آب بند و انواع آن

آشنایی

مهندسان برای کاستن از احتمال گسیختگیها ناشی از عملکرد آب زیرزمین، همواره درصدد اند تا بخش در حال حفاری راآبکشی و خشکنمایند. البته باید توجه داشت که کنترل نیروهای ناشی از نشت آب هم می‌تواند به هماناندازه در جلوگیری از گسیختگی موثر واقع شود. روشهای متنوعی را که برای کنترل نشت وفرار آب زیرزمینی وجود دارد، می‌توان به سه دسته عمده تقسیم کرد که عبارتند از : آببندها و موانع ،سیستمهای آبکشی ،زهکشها ، صافی ها)فیلترها(

آب بندها و موانعی را که بر سر راه جریان آب ایجاد می‌شود،می‌توان به سه دسته آسترها و پوششها ، دیوارها و تزریق تقسیم کرد.

آسترها و پوششها

آسترها و پوششها به صورت لایه‌ای نفوذ ناپذیر اجرامی‌شوند و دارای انواع زیراند:

• تعبیه ورقه‌ای ازرس که در بستردریاچه (به سمتسراب) ایجاد می‌شود و وظیفه آن افزایش مسیرافقی جریان آب در زیر زمین و در نتیجه کاهش فشار آب و میران نشت آن در پاشنه پایابسد است.
• یک لایه (آستر) رسی یا پلاستیکی که برای جلوگیری از فرار آب از مخزن یا نشتسیالات از حمل تجمع زباله‌ها اجرا می‌شود.

دیوارها Walls

بسیار متنوع بوده و مهمترین انواع آن را به نحو زیر می‌توانخلاصه کرد.

دیوار خاکی متراکم شده

این دیوارها می‌توانند به عنوان یک خاکریز همگنبرای سد ، به صورت یک هسته در داخل سد یا ترانشه‌ای در پی سد ، که هسته آن با رس پرشده باشد، اجرا شوند.

دیواره های بتنی

این نوع دیوار معمولا در حفاری پی ها یا به عنوان پوششداخل تونلها ، مخصوصا در جاهایی که جلوگیری دایم از نفوذ آب لازم باشد، بکارمی‌روند. در سدها برای جلوگیری از فرار آب از زیر سد ، دیوار بتنی قایمی را ازپایینترین قسمت سد تا لایه‌های نفوذ ناپذیر احداث می‌کنند.

دیوار با شمعهای صفحه‌ای

این نوع دیوار ، که با راندن شمعهای صفحه‌ای بهداخل خاک ایجاد می‌شود، موقعی از کارایی خوبی برخوردار است که قفل و بست بین صفحاتکامل باشد و این مسئله‌ای است که در زمینهای دارایقلوه سنگو قطعات درشت تر یا حاوی مواتعدیگر به خوبی امکان پذیر نیست. با افزایش طول شمعها ، امکان خم شدن آنها در خلالراندن وجود دارد. این نوع دیوار تا حدی می‌تواند از نفوذآبجلوگیری کند. این دیواررا معمولا برای نگاهداری دیواره بخشهای حفاری شده بکار می‌برند. در خاکهای با زهکشیآزاد ، دیوار باید همراه با یک سیستم آبکشی باشد تا فشار جانبی وارده از زمین و آببه دیوار شمعی کاهش یابد.

دیوارهای گلی

دیوارهای گلی و ترانشه‌های پر شده از گل به عنوان عاملیکارآمد برای جلوگیری از نشت آب در پی سدها ، حفاریهای باز ،حفاری تونلهاو سیستمهای کنترل آلودگی ، روزبه روز مصرف بیشتری پیدا می‌کنند. روش احداث این دیوارها به جز در تونلها ، به اینترتیب است که ابتدا یک ترانشه حفر می‌شود و برای اینکه دیوارهایی ترانشه در طولحفاری ریزش نکند، داخل آن را با گل روانی از بنتونیت پر می‌کنند. در پایان حفرترانشه ، این گل روان با موادی که بتواند یک دیوار دایمی و نسبتا غیرقابل تراکم ونفوذ ناپذیر را بسازد، تعویض می‌شود.

دیوار دیافراگمی

بتنی نوع سازه دایمی است که توسط تکنیک ترانشه‌های حاویگل روان ایجاد می‌شود. به این منظور قطعه‌ای از ترانشه تا عرض 7 متر را تا عمقدلخواه حفر می‌کنیم. در مرحله بعد یک شبکه (جوشن) فولادی پیش ساخته به داخل آنرانده می‌شود. در کلیه مراحل حفاری و راندن شبکه فولادی ، ترانشه توسط گل روانی کهداخل آن ریخته می‌شود، از ریزش محفوظ می‌ماند. در مرحله بعد گل روان توسطبتن جایگزین می‌شود و پس ازگرفتن بتن ، قطعه بعدی اجرا می‌شود.

