بخشی از مقاله
فضای سبز درون شهری
آب بند ها
نقش آب بند ها(cut off) در شالوده , جلوگير ي از حركت كامل آب و يا دست كم طولاني كردن مسير آب مي باشد كه در اين مورد از فشار تخريبي زه كاسته مي گردد و به هر حال دبي كلّ زه كاهش مي يابد . در اين فصل به طور عمومي و خلاصه در مورد انواع معمول روش هاي آب بندي توضيح داده مي شود.
1.آب بند تزريقي
1-1.عوامل مؤثّر در تزريق
تكنيك تزريق(grouting) امروزه در بسياري از پروژه هاي ساختماني ودر هدف هاي متنوّع مورد استفاده قرار مي گيرد كه در پاره اي موارد به منظور مستحكم كردن زمين ,كاهش دادن تأثير ارتعاش در خاك و كاهش دادن نشست خاك در اثر بارهاي ديناميك و استاتيك و اهدافي مشابه آنچه ذكر شد مي باشد, و در مواردي به منظور جلوگيري از حركت آب است كه بر اساس همين هدف در سد سازي مورد استفاده است .
استفاده از تزريق در پروژه هاي سد سازي گاه به منظور پر كردن شكاف ها و غارهاي درون سنگ هاي آهكي در ارتباط با مخزن سد مي باشد و زماني به منظور پر كردن حفره هاي درون خاك در كل يك محدوده ي آب بندي و زماني به منظور تكميل آب بندهاي ديگر از قبيل آب بندهاي پرده سپري مي باشد.
در مورد آب بندي خاك ها توسّط تزريق ,اين روش معمولاً در محيطي كارايي لازم را دارد كه نفوذپذيري محيط قبل از تزريق از cm/sec001/0 بيشتر باشد.
تزريق مواد در درون حفره هاي بين دانه هاي خاك , ضمن آب بندي كردن آن به استحكام آن نيز كمك مي كند .
موادي كه در تزريق به كار مي رود متنوّع بوده و معمول ترين آن ها شامل سيمان, آسفالت ,رس و مواد شيميايي است كه انتخاب نوع آن ها , عمق نفوذ آن ها , ترتيب و چگونگي تزريق و فشار آن بستگي به شرايط شالوده , نوع و وضعيت آن , ارتفاع سد و هدف از تزريق دارد. مثلاً نوع دانه بندي و اندازه ي دانه ها و نفوذپذيري خاك نقش مؤثّري در انتخاب نوع ماده ي تزريقي دارد . جدول زير به عنوان نمونه حدود تقريبي اندازه ي دانه ها را در ارتباط با مناسب بودن براي نوع خاصي از ماده ي تزريقي نشان مي دهد :
نوع ماده ي تزريقي قطر متوسّط دانه ها(mm) مناسب براي تزريق
................................................................................................................................ سيمان 4/1- 5/0
بنتونيت با رس-سيمان 5/0-3/0
رس-مواد شيميايي, بنتونيت-مواد شيميايي 4/0-2/0
موادّ شيميايي 2/0-1/0
................................................................................................................................
به لحاظ تاريخي , تا سال 1925 تنها ماده ي تزريقي معمول تقريباً فقط سيمان پرتلند خالص بود. هر چند سيمان خالص هنگامي ممكن است قابل استفاده در تزريق باشد كه قطر مؤثّر دانه هاي خاك ( ) در حالت سست از 5/0 ميليمتر و در حالت متراكم از 4/1 ميليمتر بزرگ تر باشد و اين شرط به ندرت ممكن است وجود داشته باشد . بنابر اين گرچه تعداد معدودي از پرده هاي آب بند تزريقي با سيمان موفّقيت آميز بوده و در مورد آن ها تبليغ شده است ولي اكثريت آن ها ناموفق بوده و محرمانه باقي مانده است(مأخذ شماره ي 6 ) .
