Earth and Rock Fill Dams

این کتاب راهنما، اصول اساسی طراحی و ساخت سد های خاکی و سنگ ریزه ای را ارائه می دهد. اصول کلی ارائه شده در اینجا برای طراحی و ساخت خاکریز های خاکی نیز قابل اجرا است. ساخت سد های خاکی با وسایل هیدرولیکی در دهه 1940 به دلیل ملاحظات اقتصادی و نگرانی های روانگرایی در هنگام بارگذاری زلزله محدود شد و در اینجا مورد بحث قرار نگرفته است.

کتاب راهنمای طراحی سد های خاکی و سنگ ریزه ای برای عوامل HQUSACE، مسئولین آزمایشگاه‌ها و کلیه افرادی که در زمینه طراحی و اجرای سد های خاکی و سنگ ریزه ای دارای مسئولیت می باشد می تواند مفید باشد.

هدف این کتاب راهنما ارائه راهنمایی در مورد طراحی، ساخت و نظارت بر عملکرد و اصلاح سد های خاکی و سنگ ریزه ای است. این کتابچه راهنمای کلی را ارائه می دهد و در نظر گرفته نشده است که جایگزین تفکر خلاقانه و قضاوت طراح برای یک پروژه خاص شود.

توسعه و گسترش روزافزون جمعیت در حوزه های آبخیز کشور، نیاز قطعی به توسعه زیر ساخت ها جهت تامین آب اضافی را ایجاد کرده است. در بسیاری از مناطق، زیرساخت موجود نمی تواند این نیازها را برآورده کند. افزایش توسعه شهری نیز تأثیر منفی بر کیفیت آب داشته است. درخواست عموم مردم این است که حفظ محیط زیست هدفی برابر با منافع اقتصادی پروژه های منابع آب باشد. از آنجایی که زیر ساخت های کنونی پاسخگوی نیازهای عمومی نیست، این وضعیت می تواند زندگی انسان ها را با مشکل مواجه کند. علاوه بر این پیامد های زیان باری برای نسل های آتی خواهد داشت.

چندین گزینه برای تامین مقدار اضافی آب موجود است. ساده ترین و مقرون به صرفه ترین روش برای به دست آوردن مقادیر مورد نیاز، افزودن ذخیره اضافی در سد های موجود است. بسیاری از پروژه‌ های منابع آب موجود در کشور باید برای افزودن هدف اضافی تامین آب اصلاح شوند. در آینده، طراحان USACE با درخواست‌های قابل توجه مشتریان و حامیان مالی برای اصلاح سدهای موجود برای افزایش مقدار آب و یا سایر اهداف مرتبط با سد های موجود، به چالش کشیده خواهند شد. این تغییرات باید به نحوی صورت بگیرد تا مقدار آسیب های وارده به محیط زیست به حداقل برسد. بنابراین یکی دیگر از چالش های موجود ارائه طرح های مبتنی بر حفظ محیط زیست می باشد.

فصل دوم

طراحی، ساخت و بهره برداری موفقیت آمیز یک مخزن سد در محدوده کاملی از بارگذاری های اعمالی مستلزم یک توصیف جامع که ویژگی های محل، طراحی دقیق هر ویژگی، نظارت بر ساخت، اندازه گیری و نظارت بر عملکرد و ارزیابی مستمر ویژگی های پروژه در طول عملیات اجرا را داراست، می باشد. طراحی و ساخت سد های سنگ ریزه ای به دلیل ماهیت مختلف شرایط پی و دامنه گسترده خواص مواد موجود برای استفاده در آن مقداری پیچیده است. اولین گام، انجام اکتشافات دقیق زمین شناسی و زیر سطحی است که پی، تکیه گاه ها و مناطق بالقوه قرضه را مشخص می کند. مرحله بعدی مطالعه نوع و خواص فیزیکی موادی است که قرار است در خاکریز قرار گیرند. این مطالعه باید شامل تعیین مقادیر و ترتیبی باشد که آن ها در دسترس خواهند بود. طراحی باید شامل تمام مطالعات، آزمایش‌ها، تجزیه و تحلیل‌ها و ارزیابی‌ها باشد تا اطمینان حاصل شود که خاکریز تمام معیارهای فنی و الزامات یک سد را مطابق با آیین نامه های موجود برآورده می‌کند. نظارت بر ساخت و ساز، مدیریت و نظارت بر خاکریزها و سازه های وابسته، بخش مهمی از برنامه مدیریت پروژه به صورت کلی است. هنگامی که پروژه به بهره برداری رسید، مشاهدات، نظارت، بازرسی و ارزیابی مستمر برای اطمینان از رضایت بخش بودن عملکرد سد مورد نیاز است. در این فصل برخی از ملاحظات عمومی در زمینه سدهای خاکی مطرح می شود.

