مقاله تعریض پلهای بتنی

بخشی از مقاله

تعریض پلهای بتنی
چکیده
بسیاری از پلها با وجود وضعیت سازهای مناسب به دلیل عرض ناکافی، قادر به ارایه کاربرد مطلوب و مورد انتظار خود نیستند. تعریض پلها در اکثر موارد ارزانتر از جایگزینی کامل پل موجود میباشد. به همین دلیل انتشار نتایج تحقیقات و تجربیات موجود در این زمینه جهت دسترسی طراحان و مجریان و سایر دست اندر کاران پلسازی، ضروری است. در این مقاله خلاصه ای از پژوهش انجام شده توسط نگارندگان در خصوص مسایل مختلف مربوط به طرح و اجرای تعریض پلها ارائه می گردد. نکات ویژه ای در مورد تعريض روسازه یا عرشه، زیرسازه و فونداسیون به صورت خاص ارائه خواهد گردید. توصیه هایی در مورد انتخاب نوع سازه، جزییات طراحی و روشها، مصالح اجرایی ارایه شده و تغییر مکانهای نامساوی بین بخشهای موجود و در دست ساخت پل، مورد بررسی قرار می گیرد.
واژه های کلیدی: تعریض، پلهای بتنی، عرشه، زیر سازه، تغییر مکان، ترافیک، بارگذاری

1- مقدمه
مروری بر رشد وسایل نقلیه در سالهای اخیر و نیز توجه به ساختار جمعیتی و رشد اقتصادی کشور، بیانگر آنست که در شرایط حاضر حجم تردد وسایل نقلیه در کشور، دارای یکی از بالاترین نرخهای رشد تردد در جهان است. رشد بسیار سریع حجم حمل و نقل بین شهری و محدودیت ظرفيت جاده های موجود در کشور، وزارت راه و ترابری را با نیاز رو به گسترش افزایش ظرفیت راهها و بالتبع اجزاء سازهای راه نظير پلها و تونلها مواجه ساخته است. از طرفی بهبود کیفیت تردد و سطح ایمنی، ایجاب می نماید که ظرفیت ترددی جاده های موجود با نرخی بالاتر از نرخ رشد ترافیک افزایش یابد. بسیاری از پلهای موجود نیاز به اضافه کردن تجهیزات جدید از جمله پیاده رو، جداکننده های ترافیکی، نرده های حفاظتی و در بسیاری موارد تعداد خطوط عبور خواهند داشت. تعداد زیادی از پلهای کم عرض موجود از وضعیت سازهای مناسبی برخوردار بوده و تنها در موارد معدودی نیاز به جایگزینی کامل آنها وجود دارد. حتی در کشورهای صنعتی ثروتمند، در مورد پلهای کم عرض، بررسی امکان تعریض پلهای موجود به منظور احتراز از جایگزینی کامل پل همواره به عنوان یک واریانت مورد توجه قرار می گیرد. بکارگیری روشهای هوشمندانه و مناسب جهت تعریض پلهای موجود، امکان صرفه جویی اقتصادی قابل توجه در تعریض راهها را فراهم خواهد ساخت. در تهیه طرحهای تعریض پلها، معیارهای مهمی چون اجرایی و اقتصادی بودن طرح و کاهش هزینه های نگهداری آتی پل باید مد نظر قرار گیرد. تعریض پلها از جهات متعددی نسبت به احداث پلهای جدید از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. فاکتورهای متعدد دخیل در طرح و اجرای تعریض، به آن ماهیت منحصر به فردی می دهد. عدم درک و اطلاع صحیح از این موارد می تواند ایمنی، کارکرد و نگهداری از پل تعریض شده را با مشکلات عدیده ای روبرو سازد. در پژوهش انجام شده ضوابط راهنمای عمومی مورد نیاز طراحان و پیمانکاران با تمرکز بر روی جزییات و مسایل اجرایی مورد بررسی قرار گرفت. با این وجود از آنجا که تعیین ترتیب عملیات اجرایی، نوع سازه، نحوه تامین گیرداری ها و سایر تصمیمات حیاتی موثر در موفقیت تعریض پلها در مرحله طراحی صورت می گیرد، در پژوهش و گزارش ارائه شده به مباحثی در مورد طراحی نیز پرداخته و به صورت خاص، نکات ویژه ای در مورد تعریض عرشه، فونداسیون و سایر اجزاء سازه ای و غیر سازهای پل مطرح و توصیه هایی در مورد انتخاب نوع سازه، جزییات طراحی و روشها و مصالح اجرایی ارایه شد. همچنین تغییر مکانهای نامساوی بین بخشهای موجود و در دست ساخت پل مورد بررسی قرار گرفت. در این مقاله ضوابط مربوط به تحلیل و طراحی سازه ای و محاسبات طراحی مورد بحث واقع نشده و در این خصوص آیین نامه های معتبر و مورد تایید کارفرما و سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور از جمله نشریه شماره ۱۳۹، آیین نامه بتن ایران، راهنمای تهیه مشخصات فنی، جزییات و نقشه ها در پل و سازه های راه و سایر دستورالعملها و مقررات ملی و آیین نامه های معتبر بین المللی ملاک عمل خواهد بود. از آنجا که تعریض هر پل نیازمند فرایند و طراحی منحصر بفردی است، ضوابط ارائه شده در این مقاله الزاما در کلیه پروژه های تعریض کاربرد یکسان نخواهد داشت. طراح در هر مورد باید با توجه به تجربه و قضاوت مهندسی، وضعیت خاص هر پل و توصیه های ارایه شده در این راهنما نسبت به تهیه طرح تعریض اقدام نماید.
