■ طراحی جاده ها در خاکهای نمکی بخش عمران

طراحی جاده ها در خاکهای نمکی

مقدمه:

امروزه راههای ارتباطی یکی از عوامل مهم زیربنایی توسعه اقتصادی شناخته شده ودر ارتباط مستقیم با شکوفایی اقتصاد و صنعت کشـور وایجادرابطه اجتماعی افراد؛از لحاظ مبادلات بازرگانی واز همه مهمتر بسط دانش، فرهنگ وبهداشت در مناطق دور و نزدیک شناخته شده است بدین جهت راه و راهسازی بعنوان پایه و اساس اقتصاد معقول هر جامعه موردتوجه قرار گرفته است . از اینجاست که راه وسیله جابجا کردن ثروت نام گرفته است. مراحل مختلف طراحی واحداث راهها ، متاثر از عوامل مختلف اقلیمی ،اجتماعی ،اقتصادی وسیاسی است .پارامترهای مختلفی که در مراحل مختلف مسیر یابی ،انتخاب مصالح مناسب ، روش اجرا و… تاثیر گذارند، را میتوان به دو بخش اختیاری و غیر اختیاری تقسیم نمود.بعنوان مثال انتخاب نوع مصالح روسازی را می توان اختیاری به حساب آورد، چون بسته به شرایط اقتصادی وبررسی منابع قرضه دور و نزدیک میتوان بهترین مصالح را از جهات مختلف انتخاب کرد،ولی پارامترههایی مانند توپوگرافی و شرایط اقلیمی به گونه ای هستند که ایجاد تغییرات در آنها مستلزم سرمایه گذاری هنگفت ودور از دسترس است و به ناچار تمامی مراحل طراحی و اجرا باید با در نظر گرفتن این شرایط صورت پذیرد.
از آنجاییکه برای تکمیل وبهبود شبکه ارتباطی کشور ، عبور از مناطق بیابانی ،اجتناب ناپذیر است به نظر میرسد که شناخت مسائل ویژه پروژههای راهسازی در برخورد با کویر و بیابان و روشهای مقابله و کنترل آنها ،لازم و مورد توجه باشد .بنا بر این در مقاله حاضر سعی می شود با رویکرد فوق به مسائل راهسازی پرداخته شود .
نکته قابل توجه اینکه در سراسر این مقاله عبارات بیابان و کویر به تساهل بجای یکدیگر مورد استفاده قرار گرفته اند که به دلیل تاکید مقاله بر مسائل راهسازی ناشی ازاقلیم (ونه خود اقلیم)، تاثیری بر روند کلی مقاله نخواهد داشت .
همچنین در معرفی مشکلات و راهکارهای ارئه شده،بدلیل محدودیت مقاله ،جانب اختصار رعایت شده و مراجع جهت اطلاعات تفصیلی در هر زمینه معرفی شده است.
نگارنده جهت جمع آوری مراجعی جامع در این زمینه ، علاوه بر کتب راهسازی موجود در کتابخانه دانشگاه آزاد اسلامی گرگان ،به جستجو در سایتهای مختلف شبکه اینترنت و مجلات معتبر راهسازی واساتید این رشته پرداخته است . لذا در جمع آوری ،تحلیل ،و نتیجه ــ گیریهای به عمل آمده ،وجود اشکال و مسامحه ،قریب به یقین است واز استاد گرامی که در رفع این مشکلات یاری رسان باشند،پیشاپیش سپاسگزاری میشود .
با توجه به مطالب ذکر شده ، در این مقاله مشکلات پروژههای راهسازی در مناطق مختلف کویری از جمله خاکهای نمکی ، بیابانهای ماسه ای و کویر های باتلاقی مورد بحث قرار گرفته است وراههای کنترل و مقابله به اختصار بیان شده است .
طراحی جاده ها در خاکهای نمکی
طبق یک تعریف ، خاک نمکی خاکی است که در لایه یک متری فوقانی آن ، مقدار نمکهای محلول ، بیشتر از 3 /. درصد وزنی باشد.این خاکها معمولاًدر مناطق بیابانی و به صورت یک منطقه (zone)پیوسته تشکیل می شود والبته گاهی هم به صورت سطوح پراکنده بین خاکهای غیر نمکی به چشم می خورد .
در یک طبقه بندی کلی می توان این خاکها را به دو دسته خاکهای قلیایی سیاه و خاکهای قلیایی سفید تقسیم کرد که در نوع اول ،بیشتر نمکها در عمق بیشتر از 5/. متر و در نوع دوم در سطح خاک قرار دارند واز آنجاییکه در مناطق بیابانی اغلب میزان بارش اندک است ، بیشتر با نوع دوم یعنی خاکهای قلیایی سفید سرو کار داریم که نمک های غالب ، در آنها بصورت کلراید ، سولفات و کربنات سدیم ،کلسیم ومنیزیم است .


