تعریف:
سد خاکی یا سد سنگریزهای نوعی سد است که برای ساخت آن مصالح را از همان منطقه احداث یا نواحی نزدیک تأمین میکنند، و اصولاً دارای هسته رسی میباشند. رس بر اثر تماس با آب مانع نفوذ و انتقال آب و رطوبت میگردد و مانند نوعی عایق رطوبتی عمل میکند.
سدهاي خاكي را تقريباً بر روي هر نوع فونداسيون و يا سايتي كه براي ساخت سازه هاي بتني مناسب هستند مي توان اجرا نمود. براي ساخت اين نوع سدها به شرط آن كه در ناحيه بندي مصالح به كار رفته دقت شود از انواع مختلفي از مصالح ساختماني مي توان در هنگام ساخت استفاده کرد .
در سال هاي اخير، ساخت سدهاي خاكي و سنگريزه اي نسبت به ديگر انواع سدها رواج بيشتري يافته است كه دلايل آن عبارتند از:
- در اكثر كشورهاي مترقي مناطق مناسب براي احداث سدهاي بتني قبلاً مورد استفاده قرار گرفته و ديگر يافت نمي شود.
- هزينه عمليات خاكي براي سدهاي خاكي نسبت به عمليات بتني داراي رشد كمتري بوده است.
به عنوان یک اصل، این دو نکته مسلم است که:
۱- سد به عنوان یک مخزن باید غیرقابل نفوذ باشد.
۲- در تمام وضعیت های ممکن (وضعیت بلافاصله پس از ساخت، ضمن ساخت، وضعیت های مخزن پر، طغیان، تخلیه سریع، بارندگی و حتی در مواقع سیلهای استثنائی چند هزار ساله) سد باید مقاوم باشد.
روش ایجاد سدهای خاکی امروزه عمدتاً “با روش تراکم مکانیکی است، هرچند روشهای دیگری مانند روش های هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی هم وجود دارد که از این روشها کمتر استفاده می گردد، مگر در مورد سدهای باطله که ضرورتاًِ” هیدرولیکی است.
بخش اصلی سد خاکی که توده خاکی کوبیده شده است (در حقیقت سازه سد) به نام بدنه سد نامیده می شود، و زمینی که سد بر روی آن قرار گرفته تا آن حد که تحت تأثیر فشار حاصل از سد و نفوذ پذیری آب سد می باشد به نام شالوده (فونداسیون) است. به جز این دو بخش اصلی، اجزاء دیگری از قبیل؛ آب بندها، زهکش ها، پوشش ها و غیره وجود دارد که اهمیت آنها به لحاظ حفاظت و ایمنی و عملکرد سد برای آن نقش حیاتی دارند.
انواع سدهاي خاكي:
سدهاي خاكي را به چهار دسته مي توان تقسيم نمود:
1- سدهای خاکی با توده همگن (Homogeneous embankment)
2- سدهای خاکی با لایههای (مایل) مختلف یا سدهای ناحیه بندی شده (Zoned embankment)
3- سدهای خاکی با پرده غیرقابل نفوذ یا سدهای غشائی(Cored embankment)
4- سدهاي ساخته شده توسط پسماند ها (سدهاي پسماندي)
سدهای خاکی با توده همگن
این نوع سدها از یک توده همگن که قسمت عمده آن رس و سیلیت (به تناسبی که نتایج آزمایشهای مکانیک خاک آن را برای غیرقابل نفوذ بودن تاید میکنند) میباشد، تشکیل شدهاست.
تقريباً در تمام سدهاي خاكي همگن بايد زهكش هايي تعبيه شوند كه هدف از به كار گيري اين زهكش ها عبارتند از:
(الف) كاهش سطح آب آزاد (فرياتيك) به منظور افزايش پايداري شيب پايين دست.
(ب) كنترل جريان آب در محل خروج آن در پايين دست سد براي جلوگيري از فرسايش و شسته شدن خاك در اثر پديده رگاب
سدهای خاکی با لایههای مختلف (ناهمگن)
اگر مصالح مختلف (به وفور) در محل کارگاه وجود داشته باشد در این صورت سد خاکی با لایههای مختلف مطرح شده و ممکن است اقتصادی تر از سایر انواع آن نیز جلوه کند. در این سدها قشر غیرقابل نفوذ در وسط مقطع یا متمایل به طرف بالا دست قرار میگیرد.
مصالح رسي معمولاً داراي مقاومت برشي كمتري نسبت به مصالح شني يا سنگدانه اي نفوذپذير بوده و معضلاتي همچون ايجاد فشار منفذي و مسائل مربوط به نشت را به همراه دارند. بنابراين با محدود كردن ميزان استفاده از مصالح رسي مي توان سدي با حجم كمتر و هزينه پايين تر ساخت. (شکل2)
در چنين سدهايي از مصالح رسي براي ساخت هسته استفاده شده و بقيه قسمت هاي سد را با استفاده از مصالح متخلخل با مقاومت بالا كه توسط فيلترهايي از هسته جدا مي شوند، مي سازند.
الف- سدهاي ناحيه بندي شد با هسته قائم
در اين نوع سدها، هسته را مي توان در داخل فونداسيون امتداد داد تا در صورت نفوذپذير بودن فونداسيون، نقش غشاء آب بند را نيز ايفا نمايد. بايد به اين نكته توجه داشت كه قرار دادن يك هسته نازك قائم در بين مصالح سنگي نسبتاً سخت مخاطراتي را نيز مي تواند به همراه داشته باشد زيرا در چنين حالتي پديده قوس زدگي 1 مي تواند رخ داده و باعث كاهش تنش هاي قائم در مصالح هسته گردد. پديده قوس زدگي ممكن است منجر به شكست هيدروليكي هسته گردد.
