मुंबई – अहमदाबाद हाय-स्पीड रेल (MAHSR) प्रकल्पासाठी उभारल्या जाणाऱ्या 'नर्मदा पुलाच्या विहीर पाया (Well Foundation) पद्धतीवरील' केस स्टडीवर (अभ्यास अहवालावर) या अहवालात प्रामुख्याने लक्ष केंद्रित करण्यात आले आहे. भारताचा 'बुलेट ट्रेन प्रकल्प' (किंवा MAHSR) हा एक महत्त्वाकांक्षी पायाभूत सुविधा प्रकल्प असून, भारताच्या रेल्वे वाहतूक क्षेत्रात आमूलाग्र बदल घडवून आणणे हे त्याचे उद्दिष्ट आहे. या प्रकल्पांतर्गत ५०८ किलोमीटर लांबीची, दुहेरी मार्गिका असलेली आणि अत्यंत वेगवान (३२० किमी/तास) रेल्वे मार्गिका उभारली जाणार आहे; ही मार्गिका भारतातील दोन प्रमुख महानगरांना—अहमदाबाद आणि मुंबईला—परस्परांशी जोडेल. या प्रकल्पातील (गुजरात राज्यातील) सर्वात लांब असलेला नदीवरील पूल—'नर्मदा पूल'—हा 'विहीर पाया' (Well Foundation) पद्धतीचा वापर करून बांधला जात आहे.

१.२६ किलोमीटर लांबीच्या या नर्मदा नदी पुलामध्ये एकूण २२ विहीर पाया (Well Foundations) आहेत.

या पुलाची ठळक वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत:

• स्थान: भरूच जवळ, गुजरात
• गाळा (Span): २१ × ६० मी. (३ × ६० मी. सलग गाळा/Continuous Span)
• बाह्य व्यास: १० मी.
• अंतर्गत व्यास: ७.० मी. आणि ७.६ मी.
• भिंतीची जाडी (Steining Thickness): १.२ मी. आणि १.५ मी.
• पायाची खोली: ५१ मी. ते ७७ मी.
• पाण्याचा झोत/प्रवाहामुळे होणारी झीज पातळी (Scour Level): -१९ मी. ते -३२ मी.
• पायाची अंतिम पातळी (Founding Level): -३६.०० मी. ते -७०.०० मी.

टिल्ट आणि शिफ्ट

विहिरीच्या पायाचा टिल्ट म्हणजे असमान माती किंवा खडकांची स्थिती, खोदकाम करताना येणारे अडथळे किंवा इतर अनपेक्षित आव्हाने यांसारख्या विविध घटकांमुळे त्याच्या मूळ उभ्या स्थितीपासून होणारे विचलन होय.

विहिरीच्या पायातील शिफ्ट म्हणजे विहिरीच्या खोदकाम प्रक्रियेदरम्यान होणारी तिची आडवी हालचाल किंवा बाजूकडील समायोजन होय.

विहिरीच्या अक्षावर दोन्ही विरुद्ध बाजूंना असलेल्या निश्चित गेज मार्किंगवरील पातळी तपासून टिल्ट मोजला जातो. पातळीतील फरकावरून अक्षावरील टिल्ट निश्चित होतो. हे पातळीतील फरक आणि विहिरीचा व्यास यांचे गुणोत्तर म्हणून दर्शवले जाते.

कोणत्याही विहिरीचा टिल्ट १०० (उभ्या) अंशांमध्ये १ (आडवा) पेक्षा जास्त नसावा आणि विहिरीच्या तळाशी कोणत्याही परिणामी दिशेत १५० मिमी पेक्षा जास्त शिफ्ट नसावा.

बांधकाम उद्योगात झुकणे/सरकणे दुरुस्त करण्यासाठी प्रचलित असलेल्या पद्धती खालीलप्रमाणे आहेत:

अ) एक्सेन्ट्रिक ग्रॅबिंग (Eccentric grabbing).

ब) एक्सेन्ट्रिक स्टॅटिक लोडिंग (केंटलेज) (Eccentric Static Loading (Kentledge))
क) वॉटर जेटिंग (Water Jetting).

ड) विहीर ओढणे.

इ) विहिरीला आधार देणे (Strutting the well).

फ) जॅकच्या साहाय्याने विहीर ढकलणे.

एमएएचएसआर नर्मदा विहिरीच्या पायाच्या आमच्या सध्याच्या केस स्टडीमध्ये, जागेच्या परिस्थितीमुळे, केंटलेज पद्धतीचा वापर समाधानकारक परिणाम देत नव्हता, कारण त्यासाठी आवश्यक असलेले बुडवण्याचे प्रयत्न (sinking effort) हे केंटलेज पद्धतीवरील व्यावहारिकदृष्ट्या शक्य असलेल्या स्टॅटिक लोडपेक्षा खूप जास्त होते.

बुडण्याच्या प्रयत्नांची गणना (CALCULATION OF SINKING EFERT)

खालील प्रतिकारांना तोंड देण्यासाठी बुडवण्याचे प्रयत्न आवश्यक असतात:

अ) विहिरीच्या बाह्य पृष्ठभागावरील स्किन फ्रिक्शन (Skin friction)

ब) उत्प्लावक शक्ती (Buoyancy force)

स्किन फ्रिक्शनची गणना खालीलप्रमाणे केली जाऊ शकते:

येथे     F = पृष्ठभाग घर्षण (Skin friction) (t/m²)
Ka = सक्रिय मृदा दाब गुणांक (Active earth pressure coefficient)
ɸ = मृदेचा कर्तन रोध कोन (Angle of shearing resistance) (अंश/डिग्रीमध्ये)
C = अप्रतिबंधित संकुचन क्षमतेचा (Unconfined compressive strength) अर्धा भाग. 
Z = झीज पातळीच्या (Scour level) खाली पायाची खोली (m)
γ = मृदेची घनता (t/m³).

मृदेच्या प्रकारानुसार, पृष्ठभाग घर्षणाचे (F) मूल्य खालील श्रेणींमध्ये असू शकते:

कठोर आणि मऊ चिकणमाती     = 0.73 ते 2.93 t/m²
चिकणमाती                             = 4.88 ते 19.53 t/m²
अतिशय मऊ चिकणमाती            = 1.23 ते 3.42 t/m²
दाट वाळू                               = 3.42 ते 6.84 t/m²
दाट गोटे/खडी (Gravel)            = 4.88 ते 9.76 t/m²

आमच्या या अभ्यासामध्ये (Case-study); वाळू आणि चिकणमातीचे थर विचारात घेऊन, गणितामध्ये पृष्ठभाग घर्षणाचे मूल्य 4.7 t/m² इतके गृहीत धरण्यात आले आहे.

सामान्यतः, विहीर खाली उतरवण्यासाठी (Sinking) आवश्यक असलेला जोर (Effort) केवळ विहिरीच्या स्वतःच्या वजनातूनच उपलब्ध होतो. पृष्ठभाग घर्षण कमी करण्यासाठी, विहीर खाली उतरवताना 'एअर जेटिंग' (हवेचा झोत) आणि 'वॉटर जेटिंग' (पाण्याचा झोत) यांसारख्या पद्धतींचा वापर केला जातो.

विहीर खाली उतरवण्यासाठी आवश्यक असलेला जोर (Sinking Effort) खालील स्रोतांपासून उपलब्ध होतो:

a)    विहिरीचे स्वतःचे वजन
b)    एअर/वॉटर जेटिंग (पृष्ठभाग घर्षणातील घट किंवा उत्प्लावकतेमुळे/buoyancy मुळे)
c)    'केंटलेज' (Kentledge) किंवा 'जॅक डाऊन' (Jack down) यांसारखे बाह्य बल.

म्हणूनच, विहीर खाली उतरवण्यासाठी आवश्यक असलेला जोर (Sinking Effort) खालीलप्रमाणे काढता येतो:

निम्नलिखित को ध्यान में रखते हुए,

• ✓ उत्प्लावकता (Buoyancy) = कुएँ (Well) के भार का (1000/2500) भाग।
• ✓ स्किन फ्रिक्शन (Skin Friction) = 4.7 टन/वर्गमीटर × कुएँ का सतही क्षेत्रफल।
• ✓ एयर/वॉटर जेटिंग द्वारा बाहरी बल की आवश्यकता में लगभग 50% की कमी मानी गई है।

आवश्यक बाह्य सिंकिंग प्रयास (External Sinking Effort) की गणना

विभिन्न गहराइयों के लिए आवश्यक सिंकिंग प्रयास की गणना नीचे सारणीबद्ध की गई है:
(ये गणनाएँ अनुमानित हैं तथा इनके लिए कोई सटीक सैद्धांतिक आधार उपलब्ध नहीं है।)

उपरोक्त सारणी से यह देखा जा सकता है कि 30 मीटर से अधिक गहराई पर आवश्यक सिंकिंग प्रयास 1000 MT से अधिक हो जाता है, इसलिए पारंपरिक केंटलेज (Kentledge) विधि अपर्याप्त प्रतीत हुई। अतः वांछित सिंकिंग प्रयास प्राप्त करने हेतु ‘केंटलेज विधि के साथ मृदा एंकर (Soil Anchors) का उपयोग करते हुए जैक-डाउन विधि (Jack-Down Method)’ अपनाने का निर्णय लिया गया।

एअर जेटिंगची तरतूद

a)    विहिरीच्या पृष्ठभागाचा 'स्किन फ्रिक्शन' (पृष्ठभागीय घर्षण) कमी करण्यासाठी आणि एअर जेटिंगची प्रक्रिया सुलभ करण्यासाठी, कव्हर झोनमध्ये (cover zone) २५ मिमी व्यासाची पीव्हीसी (PVC) पाईप क्षितिजसमांतर (आडवी) बसवण्यात येत आहे. ही पाईप विहिरीच्या 'स्टेनिंग'च्या (भिंतीच्या) एकाआड एक थरांमध्ये बसवली जाते.
b)    संपीडित हवा (compressed air) पुरवण्याची प्रक्रिया सुलभ करण्यासाठी, प्रत्येक क्षितिजसमांतर थराचा उभ्या जोडणीचा बिंदू, संबंधित 'स्टेनिंग'च्या ओतलेल्या भागाच्या (casted steining) किमान १ मीटर वर ठेवला जाईल.
c)    विहिरीच्या तळाशी 'बॉटम प्लगिंग' (तळ बंद करणे) पूर्ण झाल्यानंतर, या पाईपमध्ये सिमेंट-आधारित ग्राउटचा वापर करून 'प्रेशर ग्राउटिंग' केले जाईल.

वॉटर जेटिंगची तरतूद

a)    चिकणमाती आणि कठीण खडकाळ थरांमधून विहिरीचे 'सिंकिंग' (तळाकडे जाण्याची प्रक्रिया) सुलभ करण्यासाठी वॉटर जेटिंगचा वापर केला जाऊ शकतो.

b)    वॉटर जेटिंगसाठी, ४० मिमी ते ५० मिमी व्यासाच्या आवश्यक त्या संख्येने पोलादी पाईप्स विहिरीच्या 'स्टेनिंग'मध्ये (भिंतीमध्ये) अशा प्रकारे बसवल्या जातील, की त्या विहिरीच्या परिघाभोवती समान अंतरावर विखुरलेल्या असतील.

c)   ही पोलादी पाईप 'स्टेनिंग'च्या ओतलेल्या प्रत्येक 'लिफ्ट'च्या (थराच्या) वरच्या कडेपासून सुमारे १ मीटर वर ठेवली जाईल.
d)    वॉटर जेटिंगची व्यवस्था अधिक सुलभ करण्यासाठी, ही पाईप विहिरीच्या 'कर्ब'च्या (विहिरीच्या तळाशी असलेला कंक्रीटचा कडा) अगदी मध्यातून नेली जाऊ शकते.