مشکلات خاکهای نمکی
وجود خاکهای نمکی در پروژههای راهسازی سبب بروز مشکلاتی میگردد که ذیلاً به مهمترین آنها می پردازیم :
ــ این خاکها ممکن است در شرایط عادی (خشک)،مقاومت و مشخصات مکانیکی مناسبی از خود بروز دهند بطوریکه برای استفاده برای بستر راه مناسب تشخیص داده شوند ؛ لیکن اغلب در برخورد با رطوبت دچار افت های شدید مقاومتی شده و حتی در برابر بارهای بسیار کوچک دچار فروریزی (collapse )می شوند.یک نمونه از این خاکها به نام sabkha که در منطقه وسیعی از عربستان سعودی یافت می شود، خرابیهای شدید و نیز لغزش شیبها و ترانشه ها را پس از بارندگی ها ی بیابانی ، نمایان ساخته است . بنابراین نمی توان به مقاومت ظاهری این خاکها در حالت خشک اطمینان کرد .
ــ نمکهای موجود در خاک ممکن است به روسازی راه هم آسیب برساند که میزان آسیب رسانی به نوع و میزان نمکها و نیزبه نوع مصالح رو سازی بستگی دارد . به عنوان مثال اگر میزان سولفات سدیم و منیزیم حتی به یک درصد برسد ، می تواند در یک دوره دو تا سه ساله روسازی را تخریب کند . در جدول 1 تقسیم بندی برحسب نوع و میزان نمکها ، و کفایت هر نوع خاک برای استفاده به عنوان مصالح بستر و یا زیر اساس راه بررسی شده است .

شدت نمکی بودن خاک میزان نمکها در یک متر فوقانی خاک % امکان استفاده در راه سازی
نمکهای کلراید و کلراید همراه سولفات نمکهای سولفات و کربنات استفاده در بستر راه استفاده در زیر اساس بصورت تثبیت شده
کم 1 – 3/0 5/0 – 3/0 مناسب مناسب
متوسط 5 – 1 2 – 5/0 مناسب نامناسب
زیاد 8 – 5 5 – 2 مناسب در شرایط خاص نامناسب
بیش از حد 8 5 نامناسب نامناسب
جدول 1-اثر نوع ومیزان نمکها بر کفایت مصالح راهسازی

راههای مقابله و کنترل خاکهای نمکی
همانگونه که ذکر شد ، خاکهای نمکی تاثیرات نامطلوبی بر پرژههای راهسازی دارد . بنابراین راههای مختلفی برای مقابله و کنترل این گونه خاکها مورد برسی قرار می گیرد .
ــ ایرانیان باستان هرگاه ناگزیر از احداث راه بر روی خاکهای نمکی بودند،خاکریزی به ارتفاع 70تا 80سانتیمتر از خرده سنگ ویا خرده آجر ایجاد می کردند و بدین ترتیب تا حدی از مشکلات مقاومتی و رطوبتی این خاکها دوری می جستند.
ــ باتوجه به مشکلات ذکر شده باید تا حد امکان از نفوذ نمکها به مسیر راهسازی جلوگیری به عمل آورد و اگر در مسیر ، با تودههای عظیم نمکی شدید برخوردیم باید آنها را دور بزنیم .مثلاً در پروژه راه شهداد ـ نهبندان قسمت عمدهای از مسیر ، با تودههای عظیم نمکی مواجه بود که دور زدن این محدوده وعدم ورود به آن ، به عنوان راه حل اقتصادی انتخاب گردیده است .
ــ اگر خاک ریزی بستر راه شامل خاکهای نمکی باشد ، باتوجه به نوع خاک(شرایط زهکشی) و سطح آب زیر زمینی ، تمهیدات خاصی باید در نظر گرفته شود . البته از آنجاییکه معمولاً سطح آب زیر زمینی در بیابانها ، بسیار پایین است ، اقدامات خاصی دراین زمینه مورد نیاز نخواهد بود ولی در صورت بالا بودن سطح ایستایی باید ارتفاع خاکریز به میزانی که در جدول 2 آمده است ، بالاتراز سطح ایستایی اجرا گردد .
ــ در صورت اجتناب ناپذیر بودن استفاده از این نوع خاکها در پروژه راهسازی ، میزان مجاز نمکها ، با استفاده از جدول 1 کنترل میگردند.



