خلاصه

وقوع آبشستگی در اطراف پایههاي پل یکی از عمدهترین دلایل تخریب پلها میباشد. روشهاي مهار و جلوگیري از آبشستگی بر اساس مطالعات انجام شده بر روي مکانیزم آبشستگی، بنیاد گذاشته شده است. یکی از این روشها، نصب صفحه محافظ (طوق) در اطراف پایه پل میباشد. طوقها بستر را در مقابل سیستم گرداب اطراف پایه محافطت کرده و میزان آبشستگی را کاهش میدهند. در تحقیق حاضر، از طوقهاي مربعی شکل با ضخامت ناچیز، جهت کاهش آبشستگی در اطراف پایه پل استفاده شد. طوقهاي به کار رفته در آزمایشات، داراي ابعاد مختلف بودند و در ارتفاعات گوناگون نسبت به سطح بستر کار گذاشته شدند. عملکرد طوقها در اطراف پایه پل با حالت پایه بدون طوق مقایسه گردید. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که بزرگترین طوق موجود در آزمایشات، با قرارگیري در سطح و زیر بستر بیشترین کارایی را داشت.

کلمات کلیدي: آبشستگی، پایهپل، مکانیزم آبشستگی، طوق

مقدمه

پلها از جمله مهمترین و پرکاربردترین سازههاي رودخانهاي هستند که از دیرباز مورد استفاده بودهاند و همه ساله در اثر بروز سیلاب در رودخانهها، تعداد زیادي از پلها، درست در زمانی که بیشترین نیاز به آنها وجود دارد، تخریب میگردند. وقوع آبشستگی در اطراف پایههاي پل یکی از عمدهترین دلایل تخریب پلها میباشد. بنابراین حفاظت از پلها در برابر آبشستگی ضروري است. در سالهاي اخیر، محققین زیادي روشهاي گوناگون حفاظت از پلها در مقابل آبشستگی را مورد بررسی قرار دادهاند. روشهاي مهار و جلوگیري از آبشستگی بر اساس مطالعات انجام شده بر روي مکانیزم آبشستگی میباشد .[۱] به طور کلی روشهاي کاهش آبشستگی به دو گروه تقسیم میشوند. گروه اول روشهایی هستند که به منظور تقویت بستر و بالابردن مقاومت آن در برابر تنش برشی ناشی از جریان استفاده میشوند مانند احداث سنگچین. اما گروه دوم روشهایی هستند که به منظور تغییر الگوي جریان و کاهش شدت گردابهاي ایجاد شده در اطراف پایه به کار میروند مانند ایجاد شیار در پایه و نصب طوق دراطراف پایه .[۲]

امکان اجرا و اطمینان در هریک از روشهاي کاهش آبشستگی، تابعی از عوامل مختلف مانند کارایی، هزینه، نگهداري و آگاهی از معایب هر روش می-
باشد. بنابراین روش به کار گرفته شده براي محافظت پایه، بستگی به شرایط موردنظر دارد .[۳] صفحات محافظ( طوقها) بستر را در برابر سیستم گرداب اطراف پایه محافظت کرده و میزان آبشستگی را کاهش میدهند .[۱]

الگوي جریان و مکانیزم آبشستگی

١ دانشجوي کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز
٢ استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز
٣ استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

۱

براي مهار آبشستگی لازم است تا ابتدا مکانیزم آبشستگی مورد بررسی قرار گیرد. محققین زیادي الگوي جریان و مکانیزم آبشستگی در اطراف پایههاي پل را مورد بررسی قرار دادهاند.

پس از برخورد جریان به دماغه پل، بر روي پایه با توجه به اینکه سرعت جریان از بستر رودخانه به طرف سطح آب بیشتر میشود فشار بیشتري نیز در ترازهاي بالاتر بر روي پایه ایجاد میشود و به این ترتیب گرادیان فشاري روي پایه از بالا به پایین به وجود میآید که خود باعث ایجاد یک جریان رو به پایین در جلو پایه میشود. جریان رو به پایین همانند یک جت عمودي عمل کرده و پس از برخورد به بستر رودخانه ضمن حفر بستر به هر طرف پراکنده میشود .[۴] مقداري از این جریان که به سمت بالا بازگشت میکند، در برخورد به جریان عمومی رودخانه، مجبور به حرکت در جهت جریان شده و مجددًا به پایه برخورد میکند. این چرخش جریان و بازگشت آن در داخل حفره کنده شده، گردابی تشکیل میدهد که به تدریج در دو طرف پایه، امتداد یافته و شکلی شبیه نعل اسب پدید میآورد که به آن گرداب نعل اسبی میگویند. تشکیل گرداب نعل اسبی در داخل حفره آبشستگی، باعث تسریع در حفر آن شده و ذرات جدا شده از بستر، توسط جریان اصلی رودخانه به پاییندست حمل میشوند .[۵]
در اثرجدایی جریان در کنارههاي پایه نیز گردابهایی تشکیل میشوند که محور آنها عمود بر بستر رودخانه میباشد و به آنها گرداب برخاستگی می-
گویند. این گردابها همانند گردباد ذرات بستر را جدا کرده و در معرض جریان قرار میدهند و به انتقال ذرات از جلو و اطراف پایه به سمت پاییندست کمک میکنند. گردابهاي دیگري نیز در جلوي پایه شکل میگیرند که به آنها گرداب موج کمانی یا سطحی گفته میشود که در جریانات کمعمق داراي اهمیت میباشند. حفر گودال آبشستگی توسط گرداب نعل اسبی آنقدر ادامه مییابد تا حجم آب درون حفره آبشستگی زیاد شده و انژي گرداب را مستهلک کند. در این حالت عمق آبشستگی به حالت تعادل میرسد .[۴]
گردابهاي نعل اسبی، برخاستگی و موج کمانی در شکل (۱) نشان داده شده است.

شکل -۱ جریان و الگوي آبشستگی در اطراف پایه استوانهاي