سد وانواع سد

[spow 44197]

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.

[spow 44197]

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.

 

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 یک پروژه 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.

[spow 44197]

آبند در سدها

 

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

 

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 اجرا می‌شوند و دارای انواع زیراند:

· تعبیه ورقه‌ای از رس که در بستر دریاچه (به سمت سراب) ایجاد می‌شود و وظیفه آن افزایش مسیر افقی جریان آب در زیر زمین و در نتیجه کاهش فشار آب و میران نشت آن در پاشنه پایاب سد است.

 

· یک لایه (آستر) رسی یا پلاستیکی که برای جلوگیری از فرار آب از مخزن یا نشت سیالات از حمل تجمع زباله‌ها اجرا می‌شود.

 

دیوارها Walls

 

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

 

دیوار خاکی متراکم شده

 

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

 

دیواره های بتنی

 

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

 

دیوار با شمعهای صفحه‌ای

 

این نوع دیوار ، که با راندن شمعهای صفحه‌ای به داخل خاک ایجاد می‌شود، موقعی از کارایی خوبی برخوردار است که قفل و بست بین صفحات کامل باشد و این مسئله‌ای است که در زمینهای دارای قلوه سنگ و قطعات درشت تر یا حاوی مواتع دیگر به خوبی امکان پذیر نیست. با افزایش طول شمعها ، امکان خم شدن آنها در خلال راندن وجود دارد. این نوع دیوار تا حدی می‌تواند از نفوذ آب جلوگیری کند. این دیوار را معمولا برای نگاهداری دیواره بخشهای حفاری شده بکار می‌برند. در خاکهای با زهکشی آزاد ، دیوار باید همراه با یک سیستم آبکشی باشد تا فشار جانبی وارده از زمین و آب به دیوار شمعی کاهش یابد.

 

دیوارهای گلی

 

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

 

دیوار دیافراگمی

 

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

 

دیوارهای یخی

 

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

 

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

 

تزریق

 

تزریق دوغاب به داخل خاکهای نفوذ پذیر و سنگ ، روش رایج و دایمی برای جلوگیری از جریان آب زیرزمینی است. البته در اغلب موارد دیواری که به این ترتیب بوجود می‌آید کاملا نفوذ پذیر نیست. از تزریق همچنین برای افزایش مقاومت سنگ و خاک سود جسته می‌شود. دوغابها متنوع اند و می‌توانند ترکیبی از سیمان ، سیمان و خاک یا مواد شیمیایی باشند. انتخاب نوع دوغاب به تخلخل سازندهای زمین شناسی ، سرعت جریان آب و مقاومت فشاری نهایی بخشهای تزریق شده بستگی دارد.

 

بطور کلی دوغابهای ماسه - سیمان برای بستن حفره‌های بزرگ و شکستگیها و دوغابهای رس و سیمان پرتلند برای بستن شکستگیهای نسبتا کوچک و خاکهای دانه درشت بکار می‌روند. به منظور کنترل جریان آب زیرزمینی ، حفر رشته منفردی از گمانه‌ها و تزریق در آنها اغلب کافی است. پرده تزریق را می‌توان با افزودن رشته‌های دیگری از گمانه‌های تزریق شده ضخیم تر نمود. در سنگهای شکافدار یا جاهایی که جریان زیاد است، موفقیت عملیات تزریق کمتر است.

 

انواع سدها از نظر كاربرد:

 

1) سدهاي مخزني:به منظور ذخيره آب براي تاءمين مصارف شرب، كشاورزي و صنعت احداث مي گردد.حجم مخزن اين سدها بسيار بزرگ است.اين نوع سدها شامل سدهاي بتني دو قوسي و بتني وزني و سدهاي خاكي مي شوند.

2) سدهاي تنظيمي:هدف از ساخت اين سدها تنظيم دبي ثابتي براي رودخانه مي باشد.اين نوع سدها در پائين دست سدهاي مخزني بزرگ احداث مي گردند.ارتفاع آنها كم و ميزان حجم آبي كه در آن ها ذخيره مي شود، كم مي باشد.جنس اين سدها اكثرا بتني با حاشيه هاي سنگريزه اي مي باشد.

3)سدهاي انحرافي:براي منحرف كردن آب مورد استفاده قرار مي گيرند،اين سدها در مسير رودخانه ها احداث مي گردند و با افزايش هد آب باعث سوار شدن آب بر زمين هاي مجاور مي گردد.همچنين از اين سدها براي منحرف كردن آب قبل و بعد از محل هاي ساخت سدهاي بزرگ استفاده مي شود.

 

4)سدهاي رسوبگير

اين نوع سدها داراي ارتفاع كمي مي باشد و جنس آنها بتن و سنگ مي باشد.هدف ازاين سدها براي جلوگيري از ورود رسوبات به داخل سدهاي بزرگ مي باشد و قبل از اين سدها احداث مي شوند.

