زهکشی

دید کلی
آب جاری یا آبی که از چشمه‌ها خارج می‌شود، نباید از روی یک ناحیه ناپایدار حرکت کند. وجود آب در سطح دامنه ، علاوه بر نقش فرسایشی ، به راحتی می‌تواند به داخل دامنه نفوذ کرده و به سرعت بر ناپایداری آن بیافزاید. دور نمودن آب از سطح دامنه و جلوگیری از نفوذ آن ، مخصوصا در مورد دامنه‌هایی که بطور بالقوه ناپایدارند، از مهمترین روشهای مهندسی دستیابی به پایداری است.
انواع روکشهای زهکشی آبهای سطحی
شبکه زهکشی بسطی
برای آنکه آب به داخل دامنه نفوذ نکند باید ترتیبی داد تا هرچه زودتر سطح دامنه را ترک گوید. احداث آبروهای مناسب در سطح دامنه ، یا در روی پلکانها ، یکی از مهمترین تمهیدات در این مورد است. این آبروها باید ضمن دارا بودن گنجایش و شیب کافی ، بسترشان نیز غیر قابل نفوذ باشد. برای جلوگیری از تخریب و پر شدن این جویها در طول زمان ، می‌توان آنها را با قطعات سنگ پر نمود.
این روش در مورد دامنه‌های خاکی یا دامنه‌های متشکل از سنگهای تجزیه شده ، مفید واقع می‌شود و می‌تواند علاوه بر پیشگیری ، در مراحل اولیه حرکت دامنه نیز نقش ترمیمی داشته باشد. نقش مهم دیگر شبکه زهکشی سطحی جلوگیری از فرسایش سطح دامنه توسط آبهای جاری است.

مسدود کردن شکافها
ترکها و شکافهای سطحی محلهای مناسبی را برای نفوذ آب به داخل دامنه فراهم می‌کند. وجود این شکافها ، مخصوصا در مراحل آغازین توسعه یک ناپایداری جدید ، مشکل آفرینتر می‌شود. پر کردن این شکافها توسط مواد غیر قابل نفوذی مثل رس ، بتن یا مواد نفتی می‌تواند تا حدود زیادی از انباشته شدن آب و نفوذ آن به داخل دامنه جلوگیری کند. این روش هم در مورد دامنه‌های خاکی و هم سنگی قابل اجراست و می‌تواند هم در پیشگیری بکار رود و هم در مراحل اولیه ایجاد یک زمین لغره ، پیشرفت آن را کند یا متوقف نماید.
غیر قابل نفوذ کردن بخش دامنه
یکی از رایجترین روشهای غیر قابل نفوذ کردن سطح زمین ، پاشیدن مواد نفتی (مالج) به سطح دامنه است. مالج به انواعی از مواد نفتی سنگین مایع اطلاق می‌شود که معمولا جزء محصولات زاید پالایشگاه یا کارخانه‌های پتروشیمی است. این روش ضمن جلوگیری از نفوذ آب به داخل دامنه ، با چسباندن ذرات خاک به یکدیگر ، سطح دامنه را در برابر آثار فرسایشی باد و تا حدی آب جاری محفوظ نگاه می‌دارد.

انواع روشهای زهکشی آبهای داخل دامنه
با وجود کوششی که برای جلوگیری از نفوذ آب به داخل دامنه صورت می‌گیرد باز هم ممکن است قسمتی از آبها از سطح دامنه نفوذ از محلی دورتر توسط آب زیرزمینی به داخل دامنه حمل شود. این آبها قبل از هر چیز با افزودن به وزن نیروهای رانشی را زیاد می‌کنند.
زهکشی ثقلی افقی
ایجاد زهکشهای تقریبا افقی می‌تواند نقش موثری در کاهش فشار آب داخل دامنه‌های سنگی و خاکی داشته باشد. از اینرو

