لاینینگ بتن چیست ؟
لاینینگ به لایه رویه سطحی کار در سازه های هیدرولیکی یا انقال آب گفته می شود. لاینینگ می تواند از جنس بتن در کانالهای انتقال آب ( کانالهای آبیاری و زهکشی یا تونلهای انتقال آب در سد ها) باشد. یا از قالب پوشش های مختلف بر روی سطوح بتنی سازه ها مانند رابر لاینینگ ، GFRP و ... باشد.
لاینینگ های بتنی که به عنوان لایه نهایی در کانالها اجرا می گردد بسته به شدت و شرایط بهره برداری با عیار ، ضخامت و مقاومت متخلف و البته به صورت غیر مسلح یا مسلح اجرا می گردد. ( در کانالهای آبیاری به صورت غیر مسلح و مسلح شده با الیاف برای جلوگیری از ترک استفاده می شود. اما در تونلها به صورت مسلح با مش یا شبکه میلگرد اجرا می گردد).
لذا سایر لاینیگ ها که به طور معمول بر روی سطح در ضخامت های پایین 100 تا 5000 میکرون اجرا می شود به منظور آب بندی و محافظت از سازه ها کاربرد دارند.
کلمات مرتبط : لاینینگ تونل ، لاینینگ مخازن بتنی ، لاینینگ لوله ها ، رابر لاینینگ ، رابر لاینینگ چیست ؟
کانال های پیش ساخته چیست؟
مزایا و معایب کانال های پیش ساخته در مقایسه با کانال های درجا چیست؟
اینها بخشی از سوالاتی است که در این نوشته به آنها پاسخ خواهیم داد. پس تا آخر همراه ما باشید.
به دلیل طول زیاد کانال های آبیاری درجه دو، سه و چهار در سطح شبکه، انتخاب نوع کانال از منظر درجا و یا پیش اخته در این گونه موارد بسیار اهمیت دارد. به سبب مشکلات موجود در اجرای کانال های آبیاری به صورت درجا از جمله اشغال سطح زیاد از اراضی، کمبود مصالح قرضه مناسب، و احتمال برخورد با عوارض متعدد، استفاده از کانال های پیش ساخته یکی از گزینه های قابل رقابت با کانال های درجاست.
معرفی کانال های پیش ساخته
از دیدگاه نظری، موثرترین مقطع هیدرولیکی (مقطع بهینه) و اقتصادی برای کانال های پوشش شده و غیر فرسایشی که در آنها آب صاف جریان دارد، مقطع نیم دایره است. با وجود این، از نظر اجرایی استفاده از سطح مقطع نیم دایره عموما به کانال های پیش ساخته بتن مسلح (کانالت) محدود می شود. کانال های بتنی پیش ساخته بتن مسلح با مقطع نیم دایره یا نیم بیضی به عنوان گزینه جایگزین مناسب برای طراحی و احداث کانال های درجه دو و سه مورد استفاده قرار می گیرند. کانال های پیش ساخته در قطعات ۵ یا ۷ متری ساخته شده و روی یک بالشتک بتنی زین مانند نصب می شوند. بالشتک کانال های پیش ساخته روی یک پایه بتنی قرار می گیرد و پایه بر روی یک کفشک نصب می شود. ارتفاع پایه بتنی روی سطح زمین به طور معمول از ۶۰ سانتی متر تا ۲ متر قابل تغییر است. در حالت های خاص که کانال پیش ساخته در خاکبرداری قرار می گیرد، پایه حذف و کانال پیش ساخته بر روی زین و کفشک نصب می شود. در مقاطع نیم بیضی فاصله از کانون نیم بیضی در تمام نقاط متفاوت، و هر نقطه مشخصی از کانال متناظر با یک نقطه از بالشتک است. بنابراین دقت بسیار زیادی در مرحله تولید به ویژه برای جلوگیری از پیچش طولی قالب ها و نیز در مرحله نصب این کانال ها مورد نیاز است و کوچکترین انحراف کانال از محور، احتمال آب بندی نشدن آن را افزایش می دهد. این ویژگی ها، هزینه های ساخت و نصب مقاطع نیم بیضی را افزایش می دهند، در صورتی که مقاطع نیم دایره به دلیل فاصله مساوی هر نقطه از مرکز، فاصله آزادی بیشتری دارند.
