گزارش کارآموزی مطالعه و طراحی پل در شرکت مهندسین مشاور اتحاد راه

فصل اول

آشنایی کلی با مکان کارآموزی

شرکت مهندسین مشاور اتحاد راه ، مشاور پروژه های راهسازی وزارت راه و ترابری در استانهای اصفهان ، فارس ،  کهکیلویه و بویراحمد و چهارمحال و بختیاری می باشد.

1 شرح مسیر

- نقشه موقعیت محور 

2-2 مشخصات محل پل

- عکس های درباره موقعیت پل

- جمعیت استان و منطقه ، چند درصد جمعیت شهری و چند درصد روستایی ، جمعیت عشایر ، فعالیت مردم ( دامداری و کشاورزی

و ... ) ، وضعیت خاک ، آب ، جنگل و پوشش گیاهی و وضعیت اقتصادی مردم

2-3 شرایط اقلیمی محل پل

- موقعیت پل در چه طول و عرض جغرافیایی قرار دارد.

- میانگین و حداکثرو حداقل دما ، متوسط بارش ، حداکثر تعداد روزهای یخبندان ، ارتفاع محل پل

2-4 مستحدثات موجود در محدوده طرح

بررسی مستحدثاتی در محدوده پل که مانع عملیات اجرایی گردد.

2-5 زمین شناسی

2-5-1 زمین شناسی عمومی

نقشه پهنه های رسوبی - ساختاری عمده ایران

 2-5-2 چینه شناسی و سنگ شناسی منطقه مورد مطالعه

نقشه زمین شناسی محدوده مورد مطالعه

2-5-3 زمین شناسی ساختمانی منطقه

وضعیت گسل ها ، چین خوردگی ها ، راستای محوری ناودیس ها و تاقدیس های احتمالی

2-5-4  لرزه خیزی منطقه مورد بررسی

نقشه منحنی های هم شدت زمین لرزه های ایران

نقشه پهنه بندی مقدماتی خطر نسبی زمین لرزه در ایران

2-5-5  زمین شناسی تفضیلی ساختگاه پل

2-5-6  آزمایشات پیشنهادی مورد نیاز برای پل

1. آزمایشات ضربه و نفوذ استاندارد (spt)

2. آزمایش دانه بندی و تعیین حدود اتربرگ در لایه های متفاوت جنس زمین

3. تعیین درصد رطوبت ، وزن مخصوص در لایه های مختلف و تعیین عمق آب زیرزمینی

4. آزمایشات سه محوری بر روی نمونه دست نخورده اشباع به تعداد لایه های خاک و تعیین پارامترهای c  و  

5. آزمایشات تحکیم بر روی نمونه های دست نخورده ریزدانه قابل تحکیم

6. آزمایشات برشی مستقیم در نمونه های لایه های متفاوت جنس خاک

7. انجام آزمایشات  cpt برای خاکهای با spt بین 1 الی 3 ( فاقد ذرات با اندازه شن )

8. در مورد پل ها چنانچه به سنگ برخورد شود حفاری در سنگ 3 متر ادامه یافته و نوع ، میزان RQD و مقاومت محوری سنگ تعیین گردد.

چنانچه در گمانه های درخواستی جهت شناسایی ژئوتکنیک ترانشه های سنگی به لایه های سنگ برخورد شود لازم است آزمایشات زیر انجام گیرد.

الف- تعیین جنس سنگ ، میزان Fracturelog , RQD , Core recovery  و ضخامت ، فاصله درزه ها و مواد پرکننده و مشخصات کیفی لایه ها در تمام عمق.

ب- انجام آزمایش Pressure Meter  جهت تعیین k و مدول ارتجاعی محیط در فواصل 12 متری.

ج- انجام آزمایش بارگذاری نقطه ای ( Point Load Test ) در محل به منظور تعیین مقاومت سنگ برای لایه های مختلف.

د- تعیین پارامترهای فیزیکی نمونه های سنگ های متفاوت از قبیل وزن مخصوص ، مقاومت فشاری ، مقاومت برشی ، مدول یانگ ، ضریب پواسیون و سرعت امواج S,P حداقل به تعداد 3 عدد در هر گمانه و همچنین تعیین مقاومت برشی در محل درزه ها. 