می‌توان از این روش هم برای پیشگیری از حرکت و هم جلوگیری از تحرک یک زمین لغزه در حال تشکیل استفاده کرد. به این منظور در بخشهای پایینی دامنه افقی ، با شیب ناچیزی به سمت خارج برای ایجاد جریان ثقلی آب ، حفر می‌شود.
گالریهای زهکش
حفر نقب یا گالریهای زهکش در دامنه‌های سنگی و خاکی ، مخصوصا در جاهایی که زهکشی عمیق بخشهای داخلی دامنه مورد نظر است، مفید واقع می‌شود. چنین گالریهایی می‌توانند هم نقش پیش گیرنده داشته و هم در مراحل اولیه حرکت دامنه جهت جلوگیری از حرکات بیشتر آن بکار روند. کارایی گالریهای زهکش را می‌توان با حفر گمانه‌های شعاعی از داخل گالری افزایش داد.
زهکش ثقلی قایم
این نوع زهکشی بیش از همه برای تخلیه آب سفره‌های معلق که بر روی یک بخش غیر قابل نفوذ تشکیل شده و در زیر آن لایه‌های نفوذپذیر و بازکشی آزاد وجود دارد، بکار برده می‌شود.
پمپاژ
حفر چاههای عمیق و پمپاژ آنها می‌تواند بطور موقت در بهبود وضعیت دامنه ناپایدار موثر باشد. این روش عمدتا در مورد دامنه‌های سنگی بکار می‌رود.
زهکشهای فشار شکن
حفر چاه ، چاهک یا خندق (تراشه) در پای دامنه ، برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار آب و بالا راندگیهای ناشی از آن در بخشهای مجاور پای دامنه ، اغلب مفید واقع می‌شود. این روش منحصرا در مورد دامنه‌های خاکی و معمولا در مجاورت دامنه پایاب سدهای خاکی ایجاد می‌شود.
خندق در بالای خاکریز
این روش ، در مورد دامنه‌های خاکی حفاری شده و یا خاکریزها ، مخصوصا خاکریزهایی که در دامنه ایجاد می‌شود، به کارگرفته می‌شود و علاوه بر پیشگیری از تفرش می‌تواند در مراحل اولیه ناپایداری نقش ترمیمی نیز داشته باشد.
زهکش ورقه‌ای

این روش ، همانگونه که از نام آن پیداست، به صورت یک لایه زهکش عمل می‌کند. در خاکریزها ، مخصوصا خاکریزهایی که در دامنه ایجاد می‌شود، وجود لایه‌ای از مواد نفوذپذیر در زیر خاکریز ، ضمن زهکشی آبهای محلی دامنه و داخل خاکریز ، از افزایش بیش از حد فشار آب در خاکریز ، جلوگیری به عمل می‌آورد.
الکترواسمز
این روش عمدتا در دامنه‌های خاکی که از لای درست شده باشند بکار گرفته می‌شود و ضمن تسهیل تخلیه آب بر مقاومت خاک می‌افزاید. به این منظور الکترودهایی را در عمقی که مایلیم آب آن تخلیه شود، قرار می‌دهیم و جریان مستقیم به آنها وصل می‌کنیم. جریان باعث می‌گردد که آب بین ذره‌ای از قطب مثبت به سمت قطب منفی حرکت کرده و در آنجا توسط پمپاژ به خارج هدایت شود.
مواد شیمیایی

مواد شمیایی عمدتا در مورد دامنه‌های خاکی رسی بکار گرفته شده و وظیفه اصلی آنها بالا بردن مقاومت رسوبهاست. این روش می‌تواند به عنوان پیشگیری ، یا در مراحل اولیه ناپایداری ، به منظور تصحیح و ترمیم بکار رود.

گمانه
دیدکلی
به منظور آگاهی از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی اعماق بیشتر زمین ، معمولا گمانه‌هایی حفر می‌شود. گمانه در واقع چاه قائمی است که توسط وسایل مکانیکی در خاک یا سنگ حفر می‌شود. گمانه‌های کم عمق گاه توسط دستگاه ساده‌ای به نام اوگر (auger) که طرز کار آن مانند مته بخاری است، حفر می‌شوند.
حفاری گمانه‌ها به صورتهای مختلف انجام می‌شود. در روش حفاری ضربه‌ای پیشروی توسط ضربات پی در پی به سر مته تیغه‌ای شکل انجام می‌شود و مدار کنده شده و خرد شده هر چند مدت یکبار بوسیله ابزار مخصوصی به نام گل کش از چاه خارج می‌شود. حفاری ضربه‌ای بیشتر در آبرفتها و رسوبات ناپیوسته ، مخصوصا اکتشاف زیر زمینی بکار می‌روند. نمونه‌هایی که به این ترتیب بدست می‌آید، کاملا دست خورده است.
وسایل حفر گمانه
اجزا اصلی یک حفاری آزمایشی یا مغزه گیری عبارت است از یک آزمایش حفاری ، لوله‌های جدار چاه ، لوله‌های حفاری ، سرمته‌های حفاری و ابزارهای نمونه گیر.
ماشین حفاری
ماشین حفاری متشکل از یک منبع تولید نیرو ، یک دکل برای بلند کردن وسایل ، یک پمپ برای جریان انداختن آب و گل (یا یک کمپرسور برای حفاری با هوا) است. وظیفه ماشین حفاری پایین بردن ، چرخاندن و بالا آوردن وسایل حفاری و گرفتن نمونه است. انواع متنوعی از ماشینهای حفاری و وسایل حفر چاه وجود دارد.
لوله‌های جدار
لوله‌های جدار چاه جهت نگاهداشتن گمانه در حالت عادی ، در آغاز حفاری و جلوگیری از ریزش دیواره آن ، که قبلا اشاره شد، بکار می‌رود. مخارج حفر یک گمانه بطور مستقیم بستگی به لوله جدار و قطر گمانه دارد. در صورتی که نیاز به قرار دادن لوله جدار در اعماق مختلف باشد، چاه شکلی تلسکوپی به خود می‌گیرد.

