برای تحت نظر داشتن جریان تراوش، و در نتیجه امکان ارزیابی فرسایش در زیر خاکریز، ساختن گالری (تونل بازدید) بسیار مفید است که در عمق کم و در بستر سنگی و در امتداد هسته اجرار می شود. گالری، مهندسین را قادر میسازد تا به درستی شرایط پی را تشخیص دهند و اندازه گیریهای قابل اعتمادی (از مقدار نشت و فشار پیزومتری) داشته باشند و در صورت نیاز هرگونه اصلاحی که لازم است با حداکثر کارائی انجام دهند(۳و۷). حالتهای مختلفی از خرابی وشکست در سدها و پی زیر آن بوجود می آید که ناشی از مشکلات و اثرات نامطلوب تراوش میباشد، این اثرات عبارتند از:
- اتلاف آب ذخیره شده در پشت سازه خاکی
-ایجاد فشار منفذی در محیط متخلخل و کاهش تنش مؤثر بین ذرات خاک و در نتیجه کاهش مقاومت بر شیء
-اعمال فشار بالابر (uplift pressure) بر سازه‌های غیرقابل نفوذ مانند سازه‌های بتنی، فولادی و …
-به حرکت درآمدن ذرات خاک و ایجاد پدیده فرسایش درونی در محیط
-اعمال نیروی نشت بر توده خاک در جهت جریان
- گرادیان خروجی بالا و کنترل نشده
- پدیده رگاب
- بلند شدگی و یا شکست شیب که ناشی از نیروهای تراوشی است.
- از دست رفتن مقدار زیادی آب
- اثرات مکانیکی تراوش (در سنگ ها)
۲-۶-۱- گرادیان خروجی بالا و کنترل نشده
گرادیان خروجی بالا و کنترل نشده سبب خواهد شد ذرات خاک در پنجه سد به حالت شناور در آیند که بسته به ترکیبات خاکی که تراوش در ان رخ می دهدبستگی دارد(۷).
۲-۶-۲- پدیده رگاب
پدیده رگاب که منجر به حمل دانه های ریزخاک توسط آب می شود و خروج آنها از خروجیهای محافظت نشده و در نتیجه توسعه کانالهای مخفی، در داخل سد میگردد(۷).
۲-۶-۳- بلند شدگی و یا شکست شیب ناشی از نیروهای تراوشی
بر اثر تراوش آب از بدنه سد ممکن است آب در ارتفاع بالایی از رویه پایین دست خارج شده و به دنبال آن پدیده شکست شیب اتفاق می افتد(۶و۷).
۲-۶-۴- از دست رفتن مقدار زیادی آب
بر اثر تراوش ممکن است مقدار زیادی آب از بدنه سد و پی آن به پایین دست راه پیدا کند که ممکن است توجیهات اقتصادی سد را به خطر بیاندازد(۶و۷).
۲-۶-۵- اثرات مکانیکی تراوش (در سنگ ها)
تاثیر مکانیکی در اینجا به معنی اثر نیروی آب بر روی پایداری یک سازه و یا پی آن است که معمولا عاملی مهم محسوب می گردد و گاهی حتی مهم ترین عامل در طراحی است.طراحان باید شرایط جریان را به صورت واقعی بدانند تا نیروهای ناشی از ان را تشخیص دهند و این کار به چند دلیل مشکل است:
الف) شرایط جریان در زیرزمین با توجه به هندسه و شکافهای موجود در سنگها تعیین می شود که تعیین آن کار سادهای نیست(۶و۷).
ب) شرایط جریان وابسته به شرایط مرزی و تابع زمان هستند (حالت گذرا یا پایدار)
ج) شرایط جریان با تغییر شکل توده سنگ تغییر می کند چرا که شکاف ها بازتر یا بسته تر میگردند و این نکته پیچیدهتر است چرا که برخی تغییر شکلها تنها تحت اثر نیروی تراوش پدید میآیند. دیگر اینکه اندازه ضریب نفوذپذیری به مقیاس بستگی دارد و هیچ جواب کاملی در خصوص موارد فوق بدست نیامده است. اما فرضیات منطبق بر واقعیت ما را قادر میسازند تا به مدلی ساده شده برای محاسبه اثرات تراوش بر پایداری یک پی دست یافته و طراح را در انتخاب یک فرض صحیح یاری کند.