2-6 منابع و معادن

منابع سنگی قابل استفاده در پروژه ، سیمان ، میلگرد 

2-7 مطالعات هیدرولوژی و هواشناسی و هیدرولیکی و آبشستگی

2-7-1 مطالعات هیدرولوژی 

هدف از ارائه مطالعات هیدرولوژی تعیین  حداکثر دبی سیلاب برای دوره بازگشت معین می باشد ، از آنجایی که سازه های آبی مانند پل ، سیل بند ، سد و ... بر حسب اهمیت و حساسیت به تخریب ویا مقدار هزینه ای که صرف احداث آن می شود یا خطراتی که ممکن استبه لحاظ جانی ومالی در اثر خراب شدن ببار آورد با دوره بازگشت مشخص طراحی می شوند ، محاسبات مربوط به دبی و مقدار و شدت بارندگی برای پل های بزرگ 100 سال انتخاب شده است.

آب باران پس از رسیدن به سطح زمین و جریان بر روی آن تحت تاثیر عواملی قرار می گیرد که توجه به این عوامل در محاسبه مقدار رواناب لازم است . قسمتی از بارش ها پس از رسیدن به زمین در آن نفوذ کرده و به سفره های آب زیرزمینی می پیوندد . قسمت دیگری به صورت تبخیر به جو باز می گردد که این تبخیر ممکن است مستقیما انجام شود و یا به صورت تعرق گیاهان در آید ، یا به صورت تبخیر از زمینهای مرطوب رخ دهد . عواملی از قبیل میزان نفوذ پذیری زمین ، پستی و بلندی ، شیب زمین ، درجه حرارت ،رطوبت محیط و میزان شدت وزش باد در محل از جمله عواملی هستند که در شدت و ضعف پدیده های نامبرده مؤثرند .

از آنجا که دبی حد اکثر مبنای محاسبات هیدرولیکی قرار می گیرد ، برای محاسبه آن از روشهای S.C.S،کراسینک،  معادله منحنی پوش ، کریگر ، فولر و ایسکوفسکی استفاده کرده و از مقایسه نتایج این روشها و میانگین گرفتن از نتایج قابل قبول ، دبی طرح برای حوضه مورد بحث بدست می آید . و شامل :

- نقشه موقعیت حوزه آبریز با مقیاس 25000/1

- جدول پارامترهای مهم آماری بارندگی های سالانه

- پراکندگی بارشهای سالانه

- جدول میانگین شاخص بارش سالانه در دوره سی ساله مطالعاتی

- نظام بارندگی ( روند تغییرات بارندگی در ماه های مختلف سال )

- جدول میانگین جمع بارندگی در ایستگاههای مطالعاتی

2-7-2 مطالعات هواشناسی و اقلیم شناسی

* اقلیم منطقه : برای شناسایی نوع اقلیم هرمنطقه فرمولهای متعددی از قبیل ترانسفو ، ایوانف ، دومارتن ، بارات و... که هر یک با استفاده از پارامترهای جوی مختلف ، اقلیم منطقه را مشخص می سازد.

حداقل دما ، حداکثر دما ، میانگین حداقل دما ، میانگین حداکثر دما ، متوسط دمای روزانه ، میانگین نم نسبی ، متوسط بارش سالانه ، حداکثر تعداد روزهای یخبندان

2-7-3 مطالعات هیدرولیکی

به طور کلی هیدرولیک یک رودخانه برای بدست آوردن عمق جریان هنگام یک سیلاب با دبی مشخص ، سرعت جریان در هر مقطع دلخواه ومشخصات جریان اعم از عمق نرمال وعمق بحرانی برای پیش بینی وقوع پرش هیدرولیکی در رودخانه وهمچنین پروفیل سطح جریان آب و نوع شیب رودخانه انجام می گیرد .

