راهنمای نصب و کارگزاری

بر روي يک خط لوله مدفون، نيروهاي مختلفي وارد مي شود که برخي از آنها نظير نيروي ناشي از وزن خاک، وزن آبهاي زير زميني (در صورت وجود)، فشار داخلي (در جريانهاي تحت فشار) و نيروهاي ترافيکي مشخص و قابل محاسبه و تخمين بوده و پاره اي ديگر نيز نامشخص و موردي مي باشد. براي در نظر گرفتن نيروهاي فوق روشهاي مختلفي وجود دارد که بستگي به شرايط و ضوايط محل استفاده خط لوله دارد؛ اما اصول کلي آنها مشابه مي باشد. به طور کلي در سطح دنيا دو دستورالعمل اصلي وجود دارد که مابقي روشها و دستورالعملها از اين دو مشتق شده اند: دستورالعمل ATV A-129 و AASHTO M252, M294.

مهمترين مسأله در کارگذاري لوله هاي مدفون، رفتار متقابل لوله و خاک در ارتباط با يکديگر است. در واقع سيستم لوله-خاک مثل يک ساختار کامپوزيتي عمل مي کند که در آن خواص سيستم مي تواند افزون بر ميانگين خواص اجزا باشد. با انتخاب مناسب جنس و درصد کوبش خاک اطراف لوله، مي توان از ايمن بودن و عمر طولاني خط لوله اطمينان لازم را حاصل نمود و اين مهم در کليه عمليات نصب، از انتقال و جابجايي و انبارش گرفته تا حفر ترانشه و خاکريزي، بدون داشتن دقت کافي، تجربه لازم و بررسي هاي مناسب حاصل نمي شود. از نکاتي که بايد حين نصب رعايت نمود مي توان به موارد ذيل اشاره نمود:

 -  عرض ترانشه تابعي است از قطر لوله، روش کوبش، سهولت و خاک پشتبند. با در نظر گرفتن عوامل اشاره شده عرض ترانشه بايد در حداقل ميزان مجاز انتخاب شود؛ فلذا از هرگونه تعريض بي مورد بايد جداً خودداري شود. زيرا هرچه عرض ترانشه بيشتر باشد، فشار خاک روي لوله نيز بيشتر خواهد شد. حداقل عرض ترانشه طبق بخش 30 دستورالعمل AASHTO يک و نيم برابر قطر خارجي لوله است.

 - از مرطوب شدن ترانشه حين عمليات نصب لوله ها بايد به شدت جلوگيري شود.

 -  چگونگي تهيه بستر ترانشه از اهميت فوق العاده اي برخوردار است. کف ترانشه بايد صاف و عاري از هرگونه سنگ و کلوخه باشد. پيشنهاد مي شود در صورتي که خاک کف ترانشه مناسب نيست، براي بسترسازي از خاکهاي با کيفيت بالاتر که از محل ديگر تأمين مي شود استفاده شود.

 - خاک پشتبند بايد به خوبي کوبيده شود تا سختي خاک بالاتر رود. هرچه کوبش خاک کنار لوله بهتر انجام شود، رفتار لوله تحت فشارهاي خارجي بهتر و مناسب تر خواهد بود.

 - براي کوبش خاک بالاي لوله (بکفيل ابتدايي و نهايي) بايد از وسايل و تجهيزات مناسب استفاده نمود.

در شکل زير قسمتهاي مختلف يک ترانشه نوعي نشان داده شده است. لازم به ذکر است لزوماً در يک ترانشه تمامي قسمتهاي نشان داده شده وجود نداشته باشد.

شكل 1

 بستر:

بستر براي ثابت نگهداشتن خط انتقال در محل خود است و به عنوان تکيه گاهي نرم براي لوله مي باشد. نکته بسيار مهم در تهيه بستر براي لوله هاي پلي اتيلني اين است که در تهيه آن به هيچ عنوان از مواد سخت نظير بتن و سيمان نبايد استفاده شود. در تهيه بستر بايد خاک به طور يکنواخت در کف ترانشه ريخته و کوبيده شود و قطر دانه هاي خاک نبايد بيستر از 32 ميليمتر باشد. اگر بستر در معرض آبهاي زيرزميني قرار خواهد گرفت، از خاکهاي با دانه بندي صرفاً سنگي نبايد استفاده نمود و ترجيحاً بايد مقداري ماسه و شن همراه آن باشد. استفاده از خاکهاي حاوي رس در صورتي که رطوبت بستر قابل کنترل باشد مجاز است. ارتفاع بستر بايد در حدود 10 سانتيمتر و درصد کوبش آن نيز حداقل 90% باشد. همانطور که در شکل مشخص است، لوله تا حدي داخل بستر فرو مي رود که مقدار آن با توجه به زاويه a مشخص مي شود. هر چه اين زاويه بيشتر باشد، ايمني عمليات نصب نيز بيشتر مي شود. اما بايد توجه نمود که افزايش آن با توجه به شرايط عملي محدود مي باشد. به طور کلي در کاربردهاي عملي اين زاويه بين 30 تا 90 درجه انتخاب مي شود.

