تجربیات اجرایی احداث موج شکن سنگی در آب عمیق
1- مقدمه
فرآیند احداث موجشکن سنگی دارای متغیرهای فنی و اقتصادی متعددی است که برای ساخت یک موجشکن باید بر آنها تسلط یافت و زمانی که این متغیرها کاملا درک کردند نقطه آغازی برای طرح و اجرای یک موجشکن کامل و بی نقص فراهم می گردد. این متغیرهای متعدد که، در قالب پارامترهای محیطی و پارامترهای سازه ای، طرح جانمایی و مقطع اولیه یک موجشکن سنگی را شکل می دهند و سپس توسط پارامترهای ژئوتکنیکی، پارامترهای اجرایی، و پارامترهای نگهداری تکامل یافته و نهایی می گردند تا مقاومت سازه موجشکن را بر اساس معیارهای پایداری تعیین نمایند، با اندرکنش پیچیده ای یکدیگر را تحت تاثیر قرار می دهند و همین موضوع است که فرآیند طرح و اجرای موجشکن های سنگی را در زمره مسائل پیچیده مهندسی قرار می دهد که با تغییر شرایط طراحی از سایتی به سایت دیگر آن را به پروژه ای جدید تبدیل می نماید. حساسیت بالای موجشکن های سنگی نسبت به تغییرات متغیرها، این پیش بینی منطقی را به وجود می آورد که با افزایش قابل ملاحظه عمق آب محل احداث به عنوان یکی از فاکتورهای اصلی، انتظار برخی تغییرات در فرآیندهای احداث موجشکن های سنگی به وجود آید. احداث موجشکن های بندر خدماتی پارس که برای نخستین بار در آبهای عمیق جنوب کشور انجام پذیرفت، نشان داد که با افزایش عمق آب و انجام عملیات، تمهیدات اجرایی جدیدی لازم است تا در هنگام ساخت موجشکن، جایگزینی مصالح نامناسب به جای مصالح مناسب اتفاق نیفتد. در این مقاله بر اساس تجربیات اجرایی حاصل، کلیاتی از جنبه های اجرایی جدیدی که در احداث موجشکن های مایل سنگی در آبهای عمیق به وجود می آید و حتی توانایی ایجاد تغییرات در ساختار آن را فراهم می سازد، مورد بحث قرار می گیرند.
2- طرف پروژه
برای تهیه و تامین کالاهای موردنیاز جهت احداث طرح توسعه میدان گازی پارس جنوبی و برنامه های صادرات کالاها از طریق حمل و نقل دریایی، عملیات احداث بنادر پارس در بخش سازه های ساحلی آن آغاز گردید و مطابق نیازهای طرح، بالغ بر هزاران متر طول موجشکن در آبهای عمیق، دهها پست انواع سکله با آبخور زیاد به طول چندین کیلومتر، میلیونها مترمکعب لایروبی در زمین های سخت و نیمه سخت، چند صدهکتار احیا اراضی و محوطه سازی، تنها به عنوان ردیف های بخش دریایی نیازمندی های طرح، در قالب 2 بندر بزرگ طراحی گردید که می توان از آن به عنوان عظیم ترین تجربه بندرسازی کشور در یک مقطع زمانی و مکانی نام برد.
بندر خدماتی پارس به عنوان یکی از این بنادر دو قلو، برای واردات لوازم یدکی و قطعات و ماشین آلات موردنیاز در مراحل احداث طرح های منطقه و صادرات محصولات فازهای پالایشگاهی (گوگرد)، صادرات محصولات صنایع مختلط و صادرات محصولات صنایع نیمه سنگین و تامین سرویس های خدماتی شناور طراحی گردیده است. این بندر از نوع بنادر دارای حوضچه چرخش در دریا (offshore Basin) است که با استفاده از 2 شاخه موجشکن سنگی به طول کلی حدو 3.3 کیلومتر حوضچه ای با سطح 65 هکتار را شکل داده است که 28 هکتار آن حوضچه چرخش و 12.5 هکتار آن به یک حوضچه عملیاتی داخلی (sea dock) اختصاص یافته است. تعداد 10 پست اسکله با آبخورهای 11 الی 15 متر نسبت به پهلوگیری این بندر را شکل می دهند. سطح ترمینال های این بندر در حدود 140 هکتار است که بخشی از آن با استفاده از حدود 1.5 میلیون متر مکعب مصالح لایروبی شده بخشی از حوضچه چرخش و حوضچه عملیاتی از دریا استحصال گردیده است.
موجشکن های این بندر شامل یک بازوی اصلی به طول 2990 متر و یک بازوی فرعی به طول 990 متر است. بازوی اصلی که تا کانتور 22 متر نسبت به CD پیش رفته است دارای حجم عملیات سنگی حدود 1.815.000 مترمکعب و حجم عملیات بتنی حدود 100 هزار مترمکعب برای بخش اطاله بوده است و بازوی فرعی که تا کانتور 18- متر نسبت به CD پیش رفته است دارای حجم عملیات سنگی حدود 750.000 مترمکعب و حجم عملیات بتنی 55 هزار مترمکعب بوده است. تراز تاج آنتی فرهای موجشکن ها تا 10+ متر نسبت به CD قرار دارد که موید ارتفاع ساختمانی 32 متر برای موجشکن غربی و 28 متر برای موجشکن شرقی است. افزایش قابل ملاحظه ابعاد موجشکن، عمق آب، احجام سنگی و مقادیر واحدهای بتنی مصرف عامل ایجاد تغییرات بارزی در مراحل اجرای این موجشکن ها نسبت به موجشکن های سنتی کوچکتر می گردد که این تغییرات می تواند فرآیندهای طراحی را نیز به مقدار زیادی تحت تاثیر قرار دهد که در ادامه مقاله با مرور جنبه های اجرایی این موجشکن ها، به خلاصه کاملی از مواردی که باید در مرحله اجرا مورد توجه و دقت قرار گیرند اشاره شده است.
