کانال

آب بندی کانال‌های انتقال آب

نزدیک به نیم قرن از آغاز طراحی ساخت شبکه‌های مدرن آبیاری و زهکشی در کشورمان می‌گذرد و طی این مدت د‌ه‌ها شبکه بزرگ و کوچک که برخی از آن‌ها دربرگیرنده چند ده هزار هکتار اراضی زراعی می‌باشند به مرحله اجرا درآمده‌اند. تعدادی از این شبکه‌ها به دلیل شرایط خاص و به ‌ویژه خاک‌های مساله‌دار مانند خاک‌های گچی، شور، متورم شونده و واگرا متحمل خسارات قابل ملاحظه ای شده‌اند. اما خوشبختانه در سال‌های اخیر با پیشرفت علم و تولید انواع مواد ژئوسینتتیک راه حل‌های مناسبی برای این مشکلات ارائه شده‌است.

اجرای کانال بتنی

خاک‌های مسأله‌دار

تجربيات گذشته نشان ميدهد که خواص مكانيكی اغلب خاکها با افزايش رطوبت و اشباع شدن آنها تغيير مییابد. در برخی از خاکها بر اثر افزايش رطوبت پديدههای خاصی بروز میکند که بعضا به خسارات عمدهای در طرح‌های عمرانی منجر میگردد. اين خاکها «خاکهای حساس در مقابل آب» ناميده میشوند و از مهمترين آﻧﻬا میتوان به خاکهای متورم شونده، خاکهای واگرا، خاکهای رمبنده و خاک های با قابلیت حل بالا اشاره نمود.

1- خاک های متورم شونده

خاک‌هایی که در اثر افزایش رطوبت تغییر حجم افزایشی قابل توجهی از خود نشان می‌دهند. فشار ناشی از تورم خاک‌ها می‌تواند موجب تخریب کامل ساختمان‌های سبک و پوشش کانال‌های آبیاری، کف سازی‌ها و غیره شود. در واقع این خاک‌ها کاملا در جهت مخالف با تحکیم عمل می‌کنند و به جای از دست دادن آب و کاهش حجم آب را جذب نموده و دچار افزایش حجم می‌شوند.

خاک های متورم شونده

2- خاک‌های واگرا

واگرایی پدیده‌ای فیزیکی و شیمیایی است که در خاک‌های ریزدانه اتفاق می افتد. خاک‌های واگرا کانی‌های سدیم بیشتری دارند درصورتیکه رس‌های عادی بیشتر حاوی کانی‌های کلسیم، منیزیم و پتاسیم در آب منفذی می‌باشند. کانی‌های سدیم باعث افزایش ضخامت لایه دوگانه و همچنین افزایش نیروی دافعه بین ذرات می‌شوند. وقتی نیروی دافعه نسبت به نیروی جاذبه افزایش یابد، ذرات خاک در حضور آب از هم جدا شده و دچار فرسایش می‌شوند.

تخریب کانال به دلیل وجود خاکهای مسئله‌دار

3- خاک‌های رمبنده(بدون تراکم)

در طبیعت خاک‌هایی یافت می‌شوند که تحت تنش یکسان با افزایش درصد رطوبت، کاهش حجم بسیار زیادی از خود نشان می‌دهند. به طور کلی می‌توان رمبندگی را ریزش ناگهانی خاک در اثر از دست رفتن مقاومت عامل پیوند دهنده‌ی ذرات خاک تعریف نمود. خاک‌های رمبنده بیشتر در نواحی گرم و خشک تعریف می‌شوند و خصوصیات مهم آن‌ها تخلخل زیاد، وزن مخصوص کم و چسبندگی صفر یا ناچیز می‌باشد.

خاک های رمبنده

4- خاک‎های با قابلیت حل بالا

خاک‌هایی با درصد زیادی از گچ، نمک‌هایی چون سدیم کلرید و کلسیم کلرید در مواجهه با آب، به شدت در آب حل می‌شوند. در صورت عدم آب‌بندی مناسب حین احداث سازه‌هایی چون کانال‌های آبیاری بر روی این خاک‌ها، آب از زیر سازه نشت کرده و حفره‌هایی بزرگ در زیر به وجود می‌آورند که در نهایت سبب تخریب سازه می‌شود.

خاک های با قابلیت حل بالا

در مجموع حین اجرای سازه‌های آبیاری بر روی خاک‌های نامناسب مهم‌ترین عامل نحوه‌ی صحیح و ایمن آب‌بندی کف و دیواره‌های سازه می‌باشد، لذا امروزه پوشش بتنی با توجه به نقص فنی و عدم لاینرینگ مناسب به تنهایی به عنوان پوشش این سازه‌ها پیشنهاد نمی‌شود.