ابنیه فنی مسیر مقاطع نیم بیضی نسبت به مقاطع نیم دایره از پیچیدگی و ظرافت بیشتر برخوردارند و در صورتی که نیاز باشد به صورت درجا اجرا شوند، به دلیل تلفات قالب، هزینه بسیار زیادی را در بر دارد. حتی در مورد ابنیه پیش ساخته نیز هنوز کانال های نیم دایره از نظر آب بندی با مشکلات کمتری مواجه اند. شکل زیر نمونه ای از کانال پیش ساخته اجرا شده را نشان می دهد.
مزایای کانال های پیش ساخته
کانال های پیش ساخته با مقطع نیم لوله که بر روی زین (بالشتک) و پایه سوار می شوند، دارای امتیازاتی نسبت به کانال های درجا هستند که اهم آنها به شرح زیر است:
سهولت عبور از عوارض زمین
با توجه به اینکه این کانال ها بر روی پایه نصب می شوند و ارتفاع پایه ها نیز ممکن است متغیر باشد، اجرای این نوع کانال ها اغلب مستقل از عوارض اراضی موجود در واحدهای آبیاری است و با شیب مناسبی می توان نسبت به طرح و اجرای آنها اقدام کرد.
عدم نیاز به عملیات خاکی
در احداث این گونه کانال ها به عملیات خاکبرداری و خاکریزی مقطع کانال و استفاده از خاک قرضه نیازی نیست و تنها عملیات پی کنی محل نصب پایه صورت می گیرد.
عدم رشد و نفوذ گیاهان خودرو
به علت اینکه این کانال ها در ارتفاع بالاتر نسبت به سطح زمین نصب می شوند، خطر نفوذ ریشه گیاهان خودرو و رشد آنها (که به طور معمول در کانال های خاکی و حتی در کانال های با پوشش بتنی موجب کم شدن مقطع یا در مواردی موجب تخریب آنها می شود)، کم است.
عدم تاثیر سطح آب زیرزمینی
در کانال های درجا با پوشش بتنی که در اراضی با تراز آب زیرزمینی بالا ساخته می شوند، پیش بینی تمهیدات لازم به منظور جلوگیری از اثرهای زیر فشار به وسیله سیستم زهکشی و نصب سوراخ های هدایت زه آب الزامی استد در صورتی که در مورد کانال های پیش ساخته نصب شده روی پایه نیازی به این کار نمی باشد.
عبور و حفظ نهرهای سنتی
در مواردی که حفظ نهر سنتی در طول مدت عملیات اجرایی شبکه آبیاری الزامی است (به ویژه در مناطق با تراکم زیاد نهرهای سنتی) لازم است در محل تقاطع کانال های آبیاری با نهرهای سنتی، تاسیسات عبوری از جمله سیفون وارونه یا آبگذر (کالورت) احداث شود، در حالی که در مورد کانال های پیش ساخته به علت چگونگی اجرای آنها این مسئله اغلب منتفی است.
حریم کانال
با توجه به اینکه این کانال ها اغلب در بالای سطح زمین طبیعی نصب می شوند، حریم مورد نیاز آنها در مقایسه با کانال های ذوزنقه ای درجا به مراتب کمتر است و این حریم به فاصله کمی در مجاور کانال محدود می شود. به طور متوسط حریم ساخت کانال های درجه سه پیش ساخته با احتساب عرض جاده سرویس، در حدود ۵ متر کمتر از عرض مشابه در کانال های درجاست. بنابراین با توجه به طول زیاد این کانال ها، سطح اراضی از دست رفته در کانال های پیش ساخته، کمتر است.
