علل اصلی خرابی بسیاری از پلها قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، و اجراو نگهداری از آنهاست. ظرفیت گذرسیلاب از پل پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل هدایت جریان نیروهای هیدرو دینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگ شدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول ارتفاع و آرایش پایه و تکیه گاهها و مشخصات هندسی پایه هاوتکیه گاههای پل حائزاهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد.

علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پل ها هرساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.

طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از:

عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی (Flood Design) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها

جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه

بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله

فرسایش آبشستگی

فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها

نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها

بر اساس آمار و اطلاعات جمع آوری شده از خسارات سیلاب در دوره زمانی سالهای ۱۳۳۱ تا ۱۳۷۵ افزایش تخریب پلها در اثر سیلاب چشمگیر بوده است.

آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد. مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پل سازی جزصرف هزینه های زیادو بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پلسازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلهامورد توجه قرارگیرند.

تحقیقات انجام شده روی پلها نشان می دهد که علاوه بر عوامل سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پلها به کار می روند عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه پل و رودخانه در تعیین جانمایی طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پلها نقش اساسی دارند.

جانمایی و راستای قرارگیری پلها

عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های ناپایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.

انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( ۱.۵۰۰۰۰ تا ۱.۲۰۰۰۰) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.

تعیین طول پلها

به دلیل ملاحظات اقتصادی وسازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد

این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.

تعیین ارتفاع پلها

محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزهاو جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد.

 با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد.

اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت ۵۰ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قویتری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید.

در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است)سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیفتر از حالت اول می باشد و حتی در زماینکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد.

باتوجه به موارد فوق الذکر معادلات ارایه شده توسط ریچاردسون نیاز به بازبینی دارد.

انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.

هدایت جریان

شکل نامنظم رودخانه ها در مقاطع عرضی و در طول ممکن است باعث تغییرات مکانی جریان در رودخانه گردد این موضوع برای احداث پلها و عبور جریان ازمقطع آنها نامطلوب است و باید به نحوی جریان در بالادست پل یکنواخت توزیع شده و به طرف سازه هدایت گردد. این عمل توسط سازه طولی به نام دیوارهای هدایت جریان صورت می گیرد.

در بیشتر موارد مصالح مورد استفاده از رودخانه ای بوده و در قسمت سطحی و پیش بند از حفاظت های سنگچین استفاده می گردد گاهی شکل قرارگیری پل در مسیر رودخانه طوری است که به سادگی نمی توان جانمایی دیوارهای هدایت جریان و طول و مشخصات آنرا محاسبه نمود در این حالت با توجه به اهمیت پروژه پلسازی می توان از مدلهای فیزیکی جهت تعیین مشخصات آن استفاده نمود.

در طراحی پلها عوامل هیدرولیکی بسیار زیاد و پیچیده ای در رابطه با اندرکنش سازه پل و رودخانه نظیر ظرفیت آبگذری ،آبشستگی وفرسایش پایداری بازه رودخانه و نیروهای موثر جریان بر پایه ها و تکیه گاهها وجوددارند.

طراحی پلها بادر نظر گرفتن اصول مهندسی رودخانه که یکی از عوامل تعین کننده می باشد ممکن است در بسیاری از موارد طراحی سازه ای پل را تحت الشعاع قرارداده و حتی باعث تغییر سیستم باربری سازه پل گردد.

در طراحی و ساخت پلها انتخاب جانمایی طول، ارتفاع، شکل تکیه گاهها و پایه هاوعمق شالوده بر اساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی در بازه مورد نظر انجام می گردد.