 

لوله‌های حفاری
لوله‌های حفاری ، ماشین حفاری را به مته حفاری یا نمونه گیرها وصل می‌کند. انتخاب لوله مناسب به عواملی مثل عمق پیش بینی شده برای گمانه نوع نمونه گیر انتخاب شده و قطر مغزه حفاری و از همه مهمتر قدرت ماشین بستگی دارد.
مته حفاری
مته برای بریدن خاک و سنگ بکار می‌رود. سر مته از انواع مختلفی برخور دارند. مانند مته‌های خرد کننده ، مته‌های تیغه‌ای ، مته‌های سنگی و مته‌های مغزه گیر.
روش حفر گمانه
مراحل مختلف حفر یک گمانه اکتشافی را به نحو زیر می‌توان خلاصه نمود.
۱٫ نمونه سطحی گرفته می‌شود.
۲٫ لوله جدار آغازین تا عمق ۱ متری رانده می‌شود.
۳٫ خاکهای داخل لوله جدار تا ۱۰ سانتیمتری پایین تر از لبه خارج می‌شود (از همین مواد می‌توان جهت حلقه بندی مصالح استفاده کرد).
۴٫ نمونه گرفته می‌شود.
۵٫ حفاری چاه برای یک متر بعد ادامه می‌یابد. پیشروی با راندن لوله جدار و برداشتن خاکهای داخل آن (مثل مرحله ۳) یا با استفاده از گل روان (جهت تثبیت دیواره چاه و بالا آوردن نمونه‌ها) انجام می‌شود.
۶٫ چرخه فوق آن اندازه ادمه می‌یابد تا به عمق دلخواه برسیم (در حفاری یا برنامه‌های حفاری تکمیلی فواصل نمونه گیری به ۳ تا ۶ متر افزایش می‌یابد).
۷٫ در برخورد با سنگ لبه لوله جدار را در سطح سنگ قرار داده تا بتوان مغره گیری را با آب تمیز داد. آب سر مته را خنک و تمیز نگهداشته ، از کند شدن آن جلوگیری می‌کند.
۸٫ موقعیت لوله جدار ، لوله حفاری و سر مته یا لوله حفاری و ابزارهای نمونه گیری ، در شروع هر مرحله پیشروی به دقت اندازه گیری و یادداشت می‌شود. باید دقت شود که چاه ریزش نکرده باشد و سر مته درست در ته چاه قرار گرفته باشد. همچنین نمونه گیری باید در ۱۰ سانتیمتری زیر لوله جدار یا در عمق نهایی حفاری قبل از آغاز نمونه گیری باشد.
برنامه ریزی عملیات حفاری
هرگونه برنامه ریزی باید با توجه به هدفهای حفاریها و مغره گیری ، یعنی دستیابی به نمونه‌هایی از مصالح زمین شناسی برای بررسی ، طبقه بندی و انجام آزمونهای آزمایشگاهی ، اندازه گیری مشخصات فیزیکی و مهندسی مصالح برجا و دستیابی به اطلاعاتی در مورد آب زیر زمینی صورت گیرد. نحوه تکوین یک برنامه ریزی را به نحو زیر می‌توان خلاصه کرد.

انتخاب وسایل

در انتخاب وسایل باید مرحله مطالعات ، شکل سطح زمین و قابلیت دسترسی آن ، شرایط زمین شناسی ، عمق حفاری و نوع نمونه‌های مورد نیاز مورد توجه قرار گیرد.

