خشک سالي، تهديدي براي پل هاي زاينده رود (4

روش هاي سنتي حفاظت و پايدارسازي زمين شمع هاي حائل يا تخته پوشش يا سپر فلزي
 

اين سيستم براي شرايطي که نشست هاي سطح زمين تا حدودي کم است، مجاز مي باشد. در شرايطي که خشک شدن زمين يا افت سطح ايستايي در خاک هاي دانه اي آب دار انجام شود، منجر به نشست يا افت زمين مي گردد. استفاده از اين روش باعث مي شود تا افت سطح زمين (فرونشست) به طور يکسان بين محدوده ي جانبي و داخل پي سازه توزيع شود. يعني از نشست هاي نابرابر جلوگيري شود. اين روش مناسب براي سازه هاي با گسترش سطحي کم، به دليل يکپارچه نبودن پي سازه هاي تاريخي براي آن ها قابليت اجرا دارد؛ هر چند قبل از آن بايد کليه ي جوانب بر اساس منشورهاي مرمت بناهاي تاريخي در نظر گرفته شود تا اطمينان حاصل گردد اين روش مغايرتي با اين منشورها ندارد. اين روش در صورتي امکان پذير است که سپر فلزي تا لايه هاي نسبتاً عميق و محکم / سنگ بستر ادامه يابد. در سازه هاي با گسترش سطحي زياد به دليل يکپارچه نبودن پي سازه هاي تاريخي، استفاده از سپرکوبي تقريباً بي فايده است. جهت استفاده از اين روش در سازه هاي با گسترش سطحي زياد بايد از سيستم پلکاني با عمق هاي متفاوت استفاده نمود.
همچنين در مجاورت سازه هاي تاريخي سروصدا و ارتعاش ناشي از کوبيدن سپر باعث تخريب و يا دست کم تشديد خرابي هاي پنهان سازه مي شود. لذا، استفاده از اين روش توصيه نمي گردد.

اصلاح خاک
 

در اين قسمت تعدادي از روش هاي مناسب اصلاح زمين جهت گودبرداري مورد بررسي قرار مي گيرند:

انجماد خاک
 

اين روش بسيار پرهزينه و پيچيده، و براي وسعت کم قابل استفاده است. از طرفي امکانات اجرايي آن نيز در داخل کشور وجود ندارد. لذا استفاده از اين روش مقرون به صرفه نيست

تزريق
 

از اين روش براي کاهش نفوذپذيري و افزايش مقاومت خاک هاي دانه اي و نيز جهت افزايش ظرفيت باربري خاک هاي چسبنده (تزريق تحکيمي) به طور گسترده استفاده مي شود. البته استفاده از اين روش به دليل هزينه ي بيشتر نسبت به روش هاي گفته شده در بالا مقرون به صرفه نيست، ولي مي تواند به صورت ترکيبي با روش هاي ديگر مورد استفاده قرار گيرد.
روش های جایگزینی (7) دوام پذیری (6) دیوار آب بند (5) مقاومت برشی (4) مقاومت کششی(3) مقاومت فشاری(2) مقاومت خمشی(1) ویژگی ها و کمکی های لازم
دیوارهای گل روان(8) 4 5 5 3 5 5 این ها به وسیلۀ میله ها و ستون ها می توانند تقویت شوند و می توانند به عنوان سازه های پایدار باقی بمانند.
کانال های گل روان(9) 4 5 3 1 1 3 می توانند به وسیلۀ پردۀ سپر(11)تقویت شوند.سازه های دائمی نیستند. خیلی گران قیمت نیستند.
جایگزینی کامل با تزریق جت(10) 4 3 3 2 4 4 اجرای آن ها سخت و گران قیمت است
1-Bending element 2- Compressive bending 3- Tension bending 4- Shear element 5- Water cut off 6- Durability 7- Ground replacement Method 8- Slurry Walls 9- Slurry Walls 10- Jet grouting full replacement 11- Sheet pile
Best = 5 Least =1 Not applicable = 0

جدول1: روش های جایگزینی زمین(عدد 5، 1 و 0 به ترتیب بهترین، بدترین و عدم کاربرد روش را نشان می دهد)
 

