با ژئوتکستایل و فیلتر در سدهای خاکی آشنا شوید

در این پست ایتدا به تعریف و بررسی عملکرد فیلتر در سدهای خاکی می پردازیم سپس در ادامه به معرفی ژئوتکستایل در سدهای خاکی و بررسی مزایا آن می پردازیم، با ما همراه باشید.

مقدمه

فیلتر در سدهای خاکی، مصالحي است حد واسط كه در مرز بين دو لايه اي كه به لحاظ توزيع دانه بندي متفاوت هستند، قرار داده مي شود. نقش اصلي فيلتر جلوگيري از شسته شدن و حركت مواد ريز دانه سازه خاكي مي باشد و بديهي است كه كاربرد آن در جايي است كه تحت اثر گراديان هيدروليكي مي باشد.

عملكرد فیلتر در سدهای خاکی

وقتي كه جريان نشت از يك خاك با دانه هاي نسبتا ريز به مصالح درشت دانه تر ( مانند زهكش در پنجه سد خاكي) وارد مي شود، اين خطر وجود دارد كه ذرات ريز خاك به داخل مصالح درشت دانه تر شسته شوند. اگر اين كار در يك مدت زمان طولاني انجام بگيرد، ذرات ريز ممكن است تمام فضاهاي بين مصالح درشت دانه را پر كرده و آن را مسدود نمايند. براي رفع چنين مشكلي، بين دو لايه ريز و درشت از يك لايه فيلتر به عنوان محافظ استفاده مي شود. زهكش و فیلتر در سدهای خاکی اجازه مي دهند تا جريان تراوش از خاك نسبت به زماني كه فيلتر وجود ندارد، سريع تر خارج شود. بنابراين مصالح فيلتر بايستي نسبت به خاك اساس (خاك مورد حفاظت) درشت دانه تر و با حفرات بازتري باشد. جريان تراوش از خاك ريز دانه به فيلتر ممكن است همراه با شسته شدن و حركت ذرات ريز دانه خاك اساس، به حفرات مصالح فيلتر باشد و اين انتقال باعث به خطر افتادن سازه خاكي خواهد شد. تخريب مذكور ممكن است به دليل از دست رفتن و كمبود مصالح تراكم يافته باشد و يا اينكه ناشي از انسداد خلل و فرج فيلتر و به وجود آمدن فشار زياد هيدرواستاتيك در پشت مصالح فيلتر باشد. در اين صورت ايمني سازه با خطر مواجه شده و سازه در طي زمان منهدم خواهد گرديد. وجود فيلتر باعث طول عمر سازه با بروز كمترين خطر مي گردد.

ضوابط کاربرد فیلتر در سدهای خاکی

در سدهاي خاكي نيز وضع به همین صورت است، اگر بين لايه زهكش (سنگ ريزه اي) و خاك اصلي در پنجه سد، لايه فيلتر موجود نباشد، ذرات ريز قسمت اصلي به سمت سنگريزه ها شسته شده و مسير آن را مسدود مي كنند و نتيجه آنكه سيستم زهكش سد از كار مي افتد و نيز تدريجا مصالح سازنده بدنه به بيرون شسته شده و باعث خرابي و ضربات جبران ناپذير مي گردد. بنابراين بايد براي اطمينان از وجود ايمني سازه، يك لايه فيلتر بين مصالح ريزدانه و درشت دانه قرار داده شود كه البته مي تواند بيش از يك لايه باشد و هر لايه نقش فيلتر را براي لايه زيرين بر عهده داشته باشد.

به دليل استفاده بهينه از مواد و مصالح در سدهاي خاكي مثل مصالح حاصل از حفاري، امكان استفاده از منابع قرضه نزديك به سايت و صرفه جويي در زمان و اطمينان براي پايداري و كنترل نشت در سدها، اقدام به زون بندي در سدها مي شود. مناطق مختلفي در زون بندي خاكريز سد مشخص مي شوند كه هسته مركزي، پوسته، فيلتر، لايه محافظ بالادست و پايين دست از آن جمله هستند.

