مجیدقلهکی، فائزه ناطقی
- 1- مجید قلهکی ،استادیار ، دکترای عمران سازه ، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه سمنان
- 2- فائزه ناطقی دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی دانشکده مهندسی عمران دانشگاه سمنان (مولف رابط)
چکیده
يكي ازروشهاي موثردرآب بندي پي سدهاي احداث شده بر روي بسترهاي آبرفتي نفوذپذير و آبرفتی، استفاده ازديوار آببند بتن پلاستيك مي باشد.با توجه به اینکه تخریب تعداد قابل توجهی از سدها ناشی از عدم کارایی مطلوب دیوار آب بند آنها بوده است، لذا اهمیت آنها بیش از پیش مشخص می گردد.
سوالات تحقيق: در این مقاله بررسی می شود که چرا استفاده از دیوار آب بند بتن پلاستیک به سرعت درحال گسترش است.
روش تحقیق: در این مقاله با بررسی مقالات و تحقیقات انجام شده ، اهمیت و لزوم اجرای این دیوارها بررسی شده است.
نتیجه گیری: در این مقاله به این نتیجه می رسیم که در دیوارهای بتن هاي پلاستيك، مدول ارتجاعي پايين وشكل پذيري زياد جهت سازگاري در عملكرد با پي و در عين حال تغيير شكل تحت بارهاي وارده بدون ترك خوردگي از الزامات ميباشد. همچنين لازم است بتن پلاستيك داراي مقاومت كافي جهت تحمل بارهاي وارده و نفوذپذيري كم جهت حفظ آب بندي سد باشد. استفاده ازآنها به علت سادگی تکنیک اجرا و وفورنسبی مصالح بتن پلاستیک و عملکرد مناسبشان ، به سرعت درحال گسترش است. ازدیگر کاربردهای دیوارهای ساخته شده از بتن پلاستیک علاوه بر کنترل تراوش در زیر پی سدها می توان به ایجاد دیوار آب بند حول یک ساختگاه وتخلیه آب ازمحل گودبرداری برای ساخت سازه مورد نظر، جلوگیری ازپخش مواد آلوده کننده در آبهای زیرزمینی، میرا کننده ارتعاشات مکانیکی اطراف ساختگاه نیروگاه های بزرگ و ... اشاره نمود.
کلمات کليدي: دیوار آب بند، سد، بتن پلاستیک.
1.مقدمه
از مشخصات و امتیاز دیوار آب بند بتن پلاستیک می توان به نفوذ ناپذیری مطلوب ،کارایی مناسب، ارزشمند بودن آنها در مکانهایی که سطح آب زیرزمینی در آنها بالاست ،استفاده از آنها در تعمیر هسته آسیب دیده سدهای خاکی و سنگ ریزه ای وشکل پذیری آنها اشاره کرد.کاربرد این دیوارها در کنترل تراوش در زیر سدها ، ایجاد دیوار آب بند حول یک ساختگاه و تخلیه آب از محل گودبرداری برای ساخت سازه مورد نظر ، جلوگیری از پخش شدن مواد آلوده در آبهای زیرزمینی ، در پیرامون یک ساختگاه به عنوان یک عامل مناسب میراکننده ارتعاشات مکانیکی یک پروژه مانند نیروگاه می باشند. کاربرد اصلی آنها به عنوان دیوارهای آب بند در زیر سدها می باشد. در این مقاله پیرامون روشهای اجرایی دیوارهای آب بند ،مراحل اجرای guide walls ، لزوم استفاده از دوغاب ،بنتونیتی و ماشین آلات حفاری بحث شده است.
2.اتصال دیوار آب بند به سازه و بستر نفوذ ناپذیر
دیوار آب بند باید به لایه نفوذناپذیر(یا با نفوذپذیری کم) متصل شود.
1.اتصال در عمق
برای اتصال مناسب دیوار به بستر ، تزریق دوغاب بنتونیتی یا سیمان درپیرامون محل اتصال صورت می گیرد.این تزریق توسط حفرگمانه ها یااستفاده از لوله های از قبل کارگذاشته شده در خود بتن قابل اجرا است.اما اغلب به علت حفظ پیوستگی بتن از قرار دادن لوله های فوق اجتناب گردیده و با فرو نمودن لوله های ترمی در درون بتن تازه ،تزریق صورت می گیرد.
