ابزاربندی و رفتارنگاری سدهای خاکی و بررسی نفوذ آب از تکیه گاه، بدنه وفونداسیون

مقدمه

 آمار موجود نشان میدهد که یکى از دلایل اصلى تخریب سدهاى خاکى تراوش کنترل نشده آب به بدنه سد مى‌باشد ]۱[ تراوش زیاد آب از پى و تکیه گاه به بدنه سد سبب لغزش، فرسایش و رگابPiping) ) خواهد شد. جهت ارزیابى از تغییرات سطح آب در سدها از انواع پیزومترها مانند پیزومترهاى کاساگرانده، پیزومترهاى هیدرولیکى و پیزومترهاى الکتریکى ( براى اندازه گیرى فشار منفذى) ، نصب Vnatch در بدنه پایین دست و گالریها ( براى پى بردن به مقدار دبى نشتى ) و ...استفاده میگردد. در این مقاله این مهم در سد خاکى ملاصدرا بررس شده است. سد مخزنى و نیروگاه ملاصدرا  در استان فارس در منطقه اى بنام تنگه براق و در ۲۰۰ کیلومترى شمالغرب شیراز قرار دارد. تنگه براق با ۶۰ کیلومتر فاصله در بالا دست سد درودزن و در نزدیکى شهرستان اقلید قرار دارد. بدنه سد از نوع خاکى با هسته رسى نفوذ ناپذیر و قائم میباشد.

هدف از احداث این سد دستیابى به آب زراعى جهت اراضى، فراهم شدن امکانات تفریحى و سیاحتى، پرورش ماهى، بهبود شرایط زیست محیطى منطقه و مهم تر از همه راه اندازى نیروگاه برق – آبى ملاصدرا براى تولید صد مگا وات برق مورد نیاز استان فارس میباشد. به منظور رفتارنگارى بدنه و پى سد در شرایط مختلف ساخت سد اولین آبگیرى و بهره بردارى دراز مدت، سیستم ابزار دقیق طراحى گردیده که نتایج رفتارنگارى ها در مطالعات کنترل پایدارى سد مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

بحث

۱- مشکلات ناشى از نشت آب

جریان نشت آب  در شالوده وبدنه سد در بسیارى موارد یعنى حدود ۳۰ % خرابیهاى سدهاى خاکى را موجب شده است . در تمامى سدهاى خاکى وجود نشت آب غیر قابل اجتناب است]۲[.

اگر شرایط مناسبى براى فرسودن خاک وجود داشته باشد موجب شسته شدن آن در نقاط مساعد گردیده وچنانچه در ابتداى بروز فرسایش جلوگیرى نگردد به تخریب سد منجر مى گردد. به طور کلى مى توان دو نوع خرابى را در اثر نشت آب در نظر گرفت که عبارتند از :

۱-۱- فرسایش و پوسته اى شدن

چنانچه زهکشى مناسب در پایین دست پیش بینى نشده باشد یا زهکشهاى درون سد کارائى خود را از دست بدهند یا به علت وجود لایه هاى بسیار نفوذپذیر و گاهى به علت تراکم ناقص بخش وسیعى از دامنه پایین دست در اثر نشت آب اشباع شده و به طور پیش بینى نشده اى خروج زه آب از این بخش صورت گیرد , در این صورت در اثر اشباع خاک وفشار زه آب بخش اندکى از پنجه دامنه همراه حرکت آب رها مى شود واز سد جدا مى گردد.

در تعقیب آن (که در همین حال شیب دامنه در این بخش افزایش یافته )باریکه دیگرى شسته مى شود وبا پیشروى این پدیده باریکه هاى متعدد شسته شده وشیب دامنه افزایش مى یابد تا اینکه پایدارى دامنه به طور کامل از بین برود وسد تخریب مى گردد.

