نشست سدهای خاکی

سدها سازه‌های مصنوعی دستساز بشر می‌باشند که به دلیل اهمیت تأمین نیازهای آبی بشر در بخش‌های مختلف کشاورزی، صنعتی، شرب، تولید برق و کنترل سیلاب حائز اهمیت می‌باشند. برای ساخت و استقرار انوع مختلف سدهای خاکی از تراکم‌های ترکیبی خاک‌های مختلف ماسه‌ای، رسی یا سنگی استفاده می‌شود. تراکم خاک باعث بهبود ساختار خاک و کاهش نفوذپزی آن می‌شود. اهداف اصلی از تراکم خاک سدهای خاکی افزایش سختی خاک و کاهش نشست‌ها در دوران ساخت و بهره برداری سد افزایش مقاومت برشی سدها برای جلوگیری از گسیختگی لغزشی شیب‌های بالادست و پایین دست سد خاکی، همچنین رسیدن به میزان نفوذپذیری قابل قبول و رسیدن به نشت آب مجاز از هسته سد خاکی می‌باشد. سدهای خاکی را تقریباً در روی هر نوع فونداسیون و یا سایتی که برای ساخت سازه‌های بتنی نامناسبت هستند می‌توان اجرا نمود. برای ساخت این نوع سدها به شرط آن که در ناحیه بندی مصالح به کار رفته دقت شود از انواع مختلفی از مصالح ساختمانی می‌توان در هنگام ساخت بهره جست.

تغییر شکل و مشکلات اساسی سدهای خاکی

طراحی سدهای خاکی به طورکلی بر مبنای جلوگیری از نفوذ آب به بدنه سد و پایداری در برابر لغزش انجام می گیرد اما باید این مسئله را پذیرفت که در سدهای خاکی همیشه احتمال نشت و ترک خوردگی وجود دارد. تغییر شکل در سدهای خاکی به سه صورت کلی اتفاق می افتد:

-تغییر شکل‌هایی که حین ساخت رخ می‌دهند و در یک سد خاکی یا سنگریزه‌ای، وزن مصالح خاکریز باعث ایجاد نشست در بدنه سد می‌شود.

-تغییر شکل‌های ناشی از آبگیری مخزن که تغییر شکل در اثر بار ناشی از آب پشت سد و تغییر شکل ناشی از نشست رمبندگی پوسته بالادست سد اتفاق می افتد.

-تغییر شکل‌های تحکیمی و خزشی بلند مدت.

نشست سدهای خاکی:

وزن سد سبب ایجاد بار قائم و افقی بالا برروی زمین زیر سد شده و سبب ایجاد نشست می‌شود که میزان این نشست بستگی به جنس و میزان بار وارد شده دارد. همچنین مصالح متراکم شده در درصد رطوبت‌های پایین و تراکم کم در صورت اشباع شدن تمایل به رمبندگی دارند و این مشکل در مصالحی مانند سنگریزه، ماسه، رس‌های سیلتی و غیره نیز ممکن است رخ دهد. مصالح با دانه بندی خوب کمتر از مصالح با دانه بندی یکنواخت تمایل به رمبندگی دارند. میزان نشست در سدهایی با شالوده ماسه‌ای شنی از چند اینچ تا چند فوت ممکن است متفاوت باشد که این میزان نشست بستگی به عواملی مانند چگالی نسبی، نوع دانه بندی خاک و اندازه سد دارد. علاوه بر نشست زمین به علت وزن سد، به علت وزن آب روی دامنه بالادست و روی بستر مخزن نیز مقداری نشست پیش بینی می‌شود که اندازه گیری میزان نشست در بستر مخزن بعد از پر شدن دشوار است.

اثرات نشست بر سدهای خاکی:

نشست در تاج سدهای خاکی معمولاً به صورت نامتقارن است و شرایطی مانند ناهمگن بودن شالوده سد، وجود لایه‌هایی با ضخامت‌های متفاوت، وجود بار آب در بالادست و زهکشی غیریکنواخت سبب نشست نامتقارن سدها می‌شود. حال این نشست نامتقارن در سدها تاثیرات مخربی نیز دارد. اگرآب بندهای درون سد از جنس مواد آسیب پذیری باشد در معرض صدمه دیدن قرار می‌گیرد. همچنین ایجاد ترک‌های طولی و عرضی و یا مورب در سر ممکن است سبب تخریب سد شود. نشست نامتقارن در سدهای خاکی موجب می‌شود تا حدفاصل دانه بندی‌های مختلف، نظم و تراکم خود را از دست دهد.

