کالورت چیست؟
بشر با اقدام به احداث مسیرهای حمل و نقل جدید دریافت که به این منظور ناگزیر است مسیر رودخانه ها و سایر جریان های طبیعی آب را قطع کند. طبیعتا چنین اتفاقی به طور حتم مشکل ساز است؛ چرا که در فصول بارندگی، این آب های جاری در مسیر طبیعی حرکت نموده و به این شکل منجر به تخریب جاده ها می شوند. با توجه به این مسئله بود که تصمیم به ایجاد مسیر عبوری در مکان های لازم به منظور جریان آب گرفته شد. بدین شکل، آب های جاری از قسمت بالاتر و بر اساس شیب، بدون ایجاد مانع یا اثر مخرب بر مسیر حمل و نقل، حرکت خود را ادامه داده و به سمت دیگر انتقال پیدا می کنند.
کالورت یا زیرآبگذر به سازه ای گفته می شود که عموما جهت انتقال آب از یک سمت خاکریز به سمت دیگر آن اجرا می گردد. با این که کالورت ها سازه های نسبتا ساده ای محسوب می شوند، طرح هیدرولیکی آن ها پیچیدگی های خاص خود را داراست. این طرح معمولا از فاکتورهای گوناگونی تاثیر می پذیرد و امکان تقسیم آن به جریان های آزاد یا تحت فشار به سادگی وجود ندارد. در بعضی از موارد، طرح شامل ترکیب این دو وضعیت می شود.
کالورت را در واقع می توان یک تونل دانست که مشابه با دیگر شریان ها، نقش انتقال را بر عهده دارد. این ساختار تونلی شکل زیر جاده ها، خطوط راه آهن و مسیرهای دیگر قرار می گیرد تا امکان زهکشی آب و سایر مایعات یا عبور کابل های برق و … را از سمتی به سمت دیگر ممکن سازد.
سازه کالورت از چه اجزایی تشکیل شده؟
کالورت به جهت حفظ یکپارچگی سطح جاده و نیز ممانعت از ایجاد شیب های تند، امکان اتصال سطح دو خاکریز به هم را ایجاد می کند. این سازه در کنار فراهم نمودن یک مسیر مناسب به منظور انتقال آب، نقش موثری نیز در تسهیل عملیات احداث خطوط راه آهن و جاده ایفا می کند. اجزای کالورت بر همین مبنا شامل موارد زیرند:
- اجزای مربوط به سازه (شانه پیاده روی، جان پناه، تاج، پیش آمدگی و فونداسیون)
- دیواره اصلی
- دیواره کناری
- خاکریز جاده
- ورودی
- مسیر آب
- خروجی
مزایای استفاده از کالورت چیست؟
از جمله مزایای به کارگیری کالورت می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ممانعت از فرسایش
- جلوگیری از وقوع سیل
- امکان عبور آب بدون مانع
- امکان منحرف سازی جریان آب به منظور مصارف زراعی و مهندسی
کاربرد کالورت در سازه های آبی کدام است؟
عموما مبحث سازه های هیدرولیکی و مهندسی آب موضوعات متعددی را در بر می گیرد و یکی از مسائل مهم در این زمینه که امروزه در رابطه با تقاطع کانال های انتقال آب و مسیرهای حمل و نقل مطرح شده، نیاز به حفظ کارایی هر دو شریان بدون ایجاد تداخل در عملکرد یکدیگر است. در این رابطه، کالورت به عنوان یک سازه مناسب شناخته شده است.