دیوارهای یخی

این دیوارها که با یخ زدن بخشی از زمین اشباع شده ایجادمی‌شوند به عنوان عامل موقتی در جلوگیری از نشت آب در حفاریهای باز ، تونلها وشفتها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش بیش از همه در رسوبات ضخیم ماسه‌ای ولایه‌ای اشباع شده و یا در جاهایی که مواد سازنده گل روان ممکن است منابع آب راآلوده سازد، بکار می‌رود. از دیوارهایی یخی سالهاست که در معادن و برای احداثچاههایی قایم (شفتها) تا عمق 300 متر استفاده شده است.

این روش پرهزینه ووقتگیر است و معمولا یک تاخیر 6 ماهه در کار را باعث می‌شود. علاوه بر آن باید دقتزیادی در اجرای آن بشود. زیرا حتی یک جریان کوچک آب از میان دیوار به داخل بخشحفاری شده می‌تواند فاجعه آمیز باشد. بر اثر یخ زدن ممکن است تورم قابل ملاحظه‌اینیز در خاکهای سطحی اطراف ساختگاه بوجود آید که پس از آب شدن یخها می‌تواند بافروریزش زمین همراه شود. مقدار تورم و فروریزش متعاقب آن وابسته به نوع مواد واقعدر نزدیک سطح زمین است.

تزریق

تزریق دوغاب به داخل خاکهای نفوذ پذیر و سنگ ، روش رایج و دایمیبرای جلوگیری از جریان آب زیرزمینی است. البته در اغلب موارد دیواری که به اینترتیب بوجود می‌آید کاملا نفوذ پذیر نیست. از تزریق همچنین برای افزایشمقاومت سنگو خاک سود جسته می‌شود. دوغابهامتنوع اند و می‌توانند ترکیبی ازسیمان ، سیمان وخاک یاموادشیمیایی باشند. انتخاب نوع دوغاب به تخلخلسازندهای زمین شناسی ، سرعت جریان آبو مقاومت فشاری نهایی بخشهای تزریق شده بستگی دارد.

بطور کلی دوغابهای ماسه - سیمان برای بستن حفره‌های بزرگ و شکستگیها و دوغابهای رس وسیمان پرتلندبرای بستن شکستگیهای نسبتاکوچک و خاکهای دانه درشت بکار می‌روند. به منظور کنترل جریان آب زیرزمینی ، حفررشته منفردی ازگمانه‌ها و تزریقدر آنها اغلب کافی است. پرده تزریق را می‌توان با افزودن رشته‌های دیگری ازگمانه‌های تزریق شده ضخیم تر نمود. در سنگهای شکافدار یا جاهایی که جریان زیاد است،موفقیت عملیات تزریق کمتر است.

انواع سدها

سدهای خاکی:

سدهای خاکی مصالحشان را از همان منطقه احداث و یا نواحی نزدیک تأمین می کنند ، و اصولاً دارای هسته رسی می باشند . رس بر اثر تماس با آب مانع نفوذ و انتقال آب و رطوبت می گردد و مانند نوعی عایق رطوبتی عمل می کند . اگر عمده مصالح تشکیل دهنده سد خاکی یکسان باشند ، سد را همگن می گویند و در غیر اینصورت ناهمگن. اگر کل سد خاکی از رس باشد سد خاکی همگن است ، اما اگر هسته مرکزی سد رس باشد و دور هسته مرکزی را با سنگهای دانه درشت پر کرده باشند ، سد غیر همگن محسوب می شود. از نظر تحلیل و آنالیز این نوع سدها بسیار حساس می باشند و در عین حال از نظر اجرا و پیاده سازی ساده تر می باشند.اجرای این سد در رودخانه های عریض ساده تر است. مصالح این سد اعم از ریز دانه و درشت دانه بایستی در دسترس باشد. این سدها برای زمینهایی نامناسب  از نظر مقاومت مناسب ترین نوع سد می باشند.

سدهای سنگریز:

این سدها خودبخود غیر همگن می باشند و حتماً باید یک بافت آب بند در مرکز آن قرار گرفته باشد. شکل این سدها درست مانند سد ناهمگن خاکی با هسته رسی می باشد با این تفاوت که در مرکز سد به جای رس از سنگ ریزه نفوذ ناپذیر استفاده می شود و در دور تا دور سد سنگریزه های دشت تر ریخته می شود. در برخی موارد رویه سد را به جای سنگریزه با بتن می پوشانند که در آنصورت دیگر نیازی به هسته آب بند نمی باشد. اینگونه سدها اغلب از نوع بلند می باشند. این نوع سد در برابر زلزله بسیار مقاوم هستند . سنگهای ریخته شده برای سد بایستی خاصیتهایی از قبیل جذب کم آب ، سایش کم ، مقاومت فشاری بالا و در برابر سرد و گرم شدن مقاومت خوبی داشته باشند.

