رضا کاظمي اسفه : کارشناس شرکت مهندسي مشاور سازآب پردازان

مجيد مشکي زاده : کارشناس شرکت مهندسي مشاور سازآب پردازان

محمد حسن نيکي : مديريت اجرائي عمليات زيربنائي واحد دعبل ، ميرزا کوچک خان و امير کبير

منتشر شده در دومین کنفرانس ملّی تجربه های ساخت شبکه های آبیاری و زهکشی در سال ۱۳۸۶
چکیده : 
پس از احداث شبکه های اصلي آبياری و زهکشی ، يکي از روش های انتقال آب به مزارع ، استفاده از لولـه هـای پلی اتيلن مي باشد. نحوه صحيح بستر سازي و اجراي خطوط لوله هاي پلي اتيلن موضـوع مـورد بحـث ايـن مقالـه است که مي تواند درکاهش هزينه ها و دوباره کاري ها مناسب و ارزنده باشـد. در ايـن مقالـه ، بـه انـواع روش هـا و مصالح به کار رفته در اجراي لوله های آبياری پرداخته شده است . نتايج بدسـت آمـده نـشان مـي دهـد اسـتفاده از مصالح دانه بندي شني (نظير بيس ) در زمين هاي خوزستان ، بهترين نوع بستر سازي اطراف لوله‌ های پلی اتیلن مي باشد. در اين مقاله نيز به نحوه اجراي لوله هاي پلي اتيلن پرداخته شده است .

آبياری و زهکشی ، ترانشه ، لوله پلی اتيلن ، بستر سازی

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید

مقدمه
نيشکر از جمله محصولات کشاورزي است که از دير باز در نواحي جنوب غربـي ايـران کـشت مـي شـده اسـت . 
امروزه اين محصول مهم و استراتژيک پس از مجتمع نيشکر هفت تپـه در طـرح هـاي هفتگانـه توسـعه نيـشکر بـه صورت صنعتي کشت مي گردد. يکي از طرحهاي هفت گانه کشت نيشکر، واحد دعبل خزاعي است که فاصله مرکـز ثقل آن از شهر اهواز نزديک به ٣٥ کيلومتر مي باشد. در اين طرح ، نزديک به ١٢٠٠٠ هکتار از اراضي آن به کـشت نيشکر اختصاص يافته است که آب مورد نياز آن از رودخانه کارون با اسـتفاده از سيـستم پمپـاژ بـه شـبکه کانالهـا منتقل و از آنجا نيز با استفاده از پمپاژ، از کانال ها به خطوط آبياري فلزي و پلي اتيلن منتقل و سپس از طريق ايـن لوله ها و مکانيسمي که به منظور اين منظور تعريف شده است ، آبدهي مزارع صورت مي گيرد. 
در اين طرح به منظور انتقال آب به مزارع ، از دو روش انتقال آب ١- بـا اسـتفاده از لولـه هـاي فلـزي و ٢ – بـا استفاده از لوله پلي اتيلن استفاده شده است . در اين مقاله به نحوه بسترسازي و اجرای لوله های آبياری مـزارع با استفاده از لوله های پلي اتيلن پرداخته شده است . به طور کلي و بسته به عملکرد لوله پس از نصب ، لوله ها به دو گروه عمده نرم (قابل انعطاف ) و خشک (سخت ) تقسيم مي شوند. 
لوله هاي نرم در شرايط تحت فشار، قادر به حرکت و انحراف مي باشند، بدون اين که بـه سـازه آن آسـيب وارد شود. در اين رابطه مي توان به لوله هايي نظير لوله های پلی اتيلن دو جداره ، PVC اشاره نمود. برخـي مـوارد لولـه های سخت را به عنوان لوله هائی که نمي توانند انحراف زياد را تحمل کنند، به مصرف مي رسانند کـه تحـت ايـن شرايط ، تنش هاي سازهايي مثل ترک در لوله ايجاد مي شود. لوله هاي بتني با آرماتور و بدون آرمـاتور و سـفالي از اين نوع مي باشند.
 کارائي لوله هاي پلي اتيلن به ساختار خاکريزي روي آنها بستگي دارد تـا بـار را بـه بـستر انتقـال دهنـد. نـوع مصالح ، معيارهاي خاکريزي روي لوله و وضعيت بار، نقشي مهم در کارآيي لوله ها دارند. ارتفاع خاک روي لولـه کـه در آن حداقل پوشش در مکانهاي پر رفت و آمد و حداکثر پوشش تحت شرايط مختلف خاکريزي روي لوله بايـد بـه گونه اي باشد که در مرحله بهره برداري کمترين صدمه به لوله و خط وارد شود. به منظور طراحي و نـصب لولـه هاي پلي اتيلن در امر انتقال آب ، نياز به اطلاعاتي از قبيل سطح مقطـع لولـه ، مشخـصات مـواد، وضـعيت نـصب و خاکريز و موقعيت بارگذاري مي باشد. 

