بررسي آزمايشگاهي اثر شكل هندسي پايه پل در كنترل آب‌شستگي موضعي اطراف آن در قوس رودخانه

Laboratory investigation of basic geometry of the bridge on scour control around the river bend

تعيين عمق فرسايش در محدوده پايه‌هاي پل مستلزم آگاهي از نحوه جابه‌جايي مواد رسوبي بستر رودخانه‌ها است. پايه‌هاي پل جريان عادي رودخانه را مختل مي‌كند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسايش مواد رسوبي موجود در اطراف پايه مي‌شود. گودال چاله فرسايش ايجاد شده در اطراف پايه به شكل و مشخصات هندسي پايه بستگي دارد. به‌علاوه نوع مواد تشكيل‌دهنده بستر رودخانه و همچنين شرايط هيدروليكي جريان نظير وقوع حالت سيلابي و عبور تل‌ماسه‌ها در ميزان عمق چاله فرسايش موثر است. از آنجايي كه گسترش چاله فرسايش، پايداري سازه پل را به مخاطره مي‌اندازد، پيش‌بيني ميزان گود افتادگي و اتخاذ تدابير لازم براي مهار آن از جمله اقدامات مهندسي متداول در عرصه مهندسي رودخانه تلقي مي‌شود. بدين منظور جهت تحقيق در خصوص بررسي اثر شكل هندسي پايه پل در كنترل پديده آب‌شستگي در اطراف آن در قوس رودخانه، آزمايش‌هايي در يك فلوم آزمايشگاهي با قوس 180 درجه و شعاع مركزي 2.8 متر و عرض 0.6 متر با 4.67 با ديواري از جنس پلكسي گلاس انجام پذيرفت. در اين پژوهش با قرار دادن يك پايه استوانه‌اي به قطر 6 سانتي‌متر و مقطع چهارگوش با دماغه نيم‌دايره به عرض 6 سانتي‌متر و طول 18 سانتي‌متردر فلوم در موقعيت‌هاي 30، 60 و90 درجه با دبي‌هاي 24، 28، 30 و 32 ليتر بر ثانيه و عمق ثابت 12 سانتي‌متر پديده آب‌شستگي حول پايه‌ها در حالت آب زلال مورد بررسي قرار گرفت. براي مصالح كف فلوم از ماسه طبيعي با دانه‌بندي يكنواخت با 2 و ضريب يكنواختي 1.3 استفاده شد. نتايج اين پژوهش نشان داد حداكثر عمق آب‌شستگي هنگام قرار دادن پايه با مقطع استوانه‌اي و چهارگوش با دماغه نيم‌دايره در طول قوس متناوب بوده و در نيمه اول قوس و در موقعيت 60 درجه بيشترين آب‌شستگي در پايه‌ها ايجاد شد. همچنين آب‌شستگي در تمام حالات در پايه استوانه‌اي نسبت به مقطع چهارگوش با دماغه نيم‌دايره كمتر مشاهده شد. در كليه حالات با افزايش دبي جريان در كليه موقعيت‌ها، عمق آب‌شستگي نيز افزايش يافت.

Determination of the erosion depth at the base of the bridge requires knowledge of how to move the river bed sediments. The base of bridge disrupts the normal flow of the river, so turbulence and disturbance resulting in erosion of sediments surrounding the base. The hole created around the base depends on the shape and geometric properties. Moreover, ingredients of river bed and also flow hydraulic conditions such as flood conditions and dune cross can effect on depth of the hole. Since, development of erosion hole hazards the structural stability of the bridge. So predict for amount of hole and necessary measures to suppression are considered as common engineering practices in river engineering. For investigation of basic geometry of the bridge on control scouring around the river bend an experiment in a laboratory flume was done with a 180-degree bend, 2.8 m for central radius, 0.6 m wide and R/B= 4.67 under the walls made of Plax glass. In this study, clear-water scour around the base were studied by putting a basic cylinder with 6 cm diameter, foursquare section, semicircle tip with 6 cm width and 18 cm length in flume at positions 30, 60 and 90 degrees, with rates of 24, 28, 30 and 32 liters per second and a constant depth of 12 cm. For flooring of flume a natural sand by uniform gradation with D50=2 mm and uniformity coefficient of 1.3 were used. The results of this experiment showed that the maximum scour depth during placing the base with cylindrical section and foursquare section with the semicircle tip were alternative during the bend length and in the first half of the bend and at the position of 60 degrees had the maximum scour at the base. Also, scouring in all cases was lower for base with cylindrical section as compared to foursquare section with semicircle tip. In all conditions, increasing of flow have been increased the scour depth.