سدهای بتنی وزنی:

این سدها عمدتاً کوتاه هستند و ارتفاع آنها بین 15 تا 20 متر می باشد ، این سدها به دلیل وزن زیادی که با بتن برای آن بوجود می آورند بر اثر فشار آب حرکت نمی کند و از جای خود تکان نمی خورد. در این نوع سد سرریز شدن آب مشکلی ایجاد نمی کند . این سدها در دره های عریض ساخته می شوند . این نوع سد در برابر تغییر درجه حرارت  نیز هیچگونه حساسیتی ندارد.

سدهای بتنی قوسی :

این سدها معمولاً در درهای باریک با شیب زیاد و از جنس سنگ اجرا می گردد و می تواند دو قوسی نیز باشند و در راستای عمود ی و افقی در ره دو حالت قوس داشته باشند. حسن این سدها این است که اگر به هر علتی در بدنه آنها ترک ایجاد شود خود نیروی فشار اعمالی از جانب آب پشت سد باعث هم آمدن این ترکها ( ترکهای حرارتی) می شود.

سدهای بتنی پشت بند دار:

سدهای پشت بند دار از نوع بلند هستند و با عث جلوگیری از خمشهای زیاد در بتن می شوند و برای تصور آن می توان اینگونه آنرا تشبیه کرد که دیواری بلند را که دارای پی در زمین است با تیرچه هایی در پشت آن نیز محکم نگه داشته شود تا فرو نریزد.

سدهای لاستیکی:

این سدهای اغلب بر روی رودخانه های فصلی زده می شود و این سدها از جنس لاستیک می باشند که در زمان مورد نیاز این سدها را از باد پر می کنند و این عمل باد کردن حجم سد را بالا می برد و سد مانع عبور آب می گردد. از این وع سد که کوتاه نیز می باشد در شمال کشور خودمان نیز وجود دارد.

حال با انواع سدها بطور مختصر آشنا شدیم و بایستی کاربرد این سدها را نیز بدانیم و دلایل استفاده از آنها را نیز به دقت مد نظر بگیریم.

حال پس از آشنایی کوتاه و مختصر با این نوع سدها نحوه ارزیابی برای ساختن یک سد را مورد بررسی قرار می دهیم.

از نظر فنی برای ساختن یک سد می بایست مراحلی سپری شود تا ساختن یک سد آغاز گردد ، هر کدام از این مراحل را یک فاز می نامند به شرح ذیل:

·    فاز صفر: آیا ساختن این سد از نظر اقتصادی و مورد کاربری توجیه دارد یا خیر؟

·    فاز یک: انواع سدهایی که با توجه به شرایط جغرافیایی و اقتصادی پیشنهاد می شود بطور ریز می بایست مورد بررسی قرار گیرد و میزان ذخیره آب و هزینه ریالی آن مورد بررسی قرار گیرد.

·    فاز دو : هندسه و تحلیل سد و ریختن نقشه اجرای سد.

·    فاز سه : اجرای سد.

سدمخزنی: سدی است که معمولا در مقياس بزرگ در مقابل جريان آب برای ذخيره آب به منظور زير ايجاد می گردد: تامين آب کشاورزی، تامين آب شرب، ايجاد ارتفاع هيدروليکی برای توليدنيرو، تامين آب ساير مصارف و کنترل سيل. انواع مهم سد مخزنی عبارتند از خاکی، سنگريزه ای، بتونی، بتونی وزنی، بتونی قوسی، پشت بنددار.

سد مخزنی بزرگ: طبق تعريف کميته بين المللی سدهای بزرگ، سدهايی که در زمان ساخت (طراحی) ارتفاع آنها از پايين ترين رقم سطح پی تا سطح پياده رو يا سواره رو تاج 15 متر يا بيشتر باشد جزو سدهای بزرگ طبقه بندی می شوند، به علاوه در صورتیکه ارتفاع سد بين 10 الی 15 متر باشد مشروط بر اينکه حداقل يکی از شرايط ذيل را دارا باشد جزو سدهای بزرگ محسوب می شود.

الف) تاجی به طول 500 متر داشته باشد.

ب) ظرفيت مخزن سد حداقل يک ميليون مترمکعب باشد.

ج) ظرفيت تخليه سيلاب حداقل 2000 مترمکعب در ثانيه باشد.

د) پی سد با مسايل پيچيده و خاصی مواجه شده باشد.

ه) شکل سد دارای طراحی خاص و غيرعادی باشد.