1.2.اتصال در بالای دیوار
اتصال مناسب بین دیوار آب بند و عناصر آب بند خود سازه ،بسیار حائز اهمیت است .مانند هسته مرکزی سدها .روش دیگر اتصال در بالای دیوار که کاربرد کمی دارد ،برداشتن دیوارهای راهنما (Guide wall) و مصالح بتن پلاستیک درون آن و پرکردن فضاهای خالی فوق با لایه های رس متراکم شده و ساخت هسته سد روی این لایه هاست. این روش زمانی مفید است که در حین عملیات اجرایی ،دیوارهای راهنما دچار شکستگی ، انحراف از مکان اصلی و یا تخریب شده باشند.
3.آماده سازي پلاتفرم
زيرسازي محل پلاتفرم با توجه به ساختار نوع زمين و نحوه اتصال ديوار آب بند به لايه نفوذ ناپذير و ترازآب موجود در محل كار طراحي ميشود.
- 1. اگر محل اتصال ديوار آب بندبه لايه نفوذ ناپذير بالاي سطح تراز آب پيش بيني شده باشد، و ارتفاع ديوار آب بند در محل اتصال كمتر از 2.5 متر نباشد ( 1.5 متر داخل رس كوبيده شده سطح پلاتفرم و1متر در داخل گايدوال) با توجه به مصالح كف رودخانه در صورتيكه چسبندگي و پيوستگي مصالح تأمين باشد ، زير سازي و تثبيت خاصي لازم نمي باشد . عملاً با توجه به شستگي مصالح ريزدانه در سطح رودخانه و عدم پايداري زمين پيشنهاد ميگردد كه مصالح موجود در سطح رودخانه با مقدار حداقل 60 كيلوگرم سيمان در متر مكعب مخلوط ودر نواري به طول ديوار و به عرض حداقل 3 متر و به عمق حداقل 1 متر در محل بصورت درجا اجرا گردد .
- 2. اگر محل اتصال ديوار آب بند به لايه نفوذ ناپذيري زير سطح تراز آب پيش بيني شده باشد و ارتفاع ديوار در محل اتصال كمتر از 3 متر نباشد ( 2 متر در داخل هسته رسي يا بتون پلاستيك و 1 متر در داخل گايدوال كه تراز فوقاني گايدوال حداقل 1.5 متر بالاي تراز سطح آب قرار گرفته باشد )، در صورتيكه موقعيت اجراي كار با توجه به انحراف آب و نوع زمين و دبي نفوذ پذيري امكان خاكبرداري و زهكشي لازم را ايجاد كند ، محل حداقل به عمق 1.5 متر خاكبرداري شده و خاكريزي با مصالح رسي به عرض حداقل 6 متر در كف و 8 متر در سطح تمام شده ( 0.5 متر بالاي سطح تراز آب ) انجام مي گيرد . عملا“ با توجه به شستگي سطح مصالح رودخانه و تراز انحراف آب اجراي عمليات بشرح فوق الذكر با صعوبت همراه بوده و پيشنهاد ميگردد محل ديوار آب بند به عمق 2 متر و به عرض حداقل 4 متر در طول هاي 6 متري خاكبرداري شده بعد از زهكشي آب با بتون پلاستيك پرشود .
