آب بند و انواع آن

آشنایی
مهندسان برای کاستن از احتمال گسیختگیها ناشی از عملکرد آب زیرزمین، همواره درصدد اند تا بخش در حال حفاری را آبکشی و خشک نمایند. البته باید توجه داشت که کنترل نیروهای ناشی از نشت آب هم می‌تواند به همان اندازه در جلوگیری از گسیختگی موثر واقع شود. روشهای متنوعی را که برای کنترل نشت و فرار آب زیرزمینی وجود دارد، می‌توان به سه دسته عمده تقسیم کرد که عبارتند از: آب بندها و موانع، سیستمهای آبکشی، زهکشها، صافی‌ها (فیلترها).
آب بندها و موانعی را که بر سر راه جریان آب ایجاد می‌شود، می‌توان به سه دسته آسترها و پوششها، دیوارها و تزریق تقسیم کرد.

آسترها و پوششها
آسترها و پوششها به صورت لایه‌ای نفوذ ناپذیر اجرا می‌شوند و دارای انواع زیراند:
تعبیه ورقه‌ای از رس که در بستر دریاچه (به سمت سراب) ایجاد می‌شود و وظیفه آن افزایش مسیر افقی جریان آب در زیر زمین و در نتیجه کاهش فشار آب و میران نشت آن در پاشنه پایاب سد است.
یک لایه (آستر) رسی یا پلاستیکی که برای جلوگیری از فرار آب از مخزن یا نشت سیالات از حمل تجمع زباله‌ها اجرا می‌شود.
دیوارها Walls

بسیار متنوع بوده و مهمترین انواع آن را به نحو زیر می‌توان خلاصه کرد.
دیوار خاکی متراکم شده
این دیوارها می‌توانند به عنوان یک خاکریز همگن برای سد، به صورت یک هسته در داخل سد یا ترانشه‌ای در پی سد، که هسته آن با رس پر شده باشد، اجرا شوند.
دیواره های بتنی
این نوع دیوار معمولا در حفاری پی ها یا به عنوان پوشش داخل تونلها، مخصوصا در جاهایی که جلوگیری دایم از نفوذ آب لازم باشد، بکار می‌روند. در سدها برای جلوگیری از فرار آب از زیر سد، دیوار بتنی قایمی را از پایینترین قسمت سد تا لایه‌های نفوذ ناپذیر احداث می‌کنند.
دیوار با شمعهای صفحه‌ای

این نوع دیوار، که با راندن شمعهای صفحه‌ای به داخل خاک ایجاد می‌شود، موقعی از کارایی خوبی برخوردار است که قفل و بست بین صفحات کامل باشد و این مسئله‌ای است که در زمینهای دارای قلوه سنگ و قطعات درشت تر یا حاوی مواتع دیگر به خوبی امکان پذیر نیست. با افزایش طول شمعها، امکان خم شدن آنها در خلال راندن وجود دارد. این نوع دیوار تا حدی می‌تواند از نفوذ آب جلوگیری کند. این دیوار را معمولا برای نگاهداری دیواره بخشهای حفاری شده بکار می‌برند.

در خاکهای با زهکشی آزاد، دیوار باید همراه با یک سیستم آبکشی باشد تا فشار جانبی وارده از زمین و آب به دیوار شمعی کاهش یابد.
دیوارهای گلی
دیوارهای گلی و ترانشه‌های پر شده از گل به عنوان عاملی کارآمد برای جلوگیری از نشت آب در پی سدها، حفاریهای باز، حفاری تونلها و سیستمهای کنترل آلودگی، روز به روز مصرف بیشتری پیدا می‌کنند. روش احداث این دیوارها به جز در تونلها، به این ترتیب است که ابتدا یک ترانشه حفر می‌شود و برای اینکه دیوارهایی ترانشه در طول حفاری ریزش نکند، داخل آن را با گل روانی از بنتونیت پر می‌کنند. در پایان حفر ترانشه، این گل روان با موادی که بتواند یک دیوار دایمی و نسبتا غیرقابل تراکم و نفوذ ناپذیر را بسازد، تعویض می‌شود.