فاصله بین گمانه‌ها
در مراحل شناسایی مقدماتی و توجیهی ، گمانه‌ها در جایی حفر می‌شود که بتواند همبریها را ، آنگونه که در نقشه زمین شناسی مهندسی رسم شده ، مشخص نماید. در شرایط یکنواخت طراحی شبکه‌ای از گمانه‌ها که فاصله آنها با توجه به وسعت ناحیه

مورد بررسی ممکن است از ۳۰ تا ۱۰۰ متر باشد، واقع می‌شود.
عمق گمانه
عمق گمانه‌ها در محل گود برداریهای روباز برای ساختمانها ، بزرگراهها ، مترو و مانند آن ، و حفاریهای بسته مثل تونلها و در شرایط نامناسب تا اعماق باز هم بیشتری نفوذ کند. علاوه بر آن باید بتواند وضعیت سطح پیرو متریک را مشخص سازد. در مورد اخیر گمانه باید تا مقدار قابل ملاحظه‌ای در زیر گودبرداری پایین برود.
جهت یابی گمانه
گمانه‌های اکتشافی معمولا به صورت قائم حفر می‌شوند. از حفاری زاویه دار اغلب در توده‌های سنگی و برای اکتشاف درزها ، گسلها و حفرات انحلالی یا قرار دادن مهار در سنگ و خاک استفاده می‌شود. استفاده از حفاری افقی معمولا برای اکتشاف مسیر تونلها (گمانه پیشاهنگ) تعبیه میل مهار در سنگ و قرار دادن ابزارهای اندازه گیری یا انجام زهکشی افقی است.
باید توجه داشت که دستیابی به گمانه کاملا افقی با اغلب روشهای موجود امکان پذیر نیست. زیرا معمولا در آغاز حفاری ، گرانش زمین سر مته را به سمت پایین می‌کشد. سپس با افزایش پیشروی ، نیرو گرانش به روی وزن زیاد لوله‌های حفاری عمل می‌کند که ممکن است حرکت به سمت بالای سر مته را باعث شود. تغییرات در کیفیت سنگ نیز ممکن است در تغییر راستای گمانه تاثیر بگذارد

کاربرد ژئوسنتتیک‌ها Geosynthetics در فیلتراسیون، زهکشی، تسلیح، حفاظت، جداسازی و لزوم کاربرد آن در صنعت ساختمان

۱- ژئوتکستایل‌ها (Geotextiles)
ژئوتکستایل‌ها غالباً از پلیمرها یا پلی پرپیلن‌ها ساخته شده‌اند. پلی‌پرپیلن‌ها دارای وزن مخصوص کمتر از واحد بوده (۹/۰ = y) و محکم و بادوام هستند. از الیاف و فیبرهای رشته‌ای پلی‌پرپیلن‌ها در ساخت ژئوتکستایل‌های بافته شده (Woven) و بافته نشده (Nonwoven) استفاده می‌‌شود.
همچنین از فیبرهای پلی‌استر با مقاومت بالا نیز در ساخت ژئوتکستایل‌ها استفاده می‌‌شود. پلی‌استرها دارای وزن مخصوص بزرگتر از واحد (۱) و مقاومت بسیار عالی هستند و با اغلب خاکهای موجود در محیط سازگار می‌‌باشند.
به‌طور کلی ژئوتکستایل‌ها به دو نوع اصلی تقسیم می‌‌شوند:
• بافته شده یا منسوج (woven)
• بافته نشده یا غیرمنسوج (Nonwoven)

۲- ژئوگریدها (Geogrides)
از انواع محصولات ژئوگریدها، نوع مشبک است که به‌صورت تار و پود، یا فواصل معین، در دو جهت و با مقاومت بالا تولید می‌‌شود.
از این شبکه‌ها به اشکال تک لایه و چند لایه، می‌‌توان، برای مسلح و مقاوم نمودن سطوح خاکریزی، با مساحت کم استفاده نمود. ژئوگریدها ضمن بالا بردن پایداری خاک از تغییر مکان‌های افقی آن جلوگیری می‌‌کند.
۳- ژئوکامپوزیت (ترکیب ژئوگرید با ژئوتکستایل (Geocomposite)
ژئوگریدها با توجه به ساختار و خواص پلیمرها دارای مقاومت نهایی محدود شده‌ای هستند. در یک سیستم مرکب، یک ژئوگرید به همراه ژئوتکستایل برای سهولت، در توسعه سطح خاکریز می‌‌تواند بکار گرفته شود و سپس خاکریز برروی آن اجرا گردد.