شمع هاي درجا
 

اين سيستم به دو شکل شمع هاي درجاي متقاطع و مجاور در گمانه هاي از پيش حفاري شده که ديواره ي آنها با استفاده از گل بنتونيت پايدار شده، اجرا مي شود. از ويژگي هاي اين روش امکان استفاده از آن در زمين هاي بسيار نامناسب از نظر پايداري است. همچنين ضريب اطمينان آن در مقايسه با ديوارهاي جداکننده بيشتر است، زيرا در صورت رها شدن کل بنتوميت، خطر فرو ريختن ناگهاني ديواره شمع وجود ندارد. اما ظرفيت باربري ديوارهاي جداکننده در مقايسه با شمع هاي درجا، به علت سطح تماس بيشتر به ازاي حجم بتن يکسان، بيشتر است. در برخي پروژه ها به دلايل زير استفاده از شمع هاي درجا توصيه نمي شود:
- با استفاده از شمع هاي درجا امکان انحراف از حالت قائم در زمين هاي سخت وجود دارد.
- اغلب با استفاده کردن از شمع هاي درجا امکان آب بند کامل منطقه اي اطراف گود وجود ندارد.
- در صورتي که خاک از لحاظ استحکام به خصوص در قسمت هاي رويي و بعضي بخش هاي مياني ضعيف باشد، استفاده از مهارهاي خاکي لازم است.
- در پروژه هايي که عمق لازم جهت حفاظت نسبتاً زياد است، جهت پايداري خاک بايد قطر شمع ها و تعداد آنها زياد باشد. در کل با وجود آنکه اين روش در مقايسه با سپرهاي فلزي و شمع هاي حائل با تخته پوشش، روش مناسب تري است، ولي استفاده از آنها در مقايسه با روش هاي مذکور ضريب اطمينان پاييني را خواهد داشت.

ديوارهاي جداکننده
 

سيستم ديوارهاي جداکننده در صورتي که از آنها همزمان به عنوان ديوار حائل موقت و دائمي بين دو منطقه ي زير پي سازه و خاک اطراف استفاده شود بسيار مقرون به صرفه است. با توجه به اين شرايط، اجراي اين ديوارها در مقايسه با سپرهاي فلزي، بدون صدا و ارتعاش است. همچنين حرکت زمين و نشست را مي توان کاملاً حذف و يا به اندازه ي مورد نياز تحت کنترل در آورد که اين کار را مي توان با استفاده از مهاربندهايي همچون ديوارهاي متقاطع، تيرک ها يا دال هاي کناري دائمي انجام داد. به علاوه پانل هاي ديوار در حداقل فاصله ي ممکن از سازه هاي موجود قابل اجرا هستند.
از معايب اين روش شلوغي و تراکم تجهيزات در محدوده ي سازه ي تاريخي است. همچنين براي اجراي با کيفيت بالا، به انجام نظارت هاي دقيق و پيمان کار حرفه اي نياز است.
در کل مي توان چنين اظهار نظر نمود که با وجود محاسن و معايب گفته شده، در مقايسه با ساير روش ها براي ترميم سازه هاي تاريخي در خاک هاي سست و ريزدانه، اجراي اين گونه ديوارها مناسب تر است، مشروط بر اينکه بر اساس منشورهاي مرمت بناهاي تاريخي، کليه ي جوانب بررسي شده و اين روش در مورد بناي مورد نظر مورد تأييد متخصصان مرمت قرار گرفته باشد.
روش های تقویت زمین (1) دوام پذیری(7) دیوار آب بند(6) مقاومت برشی(5) مقاومت کششی(4) مقاومت فشارشی(3) مقاومت خمشی(2) ویژگی ها و کمکی های لازم
اجرای شمع در داخل گودهای حفاری شده(8) 4 0 5 4 4 0 می توان به وسیلۀ میله ها و ستون ها آن ها را تقویت کرد.
میل مهارهای خاکی یا سنگی(9) 4 0 2 5 0 0 اجرای آن ها آسان است. به وسیلۀ میله ها و گیردادن به جایی می توان آن ها را مهار کرد.
شمع های کوچک(10) 4 0 4 4 5 0 ظرفیت باربری فشاری آن ها زیاد است.
چنگک های خاکی(11) 4 0 4 4 1 0 هزینۀ آن ها پایین است و می توان به وسیلۀ میله ها آن ها را تقویت کرد.
Reinforce Methods= 1-Bending element=2 Compressive element= 3 Tension element=4 Shear element= 5 Water cut off=6 Durability= 7 Continues flight Auger piles=8 Soil or Rock Anchor= 9 Maniples= 10 Stone columns= 11
Best = 5 Least = 1 Not Applicable = 0
جدول2: روش های تقویت (تسلیح) زمین (عدد 5، 1 و 0 به ترتیب بهترین، بدترین و عدم کاربرد روش را نشان می دهد)