دیوار دیافراگمی
بتنی نوع سازه دایمی است که توسط تکنیک ترانشه‌های حاوی گل روان ایجاد می‌شود. به این منظور قطعه‌ای از ترانشه تا عرض ۷ متر را تا عمق دلخواه حفر می‌کنیم. در مرحله بعد یک شبکه (جوشن) فولادی پیش ساخته به داخل آن رانده می‌شود. در کلیه مراحل حفاری و راندن شبکه فولادی، ترانشه توسط گل روانی که داخل آن ریخته می‌شود، از ریزش محفوظ می‌ماند. در مرحله بعد گل روان توسط بتن جایگزین می‌شود و پس از گرفتن بتن، قطعه بعدی اجرا می‌شود.

دیوارهای یخی
این دیوارها که با یخ زدن بخشی از زمین اشباع شده ایجاد می‌شوند به عنوان عامل موقتی در جلوگیری از نشت آب در حفاریهای باز، تونلها و شفتها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش بیش از همه در رسوبات ضخیم ماسه‌ای و لایه‌ای اشباع شده و یا در جاهایی که مواد سازنده گل روان ممکن است منابع آب را آلوده سازد، بکار می‌رود. از دیوارهایی یخی سالهاست که در معادن و برای احداث چاههایی قایم (شفتها) تا عمق ۳۰۰ متر استفاده شده است.
این روش پرهزینه و وقتگیر است و معمولا یک تاخیر ۶ ماهه در کار را باعث می‌شود. علاوه بر آن باید دقت زیادی در اجرای آن بشود. زیرا حتی یک جریان کوچک آب از میان دیوار به داخل بخش حفاری شده می‌تواند فاجعه آمیز باشد. بر اثر یخ زدن ممکن است تورم قابل ملاحظه‌ای نیز در خاکهای سطحی اطراف ساختگاه بوجود آید که پس از آب شدن یخها می‌تواند با فروریزش زمین همراه شود. مقدار تورم و فروریزش متعاقب آن وابسته به نوع مواد واقع در نزدیک سطح زمین است.
تزریق

تزریق دوغاب به داخل خاکهای نفوذ پذیر و سنگ، روش رایج و دایمی برای جلوگیری از جریان آب زیرزمینی است. البته در اغلب موارد دیواری که به این ترتیب بوجود می‌آید کاملا نفوذ پذیر نیست. از تزریق همچنین برای افزایش مقاومت سنگ و خاک سود جسته می‌شود. دوغابها متنوع اند و می‌توانند ترکیبی از سیمان، سیمان و خاک یا مواد شیمیایی باشند. انتخاب نوع دوغاب به تخلخل سازندهای زمین شناسی، سرعت جریان آب و مقاومت فشاری نهایی بخشهای تزریق شده بستگی دارد.

بطور کلی دوغابهای ماسه – سیمان برای بستن حفره‌های بزرگ و شکستگیها و دوغابهای رس و سیمان پرتلند برای بستن شکستگیهای نسبتا کوچک و خاکهای دانه درشت بکار می‌روند. به منظور کنترل جریان آب زیرزمینی، حفر رشته منفردی از گمانه‌ها و تزریق در آنها اغلب کافی است. پرده تزریق را می‌توان با افزودن رشته‌های دیگری از گمانه‌های تزریق شده ضخیم تر نمود. در سنگهای شکافدار یا جاهایی که جریان زیاد است، موفقیت عملیات تزریق کمتر است.
كليات

سد مخزني ماكو (بارون) در ۱۲ كيلومتري جنوب شهرستان ماكو، بر روي رودخانه زنگمار در نزديكي روستاي بارون احداث شده است. رودخانه زنگماري كه سد مخزني ماكو بر روي آن احداث شده است از كوههاي مرزي ايران و تركيه سرچشمه مي گيرد و نهايتا در شهرستان پلدشت به رودخانه ارس مي پيوندد. وجود دشت حاصلخيز پلدشت در پائين دست سد، اين امكان را بوجود آورده تا بهره برداري از آب سد بالغ بر ۱۵ هزار هكتار از اين اراضي از آب كشاورزي مطمئن بهره مند گردد.
مشخصات سد

