انواع روش های زهکشی (Types of Drainage)

پروژه های عمرانی مثل شالوده جاده ها، راه آهن ها، خاکریزها و باند فرودگاه ها نمونه هایی از سازه های وسیعی هستند که ناحیه گسترده ای را با مشخصات خاک متنوع اشغال می کنند. این نواحی ممکن است دارای خاک نرم تراکم پذیر مثل خاک آبرفتی باشد. این نوع سازه ها، نه تنها ممکن است در حین ساخت با مشکلات پایداری دست و پنجه نرم کند بلکه امکان ایجاد مسائل بلند مدت و نشست مداوم نیز وجود دارد. راه حل، استفاده از روش ساخت و ساز مقطعی است. با این حال، این راه حل، به زمانی برای مستهلک شدن فشار آب حفره ای ایجاد شده و افزایش مقاومت برشی مربوط به خاک در اثر تحکیم نیاز دارد. بسته به نفوذپذیری خاک در محل، روش ساخت مقطعی ممکن است به زمان ساخت بالا نیاز داشته باشد که از زمان مجاز یک پروژه به خصوص پیشی می گیرد. اگرچه این موضوع با استفاده از روش های زهکشی می تواند اصلاح شود.
سیستم زهکش به طور معمول با تسهیل استهلاک اضافه فشار آب حفره ای با کاهش طول مسیر زهکشی برای سرعت بخشیدن به فرآیند تحکیم استفاده می شود. برای این کار هم می توان از سیستم زهکشی قائم و هم افقی و روش الکترواسمز استفاده کرد. از بین سیستم های زهکشی افقی و قائم، به طور معمول برای لایه های ضخیم خاک نرم از روش زهکشی قائم استفاده می شود.

روش نصب زهکش های قائم در اوایل دهه 1930 توضیح داده شده است. امروزه بسیاری از سیستم های زهکشی قائم از جمله زهکش ماسه ای، زهکش فتیله ای و زهکش خمیری نواری استفاده می شود. تمامی این زهکش ها، به یک روش در خاک نرم تراکم پذیر و به شکل مثلثی و مربعی در پلان نصب می شوند. فاصله میان زهکش ها، بسته به نوع زهکش و الزامات طراحی می تواند 1 متر یا بیشتر باشد.

سیستم زهکش افقی معمولا به شکل ترانشه، در طول های مشخصی در خاک حفر می شود. سپس این ترانشه ها با مصالح دانه ای پر می شود. در برخی موارد لوله های مشبک برای بالا بردن بازدهی زهکشی افقی استفاده می شود.

روش زهکشی دیگر بر اساس قوانین الکترواُسمُز انجام می گیرد. مدت مدیدی است محققان دریافته اند که جریان الکتریکی می تواند باعث حرکت آب موجود در حفرات خاک از قطب مثبت آند به قطب منفی کاتد شود. استفاده از روش الکترواسمز منجر به اثرات زیر می شود:

• درصد رطوبت خاک کاهش می یابد و در نتیجه به کاهش تراکم پذیری خاک و افزایش مقاومت برشی آن (چسبندگی زهکشی نشده) منجر می شود. با توجه به این مسئله، نشست خاک می تواند کاهش و پایداری خاکریز ساخته شده بر روی خاک زهکشی شده افزایش یابد.
• درصد رطوبت افزایش یافته در خاک اطراف قطب کاتد، اصطکاک را کاهش می دهد بنابراین امکان بیرون کشیدن قطب کاتد را تسهیل می کند.

با این حال، استفاده از روش الکترواسمز به نسبت کمتر است.