سرعت نصب و کارگذاری و تعمیرات کانال ها
کانال های پیش ساخته، در کارگاه تولید و به محل نصب منتقل می شوند. این مسئله امکان برنامه ریزی دقیق تر برای زمانبندی تولید و نصب را فراهم می کند. همچنین کنترل کیفیت کار نسبت به کانال های درجا با سهولت بیشتری انجام می شود. افزون بر این، به دلیل پیچیده نبودن و سادگی نسبی فناوری مورد استفاده برای ساخت کانال های پیش ساخته، می توان پس از اتمام کار، از امکانات و دستگاه های کارگاهی موجود در دیگر مناطق استفاده کرد.
بر اساس محاسبات انجام شده در تعدادی از طرح های اجرا شده، در شرایط مساوی، یک پیمانکار می تواند به طور متوسط روزانه ۲۵۰ متر کانال درجا و ۴۰۰ متر کانال پیش ساخته احداث کند.
با توجه به اینکه کانال های پیش ساخته به صورت کامل در معرض دید قرار دارند، کنترل هر نوع آسیب وارد شده به بدنه و یا نشت از کانال به راحتی امکان پذیر است. این مسئله برنامه ریزی برای تعمیر و مرمت کانال ها را ساده تر می کند و تا حدودی مشکلات دوران بهره برداری و نگهداری را کاهش می دهد.
معایب کانال های پیش ساخته
در زمینه محدودیت ها و معایب کانال های پیش ساخته، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
نیاز به دقت زیاد در مرحله نصب
کارگزاری و نصب کانال های پیش ساخته از حساسیت و دقت زیادی برخوردار است. بی دقتی در این زمینه به نشت آب از محل اتصالات منجر خواهد شد.
انعطاف پذیری کمتر در برابر افزایش بده
انعطاف پذیری کانال های پیش ساخته در مقابل افزایش بده، کمتر از کانال های درجاست. این مسئله موجب می شود اجرای الگوهای زراعی تعیین شده و استفاده از حداکثر ظرفیت کانال بر اساس هیدرومدول پیش بینی شده اهمیت پیدا کند. افزایش بده در این کانال ها به سرریز آب از آنها منجر خواهد شد که افزون بر رشد علف های هرز در مسیر کانال، تخریب بخش هایی از جاده سرویس را نیز به دنبال خواهد داشت. بدیهی است با افزایش عمق آزاد کانال، انعطاف پذیری کافی برای انتقال بده های بیشتر فراهم خواهد شد.
آسیب پذیری بیشتر
کانال های پیش ساخته به دلیل نداشتن حفاظ در اطراف خود از آسیب پذیری بیشتری برخوردارند. مشکلات خاص اجتماعی و منطقه ای ممکن است به تخریب این کانال ها توسط کشاورزان منجر شود. همچنین امکان دارد که حریم کانال ها رعایت نشود و کشاورزان تا زیر کانال ها اقدام به شخم و کشت محصولات کنند (در طرفی که جاده سرویس وجود ندارد). این مسئله به کانال آسیب می رساند.
بر اساس گزارش های موجود از یکی از طرح های آبیاری اجرا شده در ایران، عمده ترین اشکالات موجود در بهره برداری از کانال های پیش ساخته در این شبکه عبارتند از:
نشت آب و باتلاقی شدن زمین های مجاور کانال، شکسته شدن کانال ها توسط کشاورزان، کم بودن ظرفیت کانال ها و سرریز آب از اطراف آن، نداشتن شبکه جاده های سرویس، عدم اتصال کانال ها به سیستم زهکشی، شکسته شدن بعضی از سازه های تنظیم سطح آب در مسیر کانال برای آبگیری بیشتر توسط کشاورزان، مشکلات لایروبی کانال ها و ابنیه فنی، کنده شدن لاستیک های آب بندی قطعات کانال توسط کشاورزان و نیاز به وسایل و ماشین آلات خاص برای نگهداری.
