■ مشکلات اجرایی پل‌های بتنی بخش عمران

به دلیل نقش منحصر به فرد پل ها در عبور ترافیک از روی رودخانه ها، مسیل ها، تقاطع های پر ازدحام شهری و مناطق صعب العبور غیرشهری امکان ترانزیت کالا و مسافر از طریق شبکه راههای زمینی کشور، در گرو برخورداری از پل های ارتباطی مناسب می باشد. افزون بر این، قابلیت استفاده بی وقفه از پل ها در حین و پس از وقوع بلایای طبیعی، زمانی که عملیات امداد نجات باید با حداکثر سرعت ممکن صورت گیرد، اهمیتی دو چندان می یابد. پرهزینه بودن احداث پل ها و جایگاه ویژه آنها در محورهای زمینی تدوین برنامه های جامع را جهت نگهداری، بهسازی و مقاوم سازی این سازه ها اجتناب ناپذیر می نماید. از این رو بازرسی فنی و منظم پل ها جهت حصول اطمینان از ایمنی سازه ای آنها از جمله مسایل مهم در حوزه مدیریت یکپارچه پل ها می باشد
در حوزه مدیریت شریان های حیاتی، پل های بزرگراهی و راه آهن دارای اهمیت ویژه ای هستند و در هر دو مقطع مدیریت پیش از بحران و مدیریت بحران نیازمند مطالعات گسترده و اتخاذ تدابیر ویژه می باشند. حال آنکه بسیاری از پل های شریانی کشور ما هیچ گونه برنامه بازدید مشخصی ندارند. در این مقاله کوشیده شده تا با مطالعاتی دامنه دار و بررسی عمده اشکالات اجرای پلهای بتنی واشاره به انها بتوان تا حد کمی به بهبود اجرای پل های بتنی کمک نمود

مقدمه
در سال‌های اخیر شناخت از رفتار سازه‌ها و برآورد نیروهای وارد بر آنها به خصوص در هنگام زلزله از پیشرفت قابل ملاحظه‌ای برخوردار بوده و جامعه مهندسی کشور ما نیز در بخش مشاوره (طراحی سازه‌ها) به مدد حضور آیین‌نامه‌های طراحی به روز و ابزارهای قدرتمند نرم‌افزاری وارداتی، بهره‌مند شده
است. این موضوع در مراحل اول و دوم مطالعات طراحی به خوبی نمایان شده اما در اجرا متأسفانه فاصله قابل توجهی میان دانش نیروهای بخش طراحی با دانش نیروهای فنی دستگاه‌های نظارتی و پیمانکاران به وجود آمده که خود عامل مهمی در برآورده نشدن کیفیت مناسب در هنگام اجرای سازه‌ها شده است. البته این نکته نیز دور از ذهن نماند که گاهی اوقات نیز فاصله مذکور به طور معکوس و به دلیل عدم آگاهی بخش طراحی از روش‌ها و ظرفیت‌های موجود در صنعت ساخت و ساز به طرح‌هایی با قابلیت‌های اجرایی پایین ختم گردیده است. در زیر اشاره‌ای مختصر به مشکلات اجرائی پلهای بتنی می‌شود.

1- قطع پیوستگی آرماتور دورپیچ در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون‌های پل

برای استهلاک انرژی زلزله آیین‌نامه ها اجازه می‌دهند نواحی از پیش تعیین در سازه‌ها دچار تغییر شکل‌های خمیری با حفظ سختی، مقاومت و شکل‌پذیری در چرخه‌های رفت و برگشتی امواج زلزله گردند. در پل‌‌ها این نواحی بطور معمول در زیر سازه (پایه‌ها) انتخاب می‌گردند. بطور خاص در ستون‌های بتنی پایه‌ها این تغییر شکل‌ها در پای ستون‌ها و در طول ناحیه تشکیل مفصل خمیری اتفاق می‌افتند. به منظور تأمین شکل‌پذیری لازم در مناطق با خطر لرزه‌ای زیاد، آیین‌نامه‌ها همپوشانی overlap آرماتورهای دور پیچ در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون را ممنوع کرده‌اند. اما در شکل ذیل مشاهده می‌گردد که جدا از مساله همپوشانی، پیمانکار برای سهولت اجرا و به دلیل عدم آگاهی از این نکته اصولی، حتی آرماتورهای دورپیچ را هنگام اجرای فونداسیون درست در پای ستون قطع نموده است. انقطاع ایجاد شده باعث کاهش تنش‌های محصور کننده در پای ستون شده و عامل بسیار مهمی در کاهش قابل توجه شکل‌پذیری و ناپایداری پایه پل در هنگام زلزله خواهد بود.
2- وصله آرماتور طولی در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون‌های پل