2- مسایل عمومی مربوط به طرح تعریض پلها
۱ - ۲- اصول طراحی کلیه اصول، ضوابط، دستورالعملها و بخشنامه هایی که در مراحل مختلف ساخت پلهای جدید حاکم است، باید در تعریض پلها نیز مورد توجه قرار گیرد. مشخصات هندسی تعریض بر اساس انطباق با مسیری که پل در آن واقع شده است، تعیین و طراحی می گردد. در مواردی که طراحی پل موجود با استانداردهای قدیمی و بارهای کمتر از بار طراحی فعلی انجام شده است و یا به دلایل مختلف مانند ضعف اجرا، تصادفات جاده ای، خوردگی و ... ظرفیت بارگذاری آن از ضوابط موجود کمتر است، باید قبل از تعریض امکان مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری پل موجود مورد توجه قرار گرفته و در کلیه موارد، طراحی قسمتهای جدید پل باید بر اساس آخرین ضوابط انجام گیرد.
۲ - ۲ - انتخاب نوع و سیستم سازهای انتخاب سیستم سازهای مورد استفاده در تعریض، بر اساس معیارهای مربوط به هندسه و مشخصات مسیر و محل پل، سهولت اجرا، فاکتورهای اقتصادی، هماهنگی تغییر شکلهای ناشی از بار سرویس و تغییرات دما در سیستمهای جدید و قدیم پل و تأمین امکان و ایمنی تردد در حین اجرا انجام می شود. توجه به زیبایی شناسی و چشم انداز، حفظ ارزشهای تاریخی پل موجود و یکپارچگی ظاهری پل ضروری است. قسمتهای جدید باید طوری طراحی و اجرا گردد که از ایجاد ناهمخوانی ظاهری در بخشهای جدید و قدیم پل پرهیز گردد. در اکثر موارد به منظور تأمین یکپارچگی ظاهری پل استفاده از سیستم سازهای مشابه با سازه اولیه بهترین گزینه خواهد بود. اگر هدف از تعریض، افزایش عرض پل به دو برابر یا بیشتر باشد،
بهتر است تعریض پل با احداث پل جداگانه ای در مجاورت پل موجود، انجام گیرد. در شرایطی که بستن قالب و داربست در زیر پل به سادگی امکان پذیر نباشد (به عنوان مثال در پلهای تقاطع، پلهای رودخانه ای و درهای استفاده از تیرهای بتنی یا فولادی پیش ساخته مناسب تر خواهد بود.
3- طراحی و اجرای تعریض پلها
1-3 - تاثیر عملیات اجرایی بر پل موجود چنانچه تعریض پل به خاکبرداری در فاصله نزدیک از فونداسیون و تخریب قسمتهایی از پل موجود نیاز داشته باشد، پیمانکار موظف به نصب سازه حفاظتی موقت و اجرای سایر تمهیدات مربوط به ایمن سازی حفاری خواهد بود. طرح تعریض باید طوری انجام گیرد که حجم خاکبرداری ها در حداقل ممکن قرار گیرد. تعریض پلها در اکثر موارد مستلزم تخریب قسمتهایی از پل موجود است. پیش از آغاز تخریب هر قسمت از پل، لازم است مرز قسمتی که تخریب خواهد شد در تمامی وجوه عضو کاملا مشخص گردد. مرز مشخص شده پس از تخریب بر روی عضو باقی خواهد ماند به طوری که امکان کنترل عملیات تخریب توسط ناظر فراهم گردد. و برای تخریب بخشهای زاید پل موجود، استفاده از روشهایی که باعث آسیب رسانیدن به آن خواهد شد، مجاز نیست. برای بخشی از آرماتورهای مسلح کننده پل موجود که برای اتصال بخشهای جدید و قدیم پل قابل استفاده است، عملیات تخریب پل باید طوری انجام گیرد که آسیب دیدن فولادهای موجود به حداقل برسد. استفاده از جت آب در این مورد توصیه می شود. تخریب طره دال عرشه باید تا روی تیر کناری ادامه یابد.

