سازممان مد بریت و برفاهه‌ریزی کشور

⚠ این متن با نرم‌افزار از روی تصویر خوانده شده و ممکن است خطا داشته باشد؛ برای استناد، اصلِ سند را ببینید. حمهوری اسلامی ابران سازممان مد بریت و برفاهه‌ریزی کشور فابطه شماره ۳۸۷ معاونت فنی و توسعه آمور زیربنایی وزارت راه و شهرسازی امور نظام فنی و اجرایی مرکز تحقیقات راه» مسکن و سشهرسازی 13323 ۱۱۱۳ ۱۳۹۳۴ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- 11 باسمه تعالی ۰ ۰ ۰ ه ناران بر رت و ام رری ور ربیس سازمان شماره: ۳۰ بخشنامه به دستگاه‌های اجرایی. مهندسان مشاور و پیمانکاران موضوع: راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها به استناد ماده (۲۳) قانون برنامه و بودجه و مواد (۶) و (۷) آیین‌نامه استانداردهای اجرایی طرح‌های عمرانی- مصوب سال ۱۳۵۲ و در چارچوب نظام فنی و اجرایی کشور (موضوع تصویب‌نامه شماره ۹ ۲۳۴۹۷ مورخ ۱۳۸۵/۱۴/۲۰ هیأت محترم وزیران) به پیوست ضابطه شماره ۳۸۷ امور نظام فنی و اجرابی, با عنوان « راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها » از نوع گروه سوم ابلاغ می‌شود. رعایت مفاد این ضابطه در صورت نداشتن ضوابط بهترء از تاریخ ۱۳۹۴/۱۰/۰۱ الزامی است. امور نظام فنی و اجرابی این سازمان دریافت‌کننده نظرات و پیشنهادهای اصلاحی در مورد مفاد این ضابطه بوده و اصلاحات لازم را اعلام خواهد کرد. ۴ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- باسمه تعالی استفاده از ضوابط معیارها و استانداردها در مراحل تهیه طرح, اجراء بهره‌برداری و نگهداری طرح‌های عمرانی به لحاظ توجیه فنی و اقتصادی طرح‌هاء کیفیت طراحی و اجرا (عمرمفید) و هزینه‌های نگهداری و بهره‌برداری, از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. نظام فنی و اجرایی کشور به کارگیری معیارهاء استانداردها و ضوابط فنی در مراحل تهیه و اجرای طرح و نیز توجه لازم به هزینه‌های نگهداری از طرح‌ها را مورد تأکید جدی قرار داده است. بنا بر مفاد ماده ۲۳ قانون برنامه و بودجهء سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور موظف به تهیه و ابلاغ ضوابط مشخصات فنی؛ آیین‌نامه‌ها و استانداردهای اجرایی مورد نیاز طرح‌های عمرانی کشور می‌باشد. با توجه به تنوع و گستردگی طرح‌های عمرانی, طی سالهای اخیر سعی شده است در تهیه و تدوین این گونه مدارک علمی از مراکز تحقیقاتی و توان فنی دستگاه‌های اجرایی ذیربط استفاده شود. از این رو ضابطه شماره ۳۸۷ با عنوان «راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها» با همکاری پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی و بهره‌مندی از توان علمی و تخصصی جمعی از کارشناسان باتجربه کشور تهیه شده است. علیرغم تلاش, دقت و وقت زیادی که برای تهیه این مجموعه صرف گردیده معهدا این مجموعه مصون از وجود اشکال و ابهام در مطالب آن نیست. لذا در راستای تکمیل و پربار شدن این آیین‌نامه از کارشناسان محترم درخواست می‌شود موارد اصلاحی را به امور نظام فنی سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور ارسال کنند. کارشناسان سازمان پیشنهادهای دریافت شده را بررسی کرده و در صورت نیاز به اصلاح در متن ضابطه» با همفکری نمایندگان جامعه فنی کشور و کارشناسان مجرب این حوزه» نسبت به تهیه متن اصلاحی, اقدام و از طریق سایت اینترنتی معاونت برای بهره‌برداری عموم اعلام خواهند کرد. به همین منظور و برای تسهیل در پیدا کردن آخرین ضوابط ابلاغی معتبر» در سمت میانی بالای صفحات ضابطه, تاریخ تدوین مطالب آن صفحه درج شده است که در صورت هرگونه تغییر در مطالب هر یک از صفحات تاریخ به روزرسانی آن نیز اصلاح خواهد شد. از این‌رو همواره مطالب صفحات دارای تاریخ جدیدتر معتبر خواهد بود. -------- صفحهٔ بعد -------- بدینوسیله از تلاش و جدیت رئیس و کارشناسان آمور نظام فنی و اجرایی» مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی, ناظرین و مجری محترم پروژه و همچنین از تمام عزیزان متخصص همکار در امر تهیه و نهایی کردن این ضابطه تشکر و قدردانی می‌شود و از ایزد منان توفیق روز افزون همه این بزرگواران را آرزومند است. معاون فنی و توسعه آمور زیربنایی پاییز ۱۳۹۴ -------- صفحهٔ بعد -------- تیه و کنترل « راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها » [ضابطه شماره ۳۸۷] اعضای ترهیه کننده : امیر محجوب دکترای عمران پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی زهرا گواشیری کارشناس ارشد عمران پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی اعضای گروه نظارت: رضا غیانی دکترای عمران دانشگاه تهران ابوالفضل اسلامی دکترای عمران دانشگاه امیر کبیر اعضای گروه ارزیابی و راهبری پروژه: محمدرضا سلیمانی کرمانی دکترای عمران پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی سیدمحمد منصورزاده کارشناس آرشد عمران پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی مهدی ترابی دکترای عمران پژوهشکده حمل و نقل مرکز تحقیقات راه» مسکن و شهرسازی علیرضا توتونچی کارشناس ارشد عمران ‏ سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- امور نظام فنی و اجرایی سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشورء با استفاده از نظر کارشناسان برجسته مبادرت به تهیه این ضابطه کرده و آن را برای استفاده به جامعه‌ی مهندسی کشور عرضه نموده است. با وجود تلاش فراوان» این اثر مصون از ایرادهایی نظیر غلط‌های مفهومی» فنی» آبهام ایهام و اشکالات موضوعی نیست. از این‌رو از شما خواننده‌ی گرامی صمیمانه تقاضا دارد در صورت مشاهده هر گونه ایراد و اشکال فنی, مرانب را بصورت زیر گزارش فرمایید: ۱- شماره بند و صفحه موضوع مورد نظر را مشخص کنید. ۲- ایراد مورد نظر را بصورت خلاصه بیان دارید. ۳- در صورت امکان متن اصلاح شده را برای جایگزینی ار سال نمایید. ۴- نشانی خود را برای تماس احتمالی ذکر فرمایید. کارشناسان این آمورء نظرهای دریافتی را به دقت مطالعه نموده و اقدام مقتضی را معمول خواهند داشت. پیشاپیش از همکاری و دقت نظر جنابعالی قدردانی می‌شود. نشانی برای مکاتبه: تهرانء میدان بهارستان» خیابان دانشسراء » سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی و ۳۳۵۱: 6 ۷/۱ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان صفحه ۱- مطالعات اولیه مورد نیاز جهت طراحی هیدرولیکی پل ها و ۱۳ ۱-۱- مطالعات شناسایی و بازدید ۱۳ ۲-۱- بررسی سوابق و و و موم مه ۱۴ ۳-۱- نقشه های زمینشناسی و توپوگرافی و مه ۴-۱- مطالعات هواشناسی و ی موم همم و ۵-۱- مطالعات هیدرولوژی یم ۶-۱- مطالعات نقشه برداری و تهیه نقشه های لازم. ۱ ۷-۱- مطالعات ژئوتکنیکی در ۸-۱- مطالعات ریخت شناسی رودخانه و و6 ۹-۱- شناسایی محل و امتداد مناسب پل مممممم ۱ ۱۰-۱- مطالعات رسوب. و ی ی ی مه مه مه همم ۹ ۹ ۲- بررسی نحوه تاثیر پل بر جریان رودخانه یی یر ۱۵ ۳- بررسی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل ۱۳ ۴- نحوه محاسبه دبی و فراآب ۱ ۱-۴- روش سازمان زمین شناسی ایالت متحده (1505]) و ۳ ۱ ۱-۱-۴- محاسبه دبی ی مهم مه مهم ۱ ۲-۱-۴- محاسبه فراآب ی 2 ۵ ۳-۱-۴- محدوده استفاده از روش سازمان زمین شناسی ایالت متحده (15۳۳]4] ) ۱1 ۳۲-۴- روش اداره راه های عمومی ایالت متحده (۳0۵0۹] ۳۷۳1|12 ۵1 8۲۵۵۷ 5ل]» ۱1 ۱-۲-۴- محاسبه فراآب و و وم مه موم ۹ ۱ ۲-۲-۴ محاسبه تراز سطح آب پایین دست پل (+7[) ها ۳-۲-۴- محاسبات دبی ها ۳-۴- روش 16116۲۴ ۵70 ۲۷ع801 و و ۱۳۳ ۴-۴- روش ما11 (] ۳۵۵۲ ۵۱1۵ ۲1۷۵۲) ۱۱ ۵- تحلیل جریان عبوری از پایه های پل و ۱۳/۹ ۱-۵- معادله اوبوسان 01۸۱۱1۹۹۵1۱ وم ۱۳۹1 ۲-۵- معادله ناگلر ها ۳-۵- مطالعات یارنل و و و هو مهم موم همهم ۱۳ ۶- محاسبه نیروهای وارده بر پایه پل ها ۱۳۹ ۱-۶ نیروی هیدرودینامیکی وارد بر پایه پل ها و و و موم ۱۳۹ ۳-۶ نیروی ناشی از اجسام شناور ور ۳-۶- نیروی ناشی از برخورد یخ به پایه های پل وم و ۱۳۳ ۷- تحلیل عبور جریان از روی خاکریزها و وم ۱۳۳۴ ۱-۷- خاکریزهایی که مثل سرریز عمل می کنند و ۱۳۹۳ ۲-۷- دبی عبوری از خاکریز ۱۸ -------- صفحهٔ بعد -------- ۳-۷- ملاحظات لازم در طرح خاکریرز جاده ساحلی ۱ ۸- روشهای اصلاح جریان عبوری از محل پل م۰ ۱۳۹ ۱-۸- شکل بالادست سازه پل (گردگوشگی در ورودی جریان) و ۳ ۱-۱-۸- تاثیر گردگوشگی بر عمق نرمال و فراآب, ۳ ۲-۱-۸ گردگوشگی همه لبه های ورودی ۳۹ ۳-۱-۸- گردگوشگی جزئی ورودی ها و ۳۱ ۴-۱-۸- گردگوشگی بخشی از ورودی ( 55لا( 5۳۷ [2ع1ع00010) دعاداک5 111۵0 ) ۳۳ ۲-۸ انواع کوله ها و دیوارهای هدایت آب و ۱۳۳ ۱-۲-۸- دیوارهای هدایت آب طولانی که مانند یک مبدل جریان عمل می کنند ها ۲-۲-۸ مبدل های جریان در کانال رو باز و ۱۵ ۳-۸- دایک های موجشکن اد ۳-۸- اصلاح رودخانه و و و 0 ۹- ارائه روشهای محاسباتی میزان آبشستگی موم 88 ۱-۹- آبشستگی در مصالح غیرچسبنده اد ۱-۱-۹ تخمین عمق فرسایش عمومی و 0 ۲-۱-۹ تخمین عمق فرسایش موضعی ی ی ی رخ ۱-۲-۱-۹ آبشستگی اطراف پایه های استوانه ای و و وی موم 0 ۲-۲-۱-۹ آبشستگی اطراف پایه های غیر استوانه ای وم 08 ۳-۲-۱-۹- آبشستگی اطراف کوله پل ها و و وم ۹ 0 ۳-۱-۹- تخمین عمق فرسایش در اثر تنگ شدگی یرو را ور رو ی رو یرو چاه ۲-۹- آبشستگی در مصالح چسبنده و و ۰- روشهای مقابله با آبشستگی و ۱-۰ ریپ رپ و 0 ۲-۱- گابیون بخ ما ۱-۲-۱- گابیون تشکی و ۲-۲-۱ گابیون جعبه ای یا بلوکی و ۳-۲-۱ گابیون کیسه ای ریب یر یبور هرا ۳-۱- طوق محافظ ما ۱۷۹ رد -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان صفحه شکل ۱ موقعیتهای نمونه برداری از مصالح بستر رودخانه با شکل ۳- (الف) مقطع طولی جریان یکنواخت در عمق نرمال (ب) پلان رودخانه در محل فشردگی جریان ۱۳ شکل ۴- طبقه بندی انواع جریان عبوری از محل پل ری ۱۵ شکل ۵- متغیرهای اصلی تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل ۱۱۸۳ شکل ۶- نسبت برگشت آب در روش 75605 برای شرایط اولیه در تستهای آزمایشگاهی ۱۳ شکل ۷- تعیین ضریب در روش 75)75] ۱۳ شکل ۸- محا با استفاده از مقادیر ۱ و نسبت بازشدگی 4 :۳ شکل ۸ سبه د/0 د ده از مقادیر ! و نسبت بازشدگی 1۳۸ و شکل ‎-٩‏ تغییرات . برحسب نسبت بازشدگی وم مه مه همم مه همم مه مهم مه مهم مهم مه ۳۱ 1 / [ 7۳/7 شکل ۱۰- منحنی تغییرات : در مقابل نسبت بازشدگی ۸ و عدد فرود عمق نرمال ۸ ۱۳۳ شکل ۱۱- نمودار تعیین فاصله بالادست پل تا محل ایجاد فراآب حداکثر ۱۳۴ شکل ۱۲- نمودار تعیین فاصله محل بیشترین فراآب تا محل حداقل تراز آب ها شکل ۱۳- نمودار ضریب ۲۵۰ در برابر نسبت بازشدگی ۸4. ۱۳۵ 77 شکل ۱۴- نمودار عدد فرود عمق نرمال در برابر ۳۸ برای پل های طاقی یا 77 شکل ۱۵- نمودار عدد فرود عمق نرمال در برابر ۳۸ برای پل های طاقی تک دهانه ۱۳۹ شکل ۱۶- نمودار عدد فرود عمق نرمال در برابر ۳۸ 2 برای پل های طاقی چند دهانه را : رگ جدول ۱ مقادیر ۸ 9 ۸۷ برای انواع پایه های پل ۳ شکل ۱۷- مقدار ت/ در معادله ناگلر برای جریان عبوری از پایه ها ما ۳۹ شکل ۱۸انواع اصلی جریان عبوری از یک خاکریز ۱۳۳ شکل ۱۹- مقطع عرضی خاکریز و معرفی متغیرهای اصلی آن و و ۳۵ شکل ۰- ضرایب دبی برای خاکریزها (الف) و (ب) برای جریان آزاد و (ج) برای جریان مستغرق با یی ۳۶ شکل ۲۱- تاثیر ورودی های گردگوشه که عموماً عمق آب در بالادست ۱۳۹ شکل ۲۳۲- مبدل هایی با طراحی مختلف ره شکل ۲۳- تاثیر دایکها در جاییکه جریانهای کناری وجود دارد و احتمال آبشستگی زیاد است ۸۳ ۱ ۶ شکل ۲۴- نمودار تقریبی تعیین کننده طول دایکها نسبت به 0 3 لگ ۱۳۹ شکل ۲۵- مشخصات دایک های مستقیم و بیضی شکل ۳۹ شکل ۲۶- ضرایب تعدیل برای دایک ها و 8 شکل ۲۷- استفاده از موج‌شکن و دایک برای کنترل جریان ۷۴ 8 - هفت - -------- صفحهٔ بعد -------- شکل ۲۸- جهت تعیین ضریب (66/ و و و و و و و و و و و و و شکل ۲۹- نمای شماتیک لایه ریپ رپ در محل پایه پل و شکا ۰- سطح تحت پوشش لایه ریپ رپ در محلا یایه‌های مستطیل شکا با موم ام نواع بیور دمم مه شکل ۳۴- استفاده از طوق در اطراف پایه استوانه‌ای شکل و شکل ۳۵- مدل پایه استوانه‌ای و طوق مستطیلی شکل در اطراف آن ور ور ری ری -------- صفحهٔ بعد -------- فهرست جداول جدول زا مقادیر ۸5۸ 9 51 برای انواع پایه های پل ۱ جدول ۳۲- مقادیر ضرایب پایه یارنا ل بر در جدول ۳ پارامتر های موثر بر ابشستگی مو ضعی مهم مه مه و هم مه مهم مهم همم مهم هم همم ۵۷ جدول ۴- شرایط استفاده از روابط تحمین عمق آیشستگی موضعی راخ جدول ۵- جهت تعیین ضریب ,)1 و و جدول ۶- تنش برشی بحرانی اندازه گیری شده در رس و وم و جدول ۷- حدود توزیع دانه‌بندی ریپ رپ ۳ جدول ۸- سطح مختلف اغتشاش همم 8 و -نه - -------- صفحهٔ بعد -------- بر یک 0 وگ :11 ما ال : اور : 1 ۱ ارو 1 رل او لو اهر ۳ اب ۳ رح معرفی پارامترها عرض متوسط آبراهه ضریب زبری مانینگ شیب کانال و بدون بعد جرم حجمی رسوب جرم حجمی آب سرعت برشی ( و .1 عمق نرمال عمق بحرانی فراآب اختلاف تراز سطح آب نرمال و سطح آب پایین‌دست پل تراز سطح آب در مقطع ۱ تراز سطح آب در مقطع ۴ عدد فرود مقدار دبی بر حسب ‎)1*/٩( دبی بر واحد عرض انرژی مخصوص فاصله بین مقاطع ۱ و ۴ در راستای طولی رودخانه ضریب هد سرعت و بدون بعد هد سرعت مربوط به عمق نرمال در مقطع ۲( ۸7 به عمق نرمال دلالت دارد) ارتفاع در مقطع ۱ بدون وجود پل اختلاف عمق در بالادست و پایین‌دست تراز آب بالادست پل بر حسب متر ب- ده - -------- صفحهٔ بعد -------- ار یک ۳ امه او و ۱ ها بل 8 رک بو ۳ ۲ 8 ی ما 0 ورط 4 بل را 2 ور 1 اه او 8 رک ّ 71 ام سا ۹ ۳ تراز آب در مرکز بازشدگی در وجه پایین‌دست ضریب دبی (بدون بعد) فاصله عرشه پل تا بستر کانال سطح مقطع جریان در کانال (*173) مساحت جریان در بالادست پل در محل بیشترین میزان فراآب مساحت جریان در پایین‌دست پل در محل کمترین تراز سطح آب مساحت جریان در حالت عمق نرمال شیب انرژی (گرادیان انرژی) ضریب دبی (بدون بعد) ضریب پایه استاندارد دبی سطح مقطع عرضی قسمت ام کانال شعاع هیدرولیکی قسمت 7 ام کانال اندازه ارتفاع آبی است که در پلهای قوسی بالاتر از پاطاق است شعاع انحناء طاق در بازشدگیهای طاقی اندازه دانه‌ای از مصالح بستر است که ‎۹٩۰‏ درصد دانه‌ها از آن کوچکتر هستند تراز سطح آب بر حسب متر در مقاطع 6 فاصله بین مقاطع ۱ و ۴ ضریب توزیع سرعت(بدون بعد) میزان کجی بازشدگی ضریب مربوط به بخشی از کانال به عرض 6 عرض سطح آزاد آب نسبت بازشدگی بحرانی ضریب استهلاک انرژی انرژی مخصوص ضریب اصلاح فراآب در اثر آبشستگی - یازده - -------- صفحهٔ بعد -------- ۸/ ۸ ۰ ه دهد 3 5: 057 - ,۲ 1« ۸1 جر 24 ۳ سطح مقطع زیر عمق نرمال در بازشدگی زیر پل سطح مقطع عرضی بخش ترشده پایه‌های بالادست پل ضریب تصحیح تاثیر انسداد ثانویه (توسط پایه‌ها) ( وپر۸م / م۸ < 7 ) افت ارتفاع ناشی از حرکات چرخشی و گردابه‌ای بین مقاطع ۱ و 0(1(۳ افت ارتفاع ناشی از اصطکاک اختلاف تراز آب در دو مقطع ۱ و ۳ بر حسب متر ضرایب تعدیل [1۴۶ بر حسب عدد فرود. 16۲ بر حسب میزان گردشدگی ورودی بازشدگی, »16 برای زمانی که دیوار هدایت آب زاویه پخ داشته باشد. مک مربوط به پلهای کج با زاویه بیه (0)» رگا بر حسب نسبت بازشدگی, م6 اثر پایه‌هاء +6 برای نسبت استغراق پل ] ضریب دبی پایه (با فرض اینکه بازشدگی از نوع [ بوده و دهانه ورودی گردشدگی نداشته باشد و دیوار ضریب فراآب کل (۵2 + ۵ + ۸ + با < ۴۰ ) [ضریب پایه م۸ ,وابسته به نسبت بازشدگی و هندسه کوله . /:/۸ ضریبی برای در نظر گرفتن اثرات عدم تقارن طول خاکریز دوطرف پل در عرض رودخانه ۰ :۸ ضریب تاثیر دهنده اثرات کجی پل ,۸ که اثر وجود پایه‌ها درآن لحاظ شده است.] ضریب معرف میزان افت ایجاد شده ناشی از انقباض جریان بین پایه‌ها و هرگونه خطای ناشی از فرضیات و ساده‌سازی‌ها که از طریق تست آزمابشگاهی تعیین می‌شود. فشار حاصل از تجمع اجسام گیر کرده به پایه‌ها نیروی متوسط برخورد اجسام شناور به پایه‌ها نیروی ناشی از برخورد یخ به پایه‌های پل عرض پایه برحسب متر دبی در ۲۰ متر اول بازشدگی نزدیک به کوله است که در مقطع ۱ اندازه گیری می‌شود طول دایک فاصله‌ای که بعضی از دایکهای مستقیم از کوله دارند. متوسط عمق جریان بعد از آبشستگی (11 قطر ذره ای که ۵۰/ ذرات رسوب ریزتر از آن است حداکثر عمق آبشستگی در اطراف پایه‌های استوانه‌ای شکل در مصالح غیر چسبنده - دوازده - -------- صفحهٔ بعد -------- ساسا -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱۱ ۳ مقدمه پلها از مهمترین سازه های آبی هستند که بدلیل قرارداشتن در یک شبکه ارتباطی, همواره مورد توجه خاص مهندسین بوده‌اند. پلها بدلیل واقع شدن در یک محیط آبی دینامیک و در زیر یک محیط ترافیکی دینامیکی از آسیب پذیری بسیار زیادی برخوردار می‌باشد و چنانچه مسائل آن به صورت همه جانبه مورد بررسی قرار نگیرد. از عمر قابل توجهی برخوردار نبوده و ممکن است. شبکه‌های بزرگ ارتباطی را مختل نماید. یکی از عمده ترین مسائل پلهاء مشکلات هیدرولیکی تحمیل شده بر سازه پل می‌باشد. اهمیت بررسی این موضوع با ذکر این مطلب روشن می‌شود که پل‌های بسیاری در سطح جهان بدلیل وقوع سیلاب‌های سالانه تخریب شده‌اند. وضعیت از آنجا بحرانی‌تر می‌گردد که پلها درست زمانی تخریب می‌شوند (به عنوان مثال در مواقع سیلابی) که بیشترین احتیاج به راههای دسترسی جهت کمک به آسیب دیدگان از بلایای طبیصی وجود دارد. در این قسمت سعی شده است که گامهای مطالعات هیدرولیکی پلها بررسی شده و ضوابط مهندسی در طراحی ۱- مطالعات اولیه مورد نیاز جهت طراحی هیدرولیکی پل‌ها جهت انجام مطالعات هیدرولیکی پلهاء ابزارها و اطلاعات اولیه‌ای مورد نیاز است که در زیر به آنها اشاره شده است. ۱-۱- مطالعات شناسایی و بازدید هدف از بازرسی محل بدست آوردن یک شناخت عمومی از رفتار رودخانه و مصالح تشکیل دهنده آن است. همجنین برای تایید درستی اطلاعات بدست آمده از مطالعات دفتری و رفع نواقص آن» بعضاً نیاز به عملیات صحرایی وجود دارد. توصیه می‌گردد در عملیات صحرایی موضوعات زیر بررسی شود. * رزیم آبراهه *‏ پایداری آبراهه رودخانه (پایدار استاتیکی» پایدار دینامیکی و یا ناپایدار) *‏ الگوی جریان آبراهه اصلی رودخانه (اگر از نوع سینوسی است. باید مشخص شود که آیا جابجایی مسیر آبراهه اصلی فعال است یا خیر) * محدوده تراز آب (داغ آب)» بخصوص ترازهای سیلاب و تداوم وقوع آن * نشانه‌های گل و لای بر روی بوته‌هاء درختان و یا کناره‌های رودخانه که ممکن است بیانگر تراز سطح آب در سیلاب اخیر آن باشد. * محدوده دبی بویژه دبی سیلاب و تداوم وقوع آن * عرض آبگذرء عرض بستر سیلابیء طول و عرض پیچ و خمهای مسیر * نوع و دسته بندی مصالح بستر * نوع مواد و گیاهان موجود تشکیل‌دهنده کناره رودخانه‌ها *‏ وجود مواد روان در بستر و ساختار آنها * محل تمامی صخره‌های بزرگ بیرونی فرسایش‌ناپذیر که ممکن است جابجایی آبراهه اصلی را محدود کند. * تخمین زبری جریان در آبراهه اصلی و سیلابدشتها -------- صفحهٔ بعد -------- ۴ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها *‏ گودالها و خوردگیهای ناشی از فرسایش و تشکیل گودال در کناره‌ها * تغییرات آبراهه نسبت به آخرین نقشه‌ها یا عکس‌های موجود اندازه‌گیری شیب آبراهه * تخمین میزان زمینهایی که تحت اثر بازگشت آب قرار می‌گیرند. * مشاهده الوارها و اجسام جامد (آشغالها) حمل شده توسط سیلاب * _وجود پشته‌های رسوبی و موقعیت آنها * جمع‌آوری مشاهدات محلی در مورد جزر و مد و شرایط باد * اطلاعات مربوط به سازه‌های موجود بر روی رودخانه (آیا پلهای موجود موفق بوده‌اند؟ آیا همه دهانه های آنها مورد استفاده قرار گرفته است؟ آیا پل سیلاب را عبور داده است؟ آیا ارتفاع عرشه پل کافی بوده است؟ آیا آبشستگی شدیدی رخ داده است؟ آیا به طور مرتب ساماندهی رودخانه انجام شده است؟) ۲-۱- بررسی سوابق قبل از اینکه اقدام به جمع‌آوری اطلاعات و مطالعات صحرایی شود می‌توان از اطلاعات و داده‌های موجود و در دسترس استفاده نمود. چراکه هزینه مطالعات صحرایی بسیار زیاد بوده و انجام آن نیازمند صرف زمان زیادی است. برخی از این منابع در زیر بیان می‌شوند. * نقشه‌های توپوگرافی * _عکس‌های هوایی و ماهواره‌ای مقایسه نقشه‌ها و عکسهای هوایی در سالهای مختلف برای پیداکردن حرکت و جابجایی آبراهه‌ها.ء فرسایش ساحلی و .. استفاده از نقشه‌های هوایی جهت کنترل زمینهایی که تحت تاثیر قرار می‌ گیرند. مقیاس خطی عکسهای ماهواره‌ای معمولا کوچکتر از آن است که برآورد دقیقی از عرض آبراهه را ارائه دهد. البته این عکسها ممکن است برای تعیین الگوی آبراهه. عرض بستر سیلابی» (و از آنجایی که به فاصله زمانی سالانه تهیه شده‌اند) پایداری آبراهه و مقدار سیلاب بکارگرفته شوند. چارتها و جداول خاص در یک پروزژه ۹ نقشه‌های جغرافیایی, زمین شناسی و نقشه‌های خاک منطقه ۹ اطلاعات ژئوتکنیکی منطقه ۷ اطلاعات ثبت شده مربوط به پی‌کنی و اجرای شمع سازه‌های موجود اطلاعات حفر چاه در منطقه ۷ اطلاعات آزمایشات خاک ۹ جزییات سازه‌های موجود در منطقه ۷ ابعاد بازشدگی سازه برای عبور جریان ۷ جزییات و زمانهای اجرای تغییرات. خسارات. تعمیرات. خرابی و ... ۷ سیلابها و ترازهای یخ زدگی ثبت شده در محل * اطلاعات هیدرولیکی و هواشناسی منطقه -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۵ ۷ دبی‌ها و ترازهای ثبت شده نزدیکترین ایستگاه هیدرومتری, خصوصا ماکزیمم های سالانه ۷ منحنی فراوانی سیلاب نزدیکترین ایستگاه ۷ منحنی دبی- اشل نزدیکترین ایستگاههای هیدرومتری ۷ منحنی‌های تداوم جریان و هیدروگرافهای سالانه ۷ اطلاعات آرشیو روزنامه‌ها اطلاعات ثبت و بررسی شده در مورد جذر و مدهاء موجها و ... در آبهای ساحلی ۷ اطلاعات مربوط به باد که برروی ارتفاع موج تاثیر می‌گذارد ۷ سیلابهای طراحی و سایر معیارهای وابسته که برای طراحی سدهای بالادست یا سایر سازه‌های وابسته * شرایط یخ‌زدگی ۷ تاریخهای ثبت شده انجماد و آب شدن یخ اطلاعات کانال رودخانه: مواردی چون زبری کانال, عرض سیلاب‌دشت. شیب کانال. عرض و عمق رودخانه که بهتر است توسط مطالعات صحرایی کنترل شود. * ملاحظات مخصوص: مواردی چون کاربردهای خاص از رودخانه مانند کشتیرانی, وجود یخء پتانسیل حمل آشغال ۳-۱- نقشه‌های زمین‌شناسی و توپوگرافی مطالعات زمین ریختهای فرسایشی شامل فرسایش و رسوب‌خیزی (بررسی عوامل چیره فرسایشی و آهنگ رسوبخیزی منطقه)» پهنه‌های آبرفتی (پهنای بستر رودخانه و آبراهه‌هاء. درجه گردشدگی و دانه‌بندی مواد به طورکلی و برآورد ضخامت)» پادگانه‌ها (تعداد, بلندی هر یک نسبت به یکدیگر و از بستر رودخانه. درجه گردشدگی و دانه‌بندی مواد به طورکلی و برآورد ضخامت)» بادرفت‌ها (گسترش, منشا و برآورد ضخامت) و یخرفت‌ها (چگونگی تشکیل, گسترش و ابعاد مواد متشکله) می- تواند کمک قابل توجهی در طراحی پلهای رودخانه‌ای باشد. علاوه بر موارد مذکور مادامی که شرایط آبهای زیرزمینی طبیعی در محل یک طرح مطالعه نشده باشد. بررسی شرایط زیرسطحی محل طرح را نمی‌توان کامل دانست. لذا اثرات متقابل طرح پیشنهادی مهندسی و شرایط آبهای زیرزمینی می- بایست بررسی گردد. این اثرات ممکن است شامل موارد ذیل باشد: ۹ تغییرات مقاومت موثرء هم در سنگ و هم در مواد متشکله سنگ ۹ اثرات فروکش که در نتیجه حمل مواد بوسیله آبهای زیرزمینی و عمل فرساینده آن و انحلال پیش آمده * نیروهای تراوشی در توده سنگ * حملات شیمیایی آب روی اجزا سازه‌ای پل * ورود آب به داخل محوطه موقع حفاری آب زیرزمینی در توده سنگ -------- صفحهٔ بعد -------- ۶ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها در ارتباط با وجود آبهای زیرزمینی در توده سنگها نیز لازم است موارد زیر از یکدیگر تمیز داده شود. ۰ آبهای زیرزمینی داخل خلل و فرج خاکها آبهای زیر زمینی موجود در شکافها و درزهای توده سنگها آبهای زیرزمینی موجود در حفره‌ها و مجاری انحلالی زیرزمینی (کارستها) ۴-۱- مطالعات هواشناسی سایت سازمان هواشناسی کشور به آدرس .۷۷۷۷۷۷۰۷۷۵116۲ مهمترین مرجع برای دستیابی به آمار و اطلاعات هواشناسی است. دماء رطوبت. فشارء باران بادء ابرناکی و ساعات آفتابی از جمله پارامترهایی می‌باشند که دسترسی به آمار و اطلاعات آنها از طریق سایت مذکور امکان‌پذیر است. عمق و شدت بارش بارانء بارش برف. رنج تغییرات دمایی و سرعت باد از جمله اطلاعات مورد نیاز است. این اطلاعات ممکن است در ارزیابی ارتفاع امواج و نیروی برخورد یخ و تعیین ارتفاع عرشه پل مورد استفاده قرار گیرد. مهمترین عاملی که جهت محاسبه دبی پیک سیلاب از ایستگاه‌های هواشناسی مورد نیاز است. اطلاعات مربوط به بارندگی است. تعداد ایستگاه‌های باران‌سنجی لازم در سطح یک منطقه به وسعت آن. نوع بارندگی غالب, وضعیت توپوگرافی, شرایط اقلیمی بستگی دارد. در سایت سازمان هواشناسی کشورء آمار و اطلاعات حداکثر بارندگی روزانه. بارندگی کل ماهانه, تعداد روزهای بارانی. تعداد روزهای با بارندگی بیش از ۵۰۱ و ۱۰ میلیمتر موجود است. ۵-۱- مطالعات هیدرولوژی سازمان هواشناسی و تماب مهمترین مراجع دریافت اطلاعات هواشناسی و هیدرومتری هستند. این اطلاعات از ایستگاههای ثبت اندازه گیری دریافت شده و در جهت تعیین سبلاب طراحی, حداکثر عمق و سرعت جریان کمک می‌کند. معمولاً با توجه به نقشه‌های موجود در کشورء جهت ترسیم حوضه‌های آبریز مسیلهای متقاطع با راه‌هاء از نقشه‌های به مقیاس ۱:۲۵۰۰۰ و در صورت عدم وجود نقشه‌های مذکور, از نقشه‌های به مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ استفاده می‌شود. لازم به ذکر است نقشه‌های توپوگرافی به مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ برای کلیه مناطق ایران توسط سازمان نقشه‌برداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح تهیه شده است. پس از ترسیم حوضه‌های آبریزء مشخصات حوضه نظیر مساحت. محیط. شیب. زمان تمرکزء زبری هیدرولیکی, رواناب(دبی حداکثرء تغییرات زمانی دبی(هیدروگراف)» رابطه دبی- اشل(تراز)» حجم کل رواناب. فراوانی وقوع و دوره بازگشت) و غیره تعیین می‌گردد. همچنین استفاده از هیستوگرام فراوانی» توزیع‌های احتمالاتی در هیدرولوژی, انتخاب توزیع احتمالاتی مناسب و مدل‌های رگرسیون خطی در تحلیل آماری اطلاعات ایستگاه‌های هیدرومتری و تعیین دبی طراحی کاربرد دارند. از دیگر موارد موْثر در مطالعات هیدرولوژی توده‌های آشغال است. آشغال به طور معمول شامل ترکیباتی از اجسام شناورء رسوبات معلق و بار بستر است. پتانسیل حمل آشغال یک مسیل بر اساس کاربری اراضی حوضه آبریز آن و مشخصات اختصاصی رودخانه و دشتهای سیلابی تعیین می‌شود. در بازدیدهای میدانی باید شرایط زیر بررسی شود: * عدم وجود تنه درختان و خار و خاشاک در دیواره‌های مسیل دشتهای سیلابی آن کاربری اراضی حوضه آبریز و ساخت و سازهای جاری -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱/۱ ۷ * وضعیت آشغال و اجسام موجود در دشتهای سیلابی مسیل خار و خاشاک و محمولات طغیان می‌تواند باعث مسدود شدن ورودی آبرو شده و در مواقع سیلابی به راه و آبرو اسیب برساند. طراحی درست ورودی آبرو احتراز از آبروهای چند دهانه و دارای زاویه غیر قائم نسبت به مسیر در جلوگیری از اشغال گیری دهانه ورودی آبرو کمک بسیاری می‌کند. ۶-۱- مطالعات نقشه‌برداری و تهیه نقشه‌های لازم در برداشت‌های نقشه‌برداری باید به نکات زیر توجه کرد: ۹ برداشت مقطع عرضی باید بصورتی باشد که بتوان بستر و دیواره‌های رودخانه را به همان شکل طبیعی مدلسازی لازم است ثبت و برداشت اطلاعات مقاطعء موانع خاص یا ابنیه در جلوی مسیر آب رودخانه صورت پذیرد. پیشنهاد می‌گردد در هر مقطع علاوه بر تراز بسترء تراز سطح آب نیز برداشت شده و سرعت یا دبی آب در مقطع نیز اندازه گیری شود. از محل رودخانه و مقاطع مختلف آن عکسهای مورد نیاز نیز تهیه خواهد شد. عرض سطح آب و مشخصات جریان در وضعیت موجود برداشت شود. ٩‏ اگر منحنی فراآب در بالادست پل مسئله‌ای ایجاد نکند (مثلا شیب آبراهه تند بوده و دهانه‌های پل به اندازه کافی بزرگ باشند و یا بالاآمدن آب مشکلی ایجاد نکند) در این صورت می‌توان محدوده برداشت مقاطع را کاهش داد. علاوه بر نقشه‌برداری صورت پذیرفته توصیه می‌گردد نقشه‌های محل و مقطع طولی نیز تهیه گردد. نقشه محل به مقیاس ۱:۵۰/۰۰۰ از سازمان نقشه‌برداری قابل تهیه است. در این نقشه می‌تواند محل پیشنهادی پل, محلهای جایگزینی بررسی شده و یا رد شده و راههای مواصلاتی فعلی نشان داده شود. بهتر است برای مرحله طراحی. متناسب با اهمیت و گستره طرح. نقشه‌هایی به مقیاسهای بزرگتر مانند ۱:۲۰۰۰ تهیه گردد. نقشه بایستی شامل اطلاعات ذیل در محدوده طرح باشد: الف) اسامی رودخانه یا پل و جاده ب) محدوده تقریبی رودخانه و حاشیه آن در حالت بیشترین سطح سیلاب و کمترین سطح سیلاب ج) مسیر جریان د) مسیر موجود و مسیر پیشنهادی ورودی پل و همچنین محل پیشنهادی خط تلاقی پل و رودخانه ۵) مسیر و زاویه قوس اگر مسیر پیشنهادی بر روی یک قوس باشد. و) اسم نزدیکترین محل شناخته شده ز) موقعیت سطح مبنا که بعنوان شاخص تراز مورد استفاده قرار می‌گیرد. ح) محل گمانه‌های آزمایشی ط) محل ساختمانهاء چاههاء موقعیت صخره‌ها و دیگر عوامل سد راه مسیر جاده -------- صفحهٔ بعد -------- ۸ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ترسیم مقطع طولی رودخانه که نشان‌دهنده محل پل در حالت بالاترین سطح سیلاب. سطح سیلاب در حالت معمولی. کمترین سطح آب و سطح بستر در مقیاس حداقل ۱/۳۵۰۰ در جهت افقی و مقیاس حداقل ۱/۱۰۰ در جهت عمودی باشد. می‌تواند کمک موّثری به مراحل طراحی باشد. ۷-۱- مطالعات ژئوتکنیکی تعیین جنس و اندازه مصالح بستر به‌منظور برآاورد زبری جداره‌هاء تنش و سرعت بحرانی» عمق آبشستگی و میزان حمل رسوب انجام می‌گیرد. موقعیت نمونه‌برداری نسبت به پل به صورت شکل ۱ توصیه می‌گردد. شکل ۱ موقعیتهای نمونه‌برداری از مصالح بستر رودخانه فاصله بین مقطع بالادست و محل پل بستگی به عوامل مختلف نظیر عمق. سرعت. شیب و دبی رودخانه دارد. به عبارت تراز سطح آب اثر می‌گذارد. باشد. لذا لازم است که مهندس هیدرولیک با در دست داشتن اطلاعات کافی و بازدید از منطقه نسبت به جانمایی مکانهای نمونه‌برداری اقدام نماید. در مواردیکه نیاز به شناخت شرایطی خاص در پایین‌دست پل باشد. نمونه‌برداری از پایین‌دست پل مشابه بالادست آن انجام می‌شود. علاوه بر این شش موقعیت ممکن است نیاز باشد که از نقاط دیگر نیز نمونه‌برداری شود. بخصوص زمانیکه رودخانه ناپایدار است. این نقاط می‌تواند موقعیت پشته‌های رسوبی کناری, دیواره‌های رودخانه و یا مقاطع تکمیلی در بالادست و بمنظور آنالیز پی پلهاء نمونه‌برداری عمیق صورت می گیرد. این نمونه‌برداریها اطلاعات ارزشمندی را برای ارزشیابی ابشستگی به مهندسین هیدرولیک ارائه می‌دهد و مهندسین هیدرولیک علاقمند به شناخت بستر در جلو پایه‌ها و کوله‌ها (محل احتمالی حداکثر آبشستگی) هستنند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۹ میزان آبشستگی پیش‌بینی شده زیر بستر رودخانه در نظر گرفته شود. برای پلهای اصلی و بزرگ. پتانسیل آبشستگی بسیار بزرگتر است و حداقل عمق نمونه‌برداری برای آبشستگی, باید مورد به مورد بررسی و تصمیم‌گیری شود. توصیه می شود علاوه بر مطالب مطرح شده» مشخص کردن بزرگترین سنگی که بوسیله سیلاب حر کت داده شده» توصیف و عکس‌برداری از مصالح دیواره آبراهه و مشاهده لایه‌های زمین نیز مدنظر قرار گیرد. ۸-۱- مطالعات ربخت شناسی رودخانه هرگونه تغییرء هرچند موضعی. در ساختار رودخانه ممکن است موجب یکسری تحولات جدید در محدوده گسترده‌تری شود. لذا لازم است قبل از اعمال هرگونه اقدامی. عکس‌العمل رودخانه نسبت به آن پیش‌بینی گردد. به عبارت دیگر اثرات تغییرات گردند. در شکل ۲ منحنی ند شیلدز نشان داده شده است. محدوده زیر منحنٍ شیلدز نشان‌دهنده بستر پایدار و محدوده بالای [ ۱88 0 جح اب را 0 ی لاک 3 1 اازااااا ی 1 ابلبنلب نی ننلبنبنبحخحوم ظ" ۱ 0- )0.۱ با بو ده ار ۳ ی 0 ۲ ۹۵0 200 1۵۵ ۵۵ ۱۹۵ 20 8۵۱۵ :۱ ,0 ۸ سص 7 رب یک سکس همه ۹ ککص صاصص وک 006 و ۱۱ اه 0.02 0 500 0 100 40 0 810 6 4 2 1 0.40.6 0.2 سامل -ج عدد رینولدز همچنین رودخانه‌ها از نظر شکل ظاهری به سه دسته رودخانه مستقیم. پیچ و خم‌دار و شریانی, از نظر زمین‌شناسی به سه دسته رودخانه‌های جوان, بالغ و مسن و بر اساس رژیم جریان به چهار دسته زیربحرانی- آرام» زیربحرانی- آشفته. فوق بحرانی- آرام و فوق بحرانی- آشفته تقسیم می‌گردند. -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۰ ۱۳۹۱/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۹-۱- شناسایی محل و امتداد مناسب پل معمولا محور بزرگراهها و یا راه‌آهن‌ها طوری تعیین می‌گردد که کمترین هزینه را داشته باشد. وجود رودخانه در طول مسیر باعث افزایش هزینه‌ها خواهد بود. از طرف دیگر طول مسیر نیز یکی دیگر از عوامل تعیین کننده هزینه خواهد بود. معمولا احداث سازه‌های تقاطعی در طول یک جاده یا راه‌آهن به بازه‌های خاصی از رودخانه که توسط مسیر اصلی راه مشخص می‌گردد. محدود می‌شود. محل احداث برای یک پل معمولاً تابعی از ملاحظات مهندسی, اقتصادی, اجتماعی و هنری است. در راههای قدیمی, محل پل ممکن است تابعی از خطوط موجود جاده‌ای و راه‌آهن باشد. از طرف دیگر در راههای جدید. محل پل بگونه‌ای انتخاب می‌شود تا ایجاد کننده حداکثر زمینه تجاری و سود اجتماعی با درنظرگرفتن سه مشخصه بازدهی, تاثیر و تسهیل مواصلات باشد. در انتخاب محل می‌بایست هم هزینه اولیه (ساماندهی رودخانه. کنترل آبشستگی و مقابله با مشکلات ناشی از فراآب) و هم هزینه نگهداری و تعمیرات آتی آن درنظر گرفته شود. انتخاب محل حتما نیاز به بازدید محل و بررسی گزینه‌های متفاوت دارد. اما بطور کلی مناطقی که دارای مسیر تثبیت شده نسبی باشند در اولویت قرار می‌گیرند. محل مناسب پل در رودخانه‌هایی که از نظر استاتیکی پایدار هستند و الگوی آبراهه و هندسه مقاطع آنها تغییر قابل ملاحظه‌ای ندارد و بر اساس عرض آبراهه اصلی رودخانه و نسبت دبی در سیلاب‌دشت به دبی کل سیل تعیین می‌شود. برای تعیین محل پل ابتدا بایستی محلهایی مورد توجه قرار گیرند که دارای باریکترین آبراهه اصلی و کمترین نسبت جریان در در رودخانه پایدار دینامیکی انتخاب محل مناسب برای احداث پل مشکل‌تر است. در چنین رودخانه‌هایی به‌جز در موارد خاصی که دهانه پل با عرض سیلاب‌دشت برابر باشد. انجام کارهای ساماندهی بیشتری برای پایدارکردن رودخانه در محل پل لازم است. در نتیجه محلهایی که به عملیات ساماندهی کمتری نیاز دارد در اولویت انتخاب قرار می‌گیرند. معمولاً در محل خم رودخانه‌هاء عرض آبراهه‌ها کمتر و عمق آن بیشتر(مخصوصا در قسمت بیرونی خم) است. در فاصله میان دو خم. آبراهه پهن‌تر و عمق آن کمتر است. در اینگونه موارد مناسبترین محل باید بر اساس هندسه آبراهه. میزان ساماندهی لازم و شرایط هیدرولیکی رودخانه تعیین شود. با توجه به شرایط هیدرولیکی, مناسب‌ترین محل انتخاب پل در مسیر مستقیم است. از دیگر مسائلی که باید مدنظر قرار گیرد این است که مصالح مناسب. غیرشکننده و فرسایش ناپذیر برای ساخت پی کوله و پایه‌های پل موجود باشد و نیز لایه زیرین تحت تاثیر نیروی اعمالی دچار معضلاتی چون لغزش یا نشست نشده و از طرفی دور از منطقه گسل باشد. به عبارت دیگر محل پل بایستی از نظر زمین شناسی مناسب انتخاب شود. حضور سازه‌های دیگر نیز تاثیر مهمی در انتخاب محل پل دارد. مثلا سازه‌های تقاطعی دیگر می‌توانند بر سازه مورد نظر اثر گذارند و یا از آن اثر بیپذیرند. نمونه‌ای از این سازه‌ها سدها هستند که وجودشان هم در بالادست و هم در پایین‌دست بطور قابل ملاحظه‌ای می‌تواند بر عملکرد سازه مورد نظر اثر گذارد. همچنین تاثیر سازه‌های دیگری که در آینده قرار است امتداد پل بهتر است نسبت به جریان آبراهه با زاویه قائمه قرار گیرد. در این صورت طول پل گذرگاه کمتر شده و اثترات منفی هیدرولیکی زاویه‌دار بودن برخورد جریان با پایه‌ها از بین می‌رود. در خم رودخانه‌ها و جریانهای انحنادارء باید با توجه به مورفولوژی رودخانه امکان جابجایی رودخانه بررسی شده و محلی انتخاب شود که امکان جابجایی در آن وجود نداشته باشد یا عملیات ساماندهی مناسبی برای جلوگیری از این پدیده پیش‌بینی گردد. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۱ پس از اینکه ذرات سنگی بر اثر هوازدگی از سنگ مادر جدا شدند توسط عوامل مختلفی که مهمترین آن آب است به پایین دست حمل می‌شوند. عمق آب و سرعت جریان دو عامل مهم در ظرفیت حمل رودخانه به شمار می‌آیند از اینرو در هرجا انرژی رودخانه کاهش یابد. آنجه را که دیگر قادر به حملش نیست ترسیب خواهد نمود. در چنین شرایطی ابتدا ذرات درشت‌تر و بعد بتدریج ذرات ریزتر ته نشین می‌شوند. در فرآیند فرسایش توسط نیروهای بوجود آمده در اثر حرکت آب. ذرات خاک از بستر خود جدا می‌شوند. سپس ذرات جداشده در آستانه حرکت قرار گرفته و درصورتی که نیروهای وارد شده از سوی آب بیشتر از نیروی مقاوم باشند. ذره همراه با جریان آب منتقل می‌شود. شرایط شروع آستانه حرکت ذرات و میزان انتقال آنهاء به خصوصیات مواد رسوبی همچون اندازه, شکل و چگالی ذره و همچنین به خصوصیات جریان نظیر سرعت. عمق, تلاطم و نیز به خصوصیات شکل کانال و پا رودخانه نظیر شعاع هیدرولیکی» شیب و غیره بستگی دارد. مقدار و نوع بار رسوبی حمل شده توسط رودخانه. عامل اصلی تعیین شکل رودخانه است. تغییرات زیاد بار رسوبی ممکن است ناشی از تغییرات در کاربری زمین» آتش‌سوزی در جنگلها و وقایع هیدرولوژیکی و همینطور ساخت سد باشد که آب و رسوب را در مخزن نگهداری می‌کند. بار رسوبی همراه با دبی. عامل اصلی موّْثر بر کلیه مخاطرات رودخانه‌ای است. مطالعات هیدرولیک رسوب پیشنهادی شامل تعیین دانه‌بندی بستر و سیلاب‌دشت رودخانه» محاسبه آورد رسوب رودخانه‌ای (باربسترء بارمعلق)» ترسیم هیدروگراف رسوب سالیانه رودخانه تعیین میزان فرسایش و رسوبگذاری در بستر و کناره‌های رودخانه در بازه مطالعاتی» تعیین نقاط بحرانی و اسیب‌پذیر از لحاظ فرسایش و رسوبگذاری در بازه مطالعاتی و تعیین میزان آبشستگی عمومی و موضعی کوله‌ها و پایه‌های پل است. ۲- بررسی نحوه تاثیر پل بر جربان رودخانه مبحث تاثیر پل بر جریان رودخانه زمانی مطرح می‌شود که پل باعث تنگ‌شدگی رودخانه و فشردگی جریان شده و مانعی در برابر جریان محسوب گردد. در این حالت افت انرژی در اثر فشردگی و تراکم جریان عبوری از پل و مهمتر از آن پخش مجدد جریان به کل عرض رودخانه رخ می‌دهد. جهت غلبه بر آافت انرژی, تراز سطح آب بالادست به طور طبیعی به ارتفاعی بالاتر از حد معمول (تراز آب قبل از احداث پل) افزایش می‌یابد. به این اختلاف تراز سطح آب. فراآب و کاهش عمق آب در فاصله‌ای از بالادست محل پل را پروفیل بطور کلی زمانیکه جریان از یک تنگ شدگی (مقطعی باریکتر از کانال طبیعی رودخانه) عبور می‌کند تراز آب در بالادست تننگ شدگی, در مقایسه با سایر قسمت‌های کانال افزایش می‌یابد (شکل ۳- الف). در شکل ۳ فاصله مقطع صفر تا سازه پل به عواملی از قبیل هندسه کانال, زبری وشیب آن بستگی دارد و با توجه به روشهای مختلف آنالیز برگشت آب قابل محاسبه -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۲ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها (الف) شکل ۳- (الف) مقطع طولی جریان یکنواخت در عمق نرمال (ب) پلان رودخانه در محل فشردگی جریان در ناحیه جدایی جریان. ممکن است گردابه‌هایی نیز ایجاد شود و این نوع گردابه‌ها زمانیکه بازشدگی پل نسبت به عرض اندازه ناحیه جدایی بستگی به خصوصیات کانال بالادست و هندسه سازه دارد. البته نکته مهم اینست که تراز آب در ناحیه جداشده بالاتر از ناحیه مرکزی جریان است. بازشدگیهای آریب (در پلهایی که با زاویه نسبت به محور عمود بر رودخانه فاصله مقطع ۴ از مقطع ۳ بستگی به هندسه کانال, زبری و ناهمواری آن و نیز مشخصات جریان دارد. پیشنهاد شده است که حداقل فاصله مقطع ۴ از وجه پایین دست سازه (/- )2 درنظر گرفته شود. ناحیه پایین‌دست که مربوط به انبساط جریان اصلی است بسیار حائز اهمیت می‌باشد زیرا بیشترین افت آنرژی جریان از مقطع ۳ تا مقطع ۴ اتفاق می‌افتد. بر اساس قانون ضربهء افت انرژی ناشی از انبساط جریان دو برابر افت انرژی ناشی از انقباض و تراکم جریان است. در انبساط جریان, ایجاد تلاطم و آشفتگی باعث افت بزرگی در انرژی می‌گردد که وقتی با اشت برشی مرزی جمع شود. از انرژی جنبشی مقطع ۳ بیشتر خواهد شد. جهت غلبه بر این افت آنرژی» تراز آب در بالادست سازه افزایش می‌یابد که این مسئله دلیل اصلی ایجاد فراآب است. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱ ۱۳ با توجه به شرایط بالادست. شرایط پایین‌دست. دبی. شدت و هندسه تنگ‌شدگی در محل پل انواع مختلفی از جریان بوجود می‌آید. حتی ممکن است پل‌های مشابه در سایتهای گوناگون انواع مختلف جریان را ایجاد کنند. روابط مربوط به محاسبه دبیء فراآب و افت انرژی به نوع جریان بستگی دارد. بنابراین تشخیص نوع جریان مهم است. در شکل ۴ جریان‌های مذکور نشان داده شده است. در جریان نوع اول سطح مقطع جریان و بازشدگی زیر پل یکی بوده و سطوح بالادست و پایین‌دست پل مستغرق است. جریان نوع دوم حالتی بین جریان نوع اول و نوع سوم است. در این حالت با وجود اینکه جریان از کل بازشدگی پل عبور می‌کند. اما وجه پایین‌دست پل مستغرق نیست. در جریان نوع سوم وجه بالادست پل مستغرق بوده اما در وجه پایین‌دست. تراز سطح آب کمتر از تراز زیر عرشه پل است. اصطلاحاً به این حالت. جریان دریچه کشویی گفته می‌شود. در محل پلها اغلب جریان نوع چهارم که از نوع زیربحرانی است. حاکم می‌باشد. تراز سطح آب در بالادست و پایین‌دست مقطع پل از تراز زیر عرشه پل پایین‌تر است و عمق جریان از عمق بحرانی بزرگتر است. در جریان نوع پنجم» تراز سطح آب در محل بازشدگی پل(زیر عرشه پل) از عمق بحرانی عبور کرده و جریان وارد شرایط فوق بحرانی می‌شود. جریان نوع ششم شبیه جریان نوع پنجم است. با این تفاوت که جریان فوق بحرانی هم در زیر عرشه پل و هم بلافاصله در پایین‌دست پل رخ می- دهد. در اغلب موارد عدد فرود جریان در قسمت فوق بحرانی بالاتر از ۲ بوده و پرش هیدرولیکی در پایین‌دست قابل تشخیص است. در جریان نوع هفتمء در محل پل بالادست و پایین‌دست آن جریان فوق بحرانی حاکم است. افت انرژی در محل پل سبب افزایش سطح آب در این مقطع می‌گردد. این نوع از جریان به‌ندرت رخ می‌دهد اما امکان ایجاد آن در مناطق کوهستانی» و در مناطقی با زبری کم و شیب زیاد وجود دارد. جریان نوع هشتم زمانی رخ می‌دهد که ظرفیت مجرای زیر پل برای عبور سیلاب کافی نبوده و جریان از روی پل و خاکریز دسترسی جاده سرریز کند. شناخت نوع جریان علاوه بر کمک به تشخیص روش مناسب جهت تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریان» در انتخاب نوع -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۴ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی بل‌ها جریان نوع ٍ جریان نوع ۳ که ۰ پنجم 2 اول ۰ س_ جریان ی ۷ م2 دوم ی پ ۱ 5 ۱ ۷ ی ۷ 2 ۷ رو را هفتم ْ سوم رل 7 مسا یی ۷ میم سر سا ۹ ٌ. ۳ هه >ه- شکل ۴- طبقه‌بندی انواع جریان عبوری از محل پل ۳- بررسی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل در این قسمت. عوامل موْثر بر عملکرد هیدرولیکی پل‌ها و نیز نحوه تاثیرگذاری آنها بررسی خواهد شد. بعضی از این متغیرها به هندسه سازه بستگی دارند که در شکل ۵ به تصویر کشیده شده‌اند. این عوامل در انواع مختلف جریان به صورتهای نسبت بازشدگی پل ۸ : نسبت جریانی است که مستقیماً و بدون فشردگی از مرکز کانال و مرکز بازشدگی عبور -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۱۵ ی ۳ ‎٩‏ مقطع ب) عدد فرود ( ]) آلف) نسبت بازشدگی پل ( ۱1) (۸/#)پخ خوردگی (خ/۶)گردگوشگی ه ۷ د) گرد گوشکی و پخ در وجه ورودی ج) نسبت 0/] آبراهه ۹ سس مج ید پا و) کجی پل ( 02) ه) خروج از م رکزیت ( 2 ) مستطیلی 1 2 ح) شکل بازشدگی ز) عم جریان و شکل بازشدگی / ,( شکل ۵- متغیرهای اصلی تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل * عدد فرود (77)» جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی: نسبت نیروهای اینرسی و ثقلی در جریان است. اگر عدد فرود جریانی برابر یک باشد. عمق جریان بحرانی است و در این حالت عملکرد هیدرولیکی آبرو بهینه است. نسبت طول آبراهه به عرض دهانه در محل پل 7./]0: آبراهه‌های طولانی از بازده بیشتری نسبت به آبراهه‌های کوتاه برخوردار هستند. بنابراین طول بازشدگی یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار در عملکرد هیدرولیکی پلهاست. * گردگوشگی دهانه ورودی: یکی از روشهای بالا بردن بازده هیدرولیکی, مدور ساختن لبه‌های بالادست است. در این حالت هندسه ورودی با خطوط جریان مرزی شبیه خواهد بود. گردگوشگی دهانه ورودی» میزان انقباض جریان را کاهش داده و سبب افزایش عرض جریان و نتیجتا افزایش ضریب دبی ,) خواهد شد. ۹ عدم تقارن طول خاکریز دوطرف پل در عرض رودخانه: یکی از عوامل تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل میزان خروج از مرکزیت محل پل نسبت به مرکز دهانه رودخانه است. -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۶ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها _کجی(بیه) پل ۵ : تعریف ساده‌ای از بیه پل می‌توان ارائه داد. زاویه بین راستای پل(راستای محور راه) و راستای جریان تغییر می‌کند. عمق جریان به ارتفاع بازشدگی پل وابسته است و بر نوع جریان و همچنین عملکرد هیدرولیکی سازه تاثیرگذار خواهد بود. * شکل بازشدگی: عمق. توزیع سرعت و الگوی جریان به شکل آبراهه بستگی دارد. *‏ زبری و شکل کانال رودخانه: این پارامترها بر عملکرد هیدرولیکی پلها مژْثرند اما تاثیر آنها معمولا کم است. علیرغم اهمیت‌شان در محاسبه نسبت بازشدگی و عدد فرود. معمولاً مستقیما وارد محاسبات نمی‌شوند. احداث پل در طولی از رودخانه ایجاد گردد. تراز بستر رودخانه و سطح آزاد آب کم خواهد شد و در نتیجه آن مقدار فراأب و افت انرژی بین محل پل و پایین‌دست آن کاهش می‌پاید. ۴- نحوه محاسبه دبی و فراآب تمرکز علم هیدرولیک پل‌ها معمولاً روی تعیین دبی عبوری از سازه و فراآب حاصل از آن است. بدین منظور توصیه می‌شود از روش‌های تحلیل عددی جریان جهت محاسبه پارامترهای مذکور استفاده شود. اگرچه که استفاده از روش‌های عددی نبارز به دانش فنی بالایی دارد اما نتایج بدست آمده از آنها در اغلب موارد از روش‌های تقریبی موجود مناسب‌تر است. در این قسمت به نحوه آنالیز جریان عبوری از پل‌های تک دهانه و یا چند دهانه. با مقطع بازشدگی مستطیلی شکل با قوسی, در حالات قبل و بعد از استغراق پرداخته می‌شود. چهار روش توضیح داده شده زیرء روشهای نسبتاً ساده‌ای هستند و بیشتر قبل از شروع محاسبات کامپیوتری و یا برای کنترل نهایی نتایج آنالیز کاربرد دارند. زیرا این روشها نیاز به نرم‌افزارهای کامپیوتری ویژه ندارند. ۱-۴- روش سازمان زمین‌شناسی ابالت متحده (115075]) این روش یکی از فراگیرترین روشهای بررسی وضعیت جریان در آبروهای مستطیلی شکل است. این روش برای انواع مختلف بازشدگی (بازشدگی با خروج از محوریت, بازشدگی کج. بازشدگی با گردگوشکی وجوه ورودی جریان (پایه‌ها و یا دیوار توصیه می‌شود به ندرت و با رعایت احتیاط از این روش برای پل‌های قوسی استفاده گردد. در این روش تعیین سطح تراز آب ۱-۱-۴- محاسبه دبی در این روش از محل انقباض جریان برای سنجش دبی استفاده می‌شود. جهت محاسبه دبی از یک سری داده‌ها و ضرایب تجربی در معادلات استفاده می‌گردد. این ضرایب به شکل و نوع بازشدگی و نیز اختلاف بین ترازهای آب در مقاطع ۱ و ۲ -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۷ 2 ۰ 0 )۱( لا +/۸ او2 ابش - 0 28 ۱ شونده حل گردد. در بیشتر مواقع می‌توان فرض کرد که مقادیر 28/ ,۷,۷ و م/ تقریباً مساویند و یکدیگر را خنثی می- حاصل می‌شود. ابتدا نوع بازشدگی تعیین شده و سپس با استفاده از مقادیر ۸1 و //.7 برای هر نوع بازشدگی مقدار ("۳) بدست می‌آید. پس از محاسبه (!)) بایستی مقادیر,/ نیز از چارت‌ها و دیاگرام‌های مربوط به خود محاسبه شده و برای )۲( (بکلمگلوکل کرک مک رک یکمک )6۲ مقادیر پارامترهای ذکر شده در فرمول فوق باید از روشهای رایج و معتبر (نشریات ۲۲1۷۷۸ و ۸۸5۲110 ) محاسبه روش ذیل برای تخمین برگشت آب توصیه شده است. اختلاف بین تراز آب در مقاطع ۱ و ۳ به شرح زیر است: )۳ د لوگ + 1 + 77 < مل۸ با تقسیم طرفین معادله فوق بر ۰.۸/7 معادله بدون بعد ۴ ایجاد می‌شود. برای محاسبه حداکثر فراآب (]77)» مراحل زیرباید طی شود: ۱- برای دبی مورد نظر () نسبت بازشدگی پل محاسبه می‌شود. ۲- متوسط زبری کانال رودخانه تخمین زده می‌شود. (این مقدار باید متوسط بالادست و پایین دست رودخانه باشد) . 7 77 , 7 ۳- نسبت برگشت آب ( ۲ ) از شکل ۶ بدست می‌اید. ۴- مقدار ضریب دبی بازشدگی ۳ و ضریب دبی پایه :۳۸۰ (با فرض اینکه بازشدگی از نوع [ بوده و دهانه ورودی ۵- نسبت برگشت آب بدست آمده از گام ۳ در ضریب ,.)/ ضرب می‌شود. ۶- مقدار ۸/۱ بر اساس دبی طراحی و معادله ۱-۱۲ محاسبه می‌شود. ۷- نسبت فراأآب تعدیل شده (/۸/ ]8.77 حاصل از گام ۵ در ۸/7 حاصل از گام ۶ ضرب شده و 77 بدست می‌آید. ۸ :77 با استفاده از معادله ۳-۱۲ و مشخص بودن بقیه پارامترها بدست می‌آید. -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۸ ۱۳۹ راهنمای مطالعات هیدرولیکی بل‌ها 9 اس زب موو ار اس اندازه گیریهای آزمایشگاهی 1 ص و : ٍ 06۵ : ی بو سس 2 ْ ٍ ص ص 0 ۱ ی 020 کانال مستطیلی شکل با اصطکاک صفر و ۳-0.5] / ٍ 0 0 01 0.2 0.3 04 05 0.6 .0 0.8 0.3 1.0 شکل ۶- نسبت برگشت آب در روش 15)075] برای شرایط اولیه در تستهای آزمایشگاهی (وجود بازشدگی با کوله‌های قائم و لبه‌های ورودی تنیز و بدون گردگوشکی) 4-04 ۱ 1 ۱ لا ۱ 8 با و050 1.229 1.10 1.0 شکل ۷- تعیین ضریب م؟/ در روش 15675] -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۱۹ ۳-۱-۴- محدوده استفاده از روش سازمان زمین‌شناسی ابالت متحده ([15۳۳] ) در بعضی از شرایط نمی‌توان از روش 15075] استفاده کرد و یا استفاده از آن باید با احتیاط صورت پذیرد. بعضی از این ۱- تنها در مکان‌هایی که بستر نسبتا پایدار باشد باید از این روش استفاده کرد و به عبارت دیگر اگر احتمال وقوع آبشستگی و ایجاد چاله‌های ناشی ار آبشستگی در محل پل وجود دارد. نمی‌توان از این روش استفاده کرد زیرا در اینصورت هندسه پل و محل تخمینی مقطع ۳ و ضرائب ,6/ و بطور کلی فرضیات این روش با واقعیت تفاوت ۲- این روش در جاهاییکه اختلاف تراز سطح آب در مقاطع ۱ و ۳ (۸/1) کمتر از ۱۵۰/۲۱۲/۱ است نباید بکاربرده شود. ۳- ۸/7 باید بزرگتر از .4/0 باشد. این مسئله زمانی مطرح می‌شود که سیلاب‌دشت پوشش گیاهی فشرده‌ای داشته ۳- شکل هندسه پل باید محدود به انواع استاندارد تشریح شده در این روش بوده و جریان نیز حالت بحرانی نداشته ۵- در شرایطی مثل زمانی که طراحی یک پل جدید مد نظر است. تراز آب در مقطع ۱ و ۳( ,77و : 17) و همچنین مقدار ۸/۲ کاملاً نامعلومندء یک راه حل اینست که مقدار 2 به صورت فرضی در نظر گرفته شود و بعد از محاسبه از فرمول ۱-۱۲ مقدار [77 و ببآروکگ محاسبه و از معادله ۳-۱۲ مقدار 77 بدست آید. لذا این روش برای ۳-۴- روش اداره راههای عمومی ابالت متحده (۲۳۵۵05 ۳۷۳1۱12 01 8۲۵۵۲ 15]) در روش 53۳16 فرض می‌گردد کانال منظم و عمق جریان نرمال باشد. در این نوع جریان تراز سطح آب با بستر موازی 2 1 ) ۹ به عمق نرمال دلالت دارد) و همچنین تعدادی ضرایب تجربی که از نمودارها بدست می‌اید. مورد نیاز است. ورم ۲ ۱ در۸ 2 2 / , 7 0 »2 (۵) ۸۷2 ۸2 ۸2 1 2 2۳ - 77 28 ۸ :۸ 28 -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۰ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها معادله فوق می‌بایست به روش تکرار حل شود. ابتدا 77 تخمین زده شده و سپس ب۸م محاسبه می‌گردد. با استفاده از استفاده از شکل ۸ محاسبه کرد. بعنوان مثال اگر مقدار 2.6 < ,0 و 0.7 > ۸7 باشد. مقدار 2.1 >< و0 خواهد بود. 4 ۱ 34 ی 30 یل یه 3.0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 تا 0 و که که که هه که که که هچ وه ۳ ۳ ای سسص سر 2 سرص الک تس ات چا 2.2 :0 ات وا اساسل اس ل اسل س س صص ی لبم سز سلساسس رساس صصصسص یت اه که یس سس لک لا 10 89 08 07 06 ک۵05 04 ۵3 ۵02 01 زی شکل ۸- محاسبه 0 با استفاده از مقادیر 0 و نسبت بازشدگی 1 ضریب *] با استفاده رابطه ۶ محاسبه می‌گردد. )۶( ۸ + و۸ + ۵ + اما مقادیر پارامترهای ذکر شده در فرمول فوق باید از روشهای رایج و معتبر (نشریات ۸۸51170 , ۳1۷۷۸ ) محاسبه 2 (۵ ۵ 0/2 - 7۳7 28 برای محاسبه تراز سطح آب در پایین‌دست پل(« )» برای حالتیکه محور جریان عمود بر محور طولی پل باشد و طول خاکریز دو طرف پل نیز یکسان باشد. پارامتر ,77 به صورت زیر تعریف می‌گردد. دعر زر < از تا للغ 0۸ 28 مطالب مطرح شده :77 (اختلاف تراز سطح آب نرمال و سطح آب پایین‌دست پل) از رابطه زیر بدست می‌آید. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۳۱ ای ۰ ۹0( نان 77 0 بنابراین: (۱۰) 7 - پر[ 1 ِ : 10 | 7 ۱/0905 ۵۲؟) ۷۷۷۷ *90 دنب ۳ ۳ (2020 60/۱ ایطه ی 55 سر هت ۷۷۸۷ 45 300 57 ۲۸۱ 06 با ا ‏ عکا را ۱ ۳۹۲۵ ی .۰ لا ۳ ۹ 7 1( الیو ۷۱۳ 45 . ۳ 4 ْ اجه سا --- ۱۱۸۱۱۱۱۱۱۱۱۱ ۱۱۱۱۱۱۹۱۱۱۱۱۱۱ ۴ 0 | لا نام ها 1 ۹۳۹ ۹ نا 1,0 09 03 07 06 05 0.4 03 02 0.1 0 منحنی بالا: پلهایی که کوله با دیوارهای ۹۰ درجه و 60/71 > (/ دارند. پلهایی که کوله با دیوارهای ۴۵ و ۶۰ درجه دارند با منحنی پایین: پلهایی که کوله با ورودی منحنی (5111111۳0۱81) دارند. در پلهایی که طول خاکریز دو طرف پل(عمود بر جریان) باهم برابر نباشد. رابطه زیر ارائه شده است. ۹ 1 0 ۷ ۷ + (0۱ 1 ۳ و ۸۸ + ۱ 2 همجنین بمنظور لحاظ نمودن اثر زاویه بین محور طولی پل و محور رودخانهء رابطه زیر بیان شده است. | [ دراه . (0۱۲ (ر لا حاجه زا۵ + را :۳ اگر شرایط غیرنرمال حاکم باشد. معادلات ۸ و ‎٩‏ همچنان برقرار است با این تفاوت که به جای سرعت ,ما می‌بایست از سرعت رپ ۷ استفاده کرد. -------- صفحهٔ بعد -------- اه ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۳-۲-۴- محاسبات دبی در روش 75۳۳16] معادله مشخصی جهت تعیین رابطه دبی و عمق آب بالادست پل ارائه نشده است. اما ترسیم نمودار دبی- اشل کار ساده‌ای است. به ازای هر دبی مفروضی, عمق نرمال با استفاده از رابطه مانینگ قابل استخراج است. مقدار 77 نیز از مطالب ارائه شده منتج می‌گردد. عمق آب بالادست حاصل‌جمع عمق نرمال و9 77 است. بدین ترتیب می‌توان نمودار دبی و عمق آب بالادست پل را ترسیم نمود. ۳-۴- روش 16116۲۲ 200 010۲۳ این روش اساساً جهت تعیین رفتار هیدرولیک پل‌های طاقی پیشنهاد شده است. متاسفانه اثر زاویه محور پل (محور راه) و محور رودخانه. عدم تقارن طول خاکریز دوطرف پل در عرض رودخانه. وجود پایه‌ها و شرایط غیرنرمال در نظرگرفته نشده در این مطالعات برای محاسبه فراآب شکل ۱۰ ارائه شده است. محور افقی نسبت بازشدگی 11 و محور عمودی است. ,7 عمق بالادست پل و ۸[ عمق نرمال است. منحنی‌های موجود در این شکل بر اساس عدد فرود عمق 0 5 > ,/ > 1.5 است. با استفاده از شکل ۱۰ مقدار ,[ بدست آمده و میزان حداکثر فراآب نیز از رابطه زیر بدست می- با استفاده از شکل ۱۱ می‌توان فاصله بالادست پل تا محل ایجاد فراآب حداکثر را بدست آورد( «_1). همچنین به‌ کمک شکل ۱۲ فاصله محل بیشترین فراآب تا محل حداقل تراز آب بدست می‌آید( 3 ,1). زا 1 4 2 (۱۴) ۱ |[ 00177 ایس اس (2)*< 0.7083 - 0 مج ضریب دبی که می‌توان آنرا با استفاده از شکل ۱۳ بدست آورد. شکل مذکور بر حسب عدد فرود عمق نرمال کانال -------- صفحهٔ بعد -------- ۳ ۰ ۹ 2 ۱8 : ۷ ۳ ۱ ۳ ۵ ٍ 9 ۱۳۹۹۹ 0 10 09 098 07 03 902 9۹ از ۱ شکل ۱۰- منحنی تغییرات 1 در مقابل نسبت بازشدگی ۸ و عدد فرود عمق نرمال پر77 ۲۳۳ -------- صفحهٔ بعد -------- ۲۳۴ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ی 0 0 0.90 0.80 0.70 0.60 0۵.50 040 ۵.30 ۵20 ۵.1۵ 0 عدد فرود عمق نرمال پر۳۳] شکل ۱۱- نمودار تعیین فاصله بالادست پل تا محل ایجاد فراآب حداکثر 4.00 با لام نام 1 20 هد سوه و 1.00 1.00 0.90 ی پا ۵۵ ۵0.5۵ ۵0۵40 ۵.30 0.20 ۵0.1۵ 0 شکل ۱۲- نمودار تعیین فاصله محل بیشترین فراآب تا محل حداقل تراز آب -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۳۵ 070 و سص 0 10 0 سیک که ۳ طلست ۱۳ ی پل 040 عسضححتححح) یر سلس ی ست ۹ ی ی 0۱ 1.0 9 08 07 06 0۵5 ۵4 ۵3 0.2 1 0.0 شکل ۱۳- نمودار ضریب رر) در برابر نسبت بازشدگی ۸4 ۴-۴- روش ما1 (ع۲۹۵۲ ع۲1۵۵۱۱1) دهانه. طاقهای بیضوی تک دهانه, طاقهای نیم‌دایره چند دهانه و طاقهای بیضوی چند دهانه مدنظر قرار گرفته شده است. جهت تعیین میزان فراآب پارامترهای رل و به صورت زیر تعریف می‌گردد. (۱۵) /( ۸ -۸) ,7 (۱۶) ,۸ /(چ۸ - ب۸) < 7 شکل۱۴ در مورد پلهای طاقی تک دهانه ارائه شده است. با استفاده از شکل مذکور می‌توان مقدار حداکثر فراآب ]77 را تعیین کرد. ابتدا می‌بایست مقدار 77 فرض گردد. سپس با استفاده از معادله ۱۵ مقدار ,ل مشخص شود. به کمک شکل ۵ مقدار ]77 قابل استخراج است. این عمل تا همگرایی فرض اولیه و مقدار بدست آمده 77 ادامه می‌یابد. شکل ۱۶ نیز برای پلهای طاقی چند دهانه ارائه شده است. روش محاسبه فراآب در این حالت نیز مشابه پلهای طاقی تک دهانه است. با استفاده از مقدار فراآب محاسبه شده و شکل ۰۱۴ مقدار ,7 بدست می‌آید. با استفاده از معادله ۱۶ می‌توان مساحت جریان در پایین‌دست پل در محل کمترین تراز سطح آب(۸) را محاسبه و بر این اساس 7۳7 (اختلاف تراز سطح آب -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۶ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها 1 09 08 07 06 .0 1 ای ۳7 0۷4 03 02 01 0 قی -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولب 2 وه َ- 05 ۳ 7 03 اوه 0 ۳ ۵ دهانه ۳۷ -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۸ ۵- تحلیل جریاز در این قسمت پل‌هاب تاثیرشان بر جریان نا نتیجه تعداد پایه‌های نداشته و فقط پایه‌ها را اس [/ ال / ۳ رس ۴ 7 هم زا کرد 2 سس ااااا 11 ۱۹,۹۹8 ۳ لا 38 1 1 8 عد شکل ۱۶- نمودار عدد فر عبوری از پایه‌های ی بررسی می‌شود که پای چیز و قابل اغماض است موجود در مسیر جریان : به عنوان مانع در برابر < این وضعیت بوجود نمی راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها 09 08 07 03 0.2 0.1 ا موانع ثانویه‌ای هستند که کوله‌ها در مسیر جریان قرار -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ها ۱-۵- معادله اوبوسان 0۸۳۱۹۹۵۲۱ این معادله با فرض وجود بستر افقی و سپس کاربرد معادله برنولی برای مقاطع ۱ و ۳ بدست می‌آید. اگر ضریب (,16) از طریق تست‌های آزمایشگاهی طوری تعیین شود که معرف میزان افت ایجاد شده ناشی از انقباض جریان بین پایه‌ها و هرگونه خطای ناشی از فرضیات و ساده‌سازی‌ها باشد. رابطه محاسبه دبی به صورت زیر خواهد بود: ۱۷۱ و [2877) رلاط 8 -0 مقدار ,۴ معمولاً از روش یارنل که نتایج آن در جدول ۱ خلاصه شده است. تعیین می‌شود. مقدار این ضریب معمولا بین ۰/۹ تا ۱/۰۵ است. بنابراین برای یک دبی مشخص می‌توان عمق نرمال (,) را محاسبه و سپس با استفاده از روشهای آزمون و خطا و از طریق معادله (۱۷) مقدار ]77 را بدست آورد. استفاده از روش سعی و خطا اجتناب‌ناپذیر است زیرا مقدار 7 خود وابسته به مقدار ,1 است. معادلات اوبوسان برای مدل‌سازی جریان‌های کاملاً آشفته و متلاطم مناسب است. اما برای جریان با تلاطم کمتر (زیر حد جدول ۱: مقادیر ,ر ک/ و ,(6/ برای انواع پایه‌های پل ۰/۹۰ سک ما ساکع سا ها مه مه ۲-۵- معادله ناگلر معادلات ناگلر بر حسب دبی عبوری بین پایه‌ها (0) و هد ( 28/ :81 + ]77 <-) به شکل زیر تنظیم کرد: در تاو رن ۷ ۱۸0 ۳ 7 ل) ۰/28 - 0 -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۰ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها البته اگر تاثیر پایه‌ها کم و ناچیز باشد و را[ * ,7 باشد. 0-0 است اما زمانیکه جریان متلاطم و آشفته باشد بزرگتر از . 22 سس ی 8 ْ 18 و |18 اه ِ 1 : و ٍ ۲-۰ 14 ۵۱یا از و0۷ ۵8 07 06 5و 4 دی 03 6.۱ 0 شکل ۱۷- مقدار ث] در معادله ناگلر برای جریان عبوری از پایه‌ها ۳-۵- مطالعات پارنل ۹ تاثیر شکل دماغه پایه تاثیر تنگ شدگی کانال بوسیله پایه‌ها * تاثیر طول پایه ۹ تاثیر زاویه برخورد جریان با پایه ۹ تاثیر دبی جریان در شرایط زیربحرانی میزان فراآب [ - 7[ < !77 از معادله زیر بدست می‌آید. (0۱۹ (*0.6]0+150- 5۳۳+ )۳۳ ,لا - ۶7۲ -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹ ۳۱ در معادله فوق ک/ ضریب شکل پایه یارنل (جدول ۲)» بر *< 7[ عمق نرمال در مقطع ۴ پر77 < ر77 عدد فرود عمق 0 نرمال و 1-۸4 -1< 4 نسبت تنگ‌شدگی کانال است. معادله ۱۹ تحت شرایط عمق نرمال حاصل شده است. رابطه تعیین فراآب نیز به‌صورت زیر نیز قابل بیان است. ِد ۳ : )۲۰( 1504+ 0:60 -6+10) 2 - 77 85 ۱ ۳ : 28 جدول ۲- مقادیر ضرایب پایه یارنل دماغه و پشت به شکل نیم‌دایره باشد. پایه‌های جفت با دیافراگم میانی پایه‌های جفت بدون دیافراگم میانی پایه‌هایی با دماغه و پشت ۹۰ درجه مثلنی ۱۳۵ پایه‌های مستطیل شکل ۶- محاسبه نیروهای وارده بر پابه پل‌ها نیروها جریان آب است. این نیروها شامل نیروهای هیدرودینامیک. نیروی وارد از طرف اجسام شناور و در مناطق سردسیر نیروی ناشی از برخورد قطعات یخ می‌باشد. ۱-۶- نیروی هیدرود بنامیکی وارد بر پایه پل‌ها مقادیر نیروهای هیدرودینامیک (نیروی کشانه و نیروی جانبی) برحسب نیوتن به صورت زیر محاسبه می‌گردد. 2 ۲۱۱( اون لام جر 2 18 2 ضرایب نیروهای هیدرودینامیکی م) و رح بستگی به شکل پایه‌هاء فاصله بین آنهاء زاویه پیشروی و عدد رینولدز جریان -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۲ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها نیاز به ساخت مدل فیزیکی دارد. ضرایب ررل) و رح باید از روشهای رایج و معتبر (نشریات ۸۸5110 , ۳11۷/۸ ) ۲-۶- نیروی ناشی از احسام شناور نیروی وارده از طرف اجسام شناور به پایه‌های پل ممکن است به یکی از دو حالت زیر باشد: الف) نیروی حاصل از برخورد اجسام شناور به پایه‌ها به صورت ضربه ب) نیروی هیدرودینامیک وارد بر پایه‌ها در اثر گیر کردن اجسام در پشت پایه‌ها در مورد نیروی حاصل از ضربه اجسام شناورء طراح باید نیروی حاصل از برخورد یک جرم دو تنی, که با سرعت جریان حرکت کرده و پس از برخورد در طول ۱۵۰ میلی‌متر و ۷۵ میلی‌متر به ترتیب برای پایه‌های بتنی توخالی و توپر متوقف می- نیروی متوسط برخورد از رابطه زیر محاسبه می‌شود: ۸1 0 ۲[ 24 (۲۳) در مورد نیروهای هیدرودینامیک اعمالی از طرف اجسام شناور گیرکرده به پایه‌هاء توصیه شده است که نیرو در عمق حدوداً ۱/۲ متر به پایه اعمال شود. وسعتی که برای اجسام شناور تجمع یافته پشت یک پایه باید در نظر گرفته شودء معادل نصف مجموع دهانه‌های مجاور آن و حداکثر تا ۲۱ متر باشد. رابطه زیر برای محاسبه فشار حاصل از تجمع اجسام گیر کرده ارائه شده است: (۲۴) - رط اگر تجمع اجسام در پشت پایه‌ها اتفاق بیفتد. سرعت جریان در زیر این اجسام افزایش یافته و در نتیجه آبشستگی نیز افزایش می‌یابد که این افزایش باید در نظر گرفته شود. به این نکته نیز باید توجه شود که اگر پایه پل به یک سیستم ضربه- گیر مستقل مجهز باشد. با توجه به سیستم ضربه گیر ممکن است نیازی به طراحی پایه در مقابل نیروهای اجسام شناور نباشد و همچنین اینکه معمولاً ضربه و نیروهای هیدرودینامیک حاصل از اجسام شناور همزمان بر پایه ها اعمال نمی‌شوند. ۳-۶- نیروی ناشی از برخورد بخ به پایه‌های پل در مناطق سردسیر نیروی ناشی از برخورد قطعات یخ قابل بررسی است. مقدار نیروی وارد از طرف یخ به نوع پایه و مقاوصت بخ و چگونگی انهدام و از بین رفتن یخ بستگی دارد. انهدام یخ به یکی از صورت‌های آب‌شدن, خردشدن. برش یا خمش امکان دارد. رابطه زیر برای براورد میزان نیروی ناشی از یخ که بصورت افقی به پایه پل وارد می‌شود. ارائه شده است. (۲۵) ۳ 1 رگ رگ مگ 7۳ در رابطه فوق ,ر/ نیروی افقی وارد بر پایه برحسب کیلونیوتن و م0 عرض پایه برحسب متراست. ضرایب فرمول فوق باید از روشهای رایج و معتبر (نشریات ۸۸۹۲70 , ۳11۷۷۸ ) محاسبه شود. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۳/۱ ۳۳ ۷- تحلیل عبور جریان از روی خاکریزها گاهی اوقات پل حجم آب قابل توجهی را از خود عبور می‌دهد. در چنین مواردی ساخت خاکریزی که ارتفاع آن بالاتر از تراز سیلاب باشد غیراقتصادی است و ساخت آبروها و بازشدگی‌های چند دهانه نیز عملی نیست. در این شرایط تنها راه حل مناسب و عملی اینست که اجازه عبور آب از روی خاکریز داده شود. ارائه این راه حل مشروط به اینست که خاکریز هنگام عبور آب آسیب نبیند و موقعیت جاده نیز حساس و استراتژیک نبوده و بازبودن دائمی آن لازم و ضروری نباشد. خاکریزهای با ارتفاع بیشتر مانع بزرگتری در مقابل جریان محسوب می‌شوند و فراآب بیشتری تولید می‌کنند. بنابراین جریان سیلابی شدیدتری ایجاد خواهد شد. نکته مهم دیگری که نباید فراموش شود اینست که اگر قرار است خاکریز جاده علاوه بر ملاحظات طراحی مانند سد نیز عمل کرده و حجم زیادی آب در سیلاب‌دشت بالادست را نگهداری کند. لازم است خاکریز بر اساس قوانین ایمنی سدها نیز کنترل و طراحی شود. در اینصورت ارتفاع خاکریزها قطعاً بیشتر از حد استاندارد بوده و جهت نگهداری مناسب و حفظ ایمنی آن باید در طول عمر مفید خود مرتباً تحت بازرسی‌های ویژه قرار گیرد. اما اگر آب به شکل کنترل شده‌ای از روی خاکریزها عبور داده شود این مسائل و مشکلات را در پی نخواهد داشت. ۱-۷- خاکریزهایی که مثل سرریز عمل می‌کنند وقتیکه خاکریزهای جاده مانند دریچه اطمینان طراحی شوند و به عبارت دیگر عبور آب از روی آنها مجاز دانسته شود. بایستی عملکرد هیدرولیکی‌شان آرزیابی شود. همانطور که در شکل ۱۸ قابل مشاهده است. چهار نوع جریان اتفاق می‌افتد که عبارت از جریان غوطه‌ور آزاد. جریان سطح آزاد. جریان سطح آزاد مشرف به جریان مستغرق و جریان مستغرق است. با توجه به شکل ۱۸ در مراحل اول عمق بحرانی 0 همواره روی راس خاکریز قرار می‌گیرد ولی در آخرین مرحله عمق آب روی راس خاکریز بیشتر از عمق بحرانی است. جریان آزاد به دو جریان غوطه‌ور آزاد (شکل ۱۸-الف) و جریان سطحی آزاد (شکل ۱۸-ب) تقسیم می‌شود. بین این دوء جریان غوطه‌ور مخرب‌تر است زیرا در این جریان» جت آبی با سرعت زیاد در شیب وجه پایین‌دست خاکریز بوجود می‌آید که در پی آن پرش هیدرولیکی مستغرق هم ایجاد می‌شود. زمانیکه تراز پایاب به اندازه کافی بالا بیاید جریان وارد مرحله تبدیل از حالت غوطه‌ور به حالت سطحی آزاد می‌شود. اگر تراز پایاب به اندازه کافی افزایش یابد جریان سطحی آزاد وارد مرحله گذار (شکل ۱۸-ج) به جریان مستغرق (شکل ۱۸-د) می‌شود و از آن به بعد هر چقدر تراز پایاب افزایش یابد جریان همچنان بصورت مستغرق باقی خواهد ماند. نوع جریان ایجاد شده در سایت به چندین عامل بستگی دارد. مهمترین آنها تراز پایاب مورد انتظار در کانال پایین‌دست و سیلاب‌دشتها و نوع جریان عبوری از پل است. این احتمال وجود دارد که در پل جریان نوع ۲ ایجاد شود. در این حالت جریان عبوری از خاکریز از نوع جریان آزاد خواهد بود و یا اگر در پل جریان نوع ۱ بوجود آید. جریان عبوری از خاکریز از نوع جریان مستغرق خواهد بود. نوع جریان عبوری از پل روی ضرایب موْثر بر دبی نیز تاثیر می‌گذارند. در جریان آزادء. دبی فقط به هد بالادست بستگی دارد. اما در جریان مستغرق دبی هم به هد بالادست و هم هد پایین‌دست وابسته است. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۴ ۱۳۹۹ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ی ره و و »۳ ۹ ۹ 5 یا و ۳ .۰ سر 7 هس ۳ 4 َ را هر ۳ وه نس ۳ جریان غوطه‌ور آزاد (الف) ۳ اس یر سس ۳ جریان سطحی آزاد (ب) ۳ اک و 0 یک رو ار سر تس سر ی ۰ ۸ جریان سطحی آزاد مشرف به جریان مستغرق (ج) جچ- سا ۷۳۳۳ ۱ َ هه ور جرج سح چیه ۰ ۳ جریان مستغرق ۰ (۵) شکل ۱۸-انواع اصلی جریان عبوری از یک خاکریز -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۳۵ ۲-۷- دبی عبوری از خاکریز شکل زیر مقطع عرضی خاکریز یک بزرگراه را نشان می‌دهد با فرض اینکه عمق بحرانی روی راس خاکریز قرار داشته باشد. شکل ۱۹- مقطع عرضی خاکریز و معرفی متغیرهای اصلی آن (۲۶) : ْ) ۳( سا م۲ < در مراجع مقدار ضریب .لح عدد ۱/۷۰۵ پیشنهاد شده است. ضریب .لح برای شرایط جریان آزاد از شکل‌های ۲۰- الف و *۲۰- ب حاصل می‌شود. بطور معمول مقدار .-) بین ۱/۵۷ تا ۱/۷۱ قرار دارد. اگر خاکریزها مستغرق باشند (شکل ۱۸-د) محاسبات به همین روش انجام می‌شود. با این تفاوت که عمق بحرانی روی راس خاکریز نخواهد بود. در این حالت ضریب دبی به صورت ون تعریف می‌شود و مقدار آن بین ۰/۵ تا ۱/۷۱ است. مقدار 5 ۳۷ ا ماه < 0 از شکل ۲۰-الف و ۲۰-ب مقادیر چم و از شکل ۲۰-ج نسبت رم بدست می‌آید. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۶ ۱۳۹۱/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها هت 70 زک هی 68 ۴ بو 5 ۵ 0۵8 0۵26 04 022 020 08 06 04 ۳/1 4 <// پا جریان آزاد(الف) 170 8 8 ۴۴ 656 ی [ز 4 6 2 1.62 ی سس 1.60 0 02 04 06 08 10 12 ,۸7 هد جریان در خاکریز 4 جریان آزاد (ب) 3 100 96 92 88 84 80 76 (12) ۹00۵ ۸/,۴ . درجه استغراق جریان مستغرق (ج) شکل ۲۰- ضرایب دبی برای خاکریزها (الف) و (ب) برای جریان آزاد و (ج) برای جریان مستغرق ۳-۷- ملاحظات لازم در طرح خاکریز جاده ساحلی استفاده از مصالح مناسب از جمله مواردی است که می‌بایست مورد توجه خاص واقع شود. باید توجه داشت که در قسمت- هایی که در معرض آب هستند. استفاده از مواد حل شدنی توصیه نمی‌گردد. همچنین از خاک‌هایی که مواد پوسیدنی دارند مانند خاک‌های جنگلی. خاک‌های نباتی و خاک‌های سطحی در پوشش شیب‌ها نباید استفاده کرد. پایداری نهایی خاکریز باید مدنظر قرار گیرد. بدین منظور استفاده از موادی با مقادیر رس زیاد مجاز نیست. مصالح رسی مستعد تورم و انقباض با شرایط رطوبتی مختلف هستند. سنگ‌های رسی نیز بعد از چندین دوره تر و خشک شدن متلاشی -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱ ۳۷ می‌شوند. جهت رسیدن به پایداری مورد نظر حداکتر اندازه ذرات در لایه‌های مختلف باید با توان دستگاه متراکم کننده سازگار باشد. برای خاکریزهایی با ارتفاع بیش از ۱۵ مترء استفاده از مصالحی با قابلیت زهکشی توصیه شده است. در اینگونه خاکریزها بعلت بالابودن ابعاد طراحی و ساخت. نمی‌توان از قوانین تجربی استفاده کرد. بلکه به مطالعات خاصی در زمینه مکانیک خاک و سنگ نیاز است. برای خاکریزهای با عرض زیادء بایستی از مصالحی با زاویه اصطکاک بالا استفاده کرد. این مصالح به علت بالاتر بودن توان باربری برشی و حساسیت کم در مقابل آب مناسب هستند. استفاده از مصالح دانه‌ای با دانه‌بندی نسبتا یکنواخت نیز توصیه شده است. در این مصالح, فعالیت زیادی جهت رسیدن به تراکم مورد نظر لازم نیست. خاکریز راه می‌بایست در لایه‌های متوالی به صورت افقی و با ضخامتی متناسب با دانه‌بندی (حدود ۳۰ سانتی‌متر) احداث می‌گردد. کنترل خاکریز احداث شده از لحاظ وازگونی چندان مطرح نیست بلکه لغزش و تثبیت خاکریز از اهمیت بسزایی اصلاح شده, فلنیوس و .. استفاده کرد. منظور از تثبیت خاکریز نیز جلوگیری از فرسایش خاکریز در اثر برخوره با جریان است. روش‌های مختلفی جهت تقویت خاکریز و مقابله با فرسایش وجود دارد. ازجمله این روشها استفاده از ریپ رپ یا گابیون است که در ادامه بدان‌ها پرداخته شده است. در این روش‌ها با استفاده از مصالح مناسب و مقاوم در مقابل تنش برشی حاصل از جریان, از خاکریز محافظت می‌گردد. با توجه به اینکه معمولا دانه‌بندی مصالح ریپ رپ با دانه‌بندی مصالح خاکریز تفاوت زیادی دارد. استفاده از یک یا چند لایه فیلتر که دارای دانه‌بندی میانی باشد ضروری است. ۸- روش‌های اصلاح جریان عبوری از محل پل راه‌حل‌های متفاوتی برای کنترل فراآب و جلوگیری از طغیان در بالادست وجود دارد که در طراحی پل‌ها به بهینه‌بودن عملکرد هیدرولیکی پل کمک می‌کند. از جمله اینکه موارد می‌توان با انتخاب پایه‌های لاغر گردگوشه و یا حتی با حذف پایه‌ها و نیز استفاده از کوله‌های شیبدار" به جای کوله‌های قائم کارایی هیدرولیکی پل را افزایش داد. البته اجتناب از ساخت بازشدگی‌های کج یا بازشدگی‌های با خروج از مرکزیت نیز تا حدی زیادی موْثر است. اما گاهی ممکن است اقدامات اضافی دیگری برای اصلاح جریان عبوری از پل لازم باشد. به عنوان مثال وقتیکه از نظر اقتصادی و یا سایر ملاحظات. پل را باید در محل خاص و راستای مشخصی بنا کرد و یا زمانیکه کانال چند شاخه است و یا پتانسیل جابجایی و تغییر مسیر دارد. انجام پاره‌ای از کارهای اصلاحی لازم و ضروری است. بکارگیری این روشهای اصلاحی کارایی هیدرولیکی پل در دبی طراحی را افزایش می‌دهد. بهتر است روش‌های اصلاحی در ابتدای طراحی پل مد نظر قرار گیرند. زیرا بکارگیری آنها بعد از طراحی و یا ساخت پل, هزینه بیشتری تحمیل می‌کند. نتیجه فراآب خیلی بزرگی بوجود می‌آید و این ممکن است باعث تغییر شکل کانال یا آبشستگی شده و خسارات سازه‌ای غیر قابل پیش‌بینی را بوجود آورد. در چنین حالاتی نیز انجام بعضی کارهای اصلاحی ضروری است. اصطلاح "کارهای اصلاحی" یک اصطلاح عمومی است و شامل موارد زیر است: - بکارگیری لبه‌های گردگوشه یا پخ خورده برای ورودی‌های بازشدگی -استفاده از دیوار هدایت آب ۹0۱111۳0۷۵۳ " -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۸ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها -استفاده از دایک آبشکن - طراحی آبراهه با حداقل انرژی مخصوص - کاربرد روشهای اصلاح کانال, استفاده از موج‌شکن و اصلاح مسیر رودخانه همه روشهای فوق می‌تواند برای یک تراز آب مشخص در بالادست. دبی عبوری از پل را افزایش داده یا اینکه تراز آب بالادست را برای عبور دبی مشخص کاهش دهد. بکارگیری این روش‌ها آبشستگی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. دو روش اول بیشترین کاربرد در اصلاح جریان عبوری از میان پل را داشته و دو مورد آخرکمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. پدیده برگشت آب و فراآب به دلیل افزایش هد آب در بالادست ایجاد می‌شود تا بر افت انرژی ناشی از عبور جریان آب از بازشدگی غلبه کند. آبراهه‌های ناکارآمد. افت انرژی نسبناً بزرگی را ایجاد می‌کنند که در نتیجه آن فراآب بزرگی نیز بوجود خواهد آمد. اگر فراآبی به اندازه ۰/۵ متر در سیلاب‌دشت‌هایی با شیب عرضی ۱ به ۱۰۰ ایجاد شودء ۱۰۰ متر از سیلاب‌دشت خشک را نیز آب فرا می‌گیرد (از هر طرف ۵۰ متر). هر قدر فراآب بیشتر و سیلاب‌دشت‌ها پهن‌تر و هموارتر باشند. سرعت غرقاب- شدن سیلاب‌دشت خشک بیشتر است. در چنین مواردی کاهش فراآب (حتی به اندازه مقداری کم) می‌تواند بسیار مفید ۱-۸- شکل بالادست سازه پل (گردگوشگی در ورودی جریان) اصطلاح گردگوشگی زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لبه‌های وجه بالادست بازشدگی آبراهه تیز نباشد. به عبارت دیگر لبه‌ها مدورء گردگوشه و یا پخ زده شده باشند. گردگوشه کردن ورودی یکی از ساده‌ترین روشهای بهبود عملکرد هیرولیکی پل است و باعث می‌شود دبی عبوری حدود ./۲۵ افزایش یابد. هر قدر میزان انحناء و گردگوشگی ورودی‌های بازشدگی به منحنی خطوط جریان آب نزدیکتر باشد فشردگی اولیه و در نتیجه افت انرژی کمتر می‌شود. معمولاً فقط گردگوشگی لبه‌های وجه بالادست موْثر است. در جریان نوع ۳ شکل ( ۲۱-الف)» یعنی زمانیکه تراز آب تا قسمت فوقانی بازشدگی بالا می‌آید (تا حد استغراق با غوطه‌وری آبراهه)» نسبت بازشدگی در محاسبه فراأآب بی‌تاثیر خواهد بود. بنابراین دبی را می‌توان از معادله ۲۸-۱۲ بدست شید امه 0 26 2 اگر گردگوشگی لبه ورودی انقباض را کاهش دهد. ضریب دبی (ق-) افزایش می‌یاید. بر اساس فرمول ۲۸ دبی عبوری از پل با استفاده از ی و شکل هندسی آبراهه (چ.گ ,2 و 27) تعیین می‌شود. پس می‌توان گفت در این حالت. پل کنترل کننده جریان است و این مبحث به کنترل سازه‌ای معروف است. در کنترل سازه‌ای دبی و تراز آب بالادست مستقل از در حالتیکه ترازهای آب بالادست و پایین‌دست هر دو بالاتر از قسمت فوقانی بازشدگی باشند (شکل ۲۱-ه)» جریان از نوع ۱ است و در این حالت دبی را می‌توان از فرمول ۲۹ بدست آورد. (۳۹) ۲2 -0۷ -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ ۳۹ : 0 لح و 3 0 شکل ۲۱- تاثیر ورودیهای گردگوشه که عموماً عمق آب در بالادست (ملا) را کاهش و عمق آب در پایین‌دست( ۹۵ ) را افزایش می‌دهد. (الف) کاهش مناسب و کافی عمق بالادست می‌تواند جریان نوع ۳ را از طریق بازشدگی به جریان درون کانال باز تغییر دهد. (ب) با گردگوشه کردن لبه پیشانی تاثیر بزرگی در کارآیی کانال حاصل می‌شود. (ج) اگر در ابتدا جریان نوع ۳ در کانال رخ دهد. با گرد گوشه کردن پیشانی عملکرد هیدرولیکی بهبود می‌یابد.(د) با گردگوشگی انقباض قائم کاهش یافته و در نتیجه سرعت متوسط آب و در پی آن افت انرژی کاهش می‌یابد. (ه) اگر جربان ابتدایی در کانال از نوع ۱ باشد. (و) با گردگوشگی اختلاف هد کاهش می‌باید. -------- صفحهٔ بعد -------- ۴۰ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها که در آن ۸1 از رابطه ۳۰-۱۲ بدست می‌آید. هش ۳۰۱( و1 و۳وت) خ لا۸۵ 8 71 را می‌توان از رابطه ی -- ی7) > []۸( نیز محاسبه کرد. در این حالت [أ ( شامل ۵ ) و هندسه بازشدگی (ونگ پ3) بر دبی عبوری از پل تاثیر می‌گذارند. بنابراین می- توان گفت در اینجا کانال کنترل کننده جریان است. زیرا آبراهه پر از آب است و افت اصطکاک نسبتاً بزرگی بوجود می‌آید. به علاوه تقابل بین آب خروجی از بازشدگی و آب موجود در پایین‌دست کانال نیز تولید افت انرژی بزرگی می‌نماید. لذا در این وضعیت بزرگترین فراآب بوجود خواهد آمد. گردگوشگی, ی.؟ را افزایش می‌دهد اما در این حالت. چون انقباض ایجاد ۱-۱-۸- تاثیر گردگوشگی بر عمق نرمال و فراآب عمق بالادست (یلا) از دو جزء عمق نرمال و فراآب تشکیل می‌شود. که مقدار هر دو با افزایش دبی زیاد می‌شود. )۳۱( 22ج + طخحرعل [3 0 > رل برای یک کانال با دبی مشخص, عمق نرمال در جریان یکنواخت ثابت است و از معادله مانینگ قابل محاسبه است. در کانال‌های با تراز آب غیر نرمال, عمق نرمال همان عمق آب بدون وجود پل است. در اعداد فرود پایین و یا تراز آب غیرنرمال, ممکن است فراآب ایجاد شده خیلی کوچک باشد. در این حالت دلیل اصلی طغیانهاء وجود عمق نرمال بزرگ است. بنابراین در این شرایط. اصلاح کانال (به جای پل) روش بهتری برای کاهش شدت طغیان آب است. گرد‌گوشگی ورودی بازشدگی مقدار فراآب را کاهش می‌دهد. اما چون عمق نرمال ثابت است تاثیر آن در کاهش یال خیلی کم است. اگر عمق نرمال نسبناً بزرگ باشد. مقدار کمی کاهش در یل و احتمالاً کاهش قابل توجهی در فراآب ایجاد ۷ 8 خواهد شد. بیشترین تاثیر گردگوشگی در کاهش فراآب زمانی رخ می‌دهد که نسبت بین ۸ تا ۱/۶ قرار گیرد. قائم سرعت به سمت پایین مقدار بزرگی به خود می‌گیرد و همین مساله باعث ایجاد چاله‌ها و حفره‌های ناشی از آبشستگی با گردگوشه کردن این ورودی( شکل ۲۱-ب) انقباض قائم کاهش یافته و سطح مقطع بیشتری از بازشدگی جهت یکنواخت‌تر می‌شود و در مجموع افت هد کمتری بوجود می‌آید. گردگوشگی لبه پایه‌ها و کوله‌ها نیز به همین صورت در بستگی دارد. مثلاً ممکن است جریان نوع ۳ را به جریان داخل کانال( شکل ۲۱-الف تا ۲۱-ب) و یا جریان فوق بحرانی را به -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱ ۴۱ ۳-۱-۸- گردگوشگی همه لبه‌های ورودی در جریان درون کانال, افزایش دبی یا کاهش تراز بالادست ناشی از گردگوشگی لبه‌های ورودی نسبتاً کم است. این حالت مخصوصاً در وضعیت ۷.8 < (حداکتر عمق آب در بالادست به ارتفاع بازشدگی) به حداقل خود کاهش می‌یابد. بنابراین اگر لازم است که بهبود وضعیت هیدرولیکی به اندازه‌ای باشد که در کاهش طغیان جریان نقش مهمی ایفا کند. توصیه می - شود از راه‌حلهای دیگر جهت برطرف کردن این مشکل استفاده شود. اما زمانیکه بازشدگی مستغرق و فشردگی قائم زیاد است. کاهش تراز آب و افزایش دبی خروجی با این روش به راحتی دست‌یافتنی است خصوصاً اگر جریان از نوع ۳ باشد. با فرض اینکه 7 شعاع گردگوشگی و یا عرض پخ و ل عرض بازشدگی باشد موارد زیر به عنوان توصیه ارائه می‌گردد: در 0.030 > 5 هیچ اختلافی بین تاثیر ورودیهای مدور و پخ زده شده وجود ندارد. در 0.050 < 5 مدورها خیلی بهتر از پخ زده شده‌ها عمل می‌کنند. ورودی گردگوشه با 50 7 - معمولاً عملکرد برتری داشت و شاید بهتر باشد مقدار ق.گ برای بازشدگیهای طاقی بیشتر از مستطیلی است. زیرا انقباض قائم ناشی از وجود پیشانی تخت و افقی در طاقها وجود ندارد. خصوصاً در شرایطی که جریان مستغرق و انقباض قائم ناشی از پیشانی پل زیاد باشد. ۳-۱-۸- گردگوشگی جزئی ورودی‌ها پخ خوردگی نیمه پابینی طاق معایب اصلی این نوع پخ‌زدگی اینست که در ترازهای آب پایین تاثیرش کم و در ترازهای آب بالا به دلیل موّثر نبودن در کاهش انقباض قائمء عملاًٌ بدون تاثیر است. پخ‌زدن نیمه بالایی طاق در ترازهای آب بالا مفید است. اما باید اطمینان حاصل کردکه زمان طغیان, تراز آب به آن حد برسد. پخ‌زدن نیمه بالایی طاق این نوع پخ‌زدگی برای زمان‌هایی که جریان قسمت‌های پایینی آبراهه را اشغال می‌کند. مفید نیست. تاثیر این شکل طاق فقط در جریان‌هایی مور است که تراز آب بالاتر از نیمه طاق (نقطه شروع پخ) باشد. در نتیجه پخ‌زدگی نا 0. 5 - ش هیچ تاثیری ندارد. در ترازهای بالاتر عملکردش مشهود می شود. ولی بطور کلی در پلهای طاقی اعمال یک پخ کوچک اما سرتاسری در طاق, عملکرد بهتری از پخ بزرگ در بخشی از طاق نشان می‌دهد. این نوع مدور کردن پیشانی پل در اعداد فرود بالاء موْنرتر است زیر در کاهش انقباض قائم در بالادست بسیار مفید است. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۲ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۳-۱-۸- گردگوشگی بخشی از ورودی ( 5۳۷۱-505 [۵ع1ع 00010 دعاداگ 11۵110 ) کاربرد این تکنیک مشکل است زیرا نیازمند محاسبه نسبت بازشدگی (۸1)» عدد فرود (۳3) در مقطع عرضی بین کوله‌ها در بالادست پل, مقدار افت سطح آب بین وجه بالادست و وجه پایین دست پل(4۸[1) است. بنابراین مرْسسه 6075٩ل]‏ پس از انجام آزمایشات و تحقیقات فراوان نتایج را برای پخ خوردگی دیوار هدایت آب به اندازه ۳۰ ۴۵ و ۵۰ درجه تحت جریان درون کانالی و یا شرایط استغراق » محاسبه و به صورت گراف‌هایی تحت عنوان ,کل و ۲ ارائه و جهت محاسبه ضریب دبی ل) از آنها استفاده کرده است. این گراف‌ها و نحوه کاربرد آنها در فصول قبلی بطور کامل توضیح داده شد. ما برای دیوار هدایت آب با لبه‌های مدورء ۴ا برای دیوارهای هدایت آب پخ زده شده و ۲ برای شرلیط استغراق آبراهه مورد استفاده قرار می‌گیرد.] به عنوان مثال برای کوله نوع [ بازشدگی با نسبت ۰/۵ (۸1-0. 5). اگر لبه ورودی مدور باشد برای 8).) < مقدار 16۳۳۱/۱۰۶ حاصل می‌شود. اما برای لبه پخ زده شده با زاویه ۳۰ درجه و 0.08 ۳ - مقدار ۱/۰۱۶۶- 16۰ اما برای زاویه ۴۵ درجه ۱/۱۰۶- ,۳ بدست می‌اید. با توجه به مقادیر فوق می‌توان به این نتیجه رسید که با افزایش زاویه پخ در مورد کوله‌های نوع ۷[ نیز همین روند صادق است. در نسبت‌های بالای بین ۰/۰۴ تا ۰/۱۴) بسته به نوع کوله و مقدار ]۰۸ روند بهبود عملکرد هیدرولیکی شدت کمتری پیدا می‌کند. ۲-۸- انواع کوله‌ها و دیوارهای هدایت آب همانطور که قبلاً هم بیان شد بعضی از انواع کوله‌ها از نظر هیدرولیکی موْثرترند و دیوارهای هدایت آب نیز تاثیر به سزایی در افزایش دبی عبوری دارند. بعلاوه باید یاداور شد که نوع شیبدار کوله (]1ع501111070) در کاهش برگشت آب و کاهش عمق آبشستگی تاثیرگذار است. این دو از مهمترین عوامل طراحی پل هستند. دیوار هدایت آب که در تعداد زیادی از پل‌ها وجود دارد. به دو منظور طراحی می‌شود. یکی به عنوان نگهدارنده مصالح خاکریز و دیگری به منظور هدایت‌کردن شیپوری مانند خطوط جریان به مرکز بازشدگی تا آب با حداقل جریان گردابه‌ای از آبراهه عبور کند. این دیوارها نقش قطعات گردگوشه را برای کوله‌ها ایفا می‌کنند و به عبارت دیگر این دیوارها به عنوان عامل گردگوشه‌کننده لبه‌های ورودی جریان به بازشدگی, تاثیر گذارند. دیوارها نمی‌توانند بیش از محدوده پای خاکریز گسترش یابند. ولی اگر دیوارها از این محدوده عبور کنند. مانند یک تبدیل, بین آبراهه و کانال عمل می‌کنند. وسعت و نحوه عملکرد این تبدیل بستگی به فاصله انتهایش از بالادست و پایین‌دست بازشدگی دارد. در اینحالت طول مور آبراهه افزایش می‌یاید. آبراهه‌های طولانی (بلند) موْئْرتر از آبراهه‌های کوتاه هستند. زیرا در آبراهه‌های بلند جریان پس از خروج از بازشدگی به تدریج منبسط می‌شود اما در آبراهه‌های کوتاه جریان به یکباره و بلافاصله پس از خروج از بازشدگی گسترش می‌یاید. بنابراین اگر پاره‌ای مسائل طراحی و اجرا اجازه دهند. کانال‌های طولانی‌تر و یا دیوارهای هدایت آب گسترده‌تر, ارجح هستند. اطلاعات نسبتاً کمی در مورد عملکرد دیوارهای هدایت آب با طول زیاد وجود دارد. اما آنچه مسلم است اینست که اگر اندازه و شکل این دیوارها مناسب انتخاب شود.ء باعث اصلاح جریان عبوری خواهند شد. بعضی از شکل‌ها و ابعادهای این دیوارها تاثیر قابل توجهی در بهبود عملکرد هیدرولیکی پل ندارند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۹ ۳۳ ۱-۲-۸- دیوارهای هدایت آب طولانی که مانند یک مبدل جریان عمل می‌کنند در اینحالت مجموع دیوار هدایت آب و کوله‌ها در پلان مانند کوله‌هایی که منحنی‌الشکل هستند. طراحی می‌شود. دیوارهای بیشترین تاثیر را در بازشدگی مستطیلی دارند. این تاثیر در پلهای با دهانه کوچکتر و پلهای طاقی کمتر است. ۰ : 4 از اینگونه دیوارهای هدایت آب می‌توان به جای ورودی‌های گردگوشه تا قبل از حد 1.1 < استفاده کرد. باید توجه داشت که استفاده نامناسب ار این دیوارها هیچگونه تاثیری در اصلاح جریان عبوری نخواهد داشت. ۳-۲-۸ مبدل‌های جریان در کانال رو باز هدف طراحی باید انتقال جریان بصورت روان و با شیب ملایم از کانال اصلی به بازشدگی آبراهه و مجدداً از بازشدگی آبراهه به کانال اصلی باشد. به عبارت دیگر با انتخاب نوع مناسب و ابعاد و انداره کافی برای مبدل می‌توان تمام افت انرژی به جز افت ناشی از اصطکاک را کاهش داده و یا حذف کرد. بعضی از مبدلهای استاندارد در شکل ۲۲ نشان داده شده‌اند. در مبدلها افت جریان عموماً با انقباض جریان و انبساط مجدد آن رخ می‌دهد. یعنی انرژی پتانسیل یکبار به جنبشی و دوباره از حالت جنبشی به پتانسیل تبدیل می‌شود. البته مقدار انرژی نهایی کمتر از انرژی اولیه است و مقداری از آن تلف می‌شود. مقدار انرژژی تلف شده در انبساط حدود ۲ برابر اتلاف در انقباض است. (ج) (ب) (الف) یی او هه ی (و) (ه) (د) شکل ۲۲- مبدلهایی با طراحی مختلف الف) انقباض بدون وحود مبدل ب) انقباض با وجود مبدل پخ خورده مستقیم ج) انقباض با وجود مبدل ماهیچه‌ای شکل د) انبساط بدون وجود مبدل ه) انبساط با وجود مبدل پخ خورده مستقیم و) انبساط با وجود مبدل ماهیچه‌ای شکل. در طراحی هیدرولیکی پلها موارد زیر به عنوان پیشنهاد آرائه می‌گردد: - در جریان‌های همگراء ورودیهای به شکل ۲۲-ج که در آن انقباض جریان توسط یک ورودی ماهیچه‌ای باریک شونده انجام می‌شود. بهترین عملکرد را دارد. در این حالت کاهش افت انرژی تا حدود ۷۰/ هم می‌رسد. اما ورودی‌های با لبه تیز (شکل ۲۲-الف) در انقباض جریان» بدترین عملکرد را دارد. - در انبساط جریان» شکل ۲۲-د بدترین کارایی و شکل ۰-۲۲ با شیبی حدود ۱ به ۴ بهترین تاثیر را دارد. در این حالت کاهش افت انرژی تا حدود ۶۶/ هم می‌رسد. شکل ۲۲و با شیب ۱ به ۴ نیز عملکرد قابل قبولی دارد. -------- صفحهٔ بعد -------- ۴۴ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها - بطور کلی طول دیوار حائل و زاویه شیب آن در عملکرد و کارایی آبراهه ناثیر به سزایی دارد. یعنی هر چه طول تبدیل کوچکتر و زاویه همگرایی تندتر باشد. وجود دیوار هدایت آب کم تاثیرتر است و حتی گاهی تاثیر منفی -در وجه پایین‌دست. مبدلهای کوتاه با گردگوشگی کم احتمالاً تاثیر چندانی ندارند. ۳-۸- دایک‌های موج‌شکن دایک‌های موج‌شکن اساسا همان دیوارهای هدایت آب بزرگ در بالادست جریان هستند. کاربرد آنها زمانیست که سازه پل باید در رودخانه‌هایی عریض ساخته شود و پل دارای خاکریزهای نسبتا طولانی است. به عبارت دیگر در جاهاییکه جریان پاید از سیلاب‌دشت‌های وسیع با حرکت شیپوری‌مانند به مدخل آبراهه و بازشدگی پل هدایت شود. می‌توان از دایک استفاده دایک‌ها به ۲ دلیل زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند: - آنها را می‌توان جهت اصلاح و بهبود عملکرد هیدرولیکی آبراهه بکار برد. در اینصورت تا حد ۵/ فراآب در بالادست کاهش می‌یابد -اصلی‌ترین دلیل استفاده از دایک‌ها کاهش آبشستگی است که بدینوسیله پتانسیل تخریب پل کاهش می‌یاید. بیشترین احساس نیاز به تعبیه دایک‌ها زمانیست که جریان آب تمایل دارد در امتداد وجه بالادست خاکریز به سمت مدخل بازشدگی حرکت کند. حرکت جریان به موازات خاکریزها و به سمت بازشدگی است. این جریان در نزدیکی کوله‌ها در دهانه بالادست بازشدگی تحت زاویه ۹۰ درجه با جریان اصلی برخورد می‌کند.