فصل سوم

بررسی‌های زمین‌ شناسی و زیرسطحی در محل ساخت سازه ها و مناطق احتمالی قرضه باید برای تعیین مناسب بودن نوع پی و تکیه‌گاه‌ ها، شیب‌ های حفاری و در دسترس بودن و ویژگی‌ های مصالح خاکریزی کافی باشد. این اطلاعات اغلب بر انتخاب یک سایت خاص و نوع سد بسیار تاثیرگذار است. نحوه رفتار پی مورد نیاز، یکی از عوامل مهم در تعیین امکان سنجی پروژه می باشد. این بررسی ها باید طبقه بندی، خواص فیزیکی، موقعیت و وسعت لایه های خاک و سنگ و تغییرات سطوح پیزومتریک در آب های زیرزمینی در اعماق مختلف را پوشش دهد. این فصل از کتاب سد های خاکی و سنگ ریزه ای به موضوع تحقیقات محلی و بررسی های میدانی در سدها و همچین برخی از آزمایش های آزمایشگاهی اشاره می کند.

فصل چهارم

سدها به بخشی جدایی ناپذیر از زیرساخت های کشور تبدیل شده اند و نقش مهم و مفیدی در توسعه و مدیریت آب در حوضه های رودخانه ای ایفا می کنند. به دلیل تنوع گسترده در مشخصات زمین‌شناسی در حوضه‌های آبریز، سدهای خاکی همچنان راه‌حل‌های اقتصادی را برای پروژه‌های چند منظوره ارائه می‌کنند. طراحی یک سد خاکی به دلیل ناشناخته بودن پی و مصالح موجود برای ساخت، پیچیده است. تجربه گذشته تأیید می‌کند که سد های خاکی باید به نحوی ساخته شوند تا با شرایط زمین‌ شناسی و الزامات عملیاتی یک پروژه مطابقت داشته باشند. پیشرفت های قابل توجهی در شیوه ها و رویه های طراحی و ساخت سد های خاکی صورت گرفته است. این روند با کسب تجربه بیشتر، از عملکرد واقعی سد های خاکی در محدوده کامل بارگذاری ادامه خواهد یافت. تجربه و قضاوت همواره نقش به سزایی در طراحی سدهای خاکی داشته است. تجزیه و تحلیل دقیق باید با استفاده از طیف وسیعی از متغیرها انجام شود تا امکان درک حساسیت آنالیزها نسبت به خواص مواد و پیکربندی هندسی را فراهم کند. مقایسه عملکرد واقعی در مقابل عملکرد پیش‌بینی شده مربوط به محتمل‌ترین حالت‌های گسیختگی در سد، اطلاعات مفیدی را در اختیار طراحان قرار می‌دهد تا تجربه و قضاوت خود را تأیید کنند.

فصل پنجم

طراحی سدها بر روی پی های زمینی بر اساس مقاومت برشی درجای خاک موجود در محل می باشد. برای پی های ضعیف، استفاده از اجرا به صورت مرحله ای، تقویت پی، برداشت کامل خاک های نامطلوب ممکن است مقرون به صرفه تر از استفاده از شیب های مسطح یا گود های پایدار باشد. در این فصل از کتاب سد های خاکی و سنگ ریزه ای نویسنده سعی دارد تا خواننده را با پی ها و آماده سازی شرایط تکیه گاهی سدهای سنگ ریزه ای آشنا سازد.

فصل ششم

مسئله تراوش در تمامی سدهای سنگ ریزه ای باید مورد توجه قرار گیرد چرا که اختلاف هد انرژی بین بالادست و پایین دست سد سبب جریان یافتن آب از بالادست با هد انرژی بیشتر به پایین دست سد با هد انرژی کمتر می شود. بنابراین مسئله کنترل تراوش در سدها امری جدی است. عدم کنترل مناسب این پدیده در سد می تواند مشکلاتی نظیر افزایش فشار بالابرنده (uplift) بیش از حد مجاز، ناپایداری شیب پایین دست سد، جوشش و فرسایش مواد از طریق درزهای موجود را به دنبال داشته باشد. هدف پروژه، یعنی ذخیره سازی طولانی مدت، کنترل سیل و غیره ممکن است محدودیت هایی را در زمینه مقدار مجاز تراوش تحمیل نماید. در فصل 6 مخاطب با برخی از نکات مربوط به مسئله تراوش در سدهای سنگ ریزه ای آشنا می شود.

فصل هفتم

در زمینه مصالح مناسب برای خاکریز ها در سد های سنگ ریزه ای می توان گفت که تقریبا محدوده وسیعی از خاک های نامحلول و غیرآلی را می توان برای اجرای این خاکریز ها استفاده نمود. البته از استفاده از رس ها و پودر سنگ هایی که حد روانی آن ها بیش از 80 می باشد باید پرهیز نمود. اگر خاکی ریز دانه با درصد رطوبتی مناسب برای تراکم و بهره برداری از تجهیزات و ماشین آلات ساختمانی تهیه شود می توان از آن برای اجرای خاکریز استفاده نمود. برخی از خاک‌ های نفوذناپذیر دیر خشک شونده ممکن است به دلیل رطوبت بیش از حد نتوانند گزینه مناسبی برای پر کردن خاکریز باشند و کاهش رطوبت در برخی مناطق آب و هوایی به دلیل بارندگی پیش‌بینی‌ شده در طول اجرای پروژه غیرممکن است. در موارد دیگر، خاک ممکن است به آب اضافی برای نزدیک شدن به درصد رطوبت بهینه برای تراکم نیاز داشته باشد. البته در بعضی موارد عملیات پاشش آب در منطقه قرضه می توان در حل این مشکل راهگشا باشد. البته ذکر این نکته که استفاده از خاک‌ های ریزدانه با درصد رطوبت بالا ممکن است باعث ایجاد فشار بالای آب منفذی در خاکریز تحت وزن خود شود نیز باید مورد توجه قرار بگیرد. در فصل 7 برخی نکات مفید مانند آنچه در این بخش ذکر شد را در تعیین خصوصیات مصالح مناسب جهت ساخت و اجرای خاکریز مشاهده خواهید نمود.

فصل هشتم

در تمامی پروژه های سد سازی علاوه بر خود سد، سازه های دیگری هستند که برای تسهیل اجرا، زهکشی و … باید در طی مراحل مختلف ساخت و ساز احداث شوند به عنوان مثال برج های انتقال که برای خروج مصالح از آن استفاده می شود و یا شیب های موقتی که در مراحل مختلف اجرا احداث می شود و یا احداث لوله های زهکشی، انواع سرریزها از این قبیل سازه ها هستند. برای هرکدام از این سازه ها ملاحظاتی وجود دارد که باید رعایت شود. این موضوع در این فصل از کتاب طراحی سد های خاکی و سنگ ریزه ای مورد توجه نویسنده قرار دارد.

فصل نهم

طراحی سد سنگ ریزه ای فرآیندی است که تا پایان مرحله اجرا ادامه می یابد. اطلاعات اضافی زیادی در مورد ویژگی های پی ها و تکیه‌گاه ها در طول عملیات پاکسازی، کندن و ترانشه برداری به دست می‌آید که ممکن است فرضیات طراحی مبتنی بر مطالعات زمین شناسی قبلی و اکتشاف زیرسطحی توسط حفر گمانه ها و گودال های آزمایشی را تأیید نماید یا با آن ها در تضاد باشد. انجام چنین عملیاتی در مناطق قرضه و در گودبرداری های مورد نیاز می تواند داده های زیادی را در رابطه با ویژگی های مصالح خاکریزی و شیب های حفاری شده ارائه دهد. شرایط آب و هوا و آب زیرزمینی در طول ساخت و ساز ممکن است درصد رطوبت مصالح پیشنهادی را به طور قابل توجهی تغییر دهد یا نکات بسیار ضروری را در زمینه شرایط هیدرولیکی حاکم بر پروژه و مسئله تراوش به مهندسین گوشزد نماید که البته این موضوع می تواند تغییراتی را در طراحی های صورت گرفته به وجود آورد. پروژه ها باید به طور مستمر مورد ارزیابی و مهندسی مجدد قرار گیرند. در صورت لزوم، در طول ساخت و ساز تا اطمینان حاصل شود که طراحی نهایی با شرایطی که در طول ساخت و ساز با آن مواجه می شوند، سازگار است. مسئولان بازبینی طراحی از محل ساخت و ساز بازدید می کنند تا تعیین کنند که آیا اصلاحات طراحی برای برآورده کردن شرایط واقعی میدانی مورد نیاز است یا خیر.

فصل دهم

تمامی مهندسین در سد های خاکی باید از ابزار دقیق کافی برخوردار باشند تا مهندسان طراح بتوانند عملکرد ایمن سازه ها را در طول دوره ساخت و ساز و تحت همه شرایط عملیاتی، نظارت و ارزیابی کنند. این موضوع شامل تمامی سازه ها و تأسیسات وابسته می شود که خرابی آنها باعث از بین رفتن جان افراد، آسیب های شدید مالی یا ضعف در عملکرد یا وقفه در خدمات رسانی می شود. ابزار دقیق جایگزینی برای طراحی ناکافی نیست بلکه ابزاری است برای نظارت و تأیید عملکرد طراحی صورت گرفته در پروژه ها. تجهیزات در واقع موضوعی مهم است که نه تنها در سدها بلکه در تمامی پروژه های عمرانی نقش کلیدی دارد. به همین دلیل نویسنده فصل 10 از کتاب سد های خاکی و سنگ ریزه ای را به بیان نکات مربوط به این زمینه اختصاص داده است.