۲-۷- روش های کاهش نشت در پی سدخاکی
برای کاهش نشت آب و کنترل تبعات این پدیده در محیط خاک، لازم است حتی‌المقدور با به کار گیری روش‌های مناسب، انرژی پتانسیلی مولکول‌های آب را کاهش داد. از آنجا که عملاً نمی‌توان مقدار نشت در خاک را به صفر کاهش داد، لذا روش‌هایی برای تقلیل آن و جلوگیری از جابجایی ذرات در محیط بکار گرفته شود.برای جلوگیری از چالش‌هایی که بر اثر نشت آب به داخل بدنه و پی سدهای خاکی ایجاد می‌شود؛ بااستفاده از روش‌های اجرایی به شرح زیر (ایجاد موانع بر سر راه جریان نشت و کاهش انرژی)، مقدار آن را می‌توان تقلیل حداقل داد(۱۱و۷):
- استفاده از هسته با نفوذ پذیری بسیار کم در در بدنه سد
- استفاده از رویه آب‌بند (پتوی رسی یا blanket) در سطح بالا دست سد
- استفاده از ترانشه و پرده آب‌بند در پی
- استفاده از پرده تزریق در پی
- استفاده از رویه با نفوذ پذیری بسیار کم در کف مخزن
-استفاده از دیوارهای آب‌بند نازک (دیافراگم) فلزی، بتنی و غیره
۲-۷-۱- دیوارهای آب‌بند در طراحی سدهای خاکی
روش‌های متعددی برای کنترل تراوش از میان پی‌های نفوذپذیر وجود دارد. استفاده از هر یک از این روش‌ها بستگی به عوامل متعددی از جمله پایداری خاکریزو ملاحظات اقتصادی دارد. در بیشتر مواقع با توجه به همه شرایط لازم برای یک پروژه چندین روش کنترل تراوش به کار می‌رود. یکی از این روش‌ها آب‌بندی با بهره گرفتن از مصالح نفوذ ناپذیر، متراکم شده است. این مصالح در درون یک گودال حفاری شده تا عمق لایه نفوذ ناپذیر، بکار برده می‌شوند. برای جلوگیری از تمرکز تنش و نگه داشتن گرادیان هیدرولیکی آب در یک میزان حداقل توصیه شده است که این نوع آب‌بند به صورت بسیار گسترده با شیب‌های نسبتاً تخت ساخته شود. چنانچه نتوان این توصیه را به دلیل مسائل تجربی انجام داد، دیگر روش‌های کنترل تراوش را باید مورد استفاده قرار داد .برای کنترل تراوش در پی سدها، خصوصاً سدهای خاکی روش‌های متنوعی وجود دارد که همگی بر اساس اصل کلی زیر می‌باشند(۶و۷).
