار کمی خاک در آب پمپاژ شده و کاهش حجم گودبرداری با توجه به دیواره های شیب دار اشاره کرد.
این سیستم محدودیت هایی نیز دارد به طور مثال به دلیل وجود محدودیت های خلاء ، تراز آب را نمی توان بیشتر از5 تا 6 متر پایین برد همچنین این سیستم بیشتر در خاک های دانه ای به کار می رود. از جمله معایب دیگر سیستم می توان به احتمال آسیب دیدن تجهیزات در حین عملیات و احتمال بروز پدیده کاویتاسیون به دلیل نشت هوا اشاره کرد. این سیستم ماسب برای پروژه های آبی، گودبرداری فنداسیون برای ساختمان سازی، پروژه احیای زمین، خطوط فاضلاب عمیق، کانال ها و حفاری های روباز و ترانشه های با عرض کم می باشد.
قبل از اجرای این سیستم یکسری الزامات اولیه را باید در نظر گرفت به بیان دیگر باید ابعاد گودبرداری منطقه مشخص باشد، وضعیت تراز آب مشخص شده باشد، تحقیقات ژئوتکنیکی انجام شده باشد، نفوذپذیری اقشار مختلف تعیین شود، خصوصیات شیمیایی آب زیرزمینی مشخص شده باشد به طوری که لوله های پمپاژ در معرض خوردگی قرار نگیرند و نهایتا باید اصول ایمنی در محل رعایت شود. قسمت های اصلی تشکیل دهنده این سیستم عبارتند از:
-1خود چاهک نقطه ای یا نقطه جمع آوری کننده آب- 2 لوله پمپاژ عمودی که به چاهک متصل است -3لوله جمع آوری کننده افقی که به وسیله یک ابزار مناسب به لوله پمپاژ عمودی متصل است -4دستگاه پمپ که به لوله جمع آوری کننده افقی متصل است. یعنی در حالت کلی سیستم از چهار بخش اصلی تسکیل شده است.
لوله های پمپاژ عمودی و افقی می توانند به صورت فلزی یا پلاستیکی استفاده شوند. همچنین خود چاهک نیز به صورت انتهای باز و بسته استفاده می شود. دستگاه پمپی که برای ایجاد خلاء استفاده می شود می تواند وابسته به شرایط مختلف ، انواع مختلفی از قبیل گریز ازمرکز ، دورانی ،توربینی و یا هر نوع دیگر باشد. در شکل1 و2 مجموعه سیستم چاهک های نقطه ای با تمام جزئیات مشاهده می شود.
