بخشی از مقاله
چکیده
خواص مکانیکی اغلب خاکها با افزایش رطوبت و اشباع شدن تغییر می کند. لیکن در برخی از خاکها براثر افزایش رطوبت، پدیده های ویژه ای بروز می کند که بعضا منجر به خسارت های عمده در پروژه های عمرانی میگردد. اینگونه خاکها را می توانیم خاکهای حساس در مقابل آب بنامیم. انحلال پذیری، واگرایی و رمبندگی از پدیده های مهم در خاکهای مساله دار میباشد. بطوریکه رفتار اینگونه خاکها بهنگام خورد با آب حساس بوده و می تواند باعث نشستهای زیاد در سازه و کانالهای انتقال آب شوند.
در تحقیق حاضر، روشهای جلوگیری از حل شدن مواد محلول خاک در مسیر کانال بتنی انتقال آب خدا آفرین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان داده است که میزان درصد گچ خاک بستر کانال بیشتر از حد مجاز بوده و درصورتیکه آب گذرنده از داخل کانال به علت نشت، کلوخه های گچ را حل نماید به تدریج باعث نشست پوشش و در انتها به تخریب کانال منجرخواهد شد.
روشهای مختلف مکانیکی و شیمیایی جهت مقابله با مشکل انحلال گچ مورد بررسی قرار گرفته است که درانتها، استفاده از روش ژئوممبرین که به عنوان یکی از مصالح آب بند به عنوان یک طریقه مناسب برای مقابله با مشکل انحلال گچ و سایر نمکهای خاک بستر کانال انتخاب شد. زیرا، اولا مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن مطابق با شرایط ژئوتکنیکی محدوده مورد مطالعه می باشد. ثانیا، باعث کاهش هزینه، اجرای سریع و کاهش حجم عملیات خاکی می شود.
مقدمه
کانال یک سیستم انتقال آب است که در آن جریان برقرار شده و سطح آزاد آن در معرض فشار اتمسفر قرار دارد و در حالت عمومی به دو دسته شامل کانال های طبیعی همچون انواع آبگذرها، جوی ها، مسیلها، رودخانه ها، نهرها، مدخل خلیج ها و کانال های مصنوعی - ساخته شده - کانال های روباز - کانال های کشتیرانی، کانال های نیروگاهها، کانال های آبیاری و زهکشی - یا کانال های بسته ای که جریان، سطح مقطع آنها را پر نمی کند - تونل های آبرسانی، آبراهه ها، زهکش ها و کانال های انتقال فاضلاب - قابل تقسیم می باشند.
شکل هندسی مقطع کانال ها می تواند مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی، دایره ای یا شلجمی باشد و پوشش آنها می تواند در دو حالت سخت و غیر سخت مشاهده نمود. حالت سخت، شامل کلیه ی پوشش ها با مصالحی نظیر بتن، ملات سیمان، خاک سیمان، مواد آسفالتی، آجر و سنگ می باشد و شرایط طراحی و ماهیت کار در تمام پوشش ها یکسان است.
ولی نوع مصالح و روش های اجرای آنها تفاوت دارد. در این پوشش ها مقطع عموماً دایره ای و ذوزنقه ای بوده و برای مقاطع مستطیلی هم بکار می رود. حالت نرم،شامل رویه ای قیری نازک و فر آورده های پلاستیکی و رزینی است و اگر با مصالح دانه ای مخلوط شود از مقاومت بالا و عدم نفوذ برخوردار می باشد، ولی بدلیل عمر بسیار کم در حدود 2 تا 4 سال صرفه آن برای کارهای موقتی و سریع و در مقاطع کوتاه و کوچک می باشد. خواص فیزیکی و مکانیکی خاک بستر و سطح آب زیرزمینی، قابلیت دسترسی به مصالح - دسترسی و نزدیک بودن مصالح قرضه - و در دسترس بودن نیروی کار و ماشین آلات لازم نیز می تواند در انتخاب نوع پوشش کانال موثر باشند
خاک های انحلال پذیر
براساس مجموع نتایج تحقیقات موجود تا این مقطع، به نظر می رسد که وجود گچ در خاک تا حدود 3 درصد به هیچ وجه مخاطره انگیز نبوده و حتی در کانالهای با ابعاد کوچک این مقدار تا چند درصد بیشتر 5 - تا 7 درصد - هم قابل قبول است
حلالیت گچ در آب حدود 1/9 گرم در لیتر می باشد و سرعت انحلال آن به میزان زیاد به سرعت جریان و نفوذپذیری محیط متخلخل بستگی دارد. براساس تحقیقات انجام شده، با ریزتر شدن بافت خاک و کاهش سرعت نفوذ آب، سرعت انحلال گچ نیز به میزان قابل توجهی کاسته می شود. بر این اساس خاکهای درشت بافت تر نظیر ماسه در صورت وجود گچ دارای خطر آب شستگی بیشتری نسبت به خاکهای رسی یا رسی سیلتی حاوی گچ می باشند. گچ به شکل سولفات کلسیم آبدار - 2HO2 ,Ca2SO4 - و در فرمهای بلوری مختلف در خاکها تظاهر می یابد و مقدار آن در خاک گچی ممکن است از حدود کمتر از 5 درصد تا بیشتر از 50 درصد وزن خاک تجاوز نماید. روش تشخیص گچ خاک در صحرا به کمک تشخیص دانه ها یا بلورهای سفید رنگ متبلور در خاک و بررسی دقیق تر آنها توسط ذره بین می باشد.
