- مقدمه:
دیوار جدا کننده، دیوار یا پرده ای عمودی است که از بتن مسلح یا غیر مسلح بدون قالب بندی در داخل زمین ساخته می شود. با استفاده از این طریقه اجرا میتوان دیوارها و یا پرده هایی در داخل زمین قبل از انجام عملیات خاکبرداری ایجاد کرد. این روش کار، مخصوصاً در مواردی که کارهای ساختمانی در زیر سطح آب زیر زمینی باید انجام شود کارایی بسیار دارد.
دیوارهای نفوذ ناپذیر برای تامین ناتراوایی گود به کار میروند و بطور دائم در زمین خواهند ماند. در اغلب موارد این دیوارها در فاصله نسبتاً دوری از بناهای اصلی و همیشگی قرار دارند. در این مورد میتوان از محدوده های گود کنی موقت برای ساختمان سد اصلی، بندهای موقتی و پروژه غیر قابل نفوذ زیر یک سد نام برد.
از آنجائیکه سدها، بندرت روی زمینهای کاملاً ناتراوا احداث میشوند لذا در اغلب موارد جریان آب زیرزمینی وجود دارد و همین عامل یعنی نشت آب بر کارایی و سود دهی مفید سد کاملاً اثر گذار است. با عنایت به موارد فوق جهت جلوگیری از نشت آب روشهای مختلفی ابداع گردیده است که متداول ترین این روشها اجرای دیوار آب بند می باشد.
دیوار آب بند (Cut off wall) برای کنترل تراوش در مقابل مسیر جریان آب تعبیه می شود. دیوار های با جایگزینی گل روان (Slurry walls)، شامل گودبرداری در زمین ناپایدار است که به وسیله گل حفاری در یک تراز ثابت، پایدار نگه داشته می شود و سرانجام با یک ماده مهندسی مناسب پر می شود. در ساخت این دیواره ها همواره سیالی در تراز زمین می ماند و پایداری گودال را تا جایگزینی بتن (یا ماده مشخص شده در طرح بتن پلاستیک) حفظ می کند.
- هدف :
هدف از اجرای دیوار آب بند در پروژه های سد سازی عبارتند از:
1- ایجاد دیوار آب بند (Cut off wall) جهت ممانعت از فرار آب از بخش تراوایی پی سد.
2- کاهش گرادیان هیدرولیکی در زیر بستر هسته رسی سد در این بخش، جهت ممانعت از وقوع پدیده Piping.
3- ایجاد دیواری آب بند که در عین غیر قابل نفوذ بودن دارای مدول تغییر شکل متناسب با زمین مجاور بوده که در نتیجه نشست پی ناشی از وزن جسم سد، بدون ایجاد شکستگی همراه با محیط پیرامون خود تغییر شکل دهد.
- مراحل اجرای دیوار آب:
- احداث پلتفرم حفاری:
پلتفرم محلی جهت استقرار دستگاه ها و ملزومات حفاری است که ضمن برخورداری از استحکام و صلبیت لازم با انجام خاکریزی و یا با استفاده از مصالح طبیعی موجود در بستر رودخانه در محل احداث دیوار آب بند ایجاد می شود.
اساسا پلتفرم در محل اجرای دیوار آب بند با توجه به نوع و مشخصات زمین پروژه اجرا می گردد که رعایت ارتفاع تمام شده نهائی به میزان 100~50 سانتیمتر بالاتر از تراز آب زیرزمینی در محل اجرا الزامی است. بطور کلی در ایجاد و احداث پلتفرم پس از اتمام عملیات می بایستی تنشهای افقی و قائم حاصل از وزن جرثقیل (حداقل به میزان 40 تن) و ضربات دینامیکی کلامشل قابل تحمل باشد.
در صورت استفاده از مصالح موجود در محل و بستر رودخانه با توجه به شستگی مصالح ریزدانه و عدم پایداری مناسب زمین پیشنهاد میگردد که مصالح موجود در سطح رودخانه با 60 کیلوگرم بر متر مکعب سیمان مخلوط و بعد از تأمین رطوبت لازم در نواری به طول دیوار آب بند و به عرض مورد نیاز و عمق حداقل یک متر بصورت شفته سیمان درجا اجرا گردد.
- حفر ترانشه:
در سد به منظور کنترل نشست آب در پی آبرفتی سد دیوار آب بند از مصالح بتن پلاستیک به ضخامت مورد نظر و عمق لازم در زیر هسته سد در طراحی درنظر گرفته شده است. دربخش هایی که به تشخیص دستگاه نظارت سنگ بستر فاقد استحکام لازم جهت آب بندی محل اتصال آن با دیوار آب بند می باشد با نظر دستگاه نظارت عمق نفوذ دیواره در سنگ بستر افزایش می یابد.
جهت ایجاد بستر مناسب اجرای دیوار آب بند بتن پلاستیک برابر نقشه های اجرایی می بایست اقدام به گودبرداری و حفر ترانشه جهت رسیدن به بستر مناسب احداث سد برابر طرح مهندس مشاور گردد.
در اجرای این گودبرداری ها توجه به موارد ذیل ضروری می باشد:
الف- تامین عرض پیش بینی شده برای ریختن رس تماسی (Contact clay) با اندیس پلاستیک مناسب و فیلتر مربوطه در اجرای طرح و همچنین عرض مناسب جهت استقرار جرثقیل برای احداث دیوار آب بند بتن پلاستیک.