4.دیوارهای راهنما (guide walls)
بعد از ايجاد زير سازي لازم در محل اجراي ديوار آب بند ، دیوارهای راهنما بصورت بتون مسلح (مستطیلی یا L شکل) جهت پایدار نمودن سطح گودبرداری شده استفاده می شوند. حداقل آرماتور لازم براي ساخت گايدوال ، نسبت به كارآيي حين حفاري و استفاده سازه بعد از اتمام كار طراحي ميگردد . هردو نوع دیوار را می توان بصورت درجا یا پیش ساخته و بصورت یکپارچه یا چند تکه ساخت. ارتفاع گايدوال حداقل 0.8 متر و حداكثر 1.5 متر ميباشد . ضخامت ديوار در هر قسمت از شكل L ايجاد شده حداقل 50 سانتيمتر ميباشد و پاشنه ديوار با توجه به ارتفاع ديوار حداقل به 130 سانتيمتر خواهد بود.فاصله ديوارهاي گايدوال از يكديگر متناسب از شكل وابعاددستگاه حفاركه متأثر ازضخامت ديوار آب بند است،می باشد.5 الي10سانتيمتر اضافه ضخامت فاصله ديواره هاي گايدوال نسبت به ضخامت دستگاه حفار به لحاظ اجرايي نمودن حركت آن در داخل ديواره هاي گايدوال ميباشد.
5.عمده مزایای guide walls
از مزایای guide wall ها می توان به عنوان هدایت کننده ابزار گودبرداری ،حفاظت دیواره های ترانشه هنگام گودبرداری از ضربه های مخرب دستگاههای حفاری ، مجرای عبوردهنده دوغاب یا بتن ،جلوگیری از نفوذ دوغاب به لایه های با نفوذپذیری زیاد در بالا دست ،جلوگیری از ریزش خاک به دلیل ضربات دستگاه حفارواختلاف سطح نسبت به آبهای زیرزمینی نام برد.
شکل 1- اجرای guide wall بعد از روسازی پلاتفرم
بعد از اجراي گايدوال ، پشت كار توسط مصالح مناسب رودخانه اي پر شده و 20 سانتي متر آخر خاكريزي كه تراز نهايي آن 10 سانتيمتر بالاي تراز فوقاني ديوار قرار دارد ، توسط مصالح منتخب با تراكم مناسب و تأمين زهكشي لازم ايجاد ميگردد . هدف از ايجاد تراكم و زهكشي مناسب ، تأمين سطح مناسب جهت ايستائي دستگاه حفاري وهمچنين هدايت لجن و دوغاب حاصل از عمليات حفاري و بتون ريزي ميباشد ، به شكلي كه وجود دوغاب و لجن در محيط اطراف محل حفاري باعث نشست يا لجني شدن محل ايستايي جرثقيل و انحراف از راستاي حفاري نگردد . عموماً جهت قرار گيري دستگاه حفاري در سمت خلاف حركت آب رودخانه بوده و لذا تأمين حداقل 15 متر عرض لازم ميباشد .
شکل 2-Guide wall
- نحوه اجرای دیوار های آب بند بتن پلاستیک
1.6. روش اجرای ممتد :
همزمان با حفاری ترانشه، بتن پلاستیک در محل گودبرداری شده ریخته می شود.غالباً از مصالح برداشت شده،جهت اختلاط با بنتونیت وسیمان استفاده می شود.حفاری روش فوق توسط کلامشل،بک هو ویا دراگ لاین صورت می گیرد.جهت پایداری ترانشه ها درحین عملیات از دوغاب با دانسیته وغلظت مشخص استفاده می گردد.پهنای مؤثر دیوار دراین تکنیک بین 1تا 3 متر(برای عمق متوسط25متر) استفاده می گردد.این دیوارهاتوسط بک هو،دراگ لاین و کلامشل به ترتیب تا اعماق15،25 و قریب به 100مترقابل اجرا هستند.در این روش باید اسلامپ نمونه ها کم بوده و فاصله مناسب بین ماشین های حفاری و محل بتن ریزی حفظ گردد.