विहिरीच्या एका बाजूला (झुकण्याच्या विरुद्ध बाजूला) 1200 मेट्रिक टन (किंवा अधिक) भार देऊन जॅकिंग डाउन करण्याच्या पद्धतीमुळे एक क्षण निर्माण होतो आणि कठीण चिकणमातीच्या थराचा आधारबिंदू म्हणून वापर करून विहीर तळाच्या खाली एका बिंदूवर फिरते (आकृती 5, 7 आणि 8 पहा).

बांधकाम प्रक्रिया:

अ) पहिली पायरी म्हणजे विहिरीच्या परिघाबाहेर ग्राउंड अँकर बसवणे (आकृती 5). सभोवतालच्या मातीतील ग्राउंड अँकर्सची संख्या, स्थान आणि खोली ही स्किन फ्रिक्शनद्वारे (त्वचेच्या घर्षणाद्वारे) आवश्यक प्रतिकार शक्ती निर्माण करण्यासाठी पुरेशी असावी.

ब) आवश्यक व्यासाची छिद्रे, केसिंगसह, विहिरीच्या पायाच्या पातळीच्या खाली खोलीपर्यंत खोदली जातील (आकृत्या ७ आणि ८).

क) आवश्यक खोलीपर्यंत छिद्रे खोदल्यानंतर, पुरेशा व्यासाचे आणि क्षमतेचे एचटी स्ट्रँड्स (HT strands) इच्छित लांबीपर्यंत कापून छिद्रांमध्ये खाली सोडले जातील.

ड) त्यानंतर, नॉन-श्रिंक ॲडिटिव्ह (आकुंचन न होणारे मिश्रण) असलेल्या सिमेंट स्लरीने छिद्रे ग्राउट केली जातील.

इ) विहिरीच्या स्टाइनिंगवर (स्तरावर) ठेवलेल्या स्टूल्सवर स्टीलपासून बनवलेले हेवी-ड्यूटी प्रेशररायझेशन गर्डर्स ठेवले जातील, ज्यांच्या विरुद्ध ग्राउंड अँकर्सना जोडलेले हायड्रॉलिक जॅक्स विहिरीला खाली ढकलण्यासाठी दाब देऊ शकतील (आकृत्या ४ आणि ६).

फ) हायड्रॉलिक जॅक्स आवश्यक बुडवण्याच्या प्रयत्नानुसार पुरेशा क्षमतेचे असावे.

g) वेगवेगळ्या जॅकवर दाब अशा प्रकारे दिला पाहिजे की, झुकण्याच्या विरुद्ध दिशेने बाह्य बल प्रयुक्त होईल.

अ) सध्याच्या झुकावाच्या विरुद्ध दिशेतील झुकाव दुरुस्त करण्यासाठी केंटलेजची (kentledge) तरतूद केली जाईल.

ब) दुरुस्त करायच्या विहिरीभोवती ७५ मिमी स्लिंग रॅप (sling wrap) लावला जाईल आणि तो पुलीच्या व्यवस्थेद्वारे जवळच्या विहिरीला अँकर केला जाईल. शेजारच्या विहिरीकडून प्रतिक्रिया (reaction) घेऊन, शीव्ह पुली प्रणालीचा (sheave pulley system) वापर करून झुकलेली विहीर ओढली जाईल.

क) तोच स्लिंग, पुलीमधून गेल्यानंतर, खेचण्याचे बल (pulling force) लावणाऱ्या यांत्रिक क्रेनच्या (mechanical crane) फिरत्या ड्रमला जोडला जाईल.

ड) त्याच वेळी, विहिरीच्या झुकावाच्या विरुद्ध दिशेने एक खड्डा (सम्प) तयार केला जाईल, जेणेकरून विहीर खाली जाऊन तिचा झुकाव दुरुस्त करता येईल.

इ) खड्डा तयार केल्यानंतर, विहिरीची पकड कमी करण्यासाठी बाहेरील बाजूस पकड (ग्रॅबिंग) केली जाईल, ज्यामुळे विहीर आणखी खाली जाण्यास मदत होईल.

