رضا کاظمی اسفه : کارشناس شرکت مهندسی مشاور سازآب پردازان

مجید مشکی زاده : کارشناس شرکت مهندسی مشاور سازآب پردازان

محمد حسن نیکی : مدیریت اجرائی عملیات زیربنائی واحد دعبل ، میرزا کوچک خان و امیر کبیر

منتشر شده در دومین کنفرانس ملّی تجربه های ساخت شبکه های آبیاری و زهکشی در سال ۱۳۸۶
چکیده : 
پس از احداث شبکه های اصلی آبیاری و زهکشی ، یکی از روش های انتقال آب به مزارع ، استفاده از لولـه هـای پلی اتیلن می باشد. نحوه صحیح بستر سازی و اجرای خطوط لوله های پلی اتیلن موضـوع مـورد بحـث ایـن مقالـه است که می تواند درکاهش هزینه ها و دوباره کاری ها مناسب و ارزنده باشـد. در ایـن مقالـه ، بـه انـواع روش هـا و مصالح به کار رفته در اجرای لوله های آبیاری پرداخته شده است . نتایج بدسـت آمـده نـشان مـی دهـد اسـتفاده از مصالح دانه بندی شنی (نظیر بیس ) در زمین های خوزستان ، بهترین نوع بستر سازی اطراف لوله‌ های پلی اتیلن می باشد. در این مقاله نیز به نحوه اجرای لوله های پلی اتیلن پرداخته شده است .

آبیاری و زهکشی ، ترانشه ، لوله پلی اتیلن ، 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
نیشکر از جمله محصولات کشاورزی است که از دیر باز در نواحی جنوب غربـی ایـران کـشت مـی شـده اسـت . 
امروزه این محصول مهم و استراتژیک پس از مجتمع نیشکر هفت تپـه در طـرح هـای هفتگانـه توسـعه نیـشکر بـه صورت صنعتی کشت می گردد. یکی از طرحهای هفت گانه کشت نیشکر، واحد دعبل خزاعی است که فاصله مرکـز ثقل آن از شهر اهواز نزدیک به ٣۵ کیلومتر می باشد. در این طرح ، نزدیک به ١٢٠٠٠ هکتار از اراضی آن به کـشت نیشکر اختصاص یافته است که آب مورد نیاز آن از رودخانه کارون با اسـتفاده از سیـستم پمپـاژ بـه شـبکه کانالهـا منتقل و از آنجا نیز با استفاده از پمپاژ، از کانال ها به خطوط آبیاری فلزی و پلی اتیلن منتقل و سپس از طریق ایـن لوله ها و مکانیسمی که به منظور این منظور تعریف شده است ، آبدهی مزارع صورت می گیرد. 
در این طرح به منظور انتقال آب به مزارع ، از دو روش انتقال آب ١- بـا اسـتفاده از لولـه هـای فلـزی و ٢ – بـا استفاده از لوله پلی اتیلن استفاده شده است . در این مقاله به نحوه بسترسازی و اجرای لوله های آبیاری مـزارع با استفاده از لوله های پلی اتیلن پرداخته شده است . به طور کلی و بسته به عملکرد لوله پس از نصب ، لوله ها به دو گروه عمده نرم (قابل انعطاف ) و خشک (سخت ) تقسیم می شوند. 
لوله های نرم در شرایط تحت فشار، قادر به حرکت و انحراف می باشند، بدون این که بـه سـازه آن آسـیب وارد شود. در این رابطه می توان به لوله هایی نظیر لوله های پلی اتیلن دو جداره ، PVC اشاره نمود. برخـی مـوارد لولـه های سخت را به عنوان لوله هائی که نمی توانند انحراف زیاد را تحمل کنند، به مصرف می رسانند کـه تحـت ایـن شرایط ، تنش های سازهایی مثل ترک در لوله ایجاد می شود. لوله های بتنی با آرماتور و بدون آرمـاتور و سـفالی از این نوع می باشند.
 کارائی لوله های پلی اتیلن به ساختار خاکریزی روی آنها بستگی دارد تـا بـار را بـه بـستر انتقـال دهنـد. نـوع مصالح ، معیارهای خاکریزی روی لوله و وضعیت بار، نقشی مهم در کارآیی لوله ها دارند. ارتفاع خاک روی لولـه کـه در آن حداقل پوشش در مکانهای پر رفت و آمد و حداکثر پوشش تحت شرایط مختلف خاکریزی روی لوله بایـد بـه گونه ای باشد که در مرحله بهره برداری کمترین صدمه به لوله و خط وارد شود. به منظور طراحی و نـصب لولـه های پلی اتیلن در امر انتقال آب ، نیاز به اطلاعاتی از قبیل سطح مقطـع لولـه ، مشخـصات مـواد، وضـعیت نـصب و خاکریز و موقعیت بارگذاری می باشد. 