 پشت بند:

قسمت پشت بند وظيفه اصلي تحمل نيروهاي عمودي ناشي از خاک و بار ترافيکي را بر عهده دارد. خاک پشت بند بايد به صورت لايه لايه در دو سمت خط لوله تهيه و کوبيده شود که ارتفاع اين لايه ها با افزايش اندازه دانه بندي خاک بيشتر مي شود. نکته مهم در تهيه پشت بند، چگونگي کوبش خاک لايه هاي آن است. در اين مرحله بايد دقت داشت تا لوله از محل اصلي خود خارج نشده و از وسايلي استفاده نمود تا فشار مضاعف روي لوله اعمال نکنند و به آن ضربه وارد ننمايند. عرض ترانشه هم بايد به ميزاني باشد تا عمليات کوبش، خصوصاً در گوشه هاي کانال (محل تقاطع کف بستر با ديواره ها)، به خوبي و سهولت قابل انجام باشد. ارتفاع پشت بند بايد تا خط وسط لوله بالا بيايد. خاک استفاده شده در قسمت پشت بند از هر جنسي که باشد، بايد حداقل تا 90% کوبيده شود. همچنين در مواردي که از خاکهاي از جنس سنگ شکسته استفاده مي شود، لازم است حفره هاي بين دانه هاي خاک به صورت دستي با مصالح ديگر پر شوند.

 بکفيل:

بکفيل لوله را از سنگها و ساير اجزاي مخرب محافظت مي کند. ارتفاع بکفيل اوليه حداقل تا 150 ميليمتر بالاي تاج لوله بوده و بقيه فضاي ترانشه به عنوان بکفيل نهايي شناخته مي شود. خاک قسمت بکفيل بهتر است داراي دانه بندي درشت باشد. ارتفاع بکفيل يکي از مهمترين مسائلي است که در طراحي و نصب لوله هاي مدفون وجود دارد. اين ارتفاع بايد از يک طرف به اندازة کافي زياد باشد تا بتواند نيروهايي نظير بارهاي ترافيکي را که به «نيروهاي زنده» مشهورند را پخش کرده و از طرف ديگر بايد به اندازة لازم کم باشد تا نيروهاي ناشي از وزن خاک که به آنها نيز «نيروهاي مرده» گفته مي­شوند کمتر از حد مقاومت لوله باشند. چندين عامل در تعيين اين ارتفاع بهينه نقش دارند که شکل پروفيل ديوارة لوله، ابعاد لوله، خصوصيات مادة سازنده لوله نظير مدول بلندمدت و کوتاه مدت، خصوصيات خاک بکفيل نظير فاکتور شکل و مدول الاستيسيته، وجود آبهاي زيرزميني در روي لوله و همچنين نوع ترافيک عبوري از روي خط لوله از آن جمله هستند.

 اصول طراحي و نصب

معيارهاي مورد نظر براي حصول اطمينان از ايمني لولة تحت فشار در عمق مورد نظر نيز عبارتند از مقاومت شکستگي کوتاه مدت و بلند مدت ديواره لوله، مقدار تغييرشکل قطري لوله، مقدار کمانش، تنش خمشي و کرنش خمشي مي­باشند.

مقاومت بحراني شکستگي ديواره لوله از فرمول زير محاسبه ميشود:

معادله ١:

پارامترهاي اين معادله عبارتند از مقاومت کششي لوله، سطح مقطع لوله و ضريب تصحيح ظرفيت (حدود يک). مقدار واقعي مقاومت بحراني شکستگي ديواره لوله نيز ضريبي است از مجموع نيروهاي ناشي از خاک بالاي لوله، نيروهاي ناشي از ترافيک (در حالت بلند مدت در نظر گرفته نمي­شوند) و نيروهاي هيدرواستاتيک ناشي از حضور جريان آبهاي زيرزميني.

تغييرشکل قطري لوله نيز از معادله-2 محاسبه مي­شود و مقدار مجاز آن نيز به رفتار هيدروليکي خط لوله دارد. مثلاً اين مقدار براي خطوط انتقال فاضلاب پلي­اتيلني معمولاً برابر 5/7% است.

معادله ٢:

در اين معادله نيز پارامترهايي نظير ضريب خمش، فاکتور تأخير تغييرشکل، نيروهاي زنده و مرده، سختي لوله (Stiffness) و مدول خاک وجود دارد که سختي لوله خود تابع شکل پروفيل ديوارة لوله است که هم از طريق آزمايش استاندارد و هم از معادله قابل تحصيل است.

مقدار بحراني کمانش از معادله-3 به دست مي­آيد:

معادله ٣:

که در آن SF ضريب ايمني است. اين مقدار نبايد بيشتر از مقدار ناشي از نيروهاي وارد بر لوله شود.

مقادير تنش و کرنش خمشي نيز با يک ضريب مدول به هم مرتبط مي­شوند و مقدار تنش خمشي نبايد از مدول لوله و کرنش آن از 5% بيشتر باشد (معادله-4 و 5).

معادله 4:

معادله 5: