فیلتر می تواند به صورت شن یا ژئوتکستایل باشد:

فیلتر خاکی 

با جریان یافتن آب از یک ناحیه خاکی به ناحیه دیگر، خاک پایین دست باید معیارهای فیلتراسیون مورد نیاز را داشته باشد تا از وقوع پدیده رگاب خاک بالادست جلوگیری شود. پس خاک پایین دست باید دانه بندی مناسبی داشته باشد. 

معیارهای طراحی فیلترهای خاکی:

در اینجا از D15 ، D50 و D85  (قطری که 15، 50 و 85% ذرات از آن کوچکتر است) استفاده می شود. این شاخص ها برای خاک های هم جواری که منحنی های دانه بندی تقریبا موازی دارند به کار می رود. روابط ارائه شده قابل استفاده برای ترکیب خاک و سنگ و یا خاک های با دانه بندی گسسته نیستند و در مواردی این چنین، باید طراحی فیلتر بر اساس تست های آمایشگاهی صورت گیرد. 

برای جلوگیری از وقوع پایپینگ (احتباس) خاک بالادست درون فیلتر (رابطه 1):

برای اطمینان از نفوذپذیری کافی مصالح فیلتر (رابطه 2):

و برای جلوگیری از حرکت ذرات خاک در داخل فیلتر (رابطه 3):

در مواردی که خاک CH یا CL بدون ماسه یا سیلت داشته باشیم، اندازه D15 فیلتر در رابطه شماره 2 می تواند به بزرگی 0.016 اینچ باشد و از رابطه شماره 3 صرف نظر می شود. با این حال اگر خاک بالادست ( خاک موجود) حاوی ذرات یکنواخت غیرخمیری در اندازه سیلت یا ماسه ریز باشد، باید طراحی فیلتر سه معیار فوق را ارضا کند. 

فیلتر ژئوتکستایل

عموما از ژئوتکستایل به عنوان فیلتر مابین یک خاک ریزدانه و یک خاک با نفوذپذیری بیشتر استفاده می شود. کار ژئوتکستایل، نگه داشتن خاک ریزدانه و در عین حال اجازه عبور آب به درون خاکِ با نفوذپذیری بیشتر می باشد. پس در طراحی ژئوتکستایل باید سه عامل قابلیت نگه دارندگی، نفوذپذیری و انسداد مدنظر قرار گیرد. همچنین ژئوتکستایل باید دوام خوبی طی پروسه نصب داشته باشد.  

مراحل طراحی (طبق آیین نامه طراحی و ساخت ژئوسنتتیک FHWA ):

گام 1) تعیین دانه بندی مصالحی که باید فیلتراسیون برای آنها صورت گیرد. D85 ، D15 و Cu=D60/D10 و همچنین درصدعبوری از الک 200 باید تعیین شود. در مواردی که خاک حاوی ذرات به قطر 25 میلیمتر و بزرگتر باشد، باید تنها از دانه بندی خاک عبوری از الک نمره 4 ( 4.75 میلیمتر) در انتخاب ژئوتکستایل استفاده کرد . 

گام 2) تعیین نفوذپذیری مصالح بالادست یا پایین دستی که باید فیلتر شود. این مصالح شامل خاکریز مسلح، خاک بستر، خاک موجود و خاک پشت توده خاک مسلح می باشد. 

گام 3) اعمال معیار طراحی برای قدرت نگه دارندگی، نفوذپذیری و انسداد جهت تعیین اندازه بازشدن ظاهری ( AOS)، نفوذپذیری ( k ) و گذردهی ( ψ ) برای ژئوتکستایل. AOS ، k و ψ در یک ژئوتکستایل از تست های استاندارد ASTM بدست آمده و معمولا همان مقادیری است که توسط سازندگان ارائه می گردد. نکته حائز اهمیت در اینجا استفاده از ژئوتکستایل های نبافته ی سوزنی یا ژئوتکستایل بافته ی تک رشته ای است ( ژئوتکستایلی که از فیلم های بریده بافته شده نباید استفاده شود). 

الف) معیار نگه دارندگی – جریان پایا

با استفاده از مقادیر  D85 و Cu که در گام 1 بدست آمده، باید بزرگترین اندازه منفذ مجاز به صورت زیر تعیین شود:

که در آن:

AOS=  اندازه باز شدن ظاهری ژئوتکستایل (سایز سوراخ های آن)

B=  ضریب بی بعد

D85= قطری از ذرات خاک که 85% از ذرات از آن کوچکتر است

مقدار AOS یک ژئوتکستایل از نتایج تست ASTM D4751 بدست می آید. ضریب B مابین 0.5 تا 2 بوده و تابعی از خاک ریزدانه تر بالادست، نوع ژئوتکستایل و شرایط جریان است. برای ماسه، ماسه سیلتی و شنی و رسی ( ماسه ای که کمتر از 50% عبوری از الک نمره 200 داشته باشد)، B تابعی از ضریب یکنواختی Cu خاک بالادست است. مقادیر B برای ضرایب یکنواختی مختلف در جدول زیر ارائه شده است. 

اگر خاک بالادست حاوی هرگونه ریزدانه باشد باید فقط از بازه ی عبوری از الک 200 برای انتخاب ژئوتکستایل استفاده نمود. برای سیلت و رس ( بیش از 50% عبوری از الک 200)، B  تابعی از نوع ژئوتکستایل است (جدول زیر).

این معیارها برای خاک های پایدار و شرایط جریان پایا هستند. برای خاک های ناپایدار باید تست های آزمایشگاهی انجام شود و همچنین برای خاک هایی که Cu>20 دارند ممکن است شرایط جریان ناپایدار رخ دهد. در شرایطی که جریان سیکلیک یا دینامیکی باشد (مثل اثر موج)، توصیه می شود AOS< 0.5 D85 باشد. 

ب) معیار نفوذپذیری/ گذردهی

برای جریان پایا، گرادیان هیدرولیکی کم و خاک بالادست یکنواخت یا خوب دانه بندی شده، معیار به صورت زیر است:

در روابط فوق، k ضریب نفوذپذیری (یا رسانایی هیدرولیکی) و ψ گذردهی ژئوتکستایل است که معادل kgeotextile/tgeotextile می باشد. 

پ) معیار انسداد

پ-1) برای جریان پایا، گرادیان هیدرولیکی کم و خاک بالادست یکنواخت یا خوب دانه بندی شده:

رابطه بالا برای خاک هایی که Cu>3 داشته باشند کاربرد دارد. برای خاک های با Cu ژئوتکستایلی باید انتخاب شود که بیشترین مقدار AOS را از معیار نگه دارندگی داشته باشد. 

پ-2) دیگر شرایط

ژئوتکستایل نبافته:50 % <  تخلخل ژئوتکستایل

ژئوتکستایل بافته:  4%< درصد سطحِ باز 

گام 4) حصول اطمینان از دوام ژئوتکستایل حین فرآیند نصب. AASHTO M288(2006) معیار مقاومت مورد نیاز ژئوتکستایل جهت حفظ دوام طی پروژه های راهسازی را ارائه می دهد. این معیارها در جدول زیر قابل مشاهده است. 

از ژئوتکستایل تیپ 2 در مواردی که دوام اهمیت متوسطی داشته باشد استفاده می شود ( مثلا فیلتراسیون نمای دیوار و زهکش های پشتی). ژئوتکستایل تیپ 2 زمانی توصیه می شود که قرار است از تجهیزات سنگین اجرایی استفاده شود و یا خاکریز تیزگوشه مستقیما رو یا زیر ژئوتکستایل قرار گیرد (مثل فیلتراسیون زهکش پایه). همواره حداقل 15 سانتیمتر از مصالح اساس یا زیراساس باید مابین چرخ و ژئوتکستایل حفظ شود. 

گام 5) نمونه گیری از ژئوتکستایل، خاکریز مسلح و خاک پشت در حین ساخت جهت کنترل.

گام 6) مانیتورینگ نصب حین ساخت.

گام 7) رصد تاثیر سیستم زهکشی حین و پس از وقوع شرایط حاد مانند طوفان.

طراحی اجزای سیستم فیلتراسیون و زهکشی (قسمت دوم)

جهت دریافت مشاوره و ارائه طرح های پایدارسازی دیوارهای خاک مسلح، می توانید با ما تماس بگیرید. تیم ما آماده است تا شما را در انتخاب مناسب ترین راهکارها و محصولات یاری رساند.