کالورت، سازه ای است جهت هدایت جریان سیال در زیر مسیر حمل و نقل. این سازه می تواند در نقش یک پل به منظور عبور وسایل نقلیه ظاهر شود. احداث کالورت به طور معمول در مسیر جریان طبیعی آب (بالادست به پایین دست) و به منظور کنترل جریان آب جاری، آب های زراعی و آب حاصل از بارندگی انجام می شود. اجرای عملیات احداث جاده و خطوط راه آهن یا سایر عمیات ترافیکی در بعضی مقاطع سبب ایجاد خاکریز شده و به منظور جلوگیری از سد شدن راه آب توسط این خاکریزها و نیز ممانعت از ایجاد سیل از کالورت استفاده می گردد. کانیو یا آبراه بتنی یکی دیگر از قطعات پیش ساخته ای می باشد که برای جلوگیری از آب گرفتگی معابر و هدایت آب به سمت منهول های پیش ساخته در سطح شهر استفاده می شود که برای آشنایی بیشتر با منهول ها می توانید به مطالعه “منهول بتنی پیش ساخته” بپردازید.
کالورت در واقع نقش حفظ مسیر طبیعی جریان آب را بر عهده دارد و کاری که می کند، مشابه عملکرد یک نهر آب یا رودخانه است. ایجاد تغییر در هر گونه مسیری که به شکل طبیعی و طی گذر زمان به وجود آمده، غیر مجاز محسوب می شود؛ چرا که این تغییرات منجر به ایجاد انحراف و مشکل سازی در مسیر آب گشته و اثر مخرب خواهد داشت. نمونه چنین مشکلاتی، ایجاد سیلاب های زیاد در سال های اخیر است که اثرات غیر قابل جبرانی را به دنبال آوردند.
موارد استفاده از کالورت عبارتند از:
- ساخت بزرگراه و خطوط راه آهن
- زهکشی طوفان و مسیر سیلاب
- ایجاد زیرگذر عابر پیاده
- ایجاد سازه جهت انباشت آب
- راه اندازی تونل
- جمع آوری آب های زیرزمینی
نگاهی به طراحی هیدرولیکی کالورت
طراحی هیدرولیکی کالورت با توجه به استاندارد FHWA، قسمت مربوط به زیرساخت ها تعریف می شود و شامل دو فرضیه است:
- کنترل جریان ورودی:
خود عاملی تعیین کننده است؛ زیرا میزان آب ورودی به تجمع بالادست و ورودی دهانه سازه بر مبنای معیارهای طراحی و نیز موقعیت زمین¬شناسی محل مورد نظر مشخص می¬شود.
- کنترل جریان خروجی:
با بهره گیری از فرمول های هیدرولیکی و به دست آوردن شدت جریان از ورودی به کالورت قابلیت محاسبه دارد.
عموما طرح هیدرولیکی کالورت های بتنی با توجه به دبی عبوری تهیه می شود. باید توجه داشت که در دبی عبوری طرح، افزایش عمق غیر مجاز در بالادست مد نظر واقع نمی شود. بر این اساس، به منظور دست پیدا کردن به یک طرح هیدرولیکی بدون نقص، باید عمق آب تخلیه طراحی را به شکل قابل اعتماد پیشبینی نمود و ضریب اطمینان در نظر گرفت. در ایران معمولا این ضریب اطمینان برای سیلاب، 3 درصد سالانه است. با به دست آوردن عمق تخلیه آب به طور دقیق، امکان کسب اطمینان طراح کالورت از ایمن بودن جریان عبوری داخل کالورت در وضعیت سیلاب بدون تجاوز به خاکریز وجود دارد.