در سال 1925 , "يوستن(Joosten)" روشي را به منظور استحكام و غير قابل نفوذ كردن خاك ابداع نمود كه مبتني بر تزريق پي در پي محلول هاي سيليكات سديم و كلرور كلسيم بود . اين روش هنوز هم مورد استفاده است , هر چند هزينه ي آن در پروژه هاي بزرگ يعني براي آب بندهاي پرحجم گران تمام مي شود و تقريباً تا آن حد پر هزينه است كه از اجراي آن صرف نظر مي شود. اين روش به صورت ديگري , مخصوصاً در فرانسه , پي گيري گرديد , يعني با استفاده از مخلوطي از سيمان و رس ( و گاهي با مواد شيميايي به عنوان ضدّ انعقاد ) جايگزين گرديد . بعد از مدّتي ماده ي
شيميايي به نامAM-9 مورد بهره برداري قرار گرفت. ويژگي اين ماده اين است كه درون مجاري خاك پليمريزه مي شود و حفره ها را پر مي كند و دانه ها را به هم پيوند مي دهد , گرچه اين روش نيز پر هزينه است. به طور كلّي موادّ تزريقي در منافذ بزرگ تر يعني در موادّ درشت دانه بهتر نفوذ كرده و با شرايط ارزان نيز ضخامت بيشتر را تشكيل مي دهند ولي در مورد موادّ دانه ريز بايد موادّ تزريقي با لزجت كمتر به كار برده شوند .
آزمايش هاي واقعي در مقياس بزرگ در مورد نتيجه ي تزريق نشان داده اند كه صرف نظر از مقدار نفوذپذيري رسوبات شالوده ,ميزان نفوذ پذيري بخش تزريق شده
به حدود تا سانتيمتر در ثانيه مي رسد ( مأخذ شماره ي 6 ). اين ارقام را مي توان براي محاسبه ي مقدار زه در بخش تزريقي و به عنوان مبنايي براي تنظيم ضخامت آن به كار برد .
1-2.اجراي تزريق و روش هاي آن
از نظر اجرايي(در مورد تزريق , اخيراً كتا
ب "عمليات مهندسي تزريق" تأليفNonveiller توسّط مهندسين مشاور زاينداب(اصفهان) ترجمه شده است. علاقه مندان به اين كتاب ارجاع مي شوند.) به منظور تزريق مواد گمانه هايي به فاصله و عمق مناسب حفر شده و آن گاه ماده ي انتخابي را به داخل آن ها تزريق مي كنند . فاصله و تعداد و عمق گمانه ها بستگي به نوع شالوده و نوع ماده ي تزريق و ضخامت خواسته
شده براي پرده ي تزريقي دارد . معمولاً ضخامت پرده ي تزريقي حاصل را مي توان تا حدود تا ارتفاع سطح آب در مخزن انتخاب نمود . در بسياري از سدها يك رديف گمانه كافي است , اما اقلاًّ دو رديف گمانه به منظور اطمينان بيشتر ضروري به نظر مي رسد. در مواردي تزريق هاي مرحله اي را با دو نوع غلظت متفاوت ماده ي تزريق اجرا مي كنند , يعني در مرحله ي اوّل در گمانه هاي با فاصله ي زيادتر , ملات سيماني غليظ تر به كار برده مي شود و در مرحله ي بعدي در گمانه هاي با فاصله ي كمتر از ملات هاي رقيق تر استفاده مي شود .
گاهي با حفر گمانه هايي تا عمق محدود ولي در يك محدوده ي وسيع مي توان نوعي پوشش لايه اي نفوذ ناپذير(blanket grouting) به وجود آورد . فاصله ي گمانه ها براي اين منظور 3 تا 5 متر و عمق آن ها 5 تا 10 متر انتخاب مي شود . در استفاده از چنين روشي بايد شرايط زمين , ويژگي ها ي زه و گمانه ها را با دقّت مورد بررسي قرار دهند تا بتوان از عدم پيدايش احتمالي پديده ي پايپينگ اطمينان كافي حاصل نمود .