ژئوکامپوزیت‌ها همچون کولباندرین (زهکشی عمیق) و یا انکادرین (زهکشی

افقی و قائم) در تحکیم اراضی سست، از طریق تسهیل در خروج آب موجود در خاک و جمع‌آوری و هدایت آبهای نشتی و در تماس با سازه‌ها با استفاده از زهکشی‌های قائم و افقی، مورد استفاده قرار گیرد.
• ژئودرین‌ (Geodrain)
یک نوع از ژئوکامپوزیت‌ها به نام آنکادرین به سه لایه کامپوزیتی عایق رطوبت

ی، زهکشی و جمع‌کنندگی و هدایت و انتقال آب‌گذری، با کاربری بسیار بالایی عمل زهکشی و عایق رطوبتی را در دیواره‌های در ارتباط با خاک انجام می‌‌دهد.

همچنین از نوع دیگری از کامپوزیت‌های آنکادرین با خاصیت زهکشی افقی، جهت ایجاد فضاهای سبز روی پشت بام‌ها و باغ‌های پشت بامی استفاده می‌‌شود. این محصولات با توجه به سبکی وزن، انعطاف‌پذیری، سرعت عمل در نصب و راحتی حمل و نقل، استفاده وسیعی در صنعت ساختمان، در کشورهای اروپایی و آمریکایی، پیدا کرده است. به علاوه نوع دیگری از این محصولات جهت زهکشی و در قالب‌بندی (کفراژ) فونداسیون‌ها و در دیوارهای حائل و یا در زهکشی و تحکیم پارکینگ‌ها و … مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.
کارکرد عمومی محصولات انکادرین به‌طور عمده به‌عنوان زهکش در پشت دیوارهای قائم و حائل لبه جاده، خاکریزها و تونل‌ها و به‌طور افقی به‌عنوان زهکش در زیر محوطه‌های پارکینگ زیر فضای سبز (اماکن ورزشی و استادیوم‌ها) و بام‌ها، سیستم‌های فاضلاب و Landfill است.
۴- ژئوممبران (Geomembrane)
ژئوممبران‌ها به‌عنوان یک عایق بسیار مقاوم و کم هزینه و دارای طول عمر زیاد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد که از آن جمله می‌‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
• آب و فاضلاب: از ژئوممبران‌ها جهت ساخت لاگون‌ها، کانال‌های آبرسانی، حوضچه‌ها و استخرها و دریاچه‌های مصنوعی استفاده می‌‌شود. با توجه به اینکه ژئوممبران در تماس با خاک هستند، برحسب لزوم امکان ترکیب آنها با ژئوتکستایل و یا ژئوگریدها میسر است.
• ایزولاسیون سازه‌های زیرزمینی در برابر نفوذ آبهای سطحی و زیرزمینی: در این خصوص می‌‌توان به ایزوله دیوارهای متروهای شهری و سازه‌های هیدرولیکی و غیره اشاره نمود.
• سایت دفن زباله شهری و صنعتی و خطرناک: با استفاده از ژئوممبران می‌‌توان مخازن کاملاً ایزوله از محیط اطراف، جهت دفن زباله‌های شهری و صنعتی ایجاد نمود. ژئوممبران‌ها دارای انواع فراوانی، به لحاظ مقاومت در برابر مواد شیمیایی و مخرب هستند.
• ایجاد و توسعه زمین‌های کشاورزی در محیط‌های نامساعد.

۵- ژئوسل‌ها (Geocells)
یک شبکه لانه زنبوری از نوارهای پلی استر نبافته، متصل به یکدیگر، ساخته شده که با دوخته شدن این شبکه‌ها به یکدیگر، فضاهایی مانند لانه زنبور (۶ ضلعی) ایجاد شده که با پر شدن از خاک، شن، بتن یا مصالح دیگر، استحکام و صلبیت کافی جهت شیب‌ها، ترانشه‌ها، دیوارها در برابر فرسایش و ریزش ایجاد می‌‌کند.

امروزه پیشرفت صنعت استفاده از ژئوسنتتیک‌ها آنچنان وسیع و گسترده شده است که تقریباً غیرممکن را امکان‌پذیر نموده است، (حتی اسکی نمودن در فضاهای سربسته برروی یخ با استفاده از لایه‌های صفحه‌ای انکادرین .