فيلتر در سدهاي خاكي ممكن است در موقعيت هاي متعددي مورد نياز باشد، مانند جاهايي كه زهكش هاي افقي، عمودي و مائل وجود دارند يا در نزديكي مجاري تخليه، در زير سازه هاي كاهنده انرژي، چاه هاي فشار شكن و در زير پوشش ريپ رپ؛ مهمترين خصوصيات اين فيلترها عبارتند از دانه بندي چگالي متراكم مصالح و نفوذ پذيري.

تراكم نسبي مصالح فيلتر حداقل بايد ۸۵ % باشد و هيچ قسمتي يا بخشي از اين مواد كمتر از ۸۰ % تراكم نسبي نداشته باشد و نيز بايد دانه بندي مصالح فيلتر آنگونه باشد كه مصالح دچار بهم خوردن دانه بندي و جدايي دانه ها نشوند كه در اين صورت خصوصيات مهندسي مصالح و از جمله نفوذ پذيري مصالح تغيير قابل توجهي خواهد نمود. در شکل 1، یک نمونه فیلتر در سدهای خاکی نشان داده شده است.

شکل 1 . فیلتر در سدهای خاکی

پیشنهاد مطالعه : کاربرد پتوی رسی در سد خاکی برای کاهش نشت

انواع فیلتر در سدهای خاکی

فیلتر در سدهای خاکی به دو دسته كلي تقسيم مي شود :

1 . فیلتر با مصالح دانه اي، شن و ماسه دانه بندي شده بر طبق معيارهاي طراحي فيلتر

2 . فیلتر با الياف يا بافته هايي از جنس پليمر مصنوعي

براي انتخاب مصالح فيلتر دو معيار كلي وجود دارد كه لازم است براي هر فيلتر تامين گردد :

1 . اندازه حفرات مصالح فيلتر بايد به قدر كافي ريز باشد تا از شسته شدن خاك مورد حفاظت به داخل آن جلوگيري شود.

2 . مصالح فيلتر بايد آنقدر نفوذ پذير باشند، تا از به وجود آمدن نيروهاي نشت زياد و فشار هيدرواستاتيك در مصالح جلوگيري شود.

ژئوتکستایل

ژئوتكستايل از انواع ژئوسنتتيك ها مي باشد. در تعريف كلي، ژئوسنتتيك ها منسوجات و يا پوشش هاي ساخته شده از الياف نفتي هستند كه خاصيت اصلي آنها فساد ناپذيري در مقابل عوامل مخرب درون خاك است لذا از اين نظر كاربردهاي فراواني در مهندسي خاك و بهبود كيفيت خواص گوناگون خاك دارند. ژئوسنتتيك ها انواع گوناگوني نظير ژئوتكستايل، ژئوممبران، ژئوگريد، ژئومت و … دارد كه هر يك بر حسب خاصيت كاربردهاي مختلفي دارند. از اين ميان ژئوتكستايل ها بر مبناي خصوصياتي كه در مهندسي ژئوتكنيك دارند، از دامنه كاربرد وسيعي برخوردار مي باشند. ژئوتكستايل ها پوشش هاي عموما نفوذ پذيري مي باشند كه از الياف مصنوعي بدست آمده اند و اين الياف از مشتقات نفت خام نظير پلي استر، پلي اتيلن، پلي پروپيلن و بعضي از مواقع از فايبر گلاس ساخته مي شوند. گفتني است كه ساخت اين منسوجات از مواد طبيعي به دليل فساد پذير بودن آنها امكان پذير نيست. ژئوتكستايل ها مي توانند به صورت بافته شده و يا بافته نشده باشند، ژئوتكستايل هاي بافته شده مي توانند همانند پارچه از بافته شدن دو سري نخ موازي عمود بر هم و يا همانند كاموابافي از درهم رفتن حلقه هاي نخ ساخته شوند. در ژئوتكستايل هاي بافته نشده الياف به صورت اتفاقي در كنار يكديگر قرار گرفته و به كمك مواد شيميايي، حرارت و يا به صورت مكانيكي با يكديگر يكپارچه مي شوند.

