متراکم سازی مواد روپوش لوله پلی اتیلن در ترانشه

در مقالات قبلی به موضوع کلاس بندی روپوش‌ لوله پلی اتیلن بر اساس استاندارد ASTM D2321 پرداختیم،حال در این مقاله در خصوص متراکم سازی روپوش لوله در ترانشه توضیحاتی ارائه میکنیم.

متراکم سازی مواد روپوش لوله پلی اتیلن

فشرده سازی مواد روپوش جزء الزامات عادی در ساخت و ساز لوله‌های انعطاف‌پذیر هستند. متراکم سازی موجب کاهش فضای خالی بین دانه‌های مجزا شده و چگالی روپوش را افزایش می‌دهد. در عین حال قابلیت حمل بار لوله را به میزان چشم گیری بهبود داده و موجب کاهش خمش و نشست لوله و کاهش مشکلات تراویدگی آب می‌شود.

فشرده سازی روپوش اغلب سفتی خاک محل را افزایش می‌دهد و نوعی آمادگی تحمل تنش برای روپوش و خاک محل بوجود می‌آورد. فشرده سازی به دلیل داشتن چنین مزایایی، باید همواره در همه پروژه‌ها مورد نظر قرار بگیرد.

الزامات چگالی خاک

درجه تراکم مورد نیاز برای یک تأسیسات خاص، توسط طراح و با در نظر گرفتن عمق پوشش، سطح بارهای زنده (متحرک)، سطح آب‌های زیرزمینی، و خواص خاک تعیین می‌شود. معمولاً الزامات متراکم سازی «متوسط» که در جدول ۷-۲ فصل ۶ لیست شده‌اند، کاملآً راضی کننده هستند.

درصورت متراکم سازی طبق این میزان «متوسط»، توصیه می‌شود که حداقل مقدار چگالی در اندازه گیری‌های میدانی برابر با ۹۰% استاندارد چگالی[۱] در نظر گرفته شود. این الزامات چگالی میدانی ما را مطمئن می‌سازند که چگالی واقعی همیشه در بازه «متوسط» که در جدول ۷-۲ ارائه شده می‌باشند.

استاندارد چگالی مواد روپوش بطور معمول با استفاده از استاندارد ASTM D698 با عنوان «روش استاندارد آزمون تراکم خاک آزمایشگاهی با استفاده از اقدامات استاندارد (ft-lbf/ft³ 12400 (kN-m/m³ 600))» اندازه گیری می‌شود. درحالیکه تراکم اصلاح شده چگالی با بکار بردن استاندارد ASTM D1557 با عنوان «روش استاندارد آزمون تراکم خاک آزمایشگاهی با استفاده از اقدامات اصلاح شده (ft-lbf/ft³ 56000(kN-m/m³ 2700))» اندازه گیری می‌گردد. برای مطالعه تفاوت‌های چگالی با تراکم و بحث در مورد روش‌های مختلف آزمون، به ضمیمه ۲ مراجعه کنید.

تکنیک‌های متراکم سازی خاک

متراکم سازی مواد روپوش باید با استفاده از اقتصادی‌ترین روش‌هایی انجام بگیرد که منجر به ایجاد تراکمی یکنواخت و حداقل چگالی مشخص شده در طراحی شوند. تجهیزات متداول فشرده سازی عبارت‌اند از میله‌های کوبش دستی (شکل ۴ را ببینید)، کوبنده‌های ضربه‌ای بنزینی («وَکرها[۲]»)، صفحات لرزشی، و کوبنده‌های ضربه‌ای بادی («چوب دستی‌های پوگو[۳]»). در هنگام استفاده از پودر سنگ، می‌توان با استفاده از تکنیکی بنام برش بیلی[۴] به میزانی از چگال شدن دست یافت. این تکنیک شامل برش خاک بوسیله یک بیل می‌شود.

[۱]Standard Proctor Density

[۲]Whackers

[۳]Pogo Sticks

[۴]Shovel Slicing

بهترین راه برای متراکم سازی مواد پشت بند استفاده از کوبنده‌های دستی یا فشرده سازهای مناسب ماشینی است، ضمن اینکه در مورد دوم باید دقت لازم جهت عدم انحراف لوله از مسیر و شیب خود، به کار بسته شود. از کوبنده‌های دستی در لوله‌های ۳۶ اینچی و بزرگ‌تر، برای ایجاد زیر پشت بند استفاده می‌شود؛ سپس روی آن‌ها و در مسیر لوله از متراکم سازهای ماشینی استفاده می‌شود.