زهکش قائم

همان طور که پیشتر عنوان شد، سازه های وسیع ساخته شده بر روی خاک نرم تراکم پذیر می تواند با مشکلات کوتاه مدت پایداری و بلند مدت نشست مواجه شود. بنابراین نیاز است برای خاک زیرین اقداماتی صورت بگیرد. قرار دادن زهکش در داخل خاک تراکم پذیر زیرین مسیر زهکشی آب را کاهش می دهد. این فرآیند در شکل 1 نشان داده شده است. در شکل (a)1، هیچ زهکشی نصب نشده است و آب باید در یک جهت جریان یابد. در شکل (b)1، زهکش ها نصب شده اند و در این حال آب نه تنها در جهت قائم بلکه در جهت افقی (شعاعی) برای رسیدن به زهکش قائم جریان می یابد. از این جهت، به صورت نظری، فرآیند زهکشی آب با کمک زهکش های قائم به طور چشمگیری سرعت خواهد یافت.

پاتر در دهه 1930 روشی را برای تسریع فرآیند تحکیم با زهکش های قائم ماسه ای ارائه داد. این روش به ستون ماسه ای یا شمع ماسه ای نیز معروف است. فاصله مرکز به مرکز زهکش ها برای زهکش های به قطر 200 تا 400 میلی متر حدودا 2 تا 3 متر است. این نوع از زهکش ها را می توان تا عمق 30 متر و یا بیشتر اجرا کرد.

موازی با توسعه زهکش ماسه ای، زهکش نواری توسط Kjellman در سوئد ابداع شد. زهکش نواری ضخامتی حدودا 4 میلی متر و عرض 100 میلی متر با هسته مرکزی باز دارد. از این زهکش ها به طور گسترده برای ساخت جاده ها و باند فرودگاه ها در سوئد استفاده می شد. سطح مقطع زهکش مقوایی نسبت به زهکش ماسه ای بسیار کمتر است. بنابراین زهکش های مقوایی را باید نسبت به نوع ماسه ای آن بسیار نزدیک به هم اجرا کرد. زهکش مقوایی با استفاده از یک لوله فولادی که در داخل خاک قرار گرفته است، نصب می شود.

در کنار زهکش های ماسه ای و مقوایی، که زهکش های قائم سنتی به حساب می آیند، امروزه نسل جدیدی از زهکش های قائم به صورت پیش ساخته و به شکل نواری ارائه شده است. بسیاری از این زهکش های پیش ساخته از مواد سنتتیکی (پلاستیکی) ساخته شده است. اگرچه عملکرد این زهکش ها با نوع مقوایی آن یکسان است، در مواد سازنده با هم تفاوت دارند. این زهکش ها معمولا از یک هسته مرکزی پیچیده شده در یک لایه نازک بافته شده از ورق یا الیاف تشکیل شده اند. عملکرد هسته مرکزی، تسهیل زهکشی آب بوده در حالی که لایه نازک برای جلوگیری از نفوذ خاک های ریزدانه به داخل هسته مرکزی و در نتیجه مسدود شدن آن کاربرد دارد.

به طور ایده آل، لایه نازک فیلتر باید در ابتدا به اندازه کافی نفوذپذیر باشد که دانه های ریز خاک از آن عبور کند و به موجب آن، شبکه ای به شکل پل از دانه های بزرگتر در نزدیکی زهکش ایجاد شود. ولی این نکته را باید به خاطر داشت اگر حفرات لایه الیافی بسیار بزرگ باشد، بحث لوله ای شدن مداوم اتفاق خواهد افتاد. این پدیده در ادامه باعث مسدود شدن زهکش شده که آن را بلا استفاده خواهد کرد. البته لایه فیلتر نسبتا سخت بافته شده از ژئوتکستایل امروزه بسیار مورد توجه افراد قرار گرفته است.

امروزه انواع زیادی از زهکش های پیش ساخته به کار می روند که برخی از آنها به شرح زیر است:

1. زهکش کولباند (Colbond): این زهکش به وسیله آزمایشگاه تحقیقاتی آکزو در هلند ابداع شده که شامل هسته ای مرکزی از جنس پلی استر تک رشته ای درشت با ساختاری مارپیچ (در سه بعد) است. لایه فیلتر از جنس پلی استر بافته شده است. این زهکش ها معمولا 4 میلی متر ضخامت و 100 میلی متر عرض دارند ولی نمونه های با عرض بیشتر مثلا 150 و 300 میلی متری نیز وجود دارد.