براساس فلسفه مورد اشاره در قسمت قبل و مطابق مقررات آیین‌نامه‌ها آرماتور طولی ستون فقط در ناحیه نیمه میانی ارتفاع ستون مجاز می‌باشد. لازم به توضیح است که حداقل طول وصله 60 برابر قطر آرماتور طولی بوده و باید ضوابط دورپیچی ویژه برای آن اعمال گردد. متأسفانه در شکل فوق مشاهده می‌گردد که وصله آرماتور دقیقاً در ناحیه غیرمجاز ستون قرار گرفته و آرماتورهای دورپیچ نیز در فونداسیون قطع شده‌اند. موضوع اخیر از مهمترین عوامل خرابی‌های مشاهده شده در زلزله‌ها در اکثر نقاط دنیا می‌باشد.
3- عدم تأمین طول لازم برای نشیمن تیرهای بتن مسلح پیش ساخته عرشه پل

در پل‌های متشکل از عرشه با تیرهای بتن مسلح پیش ساخته در کشورمان استفاده از تکیه‌گاه نئوپرن الاستومری برای نشیمن تیرها در محل کوله‌ها و پایه‌ها بسیار رایج می‌باشد. انتظار می‌رود در هنگام زلزله، تغییر مکان طولی پل به دلیل عدم وجود میرایی در این نوع نشیمنگاه‌ها قابل توجه باشد. لذا آیین‌نامه‌ها مقرر می‌دارند که طول نشمین عرشه بر روی کوله و پایه پل از حداقل میزانی برخوردار باشد. این مهم دلیل جلوگیری از سقوط عرشه از روی کوله و پایه به داخل دهانه می‌باشد. متأسفانه در شکل زیر مشاهده می‌گردد که طول مذکور رعایت نشده است.
4- جانمایی نادرست نئوپرن در زیر تیرهای پیش‌ساخته عرشه

5- اجرای نامناسب درزهای انبساط

یکی از مسائل‌سازترین قسمت‌های پل‌ها در زمان بهره‌برداری، درزهای انبساط پل می‌باشد. هر یک از ما روزانه چندین بار ضربه وارد بر اتومبیل خود را در هنگام عبور از همین درزها تجربه می‌نماییم. در شکل زیر یک نمونه درز انبساط در حال اجرا نشان داده شده است. زمان اجرای درزهای انبساط بطور معمول همزمان با بتن‌ریزی دال می‌باشد، در این هنگام با توجه به دقت کم لحاظ شده در اجرای درز انبساطط و همچنین عدم وجود آسفالت پوششی، رویه درز و بتن اطراف آن دارای پستی بلند‌ی‌هایی خواهد شد که در هنگام اجرای آسفالت امکان اصلاح آنها وجود نخواهد داشت. لذا توصیه می‌گردد محدوده درز انبساط تا زمان اجرای آسفالت پل، بتن‌ریزی نشده و در هنگام اجرای آسفالت با تنظیم مناسب درز و آنگاه ریختن بتن مرحله دوم از هم تراز بودن سطح درز و آسفات اطمینان حاصل گردد. به علاوه از اجرای درزهای فولادی با پروفیل و ورق پوششی به دلیل شکست جوش‌های اتصالی و ایجادد مشکلات فراوان احتراز شده و به جای آنها از درزهای لاستیکی مسلح استفاده شود.
6- ترک در پلهای بتن مسلح