 

اصلاح زمین(1) دوام پذیری(7) دیوار آب بند(6) مقاومت برشی(5) مقاومت کششی(4) مقاومت فشاری(3) مقاومت خمشی(2) ویژگی ها و کمکی های لازم
مخلوط کردن خاک و سیمان در اعماق(8) 4 4 4 1 4 4 به وسیلۀ میله ها و ستون ها می توان آن ها را تقویت کرد.
تزریق بخشی جت(9) 3 3 4 2 4 4 به وسیلۀ ستون ها و میله ها می توان آنها را اجرا و نحوۀ به عمل آوردن آنها دشوار است
تزریق تحکیمی(10) 3 2 3 1 3 3 درمحیط های زمین شناسی محدودی قابل اجرا هستند. اجرا و نحوۀ به عمل آوردن آنها دشوار است.
تزریق فشاری(11) 1 0 2 0 1 0 کاربرد آنها محدود و اجرای آنها سخت و دشوار است.
تزریق شیمیایی(12) 2 4 0 0 0 0 عمر آنها محدود است. و معمولاً هزینه بر و بعضی از آنها دارای خطرات زیادی هستند.
تثبیت با آهک(13) 4 1 3 0 2 1 نحوۀ اجرا و رسیدگی آنها مشکل است. معمولاً از این روش در اعماق نمی توان استفاده کرد.
تحکیم به وسیلۀ شناور کردن با آب(14) 5 0 2 0 2 0 هزینۀ آنها بالا، و اجرای آنها بسیار مشکل است.
تحکیم دینامیکی(15) 5 0 1 0 2 0 در ساختمان ها و محیط شهری، استفاده از این روش بسیار خطرناک است.
انجماد زمینی(16) 0 3 3 0 3 3 روش دائمی نیست و فقط برای مدت کمی می توانند پایداری را تضمین کنند.
Ground Modification=1 Bending element=2 Compressive element=3 Tension element=4 Shear element=5 Water Cut Off=6 Durability=7 Deep soil Cement Mixing=8 Jet grouting=9 consolidation grouting=10 compaction grouting=11 Chemical grouting=12 Lime stabilization=13 Vibroflocation=14 Dynamic compaction=15 Ground freezing

جدول3: روش های بهسازی زمین(عدد5، 1 و 0 به ترتیب بهترین، بدترین و عدم کاربرد روش را نشان می دهد)
 

روش هاي جديد پايدارسازي زمين در برابر فرونشست
 

اين روش ها به 3 گروه مهم تقسيم مي شوند:

روش هاي جايگزيني زمين
 

اين روش ها باعث تغيير موقعيت و جنس خاک به وسيله ي مخلوط کردن آن با بتن، تزريق و مواد پلاستيک مانند همراه يا بدون سيمان مي شوند. مجموعه ي اين روش ها در جدول 1 آورده شده اند. از بين روش هاي مورد اشاره در اين جدول، تنها روش ديوارهاي گل روان جهت ترميم پي سازه هاي تاريخي در خاک هاي سست و ريزدانه با ضخامت زياد، مفيد به نظر مي رسد که به علت گران بودن و اجراي سخت آن مي توان روش هاي ديگر را انتخاب کرد.