سد مخزني ماكو از نوع سد خاكي، با هسته رسي، طول و عرض تاج سد به ترتيب ۳۵۰ متر و ۱۰ متر است. ترازهاي تاج و حداقل پي سد به ترتيب ۱۶۹۹ متر و ۱۶۲۱ متر از سطح دريا مي باشد. حجم كل خاكريز ۰۰۰/۴۳۰/۱ متر مكعب، حجم فيلتر مصرفي در حدود ۸۰۰۰۰ متر مكعب، حجم هسته نفوذ ناپذير (هسته رسي) ۱۵۰۰۰۰ متر مكعب، حجم پوسته و سنگ چين بالا دست ۳۵۰۰۰ متر مكعب و حجم پوسته محافظ پائين دست ۳۶۰۰۰ متر مكعب، است. ضخامت سد در تاج. كف آن به ترتيب ۱۰ متر و ۳۵۰ متر مي باشد.
زمين شناسي
محل سد بر روي يال شمالي طاقديس قرار دارد كه در هسته آن رسوبات دوئين، پرمين نمايان گشته اند. شيب لايه ها حدود ۸۰ درجه و امتداد آن با رودخانه زاويه أي حدود ۴۵ درجه مي سازد. مهمترين شكستگي محل سد، گسلي در پائين دست آن است كه رسوبات اوليگوميوسن را از تپه هاي دوئين، پرمين فوق الذكر جدا مي سازد. بعير از گسل مزبور شكستگي مهمي در محل سد به چشم نمي خورد.

مشخصات سازه هاي جنبي
سد ماكو داراي سازه هاي جنبي با مشخصات زير مي باشد: سرريز اضطراري: سرريز در تكيه گاه سمت چپ و از نوع تونلي با شفت مايل قرار دارد كه در انتها به يك پرتاب كننده جامي شكل منتهي مي شود. اين سرريز قادرست كه جريان (پس از پخش سيل ده هزار ساله با حداكثر دبي حظه أي ۲۵۴۰ متر مكعب بر ثانيه در مخزن) با دبي ۶۰۰ متر مكعب بر ثانيه را تخليه نمايد.
تخليه كننده ها: تخليه كننده تحتاني با دبي ۵/۹۴ متر مكعب بر ثانيه و آبگيري آبياري با دبي ۲۰ متر مكعب بر ثانيه در تكيه گاه راست پيش بيني شده است. قطر لوله آبياري و تخليه كننده عمقي به ترتيب ۲ متر و ۵/۴ متر مي باشد.
بارون (ماكو) نام سد آذربايجان غربي نام سازمان

۱۳۶۶ سال شروع ساخت خاكي با هسته رسي نوع سد
آذربايجان غربي محل سد – استان ۱۳۷۴ سال شروع بهره برداري
خزر نام حوضه آبريز اصلي ما كو, ۳۲ نزديكترين شهر و فاصله از آن به كيلومتر
زنگمار-بارون چاي نام رودخانه زنگمار نام حوضه آبريز فرعي
۷۸ ارتفاع از پي – متر ۷۴ ارتفاع از كف – متر
۱۰ عرض در تاج – متر ۲۱۰ طول تاج – متر

۳۲ عرض در پي – متر
۱۲۵۰۰ سطح زير كشت – هكتار ۱۲۲ MCM – حجم آب قابل تنظيم ساليانه
۰ ظرفيت نيروگاه – مگاوات ۱۵۰ MCM – حجم كل
آ زا د نوع سرريز ۱۳۶ MCM – حجم مفيد

سد كرخه
بدنه سد
● مشخصات بدنه سد
نوع: خاكي با هسته رسي
حجم كل بدنه سد: ۵/۳۲ ميليون مترمكعب
تراز تاج سد: ۲۳۴ متر از سطح دريا
ارتفاع سد از پي: ۱۲۷ متر
طول تاج سد: ۳۰۳۰ متر
عرض تاج سد: ۱۲ متر
حداكثر عرض سد در پي: ۱۱۰۰ متر
حجم مصالح پوسته: ۶/۱۹ ميليون مترمكعب
حجم مصالح هسته: ۶۵/۳ ميليون متر مكعب
حجم خاكبرداري بدنه و سرريز: ۱۵/۹ ميليون مترمكعب
شيب پوسته بالادست از رقوم ۲۳۴ تاج سد با شيب ۲۵/۲: ۱ تا رقوم ۱۹۲ و در اين رقوم برمي به عرض ۱۰ متر ايجاد و سپس با شيب ۲۵/۲: ۱ تا رقوم ۱۶۳ و در اين رقوم برمي بطول ۳۰ متر و سپس با شيب ۵/۲: ۱ كه شيب پوسته بالادست فرازبند مي باشد به پي مي رسد. (قابل ذكر است كه پوسته بالادست از رقوم ۲۳۴ تا رقوم ۱۹۲ داراي پوشش ريپ راپ و از رقوم ۱۹۲ تا ۱۶۳ و همچنين تا رقوم ۱۴۰ داراي پوشش خاك سيمان ميباشد)