عمده ترین عوامل آسیب رسان به لاینینگ کانالهای آبیاری
آب بعنوان مهمترین سرچشمه حیات، نقش اساسی در زندگی انسان ایفا نموده و افزایش روز افزون جمعیت و نیاز به علمی‌تر شدن روشهای کشاورزی، محققان را بر آن داشته تا همواره راه حلهای جدید جهت حفظ منابع موجود ارائه نمایند. نظر به اهمیت مسئله کاهش مصرف بی‌رویه آب، روشهای نوینی جهت حفظ منابع آب پیشنهاد شده است. یکی از این روشها، لاینینگ کانالهای آبیاری و اجرای پوشش بتنی [مقاله] جهت کانال است. ساخت کانالهای آبیاری نیازمند در نظر گرفتن بسیاری از تکنیکهای مهندسی از جمله ایجاد دانه‌بندی مناسب مصالح، کنترل ارزش ماسه‌ای، تامین ضخامت مورد نیاز پوشش بتنی کانال و متناسب با ابعاد آن، کوتاه نمودن فاصله زمانیِ تریمِ برم‌ها تا اجرای پوشش بتنی کانال، ایجاد اختلاط مناسب مصالح مورد نیاز جهت ساخت بتن، شابلون‌بندی صحیح، ایجاد درزهای انقباض و آب‌بند نمودن آن با مواد پرکننده مناسب، ایجاد درز انبساط و آب‌بند نمودن آن با واتر استاپ و یا مواد مناسب درزبند، کنترل درزهای اجرایی و رعایت بسیاری دیگر از استانداردها می‌باشد.
استاندارد های لاینینگ های بتن و مقالات انگلیسی مرتبط با تونل ها کانال های بتنی رو باز و رو بسته زیر زمینی :
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/concrete-lining
تمامی این فعالیت‌های مهندسی به منظور کاهش تلفات آبی صورت می‌گیرد و ایجاد اختلال در روند صحیح ساخت کانالهای آبیاری برابر خواهد بود با شروع نشت آب از کانال که این پدیده می‌تواند اولین گام جهت ایجاد ترک در بتن و نهایتا تخریب تدریجی کانال آبیاری و برم کانال گردد. حداقل خسارتی که نشت آب به پشت پوشش بتنی کانال وارد می‌نماید، ایجاد تلفات آبی، شسته شدن خاک برم، ایجاد زمینه تورم برای خاکهای مستعد و نهایتا ترک خوردگی و شکست لاینینگ است.
نفوذ آب کانال به پشت پوشش بتنی از راه ترک و شکستگی صورت می‌پذیرد. عوامل بسیار زیادی در ایجاد ترک و شکست لاینینگ دخالت دارد که از جمله می‌توان به فشار آب زیرزمینی، فشار آب محبوس شده، شستگی خاک بِرم کانال، تورم خاک مجاور پوشش بتنی و نیز وجود خاکهای واگرا، روانگرا و رمبنده در مجاورت پوشش بتنی اشاره نمود. کلیّه عواملی که به حرکت خاک و شستگی پشت پوشش بتنی منتهی می‌شود، ناشی از مجاورت آب با خاک مجاور لاینینگ است و در صورتی که عواملی نامتعارف همچون نامطلوب بودن مصالح بکار گرفته شده و فشار آب زیرزمینی وجود نداشته باشد، بیشترین عامل تخریب کانالهای آبیاری، تورم، وجود ترکهای ناشی از انقباض بتن و ناکارآمد بودن مواد آب‌بند اجرا شده است.
امروزه شبکه‌های آبیاری مدرن با صرف هزینه‌های بسیار زیاد و به منظور استفاده بهینه از منابع آبهای سطحی و همگام با توسعه کشاورزی، صنعت و رشدِ جمعیتِ روستایی و شهری اجرا می‌گردند. بدیهی است انجام مطالعات فنی، اجتماعی و غیره در خصوص اجرای چنین طرحها جهت بهره‌برداری بهینه از آنها تعیین کننده خواهد بود و هر چه این مطالعات با کیفیت و دقت بالاتری صورت پذیرد مسلماً بهره‌برداری از طرحهای فوق با راندمان بالاتر و هزینه‌های نگهداری کمتر انجام می‌گیرد.
