کالورت چیست – مواد، طراحی و انواع

مقدمه:
کالورت ساختاری است که برای عبور جریان آب، مانند رودخانه یا زهکشی، از زیر جاده، راه‌آهن یا مانع مشابه طراحی شده است. این یک جزء ضروری از زیرساخت حمل‌ونقل است که از آب‌گرفتگی جلوگیری می‌کند، جریان آب را حفظ می‌کند و یکپارچگی جاده یا راه‌آهن بالایی را تضمین می‌کند. کالورت‌ها معمولاً با استفاده از مواد بادوام مانند بتن، فولاد یا پلاستیک ساخته می‌شوند. آن‌ها در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارند که بستگی به نیازهای خاص سایت و حجم آبی که باید انتقال یابد دارد. اشکال رایج کالورت شامل دایره‌ای، جعبه‌ای، بیضی و قوسی لوله‌ای است.

طراحی و نصب کالورت‌ها عواملی مانند جریان آب anticipated، زمین‌شناسی و ملاحظات زیست‌محیطی منطقه اطراف را در نظر می‌گیرد. طراحی مناسب تضمین می‌کند که کالورت می‌تواند در برابر نیروهای هیدرولیکی exerted توسط آب جاری مقاومت کند در حالی که یکپارچگی ساختاری را حفظ می‌کند.

کالورت چیست؟
کالورت تونلی است که زیر یک جاده یا خط راه‌آهن ساخته می‌شود تا به جریان آب در هر دو جهت کمک کند یا خطوط برق و سایر خطوط را از یک سمت به سمت دیگر منتقل کند. این ساختار از همه طرف با خاک یا زمین احاطه شده است. بیشتر اوقات، کالورت‌های لوله‌ای، جعبه‌ای و قوسی در زیر جاده‌ها و راه‌آهن استفاده می‌شوند. طراحی یک کالورت بر اساس هیدرولیک، ارتفاع سطح آب، ارتفاع جاده و سایر عوامل انجام می‌شود. از این سازه‌ها برای کنترل جریان آب استفاده می‌شود.

کالورت‌ها معمولاً از مواد بادوام مانند بتن، فولاد یا پلاستیک ساخته می‌شوند و بسته به نیازهای خاص سایت در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارند. رایج‌ترین اشکال شامل کالورت‌های گرد، مستطیلی و بیضی است. عملکرد اولیه کالورت هدایت جریان آب از یک سمت مانع به سمت دیگر است که حرکت continuous آب را تضمین کرده و هرگونه تأثیر منفی بر حمل‌ونقل یا محیط زیست اطراف را به حداقل می‌رساند. با اجازه دادن به عبور آب از زیر، کالورت‌ها به حفظ یکپارچگی جاده‌ها، راه‌آهن و سایر زیرساخت‌ها کمک می‌کنند.

کالورت‌ها معمولاً در هنگام ساخت جاده‌ها، پل‌ها یا سایر سیستم‌های حمل‌ونقل که در آن یک مسیر آبی با مسیر ساختگی تقاطع دارد، نصب می‌شوند. آن‌ها به طور استراتژیک قرار داده می‌شوند تا نرخ‌های جریان آب expected را مدیریت کرده و از انسداد یا سرریز شدن در طی بارندگی شدید یا سیل جلوگیری کنند. کالورت‌ها ممکن است برای هدایت جوی‌ها یا رودخانه‌ها در زیر سازه‌های مصنوعی نیز استفاده شوند.

مواد مورد استفاده برای ساخت کالورت:
کالورت‌ها سازه‌هایی هستند که برای عبور جریان آب از زیر جاده‌ها، راه‌آهن یا موانع دیگر طراحی شده‌اند. بسته به جریان آب مورد انتظار، شرایط محیطی و بودجه، آن‌ها می‌توانند از مواد مختلفی ساخته شوند. در ادامه برخی از مواد رایج مورد استفاده برای ساخت کالورت آورده شده است:

(i) بتن: کالورت‌های بتنی به طور گسترده برای دوام و استحکام مورد استفاده قرار می‌گیرند. لوله‌های بتن مسلح یا مقاطع بتنی پیش‌ساخته معمولاً برای ساخت کالورت استفاده می‌شوند. بتن مقاومت عالی در برابر خوردگی ارائه می‌دهد و می‌تواند بارهای سنگین را تحمل کند.

(ii) فولاد: کالورت‌های فولادی اغلب زمانی استفاده می‌شوند که نسبت استحکام به وزن بالا مورد نیاز باشد یا باید از پیش ساخته شده و به سایت ساخت‌وساز منتقل شوند. لوله‌های فولادی موجدار معمولاً استفاده می‌شوند و در اشکال و اندازه‌های مختلف موجود هستند.