آرماتورهای انتظار عمودی که پس از تخریب دست انداز، جان پناه یا پیاده روهای کناری برجا می ماند، بایستی در ترازی به عمق حداقل ۲ سانتی متر کمتر از تراز پرداخت شده نهایی سطح دال عرشه قطع شده و سطح آنها با استفاده از ملات بتن کم افت پوشانده شود. تا تدوین معیارهای ملی مناسب در مورد لکه گیری و وصله عرشه های بتنی، ضوابط دستورالعمل یا سایر ضوابط معتبر موجود در این خصوص توصیه می شود.
۲ - ۳ - هماهنگی تغییر مکانها در بخشهای جدید و قدیم پل در صورتی که مرز اتصال بخشهای جدید و قدیم عرشه در داخل سطح سواره رو قرار گیرد، باید دو بخش عرشه به صورت سراسری به یکدیگر متصل شود. در غیر اینصورت تغییر مکانهای نامساوی باعث بوجود آمدن دست اندازهای طولی در پل خواهد شد. دست اندازهای مذکور یک خطر بالقوه برای جریان ترافیک هستند. نگهداری و مرمت درزهای مذکور نیز در عمل پرهزینه، پر زحمت و برای کارگران خطرناک خواهد بود. به علاوه در مناطق سردسیر در صورتی که از نمک و یا یخ زداها در سطح پل استفاده می شود، نفوذ عوامل خورنده به قسمتهای بدون محافظ زیر عرشه از طریق درزهای طولی مذکور باعث آسیبهای جدی به سطح تحتانی عرشه خواهد شد. در مواردی که درز اجرایی بین سازه قدیمی و جدید در موقعیتی خارج از سطح سواره رو (یعنی در زیر جداکننددهای میانی و یا حد فاصل پیاده رو و سواره رو) قرار می گیرد و اتصال سراسری بین دو بخش پل برای تامین پایداری سازه ای قسمت تعریضی ضروری نباشد، می توان از متصل کردن سراسری بخشهای قدیمی و جدید پل صرفنظر نمود. به این ترتیب نشستهای نامساوی بین دو قسمت پل تاثیری بر عملکرد آن نخواهد داشت. ا به منظور لحاظ کردن تغییر مکانهای ناشی از بار مرده، عرشه جدید باید در ترازی بالاتر از تراز عرشه موجود قالب بندی شود. در این صورت تراز نهایی عرشه جدید پس از باز شدن قالبها و اتمام تغییر شکلهای ناشی از بار مرده، با تراز عرشه موجود برابر خواهد بود و اجرای اتصال بخشهای جدید و قدیمی عرشه امکان پذیر می شود. | در روشهای اجرای بدون شمع بندی شامل تیرهای پیش ساخته بتن مسلح یا پیش تنیده و تیرهای فولادی، عمده تغییر مکانهای ناشی از بار مرده، بلافاصله پس از اجرای عرشه اتفاق می افتد. در حالی که در اجرای درجای پلهای بتنی عمده تغییر شکلهای ناشی از بار مرده پس از باز کردن قالبها رخ می دهد. تفاوتهای مذکور باید در طرح تعریض مورد نظر قرار گیرد. تغییر شکل پلهای بتنی درجا در دو مرحله صورت می گیرد. در مرحله اول بلافاصله پس از باز کردن قالبها تغییر شکلهای الاستیک که حدود یک چهارم تا یک سوم کل تغییر مکانهای درازمدت پل را تشکیل می دهد به وقوع می پیوندد. مرحله دوم تغییرات که عمدتا بر اثر خزش در بتن صورت می گیرد، پس از باز کردن قالبها آغاز شده و به مرور رو به کاهش می گذارد و پس از حدود چهار سال عملا متوقف می شود. در طراحی اعضاء خمشی پل جدید، محاسبه تغییر مکانهای دراز مدت و کنترل تنشها برای کاهش این تغيير مكانها ضروری است. تغییر مکان ناشی از بار مرده به مقاومت و عمر بتن در هنگام باز کردن قالبها بستگی خواهد داشت. بنابراین در مورد دهانه های بزرگ، در هنگام تعیین خیز معکوس قسمت تعریضی پل اطلاع از زمان دقیق باز کردن قالبها ضروری است. زمان مذکور باید صریحا در اسناد مربوط به قرارداد مشخص گردد. د" نتایج حاصل از بررسی پلهای تعریض شده متعدد، نشان میدهد تنشهای حاصل از تغییر مکانهای نامساوی بین دو قسمت پل معمولا کمتر از مقادیر پیش بینی شده تئوری خواهد بود. احتمالا مهمترین علت این موضوع خزش ناشی از بار دایمی در هر دو قسمت پل می باشد. خزش در قسمتهای اصلی و تعریضی پل باعث می شود تا به مرور زمان و بدون اینکه آسیبی به پل وارد شود تنشهای مذکور به صفر برسد. "