قیمت کالورت چقدر است؟ (پارامتریک)
به طور معمول، هزینه های مربوط به تهیه اجرای کالورت با توجه به شرایط و نیازهای پروژه متغیر بوده و از عوامل زیر تاثیر می‌پذیرند:
- ضخامت
- اندازه
- پوشش زینک
- کیفیت مصالح به کار رفته
- موقعیت محل احداث
کالورت بتنی پیش ساخته چیست؟
یشرفت فناوری و ورود بتن به عرصه راه سازی سبب شکل گیری ایده نوینی شد. بر اساس این ایده، امکان اجرای مسیر مورد نظر جهت عبور دادن آب جاری با کمک بتن نیز امکان پذیر است؛ چرا که این متریال از استحکام کافی برخوردار است و طول عمر مناسبی نیز دارد. چالش استفاده از این راهکار اما این بود که به کارگیری بتن در فضای زیر جاده ها و خطوط راه آهن کار ساده ای نبود و پیچیدگی های زیادی به همراه داشت. راه حل این مشکل، ورود قطعات جدیدی به بازار بود که کالورت بتنی پیش ساخته نام داشتند. این قطعات که امروزه نیز به طور گسترده در اجرای کالورت کاربرد دارند، کار اجرای تونل را برای شرکت های راه سازی تسهیل نمودند. قطعات پیش ساخته کالورت شبیه باکس بتنی بوده و با قرار گرفتن در کنار یکدیگر، یک تونل ایجاد می کنند.
کالورت بتنی پیش ساخته را می توان از کاربردی ترین محصولات اخیر به شمار آورد که استفاده از آن علاوه بر تامین عملکرد مورد نظر، مقرون به صرفه است. این انواع کالورت به دلیل یکپارچگی سازه ای، طراحی انعطاف پذیر و نیز سهولت نصب، سبب کاهش هزینه های پروژه می شوند و از این رو استفاده از آن ها با اهداف مهندسی ارزش (بالا بردن کیفیت زیرساخت ها در عین پایین آوردن هزینه) در یک راستاست.
علت اصلی محبوبیت کالورت بتنی، آماده بودن قطعات آن است که از پیش در فضای کارخانه تهیه شده و مرحله خشک شدن را طی کرده اند. این مزیت، امکان استفاده آنی از محصول خریداری شده را در محیط کارگاه فراهم می سازد. پیش ساخته بودن کالورت بتنی یک مزیت رقابتی محسوب می شود. این مزیت در کنار سهولت نسب قطعات که فرایند اجرا را تا حد ممکن برای کارگران ساده می سازد، از مهم ترین عواملی هستند که کالورت بتنی پیش ساخته را به یکی از گزینه های اصلی در پروژه های عرصه راه سازی تبدیل کرده است.
انواع کالورت بتنی
کالورت بتنی پیش ساخته در راستای بهره برداری صحیح از خطوط راه آهن، جاده ها، پل ها و سایر مسیرهای حمل و نقل در شرایطی که ایجاد تقاطع در مسیر جریان آب گریز ناپذیر است، کاربرد دارد. این کالورت ها که ممکن است نمونه قطعاتشان را در مسیرهای در حال احداث دیده باشید، ابعاد و اشکال متنوعی را در بر می گیرند که هر یک با توجه به خصوصیات خود، کاربرد خاصی دارند و با توجه به شرایط پروژه سفارش داده می شوند. معمولا انواع کالورت بتنی با توجه به سطح مقطعشان تعریف می شود.
مرسوم ترین سطوح مقطع شناخته شده در میان قطعات کالورت، مربع، مستطیل، بیضی و دایره ای شکل هستند. اگر در پروژه ای نیاز به اجرای یک کانال بزرگ در زیر مسیر حمل و نقل باشد، معمولا نوع مربعی مورد استفاده قرار می گیرد؛ چرا که نصب آن به نسبت ساده تر بوده و امکان سفارش آن در اندازه های بزرگ تر نیز وجود دارد. هر چند ظاهر این قطعات ممکن است ساده به نظر برسد، اما فرایندی که جهت تولیدشان طی شده، پیچیدگی های خاص خود را دارد و همچنین فرایند نصبشان نیز باید با نظارت یک کارشناس مجرب صورت گیرد.