شرایط نصب و عوامل خاک 
عملکرد سازهای لوله بستگی به عمل متقابل بین خاکبرداری یا خاکریزی دور لوله و لوله داشته و معمولاً با نـام واکنش متقابل خاک /لوله شناخته می شود. خاکریزی دور لوله باید دارای خصوصیات ساختمانی و زهکشی مناسـب برای این منظور باشد. خصوصیات ساختمانی خاکریزی شامل ابعاد خاکریز دور لوله ، نوع مصالح و میزان تـراکم مـی باشد. استانداردهای ASTM D٢٣٢١ ,CAN/CSA B١٢٠١١  برای نصب لوله های پلـی اتـیلن قابـل اسـتفاده مـی باشد. 

عرض ترانشه خط لوله 
عرض ترانشه بستگی به قطر لوله ، مصالح خاکریز و شیوه متراکم کردن خاک دارد. عرض ترانشه نبایـد بـیش از فضای مورد نیاز برای جاسازی لوله و خاکریز دور آن باشد. ترانشه های باریک اجازه نصب صحیح لوله را نمی دهنـد در حالی که ترانشه عریض منجر به افزایش هزینه های بیهوده می گردد. این عرض را معمولاً براسـاس ابعـاد باکـت بیل های حفاری و نیز قطر لوله بعلاوه ١۵ تا ٢٠ سانتی متر از هر طرف لوله در نظر می گیرند. چنانچـه از دسـتگاه کمپکتور به منظور کوبش لایه های خاکریز استفاده شود، عرض دستگاه کمپکتور نیز از عوامل تعیین کننده عـرض ترانشه خواهد بود. ضمناً در استاندارد ASTM  ارقامی در این خصوص ارائه گردیده است . 
به دلایل اقتصادی و یکپارچگی سازی ، بهتر است که عرض ترانشه متناسب با قطر لوله باشد. یکی از اشـتباهات رایج این است که تصور می شود، برای نصب لوله های انعطاف پذیر ترانشه باید بسیار عریض باشد. حفـاری ترانـشه های عریض و پر کردن آنها نه تنها گران بوده ، بلکه باعث اختلال در یکپارچگی سیستم لوله / خاکریز دور لولـه مـی گردد. استحکام محیط خاک محل طی سالیان متمادی بوجود آمده است . بنابراین ، باید بـه هنگـام حفـاری ترانـشه کمترین آسیب به این استحکام برسد. مصالح و تراکم : ترکیب نوع مصالح ( شن ، ماسه ، خاک رس و یا ترکیب آنهـا و غیـره ) و میـزان تـراکم ( تـراکم استاندارد پراکتور )استحکام خاکریز را تعیین می کنند. اصولا مصالح دانه درشت و گوشه دار نیاز به تـراکم کمتـری از مصالح ریز دانه و گرد دارند. استحکام خاکریز معمولا با نام ضریب واکنش خاک و یا ضـریب خـاک شـناخته مـی شود.

حفاری ترانشه 
١- حفر ترانشه در زمین هایی که تراز آب زیر زمینی وجود ندارد : براساس مشخصات ژئوتکنیکی و با توجه به نوع خاک منطقه که عمومـا  CL,ml میباشـد، براسـاس آئـین نامـه ASTM D٢٣٢١ و دیگر مشخصات حفاری ترانشه با مقطع قائم و به عمق مشخص شده در نقشه های اجرایی انجام می گیرد. در این رابطه عرض ترانشه با توجه به اندازه های مختلف لولـه پلـی اتـیلن و براسـاس دسـتورالعمل ذیـل تعیین می گردد: 
• برای اندازه های ۶٠٠ الی ١٢٠٠ میلی متر (خط اصلی )، میـانگین قطـر خـارجی لولـه آبیـاری بعـلاوه ٨٠ سانتی متر ( ۴٠ سانتی متر از هرطرف ). البته در دستور کارهای قبلی ، میانگین قطر خارجی لولـه آبیـاری بعلاوه ۴٠ سانتی متر ( ٢٠ سانتی متر از هر طرف ) ارائه گردیده بود که به علت عدم وجود فضای مناسـب به منظور کار با ویبراتور و رسیدن به کمپکشن مناسب به دستورکار فعلی ، تغییر پیدا کرد. عـرض ترانـشه نباید بیش از مقداری باشد که  با رعایت نکات ایمنی لازم برای ریختن و در صـورت لـزوم متـراکم کـردن مواد پرکننده ، در هر دو سری لوله لازم است . بنابراین عـرض کانـال بـه نـوع مـواد پرکننـده ، روش تـراکم نمودن آنها و قطر لوله بستگی دارد. 
• به منظور انشعابات سایز های ٣٠٠ و ۴٠٠ میلی متر، میانگین قطر لولـه خـارجی لولـه آبیـاری بعـلاوه ٣٠ سانتی متر ( ١۵ سانتی متر از هر طرف ). 
٢ ) حفر ترانشه در زمین هایی که تراز آب زیر زمینی بالاست : در جائی که سطح آب زیر زمینی بالاست ، باید قبل از اقدام به حفر ترانشه ، بوسیله چاه نقطـه ای ١ یـا هـر روش دیگری ، سطح آب زیر زمینی را تا زیر خط بستر پروژه پایین برد و تحت هیچ شـرائطی کارگـذاری لولـه هـای پلـی اتیلن در ترانشه هایی که بسترآب دارد و یا خاک آن اشباع است مجاز نمی باشد. 

