بخشی از مقاله
چکیده:
فیلتر یک از اجزا مهم سازه های خاکی ایست که در ارتباط با جریان آب می باشند . هنگامی که جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتا ریز به مصالح درشت تر - برای مثال مصالح ز هکش - وارد می شود ، ممکن است مصالح ریز دانه از جای خود حرکت کرده ، اولا باعث بروز ناپایداری در کل سازه گردیده و خطرآفرین باشند وثانیا فضاهای خالی سیستم زهکش را پر کرده و در برابر حرکت آب ایجاد مانع کنند و در نتیجه باعث افزایش فشار هیدرواستاتیکی در سازه شوند . بدین جهت ایجاد چنین بخشی در سازه لازم خواهد بود.
از آنجایی که فیلتر یکی از قسمت هایی پر هزینه در ساخت سد ها می باشد لذا لازم است معیاری علمی ودقیق برای مشخصات آن ارائه گردد. از جمله خاکهایی که به فراوانی در طبیعت یافت شده و مناسب برای استفاده در هسته مرکزی سد ها می باشد،این خاکها دارای ذراتی در ابعاد لای و رس تا ابعادی در حد شن یا بزرگتر می باشند. این خاکها ممکن است در محدوده ابعاد ماسه گسسته بوده و یا مخلوط باشند.
طی دهه های گذشته علاوه بر مصالح فیلتر دانه ای،از مواد مصنوعی بنام ژئوتکستایل نیز استفاده شده است که خصوصیاتی نظیر مصالح دانه ای خاک دارند و از نظر مقاومت مکانیکی و شیمیایی در حد بالاتری قرار دارند.از این موا د در اکثرپروژه های ژئوتکنیکی چه در سطح جهانی چه در کشور ما استفاده شده است و از این رو نیاز به شناخت بهتری این مواد می باشد.
مقدمه:
با وجود اینکه مصالح قرضه طبیعی مورد نیازدر تهیه زهکشها و فیلتر ها باسایر کاربری های مصالح طبیعی از حجم کمی بر خوردار است،با توجه به نقش این گونه مصالح در چگونگی بهره وری سیستم های زهکشی و ایمنی سد های خاکی و سنگریز،نیاز است تا مشخصات و خصوصیات فنی این گونه مصالح بدقت مورد ارزیابی و برسی قرار گیرد.
عدم توجه به تعیین مشخصات فنی و ارزیابی اولیه خواص مصالح قرضه مورد نیاز در ساخت فیلترها،باعث ایجاد مشکلات متعدد در طول دوره بهره برداری پروژه ها شده و بطور کلی ممکن است راندمان و ایمنی سازه را در حد غیرقابل قبولی کاهش دهد.
با توجه به مشکلات گفته شده مشخصات فیزیکی و مکانیکی مصالح فیلتر شامل مقاومت فشاری،شاحص دوام،زبری، پوشش سطحی،تخلخل،فعل و انفعالات شیمیایی و شکل ذرات مورد برسی قرار گرفته و جدایی در ذرات فیلتراتفاق نیفتاده و چسبندگی در بین ذرات وجود نداشته باشد.
فیلتر
فیلتر مصالحی است حد واسط که در مرز بین دو لایه ای که به لحاظ توزیع دانه بندی متفاوت هستند ،قرار داده می شوند نقش اصلی فیلتر جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد و بدیهی است که کاربرد آن در جایی است که تحت اثر گرادیان هیدرولیکی می باشد .
طراحی فیلتر و زهکش
آب های نشست شده باید از سد و پی خارج شوند. گرادیان خروجی بدلیل اینکه می توانند باعث سایش و رگاب گردند بسیار مهم هستند. رگاب به پدیده ای اطلاق می شوند که سائیدگی سریع درونی در امتداد خط جریان صورت می گیرد و این در حالی است که گرادیان خروجی را به طرف بیرون می راند.برای کمک برای به جلو گیری از رگاب فیلتر دودکش مورد استفاده قرار گرفته تا باعث جلوگیری ازایجاد ترک در هسته یا دربالای شیار آب بند گردند.فیلترها و زهکش های داخل برای هدایت نشت ها از هسته و خروج آنها از پوسته سد طرح می شوند.
برای کنترل تراوش از مدلهای زیر می توان استفاده کرد:
ا-ایجاد زهکش ها در بدنه و گاهی اوقات در پی سد ایجاد زهکش می توان مسئله تراوش را کنترل نمود.
-2ایجاد فیلتر که در ارتباط با زهکش کار می کنند و نقش جلو گیری از آب بردگی دانه ها ریز خاک بخصوص در هسته مرکزی را ایفا می کند.
-3هسته مرکزی اجزاء اصلی بدنه سد خاکی را تشکیل می دهد و نقش آن ایجاد غیر قابل نفوذ ترین قسمت سد می باشد تا نقش اصلی جلو گیری از عبور آب را بعهده داشته باشد.