شيب پوسته پايين دست بدنه در مقطع عرضي كيلومتر ۴۰۰+۱ از رقوم ۲۳۴ تاج سد با شيب ۸/۱: ۱ تا رقوم ۲۰۰ و در همين رقوم برمي به عرض ۵ متر سپس با همين شيب تا رقوم ۱۷۰ به برمي به عرض ۸۴ متر و سپس با شيب ۸/۱:۱ تا رقوم ۱۶۰ و ۱۳۵ كه بترتيب به دو برم به عرضهاي ۱۴ و ۷۵ متر خواهد رسيد و سپس تا انتهاي پنجه بدنه سد با شيب ۱:۲ به رقوم ۱۱۶ مي رسد.
سيستم انحراف آب
سيستم انحراف آب سد كرخه شامل يك آبراهه بتني چهار دهانه (كالورت)، سازه هاي آبگير ورودي، حوضچه آرامش انتهائي، پيش فرازبند، فراز بند و نشيب بند مي باشد
پيش فرازبند و فرازبند

به منظور ممانعت از تأثير مستقيم آب در فصول سيلابي رودخانه در دوران اجراي بدنه اصلي سد، مي بايست قسمتهاي بالا دست و پائين دست محل اجراي سد توسط فرازبند و نشيب بند مسدود گرديده تا محوطه بين اين دو خشك و سازه اصلي اجرا گردد. از آنجا كه فرازبند سد كرخه نهايتا جزئي از بدنه اصلي سد خواهد شد، از يك پيش فراز بند استفاده شده است تا فرازبند نيز در محيط خشك و با مشخصات فني مناسب اجرا گردد.

رقوم تاج پيش فرازبند، براي سيلاب با دوره بازگشت ۲۰ ساله در دوره خشك، معادل دبي حداكثر ۸۶۰ مترمكعب در ثانيه، در تراز ۵/۱۲۲ متر از سطح دريا طراحي شده است.
طراحي فرازبند سيستم انحراف كرخه براي سيلاب با دوره بازگشت ۱۰۰ ساله (m3/s 7240) در رقوم ۱۶۳ بوده كه در اين رقوم بخشي از سيل ۱۰۰ ساله (حدود m3/s 3680) قادر به عبور از داخل گالريهاي انحراف مي باشد و باقيمانده آن در درياچه فرازبند مستهلك ميگردد
● مشخصات فرازبند
– طول: ۹۵۰ متر
– حجم بدنه: ۵/۴ ميليون متر مكعب
– عرض تاج: ۲۰ متر
– بيشترين عرض در پي: ۴۹۵ متر
– ارتفاع از كف رودخانه: ۵۲ متر
– حداكثر حجم ذخيره: ۴۳۳ ميليون مترمكعب
● نشيب بند

براساس منحني دبي – اشل رودخانه براي دبي ۱۵۰ مترمكعب در ثانيه، سطح آب در پايين دست نشيب بند در رقوم ۱۱۵ متر و براي دبي سيل ۴۵۷۰ مترمكعب در ثانيه سطح آب در رقوم ۵/۱۲۰ متر و بنا براين رقوم تاج نشيب بند ۵/۱۲۱ متر از سطح دريا در نظر قرار گرفته شده است.
● كالورت انحراف آب
عمليات انحراف آب از مسير اوليه خود معمولا اولين اقدامي است كه در پروژه هاي سد سازي به عمل مي آيد. در سد مخزني كرخه براي انحراف آب، استفاده از يك آبراهه بتني (كالورت)و چهار دهانه بهترين روش شناخته شده است. مشخصات اين آبراهه بتني به شرح ذيل ميباشد:
– شكل: چهار دهانه با مقطع هشت ضلعي
– ابعاد هر دهانه: ۵/۱۰×۵ (ارتفاع × عرض) متر