 

سازه هاي وابسته به سد:

 

پي ها وتكيه گاهها : از اركان بسيار مهم سدها مي باشند كه نياز به پايداري در طول ساخت و بهره برداري دارند.

اگرچه اغلب سدهاي بتني چه از نوع وزني و پايدار و چه از نوع قوسي بر روي بسترهاي سنگي مقاوم ساخته مي شوند، ولي نياز به كنترل مخصوصا مقاومت لغزشي و تراوشي دارند

سدهاي بتني قوسي نياز به پي و تكيه گاههاي مقاوم دارند و سدهاي بتني وزني بايد از نظر پي مقاوم باشند ولي اهميت پي و ديواره در سدهاي خاكي بسيار كمتر مي باشد.

گالري ها ، اتاقك ها و شفت ها:

اين سازه ها جهت حفاري ، تزريق،جمع آوري زهكش ها،نصب و راه اندازي و نگهداري وسايل جنبي در سدهابه كار مي روندو قسمتي از ساختمان سد مي باشند.

پائين ترين گالري در ديواره سد كه عموما در داخل پي قرار دارد، گالري زهكش ناميده مي شود و كليه آبهاي نشتي و زه ابهاي خروجي از زهكش ها وارد اين گالري مي شود و سپس از آن تخليه مي گردد.

 

سريزها:

 

سريزها سازه هاي تنظيم كننده مانند دريچه ها و سازه هاي آرام كننده جريان مانند حوضچه آرامش از تاسيسات وابسته به سد هستند و در سدهاي بتني عموما بر زاويه پائين دست بدنه سد قرار مي گيرند.

 

تخليه كننده ها :

جهت انتقال آب از درياچه سد به پائين دست آن به كار مي روند و اجزاء آن عبارتند از:

كانل ورودي

آبراه

اتاقك دريچه

شوت و سرسره

انرژي گير

از سازه هاي وابسته به سد هستند كه كنترل رفتار و اطمينان از عملكرد آن در رفتار سد بسيار مهم است.

دريچه ها:

تمام دريچه ها و شير آلات نصبي از تاسيسات وابسته به شمار مي روند.

 

نيروهاي وارد بر سد:

 

1 ) نيروي فشار منفذي

2 ) نيروي وزن سد

3 ) نيروي افقي آب در بالادست

4) نيروي عمودي آب در بالادست

 

موارد كنترل در سدهاي بتني:

 

تراز آب مخزن :

تراز آب مخزن با ذكر تاريخ اندازه گيري نوشته مي شود و به صورت روزانه اندازه گيري مي گردد.

تمام پارامترها از قبيل تغيير شكل ها و جابجايي هاو تاثير درجه حرارت و تنش ها،كرنش ها و نيروي uplift تابع تراز آب مي باشد.

 

دما :

 

اندازه گيري هاي دما شامل دماي آب و دماي هوا و دماي بتن در ترازها ئ نقاط مختلف است.

تراز آب بيشتر باشد بر دماي بتن تاثير درجه حرارت كمتر است چون خود يك عايق است.

 

تغيير شكل ها :

 

تغيير جابجايي ها و،تغيير مكان هاي افقي و قائم و تغيير شكل هاي داخلي و دوراني

 

فشار منفذي :

 

كه اين فشار توسط پيزومتر بدست مي آيد.

( پيزومتر براي بدست آوردن فشار نقطه اي در خاك است‌.)

فشار ناشي از آب در خاك زيري كه به سمت بالا وارد مي شود را فشار منفذي گويند و با نصب پيزومترها در جهت سراب به پاياب در پي سد مي توانيم فشار در هر نقطه را مشخص نماييم.علاوه بر آن از پيزومترها براي كاهش فشار منفذي استفاده مي گردد.

نشت آب :

اگر نشت زياد شود يعني ديواره در حال ريزش است.

[spow 44197]

حركات كل سد

 

زلزله :

 

با استفاده از دستگاه هاي زلزله نگار

بدنه،پي تكيه گاهها و سنگ بستر :

در طول عمر مفيد سد حالات مختلفي اتفاق مي افتد كه بايد سد در مقابل تمام اين حالات پايدار و ايمن باشد.اين حالات شامل وضعيت زمان ساخت اولين آبگيري در طولاني مدت تخليه سريع،شرايط سيلابي و زلزله مي باشد.

در تمام شرايط بايستي سد در مقابل واژگوني در هر يك از صفحات افقي در مقاطع مياني سد ، در كف و صفحه هاي پائين تر از كف ايمن باشدو نيز صفحات مياني بدنه و صفحات پي و يا تركيبي از آن ها لغزش رخ ندهد و بالاخره تنش ها در حد مجاز باشد.

در مورد سدهاي قوسي رفتار سد به صورت انتقال نيرو از طريق قوس ها به تكيه گاه هاو انتقال بخشي ديگر به پي مي باشد.