(iii) آلومینیوم: کالورت‌های آلومینیومی سبک‌وزن و مقاوم در برابر خوردگی هستند و آن‌ها را برای نصب کالورت در شرایطی که وزن یا شرایط خورنده وجود دارد مناسب می‌سازد. آن‌ها معمولاً در مناطق ساحلی یا مکان‌هایی با محتوای نمک بالا در خاک استفاده می‌شوند.

(iv) پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE): کالورت‌های HDPE سبک‌وزن، انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر خوردگی هستند. آن‌ها معمولاً به عنوان لوله‌های موجدار با قطر بزرگ یا مقاطع کالورت عرضه می‌شوند. کالورت‌های HDPE نصب آسانی دارند و به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند.

(v) پلی وینیل کلرید (PVC): کالورت‌های PVC سبک‌وزن، بادوام و مقاوم در برابر خوردگی هستند. آن‌ها معمولاً برای کاربردهای کالورت کوچکتر مانند راه‌های ورودی مسکونی یا سیستم‌های زهکشی کشاورزی استفاده می‌شوند. لوله‌های PVC در قطرهای مختلف موجود هستند و می‌توانند به راحتی با استفاده از اتصالات به هم متصل شوند.

(vi) مصالح بنایی: در برخی موارد، مصالح بنایی مانند آجر یا سنگ ممکن است برای ساخت کالورت استفاده شوند. این مواد اغلب برای کالورت‌های کوچکتر یا زمانی که ملاحظات زیبایی‌شناختی مهم هستند استفاده می‌شوند.

طراحی کالورت:

طراحی یک کالورت چندین عامل را در نظر می‌گیرد تا عملکرد، یکپارچگی ساختاری و کارایی آن در مدیریت جریان آب را تضمین کند. در ادامه جنبه‌های کلیدی طراحی کالورت آورده شده است:

(i) تحلیل هیدرولوژی: فرآیند طراحی با ارزیابی ویژگی‌های هیدرولوژیکی منطقه آغاز می‌شود که شامل نرخ‌ها و حجم‌های جریان anticipated آب است. مهندسان داده‌های بارندگی، ویژگی‌های حوضه آبریز و توپوگرافی را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا جریان طراحی که کالورت باید آن را مدیریت کند، تعیین شود.

(ii) ملاحظات هیدرولیکی: بر اساس جریان طراحی، ویژگی‌های هیدرولیکی کالورت تعیین می‌شود. این شامل محاسبه اندازه و شکل کالورت برای تطابق با جریان آب مورد انتظار بدون ایجاد پساب یا سیلاب excessive است. ملاحظات هیدرولیکی همچنین شامل تعیین شرایط ورود و خروج کالورت برای به حداقل رساندن تلفات انرژی و ترویج جریان کارآمد می‌شود.

(iii) طراحی سازه‌ای: طراحی سازه‌ای یک کالورت شامل انتخاب مواد، شکل و ابعاد مناسب برای مقاومت در برابر بارها و نیروهایی است که تجربه خواهد کرد. عواملی مانند نوع ترافیک above کالورت، شرایط خاک و فشارهای آب anticipated در نظر گرفته می‌شوند. اشکال رایج کالورت شامل دایره‌ای، جعبه‌ای و قوسی لوله‌ای است که شکل دایره‌ای به دلیل کارایی ساختاری آن رایج‌ترین است.

(iv) طراحی ورودی و خروجی: طراحی مناسب ورودی و خروجی کالورت برای حفظ جریان کارآمد و جلوگیری از فرسایش بسیار مهم است. ورودی باید به گونه‌ای طراحی شود که ورود جریان به کالورت را کنترل کند، turbulence و انسدادهای potential را به حداقل برساند. به طور مشابه، خروجی باید به گونه‌ای طراحی شود که از فرسایش و scour excessive در downstream جلوگیری کند.

(v) شرایط سایت: ویژگی‌های فیزیکی سایت، مانند شرایط خاک، سطح آب زیرزمینی و پایداری شیب، نقش مهمی در طراحی کالورت ایفا می‌کنند. مهندسان این عوامل را ارزیابی می‌کنند تا فونداسیون و ملزومات bedding مناسب را تعیین کنند و اطمینان حاصل کنند که کالورت به درستی supported شده و در برابر نشست یا حرکت محافظت می‌شود.

(vi) ملاحظات ساخت و نگهداری: طراحی کالورت باید امکان‌پذیری ساخت و نگهداری بلندمدت را در نظر بگیرد. عواملی مانند سهولت نصب، دسترسی برای نگهداری و بازرسی، و دوام مواد در نظر گرفته می‌شوند تا طول عمر و مقرون‌به‌صرفه بودن کالورت تضمین شود.

