بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
روش نصب ابزار پیزومتر سنگ در گمانه های آرتزین سد گتوند علیا
خلاصه
رفتارنگاری به معنای بررسی عملکرد یک سازه در دوران ساخت و مرحله بهره برداری و تطبیق آن با پیش بینیهای زمان طراحی می باشد. طراحی یک سازه برپایه اطلاعات فنی بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی روی مصالح و با در نظر گرفتن یک قانون رفتاری صورت میپذیرد. برای اطمینان از صحت طراحی، عملکرد سازه مورد ارزیابی دقیق قرار میگیرد تا در صورت عدم تطبیق با پیش بینیهای طراحی و یا بروز مشکلات آتی، تمهیدات لازم انجام پذیرد. حدود 40درصد از ناپایداری ها و خرابی سدهای جهان بر اثر گسیختگی پی و مشکلات مربوط به آب بندی پی آنها می باشد، لذا رفتارنگاری سیستم آب بندی پی سدها از اهمیت ویژه ای برخوردار است که به منظور اندازهگیری فشار آب منفذی و تراز پیزومتریک در پی سد از پیزومترهای سنگ(پی) استفاده می شود. پیزومترهای سنگ (Rock Piezometer)، مقدار فشار آب موجود در محل نصب خود را بر اساس مکانیسم تار مرتعش((Vibrating Wireاندازهگیری مینمایند. در این روش قسمتی از ابزار که مورد بارگذاری قرار می گیرد به تاری متصل است که بر اساس کم و زیاد شدن طول آن، کشش تار و فرکانس ارتعاش آن تغییر می کند. خروجی این پیزومتر، سیگنالی از فرکانس بوده که در مسیرهای طولانی تحت تاثیر افت جریان و مقاومت قرار نمی گیرد و این فرکانس با فشار وارده یک رابطه ریاضی مشخص و قابل محاسبه دارد.جهت نصب ابزار پیزومتر پی در گمانه های عادی از یک روش معمول استفاده می شود بدین صورت که پس از نصب پیزومتر درمحدوده مدنظر، مصالح فیلتر و بنتونیت گلوله ای بهصورت جداگانه و به ارتفاع مشخصی بر روی پیزومتر ریخته شده و پس از آن گمانه پر از دوغاب می شود. ولی در گمانه های آرتزین با توجه به فشار آب رو به بالا، امکان اجرای ثقلی مصالح و دوغاب وجود ندارد که جهت نصب ابزار پیزومتر پی در گمانه های آرتزین گالری بازرسی سد گتوند یک روش ابتکاری با استفاده از پکر پنوماتیک بکار گرفته شده که سعی کرده ایم در این مقاله روش مذکور را به تفصیل توضیح دهیم.
1. مقدمه
سدمخزنی گتوند علیا از نوع سدهای سنگریزهای با هسته مرکزی رسی میباشد. تراز تاج سد 246 متر بوده و ارتفاع سد از پایینتـرین تـراز هسـته 182 متر میباشد. طول تاج سد 760 متر و حجم دریاچه سد 4671 میلیون مترمکعب است. سرریز سد از نوع اوجی دریچهدار با ظرفیت حـداکثر 17500 مترمکعب درثانیه وسیستم تخلیه کننده تحتانی دارای ظرفیت حداکثر 500 مترمکعب درثانیه است. هسته سد در تمامی طول خود برروی سنگ کف قرار می گیرد. ترازهای تحتانی دره سد و قسمت پی میـانی را مصـالح سـنگی سـازند آغاجـاری تشـکیل مـی دهـد کـه در بـالای ایـن ناحیـه از حـدود تـراز (100m.a.s.l) به بالا در هر دو جناح سازند کنگلومرای بختیاری قرار دارد.