فاصله ي گمانه ها در تزريق بستگي به شرايط متعدّدي دارد , از جمله اين كه تا چه وسعتي بايد موادّ تزريقي نفوذ كنند و امكانات نصب دستگاه حفّاري و نوع خاك و نوع ماده ي تزريقي چگونه است . مثلاً موادّ تزريقي ريزدانه تر و محلول هاي معلّق , ژل ها و رزين ها موادي هستند كه براي تزريق در خاك هاي ريزدانه تر و با نفوذپذيري كم به كار مي روند, بنا بر اين فاصله ي تأثيرآن ها به طور نسبي كم است , در صورتي كه براي خاك هاي درشت دانه و با نفوذپذيري زياد بايد از موادّ تزريقي درشت دانه مثل سيمان- رس استفاده نمود , و چون اين مواد در خاك هاي درشت
دانه تزريق مي شوند شعاع تأثير آن ها بيشتر است . بنا بر اين در محيط ريز دانه تر
فاصله ي گمانه ها كمتر و در محيط دانه درشت تر فاصله ي گمانه ها را مي توان بزرگ تر انتخاب نمود .
فشار تزريق نيز بستگي به شرايط متعدّد دارد كه از جمله فاصله ي گمانه ها , نوع ماده ي تزريقي , نوع محيط , مرحله ي تزريق و محدوده ي مطلوب تأثير تزريق مي باشد و علاوه بر اين شرايط كه ذكر شد , لزجت و غلظت ماده ي تزريقي و عمق نقطه ي مورد تزريق نيز در انتخاب فشار مناسب تأثير اساسي دارد . در خاك هاي با نفوذپذيري كم به طور نسبي فشار بيشتري نسبت به خاك هاي با نفوذپذيري زياد مورد احتياج است . امّا فشار زيادتر از يك حد نيز موجب پكيده شدن محلّ تحت تأثير
فشار مي گردد . در خاك هاي درشت دانه و در سنگ هاي شكاف دار مي توان به سهولت ماده ي تزريقي و فشار لازم را انتخاب نمود امّا در مورد خاك هاي ريز دانه دقّت بيشتري لازم است , زيرا زياد كردن فشار ممكن است موجب پكيدن خاك گردد و رقيق تر كردن ماده ي تزريقي همراه با فشار كمتر ممكن است موجب شود كه ماده ي تزريقي با از دست دادن آب در نتيجه جذب بين دانه ها غليظ تر شده مجاري را براي پيشروي تزريق مسدود نمايد .
جدول زير مشخصات خاك ها و نوع ماده ي تزريقي مناسب آن ها را نشان مي دهد .
اين كه پيشروي تزريق در عمق خاك چگونه است بستگي به روش اجراي آن دارد , كه در اين مورد به طور كلي مي توان سه روش را نام برد . انتخاب نوع روش بستگي به شرايط پروژه , اقتصاد , امكانات و هدف ها دارد . اين سه روش كلّي عبارت اند از : روش در جا(tube a manchetts) , روش پايين رو و روش بالارو
هر كدام از اين روش ها معايب و مزايايي دارند , هر چند به علّت شرايط محلّ تزريق و نوع پروژه ممكن است معايب يك روش خاصّ انتخابي در محدوده ي آن پروژه پديدار نگردد. بهترين و مجهّزترين روش , نوع "درجا " مي باشد كه بر اساس آن مي توان ترتيب مورد نظر براي تزريق در عمق هاي مختلف , تزريق مكرّر, و تزريق مرحله اي را به سهولت اجرا نمود .
به طور خلاصه هرگونه روش و ماده ي تزريقي كه به كار برده شود خالي از نقايص كلّي نخواهد بود . از جمله اينكه اندازه و محلّ قسمت هايي از لايه ي مورد تزريق كه تحت تأثير تزريق قرار نگرفته است معلوم نخواهد شد و چنانچه در لايه هاي نفوذپذير لايه اي از ماسه بدون تزريق , احياناً بخش تزريق شده را قطع كند , بعد از پر شدن مخزن سد , به علّت ايجاد گراديان هيدروليك زياد در آن نقطه , شدّت حركت زه در آن جا زياد شده و به تدريج شكاف عريضي ايجاد مي شود كه عواقب آن قابل پيش بيني نيست . تزريق هاي شيميايي در اثر تأثير طولاني فشار زه ممكن است سوراخ شوند . به علاوه كارايي روش تزريق بستگي به مهارت و تجربه ي اجراكنندگان آن دارد و به هر حال كارايي دراز مدّت اكثريت پرده هاي تزريقي تا حدّي نامعلوم است.
