عوامل موثر در پایداری سدها

در ادبیات مهندسی, سدها را گاه به موجودات زنده تشبیه می کنند, زیرا به دلیل تغییر در وضعیت محیط زمین شناختی در طول زمان , شرایط حکمفرما درسدو مخزن نیز دائمادر حال تغییر است

در ادبیات مهندسی، سدها را گاه به موجودات زنده تشبیه می‌کنند، زیرا به دلیل تغییر در وضعیت محیط زمین شناختی در طول زمان ، شرایط حکمفرما درسدو مخزن نیز دائمادر حال تغییر است. از این رو است که سدها باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که درتمام طول بهره‌برداری ، پایداری قابل قبولی از خود نشان دهند. آگاهی از هر گونه تغییردر شرایط سد و محیط اطراف آن محتاج نصب دستگاههای متنوع و رفتار سنجی دائمی است.

● رابطه پایداری و فرار آب

آب جمع شده در مخزن ممکن است از محل پی سد یا تکیه‌گاههای جانبی آن یااز جسم سد تراوش نماید. فرار آب از جسم سد بویژه درسدهای خاکی اهمیت خاصی درپایداری سد دارد. روشهای متنوعی برای کاستن از میزان آب نشتی و تحت کنترل در آوردن آن وجود دارد.

ویژگیهای سنگ و خاک سازنده پی سد و تکیه‌گاههای آن ، مصالح دردسترس برای ساختمان سد ، نحوه طراحی و شکل انتخاب شده برای سد و سرانجام محدودیت های اجرایی هر یک به نحوی می‌توانند در انتخاب روشهای مناسب برای آب بندی سدموثر واقع شوند.

● طراحی و اجرا

هدف اصلی در طراحی یک سد خاکی دستیابی به سازه‌ای است که آب را در پشت خود نگاه دارد و علاوه بر آن از نشت آب دردامنه پایاب که رگاب و گسیختگی را به همراه خواهد داشت، جلوگیری کند. اجرای یک سد ساخته شده از مصالح همگن تنها درمواردی معدود که مصالح مناسبی در اختیار بوده و سد ارتفاع زیادی نداشته باشد، موردتوجه قرار می‌گیرد. در اغلب سدها ، مقطع سد حالتی منطقه‌ای دارد تا به این وسیله بتوان ضمن استفاده از مصالح موجود در محل ، کارایی سد را افزایش داد. سدهای منطقه‌ای محتاج هسته‌ای نفوذناپذیرتر برای کنترل جریان در داخل بدنه سد هستند.

سدهای خاکی اگر بطور غیرصحیحی طراحی و اجرا شوند، می‌توانند مشکلات و خطرات زیادی را به همراه داشته باشند. سدهای خاکی معمولا با ریختن و کوبیدن لایه‌های متوالی خاک دارای رطوبت مناسب ساخته می‌شوند. تراکم ناقص خاکریز سد یا پی ضعیف آن باعث نشت تدریجی بدنه سد می‌شود و درنتیجه از مقدار « ارتفاع آزاد » آب می‌کاهد یا باعث بوجود آمدن ترکهایی در بدنه سدمی‌شود که می‌توانند مسیرهای ناخواسته‌ای برای عبور آب نشتی ، نشت کنترل نشده داخلی وخارجی باعث ایجاد فشارهای بالازدگی زیاد در پی سد می‌شود.

● شکل سد

انتخاب مقطع مناسب برای سد به عوامل چندی وابسته است. عامل مهم درانتخاب نوع مقطع و اینکه یکنواخت یا چند بخشی ، منطقه‌ای باشد، نوع مصالح طبیعی دردسترس است. یک مقطع منطقه‌ای با توجه به مصالح موجود می‌تواند به صورت یک هسته رسی یا پوسته دانه‌ای یا سنگریز با پوسته غیر قابل نفوذ یا سنگریز به همراه یک مانع داخلی باشد. از این میان ، هسته‌های رسی فراوانتر از انواع دیگر بکار گرفته می‌شوند. این هسته‌ها ممکن است به صورت قائم ،شیبدار یا ترکیبی از این دو باشند. دستیابی به دامنه‌های پایدار در سمت سراب و پایاب به جنس مواد مصرفی و نحوه اجرای آن بستگی دارد. بطور کلی تمام بخشهای خاکریز باید به نحو مناسبی تراکم یافته و سطح آن ، مخصوصا در دامنه سراب ، یا سنگریز محافظت شود.

● ارتفاع سد

ارتفاع سد خاکی تابعی از ارتفاع مورد نظر برای مخزن است. ارتفاع مخزن خود عاملی تعیین کننده در مورد نیروهای جانبی که باید توسط خاکریز تحمل شوند وهمچنین فشارهای ناشی از نشت آب در اطراف خاکریز ، است. مقدار نیروی آب نشتی در پی خاکریز ارتباط مستقیم با ارتفاع مخزن دارد و ممکن است توسط عرض خاکریز نیز تاثیربپذیرد.