پیش تر اشاره شد که سهولت نصب و سرعت اجرای بالا از خصوصیات ویژه کالورت پیش ساخته بتنی محسوب می شوند. مثالی از این مزیت را می توان به این شکل عنوان کرد: پروژه ای که نیازمند اجرای سازه کالورت در زیر یک خط راه آهن یا بزرگراه است، در صورت نصب به صورت عادی نیازمند دو ماه زمان است. مسلما طی چنین مدت زمان زیادی به منظور فراهم ساختن شرایط احداث، منطقه مورد نظر با مشکلات متعددی روبرو خواهد شد؛ چرا که مسیر دسترسی در این شرایط مسدود است. استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی برای اجرای کالورت می تواند در این راستا مشکل گشا واقع شود. با انجام مطالعات زمین شناسی روی منطقه مورد نظر می توان سازه کالورت را از پیش طراحی و بر اساس آن جهت تولید قطعات در کارخانه اقدام نمود. در چنین فرایندی، کلیه قطعات مورد نیاز به شکل پیش ساخته قالب بندی، بتن ریزی و نهایتا آماده می شوند و پس از انتقال به محل مورد نظر، امکان احداث کالورت پس از اجرای فونداسیون طی 10 روز امکان پذیر خواهد بود.
دیگر خصوصیت کالورت بتنی پیش ساخته، امکان استفاده از آن جهت اجرای دهانه های بلند است. به طور کلی، ابعاد دهانه کالورت به دبی جریان عبوری در شرایط بحرانی (خصوصا در وضعیت جاری شدن سیلاب) بستگی دارد. با استفاده از کالورت بتنی پیش ساخته با دهانه بلند، نیاز کم تری به بهره گیری از شمع کوبی در پیرامون دهانه مورد نظر دیده می شود. این مزیت از ایجاد هر گونه تداخلات در عملکرد طبیعی سفره های آب زیر زمینی جلوگیری به عمل می آورد. با توجه به مطالعات صورت گرفته، اجرا و راه اندازی کالورت در صورتی که با کمک قطعات پیش ساخته صورت گیرد، تنها نیازمند نصب در محل بوده و به این شکل، پروژه در عین بهره مندی از کیفیت بالا، بسیار مقرون به صرفه تر تمام می شود. در سیستم پیش ساخته، قطعات متعدد هستند؛ اما همین قطعه ای بودن آن ها سبب می شود هزینه حمل و نقل کم تر شده و امکان بهره گیری از جرثقیل های سبک برای اجرای قطعات وجود داشته باشد.
با جمع بندی موارد فوق و دیگر خصوصیات ویژه کالورت بتنی پیش ساخته، مزایای استفاده از این محصول عبارتند از:
- افزایش کیفیت ساخت و طول عمر
- سهولت نصب
- سرعت بالای اجرا
- کاهش هزینه های مربوط به تولید و نصب
- کاهش نیاز به نیروی انسانی در حین ساخت و مونتاژ
- جلوگیری از توقف پروژه در شرایط آب و هوایی نامناسب جهت بتن ریزی
- ارتقای کیفیت کانال به دلیل اعمال کنترل کیفی در کارخانه
بهسازی و مقاوم سازی کالورت
کنترل عملکرد و کیفیت سازه کالورت نیازمند دو فرایند بهسازی و مقاوم سازی است که در ادامه توضیح داده خواهند شد.
بهسازی
ضریب ایمنی تاسیسات، عامل مهمی در بهسازی کالورت ها (خصوصا نوع لوله ای) است. روند کنونی تغییر اقلیم در ایران و سرازیر سدن سیلاب به سبب آن، عواملی هستند که نیاز به بهسازی را پررنگ تر از قبل کرده اند. در شرایطی که مقدار بارندگی روزانه و ماهانه از میزان متوسط بسیار بیش تر باشد؛ احتمال جاری شدن سیلاب بالا بوده و معابر و شریان های اصلی در خطر آبگرفتگی قرار دارند. اهمیت بهسازی با دانستن این که سازه های مذکور (کالورت ها) عموما بهره برداری طولانی مدت (حتی بیش از 100 سال) دارند، بیش تر نیز می شود. مسلما بهره برداری در صورتی که طولانی مدت باشد، در صورت عدم بهسازی، فرسودگی فیزیکی، سازه کالورت را تحت تاثیر مخرب قرار خواهد داد. این فرسودگی به نوبه خود سبب پایین امدن ظرفیت بهره برداری کالورت شده و محدودیت تردد را به دنبال دارد. با توجه به این موارد، به منظور ارتقای ظرفیت باربری کالورت باید از فناوری های نوین بهسازی کمک گرفت. با بهسازی کالورت، امکان دستیابی به اطمینان خاطر از بابت عملکرد بدون نقص شریان های اصلی (جاده ها و خطوط راه آهن) در شرایط خاص و خصوصا در مواقع جاری شدن سیل در نقاط مختلف کشور پس از بارندگی های شدید وجود دارد.