3- روش های ساخت و عملیات اجرایی
عملیات اجرایی موجشکن های سنگی را می توان در فعالیتهای تولید، حمل، تفکیک، دپو و استقرار گروه های سنگی دسته بندی کرد که در صورت وجود واحدهای حفاظت بتنی، ساخت، دپو، حمل و استقرار واحدهای بتنی نیز به آنها اضافه خواهد شد. نخستین گام که از اهمیت بسیار بالایی برای دستیابی به موفقیت در انجام به موقع پروژه و دستیابی به سطح کیفی مورد انتظار را بر عهده دارد با استخراج گروه های سنگی موردنیاز و ساخت واحدهای بتنی به نحوی که جوابگوی نیازهای زمانبندی باشند آغاز می گردد. طی این فعالیت در واقع تدارک مصالح مصرفی برای فعالیتهای آتی انجام می پذیرد. در مرحله بعدی واحدهای استخراجی پس از جابجایی، بارگیری حمل و باراندازی، تفکیک و دپو می گردند یا آنکه به طور مستقیم به محل استقرار خود انتقال می یابند.
ویژگی شاخص این مرحله آن است که طی فرآیندهای انجام یافته، مصالح تولید شده باید بر اساس نیازهای طرح به خوبی گروه بندی گردند و در این گروه بندی باید تمامی جنبه های فنی، اقتصادی و اجرایی را لحاظ نمود تا استفاده بهینه برای تمامی مصالح تولید شده در مرحله قبل را شامل گردد. اجرای صحیح این ردیف کاری شرایط لازم برای اجرای موجشکن مطابق آنچه طرح شده است را در اختیار می گذارد. و بالاخره در مرحله پایانی ثمره تولید و دسته بندی مصالح انتقال یافته به پای کار، در مکان صحیح خود که طبق مشخصات فنی و نقشه های اجرایی تعریف شده اند قرار می گیرند. هر گونه تامل و مداقه در این مرحله علاوه بر آنکه عامل استقرار صحیح مصالح در جای خود خواهد بود. جلوی از دست رفتن تلاش های مراحل قبلی را نیز خواهد گرفت. فرآیندهای اجرایی قبلی و مصالح مصرفی آماده شده، توانایی تجهیزات و ماشین آلات در اختیار، مهارت نیروی انسانی در دسترس و توان مدیریتی به کار گرفته شده، مجموعه عواملی هستند که سطح کیفی مورد انتظار در این مرحله را معین می کنند.
برای تامین احجام عظیم سنگی موردنیاز در بندر خدماتی پارس، عملیات استخراج سنگ از 6 معدن سنگ آهک منطقه و 10 الی 15 سینه کار به صورت همزمان که در فواصل حمل 7 الی 55 کیلومتری محل اجرا قرار داشتند انجام پذیرفت. مهارت بالای گروه های مختلف حفاری، آتشکاری و استخراج توام با به کارگیری ماشین آلات و تجهیزات مناسب در بخش های چال زنی، آتشباری، لق گیری، پاکسازی و جابجایی، عامل دستیابی به راندمان بالایی در استخراج درصد سنگ های درشت گردید که با در نظر داشتن کیفیت سنگ های آهکی منطقه، حدود استانداردهای متعارف بلوک دهی معادن سنگ آهکی را در اختیار قرار می دهد. به دلیل فضای کار محدود معادن، مصالح سنگی استخراجی پس از تفکیک مقدماتی به گروه های سنگ های درشت و کوچک (مغزه، فیلتر I، فیلتر II) تقسیم شده و پس از خرد کردن سنگهای خارج از اندازه، حذف خاک و درصد ریزدانه اضافی، و جداسازی سنگ های هوازده، سست و پر درز و ترک آن، آماده بارگیری و حمل می گردید.
سیستم حمل و نقل مصالح توسط کامیون، به دلیل تعدد معادن، فواصل حمل، سرعت و سهولت، و کارآیی آن برای حمل مصالح سنگی مورد استفاده قرار گرفت و برای تامین نیازهای بخش عملیات اجرا از دریا، یک اسلکه موقت برای بارگیری بارج احداث گردید. کامیون ها از نوع تک و دو محوره می باشند که اتاق آنها برای حمل گروه های مختلف سنگی آماده می شود.