انواع کالورت‌ها:
۱. کالورت جعبه‌ای:

کالورت جعبه‌ای یک ساختار مستطیلی یا مربعی شکل است که آب یا سایر سیالات را عمدتاً از زیر جاده‌ها، راه‌آهن یا کانال‌ها انتقال می‌دهد. این نوعی کالورت است که مسیری برای جریان آب فراهم می‌کند و به آن اجازه می‌دهد از زیر یک مانع عبور کند. کالورت‌های جعبه‌ای معمولاً با استفاده از بتن مسلح یا قطعات بتنی پیش‌ساخته ساخته می‌شوند. این ساختار شامل چندین جعبه مستطیلی یا مربعی به هم پیوسته است که یک مجرای continuous تشکیل می‌دهند. جعبه‌ها معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شوند که در برابر بارهای خارجی exerted شده توسط خاک و ترافیک عبوری از روی آنها مقاومت کنند.

کالورت‌های جعبه‌ای به ویژه در طی بارندگی شدید یا سیلاب، آب را به طور ایمن و کارآمد انتقال می‌دهند و در عین حال اجازه عبور وسایل نقلیه یا افراد را در بالا می‌دهند. هنگامی که ظرفیت هیدرولیکی از کالورت‌های لوله‌ای فراتر می‌رود، از آنها استفاده می‌شود. اندازه‌های کالورت جعبه‌ای به نیازهای هیدرولیکی و بارهای ترافیکی بستگی دارد. بسته به عرض تقاطع و شرایط جریان، می‌توان آنها را با یک یا چند جعبه به صورت موازی نصب کرد.

۲. کالورت قوسی:

کالورت‌های قوسی در مهندسی عمران و زیرساخت حمل‌ونقل استفاده می‌شوند تا به آب اجازه عبور از زیر جاده، راه‌آهن یا سایر موانع مصنوعی را بدهند. این سازه آب را به طور ایمن و کارآمد انتقال می‌دهد در حالی که از roadway یا خاکریز بالایی پشتیبانی می‌کند. کالورت‌های قوسی دارای شکل قوسی یا نیم‌دایره‌ای هستند. این طراحی به کالورت اجازه می‌دهد بار بالایی را به طور یکنواخت در طول دیواره‌ها و تاج قوس توزیع کند که نیاز به ساختارهای پشتیبان را کاهش می‌دهد. طراحی قوسی همچنین در برابر فشار آب و خاک روی کالورت مقاومت می‌کند.

کالورت‌های قوسی از بتن، سنگ، آجر یا فلز ساخته می‌شوند. دوام، استحکام و تطبیق‌پذیری، بتن را به ماده‌ای محبوب تبدیل کرده است. جریان آب پیش‌بینی‌شده، اندازه رودخانه یا کانال زهکشی، و الزامات جاده یا راه‌آهن، اندازه و ابعاد یک کالورت قوسی را تعیین می‌کنند. کالورت‌های قوسی می‌توانند جریان‌های آب بالاتر یا بزرگراه‌های عریض‌تر را پشتیبانی کنند. طراحی، ظرفیت هیدرولیکی، حرکت رسوب و مسائل زیست‌محیطی را برای جلوگیری از سیلاب و خسارت در نظر می‌گیرد.

۳. کالورت لوله‌ای:

یک کالورت لوله‌ای، آب، سیالات یا سایر مواد را در زیر راه‌ها، راه‌آهن یا سایر زیرساخت‌ها حمل می‌کند. این یک لوله بتنی، فولادی یا پلاستیکی یا مجموعه‌ای از لوله‌ها است. یک کالورت لوله‌ای به آب یا سایر سیالات اجازه می‌دهد از یک سمت جاده یا راه‌آهن به سمت دیگر جریان یابد. این از آب‌گرفتگی، فرسایش و آسیب زیرساخت‌ها ناشی از جمع‌شدن آب روی سطح جاده جلوگیری می‌کند. کالورت‌های لوله‌ای برای انتقال آب، فاضلاب و کابل‌های برق استفاده می‌شوند.

نیازهای پروژه اندازه کالورت لوله‌ای را تعیین می‌کند. رایج‌ترین اشکال شامل دایره‌ای، بیضی و مستطیلی هستند. به دلیل صرفه اقتصادی ساختاری و عملکرد هیدرولیکی، لوله‌های گرد معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند. فشارهای بالا و بارهای خارجی تاثیری بر آن‌ها ندارند. برای نصب یک کالورت لوله‌ای، یک ترانشه یا فونداسیون حفر می‌شود. لوله‌ها در ترانشه یا فونداسیون برای جریان مؤثر قرار می‌گیرند. اتصالات لوله آب‌بندی شده و منطقه برای جلوگیری از نشت، با خاک پر می‌شود.
 