عوامل متعددی در خرابی پلهای بتن آرمه دخیل هستند که از جمله آنها عبور بار غیرمجاز، عدم توجه و رسیدگی و مرمت به موقع پل، مشکلات اجرایی و غیره می‌توان اشاره نمود در این بین تخصیص عمر باقیمانده پل که سالها در معرض چنین مسائل و مشکلات قرار داشته‌اند بحث مهمی می‌باشد شکستگی در پل‌های بتن آمرمه به دنبال ایجاد ترک و انتشار آن و در صورتی که به موقع نسبت به درست کردن آن اقدام نگردد بوقوع خواهد پیوست بدلیل تنوع پلهای بتنی، طبیعی است که شکل‌تر کهای ایجاد شده متنوع خواهد بود شایع‌ترین خرابی‌های مشاهده شده در این پلها به قرار زیر است.

1-6- ترک‌های شکاف خوردگی
این ترکها ناشی از بارها متمرکز بزرگ هستند به عنوان نمونه در محل تکیه‌گاه‌ها و در نواحی مهار گذازی شده در کابل‌های پیش‌تندیگی این ترکها ممکن است ایجاد شود این ترکها یک شبکه میلگرد گذاری قابل پیشگیری است.
2-6- ترکهای ناشی از انقباض پلاستیک
یکی از شایعترین موجود در سازه‌های بتنی و بخصوص بتن مسلح، ترکهای ناشی از انقباض پلاستیک بتن است این ترک پس از قرار گرفتن بتن در محل خود ایجاد می‌گردد. اگر چه این ترک‌ها ممکن است اغلب تا مدت زیادی ناشناخته و مخفی باشند این ترکها از سطوح واقع در نما شروع می‌شوند این ترکها معمولاًً در دالها که مراقب کافی از بتن آنها بعمل نیامده باشد ایجاد خواهد شد عمده‌ترین دلیل این ترکها تبخیر سریع آب از سطح بتن است پارامترهای که نرخ تبخیر را مشخص می‌کنند عبارتند از : درجه حرارت بتن، درجه حرارت هوا، نسبت رطوبت و سرعت باد در نزدیک سطح بتن. این ترکها را نباید با ترکهای طولانی مدت انقباض اشتباه کرد. این ترکها معمولاً به فرمهای زیر رخ می‌دهد.
الف) ترکها قطری 45 درجه در گوشه‌های دال (به طور مجزا از 2/0 تا 2 متر)
ب) ترکهای بسیار زیاد با طرح تصادفی
ج) ترکهای که فرم قرارگیری آرمارتورهای شبکه را دنبال می‌کنند.
این ترکها به ندرت به لبه‌های آزاد دال می‌رسند زیرا این لبه‌ها قابلیت حرکت انقباض پلاستیک دارند و این یکی از راههای متمایز ساختن آنها از ترک‌های طولانی مدت است اگر ترک‌ها فرم قرارگیری میلگرد فوقانی دال را دنبال کنند ممکن است ابتدا تشخیص آنها از ترکهای نشست پلاستیک و یا ترکهای انقباض مشکل باشد اگر بتوان نشان داد که این ترک‌ها از داخل دال عبور می‌کنند و از فرم قرارگیری فولاد تبعیت می‌کنند. بنابراین این ترک‌ها ناشی از انقباض پلاستیک هستند که توسط فولاد جهتیابی می‌شوند.
3-6- ترکهای نشست پلاستیک
این ترکها در هنگامی‌که شیره جمع شده بتن از بالا به یک مانعی مثل آرماتور و از پائین به مواد ته‌نشین و جامد بتن برخورد کند رخ خواهد داد آن ترک‌ها در موقعیت‌های زیررخ خواهند داد.
ب) در ستون‌ها و دیوارهای باریک
ج) در محل تغییر عمق یک مقطع
برای کاهش این ترکها می‌توان از بتن‌های حباب هوا برای کاهش آب بتن و کاهش عرق کردن آن استفاده نمود.
4-6- ترکهای نشست تکیه‌گاهی
نشست‌های متفاوت در پایه تکیه‌گاه‌ها در حالیکه بتن ریخته شده هنوز مقاومت لازم را کسب نکرده است، می‌تواند تغییر شکل و ترک‌هایی در بتن شود.
5-6 ترکهای ناشی از مقید بودن قسمتی از سازه در برابر حرکتهای ناشی از تغییر درجه حرارت