معمولاً تاج سد درمجموع بیشتر از سایر ترازهای سد نشست خواهد داشت زیرا علاوه بر نشست شالوده، نشست بدنه سد نیز بر آن تأثیر می‌گذارد. معمولا در سد خاکی که به خوبی کامپکت شده باشد نشست تاج سد به علت نشست بدنه سد بسیار کم است.

پدیده نشست سد بر میزان زه آب در شالوده نیز تأثیر می‌گذارد. در مواردی که نشست‌های تحکیمی زیاد پیش‌بینی می‌شود می‌توان ساخت سد را در چند مرحله انجام داد، درنتیجه قسمت عمده نشست قبل از اتمام سد صورت می‌گیرد و در مراحل اولیه ساخت عکس‌العمل زمین و سازه سد مشخص می‌گردد و چنانچه مواردی مشاهده شود که ممکن است موجب تخریب سد گردد هنوز امکان اصلاح و کنترل و محکم سازی وجود دارد. به‌هرحال در مرحله نهایی ساخت سد، تغییر شکل‌ها به حداقل می‌رسد زیرا خاک شالوده در اثر فشار قابل‌توجهی تحکیم یافته است، آنگاه فشار نسبتاً ناچیزی بر آن وارد می‌آید.

نشت و تراوش آب از خاک در پی سدها نیز سبب کاهش ضریب اطمینان پایداری سدها در برابر لغزش، نشست و تخریب می‌شود. با توجه به اهمیت پایداری سدهای خاکی، باید نشت از پی آن‌ها کنترل شود. ازجمله پیامدهای نشت آب از سدهای خاکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

-ایجاد فرسایش درون و بیرون سازه

-به حرکت درآمدن خاک و امکان تخریب

-تلف شدن آب ذخیره‌شده در پشت سد

-اعمال فشار برسازه‌های غیرقابل نفوذ موجود در محیط

-کاهش مقاومت برشی در اثر افزایش فشار

به‌منظور کنترل نشت آب از سدها بررسی‌های متعددی انجام گرفته و روش‌های مختلفی ارائه شده است.

۵ روش کنترل نشت آب از سدهای خاکی

۱) ترانشه های آب‌بند: درصورتی‌که عمق خاک نفوذپذیر خیلی زیاد نباشد با حفر ترانشه ای در پی سد و خارج کردن مصالح نفوذپذیر و سپس جایگزینی آن با مصالح نفوذپذیری کم می‌توان حائلی در برابر جریان آب ایجاد نمود. عمق این ترانشه معمولاً تا سنگ بستر امتداد می‌یابد ولی این عمق می‌تواند در داخل مصالح نفوذپذیر بالاتر از سنگ بستر نیز اجرا گردد.

۲) دیواره‌های ساخته شده با ملات دوغاب: در این روش ترانشه توسط دوغاب بنتونیت سیمان موسوم به ملات دوغاب، حفر شده و پس از اتمام مراحل حفاری ترانشه به دوغاب اجازه می‌دهد که سخت گردد. مزیت این کار این است که برخلاف دیواره‌های بتنی درزهای اجرایی در انتهای پانل‌ها وجود نخواهند داشت بدین ترتیب احتمال نشت در محل این درزها نیز از بین می‌رود.

۳) هسته‌های نفوذناپذیر: در این روش از هسته‌هایی با نفوذپذیری بسیار کم در بدنه سد و به‌منظور کاهش نشت استفاده می‌شود.

۴) سپرکوبی فلزی: استفاده از سپرکوبی فلزی در گذشته رونق بسیاری داشت ولی امروزه استفاده از آن کاهش یافته است. دلیل این مسئله این حقیقت است که سپرکوبی تأثیر محدودی در جلوگیری از وقوع نشت داشته است.

۵) پتوهای نفوذناپذیر در بالادست سد: در صورتی که احداث آب‌بند بسیار هزینه بر باشد، با احداث یک پتوی ناتراوا در بالادست سد می‌توان میزان افت جریان تراوش در داخل فونداسیون را کاهش داد.

روش‌های دیگری مانند تزریق در پی سدها و یا استفاده از ترانشه های بتونی یا بنتونیتی و… نیز برای کنترل نشت آب استفاده می‌شود.