مزاياي استفاده از هسته قائم عبارتند از:
1. فشار تماسي بالاتري بين هسته و فونداسيون وجود خواهد داشت. اين مسئله مي تواند احتمال نشت در اين محل را كاهش دهد.
2. براي يك مقدار مشخص از مصالح خاكي، ضخامت هسته مقدراي بيشتر از ضخامت يك هسته شيب دار است.
ب- سدهاي ناحيه بندي شده با هسته شيب دار
مزاياي استفاده از هسته هاي شيب دار در سدهاي ناحيه بندي شده عبارتند از:
1. بخش پايين دست را مي توان در ابتدا اجرا نمود. اين مسئله در مناطقي كه داراي فصل خشك كوتاهي جهت اجراي هسته مي باشند داراي اهميت زيادي مي باشد.
2. همزمان با اجراي قسمت پايين دست سد مي توان عمليات تزريق در زير هسته را نيز به انجام رساند.
3. اين نوع از هسته ها، حساسيت كمتري به ترك هاي ناشي از نشست هاي تفاضلي در مناطق مختلف سد دارند.
در هنگام تصميم گيري براي ضخامت بهينه و موقعيت آن، عوامل زير بايد در نظر گرفته شوند:
1. هزينه هاي واحد نسبي عمليات خاكي مصالح درشت دانه و مصالح رسي هسته
2. حجم خاكريز سد. به جز در مواردي كه مصالح هسته داراي مقاومت برشي بالايي هستند، حداقل حجم خاكريز سد زماني حاصل مي شود كه هسته سد داراي ضخامت كمي باشد.
3. شرايط اقليمي. در شرايط آب و هوايي بسيار مرطوب يا شرايط يخبندان امكان اجراي عمليات خاكي با مصالح رسي وجود ندارد. اين در حاليست كه مصالح نفوذپذير همانند مصالح شني و سنگي را در تمام شرايط آب و هوايي مي توان اجرا نمود.
حداقل ضخامت هسته بستگي به عوامل زير دارد:
1. ميزان مجاز تراوش آب در داخل هسته
2. حداقل عرضي كه اجازه عمليات اجرايي را به طور مناسب بدهد.
3. نوع مصالح موجود براي اجراي هسته و پوسته ها
4. طراحي فيلتر هاي مورد نظر
5. پروژه هاي مشابه پيشين
سدهای خاکی با پرده غیرقابل نفوذ یا غشائی:
در این نوع سدها جلوگیری از حرکت آب در داخل توده خاکی توسط یک پرده غیرقابل نفوذ تقریباً عمودی انجام میگیرد که در داخل بستر سنگی (بستر غیرقابل نفوذ) جای گرفتهاست. دو طرف این قشر را یک لایه از مصالح دانه ریز میگذارند که به صورت زه کش کار میکند و لایههای بیرونی را مخلوط (تقریباً مخلوط رودخانه) پوشانده است. طبق نتایج حاصله از تجربیات عملی در مورد این نوع سدها، ضخامت پرده فوق باید دست کم یک سوم ارتفاع آب در دریاچه سد باشد. از این نوع سدها به تعداد زیاد در کشورهای انگلیسی زبان دنیای غرب ساخته شدهاست.
از نظر تحلیل و آنالیز این نوع سدها بسیار حساس میباشند و در عین حال از نظر اجرا و پیادهسازی سادهتر میباشند. اجرای این سد در رودخانههای عریض سادهتر است. مصالح این سد اعم از ریزدانه و درشت دانه بایستی در دسترس باشد. این سدها برای زمینهایی نامناسب از نظر مقاومت مناسبترین نوع سد میباشند.
مزاياي استفاده از سد هاي غشائي عبارتند از:
1. با استفاده از يك سيستم زهكش مناسب در پشت غشاء فشار هاي منفذي ناشي از تراوش در داخل خاكريز از بين مي
روند. اين امر منجر به افزايش پايداري مي گردد به طوري كه مي توان خاكريز سد را با شيب بيشتر اجرا نمود و بدين
ترتيب حجم خاكريز مورد نظر كم تر خواهد شد.
2. غشاء سد هميشه در معرض بازرسي و در صورت نياز ترميم قرار دارد. بدين ترتيب مي توان جلوي نشت را گرفت.
3. غشاء سد به عنوان محافظ در برابر برخورد امواج عمل مي نمايد.
4. در صورت وقوع نشت، غشاء دچار فرسايش نمي شود.
معايب سدهاي غشائي عبارتند از:
1. هزينه ساخت آن بالاست.
2. در محل اتصال غشاء به پنجه احتمال ترك خوردگي غشاء وجود دارد.
3. ممكن است طول عمر كوتاهي داشته باشند. به طور مثال غشاء هاي فولادي
استفاده از سدهاي غشائي هنگامي داراي توجيه مي باشد كه شرايط زير حاكم باشد:
1. فونداسيون ها و تكيه گاه هاي جانبي صخره اي يا سنگي هستند.
2. خاك هاي رسي يا ناتراوا موجود نباشند.
3. ايجاد سيستم محافظ در برابر برخورد امواج هزينه زيادي در بر داشته باشد.
4. فصول باراني در منطقه ساخت سد بسيار طولاني است.
5. عمليات تزريق بسيار گسترده و وسيع مي باشد. تزريق را مي توان در راستاي پنجه غشاء همزمان با ساخت سد انجام دارد.
سدهاي پسماندي
سدهاي پسماندي با هدف ذخيره و دپو كردن پسماندهاي بدست آمده از عمليات معدن كاري احداث مي شوند و نه ذخيره آب براي مصارف آشاميدني، كشاورزي و يا صنعتي. چنين سدهايي را در يك فصل مجزا مورد بحث قرار خواهيم داد.