واکنش سیمان با آب یک واکنش شیمیایی است که در آن گرما تولید می‌شود. اگر یک عضو بتنی به اندازه کافی بزرگ باشد و توسط قالب احاطه شده باشد، نرخ رشد گرما در 24 ساعت اول بتن‌ریزی احتمالا از نرخ کاهش گرما در اتمسفر تجاوز می‌کند. و دمای بتن بالا می‌رود. بعد از چند این نرخ سقوط کرده و بتن خنک می‌شود. در نتیجه، در تمامی عضوها، که در تماس با این خنک شدن هستند. اندرکنشی ایجاد می‌گردد. بطور فرضی اگر هیچ قیدی برای این اندرکنشها موجود نباشد، ترکی ایجاد نخواهد شد. این قیود شامل قیود خارجی و قیود داخلی هستند. بعنوان مثال سطوح مرزی یک عضو بتنی سریعتر از مرکز آن خنک می‌شود و همچنین اختلاف درجه حرارت روزانه آن بییشتر از مرکز آن خواهد بود بنابراین کرنشهای حرارت متفاوتی در عرض مقطع ایجاد خواهد شد و در مقاطع ضخیم بتنی ترکها در روی سطح بتن گسترش خواهند داشت. استفاده از بتنهای سنگ آهک و مصالح سنگی گرانیت نسبت به بتنهای با مصالح متراکم‌تر بدلیل پائین بودن ضریب انبساط حرارتی، ترکهای کوچکتری را باعث می‌شوند. استفاده از میلگردهای با قطر کمتر و کاهش پوشش بتن در حد مجاز و استفاده از میلگرد آجدار باعث کاهش این ترکها خواهند شد.
6-6- ترکهای ناشی از اضافه بار، طراحی دست پائین، عدم دقت کافی در ساخت
اضافه بار یا طراحی دست پائین بطور واضح تنشهای بیش از اندازه تحمل بتن ایجاد خواهند کرد و نتیجه ترکهای متناظر با هر یک رخ خواهد داد. همچنین عدم دقت کافی در ساخت (درزهای انبساط و تراکم و ...) و یا عدم توجه به جزئیات (طول پوشش آرماتورها، محل قطع و خمو ............) بطور مشابه می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های زیاد و ترک خوردگی و گسیختگی پیش از موعد گردد.
7-6- ترکهای ناشی از خوردگی بتن و آرماتور
عوامل بسیار زیادی مطرح هستند که به صورت زیر می‌باشند.
1- ترکهای ناشیی از اثر سولفات روی سیمان در بتن
2- ترکهای ناشی از زنگ زدگی آرماتور ناشی از اثر کلرید
3- ترکهای ناشی از پوسیدگی میلگرد ناشی از قرار گرفتن در معرض رطوبت و اتمسفر
4- ترکهای پوسیدگی میلگرد ناشی از قرار گرفتن در معرض رطوبت و اتمسفر
5- ترکهای ناشی از واکنش قلیائی‌ها در سیمان با دسته مخصوصی از سنگدانه‌ها
8-6- ترکهای ناشی از ساخت، حمل و نصب قطعات پیش ساخته
وجود خطا درساخت با ترکیب تنشها درحین حمل و نصب، یک از مهمترین دلایل ترک خوردگی در اعضای بتن پیش ساخته است.
7- اجرای نامناسب نرده‌های پل
نرده‌های پل‌ها به طور معمول دارای پایه‌های فولادی جعبه‌ای شکل در فواصل معین می‌باشند که توسط صفحه ستون به بتن پیاده‌رو اتصال می‌یابند. در شکل زیر مشاهده می‌گردد که به دلیل عدم پیش‌بینی فاصله مناسب بین سطح بتن نهایی و صفحه ستون به منظور گروت‌ریزی و تنظیم آن، نصب پایه دچار مشکل شده و پیمانکار مجبور شده است از صفحات پوششی پرکننده برای تأمین فاصله استفاده نماید. این موضوع باعث کاهش مقاومت پایه فولادی در هنگام ضربه وسایل نقلیه می‌گردد.
آسیب‌پذیری لرزه‌ای پلهای بتنی
مشکلات اجرایی اشاره شده به همراه طراحی نادرست می‌تواند باعث ایجاد آسیب‌های زیر به پلها گردد.
1- فرو ریزش دهانه‌های پل از تکیه‌گاه‌ها
در زمان زلزله قابهای پل بصورت غیر هم فاز مرتعش شده و باعث کوبیده شدن قابها در درزها می‌شود اگر جابجایی قابها زیاد باشد دهانه‌های مجاور فرو خواهند ریخت.
2- ضعف لرزه‌ای ستون‌های پل
این ضعفها یا ناشی از مقاومت برشی کم یا ضعف دورگیری بتن و یا ناشی از وصله‌های پوششی ناکافی و در محل نامناسب
3- ضعف لرزه‌ای دیوار پایه‌ها
ناشی از شکست برشی که به صورت کشش قطری یا فشار قطری یا لغزش در امتداد درزهای اجرایی و یا شکست وصله‌ها و کمانش آرمارتورهای فشاری و یا ناپایداری دیوار لاغر می‌باشد.