1-3.نمونه هايي از سدهاي تزريق شده
به عنوان نمونه ( مأخذ شماره ي 7 ) سدّ خاكي "دورلاسبودن" در استراليا در اين جا مورد بحث قرار مي كيرد .
اين سدّ خاكي به ارتفاع 70 متر , شيب دامنه هاي از 5/1:1 تا 1:3 در نقاط مختلف و با مغزه ي مركزي روي شالوده اي شن و ماسه اي به عمق 50 متر ساخته مي شود . حجم عمليات خاكي آن 5/2 ميليون متر مكعب و توليد انرژي آن 25 مگاوات مي باشد. در زير مغزه ي سد 8 رديف گمانه ي تزريقي وجود دارد كه 5 رديف آن ها تا عمق 15 تا 21 و 3 رديف مياني تا عمق 65 متر مي باشد . فاصله ي گمانه ها 5/2 تا 3 متر و فشار نهايي تزريق تا 50 و60 كيلوگرم بر سانتي متر مربّع رسيده است .
نفوذپذيري لايه بلافاصله زير سد است كه طبقه ي زير اين لايه را موادّ ماسه اي سيلتي با نفوذپذيري حدود تشكيل مي دهد . لايه ي نفوذ پذير
تزريق شده پس از تزريق به نفوذپذيري مي رسد .
در اين سد جمعاً 10579 متر مربّع از خاك در محل آب بندي شده و براي اين عمل 20577 متر گمانه حفر شده و 15577 متر لوله هاي تزريقي درجا به كار رفته است .
در فاز اوّل و دوم تزريق , 22540 متر مكعب از مخلوطي به كار رفته است كه براي هر 1000 ليتر آب , 150 كيلوگرم سيمان و500 كيلوگرم رس وجود داشته و لزجت آن به 38 مارش ثانيه رسيده است.
در فاز سوم , 25132 مترمكعب ژل بنتونيت ( مخلوطي از بنتونيت , مونوفسفات سديم , سيليكات سديم وآب ) با لزجت 38 مارش ثانيه , و در فاز چهارم , 6724 متر مكعب ژل هاي شيميايي ( عمدتاً آلوموسيليكات ها ) با لزجت 32 مارش ثانيه مورد استفاده قرار گرفته است .
نمونه ي ديگر به عنوان سدّ "ميشن(Mission Dam)" در "بريتش كلمبيا " مي باشد . براي اين سد 5 رديف گمانه ي تزريقي به عمق 150 متر و فاصله ي 3 متر انتخاب شده و ماده ي تزريقي در رديف هاي بيروني سيمان خالص , در رديف هاي دوم و چهارم مخلوطي از سيمان و رس به نسبت هاي متفاوت و در رديف وسط مخلوطي از سيمان و رس و مقدار كمي موادّ شيميايي به كار برده شده است . ضريب نفوذپذيري بخش تزريق شده به سانتيمتر در ثانيه و راندمان اين آب بند به 90% رسيده است.
2.ترانشه ي آب بند
ترانشه ي آب بند در شالوده ي سد يعني در قاعده ي آن حفر شده واز مواد رسي و نفوذناپذير كاملاً متراكم پر مي شود. شيب كناره هاي آن حدود 45 درجه گرفته مي شود و اندازه و عمق آن بستگي به شرايط دارد و محلّ محور آن ممكن است منطبق به محور مغزه ي سد و يا در سمت بالادست جلوتر از محور سد قرار گيرد. اگر لايه ي نفوذپذير شالوده تا اعماقي بيش از 15 متر نباشد , مي توان اين ترانشه را تا سنگ بستر و يا تا لايه ي نفوذناپذير زيرين ادامه داد. عرض قاعده ي
ترانشه را اقلاًّ حدود 5 متر مي گيرند , هرچند بر حسب وسعت كار و تجهيزات تراكم و مسائل اقتصادي ابعاد ترانشه را مي توان به طور مناسب انتخاب نمود. اگر نتوان تمام ضخامت لايه ي نفوذپذير را به وسيله ي ترانشه آب بندي نمود , مي توان از ترانشه ي ناقص كه به وسيله ي يك ديافراگم بتني قائم تكميل مي شود آب بندي كاملي تشكيل داد . شكل(1) نشان دهنده ي وضعيت ترانشه ي آب بند در نيم رخ مي باشد
.