شکل 3- مراحل روش اجرای ممتد
1-زمین نفوذ پذیر 2-لایه تحتانی با نفوذپذیری مطلوب3-دستگاه برداشت مصالح 4-جهت ساخت دیوار 5-ترانشه پرشده با دوغاب بنتونیت 6 -پرکردن ترانشه 7-ترانشه پرشده
6.2. روش اجرای متناوب :
حفاری های متناوب در یک امتداد صورت گرفته و پس از پرشدن با بتن پلاستیک ،قسمت های حفرنشده این امتداد نیز حفاری گردیده و با بتن پلاستیک پرمی گردند. فاصله های زمانی بین بتن های ریخته شده باید رعایت گردد تا بتن ریخته شده به مقاومت مورد نظر برسد.( شکل 4)
شکل 4-مراحل روش اجرای متناوب
نقشه برداري و تعيين فواصل پانلهاي اوليه و ثانويه : در اين مرحله از كار لازم است نقشه بردار با توجه به محل شروع ديوار كه اولين پانل با مشخصات پانل اوليه لحاظ و موقعيت پانلهاي بعدي نسبت به آن مشخص گردد . ترتيب اجراي عمليات به اين صورت ميباشد : پانلهاي اوليه به طول 2.4 متر ( طول دهنه كلمشل) مشخص و در روي گايدوال علامت گذاري ميشود . پانلهاي ثانويه مابين پانلهاي اوليه بطول 2 متر (20 سانتي متر از طرفين پانلهاي اوليه در حين حفاري تراشيده شده پانل ايجاد شده نهايتا“ بطول2.40 متر خواهد بود ) مشخص می شود.جهت ایجاد آب بندی مناسب بین پانل های اولیه و ثانویه ، هنگام حفر ترانشه های ثانویه ، 20 سانتي متر از طرفين پانلهاي اوليه در حين حفاري تراشيده می شود و توسط بتن ریزی پانل های ثانویه پر می گردد.
7.ساخت دوغاب بنتونيت و مصالح لازم جهت تثبيت
نقش دوغاب بنتونيت علاوه بر ايجاد چسبندگي كم موضعي با توجه به بالا بودن وزن مخصوص آن نسبت به آب با ايجاد فشار هيدرواستاتيك از ريزش مصالح در محل حفاري جلوگيري مي كند . ارتفاع دوغاب بنتونيت نسبت به تراز آب محل حفاري نقش مهمي در پايداري ديواره پانل دارد . لذا لازم است دوغاب بنتونيت تا يك متر زير تراز فوقاني گايدوال هميشه پر نگهداري شود . بنتونيت مورد استفاده جهت ساخت دوغاب تا حد امكان بايد داراي ناخالصي محدودي باشد. بطور كلي بنتونيت مناسب جهت حفاري بايد به شكلي باشد كه دوغاب ساخته شده بعد از 24 ساعت داراي كمترين جدا شدگي آب از مخلوط ساخته شده باشد اين ميزان نبايد بيشتر از 10% ارتفاع دوغاب باشد . جهت تهيه دوغاب بنتونيت ابتدا ميزان آب به مقدار لازم در داخل مالاكسور پر شده و سپس همزمان با ميكس آب بنتونيت به آن اضافه ميشود . استفاده از دوغاب بنتونيت جهت حفاري پانل در لايه هاي زير تراز آب الزامي ميباشد .از گل حفاری (دوغاب)به عنوان خنک کننده سیستم و ابزار حفاری ،سیال منتقل کننده خرده سنگ ها و مصالح دانه ای ، پایدارکننده سطوح ترانشه توسط فشار هیدرو استاتیکی می توان استفاده نمود.