عموما رفتار سد در مواقع سيلابي و زلزله بايد پيش بيني گردد.پاسخ سد در مواقع زلزله به مشخصات حركت زمين در عرض و ارتفاع بستگي دارد.

حركت آب مخزن در اثر زلزله تغيير شكل پذيري سنگ كف و تاثير متقابل حركات آب ، سد و بستر بايد بررسي گردد.

 

اثر بارها و نيروهاي خارجي بر جسم سد به صورت هاي زير در رفتار سد ظاهر مي شود:

 

1) تغيير شكل سد به صورتشعاعي در جهت افق و مماسي از سراب به پاياب در سدهاي قوسي و به صورت افقي و قائم در سدهاي وزني و خاكي مي باشد

2) تغيير شكل سنگ كه شامل تراكم،تورم و يا چرخش مي شود.

3) تغييرات در درزهاي اتصال افقي

4) تغييرات كرنش و تنش در بتن

5) چرخش بدنه سد يا سنگ بستر

6) ايجاد فشار uplift

7) نشت آب

8) ايجاد ترك در بدنه و تكيه گاه ها

 

محل هاي كنترل در سدهاي بتني:1) وجه بالادست بدنه سد:

كنترل درزها و ترك،وضعيت بتن از نظر فرسايش و خوردگي

2) وجه پائين دست:

كنترل درزها و ترك،شوره زدگي بتن (اگر زياد باشد علاوه بر نشت آب املاح بتن نيز در حال شسته شدن است)و وضعيت خود بتن

3) تاج سد:

كنترل سواره و پياده رو از لحاظ خوردگي و فرسايش عوامل طبيعي ترك و وضعيت نقاط ثابت پنج مارك

) گالري هاي بدنه سد :

نشت و ترك هاي احتمالي و درزها و وضعيت زهكش ها(در گالري تحتاني)بايد كنترل شود.

5) وضعيت پي در پنجه:

كنترل نشت آب،ترك و فرسايش بتن

6) گالري تحتاني :

كنترل ترك ها وضعيت نشت آب و زهكش ها كنترل سطح بتن و شوره زدگي

7) سريزها:

كنترل دريچه و عملكرد آن،تكيه گاهها و كابل ها و زنگ زدگي ديواره دريچه،كنترل درزها و ترك در رويه بالادست سريز،فرسايش بتن در آبگذر و تاج سريز كنترل بتن در كانال هوادهي

8)حوضچه آرامش:

حوضچه آرامش از لحاظ رسوب گذاري،فرسايش لبه ها،ديواره و كف حوضچه و وضعيت بتن

بلوك هاي ضربه گير در داخل حوضچه آرامش باعث ايجاد پرش هيدروليكي در حوضچه مي گردد.ايجاد پرش هيدروليكي و افزايش عمق ثانويه باعث افت انرژي جريان مي گردد.

9) آبگير :

كنترل سطح بتن و لبه هافوضعيت آشغال گيرها،خوردگي و زنگ زدگي

آبگير محل هايي هستند كه براي انتقال آب از درياچه سد به پائين دست و يا انتقال آب از درياچه سد كه نيروگاهها از آن ها استفاده مي شود.

 

براي جلوگيري از ورود آشغال ها،تنه درختان به داخل آبراهه و همچنين نيروگاهها،از آشغالگيرهايي در ورودي آن ها استفاده مي شودكه نياز به كنترل و مراقبت دارد.

10)تكيه گاهها و بستر زمين:

تكيه گاهها و پي سد يكي از مهمترين موارد كنترل در سدسازي مي باشد.به خاطر اينكه تكيه گاهها يا پي در اثر نيروهاي وارد به آنها مي توانند جابجا شوند و اين جابجايي در مقياس زياد باعث از بين رفتن سد مي گردد.بنابراين بايد تغييرات آن بطور مداوم مورد بررسي قرار گيرد.

 

بررسي درزها و شكاف هاي ايجاد شده در پي و ديواره و شكاف ها در محل پي و تكيه گاههاي سد بررسي شكاف ها در صخره هاي طرفين، بررسي ريزش سنگ،ميزان رسوب گذاري در مخزن درياچه رويش گياهان در تكيه گاه ها،حفره هاي فرسايشي،لايه هاي لغزشي و انحلال در آب از موارد مهم كنترل پي و ديواره مي باشد.

1)كنترل دستگاههاي اندازه گيري و تجهيزات كنترل

ابزارهاي سازه اي،ابزارهاي زهكشي،نشت تجهيزات اندازه گيري فشار uplift زلزله نگار،شير آلات،جرثقيل ها و چراغ ها

همانطور كه اشاره شد كليد كنترل ها و اندازه گيري ها در تمام مقاطع و نقاط سد به دليل وجود نيروها و لارها و تمركز تنش از حساسيت بيشتري برخوردارند.لذا كنترل ها و اندازه گيري ها بايد با دقت بيشتر و دوره زماني كمتري در اين نقاط صورت گيرد.

