راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 6-6- زهکشی

1-6-6- دلایل لزوم سیستم زهکش 

از عمده ترین دلایل خرابی دیوارهای حایل، سیستم زهکشی نامناسب است. سیستم های زهکشی بـرای از بـین بـردن فشارهای هیدرواستاتیک اضافی ناشی از نشت آب و نفوذ آب باران که بر سطوح گسیختگی و سـطح پشـت دیـوار اعمـال می شوند، لازم می باشند. در برخی حالات سیستم زهکش برای ممانعت از افزایش فشار ناشی از یخ زدگـی خـاکریز یـا بـه حداقل رساندن فشار ناشی از تورم خاک های چسبنده لازم است. نوع سیستم زهکشی به جـنس مصـالح خـاکریز، مقـدار بارش، پتانسیل یخ زدگی و شرایط آب سطحی و زیرزمینی بستگی دارد. با وجود استفاده از سیستم زهکشی مناسب دیوار باید ضریب ایمنی مناسبی در برابر شرایط عدم کارکرد سیستم زهکشی داشته باشد . 

2-6-6- روش های زهکشی 

دیوارهای حایل باید دارای سیستم زهکشی مناسبی برای دفع آب های سطحی باشند. همان گونه که در بالا اشاره شد ،باید لایه ای از خاک نفوذناپذیر در بالای خاکریز برای کاهش نفوذ آب باران قرار داده شود. 

موثرترین روش برای کنترل زهکشی، ایجاد خاکریز بر روی یک لایه زهکش شیب دار دارای زهکش طولی است (شکل 6-3). لایه زهکش شیب دار باعث به حداقل رساندن فشارهای هیدرواستاتیک اضافه بر روی سطح گسیختگی در اثر نشت آب زیرزمینی و نفوذ آب باران می شود. استفاده از زهکش در امتـداد  دیـوار تـاثیر کـم تـری داشـته و غالبـا باعـث اعمـال نیروهای بزرگ تری به دیوار می شود (شکل 6-4). درحالی که، برای دیوارهای نسبتا کوتاه (کم تـر از 3 متـر) افـزایش ایـن نیروها، زیاد نبوده و غالبا روش استفاده از زهکش در مجاورت دیوار به کار می رود. زهکش های در امتداد دیوار را می تـوان به صورت یک لایه زهکش درجا (شکل 6-5) یا زهکش های مصنوعی (شکل 6-6) در نظر گرفت. 

در مواقعی که مساله عمق یخبندان وجود دارد، باید از سیستمی مشابه سیستم زهکـش شـکل (6-7) اسـتفاده نمـود. اگر از خاک های چسبنده (ریزدانه) به عنوان مصالح خاکریز استفاده شود، برای جلوگیری از تغییر میزان رطوبـت خـاک و در نتیجه کاهش خوردگی و پتانسیل تورم باید از سیستم زهکش نشان داده شده در شـکل (6-8) اسـتفاده نمـود. سـایر روش های کنترل نشت در بند 7-4 شرح داده شده است.

3-6-6- زهکش های طولی 

زهکش های طولی به منظور تخلیه آب از پشت دیوار حایـل بـه داخـل یـک آبـرو، کانـال یـا خروجـی دیگـر اسـتفاده می شوند. زهکش طولی باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بده زهکشی را از خود عبور دهـد. همچنـین، بایـد دارای شـیب طولی مناسب باشد تا بتواند سرعت مورد نیاز جهت شستن رسوبات از داخل زهکش را تامین نماید. برای حـداقل کـردن مسدود شدگی باید سوراخ هایی در نیمه تحتانی لوله تعبیه نمود. 

اگر عملکرد دایم زهکش ها به منظور کاهش بارهای طراحی مورد نیاز است، دریچه هـای بازدیـد (شـکل 6-9) بایـد در فواصل مناسب و براي خم های تند و ورودی های مهم جهت سهولت در بازدیدها و تمیـز کـردن لولـه هـا تعبیـه شـوند. در انتهای زهکش طولی باید یک شیر یکطرفـه نیـز بـرای جلـوگیری از پـس زدن آب در نظـر گرفتـه شـود (شـکل 6-10). 

همچنین، مقطع انتهایی لوله نگهدارنده شیر یکطرفه باید حاوی در پوش قابل برداشت جهت بازدید و تمیز کردن باشد. 

4-6-6- سوراخ زهکش 

سوراخ زهکش شامل لوله ای به قطر حداقل 7/5 سانتی متر می باشد که به طور عرضی در داخل تیغـه دیـوار قـرار داده می شود. برای جلوگیری از مسدود شدن لوله های زهکش، باید در ورودی لوله ها، توده شنی یا مصالح فیلتر تعبیه گردد. 

به طور معمول فاصله سوراخ زهکش به صورت قایم و افقی نباید بیش از 3 متر باشد. 

5-6-6- ضوابط فیلترها 

فیلتر لایه ای است از جنس مصالح دانه ای یا مصنوعی که به منظور جلوگیری از شسته شدن، حرکـت و جـدایی ذرات خاک در اثر جریان زه آب مورد استفاده قرار می گیرند. 