نوع خاک تراز بستر راه بالاتر از سطح آب (متر)
خاک نمکی ضعیف خاک نمکی شدید
ماسه ها و لومهای درشت دانه ماسه ای 5/0 7/0
ماسه های لای دار و لوم ماسهای 9/0 1/1
لوم ها و رسها 4/1 6/1
لومهای ماسه ای لای دارولومهای لای دار 6/1 9/1
جدول 2-حاقل تراز خاکریز نسبت به سطح ایستایی در خاکهای نمکی

راهسازی در بیابانهای ماسه ای
خواص آب و هوایی و توپوگرافی بیابانهای ماسه ای ، اساساً شرایط ساخت واستفاده از جادهها را دچار مشکل می کندکه در این حالت توپوگرافی خود متاثر از حرکت پیوسته ماسه ها در اثر باد است. چگونگی اندر کنش باد وخاک وتشکیل و حرکت انواع مختلف تودههای ماسه درمناطق مختلف در مراجع آمده است که می توان برای بدست آوردن اطلاعات بیشتر در این زمینه به مراجع ذکر شده ماجعه کرد . با توجه به این مراجع میتوان بطور خلاصه میزان پیشروی یک توده ماسه ای ( D ) با ارتفاع H را که تحت اثر باد ، با دبی در واحد عرض Q در حال حرکت است ، با رابطه 1نشان داد : g: وزن مخصوص توده ماسه D=Q/Hg