شرايط نصب و عوامل خاک 
عملکرد سازهاي لوله بستگي به عمل متقابل بين خاکبرداري يا خاکريزي دور لوله و لوله داشته و معمولاً با نـام واکنش متقابل خاک /لوله شناخته مي شود. خاکريزي دور لوله بايد داراي خصوصيات ساختماني و زهکشي مناسـب براي اين منظور باشد. خصوصيات ساختماني خاکريزي شامل ابعاد خاکريز دور لوله ، نوع مصالح و ميزان تـراکم مـي باشد. استانداردهاي ASTM D٢٣٢١ ,CAN/CSA B١٢٠١١  براي نصب لوله هاي پلـي اتـيلن قابـل اسـتفاده مـي باشد. 

عرض ترانشه خط لوله 
عرض ترانشه بستگي به قطر لوله ، مصالح خاکريز و شيوه متراکم کردن خاک دارد. عرض ترانشه نبايـد بـيش از فضاي مورد نياز براي جاسازي لوله و خاکريز دور آن باشد. ترانشه هاي باريک اجازه نصب صحيح لوله را نمي دهنـد در حالي که ترانشه عريض منجر به افزايش هزينه هاي بيهوده مي گردد. اين عرض را معمولاً براسـاس ابعـاد باکـت بيل هاي حفاري و نيز قطر لوله بعلاوه ١٥ تا ٢٠ سانتي متر از هر طرف لوله در نظر مي گيرند. چنانچـه از دسـتگاه کمپکتور به منظور کوبش لايه هاي خاکريز استفاده شود، عرض دستگاه کمپکتور نيز از عوامل تعيين کننده عـرض ترانشه خواهد بود. ضمناً در استاندارد ASTM  ارقامي در اين خصوص ارائه گرديده است . 
به دلايل اقتصادي و يکپارچگي سازي ، بهتر است که عرض ترانشه متناسب با قطر لوله باشد. يکي از اشـتباهات رايج اين است که تصور مي شود، براي نصب لوله هاي انعطاف پذير ترانشه بايد بسيار عريض باشد. حفـاري ترانـشه هاي عريض و پر کردن آنها نه تنها گران بوده ، بلکه باعث اختلال در يکپارچگي سيستم لوله / خاکريز دور لولـه مـي گردد. استحکام محيط خاک محل طي ساليان متمادي بوجود آمده است . بنابراين ، بايد بـه هنگـام حفـاري ترانـشه کمترين آسيب به اين استحکام برسد. مصالح و تراکم : ترکيب نوع مصالح ( شن ، ماسه ، خاک رس و يا ترکيب آنهـا و غيـره ) و ميـزان تـراکم ( تـراکم استاندارد پراکتور )استحکام خاکريز را تعيين مي کنند. اصولا مصالح دانه درشت و گوشه دار نياز به تـراکم کمتـري از مصالح ريز دانه و گرد دارند. استحکام خاکريز معمولا با نام ضريب واکنش خاک و يا ضـريب خـاک شـناخته مـي شود.