شکل ۴: کالورت پلی

یک کالورت پلی، جریان آب را در یک جویبار، رودخانه یا کانال زهکشی حفظ می‌کند. این از آب‌گرفتگی جلوگیری می‌کند و اجازه می‌دهد آب به طور آزادانه در زیر جاده‌ها و راه‌آهن جریان یابد. بخش کالورت برای طراحی نرخ جریان آب، سطوح سیل anticipated و اندازه و شکل مسیر آب استفاده می‌شود. هنگامی که یک پل معمولی کاربردی یا مقرون‌به‌صرفه نیست، از کالورت‌های پلی استفاده می‌شود. آنها زمانی مفید هستند که کانال کوچک است یا جاده یا راه‌آهن با زاویه از آن عبور می‌کند.

۵. کالورت جعبه‌ای فلزی:

یک کالورت جعبه‌ای فلزی، ساختاری است که در مهندسی عمران و ساخت‌وساز برای تسهیل عبور آب یا سایر سیالات در زیر جاده‌ها، راه‌آهن یا سایر زیرساخت‌ها استفاده می‌شود. این سازه شامل یک جعبه مستطیلی یا مربعی شکل ساخته شده از فلز، معمولاً فولاد یا آلومینیوم است. کالورت جعبه‌ای فلزی برای ارائه یک کانال قوی و بادوام برای جریان آب طراحی شده است که به آن اجازه می‌دهد از زیر یک roadway یا موانع دیگر عبور کند. این نوع کالورت معمولاً زمانی استفاده می‌شود که کانال‌های باز یا پل‌ها امکان‌پذیر یا مناسب نیستند.

این کالورت معمولاً در sections یا segments متصل ساخته می‌شود تا یک مجرای continuous تشکیل دهد. این segments معمولاً به صورت پیش‌ساخته در خارج از سایت تولید شده و سپس به سایت ساخت‌وساز برای نصب منتقل می‌شوند. segments به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به هم tightly fit شوند تا یک ساختار watertight ایجاد کنند.

مزایای کالورت:

- آب از طریق کالورت‌ها از زیر بزرگراه‌ها، راه‌آهن، سدها و سایر ساختمان‌ها جریان می‌یابد. کالورت‌ها با هدایت کارآمد آب، آب‌گرفتگی، فرسایش و آب‌ماندگی را به حداقل می‌رسانند.

- جاده‌ها، راه‌آهن و مسیرهای پیاده‌رو می‌توانند به طور smooth با کالورت‌ها linked شوند. این integration اختلالات ساخت‌وساز را به حداقل می‌رساند و شبکه‌های حمل‌ونقل را حفظ می‌کند.

- پل‌ها هزینه بیشتری نسبت به کالورت‌ها دارند. کالورت‌ها به کار فونداسیون کمتر، مصالح فونداسیون کمتر و زمان ساخت کمتری نیاز دارند.

- کالورت‌ها را می‌توان در اندازه‌ها و مواد مختلف طراحی و ساخته شده. این adaptability راه‌حل‌های customized بر اساس جریان آب predicted، circumstances سایت و ظرفیت تحمل بار ارائه می‌دهد.

- کالورت‌ها در مقایسه با پل‌ها نگهداری آسان‌تری دارند. کالورت‌ها همچنین می‌توانند points دسترسی برای بازرسی و نگهداری ارائه دهند.

معایب کالورت:

- در طی بارندگی شدید یا سیلاب، کالورت‌ها ممکن است سرریز شوند. این می‌تواند باعث آب‌گرفتگی در upstream شود.

- آشغال، رسوب و پوشش گیاهی می‌توانند کالورت‌ها را مسدود کنند. انسدادهای آبی باعث آب‌گرفتگی موضعی و آسیب زیرساختی می‌شوند.

- نگهداری از کالورت‌ها ضروری است. جلوگیری از انسدادها و deterioration مستلزم پاک‌سازی زباله، رسوب و پوشش گیاهی و ترمیم آسیب است.

- فرسایش و scour در نزدیکی کالورت‌ها می‌تواند ناشی از طراحی یا نصب ضعیف باشد.

- کالورت‌ها تنها می‌توانند مقدار کمی آب یا ترافیک را حمل کنند.

نتیجه‌گیری:
کالورت‌ها نقش مهمی در مدیریت جریان آب و اطمینان از عملکرد صحیح سیستم‌های حمل‌ونقل ایفا می‌کنند، به ویژه در مناطقی با مسیرهای آبی طبیعی یا سیستم‌های زهکشی. کالورت‌ها معمولاً برای عبور جریان آب از زیر جاده‌ها، راه‌آهن، مسیرها یا سایر سازه‌ها استفاده می‌شوند و در نتیجه از آب‌گرفتگی، فرسایش و آسیب به زیرساخت جلوگیری می‌کنند. آنها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آب را از یک سمت به سمت دیگر هدایت کنند، جریان طبیعی را حفظ کرده و از اختلال در محیط اطراف جلوگیری کنند.