قطع شبکه جریان تراوش و یا کاهش دادن آن با بهره گرفتن از دیواره آب‌بند کامل -
- کاهش دادن مقدار تراوش با ایجاد یک پرده آب‌بند نیمه نفوذی قائم و یا با بهره گرفتن از پتوی رسی، غیرقابل نفوذ در بالادست
- کنترل تراوش در پایین دست بدون کاهش دادن مقدار تراوش
۲-۷-۲- استفاده از دیواره (دیافراگم) آب‌بند
دیواره‌های آب‌بند نازک یا دیافراگم‌ها، ضخامت نازک متشکل از نوعی بتن انعطاف پذیراند (بتن پلاستیک) که در ترانشه‌های حفر شده با روش حفاری بسته در بسترهای آبرفتی رودخانه تا اعماق نسبتاً زیاد اجرا می‌شوند. ضخامت این نوع دیواره بین حدود ۶/۰ تا ۵/۱ متر متغیر است و عمق آن متناسب با نیاز و مشخصات فنی دستگاه‌های حفاری و بتن‌ریزی می‌تواند تا حدود ۱۵۰ متر یا بیشتر باشد(۵). هدف این نوع دیواره‌ها مسدود کردن مسیر جریان تراوش آب از بالادست به پایین دست است و احتمال دارد برای خشک ساختن محل حفاری روباز (مانند سد ۱۵ خرداد) یا آب‌بندی آبرفت‌های عمیق در زیر هسته مورد استفاده قرار گیرند.همانطور که اشاره شد برای اجرای این نوع دیواره از روش حفاری بسته و برای جلوگیری از ریزش دیواره‌های حفاری شده از خاصیت تیکسوتروپی یا بندش برخی از دوغاب استفاده شود. بندش یا تیکسوتروپی خاصیت برخی از دوغاب‌هاست که در حالت سکون به صورت ژله منعقد (بسته) شده و بر اثر به هم زده شدن حالت روان پیدا می‌کنند و این خاصیت (بسته شدن و به حالت روان درآمدن) قابل بازگشت است و می‌تواند بارها تکرار شود(۷).
ریشه رسی ۲-۷-۳-
این نوع سیستم آب‌بند برای پی‌های با نفوذپذیری زیاد و ضخامت کم مناسب بوده و موقعیت آن در سدهای خاکی در زیر هسته نفوذناپذیر میباشد.برای ایجاد این گونه سیستم آب‌بند، ابتدا ترانشه‌های با دیوارهای شیب‌دار به موازات محور سد در زیر هسته نفوذناپذیر حفر شده و به موازات حفر ترانشه، عملیات خشکانیدن یا پمپاژ آب زیرزمینی و پایین نگه داشتن سطح سفره در مجاورت ترانشه، صورت می گیرد. پس از اتمام حفاری، خاک با نفوذپذیری اندک (خاک رس) در لایه‌هایی به ضخامت معین پخش و توسط غلطک‌های پاچه‌ریزی متراکم میگردد.برای تدارک دیدن یک ضخامت کافی از مواد نفوذناپذیر و برای تأمین اتصال کافی با سنگ بستر یا لایه نفوذناپذیر دیگر، پهنای کف ترانشه آب‌بند باید با ارتفاع افزایش یابد. در معرض حداقل گرادیان هیدرولیکی شیب آن نباید تندتر از(۱ افقی و۰٫۵ عمودی)باشد. وفیلتری روی سطح پایین دست ترانشه آب‌بند برای جلوگیری از مهاجرت ریزدانه در مواد درشت دانه پی تهیه می‌شود(۶و۷). .
۲-۷-۴- سپر فولادی
سپر فولادی عموماً بوسیله سپرکوبی در لایه نفوذپذیر در پی سدها ایجاد شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش به دلیل هزینه زیاد و همچنین نشت آب از میان قفل و بست‌های بین سپرها و انحراف پروفیل‌ها و غیره که هیچ کدام کنترل پذیر نیستند، قابل بررسی و تأمل بوده و امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ممکن است برای اصلاح این نقیصه روش‌هایی نظیر ایجاد لرزش هنگام کوبیدن سپرها جهت خارج نشدن سپر از محل اتصال و یا استفاده از بنتونیت جهت بستن درزها بکار رود. سپر فولادی از نظر دوام در مقابل خوردگی و عدم امکان نفوذ آنها به سنگ کف زیر لایه نفوذپذیر، با مشکلاتی مواجه بوده و باعث محدودیت‌هایی در استفاده از این نوع دیوار آب‌بند خواهد شد.از مزایای اصلی سپر فولادی ایجاد آنها تا عمق‌های زیاد میباشد.کارایی آب‌بندهای سپر فولادی بستگی به نفوذ مناسب به داخل لایه غیرقابل نفوذ و همچنین شرایط المان‌های آهن کوبی بعد از رانده شدن دارد. وقتی که مواد پی غلیظ باشد یا شامل تخته سنگ باشد که می‌تواند باعث پاره شدن صفحه یا صدمه خوردن اتصال شود، که در آن صورت کارایی کم خواهد شد(۷و۶).
