اثر احداث ديوار موازي بر كاهش آبشستگي پيرامون تكيه‌گاه پل در مقطع مركب

The effect of parallel wall on reduction of bridge abutment scour in compound channels

سابقه و هدف: آبشستگي تكيه‌گاه پل مي‌تواند عامل اصلي شكست پل و در نتيجه افزايش هزينه تعميرات و كاهش دسترسي به راه ها شود. بنابراين، اهميت مطالعه در مورد پيش‌بيني آبشستگي در تكيه گاه پل ها و راه هاي كاهش آن به خوبي روشن است. اكثر تكيه گاه پل ها در دشت سيلابي يك آبراهه مركب قرار گرفته اند. هدف اين پژوهش بررسي تاثير احداث ديوار موازي بر آبشستگي تكيه گاه پل با ديواره عمودي در مقطع مركب مي‌باشد. مواد و روش‌ها: آزمايش هاي اين پژوهش در فلومي به طول 9 متر و عرض 1 متر انجام شد. عرض دشت سيلابي 70 سانتي‌متر و عرض آبراهه اصلي 30 سانتي متر و اختلاف ارتفاع كف آبراهه اصلي و كف دشت سيلابي 15 سانتي‌متر در نظر گرفته شد. آزمايش ها در شرايط آب زلال و با تنظيم دبي و عمق جريان در حد آستانه حركت رسوبات (95/0U/Uc=) انجام شد. بدين ترتيب چهار عمق 8/4، 4/6، 3/8 و 10 سانتي متر در دشت سيلابي به‌ترتيب براي دبي هاي 20، 25، 30 و 35 ليتر بر ثانيه به‌دست آمد. در اين پژوهش، از ديوارهاي موازي با طول هايي برابر ضرايبي از طول تكيه گاه (5/0، 75/0، 1، 25/1 و 5/1 برابر) استفاده گرديد. بنابراين، 5 طول ديوار موازي 10، 15، 20، 25 و 30 سانتي متر محاسبه گرديد. ديوار موازي در دماغه تكيه گاه، موازي با ديواره فلوم به سمت بالادست، كار گذاشته شد. مدت آزمايش ها تا زماني بود كه حفره آبشستگي ايجاد شده تقريباً به حالت تعادل رسيده باشد. بنابراين، مدت زمان هر آزمايش 10 ساعت در نظر گرفته شد. بعد از اتمام هر آزمايش، جريان آب فلوم به آرامي تخليه شده و نقطه حداكثر عمق آبشستگي و همچنين توپوگرافي ايجاد شده در بستر رسوبي توسط متر ليزري با دقت 1± ميلي‌متر برداشت شد. يافته‌ها: نتايج نشان مي دهد كه در يك عمق آب ثابت و با افزايش طول ديوار موازي، درصد كاهش عمق آبشستگي در دماغه بالادست تكيه گاه افزايش يافته، به‌طوري‌كه داراي يك نرخ كاهشي مي باشد. همچنين، در يك عمق آب ثابت و طول‌هاي مختلف ديوار موازي، نتايج تقريباً يكساني در عمق آبشستگي پاي ديوار مشاهده شد. با افزايش عمق آب، آبشستگي پاي ديوار نيز افزايش يافت. با استفاده از ديوار موازي به طولي برابر نصف طول تكيه گاه پل، بسته به عمق جريان، 51 تا 64 درصد كاهش عمق آبشستگي در ناحيه دماغه بالادست تكيه گاه مشاهده گرديد. نتيجه‌گيري: با استفاده از ديوار موازي، آبشستگي در ناحيه دماغه بالادست تكيه گاه (به‌عنوان نقطه بحراني آبشستگي) كاهش يافته و حتي در بعضي موارد رسوبگذاري مشاهده شد. ديوار موازي مي تواند با تغيير الگوي جريان پيرامون تكيه‌گاه پل، حداكثر عمق آبشستگي را از دماغه بالادست تكيه گاه دور كرده و با عمق كم‌تري به پاي ديوار موازي منتقل كند.

Background and Objectives: Scour can be the main factor of bridges failure and by collapsing result in excessive repair costs and decreasing the access to the paths. Bridge failures due to scour at bridge abutments reveal importance of scour prediction and countermeasure. Most of the bridges abutments are located in floodplains. This study aims to investigate the effect of parallel wall construction on vertical wall abutment scour in compound channels. Materials and Methods: The experiments were carried out in a flume of 9 m long and 1 m wide. A compound channel was used consisting of a floodplain width of 0.7 m and main channel width of 0.3 m. The elevation difference between the floodplain bed and the main channel bed was 0.15 m. A clear water scour condition was maintained for all the runs adjusting the approaching flow condition to U/Uc=0.95. 4 discharges of 20, 25, 30 and 35 lit/sec were selected. Incipient motion experiments in the floodplain were conducted and 4 depths of 4.8, 6.4, 8.3 and 10 cm were achieved. In this research, parallel walls with lengths of 0.5, 0.75, 1, 1.25 and 1.5 times of abutment length were used. Therefore, 5 Parallel wall lengths of 10, 15, 20, 25 and 30 cm were calculated. Parallel wall was attached to the upstream end of the abutment and parallel to the flow direction. Experiments continued until the scour hole reached equilibrium approximately. Duration of time of 10 hour for an experiment was selected. At the end of each experiment, the flume was carefully drained and the bed elevations throughout the sediment recess were recorded by a laser meter with an accuracy of ±1 mm. Results: The results show that for constant flow depth and with increasing the parallel wall length, percentage of reduction of scour depth at the upstream corner of the abutment increased, with a decreasing rate. Also, for constant flow depth and with different lengths of the parallel walls, same approximate scour depth results were seen at parallel wall noses. With increasing the flow depth, scour depth at the parallel wall nose increased. Using a parallel wall with length of half of the abutment length, depending on flow depth, 51 to 64 percent reduction in scour depth at the upstream corner of the abutment was observed. Conclusion: With use of parallel wall, the scour depth at the upstream corner of the abutment (critical point of scour) decreased and in some cases at the upstream corner of the abutment the deposition was observed. Parallel wall can keep the maximum scour depth away from the upstream corner of the abutment and transfer it with a lower depth to the parallel wall nose.