۳ - ۳ - استفاده از باند اتصالی در تعریض پلها
در صورتی که کل تغییر شکلهای پیش بینی شده ناشی از بار مرده در عرشه جدید بیش از یک سانتی متر باشد، برای اتصال دو بخش پل باید از باند اتصالی جداگانه استفاده نمود. باند اتصالی باعث کاهش تنشهای ناشی از تغییر شکلهای بار مرده و انتقال بار مرده بین دو قسمت پل خواهد گردید. باند اتصالی روش مناسبی برای تامین سطح یکنواخت و هموار بین دو قسمت پل است که غیر از برطرف کردن تفاوت رقوم دو قسمت پل، فاصله زمانی لازم بین بتن ریزی عرشه تعریضی و اتصال دو قسمت پل را تامین می نماید. استفاده از باند اتصال در تعریض پلها به دو دلیل عمده صورت می گیرد: ۱) بخش تعریضی پل تا تکمیل عملیات اجرایی از تاثیر تغییر مکانها و ارتعاشات بوجود آمده بر اثر بار زنده ناشی از ترافیک عبوری از روی پل مصون خواهد بود. ۲) قسمت عمده تغییر مکانها در قسمت تعریضی پل، قبل از اتصال بخشهای قدیمی و جدید پل به اتمام می رسد. بدین ترتیب، می توان از تنشهای ناشی از اختلاف تغییر مکان در دو قسمت سازه پل اجتناب نمود. قالبهای مورد استفاده برای بتن ریزی باند اتصالی باید به صورت مناسبی به هر دو قسمت جدید و قدیم پلی تکیه داده شود. قالب بندی و بتن ریزی باند اتصالی باید پس از اتمام بتن ریزی و باز کردن قالبها و پایه ها و اتمام تغییر مکان ناشی از بار مرده در قسمت تعریضی صورت بگیرد. در این صورت باند تعریضی می تواند به عنوان رابطی بین بخشهای قدیم و جدید پل، سطح اتصال هموار و مناسبی را بین دو قسمت مذکور فراهم نماید. عرض مناسب برای اجرای باند اتصالی با توجه به معیارهایی چون تامين طول کافی برای مهار آرماتورها، فضای مناسب برای قالب بندی و ... بستگی خواهد داشت. با توجه به تحقیقات و تجربیات انجام شده، عرض حدود 0.5متر برای اجرای باند اتصالی توصیه می شود



معمولا بتن باند اتصالی در چند روز اول تحت ارتعاشات و تغییر مکانهای ناشی از بارگذاری خارجی قرار می گیرد. به همين دليل حداقل میزان سیمان مورد استفاده ۳۳۰ کیلوگرم بر متر مکعب، حداکثر نسبت آب به سیمان ۴۵ درصد و حداکثر اسلامپ مجاز ۲٫۵ تا ۷٫۵ سانتی متر توصیه می شود. استفاده از سیمان زودگیر (تیپ 3)و یا سیمان تیپ ا همراه با مواد مضاف زودگیر کننده غیر کلریدی مناسبتر خواهد بود. زمان بتن ریزی باند اتصالی بستگی به نوع اعضای سازهای پل خواهد داشت. برای تیرهای فولادی و یا تیرهای بتنی پیش ساخته، به محض اتمام اجرای عرشه و دال بتنی قسمت تعریضی می توان اجرای باند اتصالی را آغاز نمود. در مواردی که قسمت تعریضی پل بر روی بیش از یک تیر قرار می گیرد، می توان اجرای نرددها را به بعد از اجرای قسمت اتصالی موکول نمود. و برای پلهایی که تعریض آنها از طریق بتن ریزی درجا انجام می شود، باید پس از باز کردن قالب و شمع بندی و قبل از اتصال قسمتهای تعریفی و پل موجود، وقفه زمانی مناسبی در نظر گرفته شود. این فاصله زمانی فرصت کافی برای وقوع تغییر مکانهای ناشی از بار مرده را در قسمتهای جدید پل فراهم خواهد آورد. مدت این فاصله زمانی و عرض باند اتصالی، بایستی با در نظر گرفتن مقدار تغییر مکانهای ناشی از بار مرده تعیین گردد. در صورت استفاده از تیرهای پیش ساخته، اگر سرعت بتن ریزی به اندازه ای باشد که کل عملیات بتن ریزی دال عرشه قبل از آغاز گیرش بتن به اتمام برسد، می توان انتظار داشت که کل تغییر مکان ناشی از بار مرده در تیرها، قبل از آغاز گیرش بتن انجام گیرد. در این صورت نیازی به اجرای باند اتصالی در پل نخواهد بود. برای اطمینان از اتمام كل عملیات بتن ریزی قبل از آغاز گیرش بتن می توان از مواد مضاف کندگیر کننده استفاده نمود.
