روشهای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری

روشهای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری

فراهم بودن شرایط کاری پایدار و بی ­عیب و نقص در طی ساخت نیروگاه، ساختمان، سد و سایر سازه ها، ضروری است. این سازه ها علاوه بر اینکه به بستری خشک برای فونداسیونشان نیاز دارند، به سطح ایستابی پایداری نیز محتاج هستند. در محل ساخت، معمولا برای عملیات مربوط به فونداسیون، زهکشی موقع گودبرداری مورد نیاز است. زهکشی از هر منطقه گود بدین منظور انجام میشود که کف گود را خشک کنیم تا آب اضافی، بتن را ضعیف نکند یا سیمان را نشوید.

گودبرداری یا پی کنی در منطقه غرقابی کار بسیار سختی است. وجود آب مستمر یا سیلاب حین کار میتواند منجر به کاهش کیفیت کار شود. گاهی اوقات کار برای کارشناسان بسیار چالش­برانگیز میشود.

دلایل جمع شدن آب (شرایط غرقابی) در محل ساخت چیست؟

در فصل بارندگی، آب سطحی ممکن است در اثر اختلاف ارتفاع زمین، در محل ساخت تجمع پیدا کند. غرقابی شدن همچنین ممکن است به خاطر کم عمق بودن سطح ایستابی (آب زیرزمینی) یا تجمع آب باران در منطقه گودبرداری شده، در عمق فونداسیون نیز ایجاد شود. به طور کلی، آب در عمق فونداسیون به خاطر بالا بودن سطح ایستابی یافت میشود. سطح ایستابی منطقه ای از زمین است که اشباع از آب می­باشد و در اثر نفوذ آب باران یا جریان آب زیرزمینی، سطح ایستابی در سطح خاصی از لایه های خاک قرار دارد. به خاطر بالا بودن سطح ایستابی (عمق پایین سطح ایستابی)، آب با فشار بالا می آید و در محل پی جاری میشود. جاری شدن آب زیرزمینی موقع گودبرداری برای اجرای فونداسیون یا بتن ریزی، مشکل­ساز میشود. لذا می بایست از روش‌ های کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری استفاده کرد.

آب موجود در سطح زمین میتواند با شیب­دادن به زمین یا با هدایت آب از طریق کانال­های دست­ساز، به محل دیگر منتقل گردد.

آب حاصل از بارندگی که در محل گودبرداری شده تجمع یافته را میتوان به کمک پمپ لجن­کش، به راحتی پمپ کرد. این کار فقط در صورتی امکان پذیر است که شرایط غرقابی ناشی از بالا بودن ارتفاع سطح ایستابی نباشد.

اما اگر شرایط غرقابی ناشی از بالا بودن سطح ایستابی (به عبارت دیگر، کم عمق بودن سطح ایستابی) باشد، برداشتن آب یا گل و لای از کف فونداسیون کار بسیار دشواری است. به خاطر داشته باشید که چالش فعلی برداشتن آب است، چالش بعدی برداشتن گل و لای خواهد بود. علاوه بر این، خاک مرطوب باعث ریزش اطراف گود میشود که باعث ایجاد گل و لای بیشتر شده و بر مشکلات می­افزاید.

برای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری، روشها و تکنیک های مختلفی وجود دارد. روش های کنترل آب زیرزمینی و زهکشی آب از گود، به طور منحصر به فرد و مجزا اجرا میشوند، چون هر کدام کاربرد محدودی دارند. بنابراین انتخاب روش مناسب زهکشی برای شرایط خاص زمین همیشه حائز اهمیت است و تصمیم­گیری در این خصوص دشوار است. در این مقاله اطلاعات مختصری درمورد روش های رایج زهکشی و کنترل آب زیرزمینی برای حذف آب گود در محل ساخت در اختیارتان قرار میدهیم. امیدواریم مورد توجه و استفاده شما قرار گیرد.

بسته به عمق گود، عمق سطح ایستابی، نوع خاک، اطراف محل ساخت (construction site)، محیط اطراف، فصل و بسیاری عوامل دیگر، روشهای مختلفی برای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری وجود دارد.

روشهای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی در گودبرداری:

در ادامه به سیستم های زهکشی و کنترل آب زیرزمینی که برای حذف آب از گود استفاده میشود، اشاره میکنیم.