اين محل هاي كنترل در سدهاي بتني وزني پايه دار با سدهاي قوسي تفاوت دارد كه به شرح زير مي باشد:

 

* سدهاي پايه دار وزني:

 

مهمترين تغيير مكان در اين سدها در جهت سراب به پاياب (شعاعي) مي باشددر حال يكه تغيير مكان ها در جهت چپ به راست(محور سد)از اهميت كمتري برخوردار مي باشد.كليه درزها(درزهاي انقباضي و افقي)كنترل ترك و جابجايي.

 

* سدهاي قوسي:

 

-تغيير مكان سراب به پاياب

-تغيير مكان چپ به راست يا تغيير مكان در جهت محور تاج سد(مماسي).ترك در تكيه گاهها و ترك در تونل هاي افقي و گالري ها

اصول نگهداري و تعميرات:

سدها از بزرگترين طرح هاي عمراني هر كشوري مي باشد كه در رشد و شكوفايي اقتصادي هر جامعه نقش بسزايي دارد و براي ساخت و اجراي آن ها زمان و هزينه بسيار زيادي صرف گرديده است.

حفظ،نگهداري،دوام و تضمين بهره برداري ضرورت بهره برداري محسوب مي گردد.نگهداري مقدم بر تعميرات است و منظور از نگهداري حفظ سلامت و كارايي و نگهداشتن وضعيت سازه به همان شكل اجرا و ساخت اوليه است.

اقدامات اجرايي و پيوسته جهت نگهداشتن و پيشگيري از صدمات ناشي از آسيبات حركتي،نشست و نشت آب،آسيب هاي شيميايي،صدمات زلزله و سيل و ساير صدمات فيزيكي و شيميايي منجر به تضمين سلامتي آن مي گردد.

تعميرات زماني انجام مي شود كه نگهداري جايگاهه در دستگاه بهره بردار نداشته و احتمال خطرات و اثرات سوء و مخرب در پيش باشد.

موضوع مهم در ارتباط با نگهداري و تعميرات تامين هزينه و برآورد دقيق حجم عمليات و و نيز مصالح مصرفي و نيز زمان تعميرات مي باشد.

در مرحله تعميرات پارامترهاي زير مهم مي باشد:

 

1) آسيب شناسي

2) اثرات حال و آينده ناشي از آسيب ديدگي

3) ضرورت و روش تعمير

4) حجم عمليات ترميم،زمان و هزينه.

[Cinderella 9897]

سد های زیر زمینی

Figure 1

ب) گروه دوم مخازنی هستندکه در لایه های شکافدار، توده های آهکی و دولومیتی و همچنین بر اساس اطلاعاتی که در چند سال اخیر بدست آمده در توده های باز التی شکافدار تشکیل می شوند .مجموعه این مخازن به عنوان هیدروژئولوژی کارستیک شناسایی می شوند که به جای یک سفره زیر زمینی گسترده پیوسته یک مجموعه از شکافهای مرتبط که بعد عبور جریان آب است را به وجود می اورد . برای نمونه این نوع مخازن می توان غار آبی علی صدر در همدان را اشاره نمود شکل زیر به صورت شماتیک این مخازن را نمایش می دهد

انواع سد زیر زمینی از لحاظ وضعیت قرار گیری در زمین :

الف)سدزیرزمینی طبیعی

ب)سدزیرزمینی مصنوعی ب-1 ) مدفون ب -1-1) نزدیک سطح زمین ب -1-2 ) در اعماق زمین

ب-2 ) نیمه مدفون

الف ) طبیعی :

لایه های نفوذ پذیر همانطور که قبلا گفته شد از سنگ یا رس تشکیل شده اند که حرکت آب در برخورد با آنها با کندی مواجه شده ویا قطع می شود . این لایه ها همانند سطح زمین دارای پستی و بلندی می باشند که حاصل حرکت گسلها – آتش فشانها – حرکتهای پوسته ای و.... هستند هنگامی که آبهای زیر زمینی در هنگام حرکت در شیب زمین به یک لایه نفوذ ناپذیر بلند با ارتفاع زیاد برخورد می کنند از حرکت باز ایستاده و در پشت لایه نفوذ ناپذیر که به عنوان سد زیر زمینی عمل می کند جمع میشوند شکل روبرو به صورت شماتیک یک سد زیر زمینی طبیعی را نمایش می دهد .

ب) سدهای مصنوعی :

سدهایی هستند که ساخته دست بشر هستند و به دو دسته مدفون و نیمه مدفون تقسیم می شوند .

ب-1 ) سدهای مدفون :

این نوع سدها شامل دیواره ای هستند که به طور کامل داخل زمین قرار گرفته اند و مخزن آن در داخل آبرفت بالا دست تشکیل می گردد . اکثر سدهای زیر زمینی از این نوع هستند . سدهای مدفون به دو دسته نزدیک سطح زمین و در اعماق زمین تقسیم می شوند .

