سد و دیگر سازه های هیدرولیکی

آب‌بندی سدها

آب بندی سدها بوسیله هسته رسی روشی است که سالیان متمادی برای ساخت سدها و تامین نفوذ ناپذیری بدنه این سدها مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش یک هسته رسی کوبیده شده لایه به لایه در مرکز سد تعبیه شده و روند نفوذ را کند می نماید. برای جلوگیری از شستگی لایه رسی می باید لایه های مختلف زهکش و فیلتر در اطراف آن قرار گیرند.

این روش مشکلات خاصی را نیز در پی دارد که می باید درفرآیند طراحی و اجرا مورد نظر قرار گیرد:

1- تامین رس مناسب از محل قرضه که گاهی اوقات آسان نیست، به ویژه اینکه در برخی نقاط کوهستانی هزینه های حمل قابل توجهی برای حمل رس به پروژه تحمیل می شود.

2- کوبیدن رس فرآیندی زمانبر محسوب می‌شود. با توجه به اینکه کوبش در تمامی شرایط آب و هوایی ممکن نخواهد بود، زمان قابل توجهی به ویژه در فصول بارندگی صرف توقف و انتظار برای مهیا شدن ساختگاه برای اجرا نیاز خواهد شد.

3- اجرای رس، نیاز به انجام عملیات کنترل کیفی مفصل در ساختگاه دارد تا از میزان رطوبت و کوبیدگی آن اطمینان حاصل شود. همواره احتمال وقوع خطا در این زمینه با توجه به گستره فعالیت و نیاز به عملیات کنترل کیفی متفاوت و تکرار شونده وجود دارد.

4- رس به هر صورت دارای نفوذ پذیری ولو اندک می باشد. این امر باعث می شود در سدهایی با ارتفاع بلند استفاده از رس به لحاظ جلوگیری از نشت آب و همینطور به لحاظ پایداری سازه مشکل ساز شود.

روش مرسوم در سد سازی در این شرایط استفاده از رویه های بتنی یا آسفالتی بوده است. این رویه ها با توجه به حساسیت به شرایط محیطی به مرور کیفیت خود را از دست داده و باعث نفوذ آب به درون بدنه سد و مشکلات ثانویه خواهد شد.

با توجه به این موارد، امروزه گزینه استفاده از ژئوممبرین به عنوان لایه آب بند در بالادست مورد توجه قرار گرفته است. در این صورت اجرای بدنه خاکی (یا سنگریزه ای به جهت سرعت اجرا و هزینه کمتر) به سرعت صورت گرفته و ژئوممبرین در بالادست به عنوان المان آب بند کننده نصب می شود.

آب بندی سدهای خاکی بوسیله ژئوممبرین

تاکنون در جهان در حدود 174 سد خاکی(یا سنگ ریزه ای) بوسیله سیستم ژئوممبرین آب بند شده اند.

ژئوممبرین به روش های مختلفی در در سدهای خاکی به کار می رود:

در دسته اول همانگونه که در تصویرذیل مشاهده می گردد، ژئوممبرین در بالا دست سد قرار گرفته و به روشهای مختلفی به پرده آب بند امتداد یافته در زیر سد می پیوندد.

نمایی از روشهای آب بند نمودن سد در بالادست با اتصال به پرده آب بند.

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئو ممبرین 3- پرده آب بند

در روش دیگر سد در بالادست با ژئوممبرین آب بند شده و به دیواره آب بند بتنی می پیوندد.

نمایی از روش‌های آب بند نمودن سد در بالادست با اتصال به دیواره آب بند بتنی.

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئو ممبرین 3- دیواره آب بند بتنی 4- سد انحرافی موقت

در مواردی می توان ژئوممبرین را به داخل مخزن سد امتداد داد (به ویژه در صورتی که مخزن سد تراوا باشد)، در این حالت ژئوممبرین نصب شده در بالادست سد به داخل مخزن امتداد می یابد.

نمایی از روشهای آب بند نمودن سد در بالادست با امتداد ژئوممبرین در مخزن.

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئو ممبرین 3- امتداد ژئوممبرین در مخزن

در تمامی روش های برشمرده شده فوق، ژئوممبرین به صورت اکسپوز در آب بندی سد به کار رفته است. اما در برخی موارد مانند تمایل به افزایش طول عمر بهره برداری، جلوگیری از وندالیسم، امکان آسیب در اثر ریزش یا برخورد سیلاب، … پس از نصب ژئوممبرین در بالادست سد، اقدام به اجرای یک لایه پوشش از جنس های مختلف بر روی ژئوممبرین می شود.

نمایی از روش‌های آب بند نمودن سد در بالادست و احداث روکش روی ژئوممبرین.

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئو ممبرین 3- پرده آب بند 4- لایه پوششی

همانگونه که در تصویر فوق مشاهده می نمایید، لایه پوششی مورد نظر می توان به صورت کامل در بالادست اجرا شود (تصویر راست) یا به صورت جزئی(تصویر چپ) تنها در بخشی که نوسان سطح آب وجود دارد مد نظر قرار گیرد.