راه‌های مقابله با خاک‌های مسأله دار در کانال‌ها

امروزه مواد ژئوسینتتیک که طیف وسیعی از محصولات را شامل میشوند، دارای کاربرد وسیعی در مهندسی عمران و محیط زیست هستند. ویژگیهای مکانیکی بسیار خوب، سهولت اجرا، دوام و پایایی، و صرفهی اقتصادی از مهمترین دلایل این امر می‌باشند. کانالهای انتقال آب و نیز مخازن ذخیرهی آب نیز از جمله سازههایی هستند که استفاده از محصولات ژئوسینتتیک در آنها طی سالیان اخیر بسیار رایج گشته است. برای آب‌بندی کانال‌ها بوسیله ژئوسینتتیک‌ها می‌توان از محصولات ذیل استفاده نمود.

• ژئوممبرین (از جنس HDPE یا PVC)
• پوشش رسی-ژئوسینتتکی(GCL)

ژئوممبرین‌ها

ژئوممبرين‌ها يکي از ژئوسينتتيک‌هایی مي‌باشند که عمدتاً با هدف تأمين عملکرد آب بندي استفاده مي‌شوند. طبق تعريف ASTM D4439 ژئوممبرين يک پوشش مصنوعي غشايي بسيار کم تراوا مي‌باشد که همراه با مصالح ژئوتکنيکي براي کنترل نفوذ مايعات يا گازها در هر پروژه، سازه يا سيستم انسان ساخت به کار مي‌رود.

بيشتر ژئوممبرين‌ها ورق‌هاي نازک ترموپلاستيک پليمري هستند که در کارخانه ساخته شده و به کارگاه حمل مي‌شوند تا در کارگاه متناسب با مشخصات فيزيکي ساختگاه به يکديگر متصل شوند. ژئوممبرين‌ها از نظر مواد تشکيل دهنده متفاوت می باشند که انواع ساخته شده از پلي اتيلن با دانسيته بالا (HDPE)، پلي اتيلن خطي با دانسيته پايين (LLDPE)، و پلي وينيل کلرايد (PVC) داراي بيشترين کاربرد مي‌باشند. ژئوممبرين‌ها معمولا به صورت صاف استفاده مي‌شوند اما در بعضي مواقع به دليل امکان افزايش اصطکاک، از انواع مضرس آن نیز استفاده مي‌شود. در ضمن در صورت وارد شدن نيروي کششي زياد به ژئوممبرين مي‌توان از انواع مسلح شده آن استفاده نمود.

استفاده از ژئوممبرین جهت پوشش کانال

ژئوممبرین HDPE

تا کنون استاندارد مشخصي براي حداقل مشخصات فني استفاده از محصول ژئوممبرين در کانال‌ها در ادبيات علمي ارائه نشده است. تنها مشخصات فني ارائه شده به صورت عمومي که در ايران نيز مورد قبول بوده و هست استاندارد GRI-GM 13 مي‌باشد. بايد توجه داشت که براي توليد اين محصول الزامات مشخصي در مواد اوليه و خط توليد بايد موجود باشد، از جمله مشکلات استفاده از ژئوممبرین HDPE در زیر بتن پدیده شکست ترد می‌باشد.

شکست ترد (ترک خوردگي تنشي) در ژئوممبرين HDPE

اين پديده به غير از آسيب‌هاي حين ساخت 90% خرابي‌هاي مشاهده شده در ژئوممبرين ها را در حال حاضر باعث شده است و شامل ترک خوردگي در بدنه ژئوممبرين است که در اثر توأم سه پديده تنش، دما و خورندگي محيط به وجود مي‌آيد. عامل اصلي ترک خوردگي‌ها تنش ثابت و طولاني مدت در ژئوممبرين است، دو پديده دما و خورندگي محيط تنها باعث تسريع و کند شدن اين روند مي‌گردند. اجرای با دقت و بدون چروک محصول می‌تواند تا حد زیادی از این مشکل جلوگیری کند.

نمايي از شکست ترد ژئوممبرين

اجراي بتن بر روي محصول چروک خورده در روز-( محصول ژئوتکستايل براي حفاظت استفاده نشده است ).