8.ریختن بتن در محل ترانشه
عمليات بتون ريزي با لوله ترمي به قطر 25 سانتي متر و به طول لازم ( عمق پانل ) انجام مي گيرد . جهت جلوگيري از نفوذ دوغاب و لجن موجود در پانل به داخل لوله حين بتون ريزي ضمن استفاده از رزوه هاي مخروطي مابين قطعات لوله ترمي جهت آببندي از گريس به مقدار كافي جهت آببندي موقت استفاده ميشود . جهت جلوگيري از اختلاط دوغاب داخل لوله ترمي جاگذاري شده با بتن پلاستيك از يك عدد توپ در داخل لوله به عنوان جدا كننده قبل از شروع عمليات بتون ريزي استفاده ميشود . بجز ابتداي مرحله بتون ريزي ، در كليه مراحل لوله ترمي بايد حداقل به مقدار 2 متر در داخل بتون مستغرق باشد . تأمين حداقل دو دستگاه تراك ميكسر جهت انجام عمليات بتون ريزي الزامي ميباشد . ميزان روند بتون ريزي در هيچ حالت نبايد كمتر از 20 متر مكعب در ساعت باشد . حداكثر فاصله زماني مابين اتمام تخليه بتون هر تراك ميكسر با شروع تخليه بتون تراك ميكسر بعدي نبايد بيشتر از 15 دقيقه طول داشته باشد . ( شکل 5)
شکل 5- روند بتن ریزی
9.ماشین آلات حفاری
ماشین آلات حفاری مورد استفاده به شرح ذیل کاربرد دارند:
1.Grab-type ، back hoe ، کلامشل 2. حفاری های دارای جریان سیالی 3. چکش ها
9.1.1. Grab-type. در همه زمین ها بجز در سنگ بستر و قلوه سنگهایی که ابعاد آنها بزرگتر از عرض گرب می باشند ، قابل استفاده هستند.در زمین های سخت بهتر است ابتدا قطعات سخت با چکش کابلی خوردشوند از نظر اقتصادی در مواقعی که قطعات خورد شده بزرگتر از قطر لوله حفار ضربه ای و کوچکتر از عرض گرب باشند ، استفاده از گرب ارجحیت دارد.گرب های کابلی تا عمق 70متر و گرب های مکانیکی تا عمق 15متر قادر به حفاری هستند.
9.1.2. back hoe .حداکثر تا عمق 15متر و با ضخامت حداقل 0.9متر را قادر به حفاری است.
9.1.3. کلامشل. در زمین های سست کاربرد مؤثری دارد.حداقل عرض حفاری 0.6مترو حداکثر عمق حفاری تقریباً 100متر است. ( شکل 6)
حفاري پانل بوسيله كلمشل به روش سقوط آزاد انجام ميشود . راستاي حفاري بوسيله تنظيم اوليه دستگاه در روي پلاتفرم و همچنين كنترل راستاي كلمشل با ديواره هاي گايدوال تنظيم ميگردد . وزن كلمشل حداقل 4.5 تن بوده و اين امر باعث ميشود كه به لحاظ عملكرد كلمشل به روش سقوط آزاد از راستاي قائم خارج نگردد . تعداد ناخن هاي هر كلمشل حداقل 5 عدد و حداكثر 7 عدد ميباشد . طول اين ناخن ها حداقل 12سانتي متر و عرض آن حداقل 5 سانتي متر و ضخامت آن 1 سانتي متر ميباشد . عملكرد ناخن هاي مذكور علاوه بر حفاري باعث ايجاد شيار كركره در بدنه پانل هاي مجاور در حين حفاري پانلهاي ثانويه ميگردد . وجود شيارهاي مذكور به عمق حداقل10سانتي متر باعث همپوشاني و آببندي مناسب مابين پانلهاي اوليه و ثانويه ميگردد . همانطوريكه قبلاً نيز اشاره گرديد ابتدا پانلهاي اوليه به طول 2.4 متر حفاري گرديده و بعد از اتمام عمليات حفاري حداقل دو عدد پانل اوليه متوالي ، عمليات حفاري پانل ثانويه كه طول ظاهري آن 2 متر ميباشد مابين دو پانل اوليه شروع ميگردد . در حفاري پانلهاي ثانويه جهت همپوشاني و ايجاد آببند از هر پانل اوليه به مقدار 20 سانتي متر حفاري مجدد مي گردد . ( شکل 7)
شکل 7-حداقل و حداكثر ميزان روا داريهاي اجراي عمليات با كلمشل
حداقل فاصله ديواره هاي گايدوال برابر ضخامت كلمشل به اضافه 5 سانتي متر و حداكثرفاصله برابر ضخامت كلمشل به اضافه 10 سانتي متر ميباشد. خامت حفاري و همچنين ديوار بتن پلاستيك ايجاد شده در زمينهاي آبرفتي حداقل برابر فاصله ديواره هاي گايدوال خواهد بود . نفوذ درسنگ بستر بيشتر از حد متداول اولاً باعث ريزش غير متعارف لايه هاي سست بالايي وگيركردن كلمشل و ايجاد مشكل در آب بندي پانل گرديده و ثانياً باعث ايجاد ترك در لايه هاي سنگي بستر ميگردد كه اين امر با توجه حساسيت محل اتصال باعث مشكل در آببندي ديوار ميگردد .