روش پمپاژ چاهک باز یا زهکشی و کنترل آب زیرزمینی بواسطه ساخت زهکشها

در بیشتر مناطق، برای ساخت خانه از فونداسیون های کم عمق استفاده میشود. این روش برای زهکشی از گودال فونداسیون مناسب تر است. در این روش، زهکش­ها و چاهک­هایی با اندازه مناسب در کناره­ها یا در یک گوشه گودال فونداسیون ایجاد میشود. زهکشها آبِ زیر خاک را از کناره ها و ناحیه محصور گودال فونداسیون جمع آوری کرده و به چاهک منتقل میکنند. آب از داخل چاهک به صورت مکانیکی یا دستی، به طور مستمر تخلیه میشود. این روش، ارزانترین روش زهکشی است. این روش را میتوان با بکارگیری افراد معمولی و غیرماهر و با استفاده از یک پمپ اجرا کرد. این روش کمک میکند که آب باران یا آب زیرزمینی را از گودال فونداسیون بواسطه نیروی جاذبه، حذف کنیم. به این روش، روش پمپ چاهک باز نیز گفته میشود.

اگر گود بزرگ باشد، میتوانیم در راستای کناره­ی طویل­تر، چندین پمپ کار بگذاریم یا کافیست از کانال­ باریک و طویل یعنی ditch (نهرآب) استفاده کنیم.

زهکشی و کنترل آب زیرزمینی با ساخت چاه های عمیق

از این روش معمولا در جایی استفاده میشود که باید مقدار زیادی آب زیرزمینی تخلیه شود. سیستم زهکشی چاه عمیق میتواند آب را تا عمق ۲۴ متری به بیرون هدایت کند. در سیستم چاه عمیق، چاه هایی به عمق ۳۰ تا ۶۰ سانتی متر در اطراف محل ساخت، حفر میشوند به طوری که فاصله مرکز دو چاه ها از هم ۶ تا ۱۵ متر باشد. زمانی که آب در چاه جمع آوری شد، از محل پمپ میشود. تعداد، عمق و فاصله چاه های عمیق از همدیگر و نیز ظرفیت پمپ­ها را میتوان مطابق با شرایط محل تنظیم کرد. از سیستم چاه عمیق برای زهکشی از گودال فونداسیون خانه های کوچک استفاده نمیشود، چون بسیار پرهزینه است.

تحکیم شیمیایی خاک

در این روش، خاک غرقابی­­‌شده­‌ای که نرم یا شبیه به گل و لای شده است، بواسطه واکنش شیمیایی به توده ای نیمه جامد تبدیل می‌شود. سیلیکات سدیم یا کلرید کلسیم که معمولا در خاکستر بادی، سیمان، آهک یافت میشوند، روی خاک مالیده یا با آن مخلوط میشود.  سیمان، خاکستر بادی، آهک یا ترکیبی از این مواد شیمیایی نیز به خاک اضافه میشوند تا خواصش را تغییر داده و آن را تحکیم کند.

این روش زهکشی و کنترل آب زیرزمینی را را میتوان برای کارهای کوچک مورد استفاده قرار داد.

زهکشی و کنترل آب زیرزمینی با سیستم چاه نقطه ای (نقطه چاه­)

این روش، استفاده از سیستم چاه نقطه‌ای است که در واقع، خشک نگه داشتن ناحیه گودبرداری­شده بواسطه قطع کردن جریان آب زیرزمینی بوسیله حفر چاه های لوله­‌ای در عمق زمین است.

اجزای اصلی سیستم چاه نقطه‌ای (نقطه چاه) عبارتند از:

• نقطه چاه
• لوله بالابر
• لوله اصلی (لوله گردآور یا لوله مادر)
• پمپها

نقطه چاه شامل لوله سوراخ­داری است که برای تنظیم جریان آب، شیر توپی دارد. همچنین از ورود گل و لای به داخل لوله جلوگیری میکند. چاه نقطه ای را به لوله بالابر متصل میکنیم و با جت آب (water jet) در زمین فرو میکنیم. این روش را میتوان برای گودهایی با عمق حداکثر ۱۸ متر با موفقیت انجام دهیم.

روش زهکشی اجکتور

این روش بسیار مشابه روش نقطه چاه است. تنها تفاوتی که با روش نقطه چاه دارد، استفاده از آب پرفشار در واحدهای بالابرنده به جای ایجاد خلا برای کشیدن آب از نقطه چاه­هاست. این روش از اصل ونتوری که کاهش فشار سیال موقع عبور از مجرای تنگ لوله است، استفاده میکند. منبع پرفشار، آب را به داخل لوله ونتوری که درست بالای well screen (قسمت مشبک) است، میفرستد و فشار آب کاهش می­یابد که این باعث میشود آب از طریق لوله بالابر کشیده شود. فشار بالا از آب برگشتی تغذیه میشود. مزیت استفاده از روش اجکتور این است که سطح ایستابی میتواند از اعماق ۱۰ تا ۴۵ متری پایین بیاید، به شرطی که از ایستگاه تک پمپه، چندین پمپ­ به کار گرفته شود. بنابراین این روش برای خاکهایی که نفوذپذیری کمی دارند، مقتصدانه است.