۱-۲- خرابى بر اثر پدیده رگ آبى (Piping )         

این پدیده در سدهاى خاکى همگن بیشتر محتمل است. پدیده پایپینگ یک فرآیند فرسایشى پیشرونده است که امکان وقوع آن در بدنه سد ودر شالوده ویا هر دو وجود دارد.شروع پایپینگ از نقطه اى است که نشت آب در آنجا متمرکز شده وگرادیان هیدرولیکى نسبى براى شستن خاک مناسب است , یعنى در آن نقطه نیروى مقاوم خاک دربرابر فرسایش(نیروى چسبندگى دانه ها ، اثرات قفل شدگى دانه ها , وزن آنها وتاثیرات فیلتر حفاظتى خاک )کمتر از تاثیر نیروى مخرب نشت- آب در آن نقطه مى باشد ودر نتیجه ذرات مى توانند جدا شده وهمراه زه آب جابه جا شوندوحفره اى ومجرایى به وجود آید که بتدریج در امتداد جریان ودر جهت گرادیان هیدرولیک بزرگتر گسترش یابد و این مجرا سرانجام به مخزن سد برسد . ] ۴ [

هنگامى که این مجرا به نزدیکیهاى مخزن برسد , جریان شدید آب با سرعت زیاد ایجاد شده وفرصت هرگونه تصمیم گیرى را سلب مى کند ودر زمان کوتاهى این مجرا بزرگتر شده وبه تخریب منجر مى گردد .

۲- روشهاى کنترل تراوش در سدهاى خاکى

کنترل تراوش در سدهاى خاکى به دو صورت آبندى سد و نیز کنتزل نشت صورت میگیرد. روشهاى اصلى آبندى عبارتند از :

۱-دیوار آب بند بتنى و بتن پلاستیک ۲- تزریق   ۳ – ریشه رسى  ۴- ترانشه گلى ۵- آب بند ناقص                              ۶-سپر فولادى ۷- بلانکت نفوذناپذیر ۸- برداشت آبرفت]۳[

۳- جهت کنترل نشت آب نیز در مرحله طراحى و یا در زمان بهسازى و تعمیر سد نیز از روشهاى زیر استفاده میگردد.

۳-۱- فیلتر هاى وزنى 

۳-۲ - چاهکهاى کاهنده فشار

۳-۳ - کاهش میزان نشت

۴- انواع وسایل ابزار دقیق مورد استفاده در سدهاى خاکى                                         

۴-۱- پیزومترهاى الکتریکى از نوع تار مرتعش

 این نوع پیزومترها براى اندازه گیرى ارتفاع و فشار آب درون گمانه استفاده مى شود. موارد استفاده از این ابزار شامل کنترل فشارهاى بیش از حد مجاز در خاکهاى رسى و گلى، اندازه گیرى خودکار سطح ارتفاع آب، اندازه گیرى و کنترل نفوذپذیرى و اندازه گیرى فشارهاى بال آورنده(UPLIFT) و گرادیان هیدرولیکى در سدها و شیبهاى طبیعى و مصنوعى مى باشد.

۴-۲ - پروب اندازه گیرى شیب سنج

این دستگاه جهت اندازه گیرى و پایدارى حرکات افقى – پهلویى در شیبهاى لغزشى و سدهاى سنگریزه اى ، تغییر حالت در دیوارهاى تونلها ، حفاریها ، دیوارهاى حائل و شمعهاى باربر میباشد. ]۵[

۴-۳ - لوله هاى شیب سنج از نوع ABS

    این لوله ها جهت اندازه گیرى تغییر شکلهاى افقى در خاک ، سنگ، سازه استفاده مى گردد. همچنین بصورت دو منظوره جهت اندازه کیرى شیب و نشست در خاکهاى نرم نیز مى توان از آن استفاده کرد(شکل ۴).

۴-۴ - پیزومترهاى پنوماتیک

    این نوع پیزومترها جهت اندازه گیرى فشار آب در خاکریز و گمانه استفاده مى گردد.