سیستم حمل و نقل دریایی مصالح توسط بارج به دلیل تعدد معادنی که در فواصل نزدیک واقع شده اند توانایی رقابت با سیستم حمل و نقل توسط کامیون را ندارد و دلیل آن زیرساخت های متعدد موردنیاز آن در مبدا هر معدن مشتمل بر راه های دسترسی، اسکله، باسکول و … می باشد. این موضوع حتی در مراحل طراحی نیز نشان داده است که هر چند هزینه حمل دریایی توسط بارج معمولا ارزان ترین است لیکن بنادر موارد فوق الذکر گزینه حمل دریایی سنگ از مسافت های دورتر، توانایی رقابت با سیستم حمل و نقل کامیونی از منطقه به همراه ساخت بلوک های بتنی را نداشته است.
گزینه استفاده از سیستم حمل و نقل ریلی مورد بررسی قرار گرفت که به دلیل مشکلات فراوان آن از جمله تعدد معادن، فواصل حمل نسبتا کوتاه، موقعیت محوطه دپو، و به ویژه تعدد تقاطع های زیاد آن با خطوط لوله های آب و گاز و جاده های مسیر حد فاصل کوه تا دریا، کنار گذاشته شد.
در بخش تفکیک سنگ علی رغم آنکه در مجموع منتهی به ضرر پیمانکاران می گردد، اغلب حساسیت لازم وجود ندارد و از بابت این عدم دقت معمولا بخشی از سنگ های درشت تر از دست می رود. هر چند درصدی پوت مصالح در این فعالیت غیرقابل اجتناب است، لیکن باید تلاش و برنامه ریزی لازم برای حداقل نمودن آن انجام پذیرد. البته توجه طراح به این مقوله و انتخاب محدوده دانه بندی مناسب تر می تواند منتهی به کاهش پرت سنگهای درشت در این بخش گردد. در موجشکن های کوچکتر این ضرر اقتصادی کمتر به چشم می آید بالاخص که بخشی از آن به دلیل کاهش ماشین آلات و نیروی انسانی اختصاص یافته و تدارک محوطه دپو جبران می گردد، لیکن با افزایش احجام سنگ، لزوم توجه افزون تر به این فعالیت در مجموع عامل کسب سود بیشتر برای پیمانکاران و ارتقا سطح کیفی ساخت موجشکن خواهد بود چرا که معمولا دستگاه نظارت مجوز استقرار سنگ های کوچکتر از نقشه ها را نخواهد داد. با به کارگیری مشترک ماشین آلات تفکیک و آموزش عوامل اجرایی از طرق مختلف، امکان تفکیک گروه های سنگی تا هر محدوده دقتی فراهم می گردد. معمولا بیشترین دقت در تفکیک سنگ برای محدوده ای که در نما قرار می گیرد از سوی پیمانکاران به عمل می آید که بخش زیادی از نیازهای فنی را نیز پوشش می دهد. استفاده از نمونه های ایده آل مشخص کننده هر یک از گروه های سنگی در محوطه دپو و محل های بارگیری بسیار موثر است.
تعیین روش اجرای موجشکن ها، انتخاب الگو و توالی اجرای لایه ها و روش های استقرار سنگ هر لایه ای، به طور کامل و دقیق در مشخصات فنی قراردادهای اجرایی موج شکن ذکر می گردند و به همراه نقشه های اجرایی شرایط موردنیاز استقرار را تشریح می نمایند. در بخش استقرار مغزه روش اجرایی تخلیه مستقیم از خشکی مورد استفاده قرار گرفت که از هماهنگی خوبی با سیستم حمل و نقل جاده ای برخوردار است. ابعاد بزرگ مقاطع ناشی از عمق زیاد باعث صعوبت در اجرای کامل مغزه از خشکی می گردد و لذا به کارگیری بیل مکانیکی و جرثقیل و اتاق از خشکی و تخلیه دریایی از بارج برای اجرای بخش های مختلف لایه مکمل مغزه، امکان افزایش سرعت عملیات استقرار و کیفیت آن را فراهم می آورد. در استقرار لایه فیلتر حفاظتی، شرایط حاکم ناشی از عمق زیاد باعث از دست رفتن بخش عمده ای از سنگ های درشت می گردد که این موضوع در آب کم عمق تنها بخش کوچکی از سنگها را شامل می گردد. کنترل دائمی عملیات استقرار و اطمینان از عدم تداخل لایه مغزه به لایه های بعدی نقش تعیین کننده ای در کیفیت اجرایی این لایه و لایه های بعدی دارا می باشد به نحوی که برخی از پیمانکاران را ناگزیر از استفاده از سنگ های درشت تر در محدوده مرزهای مکمل مغزه و فیلتر می نماید.
برای اجرای لایه فیلتر اول 3 روش به کار گرفته شد. بخش بالای تراز جزر توسط بیل مکانیکی چیدمان منتخب گردید. در بخش های زیر تراز آب دریا در محدوده عملیاتی بوم جرثقیل، استقرار گروهی سنگها انجام یافت و در محدوده خارج از عملکرد بوم جرثقیل ها از روش استقرار از دریا استفاده شد.
محدوده رواداری های استقرار و ضخامت لایه فیلتر نقش تعیین کننده ای در تعریف کیفیت استقرار موردنظر در این لایه ایفا می کرد. اجرای عملیات بر اساس مش بندی لایه و خرد کردن آن به المان های اجرایی مناسب و تنظیم جداول استقرار، امکان استقرار اصولی را فراهم نموده بود.