در هنگام فشرده سازی با استفاده از کوبنده‌های ضربه‌ای در نزدیکی لوله، باید مراقب بود بین تجهیزات کوبنده و لوله تماس مستقیم بوجود نیاید. به منظور پیش گیری از بروز تغییر شکل‌های موضعی، از بکار بردن کوبنده‌های ضربه‌ای مستقیماً در بالای لوله، پیش از جایگذاری مقدار کافی از خاکریز روی لوله (معمولاً ۱۲ اینچ)، اجتناب کنید.

اعمال ضربه برای فشرده سازی نباید منجر به جهش لوله شود، ولی در صورت بروز حرکت رو به بالا، تراکم خاک را زیر خط فنری لوله کاهش دهید. یا ابزار متراکم سازی را از لوله دور کرده و به سمت دیواره ترانشه ببرید.

متراکم سازی خاکریز اولیه اصلی باید در شرایط بهینه یا شرایطی نزدیک به شرایط بهینه ماده از نظر محتوای رطوبتی انجام شود. خاکریز را باید بصورت لایه لایه یا پشته‌ای به گونه‌ای که در دو طرف لوله به میزان برابر بالا بیاید، جایگذاری کرد، در غیر این صورت ممکن است لوله پلی اتیلن آبرسانی تک جداره از مسیر خارج شود.

هر پشته را باید پیش از قرار دادن لایه بعدی، بصورت یکنواخت مورد فشرده سازی قرار داد. حداکثر ارتفاع پشته که موجب شکل‌گیری چگالی یکنواختی می‌شود، بسته به ماده، محتوای رطوبتی آن، و اقدامات فشرده سازی، متغیر است. بطور کلی حداکثر ارتفاع تقریبی پشته‌ها برای کلاس I برابر با ۱۲ اینچ، کلاس II برابر با ۸ اینچ و برای سایر مواد برابر با ۶ اینچ می‌باشد.

متراکم سازی مواد کلاس‌های I و II

در مواد دانه‌ای (کلاس‌های I و II) فشرده سازی با استفاده از لرزش بهترین کارایی را دارد. متراکم کردن سنگ باعث تغییر شکل سنگ نمی‌شود، بلکه آرایش آن را به شکلی چگال تر تبدیل می‌کند. در مواردی مثل نصب زیر پوشش‌های عمیق، که مهندس مربوطه حداقل تراکم استاندارد را برابر با ۹۰% یا بیشتر تعیین کرده است، باید از متراکم سازی مکانیکی برای مواد کلاس I استفاده نمود.

کوبنده‌های ضربه‌ای هم عمدتاً به دلیل ایجاد لرزش باعث افزایش چگالی مواد کلاس‌های I و II می‌شوند. همچنین کوبش ضربه‌ای باعث رانده شدن مواد روپوش به داخل خاک محل می‌شود که باعث سفت شدن سطح دیواره‌های ترانشه می‌شود. به همین دلیل در هر کاربردی که در آن لوله پلی اتیلن زیر سطح آب‌های زیرزمینی قرار می‌گیرد و یا پایداری خاک محل مناسب نیست، باید از متراکم سازی ضربه‌ای مواد کلاس I استفاده شود.

برش با بیل، روشی جایگزین برای دستیابی به تراکم در مواد کلاس I است. موادی که کاملاً با بیل برش خورده‌اند، ضریبی در حدود psi 1000 دارند. بازدهی این روش به فراوانی برش‌ها در طول ترانشه بستگی دارد. این روش باید فقط در مورد خاکهای محلی خشک و یا محکم (یا خاکهای بهتر) مورد استفاده قرار بگیرد.

در شرایطی که مواد کلاس I بدون انجام فشرده سازی (یا برش با بیل) فقط در اطراف لوله پلی اتیلن ریخته شده باشند. مقدار E΄ به میزان قابل ملاحظه‌ای کمتر از مقادیری خواهد بود که در جدول ۷-۲ فصل ۶ ارائه شدند. این پدیده بویژه در زمین‌های مرطوب و سست بیشتر اتفاق می‌افتد. چند دوره فشرده سازی لرزشی باعث افزایش چگالی و ضریب عکس العمل خاک می‌شود.