روش هاي تقويت / تسليح زمين
 

اين روش ها به وسيله ي فعاليت هايي که از سطح تراز انتهايي حباب تنش 10% از کف پي سازه شروع مي شوند و تا سطح زمين ادامه دارند، آغاز مي شوند. در کل اين روش ها باعث افزايش مقاومت فشاري و کششي خاک مي شوند. تمامي روش هاي گفته شده در اين قسمت به دليل اينکه در محيط هاي زير سطح ايستايي قابل اجرا نيستند، روش هاي خوبي جهت کنترل فرونشست به شمار مي آيند. در جدول 2 برخي از اين روش ها آورده شده اند.

روش هاي بهسازي زمين
 

اين روش ها باعث افزايش چگالي و همچنين پر شدن فضاي خالي خاک مي شوند. انواع اين روش ها در جدول 3 آورده شده اند. به طور کلي در پروژه هاي شهري استفاده از دو روش مخلوط کردن خاک با سيمان در اعماق، و تزريق بخشي جت مي تواند تا حد زيادي مفيد باشد که در مورد نحوه ي اجراي آنها بايد وسايل و امکانات پرسنل متخصص فراهم گردد. البته روش مخلوط کردن خاک و سيمان در اعماق، از روش تزريق جت بهتر است. البته تأکيد مي گردد که به عنوان يک قانون کلي استفاده از سيمان در هيچ کدام از مراحل مرمتي بناهاي تاريخي، چه سازه ي بنا و چه زيرسازه ي آن شامل پي و خاک زير پي، توصيه نمي گردد. استفاده از سيمان نه تنها به عنوان آخرين راه حل و پس از مطابقت دادن با اصول مطرح شده در منشورهاي مرمت بناهاي تاريخي و پس از تأييد متخصصان مرمت، آن هم با حداقل ميزان مصرف مي تواند مجاز باشد