ژئوممبرین PVC

ژئوممبرین‌ نرم که شامل انوع PVC یا TPO می شود از جمله انواعی از ژئوممبرین است که به صورت وسیعی برای آب بندی کانال‌ها به کار می‌روند. انعطاف پذیری این محصولات ، عدم وجود ترکزایی تنشی-محیطی و عدم چروک خوردگی پس از نصب باعث می شود که این محصولات بیشترین استفاده را در دنیا مابین انواع محصولات ژئوسینتتیک داشته باشند.

اجرای آب‌بندی کانال به وسیله ژئوممبرین نرم. هیچگونه چروک خوردگی در ژئوممبرین دیده نمی‌شود.

مزایای استفاده از و‌رق‌های پی وی سی برای آب بند کردن کانال‌ها به شرح زیر است:

• قابلیت جوش پذیری عالی
• مقاومت مکانیکی بالا
• مقاومت در برابر سوراخ شدگی
• انعطاف پذیری بالا
• نیاز نداشتن به تمهیدات خاص جهت جلوگیری از چروک شدن
• مقاومت در برابر سوراخ شدن توسط ریشه گیاهان
• مقاومت بالا در برابر هوا و اشعه ماوراء بنفش

پوشش رسی-ژئوسینتتکی (GCL)

سابقه‌ي استفاده از پوشش‌های رسی جهت ايجاد مانع در مقابل مهاجرت مايعات به بيش از سه دهه قبل بازمي‌گردد. در خلال دو دهه‌ي گذشته، GCL در بسياري از پروژه‌هاي آب‌بندي و محصورسازي مانند لاينر کف و پوشش نهايي لندفيل‌ها، برکه‌هاي سطحي، کانال‌ها، لاينر ثانويه در تانک‌هاي ذخيره‌ي زيرزميني در ايستگاه‌هاي سوخت و غيره مورد استفاده قرار گرفته است.

GCL متشکل است از يک لايه‌ي نازک بنتونيت سديم (و در بعضي موارد بنتونيت کلسيم) که به يک يا دو لايه‌ي ژئوسينتتيک متصل شده‌اند.

مزایای عمومی محصول GCL

• نصب سریع، نیروی ماهر کم، هزینه کم
• نفوذ پذیری کم در برابر آب و شیرابه
• عدم وابستگی به وجود خاک محلی
• خواص خود ترمیمی عالی
• تعمیر آسان
• مقاومت در برابر اثرات چرخه‌های ذوب-یخبندان
• عدم نیاز به آزمایش‌های نفوذپذیری در محل
• فضای در دسترس بیشتر به دلیل ضخامت کم در مقایسه با رس
• مانع کارا در مقابل مهاجرت گازها در صورت هیدراته شدن

احداث کانال با GCL در ايالت اورگان-ايالات متحده

در ساخت کانال آنچه دارای اهمیت بیشتری است خواص خودترمیمی محصول و نصب سریع و آسان می‌باشد. در این روش یک لایه GCL بر روی خاک قرار گرفته و یک لایه پوشش بتنی به ضخامت حداقل 15 سانتی‌متر می‌بایست روی آن اجرا شود. نکته ای که باید در پروژه‌های آب‌بندی کانال به آن توجه نمود ضخامت روکش بتنی کانال است. اگر این ضخامت کم باشد باعث می‌شود که GCL نتواند تمامی بازده خود را به ویژه در همپوشانی‌ها کسب نماید. حتی در صورتیکه از GCL تولید NAUE آلمان هم برای ساخت کانال استفاده شود در صورت محدودیت سربار امکان نشت از کانال وجود خواهد داشت. به همین دلیل در صورت ضخامت کم پوشش بتنی، استفاده از یک لایه GCL پوشیده شده از پلی الفین با اجرای چسب در همپوشانی ها پیشنهاد می‌شود. این گزینه به صورت قطعی در زیر بارهای کوچکتر موثرتر خواهد بود.

محصول GCL با پوشش پلی‌الفین دارای مقطع شماتیک به شکل زیر است:

همانگونه که مشاهده می‌شود، در این محصول علاوه بر دو لایه ژئوتکستایل در زیر و رو و بنتونیت در میان آن‌ها و رشته‌های پیوند دهنده محصول، یک لایه پلیمری ذوب شده نیز بر روی محصول قرار می‌گیرد که در فشارهای پایین که GCL نمی‌تواند کارایی کامل داشته باشد، مانع از نفوذ آب می‌گردد. همین طور این محصول به علت دارا بودن این لایه اضافی در صورت عدم وجود آب در کانال کمتر در معرض خشک شدگی قرار می‌گیرد. با توجه به نفود رشته‌های پیوند دهنده در پوشش امکان جداشدگی آن از محصول و چروک خوردن آن فراهم نیست.