ب- دسترسی مناسب: با توجه به عمق ترانشه و ضرورت تردد تراک میکسرهای حامل بتن پلاستیک لازم است حداقل دو رمپ دسترسی مناسب تردد تراک میکسر فراهم گردد. به دلیل عرض محدود بستر ترانشه و تراکم لجن حاصل از حفاری توصیه می شود که رمپها به گونه ای در نظر گرفته شوند که حرکت تراک میکسرها یک طرفه انجام شده که باعث افزایش سرعت تراک میکسر و ایمنی بیشتر کار گردد.
- اجرای هسته رسی (رس تماسی Contact clay):
ایجاد اتصال قابل اطمینان هسته رسی و دیوار آب بند بتن پلاستیک، یکی از الزامات اساسی اجرای بخش آب بند هر سد خاکی می باشد. روش رایج در اجرای این اتصال، اجرای بخش اولیه هسته رسی به ارتفاع حداقل 5/2 متر و پس از آن حفر محل ایجاد دیوار آب بند، اجرای دیوار هادی حفاری (Guide wall) و احداث پلتفرم حفاری می باشد. پس از اجرای کامل دیوار آب بند، با برداشتن دیوار هادی حفاری که به دلیل Rigidity بیشتر خود نسبت به محیط پیرامون، امکان شکستن در زیر بار خاکریز فوقانی و ایجاد مسیرهای حرکت آب وجود دارد، اقدام به ریختن هسته رسی بر روی دیوار آب بند اجرا شده بتن پلاستیک می گردد. قابل ذکر است که عمل خارج کردن گایدوال از محل احداث پس از اجرای دیوار آب بند با استفاده از پاکت بیل مکانیکی و با حداقل آسیب رسانی به دیوار بتن پلاستیک احداثی صورت می پذیرد.
بنابراین پس از خاتمه گودبرداری ترانشه و مشخص شدن محل های ایجاد سکو در بستر می بایست عملیات ذیل صورت پذیرد:
- پیاده کردن محور ایجاد دیوار آب بند.
- اجرای رس تماسی هسته برابر مشخصات فنی طرح در لایه های 25-15 سانتی متری به ارتفاع حداقل 5/2 متر.
- حفر محل احداث دیوار آب بند با بیل مکانیکی و اجرای دیوار هادی حفاری.
- ایجاد پلتفرم حفاری از مصالح آبرفتی به ارتفاع حدود 1 متر بر روی هسته رسی اجرا شده که می بایست کاملا هموار و کوبیده شده باشد.
- احداث دیوار هادی حفاری (Guide wall):
دیوار هادی حفاری عبارت است از دو دیواره بتن آرمه به شکل L که به ارتفاع حداقل 80 و حداکثر 150 سانتیمتر و ضخامت 50 سانتیمتر می باشد. پاشنه دیوار با توجه به ارتفاع دیوار حداقل 130 سانتیمتر خواهد بود. فاصله دیوار های هادی حفاری یا گایدوال از یکدیگر متناسب با شکل و ابعاد کلامشل که متاثر از ضخامت دیوار آب بند است مشخص می شود.
با توجه به ضخامت کلامشل (60 تا 100 سانتیمتر)، میزان فاصله دیواره های گایدوال از یکدیگر حداقل 70 و حداکثر 110 سانتیمتر خواهد بود که فاصله اضافی دو دیوار هادی جهت داشتن تولرانس کافی برای گراب حفاری و ممانعت از برخورد گراب و شکستن دیوار می باشد.
ضخامت حفاري و همچنين ديوار بتن پلاستيک ايجاد شده در زمينهاي آبرفتي حداقل برابر فاصله ديواره هاي گايدوال خواهد بود.
دیوار هادی حفاری می بایستی دارای حداقل آرماتور حرارتی و به تعداد کافی خاموت با فاصله های مناسب باشد تا با توجه به وزن گراب و برخورد آن به دیوار هادی در حین حفاری از شکستن آن در بخش میانی پنل اجتناب شود. لازم است که دیوار هادی حداقل 15 روز پیش از آغاز حفاری ساخته شده باشد.
مسلح نمودن دیوار هادی حفاری بخصوص در زمینهائی که بدلیل فقدان و کمبود مواد ریزدانه دارای ماهیت ریزشی هستند و احتمال میرود که با شروع حفاری از زیر دیوار ریزش نماید دارای اهمیت بیشتری میباشد. حداقل آرماتور لازم براي ساخت گايدوال با توجه به كارآيي حين حفاري و استفاده سازه بعد از اتمام كار تعیین ميگردد. در صورت وجود رسوبات آبرفتی و یا احتمال استفاده از ترپان برای شکستن بخش های دارای بولدر احتمالی، وقوع ریزش در زیر دیوار هادی حفاری اجتناب ناپذیر بوده و با خالی شدن زیر گایدوال و تبدیل آن به تیر (Beam) در صورتیکه فاقد آرماتور طولی کافی در بخش تحتانی و همچنین فاقد دستک باشیم، با شکستن گایدوال و جابجایی آن بطرف داخل، ممکن است اجرای دیوار آب بند را با مشکلات عدیده ای روبرو نماید.
بعد از اجراي گايدوال، پشت كار توسط مصالح مناسب رودخانه اي بصورت فشرده (Compact) پر شده و 20 سانتي متر آخر خاكريزي كه تراز نهايي آن 10 سانتيمتر بالاي تراز فوقاني ديوار قرار دارد، توسط مصالح منتخب، تراكم مناسب و تأمين زهكشي لازم ايجاد ميگردد. هدف از ايجاد تراكم و زهكشي مناسب، تأمين سطح مناسب جهت ايستادن دستگاه حفاري و همچنين هدايت لجن و دوغاب حاصل از عمليات حفاري و بتن ريزي مي باشد. به شكلی كه وجود دوغاب و لجن در محيط اطراف محل حفاري باعث نشست يا لجني شدن محل ايستادن جرثقيل و انحراف از راستاي حفاری نگردد.
طول هر يک از بلوكهای گايدوال معمولاً 12 متر تعيين مي گردد. طول های كمتر با توجه به احتمال جابجايي و ايجاد انحراف و دربرخی از مواقع سقوط در داخل پنل به لحاظ ريزش توصيه نمي گردد. عرض مورد نیاز در موقع خاکریزی در طرفین گايدوال جهت استقرار دستگاه های حفاری و تردد ماشين آلات بتن ریزی حداقل به میزان 15 متر در یک طرف و 10 متر در طرف دیگر می باشد. راه های ارتباطی منتهی به محل کار در فواصل 50 متری عمود بر مسیر پلتفرم ایجاد می شود.
دلایل احداث دیوار هادی:
اصلی ترین دلایل احداث دیوار هادی عبارتند از:
الف – حصول اطمینان از احداث صحیح دیوار آب بند در محل تعیین گردیده، برابر نقشه های اجرائی.
ب – ممانعت از ریزش دیوار در سطوح فوقانی به لحاظ ضربات دینامیکی دستگاه حفاری و وزن ماشین آلات حفاری و تراک میکسر بتن ریزی و ایجاد مسیر لازم جهت هدایت کلامشل در راستای قائم. با اینکار شرایطی بسیار ایمن جهت کنترل عملیات اجرائی و بتن ریزی برای پرسنل از لحاظ عمق و نحوه حفاری و باز و بستن لوله ترمی در موقع بتن ریزی فراهم می شود.
ج – محل اتصال پنلها بر روی دیوار هادی مشخص می گردد و اتصال کامل بتن پنلها تضمین می شود.
د – به عنوان مبنای کنترل عمق حفاری از لبه فوقانی دیوار هادی در طول حفاری استفاده می شود.
ه – در دیوارهای بتن مسلح، قفس آرماتور بر روی دیوار هادی مهار می گردد.
و – ایجاد سهولت در نشانه گذاری و ترازگیری و نیز تامین یکنواختی و راستی خط گودکنی.
ز- آماده نگه داشتن مقداری گل حفاری در شروع حفاری.
- استفاده از بنتونیت در حفاری:
بنتونیت (Bentonite) یا مونتموریلونیت (Montmorillonite) یکی از ذرات کلوئیدی است که در ترکیب گل حفاری بکار برده می شود و جزء مایعات تیکسوتروپ می باشد. هنگامی که بنتونیت به آب اضافه می شود، با به هم زدن یا فوران شدید آب، ذرات به گونه ای ریز و در آب آمیخته می شود که با چشم دیده نمی شود. وجود بنتونیت درگل حفاری نه تنها موجب افزایش فشار هیدرواستاتیکی گل می شود، بلکه باعث کاهش به هدر رفتن آب از گل حفاری نیز می شود.
چاه هایی که به وسیله گل بنتونیت پرمی شوند پایداری به مراتب بیشتری دارند و ریزش در آنها کمتر از ریزش در چاه های دیگر است.
بطور کل استفاده از دوغاب بنتونیت در شرایط ذیل اجتناب ناپذیر است:
- حفاری آبرفت های درشت دانه فاقد مصالح ریز دانه گذری از الک 200 در زیر سطوح ایستابی.
- حفاری در رسوبات سیلتی برابر طبقه بندی یونیفاید (USCS) در زیر سطح ایستابی در چنین شرایطی جهت اعمال فشار هیدرواستاتیکی آب زیر زمینی، لازم است که دوغاب بنتونیت همواره بالاتر از تراز آب زیر زمینی نگه داشته شود.
درپروژه ها بنا به اعلام دستگاه نظارت گرانروی گل حفاری به روش قیف مارش صورت می گیرد.
در این روش باید گل حفاری مورد آزمایش را کاملا هم زد و داخل قیف با ظرفیت 1500 سانتی متر مکعب ریخت، قبل از ریختن گل حفاری به داخل قیف، سمت باریک قیف توسط انگشت مسدود می شود. سپس با ثبت زمان اجازه داده می شود که حدود 66% از این گل حفاری (در آزمایشات کارگاهی حدود 1 لیتر) از قسمت باریک خارج گردد. مدت زمان لازم برای این کار را یادداشت می کنیم. این زمان گرانروی گل حفاری بر حسب ثانیه خواهد بود.
قبل از آزمایش انواع گل می توان قیف را برای آزمایش با آب به گرانروی مشخص 26 ثانیه تنظیم کرد این آزمایش باید حداقل یکبار در روز انجام پذیرد.
روش تهیه دوغاب بنتونیت:
جهت تهيه دوغاب بنتونيت ابتدا آب به مقدار لازم در داخل مالاكسور پر شده و سپس همزمان با ميكس بنتونيت به آن اضافه ميشود. ميزان آب مورد استفاده توسط آزمايشگاه تعيين ميگردد. ميزان مصرف بنتونيت بصورت تجربي به میزان حداقل 35 كيلوگرم در 400 ليتر آب می باشد. چگالی مخلوط ساخته شده بايد بین 05/1 تا 12/1گرم بر سانتیمتر مکعب باشد و ويسكوزيته تعيين شده توسط قيف مارش حداقل 36 و حداكثر 42 ثانيه مي باشد.
دوغاب ساخته شده پس از گذشت 24 ساعت باید دارای کمترین جداشدگی آب از مخلوط باشد (حداکثر10% ارتفاع دوغاب قابل قبول است).
در شرایطی که بنتونیت خوب عمل آوری شده باشد، در محل حفاری با تشکیل یک کیک بر روی دیواره، از نفوذ جریان آبهای زیر زمینی مجاور به محل حفاری ممانعت نموده و از طرف دیگر با افزایش حجم (در بهترین شرایط تا 10 برابر) و اعمال فشار هیدرواستاتیک بر روی دیواره حفاری، مانع ریزش دیواره می گردد.
استفاده از بهترین نوع بنتونیت جهت دستیابی به خواص فوق اجتناب ناپذیر می باشد؛ همچنین لازم است بنتونیت در میکسرهای با دور حداقل 1400 و حداكثر 2400rpm مخلوط گردد و بایستی آب با دبي 400 ليتر در دقيقه در محل مالاكسور تهيه شود. در زمينهاي سولفاته به لحاظ خنثي نمودن يون مثبت بي كربنات سديم افزوده می شود.
در مواردي كه:
الف – ساختار زمين دانه درشت غير چسبنده باشد.
ب – وجود بولدر و سنگ ريشه دار که باعث انحراف ترپان يا كلامشل از مسير حفاري می گردد
ج – ساختار زمين با وجود ريزدانه بودن غير متراكم و داراي چسبندگي كم باشد (ماسه بادي، مارن روان و غیره)
اجراي عمليات با استفاده از دوغاب بنتونيت امكان پذير نبوده و باید روشهای زیر را بکار برد:
روش اول – استفاده از دوغاب سيمان همراه با ماسه . (دوغاب سیمان: 400 كيلوگرم در متر مكعب – ماسه : 500 كيلوگرم در متر مكعب) .
اين دوغاب به محيط ريزشي اضافه شده و بعد از گذشت زمان گيرش اوليه سيمان (حدوداَ 30 دقيقه) حفاري ادامه مي يابد مزیت این روش افزایش سرعت حفاری است.
روش دوم – بتن مگر با مصالح ريزدانه و عيار 70 تا 100 كيلوگرم در متر مكعب به محيط ريزشي اضافه میشود. با توجه به علت استفاده از بتن مگر (جلوگیری از انحراف یا ریزش و کاهش هزینه) بعد از گذشت 4 تا 10 ساعت، حفاري مجدداً شروع می شود.
مخازن ساخت دوغاب بنتونیت:
این مخزن برابر استانداردهای رایج حفاری بصورت مخازن استاندارد قابل حمل و نقل هستند. حجم حوضچه دوغاب بنتونیت باید به مقداری باشد که توانایی تامین گل حفاری مورد نیاز برای دستگاه های در حال حفاری را داشته باشد. کلیه اتصالات و پمپ های لازم جهت ساخت و عمل آوری بنتونیت در درون و بر روی این مخازن تعبیه شده است. با توجه به شرایط حاکم در کارگاه ها و اجتناب از استفاده مستمر از پمپ، حتی المقدور سعی میشود که انتقال دوغاب بنتونیت به داخل پنلهای حفاری شده بصورت ثقلی انجام شود. به همین دلیل باید تراز حوض بنتونيت نسبت به تراز فوقاني گايدوال حداقل 2 متر بالاتر باشد.
در پروژه ها با توجه به اینکه لازم است حداقل یک و حداکثر دو دستگاه حفاری بصورت همزمان مشغول به کار باشند، حوضچه های ساخت و عمل آوری بنتونیت می بایست دارای حجم کافی برای تامین بنتونیت مورد نیاز دو پنل باشند.
ساخت تاسیسات گردش گل حفاری با شرایطی که ذکر شده می بایست دارای مشخصات ذیل باشد:
- حوضچه ساخت گل حفاری به ابعاد محاسبه شده متر از بلوک بتنی ساخته شده و در فواصلی در پشت دیوار جهت پایدار نمودن آن در مقابل فشار هیدرو استاتیک گل حفاری، می بایست با بلوک بتنی بصورت پشت بند تقویت گردد و پس از احداث با ریختن مصالح در پشت دیواره از تخریب آن ممانعت شود. سطح داخلی حوضچه ساخت بنتونیت می بایست دارای یک لایه پلاستر سیمان بوده و ترجیحا بهتر است که دیوار داخلی آن جهت جلوگیری از نشست آب، قیراندود گردد.
- حوضچه عمل آوری گل حفاری به همان ابعاد و مشخصات حوضچه ساخت و در مجاورت آن به گونه ای احداث میگردد که محتویات حوضچه ساخت گل حفاری، بصورت ثقلی بوسیله یک لوله گالوانیزه 6 اینچ دارای شیر فلکه در حوضچه عمل آوری تخلیه می گردد.
- در مجاورت حوضچه ساخت گل حفاری، می بایست یک سکو با ابعاد کافی جهت تخلیه کیسه های بنتونیت و دپوی آن در مجاورت محل استقرار مالاکسور احداث گردد. حوضچه ساخت گل حفاری می بایست در محلی احداث گردد که امکان دسترسی راحت تریلی حامل کیسه های بنتونیت به مجاورت آن فراهم باشد.
- بنتونیت ساخته شده و عمل آوری شده می بایست بوسیله لوله 6 اینچ که در کف حوضچه عمل آوری تعبیه شده است با پمپ به محل حفاری پنل ها هدایت گردد.
- به موازات دیوار هادی و در مجاورت آن و در سمت پلتفرم بتن ریزی، اقدام به نصب لوله هدایت بنتونیت می گردد.
درآغاز عملیات اجرای دیوار آب بند، همراه با احداث پلتفرم حفاری، خط لوله هدایت بنتونیت در مجاورت دیوار هادی، نصب و با اتمام دیوارآب بند هر بخش، خط لوله هدایت بنتونیت برداشته می شود. این خط لوله برای اجتناب از آسیب دیدن حدود 30 سانتی متر زیر خاک مدفون می گردد.
- لوله بنتونیت برگشتی جهت استفاده مجدد بنتونیت بازیافتی در مجاورت دیوار هادی دیگر نصب می شود.
- حفاری بارت (پانل):
به طور کلی حفاری در زمین های نرم به وسیله بیل مکانیکی و در زمینهای سخت به وسیله دستگاههای حفاری ضربه ای و ضربه ای – دورانی انجام می شود.
کلامشل توسط دو عدد سیم بکسل تعبیه شده در جرثقیل دو وینچه چرخ زنجیری بوم خشک کنترل می شود. راستای حفاری توسط نحوه استقرار دستگاه در روی پلتفرم راستای کلامشل با دیواره های گایدوال تنظیم می گردد.
در صورت برخورد با لایه های سیمانی شده و سخت، همچنین برخورد با قطعات درشت تخته سنگ و Boulder که درون گراب جای نمی گیرند از ترپان (ترپان کتابی ساخته شده از ورق 45K و به ابعاد 55*125*210 سانتی متر) استفاده می گردد. بدین صورت که در صورت مشاهده یکی از مشکلات ذکر شده ترپان را جایگزین گراب کرده و با استفاده از وزن ترپان و نیروی ناشی از سقوط آن بر روی لایه سخت و یا قطعات درشت سنگ اقدام به خرد کردن مصالح سخت می کنیم.
این عمل تا جایی ادامه پیدا می کند که گراب توانایی بیرون آوردن قطعات خرد شده را از داخل پنل داشته باشد. در این هنگام با جایگزینی گراب به جای ترپان حفاری پانل را ادامه می دهیم. باید توجه داشت که این عملیات باعث افزایش زمان حفاری و نیز کاهش راندمان حفاری می گردد. اشاره به این نکته می کنیم که ضربات ترپان تاثیری بر صدمه دیدن پنلهای بتن ریزی شده کناری ندارد و علت این موضوع خواص بتن پلاستیک و بخصوص شکل پذیری بالای آن می باشد.
مراحل حفاری بارت به وسیله گراب:
در حفاری دیوار آب بند با استفاده از گراب (Grab) یا کلامشل (Clamshell) مراحل زیر اجرا می گردد:
ابتدا فواصل پنلها بر روی سطح تمام شده دیوار هادی مشخص و علامتگذاری می شود. با توجه به محل شروع دیوار اولین پنل با مشخصات پنل اولیه (P1) موقعیت پانلهای بعدی نسبت به آن مشخص می گردد.
پنلهای اولیه به طول 4/2 متر (طول دهانه کلامشل) مشخص و بر روی سطح تمام شده دیوار هادی علامتگذاری می شود. این پنل ها به صورت اختصاری Pi نامیده می شوند (اندیس iمشخص کننده شماره پنل های اولیه می باشد).
پنلهای ثانویه مابین پنلهای اولیه به طول 2 متر (20سانتی متراز طرفین پنلهای اولیه در حین حفاری تراشیده می شود ولذا پنل ایجاد شده نهایتا 4/2 متر خواهد بود) مشخص و بر روی سطح تمام شده دیوار هادی علامتگذاری می شود. این پنل ها بصورت اختصاری Si نامیده می شود (اندیس i مشخص کننده شماره پنل ثانویه می باشد).
هدف از این نوع اجرا و تقسیم دیوار به پنل های اولیه و ثانویه موارد زیر می باشد:
- ایجاد دیوار یکپارچه
- آب بندی بارت ها
- جلوگیری از انحراف
در هنگام حفاری پنل به وسیله گل حفاری که مخلوطی از آب و بنتونیت (دوغاب بنتونیت) است پر می شود.
سطح گل حفاری در ترانشه باید حداکثر 6/0 متر پایین تر از سطح فوقانی دیوار هادی و حداقل یک متر بالاتر از بیشترین سطح ایستابی در طرفین دیوار آب بند باشد. در حین حفاری باید دقت شود تا هیچگاه سطح گل حفاری در ترانشه از ترازی که برای پایداری ترانشه مورد نیاز است پایینتر قرار نگیرد. درصورت افت ناگهانی سطح گل حفاری درون ترانشه باید سریعا علت آن بررسی شده و اقدامات لازم جهت حفظ تراز گل حفاری بعمل آید.
هدر رفتن گل حفاری زمانی رخ می دهد که گل به هنگام عبور از فضای آنولوس به داخل طبقات مجاور دیواره چال نفوذ کند.
دلایل این امر عبارتند از:
- تشکیلات یا سنگ مجاور نفوذپذیری قابل توجهی دارد که باعث عبور بخشی یا تمام گل از خود می شود.
- منافذ یا تخلخل سنگ به حدی است که ذرات کلوئیدی یا جامد گل نمی تواند آنها را مسدود کند.
- فشار هیدرواستاتیکی گل حفاری به حدی زیاد است که روی طبقات مجاور تاثیر گذاشته و در آنها نفوذ می کند.
در صورت هدر رفتن گل حفاری مشکلاتی در اجرای کار بوجود می آید که عبارتند از:
- افزایش هزینه حفاری در اثر عدم بازگشت گل حفاری به سطح
- دسترسی نداشتن به تشکیلات یا نوع سنگی که حفاری می شود.
- امکان افت فشار هیدرواستاتیکی گل حفاری در بین فضای آنولوس
- افزایش زمان حفاری
درحین انجام پروژه باید تمهیدات لازم برای بروز این مشکل در نظر گرفته شود و درضمن همواره باید گل حفاری اضافی موجود باشد تا با مشکل کاهش گل در پنل مواجه نشویم.
بتن ریزی:
با اتمام پنل حفاری هر پنل پس از کسب تائید دستگاه نظارت در خصوص عمق وابعاد پنل، کار بتن ریزی با استفاده از قیف و لوله ترمی انجام می پذیرد. عمل بتن ریزی که با تحویل بتن پلاستیک با Slump حداقل 150 میلی متر و حداکثر 210 میلی متر توسط تراک میکسر پای قیف بتن ریزی در کمتر از 5/2 ساعت انجام می شود.
مهمترین مسئله در بتن ریزی، کاهش طول لوله ترمی (لوله ای به قطر 30سانتی متر) به گونه ای است که بجز مرحله ابتدایی بتن ریزی لوله ترمی باید حداقل به مقدار 2 متر در داخل بتن مستغرق باشد، زیرا درغیر اینصورت امکان دو تکه شدن بتن ریزی و قرار گرفتن دوغاب حفاری در بین دو بخش وجود خواهد داشت.
تامین حداقل دو دستگاه تراک میکسر جهت انجام عملیات بتن ریزی الزامی می باشد و میزان بتن ریزی در هیچ حالت نباید کمتر از 20 متر مکعب در ساعت باشد. حداکثر فاصله زمانی مابین اتمام تخلیه بتن هر تراک میکسر، با شروع تخلیه بتن تراک میکسر بعدی نباید بیشتر از 15 دقیقه طول بکشد.
جهت جلوگیری از نفوذ دوغاب و لجن موجود در پنل به داخل لوله حین بتن ریزی ضمن استفاده از رزوه های مخروطی مابین قطعات لوله ترمی از گریس به مقدار کافی جهت آب بندی موقت استفاده می شود. عملیات بتن ریزی تا خارج شدن کامل لجن ها و بتن کثیف (بتن آلوده به بنتونیت) ادامه می یابد.
جهت جلوگیری از اختلاط دوغاب داخل لوله ترمی جاگذاری شده با بتن پلاستیک از یک عدد توپ در داخل لوله به عنوان جدا کننده قبل از شروع عملیات بتن ریزی استفاده می شود.
بنا به نظر پروژه، بتن پلاستیک باید دارای مشخصات زیر باشد:
– روانی (اسلامپ) بتن بین 16 تا 22 سانتی متر.
– مقاومت فشاری 28 روزه نمونه استوانه ای بین 10 تا 12 کیلوگرم بر سانتی متر مربع.
– مدول تغییر شکل 28 روزه نمونه استوانه ای بین 1200 تا 1000کیلوگرم بر سانتی متر.
طرح اختلاط به شرح زیر می باشد:
| سیمان | 150-120 کیلوگرم |
| سنگ دانه (شن و ماسه) | 1500-1300 کیلوگرم |
| بنتونیت سدیمی | 50 -30 کیلوگرم |
| آب | 380-300 کیلوگرم |
جدول 1، طرح اختلاط بتن.
از آنجائیکه با آمدن وسایل و دستگاه های حفاری به کارگاه، می بایست بستر کار جهت شروع بکار پرسنل و دستگاه ها فراهم باشد، لازم است که طرح اختلاط بتن پلاستیک بطور همزمان مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته مطلوب دستگاه نظارت را دارا باشد.
علت تاکید به نهایی شدن طرح اختلاط کارگاهی بتن پلاستیک با مصالح و شرایط کارگاه پیش از آغاز بکار پیمانکار تخصصی اجرای دیوار آب بند به این دلیل است که بر اساس نشریه شماره 13 کمیته ملی سدهای بزرگ (ICOLD) برای ساخت دیوار آب بند بتن پلاستیک درخاکهای همگن مدول یانگ (Young modulus) آنها با افزایش عمق ناچیز است، مناسبترین مصالح، مصالحی است که مدول یانگ آنها 4 الی 5 برابر بزرگتر از توده خاک پیرامون آن باشد.
مقاومت فشاری بتن پلاستیک بسته به طرح اختلاط آن همواره کمتر از 40 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و اکثرا در حدود 20-15 کیلوگرم بر سانتی متر است.
درزهای اجرایی:
بطور کل درزهای اجرایی به منظور ایجاد اتصالی قوی درحد فاصل پنل ها در احداث دیوار آب بند صورت می گیرد.
روش همپوشانی: در این روش ابتدا پنلهای فرد (اولیه) حفاری و بتن ریزی می گردند و پس از بتن ریزی پنلهای فرد و در اقدام به حفاری پنلهای زوج، حدود 20-15 سانتی متر از پنل های فرد مجاور تراشیده می شوند. در روش همپوشانی این اطمینان حاصل می شود که یک دیوار آب بند بدون درز (joint) ایجاد می شود و بیشترین کنترل روی محل اتصال پنلها را داریم .همچنین علاوه بر تضمین بدون درز بودن دیوار، امکان ایجاد جبهه های کاری متعدد را فراهم نموده و در نتیجه بتن پلاستیک ریخته شده (با عمر حدود 2 الی 5 روز) بر اثر حفاری پنل مجاور دچار آسیب نشود
ماشین آلات، انجام تعمیرات و ساخت گراب:
1- کلامشل:
حداقل وزن کلامشل 5 تن بوده که این امر باعث حفظ راستای قائم کلامشل در روش سقوط آزاد می شود، نیروی قائم لازم جهت حفاری با استفاده از وزن کلامشل و نیروی افقی لازم جهت کندن توسط تغییر مسیر نیرو از طریق سیم بکسل دهانه (صدفی) تامین می گردد.
هر دو نیروی لازم جهت حفاری توسط ناخن های تعبیه شده در دهنه کلامشل به محل حفاری انتقال می یابد. ناخن های حفاری از فولاد با ترکیب تنگستن زیاد تهیه گردیده و قابلیت ارتجاعی مناسب جهت حفاری را دارا می باشد. تعداد ناخن های هر کلامشل بستگی به عرض دهانه کلامشل دارد. طول این ناخن ها حداقل 20 سانتی متر و عرض آن حداقل 7 سانتی متر می باشد. عملکرد ناخن های مذکور به عمق حداقل 10 سانتی متر باعث همپوشانی و آب بندی مناسب مابین پنلهای اولیه و ثانویه می گردد.
2- ترپان:
در صورت برخورد با لایه های سیمانه شده و سخت همچنین برخورد با قطعات درشت سنگ از ترپان استفاده می گردد دراین مرحله از کار لایه های مذکور توسط ترپان خرد شده وسپس توسط کلامشل، حفاری ادامه می یابد. تجارب گذشته نشان داده است که با افزایش وزن گراب حفاری می توان لایه های دارای سیمان آهکی و یا قطعات سنگی که ابعاد آن در درون گراب جای بگیرند را حفاری نمود.
میزان نفوذپذیری در سنگ بستر حداقل به مقدار حفاری سنگ هوازده سطحی و حداکثر تا حدی خواهد بود که ضربات متداوم ترپان به وزن 6 تن در مدت 15 دقیقه بیشتر از 8 سانتی متر نفوذ ننماید (تعداد ضربات ترپان در هر دقیقه معمولا 4 ضربه می باشد).
نفوذ در سنگ بستر بیشتر از حد متداول اولا باعث ریزش غیر متعارف لایه های سست بالایی و گیر کردن کلامشل و ایجاد مشکل در آب بندی پانل گردیده و ثانیا باعث ایجاد ترک در لایه های سنگی بستر می گردد که این امر با توجه به حساسیت محل اتصال باعث مشکل آب بندی دیوار می شود.
1-2- انجام تعمیرات و ساخت گراب:
با توجه به اینکه استهلاک گراب های تاثیر عمده ای در کاهش راندمان کار می گذارد و به همین جهت شرکت ارجان پی اقدام به راه اندازی کارگاه ساخت و انجام تعمیرات گراب نموده است.
بنابراین کارگاه ساخت و انجام تعمیرات گراب با شروع عملیات اجرایی دیوار آب بند، پشتیبانی لازم از عملیات اجرایی، توقف و یا کاهش راندمان حفاری ناشی از خرابی گرابها را بدلیل جایگزین نمودن آنها با گراب سالم تا تعمیر گراب نیازمند تعمیر به حداقل زمان ممکن خواهد رساند. شرکت ارجان پی تمهیدات لازم جهت ساخت گراب شامل موتور جوش، دستگاه برش ورق و دریل ستونی را در کارگاه انجام تعمیرات و ساخت گراب فراهم می کند.
پیوست 1- بتن پلاستیک:
نظر به اهمیت بتن پلاستیک در اجرای دیوار آب بند، لازم می دانیم توضیحاتی هر چند مختصر در این زمینه داشته باشیم.
بتن پلاستیک از آب، سنگدانه، سیمان، بنتونیت تشکیل یافته است و از گزینه های مناسب کاربرد در دیوار آب بند می باشد. از خصوصیات این بتن این است که علاوه بر مقاومت مناسب برای تحمل تنش ها در دیوار دارای شکل پذیری مناسب می باشد. یعنی میتوان در عمق های مختلف تغییر شکل های کافی (متناسب با خاک اطراف) بدون گسیختگی انجام دهد. استفاده از دیوار های آب بند بتن پلاستیکی برای دیوار آبندی پی سدها زمانی مورد توجه قرار می گیرد که گرادیان هیدرولیکی و ارتفاع سد زیاد بوده و به مصالحی با مقاومت کافی در برابر فرسایش و دوام کافی نیاز مبرم داشته باشیم. همچنین از چنین دیوار هایی انتظار می رود که قابلیت تغییر شکل بالایی داشته باشند تا کرنش های تحمیلی از طرف پی به این دیواره ها تحت بارگذاریهای سد و شرایط مختلف هیدرولیکی را بدون وقوع ترک تحمل کنند. استفاده از مصالح بتن پلاستیک که از مصالح آب، سنگدانه، سیمان و بنتونیت تشکیل یافته است در مواردی برای آب بندی پی مطرح می گردد که احداث دیوار برای آب بندی پی سد در مقایسه با روش های دیگر اصلاح آبگذاری پی ترجیح داده می شود.
بنابراین در این قسمت لازم است به برخی از طرح اختلاط ها و آزمایشات انجام شده روی آنها اشاره نماییم.
مشخصات طرح های اختلاط:
در ساخت نمونه های بتن پلاستیک از 6 طرح اختلاط استفاده شده که مشخصات این طرح های اختلاط در جدول زیر آورده شده است.
| مصالح طرح اختلاط
شماره آزمایش |
آب
( m3/lit) |
بنتونیت (Kg/m3) | سیمان
(Kg/m3) |
مصالح دانه ای (Kg/m3) | آب به سیمان (W/C) |
| 1 | 420 | 30 | 100 | 1500 | 4.8 |
| 2 | 420 | 30 | 150 | 1500 | 2.8 |
| 3 | 420 | 40 | 150 | 1500 | 2.8 |
| 4 | 420 | 30 | 200 | 1500 | 2.1 |
| 5 | 420 | 40 | 200 | 1500 | 2.1 |
| 6 | 420 | 50 | 200 | 1500 | 2.1 |
جدول 2، درصد مصالح مصرفی در 6 طرح اختلاط بتن پلاستیک.
حداکثر اندازه مصالح مصرفی 10 میلی متر می باشد. میزان دانه ای مصرفی در تمامی طرحهای اختلاط ثابت و برابر 1500 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن پلاستیک می باشد.
سیمان مصرفی در ساخت نمونه های بتن پلاستیک از نوع ضد سولفات و آب مصرفی نیز آب شرب تهران می باشد.
نتایج آزمایشها:
همانطور که از جدول زیر نمایان می باشد در میزان ثابت سیمان در هر طرح اختلاط با افزایش درصد بنتونیت، اسلامپ بتن پلاستیک افزایش می یابد. همینطور در میزان ثابت سیمان هنگامیکه بنتونیت طرح اختلاط بتن پلاستیک را افزایش می دهیم، مقاومت فشاری نمونه های بتن پلاستیک کاهش می یابد و وقتیکه میزان بنتونیت طرح اختلاط ثابت می ماند و میزان سیمان را افزایش میدهیم، مقاومت نمونه های پلاستیک افزایش می یابد.
| طرح اختلاط | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| اسلامپ( Cm) | 19 | 21 | 22 | 17 | 20 | 23 |
| مقاومت فشاری 7 روزه(/cm3 kg) | 1.4 | 4.5 | 2.4 | 9 | 4.2 | 3.7 |
| مقاومت فشاری 28 روزه(/cm3 kg) | 2.6 | 8.3 | 5.3 | 16.5 | 7.7 | 7.4 |
| وزن مخصوص (m3/ ton) | 2.02 | 2.06 | 2.08 | 2.1 | 2.13 | 2.15 |
جدول 3، اسلامپ، مقاومت فشاری (7و 28 روزه)، وزن مخصوص نمونه های بتن پلاستیک.
یکی از مسائل مهم در طرح اختلاط های بتن پلاستیک برای استفاده در دیواره های آب بند که در زیر سدها وبخصوص سدهای با ارتفاع قابل توجه تاثیر دارد، این است که مصالحی بوجود آورده شود که علاوه بر مقاومت کافی در برابر فرسایش هیدرولیکی تحت گرادیان های بسیار بالا و با دوام کافی در طول عمر بهره برداری سد، قابلیت هماهنگی از نظر تغییر شکل با محیط پی مجاور را نیز داشته باشد، به این صورت که کرنش هایی که در پی سد تحت بارگذاری مربوط به ساخت سد، آبگیری و دوران بهره برداری به وجود خواهند آمد، تا حد زیادی به دیوارآب بند اجرا شده در داخل پی نیز اعمال شده و درصورتیکه مصالح دیوار نتوانند کرنش های مذکور را تحمل نماید وقوع ترک بر دیوار و از دست دادن آب بندی آن متحمل خواهد بود از طرفی مصالح بتن پلاستیک مثل بسیاری دیگری از مصالح خاکی و سنگی با بالا رفتن مقاومت آن، حالت ترشدگی پیدا خواهد کرد و کرنش حالت گسیختگی آن پائین خواهد آمد. بدین ترتیب در طرح چنین دیوارهایی ایجاد تعادل بین مقاومت و شکل پذیری مساله اصلی می باشد.
آب بندهای بتن پلاستیک به علت کارایی مناسب، شکل پذیری و نفوذپذیری مطلوب از اهمیت ویژه ای برخوردارند. امتیاز مهم دیوار های آب بند با بتن پلاستیک استفاده از آنها در تعمیر هسته آسیب دیده سدهای خاکی و سنگ ریزه ای است. ضمنا اینگونه آب بندها در مکان هایی که سطح آب زیر زمینی در آنها بالاست از ارزش بالایی برخوردار هستند.
نهایتا دیوار آب بند بتن پلاستیک اهداف عمومی آب بندی را عبارتند از: کاهش زیر فشار، کاهش تراوش کاهش گرادیان هیدرولیکی، کاهش خطر آب شستگی پایین دست سد و عدم خالی شدن تدریجی زیر پی سد را تامین می نماید.