۴ - ۳ - اتصال به پل موجود در صورتی که بخش طرهای دال در راستای عمود بر محور پل دارای طول کافی باشد، می توان با تخریب قسمتی از طره مذکور، هم پوشانی لازم برای اتصال آرماتورهای پل موجود و قسمتهای جدید را فراهم نمود و یا چنانچه مقدار آرماتورهای عرضی پل کافی باشد، می توان با رعایت دقيق ضوابط مربوطه، با استفاده از جوش یا اتصالات مکانیکی دیگر، آرماتورهای پل را به یکدیگر متصل نمود. در غیر اینصورت باید اتصال بین قسمتهای قدیم و جدید عرشه را از طریق نصب داولهای فولادی انجام داد. داولهای مورد استفاده هم به صورت مستقیم و هم به صورت مایل قابل اجرا هستند. محل مهار داولها در داخل بتن موجود، با استفاده از دوغاب و یا رزین پر می شود. حداکثر بار سرویس طراحی برای دالهایی که با استفاده از رزین اجرا شده اند، باید معادل ۲۵ درصد مقاومت نهایی بیرون کشیدگی که بر اساس 1512 محاسبه خواهد شد، در نظر گرفته شود. در بارگذاری معادل چهل درصد بار نهایی، ماکزیمم تغییر مکان بوجود آمده در داول نباید از ۰٫۸ میلی متر تجاوز نماید. استفاده از ضوابط 1512 و یا استانداردهای مشابه برای کنترل خزش در داولها توصیه می شود.

سوراخ کردن پل موجود باید به نحوی انجام شود که باعث آسیب دیدن یا خرد شدگی موضعی بتن در حوالی محل سوراخ نشود. حداقل فاصله سوراخها با لبه عضو باید معادل ۷٫۵ سانتی متر باشد. قطر سوراخها می تواند حداکثر ۰٫۶ سانتی متر بیش از قطر داول انتخاب شود. پس از اتمام حفر سوراخها خرده ریزهای ناشی از حفاری و گرد و غبار موجود در سوراخها باید از داخل آن خارج شده و سطح داخل سوراخها کاملا تمیز و خشک گردد. پیش از قرار دادن داولها باید سوراخها را با استفاده از رزین یا دوغاب سیمان مناسب پر نمود. 3 در حین آرماتوربندی بتن عرشه تعریضی، آرماتورهایی که از عرشه قسمت تعریضی به محدوده باند اتصالی امتداد می یابد، نباید با قسمت اصلی پل در تماس باشد. قبل از بتن ریزی باند اتصال، این آرماتورها باید با آرماتور یا داولهای خارج شده از بدنه اصلی پل موجود به طرز مناسبی مهار گردد. بهتر است آرماتورها و داولهای خارج شده از پل موجود به صورت مستقیم به داخل باند اتصالی امتداد یافته و از خم کردن آنها خودداری شود.
۵ - ۳ - بتن پیش تنیده عموما برای دهانه و بارگذاری مساوی، سازه های پیش تنیده نسبت به سازه های بتن مسلح تغییر مکان کمتری خواهند داشت. بنابراین در برخی موارد ممکن است استفاده از سیستمهای پیش تنیده در تعریض پلها هماهنگ کردن تغییر مکان قسمتهای جدید و قدیمی عرشه را تحت بار سرویس با مشکلاتی مواجه نماید. همچنین به دلیل تغییر مکانهای