– طول: ۷۹۰ متر (با احتساب سازه هاي ورودي و خروجي)
– نوع پوشش: بتن مسلح
– حجم خاكبرداري: حدود ۵/۱ ميليون مترمكعب
– حجم بتن مصرفي: ۲۲۳ هزار مترمكعب
– تراز كف دهانه ورودي: ۱۱۳ متر از سطح دريا
– تراز كف حوضچه آرامش: ۱۰۰ متر از سطح دريا
– ظرفيت تخليه: ۳۶۸۰ مترمكعب در ثانيه در تراز ۷۰/۱۶۱ متر از سطح دريا (قبل از تبديل به تخليه كننده عمقي)

● سازه ورودي
سازه ورودي آبراهه سيستم انحراف، بطول ۳۲ و عرض ۶/۳۰ متر شامل چهار دهانه آبگير، برج آبگير، شيار دريچه ها و دريچه هاي انسداد ميباشد.

براي انسداد مسير آب در دهانه هاي اول و دوم كالورت، از دو دريچه انسداد رأس (Bulk head Gate) هر يك به وزن ۳۲ تن، و براي انسداد مسير آب در دهانه سوم از يك دريچه چرخ ثابت (Fixed-wheel Gate) به وزن ۶۲ تن و براي انسداد مسير آب در دهانه چهارم از يك دريچه غلطكي (Roller Gate) به وزن ۸۲ تن استفاده شده است.
براي بالابردن قطعات و جايگذاري دريچه هاي كالورت از يك جرثقيل دروازه اي طره دار (Gantry Crane) به ظرفيت ۱۲۰ تن كه در تراز تاج برج آبگير (۱۶۰ متر)، نصب شده بود استفاده شده است. جرثقيل مزبور پس از آبگيري و انسداد دائم دريچه ها، از محل خود دمونتاژ گرديد.

در قسمت فوقاني برج آبگير، مجاري و پنجره هائي در نظر گرفته شده است كه پس از تبديل كالورت به تخليه كننده عمقي، از آنها به عنوان مسيرهاي ورود آب به تخليه كننده، استفاده ميشود.
● سازه خروجي
جهت استهلاك انرژي آب خروجي از كالورت، در انتهاي آن حوضچه آرامشي به عرض ۳۵، طول ۵/۱۲۸ و تراز كف ۱۰۰ متر نسبت به سطح دريا احداث شده است.
در خروجي هر يك از آبراهه ها نيز شيارهائي براي نصب دريچه هاي استاپ لاگ تعبيه شده است تا در مواقع لازم بتوان با نصب دريچه ها از بازگشت آب به داخل آبراهه ها جلوگيري كرد. براي اين منظور از سه سري دريچه استاپ لاگ استفاده ميشود.
● تخليه كننده عمقي
از مجاري كالورت انحراف در زمان بهره برداري به عنوان تخليه كننده عمقي استفاده ميشود. بدينمنظور در ۵۰ متر مياني هر يك از آبراهه هاي اول، دوم و سوم كالورت انحراف و لوله و شير آلاتي نصب شده است كه ضمن محدود كردن سطح مقطع عبور آب در آنها از ۴۸ متر مربع به ۱۴/۳ متر مربع، مجموع دبي خروجي آنها را به ۳۶۰ متر مكعب در ثانيه (در تراز نرمال مخزن) محدود كرده‌اند.
دهانه چهارم كالورت انحراف نيز بطور كامل مسدود شده و به عنوان راه دسترسي به موقعيت تخليه كننده و شير آلات دهانه هاي ديگر استفاده ميشود.

در سيستم تخليه كننده براي كنترل دبي آب خروجي از دو دريچه اضطراري و سرويس استفاده ميشود كه هر يك بوسيله سرووموتوري به قدرت ۱۷۵ تن باز و بسته ميشوند.
● سيستم آب بندي پي
به منظور نفوذ ناپذير نمودن پي و جلوگيري از زه آب، در پي سد ديواره يا غشائي نفوذ ناپذير اجرا ميگردد. به علت هزينه زياد حفاري و تزريق نا پذيري پي سد كرخه و براي آب بندي مطمئن تر پي، بجاي اجراي پرده آب بند، از ديوار آب بند با بتن پلاستيك استفاده شده است.