برای اجرای لایه فیلتر دوم 2 روش به کار گرفته شد. بخش زیر تراز آب دریا با استفاده از جرثقیل و گراب انجام پذیرفت و در بخش خشکی با استفاده از بیل مکانیکی کامل گردید. کیفیت استقرار این لایه با توجه به آنکه نقش بستر استقرار واحدهای بتنی را نیز بر عهده دارد از اهمیت بیشتری برخوردار است. این اهمیت به ویژه در بخش هایی که استقرار منظم واحدهای بتنی موردنظر باشد افزایش می یابد. کنترل دقیق عملیات اجرایی انجام یافته و بررسی انطباق با نقشه های اجرایی با استفاده از هیدروگرافی بخش های زیرآب به روش های اسکاندیل و میر دریایی و عکاسی و فیلمبرداری زیر آبی انجام می گرفت.
برای استقرار لایه پنجه نیز از 2 روش استقرار توسط جرثقیل و گراب برای محدوده در دسترس و به کارگیری روش استقرار دریایی با استفاده از بارج در محدوده عملیاتی خارج از دسترس جرثقیل دنبال گردید. ظرفیت جرثقیل بر حسب تن و متر معین می نماید که تا چه مسافتی می توان سنگ های سایز پنجه را استقرار داد. انجام آزمایش های آزمایشگاهی برای اطمینان از استحکام سنگ های مصرفی در لایه های حساس که نقش تعیین کننده ای دارند حتی در مرحله استقرار نیز انجام می پذیرفت.
لایه آرمور مهمترین لایه برای پایداری موجشکن است. این لایه را باید پس از استقرار زیر لایه ها در اسرع وقت اجرا نمود تا از خسارات به زیر لایه ها و مغزه که اصلاح و تعمیر آنها مشکل است اجتناب گردد. واحدهای محافظ بتنی موجشکن از نوع آنتی فر بود و برای استقرار آن 2 وضعیت تعریف شد. در بخش زیر تراز آب دریا روش استقرار نامنظم و در بخش فوقانی آن استقرار منظم آنتی فرها با استفاده از جرثقیل و شاهین مخصوص بلند کردن آنتی فرها استفاده شد و بر اساس جداول استقرار اجرا گردید. عملیات استقرار به دلیل حساسیت آنتی فرها نسبت به لغزش کلی با استفاده از گروه غواصی کنترل می گردد تا هیچگونه فضای خالی خارج از حدود مشخصات فنی بعنوان نقطه ضعف و پتانسیل لغزش ایجاد نشود. شکل هندسی و روش استقرار آنتی فرها و کنترل آن نقش مهمی در حصول تراکم تعریف شده برای استقرار آنتی فر در واحد سطح دارا می باشد.
بخش ساخت و دپو و حمل آنتی فرها مشمول مقررات ساخت قطعات پیش ساخته بتنی می باشد که توجه خاص خود را در قسمتهای تهیه طرح اختلاط، تهیه مصالح مصرفی، اختلاط بتن، انتقال بتن، بتن ریزی و عمل آوری در شرایط آب و هوایی خلیج فارس و جابجایی و دپوی آنتی فرها لازم دارد. وجود یک کارخانه ساخت بتن همراه با تجهیزات کامل آن دارای 4 دستگاه بچینگ پلانت با ظرفیت اسمی 240 مترمکعب به همراه حوضچه های متعدد بتن ریزی مجهز به جرثقیل های دهانه ای، تونل های حمام بخار، آزمایشگاه مجهز و کامل، محوطه مناسب دپو قطعات، امکانات بارگیری و حمل از طریق دریا و خشکی، شرایط تهیه مطلوب چنین قطعاتی را در اختیار می گذاشت.
4- نتیجه گیری و پیشنهادات
احداث بندر خدماتی پارس تجربیات اجرایی جدیدی در صنعت موجشکن سازی کشور را به وجود آورد و نشان داد که با افزایش عمق آب محل احداث ناگزیر تغییرات قابل ملاحظه ای در روش های ساخت متداول در موجشکن های سنتی کوچکتر به وجود خواهد آمد. وجه تمایزهای اجرایی موجشکن های آب عمیق و آب کم عمق را می توان در دو گروه کلی طبقه بندی نمود. اول آنهایی که از نظر اصول کلی مشابه هستند و تنها به دلیل افزایش احجام کارهای اجرایی موجشکن های آب عمیق، مقادیر آنها به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و روش های اجرایی را بیشتر از جنبه کمی تحت تاثیر قرار می دهند. برای مثال می توان به ردیف های کاری فعالیتهای تفکیک و حمل اشاره نمود و دوم آنهایی که به دلیل افزایش در احجام و ابعاد نه تنها روش های اجرایی را تحت تاثیر قرار می دهند بلکه حتی قادر به ایجاد تغییراتی در فرایند طراحی نیز می باشند که برای نمونه می توان به برخی از ردیف های کاری فعالیتهای استخراج و استقرار سنگ اشاره داشت. فرآیندهای اصلی که نقش تعیین کننده ای در این زمینه دارا می باشند و پیشنهاد می گردد در قراردادهای مشابه آتی لحاظ گردند به شرح ذیل می باشند:
اولین و مهمترین اصل اجرا آن است که موجشکن باید عین آنچه طرح شده است ساخته شود. اجرای این اصل منوط به وجود اصل دیگری است که موجشکن باید بر اساس ملاحظات اجرایی به ویژه مصالح مصرفی، تجهیزات و ماشین آلات، و نیروی انسانی قابل ملاحظه طراحی و اجرا گردد. در شرایطی که عملیات اجرایی به دلیل وجود تغییرات اساسی در متغیرهای طرح در واقع برای نخستین بار تجربه می گردد، شرط رعایت این دو اصل بدان معنی است که پیمانکار و مشاور ممکن است تغییرات معقول را پیشنهاد بدهند. بنابراین مکانیزم های قراردادی که شرایط سهل تری در برقراری دو اصل فوق فراهم آورند باید از اولویت بالاتری برخوردار باشند.