حفاری ترانشه 
١- حفر ترانشه در زمين هايي که تراز آب زير زميني وجود ندارد : براساس مشخصات ژئوتکنيکي و با توجه به نوع خاک منطقه که عمومـا  CL,ml ميباشـد، براسـاس آئـين نامـه ASTM D٢٣٢١ و ديگر مشخصات حفاري ترانشه با مقطع قائم و به عمق مشخص شده در نقشه هاي اجرايي انجام مي گيرد. در اين رابطه عرض ترانشه با توجه به اندازه هاي مختلف لولـه پلـي اتـيلن و براسـاس دسـتورالعمل ذيـل تعيين مي گردد: 
• براي اندازه هاي ٦٠٠ الي ١٢٠٠ ميلي متر (خط اصلي )، ميـانگين قطـر خـارجي لولـه آبيـاري بعـلاوه ٨٠ سانتي متر ( ٤٠ سانتي متر از هرطرف ). البته در دستور کارهاي قبلي ، ميانگين قطر خارجي لولـه آبيـاري بعلاوه ٤٠ سانتي متر ( ٢٠ سانتي متر از هر طرف ) ارائه گرديده بود که به علت عدم وجود فضاي مناسـب به منظور کار با ويبراتور و رسيدن به کمپکشن مناسب به دستورکار فعلي ، تغيير پيدا کرد. عـرض ترانـشه نبايد بيش از مقداري باشد که  با رعايت نکات ايمني لازم براي ريختن و در صـورت لـزوم متـراکم کـردن مواد پرکننده ، در هر دو سري لوله لازم است . بنابراين عـرض کانـال بـه نـوع مـواد پرکننـده ، روش تـراکم نمودن آنها و قطر لوله بستگي دارد. 
• به منظور انشعابات سايز هاي ٣٠٠ و ٤٠٠ ميلي متر، ميانگين قطر لولـه خـارجي لولـه آبيـاري بعـلاوه ٣٠ سانتي متر ( ١٥ سانتي متر از هر طرف ). 
٢ ) حفر ترانشه در زمين هايي که تراز آب زير زميني بالاست : در جائي که سطح آب زير زميني بالاست ، بايد قبل از اقدام به حفر ترانشه ، بوسيله چاه نقطـه اي ١ يـا هـر روش ديگري ، سطح آب زير زميني را تا زير خط بستر پروژه پايين برد و تحت هيچ شـرائطي کارگـذاري لولـه هـاي پلـي اتيلن در ترانشه هايي که بسترآب دارد و يا خاک آن اشباع است مجاز نمي باشد. 

عمق ترانشه 
عمق ترانشه به دليل شرايط زمين و شيب مورد نياز لوله تعيين مي گردد. به هر حال در صورت عـدم دسـتيابي به پي مناسب براي لوله ، حفاري بيشتري مورد نياز است . 

بستر سازی
بعد از حفر ترانشه ، بايد حداقل ١٠ سانتي متر با استفاده از مصالح مناسب بستر سازي صورت گيرد تا توزيع بار زير لوله به صورت مساوي انجام پذيرد.

نعلبندی
بعد از کارگذاري لوله روي بستر،بايد خاکريزي اطراف آن انجام پذيرد. به اين عمـل نعلبنـدي (ماهيچـه بنـدي ) گفته مي شود. نعلبندي بيشترين مقاومت در برابر فشار خاک و ترافيک را ايجاد مي نمايـد. مـصالح مـورد اسـتفاده بايد با بيل به زير لوله هدايت گردد و هيچ جاي خالي باقي نماند. در هنگام کوبيدن مصالح نعلبندي ، بايد دقت شود که هيچگونه جابجايي در مسير لوله حادث نگردد. نعلبندي حداقل تا نيمه لوله بايد ادامه داده شود.