(شکل ۲۳-الف) گردد. جریان آبی که در امتداد خاکریز حرکت می‌کند(جریان کناری) باعث کاهش عرض بازشدگی یا معبر جریان اصلی می‌شود. به عبارت دیگر شدت انقباض جریان اصلی را افزایش داده و با کاهش عرض ۰ سرعت جریان را زیاد می‌کند. جریانهای کناری هر قدر بزرگتر باشند وضعیت بحرانی‌تر می‌شود. اما در جاهاییکه در بالادست پل کانال‌های زهکش موازی با خاکریز تعبیه شود و یا طول خاکریزها کوتاه باشد و پا چندین بازشدگی در عرض رودخانه ساخته شود جریانهای کناری یا ایجاد نخواهند شد و یا در صورت ایجاد تاثیرگذار نخواهند بود. هدف از ساخت دایکها هدایت جریان اصلی کانال به درون بازشدگی است. در حین اینکه جریانهای کناری را نیز کاهش داده و یا متوقف می‌کند و به نحوی نقطه برخورد دو جریان که همان نقطه وقوع آبشستگی است را به انتهای دایک دایک رخ می‌دهد. طراح باید شکل هندسی, طول و ارتفاع دایک‌ها را کاملاً مقتضی و بر اساس ضوابط محاسبه کند. توصیه می‌شود دایکها به شکل یکچهارم بیضی با نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک ۲/۵ به ۱ طراحی شوند. برای پلهایی که عمود بر مسیر رودخانه‌اند. قطر بزرگ باید عمود بر خاکریز باشد. برای محاسبه طول دایک. باید نسبت دبی ت محاسبه شود. رم دبی یکطرف سیلاب‌دشت در مقطع ۱ بر حسب 30 متر مکعب بر ثانیه است. ندلم) دبی در ۳۰ متر اول بازشدگی نزدیک به کوله است که در مقطع ۱ اندازه گیری می‌شود. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۹ ۳۵ (الف) ی الا الا ۱۱ ۱ ۱ آشتگی پایه‌ها و 0 9 چاله ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ ِ بشستگی به سمت مرکز ابراهه است. ۹ مر کز ابر ٍ ۱ ۱ ۰ ۱ 1 ۱ ح ی | : امتداد خا ز جا ۹ رین در امتداد خاکریز جاد ٍ است ۹ 11 از برخورد ۲ جریان با روم ۱ ناحیه آبشستگی به دماغه دایک انتقال ۱ ۱ ۱ ا ۱ داده می‌شود. بنابراین این قسمت از ۱ : ۱۱ ۳ سر ۱ ۹ ۳ سس ۱ ی 1 ۱ هم 3 11[ ات مج سل وین بر ,۱۱۳۱ ]|| عرض جریان اصلی افزایش یافته و, ٍ اْ ِ احتمال آپشستگی کاهش می‌اید. ۱ ۱ ۱ [/1/ ۴ (ب) شکل ۲۳- تاثیر دایکها در جاییکه جریان‌های کناری (در امتداد خاکریز جاده) وحود دارد و احتمال آبشستگی زیاد است. الف) ساخت آبراهه بدون دایک که منجر به برخورد ۲ جریان و تولید جریان‌های گردابه‌ای و آبشستگی می‌کند. ب) ساخت آبراهه با استفاده ازدایک که باعث انتقال محل برخورد جریانها به نقطه‌ای دور تر از پایه‌ها و کوله می‌شود. بنابراین احتمال -------- صفحهٔ بعد -------- ۴۶ ۱۳ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها این نسبت بستگی به رع) و ندلگ دارد که هر دو در مقطع ۱ اندازه گیری می‌شوند (شکل ۲۴). این نسبت همراه با سرعت جریان در نزدیکی کوله. وولا ۰ که همان سرعت متوسط جریان در عمق نرمال در مقطع ۲ است. تعیین- کننده طول دایک (6.ا) هستند. با توجه به شکل ۲۴ مشاهده می‌شود که با افزایش سرعت جریان و نیز با افزایش نسبت . طول دایک نیز افزایش می‌یابد. موارد زیر جهت طراحی دایک توصیه می‌شود: - طراحی دست بالا بسیار بهتر از طراحی دست کم یا ضعیف است. -اگر طول بدست آمده از نمودار شکل ۲۴ کمتر از ۱۵ متر است. نیازی به تعبیه دایک نیست. -اگر طول بدست آمده بین ۱۵ متر تا ۳۰ متر باشد. باید دایکی با طول حداقل ۳۰ متر ساخته شود. دایکهای کوتاه باعث افزایش گرادیان انرژی و فرسایش بیشتر ناشی از آبشستگی می‌شوند. بنابراین پتانسیل آبشستگی مهمترین فاکتور کنترل کننده برای تعیین طول دایک است. - ممکن است طول بدست آمده از شکل ۲۴ برای پلهای بیه نیز مناسب باشد. البته هیچ نسبت مستقیمی بین طول دایک و دهانه پل وجود ندارد. - بهتر است در طراحی دایکها محتاط بوده و مدل مربوط به هر محل توسط نرم‌افزارهای موجود ساخته و آنالیز شود. -ارتفاع دایک باید حداقل ۳۰ سانتیمتر بیشتر از عمق آزاد یا عمق جریان طراحی پس از انقباض باشد و به عبارت دیگر ارتفاع دایک باید در حدی باشد که جریان از روی آن عبور نکند. - بهتر است دایک از مصالح خوب و مناسب مثل سنگهای با اندازه مناسب ساخته شوند و یا با مصالح مستحکم و با سنگ پوشانده شوند. توصیه می‌شود که اگر دایک‌ها بطور کامل از سنگ ساخته می‌شوند. وجه بیرونی آنرا با سنگهای بزرگ چنان پوشاند که جریان آب نتواند آنها را حرکت دهد و اگر از خاک ساخته می‌شوند باید همان استاندار هایی را که برای تراکم و کوبش خاکربز جاده بکار می‌برندء برای دایکهای خاکی نیز استفاده کنند. - اگر در طراحی دایک بهینه‌سازی و صرف حداقل هزینه مد نظر است. می‌توان فقط وجه خارجی دایک در محل دماغه. یعنی جاییکه حداکثر آبشستگی رخ می‌دهد. را با سنگهای بزرگ پوشاند و باقیمانده وجه خارجی را بوسیله پوشش گیاهی و یا ژئوتکستایل پوشاند. در ضمن بعد از هر طغیان دایکها باید بازرسی و در صورت نیاز -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیک 35 - اگر رویه دایک - در صورت اس احتمال فر: استفاده می و حتی گود ی پل‌ها ۱۳۹/۱ ی ۳ ی شش اش ی ری هگ سکن نو دص اسب سب ص و اص ص ی سار و اس ی للم ی را / 5 اک اک ۳ سا ال ال ار را 1 1 ۰ 120 110 100 م90 80 70 ۵0 م5 40 30 20 چا , طول دایک و شکل ۲۴- نمودار تقریبی تعیین کننده طول دایک‌ها نسبت 0۹ 20 پای خاکی با سنگ پوشانده می‌شود. این سنگ باید از نوع خوب دانه‌بندی ث ب و یا ژئوممبرین استفاده شود و نهایتاً دایک با ریپ رپ محافظت شود. در : (ریپ رپ) تا زیر تراز آبشستگی ادامه یاید. فاده از مصالح غیر چسبنده» سنگ چین رویه (ریپ رپ) را می‌توان تا بستر را سایش بستر در ضمن جریان وجود دارد. ادامه داد. اما اگر از مصالح چسبنده شود باید محدوده محافظت شده تا محلی که احتمال وقوع بدترین آبشستگر الهای موجود نیز با این مصالح پر شوند. ۳۷ 200 10.0 6.0 50 410 30 2.0 ده باشد و زیر آن از لایه دخانه یعنی تا جاییکه وجود دارد ادامه یافته -------- صفحهٔ بعد -------- ۴۸ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها - از جمله پیشنهادهای دیگر اینست که پوشش گیاهی تا حد امکان نزدیک به پای دایک ادامه یابد تا به کاهش جریان عرضی کمک کنند. بایستی از ایجاد هرگونه حفاری و برداشت مصالح در این محدوده پرهیز کرد و نیز اجتناب از حفر کانالهای زهکشی در طول خاکریزهای جاده ضروری است. جهت زهکشی محل محصور شده بین دایک و خاکریزء استفاده از لوله‌های کوچکی که از میان دایک عبور می‌کنند کافی است. - دایکها اغلب بصورت جفت در دو طرف بازشدگی مورد استفاده قرار می‌گیرند اما اگر جریان جانبی فقط در امتداد یک خاکریز بوجود آید. احداث یک دایک کافی است. - شکل هندسی دایک باید متناسب با شرایط محل انتخاب شود. به عنوان مثال در خم رودخانه ممکن است مجبور به افزایش انحناء داخل خم و کاهش انحناء بخش خارجی آن با استفاده از دایک باشیم. لذا باید از دایک با شکل هندسی خاص استفاده کرد. در پلهای کج ممکن است طول دایک در جاییکه آبها محصور می‌شوند(نزدیک به زاویه حاده تقاطع مسیر جاده با رودخانه) بیشتر باشد. - دایکها باید طوری طراحی شوند که خطوط جریان را تا حد امکان منطبق بر جریان اصلی کنند. نه اینکه بطور اتوماتیک عمود بر خاکریزها طراحی شوند. - دایکهای مستقیم در تولید جریان مستقیم و موازی در بازشدگی‌ها بهتر عمل می‌کنند. خصوصاً اگر در دهانه پل پایه‌هایی نیز وجود داشته باشد. برای استفاده از روش 11505 در طراحی دایکهاء باید ضریب تعادل یا را از گرافهای شکل‌های ۲۵ و ۲۶ برای بازشدگی نوع آ11 تعیین نمود. جالب است که بدانید در شکل ۲۶-الف برای پلهای معمولی(کج نیستند) مقدار ۳۵[ بسته به شرایط و نوع دایک بین ۱ تا ۱/۴ قرار می‌گیرد. بنابراین می‌توان گفت که دایکها می‌توانند بطور موْثری ضریب دبی را افزایش دهند. مقدار این ضریب (ی؟ا) برای دایکهای بیضی شکل بیشتر است. در شکل ۲۶-الف ضریب تعادل با نسبت بازشدگی( > < [8) و طول دایک (6-]) تغییر می‌کند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هید رولیکی پل‌ها ۱۳۹/۱ اه لا ی هه سس ور یی پر سا سا سا با لا سا اس سس ۳۹ -------- صفحهٔ بعد -------- ۵۰ ۱۳۹ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها لا ال ای ساسا ٍ کتک ْ سس کت کی وی که ی ها 15 وا و ِا 1 و 2و" 1 سل ]۰ ٩‏ ۱1۵۵ موه مه 0.7۵ ۵عه مک0 هه ۵قم ۵۱۵ ۵ 1 (الف) ٍ ی 1 ۱ یم 1۵۵ ای بل ان نالا 3 سس : 0 سس ۱ ی ۱ 8 ۱13,۱14 ۱12 1 ۵6 سا ۰ ۹ سس ی 1 دع.0 3 مود موه وه 3۵و موه مکه هه موه و وه 0 ۳ (ب) ۱ سس 140 چاسل ۲ لاه خ با ی اساسا سس ملس | ۵و <د ایا سس ۳ ما ان ای ۵ وه وه ۵7 هه که که که 2ه 03 ۵ دا (ج) سس 110 0 26۱20 24 | 0 مس هه سا ام للملا 070 32 20 هلو هو ۱4 ۱2 1۵ ۵8 068 04 02 ۵ !ما (د) شکل ۲۶- ضرایب تعدیل برای دایک‌ها الف) دایک‌های بیضی شکل. بدون کجی ب) دایکهای بیضی شکل با کجی ۲۰ درجه. ج) ضریب تعدیل برای دایکهای مستقیم که به اندازه ی7] از کوله فاصله دارند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۹ ۵۱ ۴-۸ اصلاح رودخانه بعضی اوقات به جای بهبود راندمان هیدرولیکی آبراهه پل بهتر است تنها وضعیت رودخانه اصلاح شود و گاهی اوقات می- توان هم کانال رودخانه و هم شرایط پل را توامان اصلاح نمود. باید یادآور شد که فرسایش ناشی از حرکت جانبی کانال احتمالاً بزرگترین دلیل ایجاد خسارت و یا ریزش پلهاست. بنابراین پایداری کانال به اندازه اصلاح جریان. در بهبود عملکرد هیدرولیکی مور است. چند روش به عنوان نمونه در زیر توضیح داده می‌شود. -کاهش تراز آب غیر عادی جریان در سایتهایی که دارای عددهای فرود پایین هستند و در آنها عمق‌های نرمال بزرگ یا تراز دبی غیرطبیعی بوجود می- آید. موضوع اصلاح کانال مطرح می‌شود. عمومی‌ترین روش اصلاحی این کانال‌ها برطرف کردن خم‌ها است. به این وسیله مسیر کوتاه و شیب آن زیاد می‌شود. به عبارت دیگر تمامی موانع برداشته می‌شوند تا کانال یکنواخت شده و ضریب مانینگ کاهش یابد. یک کانال بطور ایده‌آل اصلاح شده کانالی است که بعد از اعمال کلیه کارهای اصلاحی, تقریباً مستقیم و دارای مقاطع یکنواخت باشد تا بدین ترتیب ضریب دبی افزایش یابد. این مسئله از نظر بهبود عملکرد هیدرولیکی موْثر است اما باید برای ملاحظات زیست محیطی نیز اهمیت خاص فائل شد. توجه داشته باشید که در روش‌های اصلاحی بهینه‌بودن کانال و پایدارسازی آن نیز مد نظر قرار گیرد. البته در اغلب موارد حین وقوع طغیان رودخانه‌ها تمایل شدید برای بازگشت به خط سیر قبلی خود را دارند و حذف خم‌ها باعث ایجاد -اصلاح کانال در مجاورت پل به‌طور ایده‌آل بهتر است پل عمود بر مسیر جریان و کانال ساخته شود. ممکن است این امر از نظر ریخت‌شناسی رودخانه و یا مسائل اقتصادی امکان‌پذیر نباشد. در اینصورت باید اقدامات دیگری جهت برآورده کردن شرایط و نیز بهینه کردن طرح انجام داد. اگر جهت خم رودخانه مرتباً عوض شود و یا زاویه برخورد مسیر کانال با پل تحت تاثیر ناپایداریهای رودخانه تغییر کند. بایستی با اتخاد روشهای خاصی کانال را در محدوده ساخت پل پایدار کرد. این روشها عبارتند از پایدار کردن دیوارهای ساحلی با استفاده از سنگ‌چین (۲۵0 ۲10 گابیون و یا هر نوع سیستم حفاظتی دیگر. جدید و ایده‌آل(مطابق شرایط طراحی) ترجیح داده می‌شود. اگر مسیر پل عمود بر رودخانه نباشد(پل کج باشد)» می‌توان با استفاده از دایکها اثرات کجی را کاهش داد. در ضمن موج‌شکن‌ها و دیوارهای ساحلی را می‌توان برای آرام کردن و کنترل جریان در کانال بکار برد. موج‌شکن‌ها و دیوارهای ساحلی می‌تواند به جای دایک‌ها و یا در ترکیب با آنها اجرا شود. -------- صفحهٔ بعد -------- ۵4۲ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها دماغه دایک نیاز به محافظت گر[ دارد / : ما ر , دماغه و قسمتی از وجه بالادست دایک نیاز به محافظت دارد ی 5 شکل ۲۷- استفاده از موج‌شکن و دایک برای کنترل جریان الف) دایکهای کند کننده جریان که بصورت زاویه دار و متمایل به بالادست ساخته می‌شوند. ب) دایکهای منحرف کننده خطوط جربان که بصورت زاویه دار و متمایل به پایین‌دست تعبیه می‌شوند. این دایک‌ها جریان را به سمت مرکز کانال هدایت می‌کند. -اصلاح نسبت بازشدگی عملکرد هیدرولیکی پل تا حدود زیادی به نسبت بازشدگی پل بستگی دارد. در رودخانه‌هاییکه عرض کانال زیاد و -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱ ۹۳ هیدرولیکی بازشدگی است. جهت رفع این مشکل می‌توان عرض بازشدگی را افزایش داده و با اعمال بعضی کارهای اصلاحی 8 را کاهش داد. با این روش کانال باریکتر می‌شود. این کار را می‌توان با استفاده از دیوارهای ساحلی ایجاد کرد. این نوع راه- حلها باید به دقت بررسی و میزان تأثیرشان آرزیابی شود. هدایت می‌کنند ( شکل‌های ۲۷). البته استفاده از دایک‌های طولی (دیوارهای راهنما) که داخل کانال رودخانه ساخته می - -کنترل فرسایش در صورت وجود خطر فرسایش دیوارهای ساحل رودخانه در مجاورت پل» می‌توان از موج‌شکن‌ها استفاده کرد. - موج‌شکن‌ها موج‌شکن‌ها معمولاً برای محافظت دیوارهای ساحلی نزدیک به پل از خطر فرسایش و یا برای تغییر راستای خطوط جریان اصلی در کانال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. موج‌شکن‌ها به شکل خاکریزهای باریک و طولانی و یا دیواره‌هایی هستند که از ساحل کانال به سمت خط مرکزی کانال کشیده شده‌اند. موج‌شکن‌ها را می‌توان بصورت تکی یا گروهی استفاده کرد. اگر موج شکن بصورت تکی بکار گرفته شود. ممکن است در جریان آشفتگی شدیدی ایجاد و در نتیجه آبشستگی نوع موج‌شکن مورد استفاده بستگی به هدف کاربر دارد : -آیا می‌خواهد خط ساحلی را از فرسایش حفظ کند. - یا اینکه شرایط رسوب‌گذاری در محل را فراهم کند. - یا خطوط جریان را به حالت قبلی (طبیعی) خود برگرداند. - یا آنها را از حالت طبیعی به مسیر جدید هدایت کند. - یا اینکه کانال را برای کنترل جریان باریکتر کند. اهداف فوق را می‌توان به ۲ دسته کندکننده و منحرف‌کننده جریان دسته‌بندی کرد. البته گاهی می‌توان ترکیبی از هر دو را بکار برد. موج‌شکن‌های کند کننده معمولاً عمود بر مسیر اصلی جریان در بالادست ساخته می‌شوند. بنابراین ناحیه - ای از آب راکد ایجاد می‌شود. این آب کاملا آماده رسوب‌گذاری در وجه بالادست است. آبشستگی معمولاً در دماغه موج‌شکن ایجاد می‌شود. این ناحیه باید به اندازه کافی در برابر آبشستگی محافظت شود. موج‌شکن‌ها ممکن است از مصالح نفوذپذیر یا غیر قابل نفوذ ساخته شوند. نوع نفوذپذیر آن در رودخانه‌هایی که حجم زیادی سیلت با خود حمل می‌کنند. محیط مساعدتری برای رسوب‌گذاری ایجاد می‌کند. این نوع موج‌شکن ارزان است و می‌توان آنرا از دو ردیف الوار چوبی که با درختچه. بوته. سنگ. چوب و یا فنسهای جمع‌آوری کننده آشغال پوشانده شده -------- صفحهٔ بعد -------- ۵۴ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها - موج‌شکن‌ها برای کانال‌های با عرض کمتر از ۴۶ متر مناسب نیستند. - موج‌شکن‌ها در خم‌هایی با شعاع کمتر از ۱/۷ متر کارایی لازم را ندارند. - بیشتر موج‌شکن‌ها برای حفاظت کانال‌هایی که ارتفاع دیوار ساحلی‌شان کمتر از ۶ متر است کاملاً مناسب هستند. -اگر دیواره‌های ساحلی نامنظم هستند می‌توان موج‌شکن‌ها را همراه با سایر روش‌های حفاظتی بکار برد. - آنها را می‌توان در رودخانه‌هایی که انواع رسوبات را حمل می‌کنند. بکار برد. اما نوع رسوب در طراحی موج‌شکن - موج‌شکن‌ها می‌توانند برای رودخانه‌های تفریحی و قایق‌ها خطرناک باشند. - یک اشتباه رایج در استفاده از موج‌شکن‌ها اینست که آنها را در مسافت طولانی در بالادست تعبیه می‌کنند اما محدوده ساخت آنها و نیز تعدادشان در پایین‌دست به اندازه کافی نیست. - طول ساحل رودخانه‌ای که با موج‌شکن محافظت شده است در داخل خم‌ها افزایش می‌یابد