عمق ترانشه 
عمق ترانشه به دلیل شرایط زمین و شیب مورد نیاز لوله تعیین می گردد. به هر حال در صورت عـدم دسـتیابی به پی مناسب برای لوله ، حفاری بیشتری مورد نیاز است . 

بستر سازی
بعد از حفر ترانشه ، باید حداقل ١٠ سانتی متر با استفاده از مصالح مناسب بستر سازی صورت گیرد تا توزیع بار زیر لوله به صورت مساوی انجام پذیرد.

نعلبندی
بعد از کارگذاری لوله روی بستر،باید خاکریزی اطراف آن انجام پذیرد. به این عمـل نعلبنـدی (ماهیچـه بنـدی ) گفته می شود. نعلبندی بیشترین مقاومت در برابر فشار خاک و ترافیک را ایجاد می نمایـد. مـصالح مـورد اسـتفاده باید با بیل به زیر لوله هدایت گردد و هیچ جای خالی باقی نماند. در هنگام کوبیدن مصالح نعلبندی ، باید دقت شود که هیچگونه جابجایی در مسیر لوله حادث نگردد. نعلبندی حداقل تا نیمه لوله باید ادامه داده شود.

خاکریزی اولیه
خاکریزی اولیه ، بار وارده بر روی نعلبندی را توزیع نموده و باعث ثابت نگه داشتن لوله می گردد. ایـن بخـش از خاکریزی از قسمت وسط لوله تا حداقل ١۵ سانتی متر روی تاج لوله ادامه دارد. در صورتی که از مصالحی اسـتفاده شود که نیاز به متراکم شدن داشته باشند، باید دقت شود که از تجهیزات مستقیما روی لوله اسـتفاده نـشود.

خاکریزی نهائی
خاکریزی پایانی از روی خاکریزی اولیه شروع و تا حداقل ١۵ سانتی متر بالای ترانشه (سطح زمین ) ادامـه پیـدا می کند. این خاکریز نگهدارنده مستقیم لوله نیست ولی نقش مهمی در تقسیم بار بر روی لوله ایفا می کند. تـراکم مناسب در این بخش به اندازه بخش های دیگر برای لوله اهمیت ندارد ولی در صورت لزوم باید به صورت لایه لایـه ریخته و متراکم گردد.

تردد ماشین آلات
در صورت تردد ماشین آلات از روی مسیر لوله ها بخصوص زمانی که پوشش روی لوله کمتر از یک متـر باشـد، مطمئناً باعث خساراتی به لوله می گردد. لذا بهتر است که برای این گونه مسیرها، جاده دسترسی طراحی گردد.

ماشین های کوبنده
کوبیدن مصالح قسمت های ماهیچه و خاکریزی اولیه و نهائی نیاز به ماشین های مخصوصی دارد که بـرای ایـن گونه فضاهای محدود استفاده شود. در چنین شرایطی به جای کوبه های ماشینی از کوبه های دستی نیز مـی تـوان استفاده کرد. کوبه های دستی باید وزن سبکی داشته باشند و ابعاد آنها بیش از ١۵×١۵ سانتیمتر نگردد. 