3.آب بند ناقص
آب بندي ناقص به روشي از آب بندي گفته مي شود كه شالوده را به طور كامل آب بندي نمي كنند و عمل اصلي آن قطع كلّي زه نيست بلكه در محدود نمودن آن و در افزايش طول مسير آن مؤثّر است. آب بندهاي ناقص در شالوده هايي كه در طبقات عميق تر نفوذناپذيرتر مي شوند بسيار
مؤثّرند , امّا در شالوده هايي كه تا اعماق زياد نفوذپذيري قابل توجّه دارند , راندمان آب بندهاي ناقص كم است به طوري كه اگر تا80% عمق كلّي لايه ي نفوذپذير آب بندي شود راندمان كاهش زه از آن فقط تا50% مي رسد. از اين رو هنگامي مي توان از آب بند ناقص نتيجه ي رضايت بخش گرفت كه همراه با آب بند ناقص از پوشش بالادست نيز استفاده گردد.
4.آب بند سپري
آب بندي سپري يا سپرهاي آب بند , در شالوده هاي سيلتي , ماسه اي و شني ريز قابل اجرا مي باشند. اين سپرها به روش كوبيدن در شالوده اجرا مي شود و هيچ گاه نمي توان از عدم نشت آب در حدّ فاصل قطعات آن ها مطمئن بود. به همين علّت معمولاً آن ها را به وسيله ي تزريق سيمان , بتن ريزي و يا تزريق بنتونيت آب بندي مي كنند. سپرهاي آب بند حتّي المقدور در طرف بالادست شالوده كوبيده مي شوند(شكل 2).
5.آب بند سيماني و پرده ي بتني درجا
اين نوع آب بندها در شالوده هايي كه قلوه سنگ ها و قطعات سنگ هاي بزرگ ندارند قابل اجرا مي باشند. به طور خلاصه روش اجراي آن ها به اين ترتيب است كه بعد از حفر گمانه هايي در يك يا چند رديف تعيين شده , داخل آن ها را ملات سيمان ريخته و به وسيله ي انتهاي سرمته اين ملات با شن و ماسه درون گمانه مخلوط مي شود و به تدريج گمانه ها پر مي شوند. در نتيجه جداري از بتن در عرض شالوده به وجود مي آيد.
در روش ديگر ترانشه اي به طول 5 تا 10 متر و عرض ثابت حدود 2/1 تا 2 متر به وسيله ي ماشين آلات مخصوص حفّاري مي شود. در اين نوع حفّاري از گل حفّاري به عنوان محكم كننده ي جدار ترانشه و انتقال موادّ حفّاري شده به بالا استفاده مي شود و در مخزن هاي مخصوص آن مجدّداً تصفيه شده و با بنتونيت اضافه شده به
ترانشه برگرد ا نده مي شود . بعد از حفر تا عمق مورد نظر , ترانشه به وسيله ي بتن
ساخته شده پر مي گردد. ترانشه هاي ديگري به همين ترتيب و در يك امتداد ساخته مي گردند تا اين كه تمامي طول شالوده در محدوده ي مورد نظر به وسيله ي يك ديوار بتني آب بندي مي گردد.
ساختن پرده ي سيماني توسّط گمانه و يا به وسيله ي ترانشه در هر حال مشكلات اجرايي فراوان ( از جمله وجود آب و خشكانيدن آن ) و مسائل اقتصادي زيادي دارد.