تعیین ارتباط اندازه سنگها و شیب موجشکن فاکتور اقتصادی مهمی است که باید بر اساس ملاحظات اجرایی و نگهداری نهایی گردد. در احداث موجشکن های جدید سمی در استفاده از بلوکهای بزرگتر می شود تا امکان کاهش مقطع را با شیب های تندتر فراهم سازد. هر چند در نگاه اول به نظر می رسد که این موضوع به ویژه با افزایش عمق آب عامل بهبود اقتصادی طرح خواهد شد لیکن با نگاهی دقیق تر ملاحظه می گردد که هزینه های اجرایی و نگهداری آن افزایش خواهد داد. عدم امکان تولید اقتصادی بلوکهای سنگی بزرگ در منطقه و لزوم انتخاب گزینه های محتمل تهیه و حمل کسری سنگها از مسافت های دورتر و یا ساخت واحدهای بتنی، هزینه های تامین ماشین آلات استقرار سنگین تر، شرایط سخت تر ترمیم خسارات جزئی سنگ های بزرگتر و ریسک فرآیند تخریب کلی شیب های تندتر که معمولا طراح را به سوی ارائه طرحی ایمن تر سوق می دهد، همگی بر هزینه های اقتصادی طرح تاثیر می گذارند. بنابراین برای شرایط آب عمیق پیشنهاد می گردد که طرح ها بر اساس ملاحظات اجرایی و نگهداری توسعه یابند و این توسعه در مشخصات فنی و نقشه های اجرایی تبلور یابد.
روش های هیدروگرافی موجشکن های کوتاه باید برای ویژگی های خاص برخی از لایه های موجشکن آب عمیق توسعه یابند.
برای جلوگیری از پرت مصالح درشت سنگی و ارتقاء کیفیت استقرار، فعالیت تفکیک سنگ از اهمیت ویژه ای برخوردار است که با افزایش احجام سنگی، لزوم توسعه این فعالیت باید از ابتدای عملیات استخراج مورد توجه خاص برنامه ریزان اجرایی قرار گیرد و امکانات لازم به آن تخصیص داده شود.
هر چند نحوه استقرار بر اساس نقشه های اجرایی و مشخصات فنی در نظر گرفته شده تنظیم می گردد لیکن انتخاب شرایط بسیار سخت اجرایی که با تکنولوژی موجود در کشور قابل اجرا نباشد و روش های رسیدن به آن در قرارداد پیش بینی نشده باشد، و یا انتخاب شرایط سهل که امکان تلاش و جد پیمانکار را به وجود نیاورد هر دو می توانند عدم موفقیت در دستیابی کامل به اندیشه های طراحی گردند. توجه به جزئیات قرارداد در مشخصات فنی و نقشه هایی اجرایی می تواند هماهنگی های اجرایی را افزایش دهد.
در روش اجرای متداول تخلیه مستقیم از خشکی درشت دانه ها به کف و محلی که کمترین نیاز را دارند می روند که در موجشکن های آب عمیق تاثیر نامطلوب آن افزایش می یابد و برخلاف موجشکن های آب کم عمق که امکان بهبود آن از روش های خشکی به دلیل احجام کوچکتر امکان پذیر است، در موجشکن های آب عمیق امکان بهبود آن از روش های اجرا از دریا عملی می باشد.
روش استقرار سنگهای درشت در موجشکن های کم عمق روش معمول استقرار مستقیم در موقعیت نهایی خود می باشد که عموما توسط جرثقیل و از خشکی انجام می گیرد. روش سریعتر دیگری که با توجه به شرایط آب و هوایی حاکم در منطقه خلیج فارس ممکن است به عنوان روش سریعتر استقرار در موجشکن های آب عمیق انتخاب گردد، روش تخلیه مستقیم و به صورت درهم است که پس از آن تنظیم و رگلاژ با استفاده از بیل مکانیکی انجام پذیرد. البته این روش نیازمند تمهیدات خاصی می باشد که مهمترین آن سازماندهی کارها به گونه ای است که امکان بارگیری و حمل به جرثقیل و بیل مکانیکی برای استقرار سریع لایه بندی در دوره برنامه ریزی شده فعالیتها فراهم باشد. هر چند برخی از مراجع معتبر از اثبات توجه اقتصادی و فنی این روش و نتایج و عملکرد قابل قبول آن یاد کرده اند لیکن گنجانیدن آن در قرارداد باید با احتیاط های خاص خود همراه باشد.