پرش یا جهش هیدرولیکی از نوع جریان های متغیر سریع است که از تغییر حالت جریان از فوق بحرانی به تحت بحرانی ایجاد می شود که در نهایت علاوه بر افت انرژی محسوس و کاهش قابل توجه میزان سرعت از ابتدا تا انتهای یک بازه طولی از رودخانه ، تلاطم و پیچش سطحی آب ایجاد می کند . فوق بحرانی یا تحت بحرانی بودن جریان را عدد فرود جریان تعیین می کند . عدد فرود ، پارامتر دینامیکی بدون بعدی است که تاثیر نیروی ثقل را نشان می دهد.

این عدد در هر مقطع به صورت زیر تعیین می شود :

(1/2)                                                                        ^g D) ( Fr =V/

 : Dعمق هیدرولیکی

g : شتاب ثقل

V: سرعت متوسط

اگر 1> Fr   باشد در این صورت جریان در طول بازه مورد مطالعه از رودخانه وضعیت فوق بحرانی خواهد داشت ،  

و اگر1   Fr <باشد  در این صورت جریان درطول بازه موردمطالعه ازرودخانه وضعیت تحت بحرانی خواهد داشت .

در ضمن عبور یک جریان از انحنای رودخانه بسته به اینکه سرعت و شدت جریان به چه میزان باشد و تغییر مسیر و تنگی انحنا از چه نسبتی برخوردار باشند ، مقداری افت انرژی وآشفتگی و احتمالاٌ انسداد بوجود می آید که این انسداد می تواند باعث افزایش ارتفاع آب در بالادست گردد که این مساله در محاسبات هیدرولیکی ارایه شده به طور کامل مد نظر قرار داده شده است .

روشهای هیدرولیکی تخمین دبی و تراز آب سیلاب بر اساس تحلیل دستی یا کامپیوتری معادلات دیفرانسیل ساده شده یا معادلات دیفرانسیل کل حاکم بر جریان متغیر، بنا شده اند . رودخانه ها را می توان به دو صورت جریان متغیر تدریجی دایمی وجریان غیر دایمی مدل سازی کرد . در روند یابی جریان متغیر تدریجی دایمی ، فرض اصل بر دایمی بودن جریان و متغیر بودن عمق آب در طول رودخانه می باشد. روش های مختلفی برای حل معادله جریان متغیر تدریجی دایمی ارائه  شده است که می توان آنها را به دو گروه کلی تقسیم بندی نمود .

الف) گروه اول شامل روشهایی است که در آنها ابتدا موقعیت تعدادی مقطع عرضی  در مسیر رودخانه تعیین شده ، سپس برایدبی مورد نظر مقادیر عمق جریان در مقاطع مذکور محاسبه می گردد . روش گام به گام استاندارد ، معروفترین روش این گروه است .

ب) گروه دوم شامل روشهایی است که در آنها ابتدا عمق های مختلفی بین دو محدوده مورد نظر فرض میشوند و سپس فاصله وموقعیت مقاطع عرضی که این عمق ها در آن مقاطع رخ می دهند محاسبه می گردد .

بهترین روش این گروه ، روش گام به گام مستقیم می باشد .

در روند یابی جریان غیر دائمی ، فرض بر متغیر بودن عمق و دبی جریان نسبت به زمان ومکان می باشد .

در این حالت معادلات حاکم بر جریان با ساده کردن معادله عمومی پیوستگی واندازه حرکت برای حالت جریان یک بعدی بدست می آید . معادلات حاصله به حالات سنت و نانت موسومند .

حل همزمان معادلات سنت و نانت برای شرایط مرزی غیر دائمی ، مقادیر عمق دبی جریان را در نقاط و زمانهای مختلف در طول رودخانه ارائه خواهد داد . حل این معادلات عموما با استفاده از روشهای عددی انجام  می پذیرد . برای مطالعه جریان یک بعدی متغیر تدریجی در حالت های دائمی و غیر دائمی ، نرم افزارهای مختلف کامپیوتری تهیه شده اند که هر یک توانایی و قابلیت مخصوص خود را دارند .

در زیر نحوه محاسبه ارتفاع حد اکثر آب هنگام عبور دبی سیلاب طرح و چگونگی تعیین نوع جریان در محل پل آورده شده است .