خاکريزی اوليه
خاکريزي اوليه ، بار وارده بر روي نعلبندي را توزيع نموده و باعث ثابت نگه داشتن لوله مي گردد. ايـن بخـش از خاکريزي از قسمت وسط لوله تا حداقل ١٥ سانتي متر روي تاج لوله ادامه دارد. در صورتي که از مصالحي اسـتفاده شود که نياز به متراکم شدن داشته باشند، بايد دقت شود که از تجهيزات مستقيما روي لوله اسـتفاده نـشود.

خاکريزی نهائی
خاکريزي پاياني از روي خاکريزي اوليه شروع و تا حداقل ١٥ سانتي متر بالاي ترانشه (سطح زمين ) ادامـه پيـدا مي کند. اين خاکريز نگهدارنده مستقيم لوله نيست ولي نقش مهمي در تقسيم بار بر روي لوله ايفا مي کند. تـراکم مناسب در اين بخش به اندازه بخش هاي ديگر براي لوله اهميت ندارد ولي در صورت لزوم بايد به صورت لايه لايـه ريخته و متراکم گردد.

تردد ماشين آلات
در صورت تردد ماشين آلات از روي مسير لوله ها بخصوص زماني که پوشش روي لوله کمتر از يک متـر باشـد، مطمئناً باعث خساراتي به لوله مي گردد. لذا بهتر است که براي اين گونه مسيرها، جاده دسترسي طراحي گردد.

ماشين های کوبنده
کوبيدن مصالح قسمت هاي ماهيچه و خاکريزي اوليه و نهائي نياز به ماشين هاي مخصوصي دارد که بـراي ايـن گونه فضاهاي محدود استفاده شود. در چنين شرايطي به جاي کوبه هاي ماشيني از کوبه هاي دستي نيز مـي تـوان استفاده کرد. کوبه هاي دستي بايد وزن سبکي داشته باشند و ابعاد آنها بيش از ١٥×١٥ سانتیمتر نگردد. 

استفاده از بیس براي بستر سازي و خاکريزي اطراف لوله 
با توجه به اين که خاک محل اجراي طرح ها عموما" از نوع  CL,ml مي باشـد، براسـاس آئـين نامـه ASTM اجراي لوله های پلی اتيلن چنين خاکهايی با شرايط ذيل قابل پذيرش مي باشد: 
١- آب زير زميني موجب ناپايداري خاک اطراف لوله نگردد، 
٢- حداقل تراکم خاک زير و اطراف لوله ٩٥ % پروکتور استاندارد باشد. 
با توجه به اين که حداقل دو شرط فوق در خاک هاي محل اجراي طرح و يـا حتـي کوپـال بـا شـرايط خـاص اجراي لوله هاي آبياري حاصل نمي گردد، لذا از بيس استفاده شده است . 

نصب و اتصال لوله ها
نصب و اتصال لوله ها به دو روش صورت مي پذيرد :
١- جوشکاري در بالاي ترانشه
٢- جوشـکاري در پـائين 