ابزار دقیق به دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی،الکترونیکی،مکانیکی، هیدرولیکی، نیوماتیکی(پنوماتیکی) و ... اطلاق می گردد کهاصولاَمشتمل بر سنسورها،ترانسدیوسر(مبدل) ها،هشدار دهنده ها و سیستم های آلارم و غیره می باشد که با توجه به مکانیزم بکار رفته در آن ، پدیده های مختلـف را احساس،میزان آنهارا با دقت کافی اندازه گیری و بصورت اطلاعات قابل استفاده در رفتار نگاری و ارزیابی پایداری سازه عرضه می نماید. ابزاردقیق یک سد نمیتواند مشکلات موجود را از بین ببرد ولی میتواند در مورد مشکلات بالقوه و خطر آفرین هشدار دهد. یک سیستم ابزاربندی و رفتارنگاری موثر می تواند تغییرات ناگهانی غیر عادی یا روند غیرعادی دراز مدت، که نمایانگر مشکلات بالقوه می باشد را کشـف نمایـد. بررسـی عملکـرد یـک سـد و دادههای رفتارنگاری حاصل، باعث میشود متخصصین درک بهتری از پیچیدگی نیروهای متعددیکه، معمولاَ بطـور مسـتقل از یکـدیگر بـه سـد وارد میشوند، داشته باشند.
اولین آبگیری در سدها از اهمیت ویژه برخوردار میباشد . آبگیری باعث اشباع خاکریزها و تکیهگاه و کاهش ضریب اطمینان میگردد. بنابراین به علت اینکه سدها شرایط جدید را براحتی تحمل نمایند باید سرعت آبگیری بسیار پایین باشد. رفتار سنجی میزان نشت آب از پی و تکیهگاهها ، بررسی عملکرد دیوار آب بند یا تزریق و یا پتوی زهکش اجرا شده در کاهش نفوذپذیری پی، بررسی پدیده رگاب و جوشش در پی از موارد مهم رفتارنگـاری در اولین آبگیری بشمار می روند. ارزیابی تاثیر آبگیری برفشارهای منفذی هسته ، تغییر مکانهای افقی و بررسی پدیده شکست هیـدرولیکی و شستشـوی ذرات ریزدانه هسته جز رفتارسنجی بدنه سد در زمان اولین آبگیری بشمار میروند.
به منظور اندازهگیری فشار آب منفذی و تراز پیزومتریک در پی سد از پیزومترهای سنگ استفاده می شود.نتایج حاصل از این ابزارهـا در کنتـرل پایداری پی سد و همچنین کنترل عملکرد سیستم آب بندی سد نقش مهم و حیاتی را ایفا میکند.در ادامه ضـمن ارائـه توضـیحاتی در خصـوص نحـوه عملکرد پیزومتر تار مرتعش، نحوه نصب ابزار پیزومتر سنگ در گمانه های آرتزین گالری بازرسی سد گتوند(گالری زیرهسته سد) به تفصیل توضـیح داده می شود.
-1 پیزومتر سنگRock Piezometer
پیزومترهای نصب شده در سد گتوند از نوع پیزومتر تار مرتعش مدل PWFبا مبدل فشار قوی و پایدارمیباشـد. ایـن نوع پیزومتر دارای یک حسگر دیافراگمی تار مرتعش داخل یک محفظه استوانه ای با قطر کم است . در یـک سـر محفظـه، یک فیلتر با ورودی هوای بالا یا پائین و در انتهای دیگر کابل ابزار وارد می شود که توسط یک ترکیب اپوکسی آب بند مـی شود. (شکل (1 تمام این بخشها از فولاد ضد زنگ ساخته شده است. فیلتر که در جلو محفظه واقع شده ، توسـط O-Ring آب بند میگردد. با وجود فیلتر، دیافراگم از هجوم ذرات جامد محافظت شده و فقط فشـار سـیال انـدازه گیـری مـی شـود. امکان جدا کردن محفظه فیلتر جهت انجام کالیبراسیون، اشباع کردن و همچنین جایگزینی، وجود دارد.
پیزومترهای پی، مقدار فشار وارده را بر اساس مکانیسم تار لرزان (Vibratingwire ) اندازه گیری مـینمایـد در ایـن روش قسمتی از ابزار که مورد بارگذاری قرار می گیرد به تاری متصل است که بر اساس کم و زیاد شـدن طـول آن، کشـش تار و فرکانس ارتعاش آن تغییر می کند. خروجی این پیزومتر سیگنالی از فرکانس بوده که در مسیرهای طولانی تحت تاثیر افت جریان و مقاومت قرار نمی گیرد. این تغییر فرکانس متناسب با نیروی وارده و دما می باشد. مطابق رابطه (1) مـیتـوان بر اساس پریود یا فرکانس تار مرتعش میزان کرنش آن را اندازه گیری کرد:
در رابطه فوق بعنوان میکرو کرنش، N پریود تار مرتعش بر حسب میکرو ثانیه و K ثابت اندازه گیری میباشد. کارخانه سازنده، پیزومترها را تحت بارهای ثابت و معین قرار داده و بر اساس نتایج حاصله، ضرایب و پارامترهای کالیبراسیون هر پیزومتر را تعیین می نماید.