نتيجه گيري
 

معضل قطع جريان آب جاري در بستر رودخانه ي زاينده رود در محدوده ي شهر اصفهان، طبعاً منجر به خشک شدن خاک بستر و پايين رفتن سطح ايستابي آب زيرزميني در محدوده ي مذکور تا ده ها متر گرديده است. با وجود چنين خشک سالي شديد، برداشت از آب هاي زيرزميني به واسطه ي مصرف شرب، فضاي سبز و زمين هاي کشاورزي حومه ي شهر ادامه دارد که به يقين موجب پديده ي فرونشست در آبرفت هاي محدوده ي شهر مي شود. در صورتي که اين فرونشست ها در محدوده ي پل هاي تاريخي و جديد زاينده رود اتفاق بيافتد، باعث ايجاد صدمات جدي به پي و سازه ي پل خواهد شد.
جلوگيري از افت سطح آب زيرزميني و روش هاي ترميم، دو راهکار عملي جهت مقابله با اثرات پديده ي نشست هستند. جهت جلوگيري از افت سطح آب زيرزميني اقداماتي از جمله محدود نمودن بهره برداري از آبخوان ها، اصلاح ساختار مصرف، بازنگري در تخصيص آب، استفاده از تکنولوژي هاي نوين و بازيابي آب در بخش هاي مختلف استفاده از روش هاي نوين آبياري، و اقدامات سازه اي و غيرسازه از جمله استفاده از طرح هاي تغذيه ي مصنوعي بايد توسط متصديان در دستور کار قرار گيرد.
مرمت پي هاي ساختمان هاي تاريخي داراي فلسفه ي کاملاً متفاوت با ساختمان هاي جديد است و تنها پس از انجام مطالعات تاريخي، جغرافيايي، معماري و سازه اي و شناخت و آسيب شناسي و طرح مرمت کل بنا قابل انجام است. مرمت پي يک بناي تاريخي تنها به عنوان بخشي از مرمت کل بنا قابل بحث است و اين مرمت بايد بر اساس اصول و منشورهاي بين المللي بناهاي تاريخي انجام گردد. هرگونه مداخله در يک بناي تاريخي به عنوان مرمت بايد مورد تأييد متخصصان مرمت و معماري بنا قرار گرفته باشد. براي هر بنايي راه حل جداگانه اي وجود دارد. روش هاي تشريح شده در اين مقاله صرفاً روش هاي آزمايش شده در مورد بناهاي جديد است و هر گونه کاربرد آنها مستلزم رعايت موارد پيش تر ذکر شده است. به عنوان يک اصل، هدف از مرمت پي يک بناي تاريخي حداقل مداخله به منظور دستيابي به حداقل ميزان ايمني است که بنا را در مقابل خطرات محفوظ نگاه مي دارد. توجه به اين نکته ضروري است که خاک زير يک بناي تاريخي نيز جزو آن بنا محسوب مي گردد و انجام مداخلات در خاک و پي نبايد منجر به خدشه دار شدن اصالت خاک و پي و نيز روش استفاده شده در پي اصلي بنا گردد. استفاده از روش و مصالح همگون در مرمت به عنوان يک اصل تلقي مي گردد.
بررسي ها نشان مي دهد که روش هاي ترميم جهت جلوگيري از فرونشست را مي توان به دو دسته ي روش هاي سنتي و نوين تقسيم نمود. در ميان روش هاي سنتي بهسازي و پايدارسازي زمين جهت ترميم پي سازه هاي تاريخي، ديوارهاي جداکننده با وجود محاسن و معايب گفته شده، در مقايسه با ساير روش ها براي پروژه هاي با خاک سست و ريزدانه با صخامت بالا، مناسب تر است. از ميان روش هاي جديد بهسازي و پايدارسازي زمين جهت ترميم پي سازه هاي تاريخي، روش هاي بهسازي زمين، باعث افزايش چگالي و همچنين پر شدن فضاي خالي خاک مي شوند. از ميان انواع روش هاي بهسازي زمين در پروژه هاي ترميم پي سازه هاي تاريخي شهري استفاده از دو روش، روش مخلوط کردن خاک با سيمان در اعماق و تزريق بخشي جت مفيدترين هستند و براي اجراي آنها نياز به وسايل و امکانات و پرسنل متخصص است. البته روش مخلوط کردن خاک و سيمان در اعماق، از روش تزريق جت بهتر مي باشد. لازم به تذکر است که استفاده از سيمان در مرمت بناهاي تاريخي، چه در سازه و چه در پي و خاک زير آن، به هيچ عنوان توصيه نمي گردد و تنها مي تواند به عنوان آخرين راه حل و به صورت موضعي و پس از تأييد متخصصان مرمت سازه هاي سنتي مورد استفاده ي محدود قرار گيرد.

قدرداني
 

از آقايان مهندس کرمعليان معاونت امور مطالعات و مهندس بصيرپور مدير دفتر بهره برداري و نگهداري از تأسيسات آبي شرکت آب منطقه اي استان اصفهان در تهيه ي اطلاعات افت سطح آب زيرزميني و از خانم ها مهندس زينب رحيمي آشتياني و مهندس آزاده عباسي دانشجويان کارشناسي ارشد معماري دانشگاه هنر اصفهان که در تهيه ي عکس هاي پل ها در زمان خشکي زاينده رود همکاري داشته اند تشکر مي گردد.

پي نوشت
 

1-استاديار مهندسي هيدروليک، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
2- استاديار ژئوتکنيک، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
3- دانشيار مهندسي سازه، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
 

منابع
1- Cerna, M. M., and McDower, C. (2000) Risks and Reconstruction, World Bank, Washington D.C.
2- Hejazi, M. (2008) The Risks to Cultural Hertiag in Western and Central Asia, Journal of Asian Architecture and Building Enginering (JAABE), Vol. 7, No. 2, pp.239-245
3- هنر فر، لطف الله، اصفهان، امير کبير، تهران، 1346.
4- مخلصي، محمدعلي، پل هاي قديمي ايران، سازمان ميراث فرهنگي کشور، تهران، 1379.
5- Ajalleina, A., and B. Bahadoran (1998) Ground subsidence due to perculting and pumping water (case studies in Iran): The 19th Asian Conf. on Remote Sensing (ACRS), 16-20. Nov. 1998. Monila, Philipping.
منبع:ماهنامه فني – تخصصي دانش نما 175 -
/ن