• ژئودِرِین (Geodrain): اُوِیجِر در موسسه ژئوتکنیک سوئد زهکش ژئودرین را ابداع کرد. این زهکش از یک هسته مرکزی پلاستیکی شیاردار پیچیده شده با یک لایه فیلتر مقاوم در برابر خاک مرطوب ایجاد شده است. به طور معمول این زهکش ضخامت 4 میلی متر و عرض 100 میلی متر دارد.
• زهکش مِمبرا (Membra drain): این زهکش توسط موسسه ژئوتکنیک هلند ساخته شده است و به مانند ژئودرین از هسته مرکزی شیاردار از جنس پلی پروپیلن پیچیده شده در لایه فیلتری با همین جنس ایجاد شده است.

زهکش افقی

زهکش افقی برای پایدارسازی های با عمق کم مثل شیروانی های طبیعی و امتداد بزرگراه ها مناسب تر است. به جهت محدودیت در عمق که حدودا 5 تا 7 متر است، برای پایدارسازی های عمیق نمی توان از این روش استفاده کرد چرا که دستگاه مناسبی که بتواند بسیار عمیق حفاری کند و علاوه بر آن ملاحظات ناپایداری کناری را در نظر بگیرد وجود ندارد. این زهکش ها معمولا به شکل ترانشه هایی هستند که به وسیله مصالح دانه ای پر شده (شن یا ماسه) و یا از ترکیبی از لوله های مشبک و ماسه و شن ایجاد شده اند.

محاسبه فواصل و عمق زهکش ها برای رسیدن به درجه تحکیم مورد نظر معمولا با انجام تحلیل بر اساس نظریه های تحلیل دو بعدی انجام می گیرد. تعداد جریانات آب به داخل زهکش را می توان با استفاده از روش شبکه جریان تخمین زد.

روش الکترواسمز

درابتدا کاساگرانده روش الکترواسمز را در خاک نرم در سال 1947 ارائه داد. در روش الکترواسمز آب به وسیله شبکه ای پیوسته از دانه های خاک منتقل می شود که در آن حرکت آب در قالب لایه انتشار دوتایی یا لایه نازک رطوبتی که کاتیون ها آن را ایجاد کرده اند، صورت می گیرد. زمانی که گرادیان الکتریکی به یک سیستم خاک رس – آب اعمال می شود، سطح این دانه ها ثابت است ولی لایه انتشار گرد هم آمده حرکت می کند و مواد محلول را نیز با خود حمل می کند. سازوکار اصلی این روش جا به جایی یون هاست، به این معنی که کاتیون ها به سمت کاتد و آنیون ها به سمت آند حرکت می کنند. با این حال، این روش در پروژه های بزرگ به دلیل هزینه زیاد قابل استفاده نیست.

جریان ناشی از روش الکترواسمز سیال اطراف دانه های خاک در اثر شار یونی ایجاد می شود. به علاوه، مولکول های آب در حال جریان در فاز حجمی می توانند در امتداد جریان آب اطراف دانه های خاک و در همان جهت منتقل شوند. اندرکنش میان جریان سیال اطراف دانه های خاک به عنوان ناحیه اول و جریان فاز حجمی به عنوان ناحیه دوم، امکان حرکت آب در فاز حجمی را فراهم می کند، به این معنی که دلیل اصلی جریان الکترواُسمُزی نیروی کششی است. بنابراین، جریان کل الکترواُسمُزی مشاهده شده به حرکت این دو لایه آب مربوط است.

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

• تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
• ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
• پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
• اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
• تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
• ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
• شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
• آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
• نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
• انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
• مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
• سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
• زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
• پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
• دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار Plaxis

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• تخریب ساختمان چیست؟ مراحل و هزینه تخریب اصولی (Building Demolition)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
• سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
•  سوله چیست؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله

مطالب مرتبط :

• ?baumerk , What Is Drainage