زهکشی و کنترل آب زیرزمینی با ساخت زهکشهای ماسه ای

از این روش معمولا در ساخت فرودگاه یا بزرگراه استفاده میشود. زهکشهای ماسه ای در خاک های باتلاقی بسیار خوب جواب میدهند. خاک موقعی باتلاقی میشود که لایه های ضخیمی از رس و گل و لای با مواد آلی برای مدت طولانی رسوب کنند. خاک باتلاقی مستعد مویینگی است و فشار آب منفذی بالایی دارد. وقتی خاک باتلاقی مرطوب تحت فشار قرار میگیرد، آب به تدریج از آب خارج میشود که این باعث به زیر آب رفتن بخشی از زمین میشود. برای جلوگیری از این رویداد در زمین، زهکشهای ماسه ای ساخته میشوند. قطر زهکشهای ماسه ای معمولا از ۳۰۰ تا ۴۵۰ میلی متر متغیر است. زهکشها به فواصل منظم ۳ تا ۶ متر (فاصله مرکز به مرکز) از هم قرار میگیرند. حفرات برای ساخت زهکش ماسه ای را میتوان با فرو کردن قالب لوله فولادی در زمین، ایجاد کرد. عمق حفرات زهکش تا جایی است که به زمین سفت یا سنگ بستر برسیم. خاک موجود در لوله ها بوسیله جت آب زدوده میشود. سپس لوله ها را با نوع خاصی از ماسه پر میکنند و مانع از پس زدگی (بیرون آمدن از زمین) شمع­های ماسه ای عمودیِ فرورفته در زمین میشوند. لایه ضخیمی از ماسه در کل منطقه انتشار پیدا میکند تا تحکیم شود. وقتی لایه ماسه تحت فشار قرار میگیرد، آب از خاک باتلاقی به داخل زهکشهای عمودی ماسه ای چلانده میشود.

به خاطر خاصیت مویینگی، آب از زهکشهای ماسه ای بالا می آید و به لایه ماسه­ی بالای زمین سرایت میکند. از آنجا میتوان آب را جمع آوری کرده و تخلیه نمود.

زهکشی و کنترل آب زیرزمینی با فرآیند انجماد

فرآیند انجماد برای خاکهایی مثل ماسه، شن و لای (silt) مناسبتر است. از این روش برای گود عمیق مثل فونداسیون پلها و غیره به خصوص زمانی که گود قرار است نزدیک سازه­ فعلی یا نزیک برخی آبراهه­ها ایجاد شود، به طور مطلوب استفاده میشود. در فرآیند انجماد، با منجمد کردن خاک اطراف منطقه­ گودبرداری، فرازبند (بند موقت یا سد صندوقی) ساخته میشود. لوله های با قطر کمتر را با فاصله حدود یک متر از همدیگر (فاصله مرکز به مرکز) دورتادور منطقه گودبرداری­شده (مطابق شکل) فرو میکنند. چیدمان لوله ها باید به گونه ای باشد که ناحیه محصور در نقشه به شکل دایره باشد. سپس مایع منجمدکننده به لوله ها فرستاده میشود. از این فرآیند میتوان تا ۳۰ متر عمق گود استفاده کرد. از فرآیند انجماد برای زهکشی گود فونداسیون خانه استفاده نمیشود چون بسیار هزینه­بر بوده و برای فرد معمولی قابل اجرا نیست.

زهکشی و کنترل آب زیرزمینی به کمک الکترواسمز

این فرآیند مستلزم تجهیزات گرانقیمت است لذا به ندرت از آن استفاده میشود. سیستم نقطه چاه در ماسه­های بسیار نرم، لای­ها یا رس کارایی ندارد، چون چنین خاکهایی بواسطه خاصیت مویینگی، آب را حفظ میکنند و نسبت به تراوش مقاومت بیش از حدی نشان میدهند. مشخص شده است که اگر جریان مستقیم از خاکی با نفوذپذیری کم عبور کند، سرعت زهکشی بشدت افزایش می­یابد. در فرآیند الکترواسمز، میله های فولادی به عنوان الکترودهای مثبت را بین نقطه­چاه­ها (به عنوان الکترودهای منفی)، تا نیمه داخل خاک فرو می برند. وقتی جریان برق عبور میکند، آب زیرزمینی در جهت الکترود منفی جریان پیدا میکند که از آنجا جمع آوری شده و به بیرون پمپاژ میشود.

بنابراین وقتی با مشکل تجمع آب در گودال فونداسیون رو به رو میشوید، میتوانید با استفاده از انواع روشهای زهکشی و کنترل آب زیرزمینی که در بالا بیان شد، آب را از فونداسیون سطحی یا عمیق زهکشی کنید.