همانطور که در شکل (1) مشاهده میشود یک پیزومتر تارمرتعش دارای قسمتهای مختلفی است که نحوه عملکرد آن در ذیل توضیح داده شده است:
دیافراگم به صورت یک پرده یا ورق فلزی از جنس فولاد ضد زنگ با قابلیت ارتجاع ساخته شده است که از یک طـرف به فضای خالی پس از فیلتر محدود و از طرف دیگر لبه های کناری آن به بدنه اصـلی ترانسدیوسـر جوشـکاری شـده و تـار مرتعش به مرکز آن بسته شده است. آب پس از عبور از فیلتر به این پرده فشار وارد می کند و باعث تغییر شکل پـرده و در نتیجه تغییر میزان کشش در تار می شود. آب وارد شده به دیافراگم فشار می آورد و باعث عقب رانده شـدن دیـافراگم مـی گردد.برای تبدیل تغییرات فشار بوجود آمده در ابزار سازه به مقادیر معنی دار از مبدل استفاده می کنند. مبدل ابـزار دقیـق وسیله ای برای تبدیل تغییرات فیزیکی به سیگنالهای خروجی برابر با آن می باشد.
درسیستم تار مرتعش ترانسدیوسر یا مبدل تغییرات فشار را به تغییرات فرکانس (یا دوره تنـاوب)، ارتعـاش و تشـدید تبدیل می کند که در اصل مهمترین بخش پیزومتر (در میان قسمتهای مختلف) به شمار می رود شامل بدنه ، تار مـرتعش از جنس فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا و دو عدد سیم پیچ (یکی دارای هسته آهنربای دائم و دیگـری اسـتوانه الکتروفریـت) می باشد. سیم پیچ اطراف تار مرتعش، با ایجاد میدان الکترومغناطیسی موجب مرتعش شدن تار تحت کشش شده و سـپس فرکانس تشدید تار، نمونه برداری و محاسبه می شود. بسته به تغییر شکل دیافراگم پیزومتر تحت فشار آب، باعث تغییـر در کشش تار مرتعش متصل به آن می شود که در نتیجه فرکانس محاسبه شده تغییر می کند که رابطـه مسـتقیمی بـا فشـار وارده به پیزومتر دارد. (شکل (2
که در این رابطه f فرکانس اصلی تار مرتعش، L طول تار مرتعش، F کشش تار و M جرم تار بر واحد طول میباشد.
-2 حفاری گمانه جهت نصب پیزومتر سنگ
پس از پیاده کردن مختصات گمانه (مطابق با نقشه های ابلاغی) و کنترل و تأیید آن توسط نقشه بردار عملیات حفاری گمانه با زاویه و آزیموت مشخص شده آغاز می گردد. قطر گمانه متناسب با تعداد ابزاری که می بایست داخل آن نصب شود مشخص می گردد. برای گمانه های تک ابزاری قطرحفاری معمولاً mm و برای گمانه های دو ابزاری قطر حفاری mm می باشد. به منظور تدقیق تراز نصب پیزومتر معمولاَ عملیات کرگیری(مغزه گیری) گمانه از 3 متری بالای تراز نصب پیزومتر تا 3 متر زیر تراز نصب ابزار صورت می پذیرد.(شکل ) در صورتیکه هدف نصب کنترل پایداریپی سد باشد نصب ابزار در لایه های گِل سنگی و یا سیلتی صورت می پذیرد اما زمانیکه هدف از نصب ابزار کنترل سیستم آب بندی باشد پیزومتر می بایست در لایه های ماسه سنگی کنگلومرایی و یا زونهای با خرده شدگی بیشتر انجام پذیرد.پس از اتمام عملیات حفاری تا عمق مشخص شده گمانه شستشو داده می شود تا عاری از هرگونه آلودگی و ذرات ناشی از حفاری باشد. حال گمانه آماده جهت نصب ابزار می باشد.
شکل :4 جعبه مغزه های حاصل از حفاری گمانه ابزار دقیق