۲-۷-۵- پتوی رسی (نفوذناپذیربالادست)
یکی دیگر از روش‌های آب‌بندی یا کنترل زه آب در پی سدها، استفاده از از پتوی رسی نفوذناپذیر بالادست است. وقتی که یه آب‌بند کامل تا لایه نفوذناپذیر واقع در زیر سد پر هزینه و اندکی تراوش مجاز باشد. یا وقتی که لایه نفوذناپذیر واقع در زیر سد زیاد و اجرای آب‌بند عملی نبوده و نفوذپذیری پی بطور متوسط بالا باشد. در این صورت ممکن است جهت کاهش تراوش و گرادیانهای نشت بالا از پتوی رسی نفوذناپذیر استفاده شود. در صورتی که نفوذپذیری بلانکت نسبت به خاک بستر، بطور قابل ملاحظه‌ای پایین باشد. در آن صورت کاهش مقدار زه آب و فشار حفره‌ای در پایین دست سد، رابطه مستقیم با طول بلانکت خواهد داشت و افزایش نفوذپذیری بلانکت از تأثیر بیشتر طول آن در کاهش زهاب تحت‌الارض خواهد کاست. لذا روش مناسب برای عملکرد بهتر پتوی رسی جهت کنترل زه آب، مستلزم ایجاد پتوی رسی با خاک‌های نفوذپذیری خواهد بود، که بطور مشابه در هسته نفوذپذیری سد بکار برده شده است. از نقطه نظر اجراء بلانکت افقی در قسمت بالادست سد و در کف مخزن ضخامت معین اجرا شده و از قسمت‌های تحتانی هسته به آن متصل میگردد(۶) طول و ضخامت لازم برای بلانکت، بستگی مستقیم به نفوذپذیری مصالح پتوی رسی، لایه‌بندی و ضخامت قشر و پی نفوذپذیر، عمق مخزن و زهاب در پایین دست خواهد داشت.کارآیی پوشش بالادست تا حد زیادی بستگی به نسبت ضرایب نفوذپذیری در امتداد افقی و عمودی در زمین شالوده دارد، گرچه نسبت این ضرایب تقریباً هیچگاه به طور دقیق مشخص نیست، ولی ممکن است در مواردی رقمی نسبتاً بزرگ باشد، به هر حال اگر بر اساس مساوی بودن ضرایب نفوذ پذیری شالوده در امتداد افقی و عمودی مقدار زه آب محاسبه گردد و این ضریب در هر دو امتداد در نظر گرفته شود، مقدار محاسبه شده زه آب، حد بالایی را نشان می‌دهد. در مواردی شرایط طبیعی مناسب به کارایی بیشتر پوشش بالادست کمک می‌کند. زیرا بتدریج رسوبات سیلیتی و رسی در بستر مخزن تجمع می‌یابند و خود بر ضخامت و آب‌بندی این پوشش می‌افزاید.در سدها به طور همزمان جهت کنترل زه آب از پتوی رسی نفوذ ناپذیر و پرده تزریق بطور آزمایشی استفاده شده است. که در این حالت پتوی رسی با ترانشه آب‌بند خاکریزی شده با مصالح نفوذناپذیر، به هم متصلند، بدین‌ترتیب آب‌بندی کامل طبقات بالادست پی سرشکن می‌شود(۷).در تصمیم گیری استفاده از بلانکت نفوذناپذیر وجود مصالح نفوذناپذیر در محل، خیلی مهم است. معمولاً مصالح نفوذناپذیر عبارتند از: رس، بتن، بتن آسفالتی و … . معمولاً جهت جلوگیری از فرسایش و حرکت مصالح ریزدانه بلانکت (در صورت استفاده از رس) به داخل پی، از فیلتر استفاده می‌کنند، که این فیلترها در قسمت زیرین بلانکت نفوذناپذیر کار گذاشته می‌شوند(۷).
دانلود فایل های پایان نامه با موضوع بررسی روش حفاری وتزریق در کنترل نشت وجلوگیری از ...