زهکشی در بدنه سد
زهکشی در بدنه سدبه منظور جمع آوری و هدایت زه عبورکرده در بدنه سد و یا از شالوده می باشد و هدف آن این است که دامنه پایین دست حتی الامکان خشک نگاه داشته شود ونیزاز ایجاد هر گونهای اضافه فشار آب منفذی در مناطق مختلف سد جلو گیری گردد. از آنجا که زهکش ها دارای نفوذ پذیری زیاد - واز قطعات دانه - می باشند، لازم است ارتباط انها با بدنه و - بخصوص هسته سد - به صورت تدریجی باشد یعنی الزاما منطقه ای به نام فیلتربین زهکش و خاک بدنه تعبیه گردد.
این فیلتر ممکن است از یک لایه و یا چند لایه ای تشکیل شده باشد که هر لایه ای برای لایه زیرین نقش فیلتر را دارد. وجود زهکشها همراه با منطقه فیلتر نه تنها موجب هدایت زه وگرد آوری و تخلیه آب به مجاری پیش بینی شده می گردد بلکه در مواردی که منطقه های ضعیف احتمالی در اثر گرادیان هیدرو لیکی آب برای شسته شدن و پوکه شدن مستعد هستند،و جود یک فیلتر مناسب از یک پدیده جلو گیری می کند و اصطلا حا از پیدایش عمل پایپینگ - فرسایش درونی- رگاب - ممانعت می کند، و نیز مواردی که تکانهای حاصل اززلزله یا نشستهای نامساوی موجب ایجاد شکافهایی در جسم سد گرددو آب بتواند با سرعت و دبی زیادو پیش بینی نشده ای ازآن تر کها جریان یابد وجود فیلتردر تمامی مواردی که دو لایه با دانه بندی متفاوت در کنار یکدیگر قرار دارند و نیز جهت هد فهایی که در بالا ذکر گردید بویژه در طرفین هسته سد ضروری است.
بعنوان یک تخمین،ظرفیت زهکشها برای عبور دادن آب زه باید حداقل دو برابر مقداری باشد که از رابطه دارسی حساب می شود.در مواردی که احتمال تقریبهایی در اندازه گیری ها باشدو یا تعیین مقدار دقیق ظرفیت بر اساس قانون دارسی میسر نباشدودر صورتی که احتمال ورود آب از مجاری دیگر به غیر از نفوذ زه وجود داشته باشد، ضریب اطمینان را هر چقدر مقدور باشد بزرگتر انتخاب نمود،زیرا دردی که برای تامین هزینه اضافی جهت ضخیمتر کردن زهکش بکار می رود سد را در برابر تخریبهای حاصل از عدم ظرفیت زهکش بیمه می کند.
زهکش لایه ای افقی
این نوع زهکش که در دامنه پایین دست ودر قاعده سد قرار می گیرد،تمامی زه درون بدنه و قسمت عمده زه شالوده را - در صورتیکه شالوده حاوی زه باشد - به طرف بیرون سد هدایت می کند. این نوع زهکش ها،همانگونه که قبلا اشاره شدبوسیله یک یا چند طبقه فیلتر به خاک بدنه سد مربوط گردند.
در مواردی ممکن است یک پنجه سنگی و یا یک ترانشه زهکشی در پنجه سد، سیستم زهکشی افقی را تکمیل کند. نقش دیگری که زهکش افقی ممکن است داشته باشد در شرایطی است که شالوده تحکیم پذیر و نفوذ پذیرباشد، ودر این صورت وجود لایه ای از زهکشی افقی می تواند تحکیم لایه زیرین را - در اثر وجود بارسد - تسهیل و تسریع کند.طول و ضخامت زهکش باید بر اساس متحمل زه و شرایط دیگر تعیین گردد.عموما می توان حداکثر طول زهکش افقی را با اطمینان کامل سه برابرارتفاع سد در نظر گرفت.
زهکش مایل
قرار دادن زهکش مایل در نیمه پایین دست باشیبهای مختلف کاملا معمولی است ابتدا این نوع زهکش تقریبا به محور سد یعنی تا زیر تاج آن می رسد و انتهای آن به زهکشی افقی متصل می گردد.
وجود این نوع زهکشی که عمدتا هدایت زه به زهکش افقی است،در مناطق زلزله خیز به پایداری سد نیز کمک می کند،زیرا در صورت بروز شکستگی ها در بخش غیر اصطکاکی بدنه از گسترش آنها و ایجاد جریانهای قوی آب جلوگیری می کند. در مناطق زلزله خیز قرار دادن لایه های فیلتر در دامنه بالادست به منظور التیام شکستگیها احتمالی نیز در جهت اطمینان است،که در این مورد رعایت معیار دانه بندی فیلتر ممکن است با همان دقتی که برای زهکشی پایین دست منظور می شود ضروری نباشد. ممکن است زهکش مایل را به طورقائم ایجاد نمود که در این صورت محل آنرا می توان در محور سد یا بالادست و پایین دست انتخاب کرد و حتی زهکش مایل را نیز می توان در بدنه بالادست قرارداد. محل قرار دادن زهکش و نوع آن بستگی به مسائل اقتصادی و شرایط دیگر دارد.
چنانچه حجم زهکش میانی سدنسبت به حجم کل بدنه مقدار قابل توجهی باشد، بایدآنرا هسته زهکشی نامید.