اما در مورد گروههای فنی که برای ساختن یک سد مورد نیاز است به گروههای زیر می توان اشاره کرد:

1-       گروه هیدرولیک.

2-       گروه هیدرولوژی.

3-       گروه زیست محیطی.

4-       گروه آبهای زیر زمینی.

5-       گروه نقشه برداری.

6-       گروه شهر سازی.

7-       گروه کشاورزی.

8-       گروه زمین شناسی.

9-       گروه مدیریت و هماهنگی.

گروههای فنی ذکر شده در کنار یکدیگر پس از تصمیم برای اجرای یک سد گرد می آیند تا یکپروژه به نتیجه برسد. پس از انجام مقدمات مطالعاتی بر روی سد، نوع سد بر اساس منطقه جغرافیایی و مصالح در دسترس سد مورد ارزیابی قرار می گیرد. یکی از نکاتی که جغرافیای منطقه برای ما در ساختن سد مشخص می کند نوع خاک و زمین منطقه و یا دره ای که در آن سد می خواهد اجرا شود ، می باشد ، زیرا نوع بدنه سد و خاک منطقه بسیار حساس است . برای مثال در منطقه ای سنگی با تنگه ای باریک و تنگ ساختن سد خاکی  اشتباه است زیرا تماس این دو ماده ( بدنه سد و سنگی بودن منطقه) مانند چسباندن دوماده که یکی صلب و دیگری غیر صلب است می باشد و بر اثر تکان ( زلزله) این دو در نقطه اتصال جدا می شوند که این خطر ناک است.

روند مطالعاتی برای احداث یک سد:

در برنامه مطالعاتی برای ایجاد یک سد در یک منطقه نکاتی باید مورد توجه قرار گیرد. در ابتدای امر مکان یابی و امکان سنجی می باشد ، در این مرحله کارشناسان در منطقه ای که عکس هوایی از آن تهیه شده توسط اتومبیل به راه افتاده و از میان تنگه های گوناگون در یک رشته کوه ، بر اساس نوع خاک منطقه و میزان حوزه آبریزی بین دو یا سه منطقه را بر می گزینند. حال از میان مناطق انتخاب شده کار کارشناسی انجام می گیرد که در کدام منطقه میزان بهره وری از سد بالا تر است و در عین حال عمر مفید سد بیشتر می گردد و هزینه های احداث کاهش می یابد.

سپس سایر گروهها طرح های مطالعاتی خود را در زمینه های مختلف برای محلهای برگزیده شده ارائه می دهند و در نهایت یکی از مکان ها که از نظر تمامی کارشناسان مطلوب تر ارزیابی می شود مورد تأیید قرار می گیرد و طرح برای فاز اجرایی و تصویب بودجه به سازمان مربوطه ارائه می گردد.

سپس سازمانی که قصد ساخت سد را دارد و پروژه را در نوبن اعطای بودجه قرار می دهد ، در این فاصله سایر نهادها و سازمانهایی که در احداث این سد دارای منفعت هستند را تحت نامه هایی رسمی آگاه می سازد، بعنوان مثال وزارت نیرو برای احداث سدی که برای رفع کمبود آب کشاورزی در منطقه ای احداث می نماید وزارت جهاد کشاورزی ، محیط زیست و منابع طبیعی و میراث فرهنگی را در جریان کار قرار می دهد تا آنها نیز نظرهای کارشناسی خود را اعلام نمایند تا در احداث سد مد نظر قرار گیرد.

در انتهای این بخش نکته ای که باید به آن اشاره کنیم دریچه هایی است که بر روی سدها تعبیه می نمایند و این دریچه ها به نوع سد ، ارتفاع آن و منطقه ای که سد در آن احداث می گردد ، مربوط می شود . سدها یا دو دریچه ای هستند یا سه دریچه ای.

دریچه زبرین : که در بالاترین قسمت تاج سد ساخته می شود و در سدهایی که سرریز شدن از روی آنها مهم و خطرناک است در مواقع پر باران و پر آب باز می شوند.

دریچه میانی : که اغلب مواقع در نیروگاههایی که برای تأمین آب کشاورزی و برق احداث شده اند کار برد دارد و برای رفع کمبود آب و برق و کنترل آب سد استفاده می شود.

دریچه زیرین : این دریچه که در پایین سد تعبیه می شود و اغلب در کشور ما به دلیل آبرفتی بودن مناطق از این دریچه استفاده می گردد جهت خارج نمودن رسوب از پشت سد به کار می رود و با فشار خود آب از طریق این دریچه رسوب را به پشت سد هدایت می کنند و بدین سان به عمر مفید سد می آفزایند. شایان ذکر است که بدلیل رسوب فراوان این دریچه زودتر از همه از کارآیی می افتد.