بخشی از مقاله
بررسي روشهاي مختلف حفاظت دامنه هاي سدهاي خاکي
چکيده
دامنه هاي سدهاي خاکي دائما در معرض هوازدگي و فرسايش ناشي از آب و باد وطوفانهاي سيل زا وامواج حاصل از باد و يخ زدگي وساير عوامل طبيعي قرار دارد.بنابراين نياز به ايجاد يک لايه محافظ براي اين دامنه ها جهت حفاظت در برابرعوامل مخرب ضروري به نظر مي رسد. در مورد دامنه بالادست بيشترين آسيب پذيري به علت اثر مخرب موج مي باشدوحفاظت دامنه ها در برابر اين عامل مهمترين مسئله در طراحي پوشش سدهاي خاکي مي باشد.زيرا تخريب آن زمينه را براي تخريب سد آماده مي کند. در صورتيکه اين لايه محافظ ضعيف طراحي شده باشد علاوه بر اينکه خود پوشش به مرور زمان دچار تخريب مي گردد موجبات تخريب سد را نيز فراهم مي کند. به همين دليل مهندسين طراح سعي مي کنند با بررسي کامل عوامل موثر در طراحي پوشش و همچنين بررسي شرايط اقليمي منطقه براي انتخاب نوع پوشش بهترين طرح را براي حفاظت شيروانيهاي سدهاي خاکي ارائه دهند که علاوه بر مقاومت در برابر امواج وساير عوامل مخرب از هزينه نگهداري پاييني نيز برخوردار باشد. به تجربه دريافت شده است در برخي از سدها که لايه محافظ دچار تخريب گرديده هزينه تعميرات و باز سازي آن خيلي بيشتر از ساخت آن شده است .
واژه هاي کليدي: سدهاي خاکي –شيرواني ها –لايه محافظ -ريپ رپ - پوشش بتني - اثر امواج .
١- مقدمه
درسدهاي خاکي يکي ازعواملي که باعث کاهش هزينه هاميگردداستفاده ازمصالح دردسترس ميباشد. چون سدهانيازبه مصالح زيادي دارندلذاکم کردن حجم مصالح وکوتاه کردن مسيرانتقال ونيزانتخاب درست مصالح ازعوامل کاهش هزينه هاي ساخت بشمارميروند. يکي ازمواردي که مي توان باانتخاب وطراحي مناسب ازبالارفتن هزينه هاجلوگيري نمودحفاظت دامنه هاي سدهاست . دامنه هاي سدهاي خاکي وپاره سنگي درمعرض هوازدگي، فرسايش حاصل ازآب ، بادوطوفانهاي سيل زا، امواج ، يخ زدگي وسايرعوامل طبيعي قراردارندوبنابراين نيازبه حفاظت دارند. نوع حفاظت تابع نوع مصالح دردسترس واقتصاداست . درمورددامنه بالادست ، بيشترين آسيب پذيري به علت اثرامواج است وحفاظت دامنه هادربرابراين عامل بخش عمده روشهاي طراحي رادربرمي گيرد. البته تخريب شدن لايه محافظ دامنه، موجب تخريب سدنمي گرددامازمينه آسيب پذيري وتخريب راآماده کرده ناپايداري لايه هاي زيرين راتشديدمي کند.درهرصورت ، چنانچه طرح واجراي حفاظت دامنه هاضعيف باشد، تعميرات وبازسازيهاي بعدي هزينه زيادتري خواهدداشت . استفاده
1
ازسنگ چين ياريپ رپ معمولترين روش حفاظت شيرواني بالادست درسدهاي خاکي مي باشد. درحاليکه سنگ چين قابل قبول باهزينه مناسب ومعقول دردسترس نباشدازروشهاي ديگرچون استفاده ازخاک-سيمان ، بتن غلتکي، بتن معمولي، بتن پاشيده وبتن آسفالتي استفاده ميشود.