ب-1-1) سدهای مدفون نزدیک سطح زمین :

لایه نفوذناپذیر مصنوعی هستند که عمود بر مسیر آب زیرزمینی قرار گرفته اند و ارتفاع آن از سطح زمین بالاتر نمی آید .

ب -1-2-) سدهای مدفون در اعماق زمین :

در بعضی مواقع به منظور جلوگیری از خروج آب قنوات در زمان غیر ابیاری وزمستان می توان در محل مناسبی از مسیرقنات اقدام به احداث سد زیرزمینی نمود و آب مازاد را در داخل سفره بالا دست ان ذخیره ساخت . این روش به طور سنتی در بعضی از نقاط کشور به کار گرفته شده است . همچنین با احداث این گونه سدها می توان مسیر برخی از چشمه ها و قناتها را مسدود کرد و اب انها را به سمت چشمه اصلی و مادر چاه قناتها هدایت نمود .

ب-2) سدهای نیمه مدفون )

در سدهای نیمه مدفون دیواره نفوذناپذیر غالبا" تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین نیز امتداد پیدا می کند که این نوع سدها می توانند علاوه بر یک مخزن زر زمینی با ایجاد یک مخزن معلق سطحی و رسوب گیری جریان رودخانه یا سیل بر حجم مخزن زیر سطحی خود بیفزاید و آن را توسعه دهد بنابراین برای کنترل سیل نیز مناسب خواهند بود . نمونه ای از این سدها در ژاپن ( سد نیمه مدفون جوگین) .ساخته شده او مورد بهره برداری قرار گرفته است .شکل روبرو شماتیک یک سد زیر زمینی نیمه مدفون نمایش داده شده است .

انواع سدهای زیر زمینی از لحاظ نوع مصالح به کار رفته :

مصالح به کار رفته در سدهای زیر زمینی باید مصالحی باشند که در مقابل رطوبت مقاومت زیادی داشته باشند . متداولترین سدهای زیر زمینی که ساخته شده و یا در دست احداث می باشند سدهای زیر زمینی با هسته رسی متراکم شده است و یا سدهای زیر زمینی محافظت شده با ورق های قیراندود و یا پلاستیکی می باشند . که در ادامه نحوه ساخت این سدها توضیح داده خواهد شد .

طراحی سدهای زیر زمینی :

الف) مطالعات احداث سد :

دره های کوچک v یا u شکل مکان های مناسبی جهت احداث سدهای زیر زمینی می باشند که با انجام مطالعات دورفولوژیکی ،زمین شناسی ،هیدرولوژیکی و بهره گیری از دانش ژئوفیزیک نسبت به شناخت محلهای مناسب انها می توان اقدام نمود. اصول اجرای سدهای زیرزمینی سنتی برا ی ایجاد دیواره های غیر قابل نفوذ به منظور جلوگیری از فرار اب زیر زمینی می باشد . بگونه ای که با مطالعات فیزیکی و تعین سنگ بستر ، تعیین ضخامت نهشته های ابرفتی ، تعیین سطح استابی ، ضخامت لایه آبی ؛ شرایط نفوذ پذیری سفره ، مطالعات چینه شناسی ، و سنگ شناسی به مکانیابی و تعیین محل مناسب سدهای زیر زمینی پرداخته می شود . بدیهی است دره های کم عرض V شکل و آبرفتهای کوهستانی مشرف به مخروطه افکنه ها بهترین نواحی احداث این قبیل سدها می باشند . از نظر زمین شناسی لایه های آبرفتی با ضخامت کم و لایه های نفوذ ناپذیر سنگ بستر نزدیکتر به سطح زمین به همراه حرکت آبهای زیر زمینی در جهت شیب هدرولیکی به عنوان بهترین شرایط مناسب در پتانسیل یابی سدهای زیر زمینی محسوب می شوند . بنابراین با بهره گیری از تکنیک های اکتشاف منابع تحت لارضی مشتمل بر دانش زمین شناسی یا رئوفیزیک و حتی سنجش از راه دور امروزه می توان علاوه بر روشهای معمول یعنی تامین اب به صورت حفر چاههای عمیق و نیمه عمیق و قنوات که به استحصال اب سفره های زیرزمینی منجر می شود ، با استفاده از فنون جدید مهندسی به منابع جدیدی جهت استعمال ابهای زیر زمینی دست یافت ، همچنین تعیین شکستگیها و درزهای تکتونیزه ، وجود زمین لغزشهای احتمالی و تعیین دقیق شیب گرادیان هیدرولیک اب زیر زمینی و تغییرات مسیر و انشعابات فرعی آن از دیگر مواردی است که باید در مطالعات مربوط به انتخاب محل سدهای زیر زمنی مشخص شود .