زهکش ها باید کاملا با استفاده از لایه های فیلتر محافظت شوند تا عملیات خروج آزادانه آب بدون ورود مصالح خاکریز به داخل آن ها انجام پذیرد. معیار پایداری یا کنترل رگاب بر اساس نسبت اندازه دانه بندی مصالح محافظت شده و مصـالح فیلتر به صورت روابط 6-1 و 6-2 به دست می آید:  

که در روابط بالا: 

D15F = قطر مصالح فیلتر در نقطه 15% عبوری 

D85B = قطر مصالح محافظت شده در نقطه 85% عبوری 

D50F = قطر مصالح فیلتر در نقطه 50% عبوری 

D50B = قطر مصالح محافظت شده در نقطه 50% عبوری 

برای اطمینان از این که مصالح فیلتر نسبت به مصالح پشـته ریـزی، آب را بهتـر از  خـود عبـور مـی دهنـد بایـد شـرط نفوذپذیری زیر برقرار باشد :

الف - برای سوراخ های دایره 

ب - برای سوراخ های لوبیایی

ممکن است مصالح فیلتر ضوابط مربوط به پایداری و نفوذپذیری را ارضا نمایند، ولـی بـرای اقنـاع ضـوابط مربـوط بـه سوراخ ها، بیش از حد ریزدانه باشند. در چنین شرایطی لازم است از فیلترهای لایه لایه استفاده شود. همچنـین  مـی تـوان یک یا چند لایه مصالح فیلتر را با فیلترهای مصنوعی جایگزین نمود . 

6-6-6- ضوابط زهکش ها 

زهکش باید بتواند جریان طرح را به طور آزاد و بدون حرکـت ذرات خـاک از خـود عبـور دهـد. لایـه هـای زهکـش را می توان از شن و ماسه تمیز یا زهکش مصنوعی مرکب (برای کاربردهای خاص) ساخت. مقدار جریان طـرح را مـی تـوان از شبکه جریان به دست آورد. در یک شبکه، برای خاک با شرایط همگن خواهیم داشت : 

که در آن : 

qb = مقدار بده عبوری از خاک پشت دیوار حایل در واحد طول دیوار

kb= نفوذپذیري مصالح خاکریز 

h= ارتفاع هیدرواستاتیک موجود در پشت دیوار

nf= تعداد خطوط جریان در شبکه جریان 

nd= تعداد خطوط  هم پتانسیل در شبکه جریان 

حداقل مقدار نفوذپذیری مورد نیاز زهکش از رابطه زیر محاسبه می شود :  

که در آن : 

kd= حداقل نفوذپذیری لازم برای زهکش 

qd= مقدار بده عبوری از لایه زهکشی یا زهکش مصنوعی مرکب در واحد طول دیوار 

id = گرادیان جریان (شیب هیدرولیکی) در زهکش (براي زهکش قایم مسـاوی 1 و بـرای زهکـش شـیب دار مسـاوی شیب زهکش)

Ad= سطح مقطع جریان در زهکش نشت در مصالح درشت دانه به صورت آشفته است، به همین دلیل براي ضریب نفوذپذیری بایـد ضـریب کـاهش طبـق شکل (6-12) اعمال گردد. میزان نفوذپذیری در محل، باید حداقل 20 برابر بزرگ تر از مقدار محاسبه شده نظـری  باشـد. در زهکش های مصنوعی مرکب، با افزایش فشار جانبی، مقدار نفوذپذیری داخل صفحه کـاهش مـی یابـد. بنـابراین میـزان نفوذپذیری باید بر اساس حداکثر فشار جانبی اعمالی بر روی دیوار درنظر گرفته شود. 

7-6-6- ضوابط اجرایی 

1-7-6-6- شن و ماسه 

در هنگام ریختن مصالح زهکش، نباید در دانه ها جدایی به وجود آید و یا اینکه دانه ها دچار آلـودگی گردنـد. جـدایی دانه ها باعث برهم خوردن شرایط نفوذپذیری و پایداری مصالح زهکش می گردد. 

در حین اجرا، آلوده شدن مصالح فیلتر به مواد مضر در اثر آب گل آلود، گرد و غبار و ... می تواند باعث گرفتگی سوراخ ها و فضاهای خالی در مصالح  شده و مانع انجام زهکشی صحیح گردد . در صورتی که مصالح فیلتر یا زهکشی دارای مواد مضـر باشند، باید آن ها را تعویض نمود. مصالح فیلتری که در معرض سیمانی شدن قرار داشته اند نباید به کارگرفته شوند .

2-7-6-6- زهکش مصنوعی مرکب

هنگامی که عملیات کوبیدن مصالح خاکریز در نزدیکی زهکش مصنوعی در مجاورت دیوار حایل انجام می شـود، بایـد شرایط خاصی رعایت گردد. کوبیدن و تراکم در نزدیکی دیوار حایل می تواند فشارهای جانبی را افزایش داده و باعث خـرد شدن زهکش مصنوعی و یا کاهش نفوذپذیری داخل صفحه آن شود. بنابراین توصیه های سازندگان ایـن زهکـش هـا بـرای خاکریزی و کوبیدن خاک نزدیک زهکش ها باید رعایت شود. استفاده از قطعه آزمایشی به منظـور تعیـین شـرایط عملـی قابل قبول برای وسایل تراکم ممکن است لازم باشد. هنگامی که از سـنگ شکسـته بـه عنـوان مصـالح خـاکریز اسـتفاده می شود، لایه ای از ماسه باید برای محافظت زهکش مصنوعی در برابر آسیب هاي ناشی از تراکم تعبیه شود.

3-7-6-6- زهکش های طولی 

یک اتصال نامناسب و بد می تواند عملکرد کل سیستم زهکش طـولی را مختـل سـازد. در هنگـام کوبیـدن و متـراکم کردن خاک در بالای زهکش باید دقت لازم را برای جلوگیری از شکستن لوله به کار برد. نشست های نامساوی مـی تواننـد باعث بازشدن اتصالات لوله ها و داخل شدن خاک به درون لوله شوند. برای حداقل کردن این موضوع باید دقـت نمـود تـا مصالح زیر لوله به طور یکنواخت و مناسب متراکم شده باشند .