کنترل و کاهش آب شستگی موضعی تک پایه با استفاده از روش های حفاظتی ترکیبی کابل، شیار، طوق و شبکه تزریق حباب هوا

پل ها از جمله مهمترین سازه های هیدرولیکی هستند که آب شستگی موضعی اطراف پایه های آن ها در طول جریان های سیلابی یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری آن ها به شمار می آید. بنابراین ارائه روش های مناسب به منظور کنترل و کاهش آب شستگی موضعی که بتواند در شرایط بحرانی مقاومت نماید به گونه ای که توجیه اقتصادی نیز به دنبال داشته باشد به تحقیقات گسترده ای نیاز دارد. به طورکلی دو روش اساسی برای محافظت پل ها در مقابل پدیده آب شستگی وجود دارد که عبارتند از: بالابردن مقاومت مواد بستر و کاهش قدرت عوامل فرسایش. یکی از روش های اقتصادی جدید مطرح شده در کنترل آب شستگی پایه پل-ها استفاده از کابل پیچیده شده به دور پایه می باشد. در مطالعه حاضر با استفاده از طوق امکان افزایش کارایی کابل در کاهش آب شستگی مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن کارایی استفاده از شیار پیچیده شده به دور پایه به جای کابل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مطالعه با استفاده از شبکه حباب هوا، به عنوان یک راهکار جدید، در کنترل و کاهش آب شستگی استفاده گشته و با سایر روش ها مورد مقایسه قرار گرفت. سه قطر متفاوت کابل با نسبت قطر کابل به قطر پایه برابر با 05/0، 1/0 و 15/0 در سه زاویه پیچش 15، 30 و 45 درجه در پایه های محافظت شده با کابل و پایه های محافظت شده با کابل و طوق مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سه زاویه پیچش 15، 30 و 45 درجه در پایه های محافظت شده با شیار مورد آزمایش قرار گرفت. علاوه بر روش های حفاظتی ذکر شده، روشی جدید و سازگار با محیط زیست مورد ارزیابی قرار گرفت. این روش عبارت است از یک شبکه تزریق حباب هوا که در این مطالعه موقعیت قرارگیری بهینه آن نسبت به بستر و فاصله قرارگیری آن نسبت به پایه در دو شرایط هیدرولیکی متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش قطر کابل و کاهش زاویه پیچش میزان آب شستگی کاهش می یابد. بنابراین افزایش قطر کابل باعث کاهش قدرت جریان روبه پایین درنتیجه گرداب های نعل اسبی و گردابه های برخاستگی می گردد. همچنین کاهش زاویه پیچش باعث افزایش تأثیر زبری های موضعی گشته که این امر سبب تضعیف جریان روبه پایین و گردابه های نعل اسبی و همچنین گردابه های برخاستگی گشته در نتیجه راندمان کابل افزایش می یابد. نتایج آزمایشات مربوط به پایه های محافظت شده با شیار نشان داد که شیار در کنترل و کاهش آب شستگی موثر بوده و با کاهش زاویه پیچش به علت افزایش زبری های موضعی راندمان شیار افزایش یافته و دارای راندمان بالاتری نسبت به کابل می باشد. با استفاده کابل همزمان با طوق شروع آب شستگی به تأخیر می افتد و میزان تأخیر در شروع آب شستگی در پشت پایه بیش از کنار و جلوی پایه می باشد. علاوه بر آن عمق نهایی آب شستگی با استفاده طوق همزمان با کابل به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرده است. میزان راندمان در روش های حفاظتی کابل، شیار و کابل و طوق به طور همزمان در جلوی پایه به ترتیب برابر با 13%، 17% و 53% بدست آمد. نتایج نشان داد زمانی که از شبکه تزریق استفاده می گردد عمق آب شستگی کاهش می یابد. بنابراین حباب هوا دارای تأثیر مخرب در پروسه آب شستگی نخواهد بود. علاوه بر آن مشخص گردید زمانی که شبکه تزریق در زیر بستر قرار می گیرد نسبت به حالت همتراز با بستر دارای راندمان بالاتری است. زمانی که شبکه تزریق به طور کامل در اطراف پایه قرار گیرد نسبت به زمانی که تنها در جلوی پایه قرار داشته باشد کارایی بهتری را خواهد داشت. هر چه میزان فاصله شبکه تزریق تا پایه کمتر باشد حباب های هوا بهتر می توانند با عوامل ایجاد کننده آب شستگی مقابله نمایند در نتیجه راندمان افزایش می یابد. تزریق حباب هوا در شدت جریان های پایین تر دارای راندمان و اثربخشی بیشتری است. با برداشت پروفیل های سرعت در اطراف پایه مشخص گردید قانون لگاریتمی پس از صرف نظر کردن از سرعت های منفی در بالادست پایه در ناحیه داخلی برقرار می باشد. با استفاده از آنالیز کوادرانت مشخص شد رخداد غالب در پدیده آب شستگی در جلوی پایه حرکت جاروبی بوده، این در حالی است که در پایین-دست پایه هر چهار رخداد پدیده خود انفجار در فرآیند انتقال رسوبات سهیم می باشند.