● پی و تکیه‌گاهها

ویژگیهای مصالح سازنده پی سد ، مخصوصا نحوه تغییر شکل و مقاومت آن ، درتعیین زوایای پایدار برای خاکریز تاثیر می‌گذارد. در جاهایی که پی از مصالح ضعیفی ساخته شده است، شیب دامنه‌های سراب و پایاب باید کمتر از حالتی باشد که سد بر روی یک پی مستحکم ساخته می‌شود. یکی از مهمترین مسایل در طراحی و اجرای یک سد خاکی ،کنترل نشت آب از میان جسم سد ما اطراف آن و زیر سد است. برای جلوگیری از فرار آب اززیر خاکریز باید یکی از انواع « آب بند » را بکارگرفت.

یکی از رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین روشها در مورد کنترل نشت آب ، امتداددادن در « هسته رسی » نفوذناپذیر سد تا لایه‌های نفوذناپذیر واقع در پی آن است. باید توجه داشت که ادامه هسته رسی تا اعماق زیاد معمولا پرخطر است و عمق بیش از ۲۰متر اغلب مشکلاتی را برای نگهداری دیواره ترانشه‌ایکه بعدا با رس پرخواهد شد، بوجود می‌آورد.

روش دیگر ، بکار گیری ورقه‌ای از مواد نفوذناپذیراست که تا فاصله‌ای مناسب در سمت سراب امتداد می‌یابد. به این ترتیب با افزایش طول مسیر ، نیروی نشت آب در مواد با نفوذپذیری متوسط کاهش می‌یابد. برای ساختن ورقه نفوذناپذیر معمولا از مصالحی مشابه مصالح هسته رسی استفاده می‌شود

● آبگیری وتخلیه سریع

آبگیری و تخلیه سریع مطمئنا" باعث تضعیف پایداری سدهای خاکی خواهند شد و دلیل اصلی آن ایجاد شکستگی در آبگیری سریع و شکست در بدنه سد در تخلیه سریع می باشد . در آبگیری سریع ، ممکن است فشار کل وارد برسد از فشار مجاز بیشتر شده و باعث شکستگی بدنه سد در مسیر های خطوط جریان گردد ، فشار کل حاصل مجموع فشار استاتیک و فشار منفذی است و در حقیقت در آیگیری سریع افزایش ناگهانی فشار منفذی باعث باعث افزایش فشار کل می گردد .

در تخلیه آب سریع سد ، بالعکس کاهش ناگهانی فشار منفذی را خواهیم داشت و از آنجایی که بار و فشار سد را آب ( فشار منفذی ) و خاک بدنه سد ( فشار استاتیک ) تحمل می کنند پس با کاهش ناگهانی فشار منفذی ، بار استاتیک ( فشار وارده بر خاک بدنه سد ) افزایش یافته و باعث شکست در بدنه سد می گردد .

● تغییر درجه حرارت

در این مقوله فقط به درجه حرارتهای پایین می پردازیم که بحث " فشار یخ " مطرح می گردد . فشار یخ در دو مورد یخ زدگی آب دریاچه و یخ زدگی خاک بدنه قابل بحث است . وقتی سطح آب دریاچه سد یخ می زند بخصوص در دمای ۴- درجه سلسیوس ، آب بیشترین چگالی و وزن خود رادارد که این وزن مضاعف ، تاثیر مستقیم در پایداری سد دارد . یخ زدگی خاک در برخی شرایط حاد باعث قطع خطوط جریان و گاها" شکست در بدنه سد می گردد .

● زلزله

زلزله و فاکتورهای آن از عوامل مهم در طراحی سد ها هستند . ارتعاشات و امواج زلزله بصورت قائم و افقی و با توجه به پارامترهای دریاچه سد اعم از طول دریاچه ، عرض آن ، عمق بیشینه آن و .... تاثیرات متفاوتی روی سد خواهند داشت ، ارتعاشات و امواج زلزله اگر بصورت افقی باشند موجهای عرضی در دریاچه ، موازی با سطح زمین ایجاد می کنند که در حال حرکت به طرف بدنه سد می باشند و برخورد این موجها با سد باعث فشار وارده مضاعف به سد می گردد . و اگر این ارتعاشات زلزله بصورت قائم یعنی عمود بر زمین باشند باعث ایجاد موجهای قائم بر زمین در آب دریاچه خواهند شد که آب در یاچه را بشدت بالا و پایین خواهد برد که در واقع موج ، آب را بالا می برد و بصورت شلاقی به پایین می آورد که دارای قدرت زیادی بوده و مخربتر و خطرناکتر از امواج افقی می باشد که گاهی حتی باعث عبور آب دریاچه از روی بدنه سد و مرگ آن نیز می شود .

منابع وماخذ :

۱- پایداری سدها : نویسنده : فرد جکسون ، مترجم : لیلی هاشم آبادی

۲- پایداری سدها : نویسنده : محمد طاحونی

۳- سدهای خاکی : نویسنده محمد طاحونی

آقای مهندس امیر عباسپور کارشناس امور برنامه ریزی و کنترل پروژه

شرکت آب منطقه ای زنجان