در بسیاری موارد نیز استفاده از ژئوممبرین در ترفیع سد های موجود به لحاظ سرعت اجرا و هزینه مقرون به صرفه است. در این روش سد ترفیع یافته با مصالح خاکریز یا سنگریز معمول اجرا می شود، بالا دست آن با مصالح ژئوممبرینی که در انتها در هسته سد اولیه فرو می رود آب بند می شود.

نمایی از نحوه ترفیع سد با احداث ژئوممبرین در بالا دست.

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئوممبرین

در برخی موارد که به صورت نادری مد نظر قرار می گیرد از ژئوممبرین در بدنه داخلی سد استفاده می‌شود. در این حالت ابتدا خاکریزی با شیب تندتر اجرا شده و متعاقبا ژئوممبرین در روی آن قرار می گیرد. سپس خاکریزی با شیب تخت تر در سمت بالادست انجام می شود.

نمایی از نحوه ترفیع سد با احداث ژئوممبرین در میانه سد(اجرای داخلی)

1- لایه فیلتری/زهکشی 2- ژئوممبرین3- پرده آب بند

تصمیم در مورد پوشیده شدن یا نشدن ژئوممبرین تصمیمی مهم است که به شرایط بهره برداری بستگی دارد. استفاده از روش بدون پوشش مزایای زیر را در بر دارد:

• سرعت اجرای بالا
• هزینه کمتر اجرایی
• امکان بازدید و تعمیر آسان در صورت وقوع آسیب

اما استفاده از این سیستم ضعف ها یا ریسک هایی نیز به همراه دارد:

• عمر کمتر سیستم آب بند به خاطر تاثیر مستقیم عوامل محیطی مانند اشعه ماوراء بنفش
• عدم مقاومت در برابر وندالیسم(آسیب های عمدی)
• امکان سوراخ شدن در اثر ریزش مواد نوک تیز و قطعات یخ از ارتفاع
• امکان برکنش توسط جریان باد در صورت عدم وجود انکراژ مناسب

آب بندی سدهای بتنی و بتن غلطکی بوسیله ژئوممبرین

سدهای بتنی غلتکی به دلیل روش ساخت لایه به لایه، در محل درزهای افقی (Lift Joints) میتوانند مجرایی برای نشت آب به رویه پاییندست فراهم آورند. نشتی آب که در رویه پاییندست برخی سدهای بتنی غلتکی دیده میشود، هرچند ممکن است از دید سازهای مشکلی برای پایداری سد ایجاد نکند، ولی در نگاه عموم، در مقایسه با سدهای بتنی معمولی، مایه نگرانیهایی خواهد بود.

در سدهای بتنی غلتکی با عیار مواد سیمانی بالا و بهسازی کامل درزهای افقی شامل گرینکات (Green-Cut) و کاربرد ملات بستر (Bedding Mortar) این نشتیها میتواند به کمترین مقدار برسد؛ ولی در سدهای بتنی غلتکی کم سیمان از جمله سدهای FSHD – که در آن مقاومت کششی چندانی برای درزهها در نظر گرفته نمیشود، بهسازی لایهها معمولا بهطور محدود و آن هم در راستای تأمین پایداری برشی مورد نیاز در بخشهایی از سطح لایهها انجام میگیرد و بیگمان اثربخشی چندانی برای آببندی مناسب درزههای افقی نخواهد داشت.

از سوی دیگر در سدهای بتنی نیز گاهی به علت ضعف در بتن موجود و تخریب آن یا اشکالات اجرایی اینگونه موارد زیر لایه های ژئوممبرین، می توانند کاملاً درآب بندی سد موثر باشند.

در هر دو انواع این سد، آب بندی می باید در بالادست سد اجرا شود. لایه آب بند می تواند بر حسب شرایط بهره برداری و هزینه های اجرایی مربوطه اکسپوز یا پوشیده باشد.

مصالح مورد استفاده برای آب بندی

انواع مختلفی از محصولات ژئوممبرین در بازار جهانی وجود دارند. نوعی از ژئوممبرین که بیش از انواع دیگر در این زمینه مورد استفاده است، ژئوممبرین HDPE است. این محصول دارای بیشترین مقاومت شیمیایی در بین محصولات دیگر است و درکاربردهایی نظیر محل های دفن و کانه آرایی معدنی بسیار مورد استفاده است. این محصول همچنین ارزانترین نوع محصول ژئوممبرین است. انواع دیگری از ژئوممبرین های پلی اتیلنی مانند VLDPE وجود دارند که بعضاً در کاربردهای هیدرولیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

از انواع غیر پلی اتیلنی، محصول PVC به شدت در کاربردهای هیدرولیکی مورد توجه بوده است. هرچند که این محصول به صورت عمومی به عنوان محصولی مقاوم در برابر شرایط محیطی تلقی نمی‌گردد، اما با توسعه ای که در کیفیت این محصول و عرضه محصولات ویژه در این زمینه انجام شده است، در حال حاضر بیشترین نمونه استفاده از ژئوممبرین در سدها مربوط به این نوع است. مهمترین خصوصیت محصول PVC مقاومت در برابر تغییر شکل‌های خارج صفحه است.

نمایی از ژئوممبرین PVC نصب شده در بخش ترفیع یافته سد باطله

نمایی از ژئوممبرین PVC نصب شده در یک مخزن