4- ضعف‌های ناشی از محل اتصالات تیر به ستون
ناشی از ناکافی بودن ظرفیت برشی محل اتصال و محل قطع نامناسب آرماتورهای تیر می‌باشند
5- ضعف لرزه‌ای کوله‌ها
برای زلزله‌های مهم در جهت طول پل غالباًًَ کلیة نیروهای جانبی به کوله‌ها منتقل می‌شود (میزان و شدت نیروهای جانبی منتقل شده به درجه اتصال بین انتهای پل با کوله و روش پر کردن پشت آن بستگی دارد). مهمترین علل آسیب دیدن کوله‌ها در هنگام زلزله عبارتند از:
الف) جابجایی بیش از حد روسازه در راستاهای طولی و عرضی و تصادم با دیوار محافظ عرشه
ب) اثرات خاک مثل نشت یا روانگرایی یا اضافه رانش خاک که باعث افزایش نیروهای وارده بر سازه می‌شود.
6- ضعف‌های لرزه‌های شالوده‌ها
الف) فقدان یک سفره آرماتور در قسمت بالایی شالوده
ب) فقدان آرماتور برشی پی
ج) فقدان آرماتور برشی اضافی در اتصال ستون به پی و داخل اتصال
د) خم آماتور طولی اصلی ستون به سمت بیرون به جای داخل در پایه که مسائل مقاومت برشی را در اتصال تشدید می‌کند.
7- آسیب پذیری ناشی از گسترش جانبی در اثر روانگرایی خاک
الف) جابجایی جانبی کوله‌ها و پایه‌ها ناشی از گسترش جانبی خاک که می‌تواند منجر به ضربه زدن و فرو افتادن روسازه در دهانه‌های ساده گردد.
ب) چرخش‌‌های متفاوت در پایه‌های مجاور که می‌تواند منجر به فرو افتادگی دهانه‌ها گردد

منابع 8-
1- مدیریت پل- معاونت آموزش،تحقیقات و فناوری پژوهشکده حمل و نقل

2- Bridge inventory- non-deficient and deficient, NTSB publication, 2007.

3- Fuhrman, K., Desens, K., Desens,V., Minnesota Department of Transportation bridge inspection report, Metro technical document, 2007
4-عکسهای بر گرفته ازپایگاههی اینترنتی BBCوCNN
5-کتاب طراحی پل مهندس طاحونی