رابطه منینگ :

                                                                                              Q = 1/n  S(1/2)  R(2/3)  A

n: ضریب زبری منینگ که مقادیر آن از جدول 7-12 بدست می آید .

S: شیب حوضه بر حسب m/m  .

R : شعاع هیدرولیکی که برابر است با          R = A/P

A: سطح مقطع عبور آب بر حسب m^2  .

P : محیط مقطع عبور آب بر حسب m  .

2-7-4 بررسی آبشستگی

2-7-4-1 مقدمه

لازمه طراحی صحیح پل وابنیه مشابه ، شناسایی و منظور نمودن  کلیه عواملی است که ممکن است به صورت مستقیم یا غیر مستقیم در طول عمر مفید یک سازه باعث تخریب یا کاهش کارایی آن گردد . پدیده

آبشستگی اطراف پایه پل ها از جمله عوامت مهمی است که باعث تخریب کامل یا موضعی پل ها در نقاط مختلف دنیا شده است و ایران نیز از این موضوع مستثنی نیست .

یکی از عمده ترین مشکلات سازه هایی نظیر پل ها که پایه های آنها داخل آب رودخانه قابل فرسایش  قرار    می گیرند ، آبشستگی ایجاد شده در اطراف پایه ها است .

شکست کامل یا مو ضعی برخی از پل ها به علت فرسایش اطراف پایه ها اتفاق می افتد .فرسایش ممکن است در پایه ها ویا سواحل رودخانه رخ دهد که این فرسایش در مرحله بعدی می تواند منجر به تغییر کلی مسیر جریان ودر نتیجه در پارامترهای طراحی سازه شود .

به علت طبیعت پیچیده مساله فرسایش ، برآورد دقیق آن در اطراف پایه ها هنوز موضوع تحقیق می باشد  و در واقع اکثر روش های بر آورد عمق فرسایش بر مبنای نتایج آزمایشگاهی می باشد . در سیلاب های سالانه، آبشستگی در اطراف پایه های پل ها پدیدار شده و احتمال تخریب آنها در صورتی که برای محافظت آنها  طرحی  اندیشیده  نشود ، حتمی است . این مطلب وقتی بحرانی تر می شود که بدانیم پل ها درست زمانی تخریب می شوند که بیشترین احتیاج را به راه های دسترسی ، برای کمک به آسیب دیدگان از بلایابی طبیعی داریم .

نظر به اینکه در خصوص محافظت پل در برابر آبشستگی به طور کامل تحقیق نشده است و این پدیده به لحاظ اقتصادی هزینه سنگینی را به دنبال دارد، گاهی اوقات با توجه به نوع پروژه ها ، آبشستگی به مقدار کم ، قابل قبول فرض می شود .

رودخانه ها سالیان متمادی در جریان بوده اند و مانند هر سیستم طبیعی دیگری در خلال جریان خود ، به سمت تعادل پیش رفته اند . تعادل رودخانه زمانی است که میزان رسوب ورودی و خروجی در هر بازه از آن با یکدیگر مساوی باشد . رودخانه به طور طبیعی برای رسیدن به چنین حالتی ، رفتارهایی از خود نشان می دهد که در نهایت منجر به تعادل فیزیکی  آن می گردد .

با این وجود سیلاب های سالیانه عامل مهمی دربر هم زدن این سیستم بوده و سالانه مقدار زیادی فرسایش در مسیر رودخانه را باعث می شوند . در این میان جنس بستر ، شیب رودخانه ، ابعاد مقطع و میزان دبی عواملی هستند که هر کدام دارای نقشی در تعیین شکل رودخانه می باشند . پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می افتد که به هر دلیل تنش برشی بین جریان آب ، بستر و دیواره آبراهه از میزان لازم حهت حرکت  ذرات تشکیل دهنده مقطع بیشتر شود .