تشخیص دقیق گچ و مقدار آن در آزمایشگاه با کمک میکروسکوپهای دقیق و نیز روشهای تجزیه شیمیائی همچون تعیین درصد گچ بر مبنای اندازه گیری مقدار یون ، تعیین درصد گچ بر مبنای اندازه گیری یون ، تعیین درصد گچ بر اساس کاهش آب تبلور که می تواند ناشی از حرارت یا اشعه مادون قرمز خاک و روش استون یا تعیین مقدار گچ بر حسب هدایت الکتریکی صورت می گیرد.
در حال حاضر روش استون علیرغم دارا بودن نقایص و مشکلات زیاد، بدلیل مرسوم بودن در اغلب آزمایشگاههای کشور برای تعیین مقدار گچ خاک مورد استفاده قرار دارد3] و.[4 با توجه به نتایج مطالعات ژئوتکنیکی صورت گرفته در محدوده مورد مطالعه خاک منطقه دارای درصد زیادی سولفات و گچ بوده و مشکلاتی چون رمبندگی، واگرایی و انحلال پذیری را داراست. بنابراین در ادامه ابتدا محدوده مورد مطالعه معرفی می گردد. سپس نتایج مطالعات ژئوتکنیکی صورت گرفته در منطقه مورد نظر ارائه می شود. یکی از روش های مقابله با این مشکلات که استفاده از ژئوسنتتیک ها می باشد، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
معرفی محدوده مورد مطالعه
موقعیت عمومی منطقه طرح و محدوده مطالعاتی در استان آذربایجانشرقی در استان اردبیل در شمال شهر اردبیل و بین عرضهای شمالی 39 10 تا 39 35 و طولهای شرقی 47 تا 48 25 واقع گردیده است .[5] کانال انتقال آب خدا آفرین در تراز حدود 248 متر از سطح دریاچه سد تنظیمی قیز قلعه سی بصورت ثقلی آبگیری نموده و در دامنه ارتفاعات و با شیب حداقل مجاز و به موازات خطوط تراز طراحی شده است. طول کانال اصلی خدا آفرین 144 کیلومتر می باشد که از حدود کیلومتر 52+400 در تراز 233 وارد استان اردبیل و در انتها در تراز 214 با طول حدود 92 کیلومتر به پایان می رسد.
منطقه مورد مطالعه بعنوان بخشی از حوزه آبریز رودخانه مرزی ارس در شمالی ترین عرض-های جغرافیایی کشور قرار دارد. وضعیت اقلیمی منطقه طرح با توجه به بارندگی سالانه برآوردی، حدود 280 میلی متر و میانگین دمای سالانه برابر 14/7 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفته است. این منطقه در تقسیم بندی دو مارتین [6] بعنوان اقلیم نیمه خشک محسوب میگردد. همچنین در تقسیم بندی اقلیم شناسی کوپن [6]، منطقه جزو اقلیم استپی میباشد. با توجه به اینکه میانگین حداقلهای درجه حرارت سردترین ماه سال -2 و میانگین حداکثرهای درجه حرارت گرمترین ماه سال 23 درجه سانتی گراد میباشد، منطقه مورد مطالعه در اقلیم نمای آمبرژه [6] جزو اقلیم خشک سرد شناخته میشود.
شکل - : - 1 نقشه مسیر کانال انتقال خدا آفرین از ابتدا تا انتها و نیز محدوده ی منطقه ی مورد مطالعه
مطالعات ژئوتکنیکی محدوده مورد مطالعه
جهت شناساییمواد تشکیل دهنده ی مسیر کانال، جمعاً 51 حلقه گمانه به عمق 8 متر و 95 حلقه چاه دستی به عمق 1/7 تا 9 متر حفاری گردیده و نمونه های دست خورده و دست نخورده اخذ شده است و آزمونهای آزمایشگاهی و صحرایی بر روی نمونه ها صورت گرفته است. نتایج نشان میدهد که میزان وزن مخصوص خشک حداکثر خاک در مسیر کانال طبق آزمایش دانسیته صحرایی [7] - ASTM D1556 - بین 1/35 تا 2/35 گرم بر سانتیمتر مکعب متغیر می باشد.
به علت پایین بودن سطح تراز آب زیرزمینی میزان رطوبت طبیعی خاک معمولی بوده و مقدار آن بین 2/5 تا 36/8 درصد متغیر می باشد. همچنین عدد SPT حاصل از آزمایش مقاومت نفوذ استاندارد - ASTM-D1586 - بین 32 تا 46 متغیر بوده که نشان دهنده خیلی سفت بودن تا سخت بودن خاک می باشد. میزان نفوذپذیری خاک در مسیر کانال براساس آزمایش صحرایی لوفران - نشریه 188 سازمان برنامه و بودجه - بین 1/6×10-3 تا 10-6 سانتیمتر بر ثانیه می باشد که بیانگر نفوذپذیری متوسط تا غیرقابل نفود بودن خاک مسیر کانال است.
نتایج بدست آمده از آزمایش دانه بندی خاک با استفاده از الک و هیدرومتری براساس استاندارد - - ASTM-441, 442 نشان می دهد خاک محل مورد مطالعه دارای 64 درصد ریزدانه از نوع CL, ML, CH, MH و 36 درصد درشت دانه که شامل GM, GP, GW, SM, SP می باشد. آزمایش حدود آتربرگبرای تعیین شاخص پلاستیسیته - - PI براساس استاندارد - - ASTM-423, 442, 427 بروری مصالح CL و ML صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که میزان آن بین 3 تا 30 درصد میباشد که نشان می دهد که خاک محل دارای پلاستیسیته کم تا متوسط است. همچنین برروی نمونه های اخذ شده آزمایش های شیمیایی خاک بمنظور تعیین میزان PH و گچ و مواد آلی و درصد سولفات براساس استاندارد - ASTM-C25 - صورت گرفته است که نتایج بست آمده در جدول - - 1ارائه شده است