استفاده از بیس برای بستر سازی و خاکریزی اطراف لوله 
با توجه به این که خاک محل اجرای طرح ها عموما" از نوع  CL,ml می باشـد، براسـاس آئـین نامـه ASTM اجرای لوله های پلی اتیلن چنین خاکهایی با شرایط ذیل قابل پذیرش می باشد: 
١- آب زیر زمینی موجب ناپایداری خاک اطراف لوله نگردد، 
٢- حداقل تراکم خاک زیر و اطراف لوله ٩۵ % پروکتور استاندارد باشد. 
با توجه به این که حداقل دو شرط فوق در خاک های محل اجرای طرح و یـا حتـی کوپـال بـا شـرایط خـاص اجرای لوله های آبیاری حاصل نمی گردد، لذا از بیس استفاده شده است . 

نصب و اتصال لوله ها
نصب و اتصال لوله ها به دو روش صورت می پذیرد :
١- جوشکاری در بالای ترانشه
٢- جوشـکاری در پـائین 

ترانشه : 
١- جوشکاری در بالای ترانشه : در این روش ، لوله ها برای اندازه ١٠٠٠ تا ١٢٠٠ میلی متر به صورت دوتایی و سایز های ٨٠٠ به پائین به صورت سه تایی ، درخارج ترانشه به یکـدیگر جـوش و سـپس بوسـیله دو بیـل مکانیکی به درون ترانشه انتقال می یابد. انتقال لوله های اتصال یافته باید بـه گونـه ای انجـام پـذیرد کـه محور آن با افق موازی و یا به عبادت دیگر بیش از حد مجاز خم نشود. طول مجاز حفاری ترانشه : طول مجاز حفاری با توجه به تراز آب زیر زمینی و شرایط جوی منطقه نباید بـیش از مقدار مورد نیاز که معمولا برابر با راندمان نصب لوله و بستر سازی در طول یک روز می باشد، بیشتر گردد. 
٢- جوشکاری درون ترانشه : پس از جوشکاری لوله های ۶ متری در بالای ترانشه و تبدیل آنها بـه لولـه هـای ١٢ متری ، با احتیاط و بدون وارد آمدن ضربه به آن ، به درون ترانشه انتقال می یابند. برای جفت کـردن و جوش دادن لوله ها به خط لوله ، می توان از دو روش ذیل استفاده نمود: 
الف ) می توان با استفاده از جرثقیل دستی و خرک و یا وسایل مشابه ، انتهای خـط لولـه را از کـف ترانـشه تـا ارتفاع مناسب به منظور جوشکاری ، بالا آورد. میزان خم خط لوله نباید از حد مجاز (یک درجـه بـرای واحـد طـول ) بیشتر گردد. بدین معنی که باید بلند کردن خط لوله ، حداقل از فاصله ٣٠ متـر از انتهـای آن صـورت گرفتـه و بـه وسیله حداقل دو خرک  با ارتفاع مناسب ، در یک شیب یکنواخت نگهداری شود.
ب ) در این روش ، گودالهای به ابعاد ٨٠×۵٠ سانتی متر  حفر می گردد کـه در  هنگـام جوشـکاری ، اپراتـور در این گودالها قرار گرفته و عملیات جوش را انجام می دهد. 

انواع روش های اتصال لوله های پلی اتیلن 
به منظور اتصال لوله های پلی اتیلن به یکدیگر از روش های
١ – جـوش اتـویی 
٢- جـوش الکتـرو فیـوژن 
٣ – تولید نر و مادگی بر روی لوله تولیدی و استفاده از اورینگ 
۴- اکسترودر دستی استفاده می شود

دسـتگاه جـوش اکسترودر دستی از قسمت های ذیل تشکیل شده است : 
١- مخزن ورودی که مواد تغذیه کننده جوش از طریق آن به داخل اکسترودر رانده می شود، 
٢- المنتهای تولید حرارت : این المنتها در درون محفظه دستگاه قرار داشته و به منظور خمیری نمـودن مـواد جوش که به حالت جامد می باشند، استفاده می شود. 
٣- بدنه بیرونی دستگاه 
۴- مخلوط کن مواد جوش که درون بدنه دستگاه قرار دارد و به منظور مخلوط نمـودن مـواد جـوش بکـارمی رود. 
۵ ) لوله خروجی دستگاه : که مواد مخلوط و گرم شده از آنجا خارج می گردد. 
مواد جوش : ترکیب مواد جوش باید با مواد اولیه تشکیل دهنده جنس لوله همخـوانی و مطابقـت داشـته باشـد. 
این مواد در کارگاه به دلیل رنگ آنها به مواد جوش سفید و سیاه معروفند که معمولا با نـسبت ٨۵ % سـیاه و ١۵ %  سفید ترکیب می گردند. البته گاها به دلیل تغییر در نوع مواد این نسبت بلعکس گردیده و یا در صد مـواد ترکیبـی نیز تغییر نموده است . به هرحال باید قبل از اسـتفاده از ایـن مـواد، درصـد اخـتلاط آنهـا در آزمایـشگاه مخصوص لوله پلی اتیلن مـستقر در کارخانه تولید لوله پلی اتیلن مشخص و ابلاغ گردد. 
جوشکاری : در کارگاه با توجه به روش های مختلف جوشکاری ذکر شده ، متناسب با شرایط و امکانات ، از جـوش کاری به روش اکسترودر دستی وگرم کننده استفاده می شود. 