برای تعیین عمق آبشستگی در مجاورت پایه یک پل ، نیاز به شناخت کافی از این پدیده و انواع مختلف آن میباشد تا با توجه به اطلاعات موجود ، روش مناسب برای تخمین عمق فرسایش مشخص گردد .  عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه پل برابر مجموع عمق های فرسایش ناشی از آبشستگی عمومی ، تنگ شدگی و میزان آن به شدت و بزرگی سیلاب بستگی دارد .

روابط پیشنهاد شده در این زمینه اکثرا میزان فرسایش موضعی در اطراف پایه پل ها را به دقت زیاد بیان  میکنند به طور کلی چهار روش کاربردی تعیین و پیش بینی عمق آبشستگی به اتفاق مورد استفاده قرار میگیرد که در زیر شرح داده می شود .

2-7-4-2 رفتارنگاری آبشستگی

این روش بر اساس استفاده از وسایل ویژه و مجهز به منظور رفتارنگری آبشستگی ایجاد شده در محل پایه پل استوار است . این روش ، روش دقیقی است که بیشتر برای پل های ساخته  شده مناسب می باشد تا به این طریق ، مشکلات موجود شناسایی شده و طرح مورد نظر در برابر تهدیدهای ناشی از آبشستگی ، محافظت و یا تقویت گردد .

نتایج این روش همچنین می تواند برای طراحی و اجرای پل های مشابه که در شرایط مشابه محیطی ساخته خواهد شد ، مورد استفاده قرار گیرند . عمده ترین مشکلی که در این رابطه وجود دارد این است که بعضی از راه حلهای مورد استفاده در این روش به کارگیری دستگاه های پیشرفته و مجهز که بتواند در زیر آب عمل رفتارنگاری را با دقت انجام دهند ، بسیار گران و پر هزینه می باشند .

2-7-4-3 مدل سازی فیزیکی

با استفاده از این روش می توان رفتار آبشستگی را هم برای پل ها ی در دست احداث و هم برای پل های ساخته شده بررسی نمود . البته نباید فراموش کرد که این روش هزینه های قابل توجهی را برای تهیه مدل آزمایشی پل مورد  بررسی به همراه خواهد داشت و همچنین مشکلات مربوط به تطبیق شرایط واقعی با مدل را نیز دارد .

2-7-4-4 مدل سازی عددی و کامپیوتری

با استفاده از مدل های عددی و کامپیوتری روشی نسبتا دقیق و سریع برای تعیین عمق آبشستگی می باشد .  این روش اساسا مبتنی بر روابط ریاضی بوده ، به طوری که در ابتدا با استفاده از روابط مربوط به فرسایش بستر رودخانه و تئوری های ارائه شده در رابطه با هیدرولیک پل ها و آبشستگی آنها ، یک مدل عددی تهیه می گردد .

پس از این مرحله و با توجه به مدل عددی تهیه شده برای پل مورد نظر یک مدل کامپیوتری که قابل انطباق با شرایط و حالات مختلف باشد ،ساخته می شود .

2-7-4- 5 کاربرد روابط تحلیلی - تجربی

استفاده از روابط تحلیلی - تجربی ساده ترین ، سریع ترین و ارزان ترین روش برای تخمین آبشستگی پایه پل است که بر تجربیاتی که در طول سالیان زیاد به دست آمده  ، استوار می باشد . این روابط  ، نتایج تعدادزیادی آزمایشات آزمایشگاهی و مطالعات موردی بر پل های ساخته شده است .

2-7-5 انواع آبشستگی پل

آبشستگی در پل ها متشکل ازسه مؤلفه آبشستگی عمومی ، آبشستگی تنگ شدگی و آبشستگی موضعی است که هر کدام تحت شرایط رودخانه و پل از قبیل شرایط رسوبی ،دبی، شیب بستر ، زاویه جریان نسبت به امتداد پل،  طول پل ، موفولوژی رودخانه و شکل پایه ها و کوله های پل و .... می توانند تعیین کننده باشند  .

2-7-5-1 آبشستگی عمومی

فرسایش و آبشستگی عمومی زمانی اتفاق می افتد که ظرفیت حمل رسوب رودخانه بر اثر عوامل طبیعی مانند سیلاب یا تغییرات ایجادشده توسط بشر مانند احداث سد ، افزایش یابد .