مشکلات ماسه های بیابانی
در هنگام احداث و نیز در دوران بهره برداری راههایی که از مسیر ماسه های بیابانی می گذرند، مشکلات عدیدهای گریبان گیر طراحان و مسؤلین محافظ راهها خواهد شد که در زیر به شرح برخی از این مسائل پرداخته می شود :
ــ کمبود آب یکی از مواردی است که فرایند اجرای زیر سازی و روسازی راه را با مشکل روبرو می کند . همچنین هنگام بهره ـ برداری خطری برای مسافران محسوب می شود .
ــ یکی از مشکلات احداث جاده در این گونه نواحی ،‌عدم وجود جادههای دسترسی به محل احداث راه اصلی و نیز مشکلات احداث راه موقت دسترسی است . بنابراین اغلب ، لازم به نظر می رسد که راه در دو مرحله اجرا شود . مرحله اول ایجاد یک راه موقت برای دسترسی و مرحله دوم اجرای راه اصلی که می تواند بر روی مسیر اولی قرار گیرد .
ــ در شرایط خاص آبوهوایی بیابان ، ماشین آلات و نیز نیروی انسانی از کارایی لازم برخوردار نیستند . بطوری که وجود گرد و غبار و نیز گرمای هوا ، احتراق را در ماشین آلات دچار اختلال می کند و کادر اجرایی با کاهش توان فکری و عملی (در مقایسه با شرایط آب و هوایی مناسب ) مواجه می گردند .
ــ چنانچه خاکریز بستر راه بر روی ماسه های سست قرار بگیرد ، امکان لغزش و ناپایداری شیبها و نیز خطر ریزش ترانشه هایی که برای عبور راه احداث می شود زیاد خواهد بود .
ــ پوشیده شدن مسیر راه از تودههای در حال حرکت ماسه و در نتیجه بسته شدن مسیر ، از جمله مشکلاتی است که هر لحظه موفقیت و کارایی یک راه بیابانی را تهدید می کند .
ــ عدم وجود مصالح قرضه با دانه بندی و خواص مکانیکی مناسب برای بستر ، زیر اساس ،‌ اساس و رویه راه ، احداث این گونه راهها را از نظر اقتصادی با مشکل مواجه می کند .
راههای مقابله و کنترل ماسه های بیابانی
ــ با توجه به گلباد به دست آمده در منطقه و روابط اندر کنش باد و خاک ، می توان حرکت تودههای ماسه را پیش بینی و ارزیابی کرد .بنا براین باید حتی الامکان سعی کرد تا مسیر راه در جهت حرکت تودههای ماسه روان قرار نگیرد .
ــ تا حد امکان باید از اجرای خاکریز بستر راه برروی ماسه های سست جلو گیری شود و در صورت اضطرار ، از عملیات تثبیت استفاده شود .
ــ حفر ترانشه در مسیر های ماسه ای با محدودیت های خاصی مواجه است ، بدین ترتیب که شیب های ترانشه به گونه مناسبی با مصالح درشت دانه و سنگی پوشانده شده و شکل مقطع طوری باشد که با ایجاد جریانهای گردابه ای(Eddy )، از ته نشین شدن ماسه روی مسیر جاده جلوگیری شود .
ــ برای آنکه ماسه های روان مسیر جاده را مسدود نکنند، یکی از راههای مناسب این است که مقطع جاده به صورت خطوط جریانی (Streamlining ) ساخته شود تا تودههای ماسه بدون توقف از روی آن عبور کرده و به سمت دیگر بروند.
ــ در صورتیکه احداث جاده در مسیر حرکت تودههای ماسه اجتناب ناپذیر باشد بهتر است که مقطع جاده به فاصله ای که بیشتر از دو برابر ارتفاع توده ماسـه است از این تودهها قرار بگیرد . همچنین می توان بستر راه را روی خاکریز قرار داد که ارتفاع آن بیشتر از تودههای در حال حرکت باشد یا در اطراف مقطع جاده ترانشه ای برای تله اندازی تودههای در حال حرکت احداث کرد.
ــ علاوه برتثبیت ماسه های روان که برای جلوگیری از حرکت تودههای ماسه انجام می شودو در موارد فوق به آن اشاره گردید (ومراجع مورد نیاز معرفی شد)یکی دیگر ازموارد مهم استفاده از فرایند تثبیت ، استفاده از این عملیات در تثبیت مصالح موجود در منطقه و ایجاد مصالح مناسب جهت استفاده در قسمت های مختلف بستر راه ، زیر اساس ، اساس و مصالح رویه است .بطوری که مشخصات مقاومتی و مکانیکی لازم برای هریک از این قسمتها فراهم شود .
تحقیقات ومطالعات وسیعی جهت تثبیت مصالح بیابانی انجام شده است و روشهایی برای برای تولید مصالح مناسب و ارزان قیمت از منابع قرضه موجود در محل ارائه شده است . که از آن جمله میتوان به تحقیقاتی که آقای دکتر نیازی در مرجع بر روی تثبیت خاکهای ماسه ای مسیر زاهدان ـ زابل انجام داده است اشاره کرد.
کویرهای باتلاقی
علاوه برخاکهای نمکی و ماسه ای که عمده سطح کویر را می پوشاند می توان به زمینهای باتلاقی اشاره کرد .به عنوان مثال ،‌میتوان از احداث راه در باتلاق دشت قران نام برد که کفه ای کویری و در واقع ، دریاچه حاصل از رودخانه های محلی دره بید و رود نمکی است .مواد رسوبی این کفه عموماً لای همراه با مواد ارگانیک است. این باتلاق به صورت لجنی بوده و تحمل فشاری آن عملاً صفر است . اگر عبور از این زمینها اجتناب ناپذیر باشد ، باید جسم راه بصورت شناور براین باتلاق اجرا شود . بنابراین باید کشش سطحی لازم برای تحمل وزن راه تولید شود .
ماسه بادی با داشتن کشش سطحی بسیار زیاد ، اغلب حلال این مشکل است .بنابراین مصالح مناسب وارزان قیمتی برای احداث راه در این زمینهاست.در ایران باستان هم برای عبور از زمینهای باتلاقی و احداث بستر شناور راه ، از زغال چوب مطابق شکل 4 استفاده می کردند.