با توجه به بررسی اسناد موجود در خصوص کیفیت لاینینگ های اجرا شده و همچنین مشاهدات صورت گرفته در این خصوص، می‌توان بطور مجزا مشکلات موجود در این زمینه را بصورت ذیل دسته بندی نمود:
در صورتیکه خاک زمین طبیعی دارای رس با قابلیت تورم بالا بوده خصوصا اگر این معضل در خاک بکار رفته جهت ساخت برم نیز وجود داشته باشد این امر باعث خواهد شد تا علاوه بر مشکلات ناشی از تورم، شاهد محبوس شدن آب در بسیاری از نقاط بوده که این دو عامل از مهم ترین عوامل شکست لاینینگ کانالهای آبیاری می‌باشد.
وضعیت بتن‌ریزی در شیبهای تند (با توجه به اینکه بتن‌ها از بالا به پایین ریخته می‌شود)، پیچیده تر بوده و خلل و فرج بیشتری به هنگام بتن ریزی در پوشش بتنی کانال بوجود خواهد آورد. همچنین تند بودن شیب جداره موجب خواهد شد تا فشار بیشتری از طرف خاک به پوشش بتنی کانال وارد آید.
در مناطقی که ساختمان خاک، عمدتا از خاکهای روان و ماسه ای تشکیل شده باشد در صورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی در این مناطق، تقارن زمانی این دو مسئله بطور همزمان سبب روان شدن خاکها در محدوده ساخت کانال بوده و خالی شدن پشت پوشش بتنی کانال کانال از مشکلات بارز این همزمانی خواهد بود. همچنین چنانچه درصد املاح موجود در آب زیرزمینی از حد استاندارد و متعارف تجاوز نماید خسارات ناشی از این پدیده بر روی کیفیت سطح پوشش بتنی کانال قابل مشاهده است.
عدم بهره‌گیری از مصالح مناسب در ساخت لاینینگ کانال است سبب ایجاد سطح نامناسب در پوشش بتنی کانال خواهدد شد.
وجود بارباکانهای ناقص یا اسیب دیده و فاقد درپوش مناسب سبب ورود آب درون کانال به زیر عرض کف شده و تجمع آب در این محدوده موجب آب شستگی مصالح کف خواهد شد.
عدم اجرای محلّ صحیح درز انقباض موجب ظهور درز و ترکهای افقی در فواصل نزدیک به درز انقباض خواهد شد.
معرفی کامل همراه با جزییات کانال های روباز انتقال آب
در میان روش های مختلف انتقال آب استفاده از نیروی ثقل وبه حرکت در آوردن آب به صورت جریان با سطح آزاد به همراه ایجاد کانال ها و سازه های هیدرولیکی مربوط نظیر سرریزها، دریچه ها و … از متداولترین روش ها در آبرسانی و آبیاری می باشد.
کانال های روباز از گذشته از رایج ترین و بهینه ترین مقاطع مورد استفاده در سیستم های انتقال آب به شمار می آیند. در میان روش های مختلف انتقال آب استفاده از نیروی ثقل وبه حرکت در آوردن آب به صورت جریان با سطح آزاد به همراه ایجاد کانال ها و سازه های هیدرولیکی مربوط نظیر سرریزها، دریچه ها و … از متداولترین روش ها در آبرسانی و آبیاری می باشد. به همین دلیل بررسی انواع کانال ها، جنس آن و همچنین شکل هندسی کانال از جمله موارد مهمی محسوب می شوند که برای به کارگیری کانال باید مورد توجه قرار گیرد. همچنین اساسی ترین محور طراحی کانال های آب، انتقال آب از محل استحصال تا مصرف با حداقل تلفات و کم ترین هزینه بهره برداری می باشد، که مسائل فوق صاحب نظران را مجاب به تجدید نظر در طراحی و ساخت کانال های انتقال آب در محافل علمی کرده است. و این موضوع باعث شده است تا مطالعاتی در زمینه ی پوشش کف و دیواره کانال ضریب زبری مانینگ تعیین عمق بحرانی انجام گیرد. زیرا با ایجاد رسوب در کف کانال میزان زبری کانال افزایش یافته است.