طرح وانتخاب حفاظت دامنه بالادست ،تاکنون بيشتربراساس تجربه بوده است .تجربه موفق درسدهاي واقعي،وآزمايش هاروي مدل هاي آزمايشگاهي هرکدام نقطه اي برمجموعه نتايج تجربي آماري افزوده اند تا مهندسان طراح بتوانند انتخاب مناسبتر وکم هزينه تري راپيشنهادکنند. مثلا در فاصله سال هاي١٩٤٦تا١٩٤٧ گروه مهندسان ارتش آمريکا حدود١١١مورد سد خاکي را درآمريکا مورد بررسي قرار دادند و نوعي رده بندي را در اين مورد پيشنهادکردند. ازمواردمهمي که موجب آسيب پذيري دامنه بالادست مي شود،اثرامواج است .امواج به دوعلت اصلي ميتوانددامنه بالادست راشستشوداده وبه درياچه بريزد.اين دوعلت عبارت است ازاثرضربه موج که دانه هارادريکديگرحرکت مي دهدواثرشستشويي برگشت موج که نيرويي درجهت ثقل وبرروي سطح شيب داردامنه به قطعات ودامنه سدوارد مي آورد.
بارندگيهاي شديدوسيلابهاي حاصل ازآنهاازسمت تاج سد به طرف درياچه ،يخ زدگي،وسايرعوامل جوي واقليمي هرکدام به نحوي مي توانندموجب تضعيف مقاومت بخش بالايي دامنه بالادست گردد.بديهي است آن بخش ازدامنه بالادست که زيرسطح آب قراردارددرمعرض تاثيرعوامل ذکرشده نيست ،به همين علت محافظت دامنه تاچندمترزير ترازپايينترين وضعيت آب درياچه کافي است . اهميت محافظت دامنه بالادست وهزينه آن تابع بزرگي سد،بزرگي امواج ،شرايط اقليمي ازقبيل بارندگي،طوفان ،يخ زدگي وغيره است ولي انتخاب نوع محافظ تابع شرايط اقتصادي،اقليمي ومصالح دردسترس است .ازانواع محافظهايي که تابه حال به کاربرده شده است مي توان سنگچين ،پوشش خاک-سيمان ،پوشش بتني،آسفالتي،فلزي وچوبي رانام برد. درطراحي محافظ ،عواملي ازقبيل طول وارتفاع موج ،جهت باد،سرعت باد،عمق نسبي آب ،زمان تناوب موج ،شکل درياچه،شيب دامنه،زاويه ميل موج دربرخوردبادامنه،ميزان يخ زدگي،ميزان بارندگيهاي شديدسيل زا،وبعضي عوامل ديگردخالت دارد.همچنين درصورتي که محافظ ازنوع سنگچين باشد،وزن قطعات سنگ ،وزن مخصوص آنها،دانه بندي،زبري سطح آنها،جنس ودوام درازمدت آنها،ضخامت لايه سنگچين ونوع اجراي آن يعني دستي ياماشيني بودن آن ،تاثيرمستقيم دارد. اهميت ودقت درطراحي حفاظ بالادست ،تابع اهميت وبزرگي سداست ؛براي سدهاي کوتاه وبندهاي انحرافي وسدهاي تغذيه مصنوعي اهميت محافظ کمتراست ومي توان ازمحافظ سبک استفاده نمود.
٢- سنگ چيني(Rip Rap)
استفاده ازسنگ چين ياريپ رپ معمولترين روش حفاظت شيرواني بالادست درسدهاي خاکي مي باشد.اصطلاح سنگ چيني(ياخشکه چيني)به پوششي گفته مي شودکه قطعات سنگ ،بدون وجودملات ياخميره ،درکناريکديگرقرارگيرند.دراين روش مصالح سنگي به ابعادمختلف براي مقابله باضربات امواج بر روي شيرواني بالادست چيده مي شوند.اين مصالح به گونه اي بايدبر روي مصالح شيرواني ريخته شوندکه علاوه برمحافظت بدنه سد خودپابرجابمانند.