ترانشه : 
١- جوشکاري در بالاي ترانشه : در اين روش ، لوله ها براي اندازه ١٠٠٠ تا ١٢٠٠ ميلي متر به صورت دوتايي و سايز هاي ٨٠٠ به پائين به صورت سه تايي ، درخارج ترانشه به يکـديگر جـوش و سـپس بوسـيله دو بيـل مکانيکي به درون ترانشه انتقال مي يابد. انتقال لوله هاي اتصال يافته بايد بـه گونـه اي انجـام پـذيرد کـه محور آن با افق موازي و يا به عبادت ديگر بيش از حد مجاز خم نشود. طول مجاز حفاري ترانشه : طول مجاز حفاري با توجه به تراز آب زير زميني و شرايط جوي منطقه نبايد بـيش از مقدار مورد نياز که معمولا برابر با راندمان نصب لوله و بستر سازي در طول يک روز مي باشد، بيشتر گردد. 
٢- جوشکاري درون ترانشه : پس از جوشکاري لوله هاي ٦ متري در بالاي ترانشه و تبديل آنها بـه لولـه هـاي ١٢ متري ، با احتياط و بدون وارد آمدن ضربه به آن ، به درون ترانشه انتقال مي يابند. براي جفت کـردن و جوش دادن لوله ها به خط لوله ، مي توان از دو روش ذيل استفاده نمود: 
الف ) مي توان با استفاده از جرثقيل دستي و خرک و يا وسايل مشابه ، انتهاي خـط لولـه را از کـف ترانـشه تـا ارتفاع مناسب به منظور جوشکاري ، بالا آورد. ميزان خم خط لوله نبايد از حد مجاز (يک درجـه بـراي واحـد طـول ) بيشتر گردد. بدين معني که بايد بلند کردن خط لوله ، حداقل از فاصله ٣٠ متـر از انتهـاي آن صـورت گرفتـه و بـه وسيله حداقل دو خرک  با ارتفاع مناسب ، در يک شيب يکنواخت نگهداري شود.
ب ) در اين روش ، گودالهاي به ابعاد ٨٠×٥٠ سانتي متر  حفر مي گردد کـه در  هنگـام جوشـکاري ، اپراتـور در اين گودالها قرار گرفته و عمليات جوش را انجام مي دهد. 

انواع روش هاي اتصال لوله هاي پلي اتيلن 
به منظور اتصال لوله های پلی اتيلن به يکديگر از روش های
١ – جـوش اتـويي 
٢- جـوش الکتـرو فيـوژن 
٣ – توليد نر و مادگی بر روی لوله توليدی و استفاده از اورينگ 
٤- اکسترودر دستی استفاده می شود

دسـتگاه جـوش اکسترودر دستي از قسمت هاي ذيل تشکيل شده است : 
١- مخزن ورودي که مواد تغذيه کننده جوش از طريق آن به داخل اکسترودر رانده مي شود، 
٢- المنتهاي توليد حرارت : اين المنتها در درون محفظه دستگاه قرار داشته و به منظور خميري نمـودن مـواد جوش که به حالت جامد مي باشند، استفاده مي شود. 
٣- بدنه بيروني دستگاه 
٤- مخلوط کن مواد جوش که درون بدنه دستگاه قرار دارد و به منظور مخلوط نمـودن مـواد جـوش بکـارمي رود. 
٥ ) لوله خروجي دستگاه : که مواد مخلوط و گرم شده از آنجا خارج مي گردد. 
مواد جوش : ترکيب مواد جوش بايد با مواد اوليه تشکيل دهنده جنس لوله همخـواني و مطابقـت داشـته باشـد. 
اين مواد در کارگاه به دليل رنگ آنها به مواد جوش سفيد و سياه معروفند که معمولا با نـسبت ٨٥ % سـياه و ١٥ %  سفيد ترکيب مي گردند. البته گاها به دليل تغيير در نوع مواد اين نسبت بلعکس گرديده و يا در صد مـواد ترکيبـي نيز تغيير نموده است . به هرحال بايد قبل از اسـتفاده از ايـن مـواد، درصـد اخـتلاط آنهـا در آزمايـشگاه مخصوص لوله پلی اتیلن مـستقر در کارخانه توليد لوله پلی اتيلن مشخص و ابلاغ گردد. 
جوشکاري : در کارگاه با توجه به روش هاي مختلف جوشکاري ذکر شده ، متناسب با شرايط و امکانات ، از جـوش کاري به روش اکسترودر دستي وگرم کننده استفاده مي شود. 