۴-۵- انبساط سنجهاى خاکى

    این ابزار جهت اندازه گیرى کششهاى افقى در رو و یا زیرزمین خاکریز هاى سنگى ، سدها ، حرکات پى، کنترل شیبهاى طبیعى یا ساخت بشر ، معادن، حفاریها و جابجاییهاى دیوار حائل، پایه هاى پل و شانه ها استفاده مى گردد( شکل ۵).

۴-۶- دستگاه قرائت مرکزى مدل ADK-۱۰

    این دستگاه متناسب با کاربر هاى گسترده در زمینه ژئو تکنیک ، هیدرولوژى ، هواشناسى، و جهت قرائتهاى اتوماتیک از راه دور از سنسورهاى متفاوت مى باشد( شکل ۶ ).

۴-۷- دستگاه قرائت دستى تار مرتعش مدل C۶۰۰۴VW

  این دستگاه جهت اندازه گیرى تمامى سنسورهاى تار مرتعش و دماسنجهاى تعبیه شده از نوع NTC  توسط شرکت SISGEO طراحى و ساخته شده است این مدل دستگاه قرائت از نوع دیجیتال خطى مى باشد که مستقیما سیگنال دریافت شده را به واحدهاى مهندسى تبدیل مى نماید(شکل ۷).

۴-۸- خط کش اندازه گیر سطح آب

ترازنماى سطح آب بصورت خط کش فلزى ضدزنگ در رویه بالا دست و در مکانهاى مشخص شده نصب مى گردد(شکل ۸).

۴-۹ - دبى سنج(V- NOTCH)

    این سیستم بمنظور اندازه گیرى دبى آب در کانالهاى گالرى مطابق محلهایى که در نقشه مشخص است ایجاد مى گردد و شامل متعلقات ذیل مى باشد.

صفحه فولاد ضد زنگ با قطر ۸ میلى متر به شکل V و یا ذوزنفه اى طبق در خواست، این صفحه طبق دستورالعمل ارائه شده نصب مى گردد(شکل ۹).

۴-۱۰ - پیزومتر کاساگرانده

  پیزومتر کاساگرانده این فیلترها جهت اندازه گیرى فشار منفذى آب درون گمانه مى باشد(شکل ۱۰).

۴-۱۱ - دستگاه فشار سنج کل از نوع تار مرتعش

   ا ین دستگاه جهت اندازه گیرى فشارهاى کل در کولهاى خاکى ، سدها، و زیر فونداسیون و شمعها استفاده مى‌گردد(شکل۱۱)

۴-۱۲ - سیستم نشست سنج مغناطیسى

کشیدگى سنج مغناطیسى بر اساس تکنیک تحقیقاتى سازه اى انگلستان طراحى شده و شامل یک لوله با رویه محافظ دندانه دار بوده که بصورت عمودى و افقى نصب مى گردد. بشقابکهاى مغناطیسى در نقاطى که نیاز به مانیتورینگ دارند قرار گرفته و لوله از بین آن میگذرد و بدین ترتیب بشقابک با حرکت زمین در محور لوله جابجا مى گردد. پروب مغناطیسى را وارد لوله کرده و با برخورد میدان مغناطیسى محل بشقابک به دفعات در طول زمان ثبت و بدینوسیله هر گونه جابجایى اندازه گیرى مى گردد(شکل۱۲).]۶[

۴-۱۳ - سیستم نشست سنج هیدرولیکى DSM

    این سیستم جهت اندازه گیرى جابجائى‌هاى نسبى و ثبات سازه در حین ساخت استفاده مى شود . این سیستم قابلیت نسب در خاکریز و گمانه را دارا  میباشد. هر دو نوع سیستم جهت اندازه گیرى اتوماتیک و دقیق نسبى طراحى گردیده اند(شکل ۱۳).]۷[

در این مقاله به خاطر محدودیت حجم مقاله،ازروشهاى نصب ابزار فوق خوددارى شده است).

جدول۱:-خصوصیات سد ملاصدرا

کلید واژه ها: سایر موارد