طراحی بزرگراههاوجاده هابادر نظرگرفتن فضای سبزدر مناطق خشک
در مناطق گرم و خشک که میزان ریزش نزولات جوی کم ویا بسیار کم میباشد استفاده بهینه از قطره قطره آب باران کاری حیاتی و معقول به نظر می رسد .پوشش گیاهی فقیر مناطق بیابانی و گرم وخشک ایران منظرهای هر چند از بعضی لحاظ زیبا ولی ناخوشایند به این مناطق داده است . در طراحی هر سازه مثلاً راه در نظر گرفتن همه جوانب و پرداختن به آنها نشانه هنر طراح می باشد . در طراحی راههای بیابانی و یا بزرگراههای بیابانی یکی از جنبه هایی که میتوان به آن پرداخت زیبا سازی کناره و میان جادهها با استفاده از گیاهان می باشد که تاثیر روانی و فیزیکی بسیار مفیدی بر رانندگان می گذارد . باتوجه به مطالب فوق از آنجا که آبیاری مصنوعی گیاهان در مسیر های طولانی مشکل می باشد لذا در بحث منظر سازی دو مساله زیر باید مورد توجه قرار گیرند:
الف ـ استفاده از گیاهان مقاوم در برابر شرایط اقلیمی منطقه
ب ـ طراحی هماهنگ جاده ها و بزرگراهها و همچنین زمینهای اطراف آنها با آبرسانی به گیاهان
استفاده ازگیاهان مقاوم در برابر خشکی اولاً به میزان قابل توجه ای آب مورد نیاز را کم می نماید ثانیاً به دلیل هماهنگی طبیعی با شرایط اقلیمی اثر روانی طبیعی تری بر انسان دارد و ثا لثاً احتمال شکست پروژه منظر سازی را به مراتب کمتر می نماید .
در بخش هماهنگ سازی جادهها و بزرگراهها با زمینهای اطراف آنها موارد ذیل قابل توجه است‌ :
طراحی جاده ها و بزرگراهها
سطوح نزدیک به مسیر جادهها و بزرگراهها در مناطق خشک و نیمه خشک از پوشش گیاهی نسبتاً‌غنی تری برخوردار است . این سطوح در صورت درست و هماهنگ جاده ها ، نزولات جوی را به تناسب نوع طراحی ،‌به کنارههای جاده و یا بخش میانی هدایت می کنند . منظر سازی میانه بزرگراهها نسبت به کناره آن بنا به دلایلی بهتر و مفید تر است که از آن جمله می توان به جلوگیری از تاثیر نور خودروهای مسیر مقابل ، تعدیل آلودگی صدا و ممانعت از خستگی رانندگان بعلت ایجاد مناظر زیبا اشاره نمود .
به همین دلیل در این نوع طراحی معمولاً بخش میانی را 50 تا 70 سانتیمتر پایین تر از سطح آسفالت در نظر می گیرند و سطوح آبگیر آسفالت در دو طرف باید دارای شیب عرضی معادل یک درصد به طرف بخش میانی باشند که در صورت عدم لحاظ بخش میانی در بزرگراهها لازم است شیب دهی به نحوی مشابه به سمت حاشیه ها باشد .

طراحی هماهنگ زمینهای اطراف
علاوه بر استفاده از رواناب سطح جادهها می توان از رواناب باران که از حوضه های بالا دست جاری می شود نیز برای ذخیره آب مورد نیاز جهت نظر سازی جادهها استفاده کرد ،‌ بدین منظور لازم است عملیات فنی ویژه ای برای ایجاد سطوح آبگیر باران انجام شود که در ذیل به برخی از آنها به اختصار اشاره می شود .

استفاده از خاکریزهای شانه و حاشیه راهها
در مناطق بیابانی و یا دشتی برای حفاظت شانه جادهها در برابر خطرات ناشی از سیلابهای ناگهانی و همچنین ذخیره سازی محدود آب باران و هدایت این آب به دهانه پلها از ایجاد خاکریزهایی در سمتی از جاده که در معرض خطر سیلاب قرار دارد استفاده می کنند این خاکریزها که به صورت زیگزاگ اجرا می شوند و علاوه بر انباشتن رطوبت ناشی از آب باران جمع آوری شده ، به صورت سطوح آبگیر عمل نموده و عرصه مناسبی برای استقرار گیاهان در حاشیه جادهها فراهم می نماید.

احداث آبروهای خاکی
معمولاً آبهای جاری ناشی از باران در نواحی بالادست راهها پس از عبور از پلها سرعت و شدت بیشتری گرفته و در خاکی می باشد . این آبروها خاکریزهای بزرگ خاکی به ارتفاع 5/. تا یک متر می باشند که معمولاً به صورت هلالی احداث می شوند . در این روش آب پس از عبور از پل به شبکه ای از این آبروهای هلالی سرزمینهای پایین دست رها می گردند . یکی از روشهای جلو گیری از هدر رفتن آب به این طریق احداث آبروهای هدایت می شودو در آن پس از تکمیل ظرفیت نگهداری آب هر خاکریز آب به سمت خاکریز بعدی هدایت می شود ودر پشت آن جمع می شود .

احداث شیارهای خاکی روی خطوط تراز
در این روش در دو طرف مسیر آبراهه ها که روانابهای آنها از پلها به پایین دست آنها هدایت می شود در فاصله تقریباً 50 متری از شانه جاده شیارهایی بر روی خطوط تراز کنده می شود که وظیفه آبگیری از آبراهه با حداکثر ظرفیت ممکن را دارند . بهتر است این شیارها به خاطر اجرای شیب کم و حجم خاکبرداری کم برروی خطوط تراز احداث شوند . برای آبگیری از این آبراهه ها لازم است از تاسیساتی مستقل با توجه به شرایط استفاده نمود که ساده ترین این سازه ها عبارتند از موانع عرضی ، شیب شکن ها ، پشته های خاکی کوتاه و کف بندی های سنگی سیمانی و یا گابیونی . معمولاً این سازه ها را در فاصله 2 تا 4 متری از مسیر جاده ودر پایین دست شیارهای احداث شده می سازند .

احداث بندهای انحرافی و آب برگردانها
در این روش در حاشیه جادهها و بزرگراهها در مسیر آبراهه ها اقدام به احداث بندهای اصلاحی در ترکیب با آب برگردانها برای انحراف از مسیر آبراهه به سوی کرت های شطرنجی می نمایند . کرت ها قطعات بزرگی هستند که جهت ذخیره آب برای کشاورزی احداث می شوند و معمولاً‌طول خاکریز آنها50 متر می باشد . از این روش در مناطقی که دارای آبراهه ها و خندق ها هستند و عوارض زمین تا حدودی زیاد است ، استفاده می شوند .
احداث سیستمهای پخش سیلاب در حاشیه جاده ها
در مناطق نیمه بیابانی معمولاً‌میزان ریزش باران کم است و همین مقدار اندک باران به دلیل عریانی سطح زمین بسرعت تبدیل به سیل شده و باعث انهدام راههاو پلها و ابنیه مسیر سیلاب می شود ومزایای کمتری دارد لذا در صورت مهار وپخش سیلاب نه تنها فوائد بسیاری از این رواناب به انسان خواهد رسید بلکه از خسارات جدی هم جلوگیری می کند . سیستمهای مختلف پخش سیلاب که استفاده می شوند عبارتند از :
ــ پخش سیلاب غلام گردشی با استفاده از ایجاد بندهای انحرافی در مسیر آبراهه ها ، خندق ها و مسیل ها
ــ پخش سیلاب غرقابی از طریق احداث خاکریزها یی حداکثر به ارتفاع 50 سانتی متر با سرریزهای سنگی برروی خطوط تراز
ــ‌ پخش سیلاب با ایجاد کانال های تشتکی برروی خطوط تراز
بدیهی است برای آ گاهی از هریک از سیستمهای یاد شده لازم است به کتابهای حفاظت خاک و راه مراجعه شود .
نتیجه گیری :
مطابق آنچه گفته شد در مقابله با مشکلات پروژههای راهسازی در برخورد با کویر و بیابان هدف اصلی در مرحله اول دوری جستن از اثرات مخرب و مشکل ساز کویر است .بطوری که دور زدن مناطق کویری و قرار نگرفتن در مسیر حرکت توده های ماسه ای در دستور کار طراحان راه قرار می گیرد ولی در بسیاری از موارد ، عبور از این موانع اجتناب ناپذیر می نماید که در این صورت توصیه های طراحی مختلف بسته به مورد ارائه گردید.