مراحل جوشکاری
۱- پاکسازی محل جوش : در جوشکاری لوله های پلی اتيلن محل جوش بايد به گونه اي پاکـسازي شـود کـه عاري از هرگونه  غبار، گل و لاي و يا چربي باشد. ضمنا لايه نازکي از لوله در محل نيز بايد برداشته شـود. در واقع مي توان گفت از مهمترين پارامترها در تضمين کيفيت اتصال جوش ، بکر بودن و يـا جديـد بـودن سطوح مورد جوشکاري خواهد بود . 
٢- پيش گرم نمودن محل سطوح جوشکاري : پيش گرم نمودن محل سطوح جوشکاري با رعايت دقيـق نکـات تکنيکي بايد صورت پذيرد، پيش گرم نمودن محل جوش نبايد به گونـه اي باشـد کـه سـطح مـورد نظـر، بسوزد، به گونه اي که بوي آن به مشام برسد. به منظور جلوگيري از اين موضوع جوش ، بايـد متناسـب بـا ضخامت لوله و دماي محيط و ديگر موارد،کنترل و تنظيم گردد. پيش گرم نمودن محل جوش باعث نفـوذ خمير جوش در عمق کار خواهد بود. هرچه دماي پـيش گـرم نمـودن محـل جـوش ، در عمـق بـشتري از ضخامت سطح ، نفوذ کرده باشد، استحکام جوش قويتر خواهد بود. 
٣- خمير گذاري و فشردن آن : به منظور خميرگذاري بايد از دو نفرکارگر استفاده نمود. يـک نفـر بـه منظـور نگهداري دستگاه اکسترودر و نزديک نمودن دستگاه به محل جوش و تغذيه دستگاه جوش و نفر ديگـر بـه منظور فشردن مواد جوش (خمير) به محل اتصال با استفاده از يـک چکـش مخـصوص کـه از دو قـسمت دسته و کله (سر) تشکيل شده است . قسمت دسته آن معمولا از جنس چـوب اسـت و طـول آن ١٠ تـا ١٥ سانتي متر و قسمت کله آن معمولا از جنس پلاستيک فشرده مي باشـد. شـکل قـسمت کلـه بـه صـورت کماني است . 

بحث و نتيجه گيری
با توجه به آنچه در اين بررسي به انجام رسيده است ، موارد زير را به عنوان نتيجه گيري مي توان در نظر گرفت : 
١- استفاده از مصالح مناسب به منظور پوشش اطراف لوله هاي پلي اتيلن الزامي است . 
٢- طراحي لوله هاي پلي اتيلن براي مصرف مورد نظر صورت گيرد. در صورت توليد لولـه هـا، کنتـرل مـوارد مربوط به طراحي به منظور لوله توليد شده . 
٣- عرض حفاري بايد با توجه به شرايط طرح تعيين گردد. 
٤- به منظور انجام اتصال مناسب لوله ها به يکديگر مراحل جوشکاري به دقت کنترل گردد. 

منابع مورد استفاده 
١- استاندارد ASTM   D٢٣٢١. 
٢- استاندارد   CAN/CSA B١٨٢١١، CAN/CSA B١٢٠١١٩٥ . 
٣- شرکت مهندسي مشاور سازاب پردازان . (١٣٨٣). "دستورالعمل بهره برداري از خطـوط لوله هاي پلي اتيلن ". 
٤- شرکت توسعه نيشکر و صنايع جانبي . (١٣٨٠). " دستورالعمل نصب لوله هاي پلي اتيلن " . 
٥- ملکي ، م .  (١٣٨٣). " طراحي . طراحي لوله هاي پلي اتيلن دو جداره موج دار" ، معاونـت امـور مهندسـي ، دفتر نظارت بر طرحهاي فاضلاب غرب کشور. 
٦- ملکي ، م . (١٣٨٣). " کاربرد لوله هاي پلي اتيلن دو جداره موج دار"، معاونت امور مهندسي ، دفتر نظارت بر طرحهاي فاضلاب غرب کشور. 
 
این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید