لوله گذاری داخل دیوار آب بند جهت حفاری و تزریق سنگ بستر

به نگارش : نادر امیر محمدي  و علی شاکرحق

مقدمه

صنعت سد سازي یکی از مهم ترین فعالیتهاي زیربنایی و اساسی تمدن امروز است، زیرا این صنعت به تنهایی مبناي ارزیابی، ذخیره سازي و برنامه ریزي مهار آبهاي حاصل از برف و باران و رودخانه هاست که این فرایند خود زیربناي پیشرفت برنامه هاي کشاورزي و صنعت و مصارف ضروري شهري و بهبود زندگی روزمرّه و نیز بنیان تولید الکتریسیته برق آبی در بخش انرژي و برخی اهداف مفید دیگر می باشد .

از مهمترین مسائل در ساخت سد هاي خاکی مسئله تراوش در پی می باشد که موجب بوجود آمدن مشکلاتی در پایداري سد خواهد بود. یکی از روشهاي معمول در جلوگیري از تراوش در پی آبرفتی احداث در زیر دیوار آب بند 3 دیوار آب بند در پی سد ، همچنین براي کنترل تراوش در ساختگاه سنگی پی سد استفاده از پرده آب بند با استفاده از روش کار گذاری لوله هاي گالوانیزه در داخل دیوار آب بند می باشد.

لازم به ذکر است که تزریق و احداث پرده آب 4 بند می تواند از ساخت دیوار آب بند وقت گیر تر بوده و احتمال وجود برخی نقایص در پرده تزریق بیشتر از دیوار آب بند می باشد. امروزه تکنولوژي و توان فنی ساخت دیوار آب بند در بسیاري از سد هاي ایران وجود دارد .

همچنین توان فنی اجراي همزمان دیوار آب بند و به دنبال آن انجام اقدامات مورد نیاز داخل دیوار آب بند (لوله گذاري )جهت احداث پرده آب بند در زیر دیوار آب بند بر روي ساختگاه سنگی پی ، توسط متخصصین کشور عزیزمان انجام می پذیرد[4 .[در این مقاله به بررسی و اجراي لوله گذاري داخل دیوار آببند جهت تزریق پرده آب بند پروژه علاج بخشی سد بیدواز اسفراین پرداخته ایم. 

موقعیت سد

سد مخزنی اسفراین بر روي رودخانه بیدواز در 20 کیلومتري شمال شرق اسفراین در استان خراسان شمالی اجرا شده است . شهر اسفراین درپایین دست سد واقع شده و رودخانه بیدواز از داخل این شهر می گذرد. موقعیت سد در ساختگاه “دنج” قرار دارد.

مطالعات اولیه و جانمایی دیوار آب بند

جهت تصمیم گیري در خصوص ناحیه آسیب دیده پروژه علاج بخشی سد اسفراین، جلسات متعدد برگزار گردید و همچنین این موضوع در پانل تخصصی مطرح و پس از تاکید پانل تخصصی مبنی بر ترمیم نقاط آسیب دیده سد اسفراین، عملیات بهسازي ناحیه فوق از تراز 1517 آغاز گردید. شناسایی وضعیت محدوده آسیب دیده، در گام اول با حفاري گمانه اکتشافی BH21 و در گام بعدي جهت تکمیل مطالعات با حفاري گمانه هاي BH25 و BH26 و نهایتا جهت تدقیق محدوده مذکور، با حفاري گمانه اکتشافی BH27 انجام گرفت که در نهایت با توجه به لوگ گمانه هايBH21 ، BH26 وBH27 ، محدوده ناحیه آسیب دیده شناسایی و تا حدودي تدقیق گردید. 

اجرای دیوار آب بند

در هر طرح عمرانی که به هر دلیل دچار آسیب دیدگی شده و بهره برداري از طرح مختل شده است یکی از مهمترین مسائلی که مهندسان در مورد آن بحث و تبادل نظر می کنند مسئله ترمیم بخش آسیب دیده است چرا که این اقدام خطرات و امکان شروع سریع 5 احتمالی ناشی از عدم بهسازي را به حداقل ممکن می رساند. نظر به تجهیز کارگاه به دستگاه هیدروفرز و همچنین ارجحیت این روش از نظر فنی و اقتصادي به دیگر گزینه هاي 6 عملیات اجرایی احداث پانل هاي بتن پلاستیک بهسازي ناحیه آسیب دیده ، مشارکت احداث پانل هاي بتن پلاستیک را انتخاب نمود . در این روش پانلهاي به عرض 1 متر و طول 8,2 متر و به عمق انتهاي ناحیه آسیب دیده حفاري و با استفاده از بتن پلاستیک بتن ریزي می گردند . 

مراحل اجرای بهسازی ناحیه آسیب دیده هسته  

1- خاکبرداری و تزریق جهت تثبیت فیلتر بالا دست هسته رسی:

جهت حفاري پانل هاي 1 و 5 براي احداث دیوار هادي حداقل خاکبرداري از بدنه سد انجام پذیرفت . حفاري و تزریق به روش تیوپ مانشت جهت تثبیت فیلتر بالادست هسته رسی ، طبق نقشه هاي اجرایی تعداد 9 گمانه بر روي برم تراز 1523 در راستاي محدوده بهسازي با زاویه 10 الی 14 درجه اجرا گردید.

2 - احداث پلت فرم حفاری :

پلت فرم محلی جهت استقرار دستگاه هیدروفرز و کلمشل گراب و صلبیت لازم با انجام خاکریزي با استفاده از مصالح طبیعی موجود مخلوط درشت دانه در محل احداث پانل هاي قسمت آسیب دیده ایجاد می شود . بطورکلی در ایجاد و احداث پلت فرم پس ازاتمام عملیات می بایستی تنشهاي ا فقی و قائم حاصل از وزن جرثقیل و ضربات دینامیکی کلمشل گراب و وزن هیدروفرز قابل تحمل باشد.

3 - احداث دیوار هادی حفاری :

دیوار هادي حفاري عبارت است از دو دیواره بتن آرمه به شکل L به ارتفاع 100 سانتیمتر و ضخامت 50 سانتیمتر می باشد . پاشنه دیوار با توجه به ارتفاع دیوار حداقل 100 سانتیمترخواهد بود .

فاصله دیوارهاي هادي حفاري یا گایدوال از یکدیگر متناسب با شکل و ابعاد قسمت گراب و کاتر حفاري هیدروفرز که متاثر از ضخامت پانل ها است مشخص می شود. فاصله دیواره هاي گایدوال 100 سانتیمتر و برابر با ضخامت حفاري و همچنین دیوار بتن پلاستیک ایجاد شده خواهد بود .

دیوار هادي حفاري می بایستی داراي حداقل آرماتور حرارتی و به تعداد کافی خاموت با فاصله هاي مناسب باشد تا با توجه به وزن هیدروفرز و درحین حفاري از شکستن آن در بخش میانی پانل اجتناب شود .

لازم است که دیوار هادي حداقل 15 روز پیش از آغازحفاري ساخته شده باشد . مسلح نمودن دیوار هادي حفاري بخصوص در زمینهائی که بدلیل فقدان و کمبود مواد ریزدانه داراي ماهیت ریزشی هستند و احتمال میرود که با شروع حفاري از زیر دیوار ریزش نماید داراي اهمیت بیشتري میباشد .

حداقل آرماتور لازم براي ساخت گایدوال با توجه به کارآیی حین حفاري و استفاده سازه بعد از اتمام کار تعیین میگردد.

در صورت وجود احتمالی ، وقوع ریزش در زیر دیوار هادي حفاري اجتناب ناپذیر بوده و باخالی شدن زیر گایدوال و 9 بخش هاي داراي بولدر تبدیل آن به تیر در صورتیکه فاقد آرماتور طولی کافی در بخش تحتانی و همچنین فاقد دستک باشیم ، با شکستن گایدوال و جابجایی آن بطرف داخل ، ممکن است اجراي پانل را با مشکلات عدیده اي روبرو نماید .

با توجه به کم بودن فاصله مابین پانل ،گایدوال به صورت L شکل اجرا خواهند شد.

بعد از اجراي گایدوال ، پشت کار توسط مصالح مناسب رودخانه اي(مخلوط درشت دانه) بصورت فشرده پر شده و 20 سانتی متر آخر خاکریزي که تراز نهایی آن 10 سانتیمتر بالاي تراز فوقانی دیوار قرار دارد ،

توسط مصالح منتخب با تراکم مناسب و تأمین زهکشی لازم ایجاد میگردد . هدف از ایجاد تراکم و زهکشی مناسب ، تأمین سطح مناسب جهت ایستایی دستگاه حفاري و همچنین هدایت لجن و دوغاب حاصل از عملیات حفاري و بتن ریزي می باشد.

به شکلی که وجود دوغاب و لجن در محیط اطراف محل حفاري باعث نشست یا لجنی شدن محل ایستایی جرثقیل و انحراف از راستاي حفاري نگردد. طول هر یک از بلوکهاي گایدوال 12 متر تعیین می گردد .

طول هاي کمتر با توجه به احتمال جابجایی و ایجاد انحراف و در برخی از مواقع سقوط در داخل پانل به لحاظ ریزش توصیه نمی گردد .

عرض مورد نیاز در موقع خاکریزي در طرفین گایدوال جهت استقرار دستگاه هیدروفرز و تردد ماشین آلات بتن ریزي حداقل به میزان 15 متر در یک طرف و 10 متر در طرف دیگر می باشد که این امر با توجه به محدودیت هاي احتمالی در فضاي بهسازي متغیر می باشد.

4 - حفاری پانل هاي بهسازي به وسیله هیدرو فرز و کلمشل :  

ابتدا موقعیت پانل ها بر روي سطح تمام شده دیوار هادي مشخص و علامت گذاري می شود . با توجه به محل شروع اولین پانل ها که شماره هاي 1 و 5 طبق نقشه هاي ارسالی میباشد ، شروع حفاري پانل از تراز 1518 تا عمق 3 متر را با بیل مکانیکی و بعد تا 2 متري محدوده آسیب دیده با کلمشل گراب و الباقی حفاري توسط هیدروفرز تا پایان فضاي آسیب دیده صورت خواهد پذیرفت و عملیات بتن ریزي مرحله یک در محدوده آسیب دیده انجام خواهد گردید

و در مرحله دوم حفاري بعد از بتن ریزي مرحله اول تا عمق مورد نظر طبق نقشه هاي اجرایی با دستگاه هیدرو فرز انجام می شود.

تکرار عملیات فوق در محل هاي آسیب دیده صورت می پذیرد. در هنگام حفاري پانل به وسیله گل حفاري که مخلوطی از آب و بنتونیت است پر می شود.

سطح گل حفاري در ترانشه باید حداکثر 6,0 متر پایین تر از سطح فوقانی دیوار هادي و حداقل یک متر بالاتر از بیشترین سطح ایستایی در طرفین محل بهسازي باشد .

حین حفاري باید دقت شود تا هیچگاه سطح گل حفاري در ترانشه از ترازي که براي پایداري ترانشه مورد نیاز است پایینتر قرار نگیرد .درصورت افت ناگهانی سطح گل حفاري درون ترانشه باید سریعا علت آن بررسی شده و اقدامات لازم جهت حفظ تراز گل حفاري بعمل آید.

5 - لوله گذاری پلی اتیلن داخل دیوار آب بند

براي انجام عملیات لوله گذاري پانل ها در مرحله اول نیاز به تهیه نگهدارنده لوله دوکاره جهت نگهداري بالاي پانل میباشد که نگهدارنده لوله مذکور در کارگاه طراحی و ساخته شده است. کاربرد نگهدارنده لوله در قسمت تحتانی جهت نگهداري لوله پلی اتیلن و در قسمت فوقانی جهت نگهداري لوله گالوانیزه می باشد.

لازم به ذکر است هنگام آماده سازي نگهدارنده لوله هردو قسمت فوقانی و تحتانی نگهدارنده لوله متناسب با سایز لوله هاي مورد استفاده ساخته شده است .

مرحله دوم عملیات لوله گذاري پانل ها شامل تهیه و آماده سازي لوله ها میباشد. این لوله ها در دو و پلی اتیلن در کارگاه آماده گردید.

لوله گذاري هاي انجام یافته در پروژه هاي مشابه توسط لوله هاي 12 نوع گالوانیزه بالاي آن نسبت به مدول الاستیسیته 13 گالوانیزه انجام گرفته است.

یکی از مشکلات استفاده از لوله گالوانیزه مدول الاستیسیته بتن پلاستیک می باشد. در این پروژه جهت جلوگیري از ترك هاي ناخواسته بعلت متفاوت بودن مدول الاستیسیته بتن پلاستیک و لوله گالوانیزه ، پس از برسی و تحقیق مواد مختلف تصمیم بر آن شد که از لوله هاي پلی اتیلنی با مدول الاستیسیته نزدیک به مدول الاستیسیته بتن پلاستیک استفاده شود. 

لوله هاي گالوانیزه نیز داراي تبدیل و اتصالات خاص می باشند که جهت سرعت بخشیدن در اجراي عملیات لوله گذاري در کارگاه طراحی و تهیه گردیده است .

بعد از آماده شدن تجهیزات و لوله هاي مورد نیاز ابتدا در قسمت پایین اولین شاخه لوله پلی اتیلن در فاصله یک متري از انتهاي لوله ، لوله هاي PVC یک اینچ فشار قوي زیر به عنوان نشیمن گاه لوله گالوانیزه تعبیه می شود تا بدین ترتیب در اثر وزن ناشی از لوله گالوانیزه از حرکت لوله پلی اتیلن به سمت بالا جلوگیري نموده و نیز لوله گالوانیزه با کف پانل برخورد ننماید . 

لوله گذاري لوله هاي پلی اتیلن و گالوانیزه به صورت تلسکوپی و همزمان انجام خواهد شد .

براي این منظور نگهدارنده لوله دوکاره را در موقعیت پانل مورد نظر بر روي دیوار هادي قرار داده و اولین شاخه از لوله پلی اتیلن به همراه لوله گالوانیزه به طور همزمان در محل مربوطه جاگذاري شده است .

در این حالت ترمز تحتانی نگهدارنده لوله نگهدارنده لوله پلی اتیلن و ترمز فوقانی نگهدارنده لوله گالوانیزه میباشد . پس از جاگذاري لوله ها و تثبیت موقعیت هردو لوله بوسیله نگهدارنده لوله ، اتصال لوله ها از جرثقیل جدا و جهت انتقال شاخه هاي بعدي اقدام میگردد.

باید توجه داشت که به هنگام جاگذاري لوله ها در محل مربوطه و نگهدارنده لوله حتما باید لوله گالوانیزه حدود یک متر بالاتر از لوله پلی اتیلن قرار گیرد تا براي اتصال شاخه هاي بعدي اختلالی ایجاد نشود .

متعاقبا هنگام انتقال لوله هاي گالوانیزه و پلی اتلین به صورت همزمان و تودرتو بوسیله جرثقیل میبایست لوله گالوانیزه پایین تر از لوله پلی اتیلن قرار گرفته تا به راحتی توسط بوشن به شاخه قبلی متصل و سپس لوله پلی اتیلن در جاي خود قرار گرفته و توسط فلنج بهم وصل شوند.

در نهایت پس از تحکیم اتصال هر دو لوله به شاخه هاي قبلی ، پس از اطمینان از پایداري لوله ها در محل مربوطه توسط جرثقیل ، با آزاد کردن نگهدارنده لوله لوله ها بوسیله جرثقیل به پایین هدایت و با بستن نگهدارنده لوله در انتهاي لوله هاي منتقل شده به داخل پانل مجددا شرایط انتقال شاخه هاي بعدي فراهم میشود . این عمل تا رسیدن لوله پلی اتیلن به کف پانل انجام می یابد. 

6 - بتن ریزی :

با اتمام پانل حفاري در محدوده بهسازي پس از تایید واحد کنترل کیفیت در خصوص عمق و ابعاد پانل و نیز محل دقیق استقرار لوله هاي تزریق پرده آب بند، کار بتن ریزي با استفاده از قیف و لوله ترمی انجام می پذیرد.

7- خارج کردن لوله هاي گالوانیزه از داخل لوله هاي پلی اتیلن :

بعد از اتمام عملیات بتن ریزي بتن پلاستیک دیوار آب بند و بعد از گیرش اولیه بتن پلاستیک لوله هاي گالوانیزه از داخل لوله هاي پلی اتیلنی خارج شده و میتوان عملیات تزریق پرده آب بند زیر دیوار آب بند را آغاز کرد. 

نتیجه گیری :

در موارد متعددي جهت تزریق پرده آببند پی سد ها، نصب لوله داخل دیوار آب بند انجام یافته که در اغلب موارد از لوله هاي گالوانیزه استفاده شده است.

اختلاف زیاد مدول الاستیسیته لوله هاي گالوانیزه و بتن پلاستیک ما را برآن داشت تا در جهت کاهش مدول الاستیسیته و دوري از ترکهاي ناشی از آن به دنبال جایگزین لوله گالوانیزه باشیم .

پس از تحقیق و بررسی فراوان گزینه استفاده از لوله پلی اتیلن مطرح گردید. مطالعات بر روي جایگزینی لوله پلی اتیلن انجام شد و نتایج بدست امده نشان داد که می توان پلی اتیلن را بدلیل داشتن مدول الاستیسیته پایین و نزدیک به بتن پلاستیک، جایگزین لوله هاي گالوانیزه کرد.