फ) आवश्यकतेनुसार, एअर जेटिंग आणि वॉटर जेटिंग एकाच वेळी केले जाईल.

ग) जेव्हा वरील सर्व क्रिया एकाच वेळी केल्या जातील, तेव्हा विहिरीचा झुकाव निर्दिष्ट सहनशीलतेच्या मर्यादेत दुरुस्त केला जाईल.

विहीर क्रमांक ९ मध्ये १:२५ इतका कल (tilt) होता. 'केंटलेज' (Kentledge) पद्धतीचा वापर करून पाहिला असता, या कलामध्ये कोणतीही सुधारणा दिसून आली नाही.
वर स्पष्ट केल्याप्रमाणे, लगतच्या विहिरीशी अँकरिंग करून (आकृती ९) या विहिरीला ओढून सरळ करण्याची योजना आखण्यात आली; आणि याचे परिणाम अत्यंत उत्साहवर्धक ठरले. अवघ्या दोन महिन्यांत, सुमारे ५.० मीटर इतके विहिरीचे बुडवणे (sinking) पूर्ण होत असतानाच, विहिरीचा कल १:२५ वरून सुधारून १:१४० इतका झाला. कलामध्ये झालेली ही सुधारणा (दिनांकानुसार) सोबतच्या तक्त्यामध्ये देण्यात आली आहे. ही पद्धत अवलंबणे शक्य झाले, कारण लगतच्या विहिरीला कोणताही धक्का पोहोचला नाही आणि आवश्यकतेनुसार 'प्रतिक्रिया बल' (reaction force) पेलण्यासाठी ती विहीर पुरेशा खोलीपर्यंत बुडवलेली होती.

विहीर क्रमांक ०९ च्या कलामध्ये वेळेनुसार झालेली सुधारणा

विहिरींच्या (wells) झुकण्यामध्ये सुधारणा करण्यासाठी अनेक पद्धती उपलब्ध आहेत, जसे की 'एक्सेन्ट्रिक ग्रॅबिंग' (eccentric grabbing), 'केंटलेज' (Kentledge) इत्यादी. परंतु HSR नर्मदा पुलाच्या बांधकामादरम्यान, विहिरींचे खाली जाणे (sinking) अधिक सुलभ करण्यासाठी 'एअर जेटिंग' (हवेचा झोत) आणि 'वॉटर जेटिंग' (पाण्याचा झोत) यांसारख्या काही विशेष उपाययोजना करण्यात आल्या आहेत. तसेच, विहिरीचे झुकणे सुधारण्यासाठी, लगतच्या विहिरींपासून मिळणाऱ्या 'प्रतिक्रियेच्या' (reaction) मदतीने (केंटलेजचा वापर करून) विहिरीला मागे ओढण्याची पद्धत अत्यंत प्रभावीपणे वापरली गेली आहे. ज्या ठिकाणी विहिरी खाली नेण्यासाठी पुरेसा दाब किंवा जोर उपलब्ध नसतो, अशा वेळी 'जॅक-डाऊन' (jack-down) व्यवस्थेचा वापर करणे ही या पुलाच्या बांधकामात अवलंबलेली एक नाविन्यपूर्ण पद्धत आहे. हा शोधनिबंध केवळ विहिरींच्या पायांसंबंधी (well foundations) अवलंबलेल्या विविध योजनांमधील संकल्पनांची चर्चा करतो; तसेच यात दिलेले तपशील केवळ या विशिष्ट जागेपुरतेच (site-specific) मर्यादित आहेत आणि योग्य तांत्रिक विश्लेषण व अभ्यास केल्याशिवाय इतर कोणत्याही ठिकाणी त्यांचे अनुकरण केले जाऊ नये.

संदर्भ [1] दस्तऐवज क्र. 2005/CE-I/BR-II/8, दिनांक ८ जून २००५; प्रेषक: श्री. आर.आर. जरुहर, सदस्य (अभियांत्रिकी), रेल्वे मंडळ आणि पदसिद्ध सचिव, भारत सरकार, रेल्वे मंत्रालय, नवी दिल्ली-110001.