به طورکلی مطالعات احداث سدهای زیر زمینی در دو مرحله مطالعاتی به شرح زیر انجام می شود .

الف) مطالعات مقدماتی

شامل جمع آوری اطلاعات مربوط به عکس هوایی ، نقشه های توپوگرافی ، زمین شناسی ، اطلاعات مربوط به تراز آب زیر زمینی ، آورد سالانه آبهای زیر زمینی و سطحی در منطقه ، وضعیت سیلابهای محتمل ؛ اطلاعات مربوط به بارشهای منطقه ؛ آزمایشات ژئوفیزیک و......

الف -2) مطالعات تکمیلی :

شامل اطلاعات مربوط به نوسانات فصلی آبهای زیر زمینی حفر گمانه جهت تعیین عمق و خصوصیات سنگ کف ، تعیین ضخامت ابرفت و نهایتا" رسم پروفیلهای طولی و عرضی ابراهه ها می باشد . لازم به ذکر است انجام مطالعات در زمان اجرا و حتی بعد از آن نیز ادامه می یابد و در حین اجرا دیواره آببند سد می بایست به طور منظم از بدنه سد و تکیه گاهها به خصوص در محل اتصال دیواره آب بند به سنگ کف مغزه گیری به عمل آید و آزمایشات متعددی جهت بررسی کسفت مغزه و کنترل و اطمینان از صحت اجرای عملیات صورت پذیرد که به منظور ایجاد اتصال مناسب بین دیوار آب بند و سنگ کف می بایست دیواره حداقل 20 سانتی متر در سنگ کف فرو رود.

ب) مکانیابی سدهای زیرزمینی :

پس از مرحله مطالعات مقدماتی و شرایط مطلوب برای احداث سدهای زیر زمینی حال باید مکان مناسب برای احداث سد زیر زمینی را جستجو کرد . در مکانیابی باید به توپوگرافی حوضه و زمین شناسی حوضه توجهی خاص داشت .

ب- 1) توپوگرافی حوضه :

حوزه باید دارای اقلیم خشک یا نیمه خشک باشد 2- شیب زمین باید کمتر از 5% باشد که این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه های باریک و یکدست یافت می شود 3- سدهای زیر زمینی را می توان در خروجی دشتها و یا در محل گسلها نیز احداث نمود .4- بهترین حوضه ها جهت احداث سدهای زیر زمینی باید دارای یک مسیر خروجی آب زیر زمینی باد . 5- بستر نفوذ ناپذیر به فاصله کمی از سطح زمین 6- لایه های زمین با خلل و فرج زیاد و ضخامت کافی برای ذخیره مناسب و هر چه بیشتر آب 7- کمترین فاصله تا محل مصرف.

ب-2 ) زمین شناسی حوضه :

لیتولوژی : سنگ کف و دیواره های مخزن باید به گونه ای باشد که آبگذاری نداشته باشد . این کار با انجام عملیات ژئوتکنیک که شامل حفاری گمانه های اکتشافی و ازمایش لوژان در محل احداث سد و در محوطه سد امکانپذیر می باشد .

تکتونیک : با توجه به اینکه اکثر تنگه ها و دره ها مناسب سد سازی در نواحی کوهستانی که در اثر پدیده های کوهزایی و عمدتا" گسلی به وجود آمده اند واقع می باشند منطقه مورد نظر می بایست تحت کاوشهای ژئوفیزیک قرار گیرد و اطلاعات پروفیلها مختلف طولی و عرضی تهیه شده با گمانه های شناسایی مورد بررسی قرار گیرد .

ابرفت محل سد : از عوامل مهم قابل اجرا بودن یک سد زیر زمینی نفوذ پذیری ابرفت و قابلیت ذخیره سازی و بازدهی سفره است . در محلهای خروجی دشتها به دلیل بعد مسافت و کم شدن توپوگرافی و عبور جریان سطحی و فصلی و دائمی عمدتا" آبرفتهای ریزدانه هستند . لیکن سیلابهای عظیم در بعضی از سنوات لایه های درشت دانه به جا گذاشته که بایستی آن پدیده با ضخامت لایه آبدار و عمق سنگ کف در ان ناحیه و با حفر گمانه های اکتشافی مورد بررسی قرار گیرد . عواملی از قبیل ضخامت قسمت خالی سفره بالا دست محور و جنس رسوبات در راندمان ذخیره و آبدهی و عواملی مانند شیب آبراهه و سطح مقطع خروجی در هزینه های اجرایی طرح بسیار موثر می باشند.