متراکم سازی مکانیکی مواد کلاس II با استفاده از اندکی مرطوب سازی، بهبود می‌یابد. در هنگام انجام چنین اقدامی (مرطوب سازی) باید توجه شود که مواد از آب اشباع نشده و یا ترانشه مملو از آب نشود، بویژه وقتی که مواد اصلی ترانشه به راحتی خشک نمی‌شوند. پر از آب شدن ترانشه ممکن است موجب شناور شدن لوله شود.

گاهی از متراکم سازی با اشباع آب که به آن غرق آب[۱] یا آب زنی[۲] هم گویند، برای فشرده سازی مواد کلاس II استفاده می‌شود. این روش از متراکم سازی به ندرت به درصد استاندارد تراکم چگالی بیش از ۷۵ درصد منجر می‌شود و بنابراین مقدار E΄ بالاتر از psi 750 را به دست نمی‌دهد.

آب زنی روپوش لوله پلی اتیلن

آب زنی معمولاً در جاهایی مناسب است که لوله توان نگهدارندگی کافی برای تحمل بار در نظر گرفته شده است. در طراحی را دارد و برای نگهدارندگی جانبی، به خاک وابسته نیست (در صورت لحاظ کردن چنین روش‌هایی در روپوش‌هایی که قرار است نگهدارندگی جانبی مهیا کنند، باید با یک مهندس زمین شناس مشورت نمود).

متراکم سازی با اشباع فقط در مواردی بکار می‌رود که مواد روپوش و خاک محل، هر دو براحتی آب افزوده شده را تخلیه می‌کنند یا از دست می‌دهند. متراکم سازی باید در پشته‌هایی انجام شود که از قطر لوله پلی اتیلن یا ۲۴ اینچ، هر کدام که کوچک‌تر بود، تجاوز ننمایند. فقط باید از مقدار آب لازم برای اشباع نمودن مواد استفاده شود.

دستیابی به میزان تراکم لازم در هر پشته باید با نظارت صحیح مشخص شود. در آب و هوای یخبندان نباید از تراکم به روش اشباع استفاده شود. در لوله‌های پلاستیکی نباید از جت آب یا پاشش آب تحت فشار روی مواد روپوش استفاده کرد.

متراکم سازی مواد کلاس‌های III و IV

معمولاً متراکم سازی بوسیله ضربه بیشترین کارآیی را در مواد کلاس‌های III و IVA دارد. عملی‌ترین و کاراترین اقدام در این زمینه، استفاده از کوبنده‌های ضربه‌ای مکانیکی است. بسته به نوع مواد روپوش، محتوای رطوبتی آن و ارتفاع پشته ممکن است چند دوره فشرده سازی مورد نیاز باشد.

در هنگام فشرده سازی با ضربه، باید حداکثر ارتفاع پشته برابر با ۶ اینچ باشد. برای اطمینان از رعایت الزامات مشخص شده باید چگالی روپوش را به دقت کنترل کرد.

بررسی‌های چگالی

از روی احتیاط چگالی مواد روپوش بصورت منظم مورد بررسی قرار می‌گیرد. معمولاً در آغاز راه اندازی پروژه، تعدادی بررسی برای اطمینان از اینکه عملیات فشرده سازی منجر به چگالی مورد نظر شده باشند، صورت می‌پذیرند. در مراحل بعدی هم به منظور حصول اطمینان از عدم تغییر مواد یا دستورالعمل‌ها، نسبت به انجام بررسی‌های تصادفی اقدام می‌گردد.

باید بررسی‌ها را در ارتفاع‌های مختلفی از مواد روپوش انجام داد تا مطمئن شویم میزان تراکم مورد نظر در کل ناحیه روپوش حاصل شده است.

[۱] Flooding

[۲] Water tamping

ریختن آب در ترانشه سبب می شود خاک، ماسه و سنگ ریزه ها فواصل خالی را پرکنند و تراکم بیشتری ایجاد شود. در کل نیز لوله پلی اتیلن و مقاومت بیولوژیکی و اثر آن بر سلامتی آب آشامیدنی بسیار اهمیت دارد

---