و در سمت دیگر خم کاهش می‌یابد اما اگر 0 قسمتی از عرض کانال باشد که موج‌شکن‌ها تا آن فاصله پیش آمده‌اند. طول موج‌شکن -اگر یک گروه ۴ تایی از موج‌شکن‌ها استفاده شود. طول محافظت شده افزایش می‌یابد. بنابراین با توجه به مسایل اقتصادی و انتظارات هیدرولیکی می‌توان طول بهینه را بدست آورد. فاصله بین موج‌شکن‌ها یب نیز بر همین -بهتر است طول موج‌شکن‌های نفوذناپذیر کمتر از 1۱۰ عرض کل کانال باشد و برای نفوذپذیرها این نسبت به از طریق معادله زیر نیز می‌توان نا را محاسبه نمود. هی ۳۲۱۳( ی > مرا 5 6 ری ح مقدار ثابت ۰/۶ و 7[ عمق متوسط جریان بر حسب متر است. - ارتفاع راس موج‌شکن باید با توجه به جریان سیلابی و تراز دیوارهای ساحلی تعیین شود. گاهی اوقات ممکن است ارتفاع کل موج‌شکن ثابت نباشد و هر چه از دیوار ساحلی به سمت مرکز کانال حرکت کنیم. افزایش با کاهش طراحی پایین‌تر از دیوار ساحلی رودخانه است. حداقل ارتفاع برای موج‌شکن باید۱/۵ متر کمتر از تراز دبی طراحی می‌باشد. اما اگر تراز دبی طراحی بالاتر از دیوارهای ساحلی است. موج‌شکن‌ها باید با ارتفاعی برابر ارتفاع دیوارهای ساحلی ساخته شوند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱ ۵۵ - معمولاً بیشتر موج‌شکن‌های مخصوص انحراف جریان در بالادست زأویه ۱۵۰ در جه با مسیر جریان اصلی دارند. در موج‌شکن‌های بعدی این زاویه کم می‌شود و در آخرین آنها می‌تواند به ۹۰ درجه (عمود بر مسیر جریان) برسد. - شیب جانبی خاکریزهای موج‌شکن باید حدود ۱ به ۲ و عرض خاکریز موج‌شکن در راس. بین ۲ تا ۲/۵ متر انتخاب ۹- ارائه روش‌های محاسباتی میزان آبشستگی آبشستگی و فرسایش در رودخانه ها ممکن است بر اثر پدیده‌های طبیعی و یا تغییرات بوجود آمده توسط بشر حاصل گردد. همچنین این پدیده ممکن است در طول یک مسیر طولانی از رودخانه یا در یک بازه محدود رخ دهد. فرسایش کلی اطراف پایه‌ها و کوله‌های یک پل عبارتست از مجموع سه مورد آبشستگی عمومی, آبشستگی موضعی و آبشستگی تنگ‌شدگی که در ادامه هر یک از این موارد به صورت جداگانه تشریح خواهد شد. فرسایش یا آبشستگی عمومی, فرسایشی است که بواسطه افزایش دبی و سرعت. عمق جریان افزایش یافته و باعث می- شود که بستر عادی رودخانه عمیق تر گردد. به عبارت دیگر این نوع آبشستگی یک کاهش در تراز بستر است که در اثر عدم تعادل میان رسوب حمل شده و ظرفیت انتقال رسوب ایجاد می‌شود. آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های پل در اثر یک سیستم گردابی حادث می‌شود. این سیستم گردابی در اثر انحراف جریان توسط پایه‌ها ایجاد می‌شود. سیستم اصلی گردابی که به تشکیل حفره های آبشستگی کمک می‌کند از برخورد جریان به جلو پایه و انحراف آن به طرف پایین ایجاد می‌شود. جریان رو به پایین پس از برخورد به بستر رودخانه در جلو پایه گودالی را حفر می‌کند که در داخل این گودال جریان چرخشی ایجاد گردیده و به تدریج عمق حفره اضافه می‌شود. جریان چرخشی در جلو پایه به دو طرف پایه نیز امتداد می‌یابد و شکلی به خود می‌گیرد که در پلان شبیه نعل اسب است. از این رو به آن گرداب نعل اسبی اطلاق می‌شود که در شکل زیر قابل مشاهده است. وجود سازه‌ها با موانع در آبراهه یا بستر سیلابی رودخانه بر روی الگوی جریان و شدت آن تأثیر گذار است که به نوبه خود مورفولوژی رودخانه. هندسه موضعی کانال و رابطه بین تراز آب و دبی را تغییر می‌دهد. علاوه بر تأثیر گذاشتن بر روی فرسایش عمومی, وجود سازه‌ها یا موانع در بالادست باعث توسعه فرسایش در فواصل کم و در پایین دست باعث تغییر شدید پروفیل جریان و مقادیر سرعت ها می‌گردد. به این نوع فرسایش, آبشستگی در اثر تنگ‌شدگی گویند. ایجاد مانع در بستر سیلابی با زهکشی طبیعی مداخله کرده و جریان را از سیلابدشت‌ها به آبراهه اصلی رودخانه منحرف می‌سازد که موجب ازدیاد شدت دبی در آبراهه اصلی می‌شود. این ازدیاد شدت دبی, که توسط پایه‌های پل‌ها نیز افزایش می‌یابد. عمق آبشستگی و افت هد در دهانه پل را افزایش می‌دهد. ۲ مطالعات بسیاری انجام داده‌اند. نتایج این تحقیقات نیز طیف گسترده‌ای از روابط مختلفی را به وجود آورده که هم اکنون روابط به دست آمده. رابطه مستقیم با تعداد پارامترهای موثر در نظر گرفته شده در ایجاد آبشستگی دارد. به طوری که هر -------- صفحهٔ بعد -------- ۵۶ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱-۱-۹ تخمین عمق فرسایش عمومی جهت تعیین آبشستگی عمومی روابط و مدل های مختلفی ارائه شده است. در این قسمت دو رابطه زیر ارائه شده است. الف) روش بلنچ بلنچ با توجه به نوع دانه‌بندی بستر دو رابطه برای تعیین عمق آبشستگی عمومی بیان کرد. رابطه اول برای ماسه با دانه‌بندی 2 > واه ک 0.06 می‌باشد در حالیکه رابطه دوم برای بسترهای شنی با 2 < ,ء4» قابل استفاده است. (۳۲۳) 2 ک و4 > 0.06 اگر اد بر( 15 23 (۳۴) 2 < .4 اگر هد خر 50 ب) روش مازا آلوارز و اچاواریا آلفارد در روش مازا آلوارز و اجاواریا آلفارد محدوده اصلی قطر دانه رسوبات از سیلت تا ماسه درشت دانه می‌باشد. این رابطه برای ماسه‌ها و شن‌ها توصیه شده است (عموما 6771171 > وراه ). هیچ داده‌ای جهت اصلاح ضرایب برای مصالح درشت دانه‌تر در اختیار نمی‌باشد و مقادیر پیش بینی شده برای مصالح ریز دانه تر با مقادیر مشاهده شده اختلاف زیادی دارد. این روش برای یک رودخانه عریض بدست آمده است. برای یک رودخانه باریک به جای عرض سطح آب (۱۷)» شعاع 074 (۳۵) ایک ده ,و( 50 ۲-۱-۹ تخمین عمق فرسایش موضعی پارامترهای موثر بر عمق آبشستگی موضعی را می‌توان به چهار دسته تقسیم بندی کرد که در جدول ۳ به طور خلاصه آورده ۱-۲-۱-۹- آبشستگی اطراف پایه های استوانه ای جهت تخمین حداکثر عمق آبشستگی در اطراف پایه‌های استوانه‌ای شکل در مصالح غیر چسبنده روابط متعددی ارائه شده است. در عمل با توجه به جدول ۴ از معادلات زیر استفاده می شود و زمانیکه عدد فرود از ۰/۸ بیشتر شود مطالعه روی (۳۶) 1.17۹۶۶ 0 (۳۷) ی (۳۸) 5 1 ع 0 ۳۹۱( 1.8۳30۳ > ,0 (۴۰) ۲ ,0.3807۹ - ۷( -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها (۴۱۱ (۳۲۱ 7 سرعت در محل بالادست پارامترهای مربوط به سیال پارامترهای هیدرولیکی پارامتر های هندسی پارامترهای رسوب ۱۳۹/۱ 2 . و( **0.470 - 2 ,در ۹۹ ان 04۵ )1 0.23 ۸ "پایه به متر در ثانیه,. ( عمق در مقطع بالادست محل پایه به متر است. جدول ۳- پارامتر های موثر بر آبشستگی موضعی جرم واحد حجم سیال (0) سرعت متوسط جریان در بالادست (۷0) عمق جریان بالادست (10) شیب کانال (5) دبی در واحد عرض (0) سطح مقطع جریان وشکل آبراهه (۸) ضریب زبری مانینگ (11) قطر و یا عرض پایه عمود بر جریان (0) طول پایه در جهت جریان (]) زاویه محور پایه با جهت جریان (0) سطح پایه (زبری و صافی آن) اجسام شناور که بوسیله جریان حمل می شوند اندازه مواد رسوبی (م1) جرم واحد حجم مواد کف بستر (. 0) توزیع دانه بندی مواد کف بستر (6) شکل ذرات زاویه ایستایی (0) طبقه بندی, لایه بندی, ترکیب مواد کف بستر و لایه های زیرین آن ۹۷ -------- صفحهٔ بعد -------- ۵۸ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها جدول ۴- شرایط استفاده از روابط تخمین عمق آبشستگی موضعی و سک اس سس سس ۲-۲-۱-۹- آبشستگی اطراف پایه‌های غیر استوانه‌ای آبشستگی در پایه‌های غیر استوانه‌ای با اعمال ضرایبی در رابطه آبشستگی اطراف پایه های استوانه‌ای بدست می‌آید. در حقیقت آبشستگی در اطراف پایه‌های غیر استوانه‌ای علاوه بر موارد گفته شده در مورد پایه‌های استوانه‌ای تابع دو عامل دیگر یعنی جهت جریان و یا به عبارتی زاویه برخورد با پایه و دیگری نسبت طول به عرض پایه می‌باشد. پایه‌های غیر استوانه‌ای را می‌توان با دماغه‌ای تیزتر از پایه استوانه‌ای طراحی کرد و دماغه تیز قدرت گرداب نعل اسب را کاهش می‌دهد و در نتیجه عمق آبشستگی کمتر می‌گردد. از طرفی پایه‌های با دماغه پهن‌تر دارای آبشستگی بیشتر می‌باشند. با اعمال دو ضریب مک و ,۴ در روابط مربوط به آبشستگی پایه های‌استوانه‌ای, رابطه جهت پایه غیر استوانه‌ای بدست می‌آید که ما مربوط به اثر زاویه برخورد آب با پایه و مک ضریب شکل پایه پل است که در شکل ۲۸ و جدول ۵ آورده شده سا 1 90 75 60 45 30 15 0 (5ع6ع۲ع06) ج رن -------- صفحهٔ بعد -------- ۱-۹- مقدار : ارائه ت پای د, (۳۳۱ )۳۴۳( در صر ۱-۹ این نو ی مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۳-۲- آبشستگی اطراف کوله پله عمق آبشستگی اطراف دیواره های ح< ۹1 بر مبنای اطلاعات بدست آمده از واره جانبی پل (به صورت قائْم) پیشن اگر (,7 < ,7) سن پیشنهاد کرد که چنانکه دیواره و یب ۰/۸ ضرب شود تا مقدار عمق آبش ۱۳۹۱/۱ جدول ۵ جهت تعیین ضریب ,)1 نسبت طول به عرض ۳ هاد کرده است: ۱ ,1۱1.50 - 0.5 ائم نباشد و به صورت شیب دار باشد ستگی در دیواره های شیب دار به بدا جریان بدلیل احداث آبشکن یا کوله . نطع رودخانه در ایجاد گردابه‌های م ۱/۳۵ ۱/۱۱ ۱/۱۱ سن دو رابطه برای حداکثر عمق آبث 018 7 ۱ .15 ۹ 1 1 8 1 7 لا( اورود ۲ ٍ 1 41 در آنصورت ,4 محاسبه شده از روابد پل بوجود می‌آید. نظر به اینکه در فر عتلف نقش اصلی را بازی می‌کند. لذ ۵۹ لادللات ۹ فوق !| مدل -------- صفحهٔ بعد -------- ۶۰ ۱۳۹/۹ راهنمای مطالعات هیدرولیکی بل‌ها سازی عددی این پدیده با استفاده از مدل های کامپیوتری دو بعدی بسیار مفید است. با این وجود. روابط تجربی وتحلیلی نیز جهت تعیین عمق فرسایش وجود دارد. برای تخمین آبشستگی در اثر تنگ شدگی می توان از معادله حاکم بر حرکت رسوب و معادله مقاوم در مقابل جریان استفاده کرد. با کاربرد معادله شوکلیچ به عنوان معادله حاکم بر حرکت رسوب و همچنین استفاده از معادله مانینگ در 3.5 روش دیگر استفاده از تئوری استراب (51۳7۵00) می‌باشد. در این تئوری فرض می‌شود که در اثر ننگ شدگی, فرسایش بستر شروع شود و این فرسایش تا جایی که تنش برشی در بستر برابر تنش برشی بحرانی باشد ادامه پیدا می‌کند. با استفاده از این تئوری رابطه زیر به دست می‌آید. 6 3 لازم به ذکر است که مطالب بیشتری درخصوص تعیین عمق آبشستگی بهمراه مثالهای متعدد در نشریه شماره ۳۰۲ سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور آمده است که جهت مطالعه بیشتر بسیار ارزشمند است. ۲-۹- آبشستگی در مصالح چسبنده رسوبات چسبنده» رسوباتی هستند که بین ذرات آنها پیوند و چسبندگی وجود داشته باشد. چنانچه ۸۰ تا ۹۰ درصد رسوبات رسوبات ناشی از نیروهای الکتروشیمیائی بین ذرات می‌باشد. این نیروها که نیروهای غالب بین ذرات است. از لحاظ مقدار از نیروی وزن ذرات بزرگتر می باشند و ضمناً با بسیاری از عوامل محیطی رسوبات و ترکیبات آنها مرتبط هستند. همین مسأله سبب پیچیدگی در بررسی پدیده‌های هیدرولیکی مربوط به رسوبات چسبنده از جمله استانه حرکت ذرات شده است. در مورد این رسوبات به علت دخالت ماهیت شیمیائی ذرات در پروسه حرکت و ته‌نشینی, که خود با بسیاری از عوامل فیزیکی- شیمیائی آب و رسوبات مر تبط است. پیدا کردن شرایط کلی برای آستانه حرکت این رسوبات بسیار مشکل است. لذا پیدا کردن شرایط هیدرولیکی در لحظه شروع حرکت این رسوبات. وابسته به انجام آزمایشهای فیزیکی و کارهای در مورد اآبشستگی بسترهایی که از مصالح چسنده تشکیل شده‌اند. تحقیقات نسبتا کمی انجام شده است. اما واقعیت اینست که مصالح چسبنده در مقایسه با مصالح غیر چسبنده در برابر آبشستگی مقاوم‌ترند. البته این موضوع به معنای کمتر بودن عمق آبشستگی نیست. بلکه در مصالح چسبنده مدت زمان بیشتری طول می‌کشد تا عمق آبشستگی کامل حاصل شود. به عنوان مثال پل سوهاری گریک در ایالات متحده که بستر آن از نوع مصالح چسبنده بود. ناشی از آبشستگی ایجاد شده طی دوره‌ای ده ساله تخریب شد. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹/۹ ۶۱ بعضی روشهای تئوری به نیروهای اعمالی بر ذرات رسوب در معرض جریان پرداخته و زمان رخ‌داد اولین حرکت ذرات و شروع فرسایش را تخمین می‌زنند. اما این روش‌ها برای مصالح چسبنده یا بستر یخی قابل استفاده نیستند. زیرا اگر بستر از نوع مصالح چسبنده اشباع باشد.ء ممکن است به جای یک ذره در یک زمان. یک توده بهم چسبیده در یک زمان از بستر جدا شده و حرکت کند. با این وصف به دلیل عدم وجود معادلات خاص برای خاکهای چسبنده بهتر است از معادلات مخصوص خاکهای غیر چسبنده که در بخشهای قبلی توضیح داده شد. استفاده کرد. با توجه به پیچیده بودن ماهیت رسوبات چسیبنده. رنج وسیعی از تنش برشی بحرانی برای آنها پیشنهاد شده است. در جدول ۶ نمونه‌ای از تحم تحقیقات انجام شده ارائه شده است. جدول ۶- تنش برشی بحرانی اندازه‌گیری شده در رس (1936) ۷10500۷۷ 00۹1۳110۰ ۲1۶۵۳۵۱۳۵1۵ ۵ -۵ ۲/۲ (1965) 5۱۲۵۵ 20 16ج ۵-۵ (1959) بجماحدم۳ 200 51۲۵0 ۰/۲- ۲/۷ (1۱975) ۸۳1۵۵۵۵ ۰۱۳-۲ (19861) ع2۳1ابا0) 2۵00 ۲۵۱۱۷ رابطه زیر جهت تخمین عمق آبشستگی در خاکهای چسبنده پیشنهاد شده است. زگره 88 ۱ (/۷ ۳۷۱( ۴ [ .0 <, 1» ۷ ۷ سرعت جریان در محل پایه است. ۰- روش‌های مقابله با آبشستگی وجود پایه و کوله پل در مسیر رودخانه جریان‌های سه‌بعدی را در مجاورت پایه یا کوله ایجاد می‌کند. این جریانها می‌تواند سبب ایجاد آبشستگی موضعی در محل پلها گردد. با افزایش آبشستگی, زیر پی پایه‌ها و کوله پل خالی شده و ممکن است منجر به واژگونی عرشه پل و پا در نهایت تخریب پل گردد. با استفاده از روشهای مختلف می‌توان نسبت به مهار آبشستگی اقدام کرد. روش‌های مختلفی برای مقابله با آبشستگی وجود دارد که در این قسمت به نحوه استفاده از ریپ رپ. گابیون و طوق محافظ اشاره می‌گردد. ۱-۰- ریپ رپ استفاده از ریپ رپ یکی از روشهای تثبیت بستر یا خاکریز کناره رودخانه است. اساس این روش بر پایه مقاوم سازی مصالح -------- صفحهٔ بعد -------- اوه ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها معرض آبشستگی قرار دارند از مصالح ریپ رپ با قابلیت مقابله با تنشهای برشی حاصل از جریان استفاده می‌گردد. مصالح مناسب جهت استفاده بعنوان ریپ رپ در اکثر رودخانه‌ها قابل استحصال است. همچنین اجرای ریپ رپ از سایر روشهای حفاظتی آسانتر است. لایه ریپ رپ شکل‌پذیر بوده و بعلت نشست و یا جابجایی سطح زیر آن دچار خرابی کامل نمی گردد. خرابیهای موضعی نیز در آن بسهولت رفع شده و از لحاظ دوام و مقاومت در سطح بالایی قرار دارد. نمای شماتیک لایه ریپ رپ در محل پایه پل در شکل ۲۸-۱۲ نشان داده شده است. مصالح مورد استفاده بعنوان ریپ رپ باید از جنس مناسب و از نوع سنگ سالم بدون درز و ترک و مقاوم در مقابل فرسایش, هوازدگی, خشک و ترشدن و انجماد و ذوب مکرر باشند. سنگ‌های آذرین و دگرگونی حجیم و غیر لایه‌ای عموماً برای این منظور مناسبند. سنگهای آهکی و ماسه‌سنگ در صورتی که فاقد رگه‌های شیل و مارن بوده و متراکم و سخت باشند نیز مناسب خواهند بود(البته به شرط دارا بودن ابعاد قابل قبول). سایر سنگهای رسوبی مانند شیل, سنگ رس. لای و به طور کلی سنگهای آرژیلی و نیز سنگهای حاوی مواد انحلال پذیر(مانند سنگ گچ)» بعلت ضعف ذاتی‌شان برای استفاده در شکل ۲۹-نمای شماتیک لابه ریپ رپ در محل پایه پل معمولاً سنگدانه‌های تیز گوشه کارایی بیشتری نسبت به سنگدانه‌های گردگوشه دارند. زیرا از نوع گردگوشه نمی‌توان در اگر از قطعات بتن شکسته به عنوان پوشش استفاده می‌گردد. توصیه می‌شود قطعاتی انتخاب شود که ضخامت آنها کمتر از هستند. همجنین مصالح شکسته مورد استفاده در بستر کارایی بالاتری دارند. تراز فوقانی لایه ریپ رپ می‌بایست در تراز بستر یا پایین‌تر از آن قرار گیرد. منظور از تراز بستر در این موردء تراز بستر -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱۱ ۶۳ سنگی درشت. لازم است این لایه روی یک لایه فیلتر متشکل از شن و ماسه با دانه‌بندی مناسب استقرار یابد. طراحی لایه برای محاسبه میزان مقاومت سنگدانه‌ها در مقابل فرسایش. دو روش متداول سرعت مجاز و نیروی برشی مجاز وجود ۸3 (۴۸( پا 0.00594 < ر.(] 2 مرو (۴۹) ۱-0۶ - 1۸ 510 هنگامی که از رابطه ۴۸-۱۲ در اطراف کوله‌های پل و خاکریز هدایت جریان در نزدیکی کوله‌ها استفاده می‌شود. باید از سرعت جریان در مجاورت کوله‌ها بجای سرعت متوسط استفاده شود. سرعت جریان در مجاورت کوله‌ها تابعی از نوع کوله و ۴۸ مقدار 9 محاسبه شده 0 در ضریب ۱/۸۴ صرب شود. روش دیگری که در تعیین اندازه ریپ رپ در محل کوله پل ارائه شده است بر مبنای عدد فرود جریان کار می‌کند. به 0 گ 1۹0 (۵۰) تس در و ضریب ثابتی است که برای کوله شیبدار برابر ‎۰/۸۹٩‏ و برای کوله قائم برابر ۱/۰۲ می‌باشد. ,5 چگالی ذرات ریپ رپ 14( 2 (۵۱) کل 4 لا و ۱ به ترتیب سرعت و عمق جریان در محل تنگ شدگی پل است. در رابطه فوق کل برای کوله شیبدار برابر ۰/۶۱ و برای کوله قائم برابر ۰/۶۹ می‌باشد. رابطه زیر نیز برای تعیین اندازه ریپ رپ در محل پایه پل ارائه شده است. 3 ۹ 1 (۵۲) سس جوم (] أ ۳ چا ۹956/7 ۳۰ 5 , (۵۳) [(] ۸ -------- صفحهٔ بعد -------- ۶۴ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها 70 7 0 0 > اسر ک ا اما نصا 0.39 (۵۴) 1۳۹ ۳۹0 15 -۸ 8 دای ۱ )1 ۱ 32( 1 ۱3 0 06 ۳ 03 8 8 (۵۵) - 77 )7 ۴ ۱ )1 روابط فوق تنها برای پایه‌های دایره‌ای و مستطیلی و بدون تاثیر زاویه برخورد جریان کاربرد دارد. همچنین در روابط مذکور فرض گردیده که در بستر رودخانه هیچ حمل رسوبی وجود نداشته باشد. در حالتی که شرایط مفروض حاکم نباشد بایستی اندازه ریپ رپ را با نظر مهندس طراح افزایش داد. جدول ۷ پیشنهاد شده است. ضخامت مناسب لایه ریپ رب تیر بر مقاومت آن تاثیر دارد. سنگهای بزرگ و تک افناده منجر است. در مواقعی که ریپ رپ در زیر آب اجرا می‌شود بایستی به مقدار بدست آمده. ۰ درصد اضافه شود. در مواقعی که لایه ریپ رپ در شرایط برخورد آشغالهای شناور و قطعات یخ باشد یا در معرض امواج ناشی از باد. حرکت قایق و کشتی قرار جدول ۷- حدود توزیع دانه‌بندی ریپ رپ لازم است این لایه روی یک لایه فیلتر متشکل از شن و ماسه با دانه‌بندی مناسب استقرار یابد. فیلتر یک لایه انتقالی از شن. سنگدانه‌های کوچک یا باریک است که بین پوشش ریپ رپ و خاک زیرین قرار می‌گیرد. فیلتر از انتقال ریزدانه‌ها از منافذ ریپ رپ جلوگیری می‌کند و بار ناشی از وزن سنگدانه‌ها را توزیع نموده و منجر به نشست یکنواخت خاکریز می‌شود. نسبت و,(7 لایه فوقانی به وی(/ لایه تحتانی بایستی کمتر از ۵ باشد. همجنین نسبت و,(/ لایه فوقانی به و,(7 لایه تحتانی بایستی از ۵ بزرگتر و از ۴۰ کمتر باشد. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۶۵ لازم به ذکر است فیلتر نسبت به ریپ رپ پوششی, لایه تحتانی و نسبت به خاکریزء لایه فوقانی محسوب می‌گردد. هرگاه استفاده از یک لایه فیلتر محدودیتهای ارائه شده را ارضا ننماید. استفاده از فیلتر چند لایه ضروریست. ضمناً نباید بیش از ۵ درصد مصالح فیلتر از الک شماره ۲۰۰ عبور نماید. ضخامت لایه فیلتر نیز بین ۱۵۰ الی ۳۸۰ میلیمتر در فیلترهای تک لایه و ۱۰۰ الی ۲۰۰ میلیمتر برای هر لایه در فیلترهای چند لایه در نظر گرفته می‌شود. مساحت تحت پوشش لایه ریپ رپ در اطراف پایه‌ای که مقطعش گرد است. دایره‌ای به قطر ۴ برابر قطر پایه توصیه شده است. همجنین مساحت پوشش لایه ریپ رپ در اطراف پایه مستطیلی در راستای جریان مطابق شکل ۲۰ پیشنهاد شده < (67 0 شکل ۳۰-سطح تحت پوشش لایه ریپ رپ در محل پایه‌های مستطیل شکل پل ۲-۰- گابیون یکی از روش‌های مهار آبشستگی اطراف کوله‌ها و پایه‌های پل, استفاده از سازه‌های توری سنگی یا گابیونی است. گابیون پوششی متشکل از سبدهای سیمی مکعب مستطیل یا استوانه‌ای است که با سنگ پر می‌شوند. برای تهیه این‌گونه پوشش‌هاء سبدهایی را پر از سنگ کرده و با قفل نمودن, به آنها شکل داده می‌شود. در این سازه‌ها از سنگ و توری‌های فلزی استفاده شده است. در حقیقت توری‌های فلزی نقش پایداری سنگ‌های داخل آنرا بازی می‌کند. استفاده از این روش زمانی اهمیت پیدا می‌کند که سنگ‌هایی با اندازه‌های بزرگ و تیزگوشه برای محافظت از آبشستگی اطراف پایه و کوله وجود نداشته باشد و یا تهیه و حمل آن اقتصادی نباشد و بالاجبار از قلوه سنگهای موجود رودخانه‌ای استفاده شود. گابیون باید قدرت کافی برای کنترل وزن سنگ‌هایی را داشته باشد و بتواند در برابر فشارهای بالای جریان آب و فشار توده‌های خاک به خوبی مقاومت نماید. استفاده از سازه‌های گابیون معمولاً انعطاف‌پذیری بهتری نسبت به سازه‌هایی دارد که از مصالح بنایی, آجری» بتنی یا بلوک ساخته می‌شوند. جعبه‌های گابیون با مواد پرکننده مناسب نظیر قلوه سنگها پر شده و به کمک بست‌هایی به یکدیگر متصل می‌گردند و به شکل مناسب در کنارهٌ رودخانه بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند. این جعبه‌ها با ماشین یا بصورت دستی پر می‌شوند. پر کردن ماشینی گابیونها ارزانتر و سریعتر است اما دقت روش دستی را ندارد. در روش دستی معمولاً دیوار تمام شده ظاهر بهتری دارد. توری‌ها باید بطور کامل از مصالح پرکننده پر شده و مصالح به خوبی درون آن قرار گیرند. به طوری که فضای خالی میان سنگها به حداقل برسد. امکان جابجا شدن سنگ‌ها نیز باید کم باشد. اگر سایش یا سایر عوامل خارجی سبب تخریب روکش گالوانیزهٌ سیمها یا تخریب خود سیمها شود عمر گابیون به شدت کاهش می‌یابد. همچنین امکان خوردگی توریها در آبهای با ]۳1 (اسیدیته) زیر ۷ یا بالای ۱۲ وجود دارد. بنابراین می‌توان -------- صفحهٔ بعد -------- ۶۶ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها برای جلوگیری از خوردگی از روکش پلی وینیل کلراید برای سیم‌ها استفاده کرد. آبهای شور و آبهای آلوده (نظیر آبهای آلوده به فاضلاب صنعتی یا خانگی) موجب خوردگی سیمهای گالوانیزه می‌شوند. سایش, خوردگی و عوامل انسانی از جمله عوامل اصلی محدود کننده عمر سازه‌های گابیون می‌باشند. برخی ملاحظات برای طراحی سازه گابیونی به قرار زیر است: ۱- اندازه چشمه‌های گابیون می‌بایست از حداقل قطر سنگدانه‌های مورد استفاده کمتر باشد تا سنگها بطور کامل توسط توری فلزی محافظت شوند. ۲ توریهای فلزی باید خاصیت ضد زنگ داشته باشند. ۳ در حین اجرای سازه گابیون جعبه‌های آن بصورت محکم بسته شوند. ۳- در حین بکارگیری گابیون در کف بستر و یا برای محافظت دیواره‌ها با توجه به مصالح زیرین می‌بایست یک و یا چند لایه فیلتر استفاده شود تا مصالح زیرین از داخل خلل و فرج آن شسته نشود. ۵- در حین استفاده از سازه گابیون برای محافظت خاکریزهای جانبی پلها می‌بایست پایداری خاکریزها مورد بررسی قرار گیرد. ۶- برای بدست آوردن قطر سنگدانه مورد استفاده و یا اندازه گابیون» سرعت طراحی معمولاً دو برابر سرعت جریان بالادست پل در نظر گرفته می‌شود. عموماً از این نوع سازه‌ها در جاهایی استفاده می‌شود که اندازه سنگ‌های موجود و قابل دسترس, در حد استفاده در ریپ رپ نباشد. معمول‌ترین نوع تخریب این‌گونه پوشش‌هاء پارگی سبدها است. وقتی سبدها پاره می‌شوند. سنگ‌های درون سبدها توسط جریان آب شسته و برده می‌شوند. نوع دیگر تخریب در مواردی مشاهده شده است که سبدهای گابیون در سطوح پرشیب و با سرعت جریان زیاد بکار برده می‌شوند. در چنین شرایطی, سنگ‌های درون سبدها به سمت پایین دست حرکت کرده و باعث تغییر شکل سبدها می‌گردند. پوشش‌های گابیونی معمولاً به سه صورت زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ۱-۲-۰ گابیون ۰ 5 واحدهای گابیون مستقل به صورت جعبه‌هایی با ضخامت کم و طول زیاد در کنار هم قرار می‌گبرند تا یک تشک انعطاف پذیر روی کف با کناره بستر رودخانه‌ها و سطوح شببدار دیگر مانند خاکریزهای دیوار هدایت تشکیل دهند. سبدهای گابیونی تشکیل دهنده تشک. دارای عمق ۱۵ تا ۳۰ سانتی‌متر و عرض ۲ تا ۳ متر و طول ۳ تا ۶ متر هستند (شکل ۳۱). -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۳۷ . ارد در ید که ها | ۲۳و۳۰ ره ال سل یی ام زا موی ۱ اسف اساسا سا سا ۹8 ولو اسر سس اپ ج- گابیون کیسه‌ای شکل ۳۱- انواع مختلف گابیون تحت شرایط هیدرولیکی یکسان یک گابیون تشکی به ضخامت کمتری نسبت به پوششهای سنگی دیگر نیاز دارد. تعیین ضخامت گابیون تشکی با سرعت و تنش برشی جریان مرتبط است. در این رابطه. دو شرایط اساسی مورد تجزیه و تحلیل الف- حرکت اولیه سنگها درون گابیون تشکی ب- شرایطی که شکل تشک در اثر حرکت سنگ تغییر یافته ولی تشک تخریب نشده است. تحقیقات نشان دادند که گابیون تزریق نشده به ضخامت ۲۳ سانتی‌متر قابلیت مقاومت در مقابل سرعتهای زیاد را دارد. تزریق بتن یا آسفالت داخل توری باعث افزایش سرعتهای مجاز می‌گردد. قابل توجه است که مقاومت سیمهای شبکه نقش اساسی در مهار پایداری تشکها دارد. اندازه سنگهای پرکننده باید یکنواخت‌تر از ریپ رپ باشد. کوچکترین اندازه باید بزرگ- تر از بازشدگی شبکه گابیون باشد. اما بزرگترین اندازه سنگها باید به اندازه کافی کوچک باشد تا خلل و فرج بزرگ بین سنگها را به حداقل برساند. قلوه سنگهای کف بستر رودخانه معمولاً به منظور کاهش هزینه مورد استفاده قرار می‌گیرند. تزریق درون شبکه گابیون با آسفالت یا بتن باعث به حداقل رساندن خوردگی و خراش می‌گردد. در شرایطی که امکان خوردگی و یا خراشیدگی شبکه تورها زیاد است. باید از کاربرد شبکه گابیون با توجه به ویژگیهای آن مطمئن شد. حتی در نواحی که به دلیل کیفیت آب. ممکن است بگونه‌ای سیمهای گالوانیزه دچار خوردگی گردد. استفاده از پوشش پلی وینیل ۳-۳-۰ گابیون جعبه‌ای یا بلوکی گابیونهای بلوکی, دارای سبدهای با عمقی تقریباً معادل با عرض آن می‌باشند. این‌گونه پوشش‌هاء معمولا به صورت مستطیلی یا ذوزنقه‌ای است و اغلب در یک الگوی پلکانی. شکل داده می‌شوند (شکل ۳۱). از این نوع گابیونها اغلب برای احداث دیوار هدایت آب استفاده می‌گردد. -------- صفحهٔ بعد -------- ۶۸ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها استفاده از اینگونه پوششها بدلیل شکل جعبه‌ای و یا مکعب مستطیلی آنهاء بجز در مجاورت شیبهای تند.ء چندان معمول نیست و عموماً گابیونزهای تشکی کاربرد بیشتری دارند. جرا که دارای انعطاف پذیری بیشتر بوده و به حجم کمتری از سنگ نیاز دارند. طرح گابیونهای جعبه‌ای معمولاً توسط کارخانه‌های سازنده ارائه می‌شود. کالورتهاء بندهاء سرریزها و ... کاربرد زیادی دارند. به منظور طراحی گابیونهای جعبه‌ای در این وضعیت. رابطه زیر برای تعیین (۵۶) ۷ (1- 5) 58 (۵۷) 5 - ]12.37 ع 0 50 > گوشه‌های پوششها در بازه‌های مستقیم نرمال (شدید) سس سس اب شکنها : ۳ پایین دست سازه‌های هیدرولیکی (سرریزهاء کالورتهاء. حوضچه‌های آرامش) رابطه دیگری که به رابطه پیلارزیخ معروف است. به صورت زیر ارائه می‌شود: )۵۸( ۸ )۵۹٩( 8 باشد. , ضریب پایداری برابر ۰۰/۰۷ ۳ ضریب اغتشاش که مقدار آن برای اغتشاش نرمال رودخانه معادل ۱ و برای 0.2 اغتشاش شدید جریان ۱/۵ تا ۲ می‌باشد. ,5 ضریب عمق است که بصورت اه < بر قابل تعریف می‌باشد. در این 7 رابطه ( عمق آب در محل پنجه کناره و ۷,1,0 به ترتیب شیب کناره. شیب طولی رودخانه و زاویه اصطکاک داخلی -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۱/۱ ۶۹ ذرات است. رل سرعت متوسط در عمق است. رابطه ۵۸-۱۲ بعلت وجود ,,(7/ در دوطرف معادله می‌بایست به صورت ۳-۳۲-۰- گابیون کیسه‌ای گابیون کیسه‌ای از توریهای استوانه‌ای شکل تشکیل شده و با قطعات و اجسام سنگین مانند سنگ. قطعات بتنی و آجر پر می‌شود. انعطاف پذیری از خصوصیات لازم برای توریهای آن است تا بر روی سطوح ناهموار قابل تطبیق باشند. جنس توریها از سیمهای گالوانیزه و یا نایلون است. از این نوع گابیون برای حفاظت پنجه شیبها با قرار دادن کیسه در امتداد کناره و در گابیونهای کیسه‌ای ر می‌توان جهت ایجاد پوشش روی شیب کناره قرار داد. معمولا کار گذاری کیسه‌ها به دو صورت می‌شوند و سپس در محل موردنظر جاگذاری می‌گردند. کارگذاری کیسه به صورت عرضی معمولاً برای پنجه خاکریزها استفاده می‌شود. کیسه‌های گابیون از جنس گالوانیزه و یا پلیمرهای فشرده هستند و در صورتی که از کیسه گالوانیزه استفاده شود. 0 قرآاردادن گابیون ارقبل پرشده بسا پا اس لا سا سا ابا با لو لا لو کم الف -کارگذاری ۶ ر صضی ب - کارگذاری طولی شکل ۳۲- کاربرد و مشخصات گابیون کیسه‌ای -------- صفحهٔ بعد -------- ۷۰ ۱۳۹۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۳-۰- طوق محافظ بر اساس تحقیقات انجام یافته در زمینه مکانیزم آبشستگی, جریان نزدیک شونده به پایه پل در اثر برخورد به آن متوقف می- شود. بدلیل وجود موْلفه عمودی سرعت. یک گرادیان فشار عمودی در جلوی پایه شکل می‌گیرد و گرادیان فشار ایجاد شده. جریان رو به پائینی را در جلوی پایه ایجاد می‌کند. جریان رو به پایین عامل اصلی آب شستگی اطراف پایه می‌باشد. این جریان مانند یک جت عمودی, رسوبات بستر را از جای خود خارج می‌کند. تشکیل گودال‌های موضعی آبشستگی در اطراف پایه‌های پل در رودخانه‌های دارای بستر آبرفتی یک امر اجتناب ناپذیر است و طراحان پلها باید تمهیداتی بیاندیشند که این پدیده باعث تخریب پل نشود. جریانهای رو به پایین پس از برخورد به بستر در جلوی پایه گودالی را حفر می‌کنند که در داخل این گودال جریانهای جریانهای چرخشی درون حفره جلوی پایه. بتدریج بطرفین پایه امتداد پیدا می‌کند و در پلان شکلی شبیه به نعل اسب به خود می‌گیرد. به همین دلیل این جریان‌ها به گردابه‌های نعل اسبی موسومند. تشکیل گرداب نعل اسبی در داخل حفره آبشستگی, باعث تسریع در حفر آن شده و ذرات جدا شده از بسترء توسط جریان اصلی رودخانه به پایین دست حمل می - شوند. در شکل ۳۳ جریان و الگوی آبشستگی در اطراف پایه استوانه‌ای شکل نشان داده شده است. واه وه وه وه وم هو ی شکل ۳۳- جریان و الگوی آبشستگی در اطراف پایه استوانه‌ای شکل یکی از روشهای تثبیت غیر مستقیم بستر اطراف پایه‌ها و کوله‌های پل, استفاده از طوق محافظ است. در شکل ۳۴ نمونه‌ای از کاربرد طوق در فاصله ۲1 از تراز سطح آزاد آب نشان داده شده است. طوق, یک صفحه صاف به ضخامت خیلی کم است که اطراف پایه یا کوله پل در بستر نصب می‌گردد. طوق نباید خیلی ضخیم باشد. چرا که ضخامت زیاد آن. سبب ایجاد مانع در برابر جریان شده و آبشستگی را افزایش می‌دهد. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۱ ۷۱ با نصب طوق در اطراف پایه و کوله پل, از برخورد مستقیم جریان رو به پایین به بستر و فرسایش ناشی از آن در اطراف پایه و کوله جلوگیری می‌گردد. استفاده از این روش در برخی موارد سبب کاهش عمق آبشستگی خواهد شد. علاوه بر آن استفاده از طوقهایی به عرض سه برابر عرض پایه زمان رسیدن به تعادل(حداکثر عمق آبشستگی) را بمراتب افزایش می‌دهد. در برخی موارد بعلت مشکلات اجرایی طوق در ترازی بالاتر از بستر نصب می‌گردد که همان مقدار جریان عبور کننده از زیر طوق سبب ایجاد جریان رو به پایین شده و منجر به آبشستگی بستر می‌گردد. توصیه می‌شود طوق در تراز بستر یا اندکی پایین‌تر از آن نصب شده تا کارایی حداکثر داشته باشد. شکل ۳۴- استفاده از طوق در اطراف پایه استوانه‌ای شکل در صورتیکه طوق در تراز بستر نصب گردد. سطح بستر درست در نزدیکی سازه بوسیله آن محافظت می‌گردد اما در پشت پایه ابشستگی رخ داده و حفره آبشستگی در عقب پایه ایجاد می‌شود. این حفره بتدریج خود را به سمت بالادست پایه کشیده و در اطراف طوق توسعه می‌یابد. سپس آبشستگی مانند حالت بدون طوق ولی با شدت کمتر توسعه می‌یابد. میزان خالی شدن زیر طوق به ابعاد طوق و میزان تنش برشی وارد بر بستر (سرعت جریان) بستگی دارد. در صورتیکه تنش برشی بالادست پایه‌ها در استانه حرکت ذرات کف باشد. می‌توان نتیجه گرفت که وقتی طوق با قطر سه برابر قطر پایه گرد و عرض سه برابر عرض پایه مستطیلی در اطراف پایه و در سطح بستر نصب گردد. عمق حداکثر آبشستگی ۲۵ درصد کاهش پیدا کرده و زمان شروع پیشرفت آبشستگی به تاخیر می‌افتد. گرچه عملکرد طوق در کاهش عمق آبشستگی چشمگیر نیست اما تاخیر شروع آبشستگی در اطراف پایه و کوله سبب می‌شود که در رنج وسیعی از -------- صفحهٔ بعد -------- ۷۲ ۱۳۹/۱ راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها بیشتر عمق آبشستگی کمک کند. به طور مثال اگر یک طوق در سطح بستر و طوق دیگری به اندازه ۰۱۶ عرض پایه در زیر آن نصب گردد. عمق آبشستگی در شرایط استانه حرکت تا حد ۴۵ درصدکاهش یافته و شروع آبشستگی در زیر طوق دوم اتفاق نمی‌افتد. دبی طراحی پل کوتاه بوده و تنش برشی ایجاد شده در بستر بالادست. در دبی طراحی از ۹۵ درصد تنش برشی آستانه طراحی پل طولانی باشد و تنش برشی بستر بالادست در دبی طراحی از ۹۵ درصد تنش برشی آستانه حرکت ذرات کمتر باشد. علاوه بر طوق فوق استفاده از طوق دیگری با همان اندازه و در فاصله ۰/۶ برابر عرض یا قطر پایه در زیر طوق اولی نیز استفاده از طوق محافظ در مواردی که تنش برشی بستر بالاتر از أستانه حرکت باشد توصیه نمی‌شود. در مواردی که پایه آبشستگی موضعی قطعاً افزایش پیدا خواهد کرد. طوقها با ابعاد مختلف در کاهش آبیشستگی موضعی پایه‌های پل استوانه‌ای شکل موثرند.لذا معادله زیر را برای تعیین ماکزیمم عمق آبشستگی در اطراف پایه استوانه‌ای شکل که توسط طوق محافظت شده است. ارائه می‌شود. 037 ۱.012 5 + (ع » اس مس 1 ظ 5 5 قطر طوق, 7 قطر پایه. 77 فاصله طوق تا سطح آزاد آب و و[ عمق جریان است. علاوه بر طوقهای دایره‌ای شکل می‌توان از طوقهای مستطیل شکل نیز استفاده کرد. در شکل ۳۵ نمونه‌ای از این طوقها نشان داده شده است. در طوقهای مستطیل شکل با افزایش عرض طوق کارایی آن در کاهش عمق آبشستگی و افزایش زمان تعادل بیشتر می‌گردد. نتایج آزمایشها نشان داده است طوقی که اندازه‌اش به اندازه ۱/۵ برابر قطر پایه باشد. تاثیر قابل توجهی در کاهش عمق آبشستگی ندارد و به نظر میرسد که حداقل عرض لازم برای طوق به منظور کاهش آبشستگی باید دو برابر قطر پایه باشد. طوقهای نصب شده در زیر و روی سطح بستر موْثرتر از طوقهای قرار گرفته در بالای بسترند. همچنین نتایج نشان داد که طوقهای مستطیلی در مقایسه با طوقهای دایره‌ای شکل, تأثیر بیشتری بر پراکنده سازی و تضعیف عملکرد گردابه‌ای ایجاد شده در اطراف پایه دارند. -------- صفحهٔ بعد -------- راهنمای مطالعات هیدرولیکی پل‌ها ۱۳۹۳/۱ شکل ۳۵- مدل پایه استوانه‌ای و طوق مستطیلی شکل در اطراف آن ۷۳ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- 9 0۴ ۳۳۵۲ 151296 3 ۳12106 240 ۱۷1228201۳ 25 17۳118۶6 10 ع10نان) 7 و 3 .۲۷0 1 11۳۳۵۵ ک ۳۵۵۵ ۵1 ۱/۵۹۶ ع 1" 40 16631621 1۵۳ 160۷ 01 011166 5 16۷610016۲ 11۳۵51۳۳۵ 1 117020 ک 10۹۵۶ ,۲۵۵۵۰ 40 1631621 01 1602716۲ 71)) 1۳6۹۵ 5 ۳0۲۱۵۵ 0 پا ات۸ 5 1 0 2 -------- صفحهٔ بعد -------- شامل مطالعات اولیه مورد نیاز جهت طراحی هیدرولیکی پل‌ها.ء بررسی نحوه تاثیر پل بر جریان رودخانه» بررسی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد هیدرولیکی پل. نحوه محاسبه دبی. تحلیل جریان عبوری از پایه‌های پل. محاسبه نیروهای وارده بر پایه پل ها. تحلیل عبور جریان از روی خاکریزها.ء روش‌های اصلاح جریان عبوری از محل پل. ارائه روش‌های محاسباتی میزان آیشستگی و روش‌های مقابله با آبشستگی