در موجشکن های طویل در آب عمیق، برای استقرار واحدهای سنگی و بتنی در قسمت پنجه و بخشهای تحتانی شیب ها، که استقرار دقیق، برای ایجاد هندسه دقیق و مستحکم جهت ایفای نقش فونداسیون بخش های فوقانی شیب ها لازم است، برنامه ریزی و به کارگیری تجهیزات شناور مناسب و کامل الزامی می باشد.
برای طراحی لایه ها به ویژه لایه های افقی، تناسب لازم بین ابعاد هندسی، عمق اجرا، رواداری های اجرایی و روش های اجرایی مورد توجه قرار گیرد.
عملیات استقرار لایه آنتی فر باید به گونه ای برنامه ریزی شود که اطمینان از صحت عملیات استقرار انجام یافته در زمان استقرار حاصل آید و در غیر این صورت اصلاح آن کار چندان ساده ای نخواهد بود.
با افزایش عمق آب تناسب سنگ های ریز به درشت موردنیاز در یک مقطع استاتیکی افزایش می یابد که در جهت هماهنگ با درصدهای استخراجی از معادن است لیکن ردیف هایی که عامل از دست رفتن سنگهای درشت می گردند نیز افزایش می یابد که با اعمال تغییرات در مقطع می توان وضعیت بهینه را طراحی نمود.
سازه های حفاظتی دریا – موج شکن ها
مقدمه
موج شکن ها سازه هایی هستند که بنادر را در برابر اثرات ویران کننده امواج دریاها حفاظت میکنند. تاریخ ساخت موج شکن ها به 4000 الی 5000 سال پیش میرسد. فینیقی ها اولین کسانی بودند که اقدام به ساخت موج شکن های اولیه نمودند. در قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم موج شکن های مشابهی ساخته شد که بر اثر حوادث و خرابی های زیادی که به بار آوردند همگی از نظر مهندسی مردود شناخته شدند. دو موج شکن الجیرز (ALGTERS) و کاتانیا (CATANIA) از این نمونه اند. که هر دو به علت لغزیدن تخته سنگهایشان بر روی یکدیگر بکلی ویران گشتند. لذا برای مقابله با چنین خرابی ها لازم آمد تا مطالعاتی در این زمینه انجام گیرد.
اساسا موج شکن ها از لحاظ ساخت و طراحی به دو نوع تقسیم میشوند. نوع اول موج شکن های شیروانی دار یا خاکریز (RUBBLE MOUND BREAKWATERS) هستند که قدیمی ترین نوع موج شکن می باشند و نوع دوم موج شکن های دیواری یا قائم (VERTICAL WALL BREAKWATERS) هستند که طراحی و ساخت آنها مرهون پیشرفت علم و تکنولوژی مهندسی سازه در عصر حاضر است.
موج شکن های قائم
این نوع موج شکن ها ممکن است از سنگ معدن، مصالح سنگی، چوب، ورقه های فولادی و یا بتن ساخته شوند. طراحی و ساخت این نوع موج شکن ها طوریست که اکثرا می توانند در مقابل عبور جریان آب نفوذناپذیر باشند. از آنجا که شرایط پی و زمین موجود، کاربرد موج شکن، اثرات امواج، در دسترس بودن مصالح و قیمت تمام شده موج شکن ها همگی از جمله عواملی هستند که در تحلیل نهایی انتخاب یک نوع موج شکن شرکت موثری دارند لذا قبل از انتخاب نوع موج شکن باید عوامل مذکور مورد بررسی و تحلیل نهایی قرار گیرد تا بتوان از هر گونه خرابی و خساراتی که ممکن است سازه را تهدید کند جلوگیری بعمل آورد.
موج شکن های الجیرزوکاتانیا که هر دو از نوع موج شکن های قائم با مصالح سنگی بودند سرانجام بدست طبیعت فرو ریختند و خسارات زیادی را به بار آوردند. اگر چه طراحی این دو موج شکن یکی بود اما از آنجا که اجرای ساخت آنها با هم تفاوت داشت علل خرابیشان نیز متفاوت بود. در ساخت آنها از تخته سنگهایی به وزن 320 تا 400 تن استفاده شده بود که در موج شکن کاتانیا این سنگها بصورت ساده و بدون هیچگونه گیرداری میان آنها روی هم چیده شده بود اما در موج شکن الجیرز به هنگام چیدن تخته سنگها بر روی هم فضاهایی میان آنها ایجاد کرده بودند که با گذراندن بتن و میله گرد از درون آنها موج شکن را بصورت یک سازه منطقی درآورده بودند لذا تحت چنین شرایطی موج شکن کاتانیا با لغزیدن تخته سنگهایش بر روی یکدیگر بکلی ویران شد و علت خرابی موج شکن الجیرز هم ناشی از شسته شدن پای پی موج شکن و خرابی ترانشه عمیقی بود که محلش در بستر ماسه ای دریا بود. برای مقابله با چنین خرابی ها لازم است که نیروی عظیم ناشی از خورد شدن امواج براحتی جذب موج شکن شود و یا بهتر آنست که اصولا از ایجاد چنین نیرویی جلوگیری کرد. برای انجام این کار باید عملیات اجرای ضدشستن (SCOUR PROTECTION) در پای موج شکن انجام گیرد که این خود نیاز به طراحی دقیق سازه همراه با عملیات اجرایی هیدرولیکی و تجربه کافی دارد.