2
درصورتيکه اين قطعات به وسيله دستگاههاي ماشيني روي هم ريخته وانباشته گردد به نام سنگ چين ماشيني ياسنگ ريزي نامبرده مي شود ودر صورتيکه به صورت دستي درکناريکديگرقرارداده شود،سنگ چين دستي ناميده مي شود
سنگ چين بايدازتاج سدتاارتفاع ١.٥مترويا تاارتفاع ماکزيمم موج درمخزن هرکدام بيشترباشد در زير ترازمينيمم سطح آب درمخزن ادامه داشته باشد.غالباسنگ چين درقسمت انتهايي توسط يک سکو( berm) تثبيت مي گردد.
تعبيه سکوازجهات زيرضروري است :
. براي جلوگيري از آبشستگي مصالح درحالتيکه سطح آب مخزن درپايين ترين حداست .
. اين سکويک نوع پي براي سنگ چين ايجادکرده وازلغزش آن به سمت پايين دست جلوگيري ميکند.
. اين سکويک سطح افقي براي انجام عمليات ساختماني بوجود مي آورد.
معمولا درزيرلايه سنگ چين يک لايه حاوي شن وسنگ هاي خردشده به عنوان فيلترقرارمي گيردتاخطرفرسايش مصالح پوسته بالادست (لايه کوبيده نشده )دراثرامواج ازبين برود.
احداث حفاظ سنگي به وسيله سنگ چيني ماشيني،برترين نوع حفاظت دامنه هاي خاکريز است .اندازه قطعات ودانه هابايدمناسب انتخاب شودواستحکام قطعه سنگ هاوتراکم آنهاوضريب شکل آنهاقابل قبول باشد.به جزدرمواردنادر،سنگ چيني بايدروي لايه اي ازفيلترقرارگيردتا ازشسته شدن خاک دامنه سدبه درون سنگ چين جلوگيري شود.
صرف نظرازموضوع طراحي سنگ چيني ماشيني يادستي،اتفاق نظر براين است که اندازه قطعات سنگ هابستگي به بزرگي عمل موج روي سد دارد.
توجه به نکات زيرضروري است :
. قطعات سنگ چين بايد به طور مناسبي دانه بندي شده باشدبه طوريکه حداکثراندازه آنها در حد ١.٥برابراندازه متوسط قطعه سنگ وکوچکترين اندازه قطعه سنگ هادرحد٢.٥سانتي مترمحدودشود.اندازه قطعات نبايديکنواخت باشدزيرادرفضاي خالي بين آنها،آب نفوذ کرده ودانه هاي ريز راشستشو مي دهد.
. لايه سنگ چين بايداقلا تا٢.٥تا٣متر زيرپايين ترين ترازسطح آب مخزن ادامه يابد.اين رقم تابع ارتفاع موج است ومعمولا "بين
٢تا٣برابرارتفاع موج درنظرمي گيرند.
. منظورازحداقل اندازه متوسط قطعه سنگي است که اندازه
٥١درصدوزني قطعات ،ازاين اندازه کوچکترباشد،مثلابراي ارتفاع موج ١متر،دانه بندي سنگ چين بايدشامل قطعاتي باشدکه نيمي ازآنهابرابر با(يابزرگتراز)قطعات تقريباکروي باقطرمتوسط
٣١سانتيمترباشد.
. ضخامت لايه سنگ چين بايدتاآن حدباشدکه بزرگترين قطعات درآن قرارگيرد.
سنگ چين ساخته شده باماشين پس ازاينکه جداره سد بالاآمدوبدنه آن تکميل شد،احداث ميگردد. در اينجاپس از يکدست شدن سنگهاي بزرگ به همراه سنگهاي کوچکتر،حجم متراکمي بوجود ميآيد. هنگام استفاده اين
نوع سنگ چين رعايت نکات زيرضروري است :
3
. هرسنگ بايدبه اندازه کافي سنگين باشدتادرمقابل جابجايي امواج مقاوم باشد.