ج) ساخت سدهای زیر زمینی :

اولین اقدام در ساخت سدهای زیر زمینی حفر گدوالی عمود بر مسیر حرکت آبهای زیر زمینی و یا بستر رودخانه است . در آبرفت های ماسه ای خشک با خاصیت چسبندگی کم و مناطق شنی به علت ناپایداری شنها امکان فروریزی دیواره تراشنه ها وجود دارد و حفاری را با مشکل مواجه می کند . با این وجود آبرفتهای ماسه ای برای مکان سد مطلوب هستند ..چون سطح آب زیر زمینی براحتی در انها دیده میشود و می توان با پمپ کردن سطح آب را پایین نگه داشت . معمولا زمان احداث سدهای زیر زمینی در پایان فصل خشک می باشد . که سطح آب زیر زمینی پایین می باشد . و عملیات اجرایی به سهولت بیشتری همراه خواهد بود . مصالح معرفه در احداث سدهای زیر زمینی با توجه به سه پارامتر 1-منبع قرضه موجود در منطقه 2- هزینه های مصرفی 3- سهولت انجام کار تعیین می شود هرچند از مواد ساختمانی مختلفی برای احداث سد می توان استفاده کردا ما تنها احتیاج به آب بند کردن دیواره های سد می باشد . سیستم آب بند یا بدنه اصلی سد در سدهای بزرگ به روشهای مختلفی مانند رس متراکم شده – ورق های قیراندود- پرده تزریق و دیوار آب بند بتنی اجرا گردد. در نمونه های کوچک سدهای زیر زمینی جهت اجرای دیوار اب بند از مصالح بنایی مثل آجر – ملات ماسه و سیمان و حتی مواد ژئوتکستایل به عنوان عامل آب بند کننده استفاده می شود . لازم به ذکر است جهت اجرای دیواره اببدبا ابعاد بزرگ به دستگاهها و ماشین آلاتی با قدرت بالا مانند هدروفرز- کلامشل – گراب باکت – یا اورگرهای قدرتمند – نیاز است . و این نکته باید در بررسی های امکان سنجی و اقتصادی پروژه مورد توجه قرار گیرد . از طرف دیگر تهیه بتن مناسب جهت پر کردن تراشنه های حفر شده به طوری که نتواند در عین دارا بودن خصوصیات روز از جمله دانه بندی مناسب ، روانی مناسب ، تراکم مناسب ، مقاونت بالا و غیره با لایه های مختلف زمین سازگاری نیز داشته باشد .

در ذیل به دو نمونه از مصالحی که در احداث سدهای زیر زمینی استفاده می شود اشاره شده است .

1- رس متراکم شده :

استفاده از رس روش مرسومی است که احتیاج به نیروی انسانی نیرومند ندارد رس در لایه های با ضخامت کم ریخته و سپس متراکم می شود . به علت جریان آبی زیر زمینی احتمال فرسایش سطح رس وجود دارد . به همین علت برای محافظت دیواره از ورق های لاستیکی استفاده می شود . عملیات پر کردن تراشنه توسط وسایل متراکم کننده و با رطوبت مناسب انجام می شود اگر ذخیره سد در فصول خشک کاهش یابد امکان توسعه درز و ترک در سد وجود دارد به همبن خاطر با احداث دیواره با ضخامت مناسب جهت نگهداری رطوبت در منطقه هسته در دوره های خشک طولانی نیز می توان از این مسئله جلوگیری کرد .

2-ورقه های قیر اندود یا پلاستیکی :

1- در این روش از یک هسته پلاستیک برای آب بند کردن استفاده می شود که نوع پلاستیک آن معمولا" پلی اتیلن است . و تا جایی که به هزینه مواد مربوط می شود کم هزینه ترین روش می شود . هنگامی که از این روش استفاده می شود . باید توجه داشت که باید از مصالحی مانند گل و لای برای اندود کردن دو طرف ورق استفاده شود تا از ایجاد سوراخ توسط سنگهای تیز جلوگیری به عمل اید . همچنین برای محافظت در برابر اثرات انبساط و انقباض باید تغییرات دمایی را مورد توجه قرار داد

استخراج اب از سدهای زیر زمینی.

استخراج اب از سدهای زیر زمینی به دو صورت ثقلی و چاهی صورت می گیرد

1-استخراج به وسیله چاه : در این روش بر روی مخزن اب زیرزمینی در پشت سد زیر زمینی چاههایی حفاری شده و اب به سطح زمین پمپ شده و استفاده می شود . در شکل روبرو نحوه استفاده آب توسط چاه به صورت شماتیک نمایش می دهد.

2-استخراج آب به روش ثقلی : در مناطقی که تامین اب از طریق پمپاژ و در بالا دست سد صورت می گیرد . می توان با نصب خروجی در داخل سد ، جریان اب را بدون نیاز به پمیاژ از مخزن به طرف محل مصرف منتقل و با حذف چاهها و یا استفاده موردی از آنها صرفه جویی قابل توجهی در هزنه های تامین آب به عمل آورد . اگر محل بهره برداری مردم در پایین دست سد باشد . و شرایط توپوگرافی نیز هم فراهم باشد . امکان استخراج اب از مخازن به صورت ثقلی وجود دارد . در شکل روبرو شماتیک از استخراج اب به روش ثقلی نمایش می دهد.

معرفه نمونه های انجام شده از سدهای زیر زمینی در ایران و جهان :

منطقه کندر کهنوج استان کرمان: دارای مجموعه ای از روستاهای پراکنده در نقاط صعب العبورو کوهستانی در 40 کیلومتری شهرستان کهنوج بوده که جهت رساندن خدمات رفاهی به آنها لازم بود در محل مناسبی و در قالب یک شهر متجمع گردند . و جهت تامین آب مورد نیاز این جمعیت با توجه به شرایط طبیعی و اقلیمی منطقه ، تبخیر بالا و احتمال شیوع بیماری مالاریا و مقایسه هزینه ها در ارتباط با انجام پروژه های مختلف ، سرانجام ساخت سد زیر زمینی بر روی رودخانه گرووان با ارتفاع 5/9 متر ، و عرض 17 متر ، و76 متر به ترتیب در عرض بالا و کف مورد تأئید و توافق قرار گرفت که میزان بارندگی متوسط سالانه حوضه 207 میلی متر و آورد سالانه آن 66/1 میلیون کتر مکعب می باشد .

از دیگر سدهای زیر زمینی کشورمی توان سد های زیر را نام برد .

کوهزرد دامغان : که روش ساخت آن در دوقسمت می باشدد. از کف تا ارتفاع 4 متر به صورت دیوار چینی آجری با رویه قیر گونی می باشد . و در قسمت دوم با ارتفاع 3 متر رس کوبیده شده می باشد .

تویه دوار یزد: که تا عمق 5 متر از سنگ و ملات و ادامه آن از بتن استفاده شده است . و برای حفاظت از لایه ایزوگام ، دیوار 20 سانتی متری ایجاد گردیده است . و در داخل مخزن سد از مصالح گراولی استفاده شده است .

از سدهای زیرزمینی خارجی نیز می توان به موارد زیر به صورت فهرست وار اشاره کرد .

منطقه ساحلی واقع در شاخ آفریقا – جزایر و مناطق ساحلی کشور ژاپن – جزیره میاکو در جنوب غربی ژاپن – جزیره ناکاجیمای ژاپن- نواحی مرکزی کشور تانزانیا- مناطق خشک و نیمه خشک شمال و شمال غرب تبت در کشور چین – جزیره ساحلی فاکت در جنوب تایلند – و موارد دیگر....

معایب سدهای زیر زمینی :

از آنجا که ایده ها و پروژه ها و مصنوعات دست بشر هیچگاه حسن کامل نداشته و عاری از عیب نیز نبوده است سدهای زیر زمینی نیز از این امر مستسنی نیستند . و دارای معایب می باشند . از جمله معایب سدهای زیرزمینی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1- حجم آب کمتری را در مخزن خود ذخیره می نماید .

2- تخمین صحیح آب ذخیره شده و قابل برداشت بسیار مشکل است و به عوامل متعددی بستگی دارد .

3- در این نوع سدها به علت غیر قابل رویت بودن کار،کنترل عملیات اجرایی،کنترل کیفیت ساخت دیواره اب بند و همچنین کنترل آبگذاری از مرزها بسیار مشکل می باشد . و نیاز به دقت و مطالعه زیادی دارد .

4- در صورتی که عمق بدنه سد از 70 متر بیشتر باشد پروژه از لحاظ اجرایی و تهیه دستگاه حفاری مناسب و مسائل اقتصادی با مشکل مواجه خواهد شد .

در مقایسه محاسن و معایب سدهای زیر زمینی به وضوح می بینیم که محاسن سدهای زیرزمینی نسبت به معایب ان بسیار چشمگیر تر است . با استفاده از سدهای زیر زمینی می توان با توجه به شرایط محلی امکان استفاده از منابع آب زیرزمینی راتا حدود 30 درصد افزایش داد که این میزان افزایش به خصوص در مناطق خشک رقم قابل ملاحظه ای بوده و می تواند تأثیر بسزایی در منطقه به خصوص در مواقع بحران بگذارد .

نتیجه گیری:

سدهای زیر زمینی با توجه به هزینه های پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره اب بهداشتی ، و مزایایی بسیاری که نسبت به سدهای سطحی دارند . و به خصوص با توجه به آب و هوای خشک و نیمه خشک ایران می توانند یک روش مقرون به صرفه و ساده برای استفاده از آبهای زیرزمینی باشند . امید است با صرف هزینه های زیاد در بخش سد سازی در کشور ما ساخت این گونه سدها نیز پیش از پیش مد نظر قرار گیرد . و ما که در بخش استفاده از ابهای زیرزمینی در دنیا پیش تاز بوده ایم و در حال حاضر نیز یکی از بزرگترین سد سازان دنیا هستیم در این زمینه نیز گوی سبقت را از سایر کشورها ربوده و پیش تاز باشی.

 

 

منبع: ejraee2012.blogfa