9.2. حفاری های دارای جریان سیالی
9.2.1. حفاری روتاری (مته ای): در زمین های سخت کاربرد دارد.حفاری توسط مته با ریختن گل حفاری یا دوغاب بنتونیت در ترانشه همراه است. ( شکل8)
9.2.2. هیدروفرز:این دستگاه از دقت مطلوبی در حفاری برخوردار می باشد.تا اعماق زیاد قابل استفاده است.با ورود دستگاه هیدروفرز در سال 1370 به ایران ، تکنیک اجرای دیوار اب بند بتن پلاستیک برای اولین بار در سد 15 خرداد به کار گرفته شد.امتیاز مهم این دستگاه ،دقت بالای آن است. ( شکل9)
شکل 8- نوعی ماشین حفاری با جریان سیالی
9.3. چکش : در مراحلي از اجراي عمليات كه به لحاظ وجود لايه هاي سخت انجام عمليات توسط كلمشل ممكن نباشد، از ترپان (چکش حفاری)استفاده ميگردد . در اين مرحله از كار لايه هاي مذكور توسط ترپان خرد شده و سپس توسط كلمشل حفاري ميگردد.چکش ها جهت شکستن سنگ ها و خورد نمودن قلوه سنگ ها بکار می روند.حسن عمده چکش ها ،بالا بردن سرعت حفاری در سنگ های نیم سخت است.عیب عمده آنها گسترش شبکه درزها در سنگ می باشد.
- نتیجه گیری
- استفاده از ساخت پرده های آب بند روشی سریع ،مطمئن و با صرفه اقتصادی است.
- به علت وفور نسبی مصالح بتن پلاستیک و عملکرد مناسب اینگونه آب بندها ،استفاده از آنها به سرعت درحال گسترش است.
-از آنجائیکه اجرای این دیوارها مستلزم دقت و رعایت اصول لازم می باشد ، لذا ممکن است رعایت نکردن موارد اجرایی منجر به عملکرد نادرست این دیوارها گردد.
11.فهرست مراجع
- 1- منصوری کیا ، محمدتقی " بررسی و تهیه راهنمای کاربردی استفاده از بتن پلاستیک در پرده آب بند سدها "
- 2- منصوری کیا ، محمدتقی "طرح دیوارهای حائل تحت تأثیر بارهای استاتیکی و دینامیکی"
- 3- فامیلی , هرمز"بتن شناسي"
- 4- علی اکبر رمضانیان پور ،محمدرضاشاه نظری "تکنولوژی بتن "
- 5- نادری ، محمود، "تحلیل طراحی و رفتاری بتن پلاستیک "، پایان نامه دانشکده فنی بین المللی امام خمینی
PLASTIC CONCRETE CUTOFF WALLS
ABSTRACT
Plastic concrete cutoff walls are one of the effective means for watertighting dams constructed on permeable and alluvium bed. The lack of cutoff walls desired efficiency led to deterioration a number of dams.so their importance specify.
RESEARCH INQUERIES
In this paper is researched why Making use of cutoff walls is expanding.
RESEARCH METHOD
In this paper with the research of papers and projects that have been done describe importance and necessity of concrete cutoff walls.
CONCLUSION
Making use of cutoff walls is expanding because of their simple construction , plenty of plastic concrete materials and suitable operation.In addition to seepage control beneath the dams , another usage of walls are made of plastic concrete is constructing cutoff walls around a structure,water discharging from excavation for construction,preventing from diffusion of particles in groundwater, dashpot mechanic oscillation around the powerplants.Principal requirements for plastic concrete are low elastic modulus ,high ductility compatible with the foundation and deformation under loads sustained without cracking.Also plastic concrete must have adequate strength for load sustained and low permeability dam water tightness.
Key Words
plastic concrete , cutoff walls,dam