مهمترین برتری موج شکن های قائم آنست که به سنگ کمتری نسبت به موج شکن های شیروانی دار نیاز دارند و دیگر آنکه ساخت موج شکن های قائم امکان استفاده بیشتری از منطقه بندر را به ما می دهد. این نوع موج شکن ها را در زمینهای محکم یعنی زمین هایی که عملا سنگی باشند می توان ساخت زیرا در زمین های نسبتا سست مقاومت خوبی از خود نشان نمی دهند. مطالعاتی که انجام شده نشان می دهد که ساخت موج شکن های قائم زمانی که تحت اثر نیروی عظیم امواج قرار می گیرند منطقی نیست زیرا صابت لبه تیز بالایی امواج به دیوار قائم موج شکن ها منجر به ایجاد ضربات چکشی بر آنها گشته و ماهیت آنی و لحظه ای بودن این اثرات و عدم ارتباط آنها با زمان موجب از بین رفت سریع موج شکن ها میشود. اما در جایی که عمق آب کم و ارتفاع امواج کوتاه است، جهت ساخت این نوع موج شکن ها می توان از ورقه های فولادی جهت تامین مقاومت خمشی موج شکن استفاده کرد زیرا این ورقها که در عمق مناسبی از زمین کوبیده میشوند مانند سدی عمل کرده که نه تنها از ورود آب به بندر جلوگیری می کنند بلکه وسایل و تاسیسات بندر را ضمن ساختمان سازی در مقابل حملات امواج حفاظت می کنند. نمونه چنین موج شکنی را در بندر تاکونایت در سواحل شمالی دریا چه سوپریور می توان دید.
آنچه در طراحی و محاسبات این سازه ها مطرح است پایداری و تعادل کل سازه به عنوان یک مجموعه یکپارچه در مقابل اثرات استاتیکی و دینامیکی امواج است. بدین منظور سازه باید طوری طراحی و محاسبه گردد که: 1- تنش وارد بر پی سازه از تنش مجاز کوچکتر گردد. 2- نشست پی سازه از نشست مجاز بیشتر نشود. 3- سازه قادر به مقاومت در مقابل واژگونی باشد.
زمانی که دیوار قائم موج شکن تحت اثر امواج خورده نشده (امواج ناشکسته) قرار می گیرد از روی آقای سارن فلو (SATN FLOU) می توان اثر نیروی امواج بر دیوار موج شکن را بدست آورد. روش ساین فلوبر این فرضیه استوار است که نیروی امواج ناشکسته اصولا استاتیکی است.
یک موج ناشکسته بعد از برخورد به دیوار قائم موج شکن برگشت می کند چنانچه در مسیر برگشت با امواج مستقیم برخورد کند در مجاورت دیوار قائم موج شکن تلاتمی از موج ایجاد میشود که به آن موج متلاطم یا (CLAPOTIS WAVE) می گویند. مرکز این موج متلاطم در بالای تراز آب دریا به فاصله از آن می باشد. برای بدست آوردن (ارتفاع موج متلاطم) از فرمول زیر استفاده میشود.
اثر امواج متلاطم بر دیوار قائم موج شکن با تغییرات زمان نسبت مستقیم داشته و می توان آنرا از رابطه زیر بدست آورد.
در این رابطه فشار ناشی از موج متلاطم است. برای بدست آوردن فشار کل امواج بر دیوار قائم موج شکن باید مقدار را با اثرات ناشی از آب آرام دریا ترکیب کرد. فرمول کلی برای بدست آوردن اثر این دو ترکیب بصورت معادله زیر نوشته میشود.
روش آقای ساین فلو برای دیوارهای عمودی و صیقلی در شرایطی که انعکاس امواج به نحو کاملی انجام می گیرد مناسبترین روش محاسبه نیروی امواج بر دیوار موج شکن های قائم است. چنانچه سطح دیوار قائم موج شکن به علت عدم صیقلی بودن باعث کند شدن حرکت عمودی آب گردد مقدار را باید به میزان 0 درصد کاهش داد.
موج شکنهای شیروانی دار
موج شکنهای شیروانی دار سازه هائی هستند که از توده عظیمی از سنگهای بزرگ، متوسط و ریز که به موازات خط ساحلی روی هم انباشته شده اند و بطرف امواج دارای شیب مناسبی میباشند بوجود آمده اند. هدف از ساختن این موج شکنها کاهش انرژی سینیتیک امواج است که این عمل بوسیله سطح مورب موج شکن که به آن شیروانی میگویند انجام میگیرد، زیرا موج موقعی که به موج شکن میرسد در روی شیروانی بالا رفته به تدریج انرژی خود را از دست میدهد: این موج شکن ها را در همه نوع زمین ها و دریاهای با امواج شدید میتوان ساخت. تنها موردی که نمیتوان آنها را ساخت موردی است که کف دریا از لجن تشکیل شده باشد زیرا قطعات سنگ در داخل لجن فرو میروند.
در ساخت موج شکنهای شیروانی دار از سنگهای طبیعی یا بلوکهای مصنوعی استفاده میشود. زاویه شیب موج شکنهای شیروانی دار در مقابله با عوامل تخریب کننده اثر مطلوبی دارد چنانچه در ساخت آنها از قطعه سنگهای بزرگتر استفاده گردد، موج شکن را میتوان با شیب تندتری ساخت که نتیجه آن 1- جلوگیری از خالی شدن پای سازه 2- کاهش حجم موج شکن 3- استفاده بیشتر از منطقه بندر 4- ایستائی بیشتر 5- کاهش هزینه ساخت موج شکن خواهد بود.