مقاوم سازی
این مقوله نیز در امر احداث و راه اندازی کالورت اهمیت ویژه ای دارد؛ زیرا با بالا رفتن میزان بارندگی ها و در نتیجه سرازیر شدن سیلاب، سازه کالورت تحت تاثیر مخرب قرار می گیرد. با افزایش جریان عبوری آب از کالورت، نیروهای سایشی نیز افزایش پیدا می کنند. این امر ممکن است به یکپارچگی سازه صدمه زد و سبب ایجاد ترک در بدنه آن گردد. با به وجود آمدن ترک در سازه کالورت، جریان آب عبوری از سد یکپارچگی رد می شود. نشت آب در دیواره ها، کف و سقف سازه، عاملی است شدیدا عملکرد سازه را در خطر قرار می دهد. بنابراین، مقاوم سازی کالورت (خصوصا دیوارها و کف) در مقابل این نیروهای سایشی حائز اهمیت بسیار است. بدین منظور، عوما از روکش یا کوتینگ کمک گرفته می شود. این روکش های محافظ، دارای ساختار کامپوزیتی بوده و معمولا مواد اولیه به کار رفته در تولید آن ها از فرآورده های پتروشیمی به شمار می روند. روکش می تواند مقدار مقاومت دیواره و کف کالورت را از نظر سایشی به میزان قابل توجهی بالا برده و به این شکل از نشت جریان به داخل بدنه جلوگیری نماید.
علاوه بر این، فشارهای دینامیکی و استاتیکی حاصل از عبور وسایل نقلیه نیز عامل قابل توجهی است. با توجه به موارد مذکور، مقاوم سازی کالورت ها ضرورت دارد. کالورت با قرار گرفتن تحت فشارهای مذکور با گذشت زمان دچار فرسودگی می شود و نیاز به بررسی اتصالات سازه ای و اجزای باربر دارد. در این بررسی، ظرفیت باربری در رابطه با عبور وسایل نقلیه باید مورد کنترل قرار گیرد. به منظور مقاوم سازی کالورت در چنین شرایطی از متد حجمی تبعیت می شود که معمولا با کاشت میلگرد در دیواره ها یا کف کالورت صورت می گیرد. بعد از این فرایند، آرماتوربندی و بتن ریزی مجدد مورد نیاز است. با ایجاد پوشش بتنی، سازه مورد نظر از نظر ارتعاشی پایدارتر و در مقابل فشار ناشی از عبور وسایل نقلیه مقاوم تر خواهد بود. این متد با افزایش ضریب مقاطع، ضرایب باربری را بالا می برد.
جمع بندی نهایی
در این مقاله با سازه ای به نام کالورت آشنا شدید که عمدتا عملکرد هیدرولیکی داشته و در سازه های آبی به کار می رود. کالورت ها سازه های تونلی مانندی هستند که احداث آن ها در زیر خطوط راه آهن، جاده ها و سایر معابر به منظور کنترل و هدایت آب های روان صورت می گیرد. این سازه ها در انواع بتنی از نوع پیش ساخته نیز تولید و عرضه می شوند و معمولا پس از احداث و راه اندازی، جهت حفظ کیفیت عملکرد، بهسازی و مقاوم سازی آن ها توصیه می شود.