مراحل جوشکاری
۱- پاکسازی محل جوش : در جوشکاری لوله های پلی اتیلن محل جوش باید به گونه ای پاکـسازی شـود کـه عاری از هرگونه  غبار، گل و لای و یا چربی باشد. ضمنا لایه نازکی از لوله در محل نیز باید برداشته شـود. در واقع می توان گفت از مهمترین پارامترها در تضمین کیفیت اتصال جوش ، بکر بودن و یـا جدیـد بـودن سطوح مورد جوشکاری خواهد بود . 
٢- پیش گرم نمودن محل سطوح جوشکاری : پیش گرم نمودن محل سطوح جوشکاری با رعایت دقیـق نکـات تکنیکی باید صورت پذیرد، پیش گرم نمودن محل جوش نباید به گونـه ای باشـد کـه سـطح مـورد نظـر، بسوزد، به گونه ای که بوی آن به مشام برسد. به منظور جلوگیری از این موضوع جوش ، بایـد متناسـب بـا ضخامت لوله و دمای محیط و دیگر موارد،کنترل و تنظیم گردد. پیش گرم نمودن محل جوش باعث نفـوذ خمیر جوش در عمق کار خواهد بود. هرچه دمای پـیش گـرم نمـودن محـل جـوش ، در عمـق بـشتری از ضخامت سطح ، نفوذ کرده باشد، استحکام جوش قویتر خواهد بود. 
٣- خمیر گذاری و فشردن آن : به منظور خمیرگذاری باید از دو نفرکارگر استفاده نمود. یـک نفـر بـه منظـور نگهداری دستگاه اکسترودر و نزدیک نمودن دستگاه به محل جوش و تغذیه دستگاه جوش و نفر دیگـر بـه منظور فشردن مواد جوش (خمیر) به محل اتصال با استفاده از یـک چکـش مخـصوص کـه از دو قـسمت دسته و کله (سر) تشکیل شده است . قسمت دسته آن معمولا از جنس چـوب اسـت و طـول آن ١٠ تـا ١۵ سانتی متر و قسمت کله آن معمولا از جنس پلاستیک فشرده می باشـد. شـکل قـسمت کلـه بـه صـورت کمانی است . 

بحث و نتیجه گیری
با توجه به آنچه در این بررسی به انجام رسیده است ، موارد زیر را به عنوان نتیجه گیری می توان در نظر گرفت : 
١- استفاده از مصالح مناسب به منظور پوشش اطراف لوله های پلی اتیلن الزامی است . 
٢- طراحی لوله های پلی اتیلن برای مصرف مورد نظر صورت گیرد. در صورت تولید لولـه هـا، کنتـرل مـوارد مربوط به طراحی به منظور لوله تولید شده . 
٣- عرض حفاری باید با توجه به شرایط طرح تعیین گردد. 
۴- به منظور انجام اتصال مناسب لوله ها به یکدیگر مراحل جوشکاری به دقت کنترل گردد. 

منابع مورد استفاده 
١- استاندارد ASTM   D٢٣٢١. 
٢- استاندارد   CAN/CSA B١٨٢١١، CAN/CSA B١٢٠١١٩۵ . 
٣- شرکت مهندسی مشاور سازاب پردازان . (١٣٨٣). "دستورالعمل بهره برداری از خطـوط لوله های پلی اتیلن ". 
۴- شرکت توسعه نیشکر و صنایع جانبی . (١٣٨٠). " دستورالعمل نصب لوله های پلی اتیلن " . 
۵- ملکی ، م .  (١٣٨٣). " طراحی . طراحی لوله های پلی اتیلن دو جداره موج دار" ، معاونـت امـور مهندسـی ، دفتر نظارت بر طرحهای فاضلاب غرب کشور. 
۶- ملکی ، م . (١٣٨٣). " کاربرد لوله های پلی اتیلن دو جداره موج دار"، معاونت امور مهندسی ، دفتر نظارت بر طرحهای 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