چنانچه موج شکن در دریا و دور از ساحل ساخته شود احتیاج به هیچ نوع روسازی ندارد ولی اگر به ساحل مربوط بوده و بخواهند از آن برای تفریح و منظورهای دیگری استفاده کنند آنرا با سنگ یا بتن روسازی می کنند و دیواره این روسازی را بطرف دریا میسازند تا امواجی که در برخورد با موج شکن پرتاب میشوند بر روی موج شکن بطرف داخل نریزیند.
ساختمان موج شکنهای شیروانی دار با پیشروی از طرف ساحل به دریا و یا با سنگریزی از دریا به طرف ساحل انجام میشود. در پیشروی از ساحل وسائط نقلیه که سنگها را حمل میکنند بجلو آمده سنگها را تخلیه کرده بتدریج در دریا پیش میروند. در ساختمان از طرف دریا سنگها را در روی قایقهای بزرگ قرار میدهند این قایقها در زیر دارای دریچه میباشند موقعی که قایق را به محل کار آوردند دریچه را باز کرده و سنگها در دریا تخلیه میشود و همین عمل را ادامه میدهند تا سطح موج شکن از آب بالا بیاید. موقعی که قشرهای مختلف سنگ را میریزند، تنظیم قشرها بوسیله غواصان صورت میگیرد که در زیر آب نیمرخ سنگریزی را کنترل کرده و دستوراتی برای ریختن سنگهای بعدی میدهند.
برخورد امواج عظیم به موج شکن های شیروانی دار موجب اثراتی بر زمین زیر پی و سازه پی آنها میشود و پی ها اگر چه در اعماق زمین هم فرو رفته باشند باز تحت تاثیر نیرویی برخورد امواج به موجظشکن قرار خواهند گرفت بنابراین جهت حفظ فونداسیون موج شکن های شیروانی دار در مقابل خطرات نشست بستر دریا و عبور لوله ها از زیرپی ها باید در زیرپی ها لایه ای حفاظتی از مصالح ریخته شود. ضخامت این لایه بستگی به ارتفاع آبی دارد که مصالح سازه در آن قرار میگیرد و همینطور بستگی به ابعاد سنگهای سازنده اش دارد ولی بهرحال برای یکنواخت کردن نامنظمی های بستر دریا ضخامت این لایه نباید کمتر از یک فوت انتخاب شود.
برای جلوگیری از شیب شیروانی از قطعات پوششی بنام آرمور استفاده میشود. وزن و ابعاد قطعات آرمورها، شیب شیروانی ها، دانسیته مصالح آرمورها و قفل و بند ساختن قطعات با یکدیگر متضمن اصول طراحی این نوع موج شکن ها میباشد.
تجربه نشان داده که خرابی موج شکن های شیروانی دار از قسمت راسشان بیشتر از بدنه شان است زیرا قسمتی از راس آنها معمولا با امواج برخورد مستقیم دارند. بنابراین از نظر عملی لازم است که وزن قطعات آرمورهای پوششی راس موج شکن های شیروانی دار را تا حد امکان افزایش داد.
بر اساس نتایجی که بدست آمده برای ساخت موج شکن های شیروانی دار بهتر است که آنها را به سه ناحیه تقسیم کرد و هر قسمت را با بلوکهای مخصوص به خود ساخت. ارتفاع هر قسمت بستگی به اثر مشترک امواج و جذر و مد دارد.
از قدیم الایام ثابت شده که سازه های ساخته شده از مصالح سنگی به هنگام خراب شدن شکل S بخود میگیرند، به همین جهت موج شکن جدید واقع در مانگالور هندوستان بشکل S ساخته شد تا با رفتار خاک هماهنگی پیدا کند. البته امکان ندارد که با یک روش تحلیلی دقیق بتوان نیروئی را که باعث جابجائی سنگهای آرمور میشود حساب کرد، همینطور پیش بینی اینکه تحت چه شرایط بحرانی سطح وسیعی از سنگهای آرمور به پائین شیروانی ریزش خواهند کرد و یا اینکه بطرف بالا بلند خواهند شد امکان ندارد چرا که شرایط ایستایی سازه و استحکام همه بلوکها از نظر کارگذاری ضمن اجرای عملیات ساختمانی سازه به یک اندازه نخواهد بود. از این گذشته فرمولهای موجود هم که برای طراحی این سازه ها بکار میروند به جهت آنکه پریود امواج را در محاسبات ملحوظ نداشته و از خواص هیدرودینامیکی ماده کمتر استفاده میشود برای طرح یک سازه کاملا مناسب و مطمئن نیستند. مساله مهم آنست که باید بین قطعات آرمورها و لایه های زیرین آنها اصطکاک مناسبی ایجاد کنیم تا مانع از لغزش آن لایه ها شده و از پرتاب قطعات آرمورها از داخل خاکریز به بیرون جلوگیری شود. برای اینکار باید آرمورهای لایه های زیرین را بزرگ و زبر انتخاب کرد تا نیروی اصطکاک بین آنها و آرمورهای پوششی خارجی افزایش یابد.
پایان