کانال های روباز در شیکه آبیاری کانال و در شبکه زهکشی، زهکش نامیده می شوند. در کانال های روباز آب فقط در امتداد شیب زمین حرکت می کند و به همین دلیل کانال ها معمولا در بالاترین قسمت زمین ساخته می شوند تا آب بتواند از طریق کانال جریان یابد.
شکل زیر انواع مختلف این کانال ها را نشان می دهد. همان طور که در شکل مشخص است این کانال ها هم می توانند روباز باشند و هم می توانند کانال های بسته ای باشند که کامل پر نشده اند.
انواع کانال های روباز
بعد از حفر این کانال ها بر روی زمین، دیواره و کف این کانال ها را می توان مقاوم سازی کرد و آنها را با مواد مختلف پوشش کرد.
فایل مقاله در ارتباط با کانال های روباز :
http://waterse.ir/wp-content/uploads/2016/02/kanal.pdf
جریان یکنواخت در کانال های روباز
مکانیک جریان در کانال های باز بسیار پیچیده تر از کانال بسته است و دلیل این امر وجود سطح آزاد سیال می باشد. خط تراز هیدرولیکی بر سطح آزاد منطبق است و معمولا موقعیت آن معلوم نیست. برای آن که جریان آرام به وجود آید، باید سطح مقطع و سرعت بسیار کم و لزجت سینماتیک بسیار زیاد باشد. به عنوان مثالی از جریان آرام، لایه نازکی از مایع که روی سطح شیبدار یا عمودی به طرف پایین جاری است را در نظر بگیرید. اما بررسی جریان یکنواخت در کانال های روباز ( Uniform Flow in Open Channel )، بحث پیچیده تری است ؛ از آن جهت که غالبا در کانال های باز جریان درهم است و سیال مورد نظر آب می باشد. روش تحلیل جریان در کانال های باز به وسعت روش های ارائه شده در مورد کانال ها و مجاری بسته مورد بررسی قرار نمی گیرد. در کاربرد معادلات فرض می شود که حالت جریان کاملا درهم است و افت هد متناسب با مربع سرعت باشد. اگر چه تمامی اطلاعات و داده های موجود در کانال های باز عملا به طریق تجربی و در مورد جریان آب بدست آمده اند ولی در صورت استفاده جهت مایعات دیگری که لزجت کم دارند این معادلات می توانند نتایج قابل قبولی ارائه دهند.
می دانیم جریان یکنواخت( Uniform Flow )در حالت کلی به جریانی گفته می‌شود که بردار سرعت در هر لحظه مشخص در تمام نقاط، در کلیه جهت‌ها، یکسان باشد. حال اگر بردار سرعت در لحظه‌ای معین از نقطه‌ای به نقطه دیگر در امتداد جهتی دلخواه تغییر کند، آن جریان غیر یکنواخت است. اگر سرعت در امتداد جریان افزایش یابد, جریان را تند شونده و اگر کاهش یابد آن را کندشونده می نامیم. از طرفی جریان یکنواخت در مکانیک سیالات و مهندسی هیدرولیک به جریانی گفته می‌شود که مشخصات آن در طول مسیر جریان، ثابت باشد. به بیان ریاضی، جریان یکنواخت با معادله دیفرانسیل زیر تعریف می‌شود که در آن y عمق جریان در نقطه‌ای با فاصله x از مبدا است. جریانی که مشخصات آن در طول مسیر متغیر باشد، جریان غیر یکنواخت نامیده می‌شود.
مرجع :
انجمن تخصصی مهندسی علوم آب