. فيلتري که درزيرلايه سنگ چين تعبيه مي شود نبايدشسته شود.
. اين فيلتربايدازفرسايش مصالح کوبيده شده درزيرخودجلوگيري نمايد.
سنگ چين ريخته شده نسبت به نوع دست چين داراي مزاياي بيشتري درجهت مقابله باامواج مي باشد.
مزاياي سنگ چين ريخته شده به شرح زيراست :
. بهترين حفاظت رادرمقابل امواج انجام مي دهد.
. قابل دسترس است .
. ارزان است .
. مکانيزم اجراي آن به کارهاي سختي نيازندارد.
. در٥%ازمواردبه خاطراندازه نامناسب مصالح خرابي درآن اتفاق افتاده است .درصورتيکه درنوع دست چين در٣١%ازمواقع خرابي مشاهده شده است .
درسنگ چيني دستي ،بلوک هاي بتني يامخلوط خاک وسيمان دراندازه هاي مناسب که توسط دست جايگذاري ميشوندساخته ميشود،داراي اندازه هاي معين است وداراي کمترين منافذ وسطحي صاف ميباشد.اين سطح بايدداراي منافذي باشدتابتواندهواي قسمت هاي زيرين راعبوردهد.سطح صاف اين نوع سنگ چين قدرت برگرداندن موج راداردوبه نسبت سنگ چين ساخته شده باماشين ١.٣ تا١.٥برابراين عمل رابهترانجام مي دهد.ساخت اين نوع سنگ چين به کمک يک سنگ بزرگ که درلبه قرارمي گيرد،شروع ميشود.
سنگهايي که درمساحت وسيعي کنارهم قرارمي گيرندمانع ازآن ميگردندتاموج بتواندآنهارا ازهم جدانمايد.اين سنگهابه صورت يکپارچه عمل مي نمايند.عمل آب بندي مياني اين سنگهاتوسط مخلوط رقيق سيمان انجام مي پذيرد.
سنگ چين دست چين شده تاوقتي که درمقابل يخبندان قرارنگيردخوب عمل مي کند،ولي سنگهاي استفاده شده درآن بايدبه نسبت داراي مصالح
باکيفيت بهتري باشند.مزاياي سنگ چين دستي عبارتنداز:
. ضخامت آن نصف ضخامت نوع ريخته شده است .
. سطح تمام شده ظاهربهتري دارد.
معايب سنگ چين ساخته شده بادست نيزبه شرح زيراست :
. مصالح بايدداراي کيفيت بالايي باشند.
. اين نوع سنگ چين نيزمانندسنگ چين ريخته شده نميتواندخودرابانشستهاي بوجودآمده وفق دهد،بنابراين درمواقعي که مقاديرنشست زياذاست قابل استفاده نمي باشد
يکي ازرايج ترين عوامل موجب خسارت سنگ چين سدها،فرسودگي ونقص بخشهايي ازفيلتريالايه هاي بين سنگ چيني وخاکريزبدنه سداست .علت اين فرسودگي ممکن است طرح نامناسب سنگ چين ،ضعف دراجراي آن ،تفکيک شدن دانه هاي درشت وريزدرضمن ساخت ،دانه بندي نامناسب خاک بدنه سد،دانه بندي نامناسب لايه ها،وضخامت نامناسب لايه باشد.
تجربه هاي گذشته نشان داده است که سنگ چيني روي سطح سدهاي خاکي نسبت به سايرانواع حفاظت مزيت داردولي آسيب ديدگي هاوتخريب هاي
آنهااکثرا"به علت يک ياچندموردازعلتهاي زيربوده است :
. جداشدن دانه هاوتجمع يافتن دانه هاي کوچک درضمن اجراي آن وپيدايش حفره هايي که موجب شسته شدن لايه بندي مي شود.
4