انواع ژئوتكستايل

همانطور كه اشاره گرديد، ژئوتكستايل بر دو نوع بافته شده و بافته نشده مي باشد. ويژگي آن ها در مقابل خاك، خاصيت جدا كنندگي و فيلتريزاسيون مي باشد. همچنين در حفاظت از وقوع فرسايش و دربرابر جريان هاي متلاطم كاربرد های فراواني دارند.

کاربرد ژئوتكستايل در مهندسی

زهکشی : آب زيرزميني در روي ژئوتكستايل به خوبي جريان پيدا كرده و مي تواند به سمت نقاط خروجي هدايت شود.

فیلتریزاسیون : در صورتي كه لايه ژئوتكستايل نفوذپذير بين دولايه خاك دانه اي درشت و ريز قرار گيرد، زهكشي به راحتي از لايه ريز به لايه درشت انجام شده و از نفوذ دانه هاي ريز به لايه درشت جلوگيري مي شود.

جداسازی : با استفاده از ژئوتكستايل مي توان لايه هاي مختلف خاك را از هم جدا كرد، به عنوان مثال در احداث شاهراه ها، بستر رسي را مي توان به كمك ژئوتكستايل از زير اساس شني جدا نمود.

تسلیح : مقاومت كششي زياد ژئوتكستايل باعث افزايش ظرفيت باربري زمين مي شود.

کاربری ژئوتكستايل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی

به دليل برتري از نظر اجرا، بهينه بودن از نظر اقتصادي و داشتن خصوصيات مناسب و كاربري آسان اين مواد با كاربرد موفقيت آميزشان در بسياري از پروژه هاي زهكشي و ژئوتكنيكي جاي فيلترهاي دانه بندي شده را گرفته اند، بنا براين، مواد ژئوتكستايل بايستي رفتار و كاركردي مشابه فيلترهاي دانه اي داشته باشند.

1 . اجازه عبور آب اضافي و هدايت آن به سمت زهكش ها و ادامه اين كار در طول مدت بهره برداري.

2 . نگهداري ذرات خاك در محل خود و جلوگيري از بروز پديده فرسايش داخلي

3 . ژئوتكستايل نيز مانند فيلترهاي دانه بندي شده نياز به طراحي و درنظر گرفتن يك سري خواص مهندسي دارد و در غير اينصورت نمي تواند به عنوان يك سيستم كارآ عمل نمايد.

4 . از جمله مزايايي كه ژئوتكستايل دارد مي توان به ساخت و نصب سريع، صرفه اقتصادي، مقاومت شيميايي، دوام زياد، عدم وجود جدايش بين دانه ها كه در فيلترهاي دانه اي در حين ساخت به وجود مي آيد و كاهش ميزان حفاري اشاره كرد.

5 . در مقايسه با مصالح فيلتري نامناسب مثل دانه هاي با توزيع دانه بندي ناپيوسته یا دانه بندي خارج از محدوده كه براي فيلتر نامناسب است و استفاده از آن قطعا اثرات نامناسبي را از نظر پديده فرسايش داخلي و به وجود آمدن فشار هيدروليكي ايجاد خواهد كرد، ژئوتكستايل به مراتب بهتر مي تواند ايفاي نقش كند.

6 . در شرايط ويژه مثل خاك هاي واگرا، بروز ترك ها و شرايط اشباع ژئوتكستايل بهتر عمل مي كند.

7 . ضخامت لايه ژئوتكستايل نسبت به لايه مصالح دانه اي خيلي كوچكتر است و اين امر از نظر اقتصادي و اجرايي حائز اهميت مي باشد. در شکل 2 یک نمونه ژئوتكستايل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی نشان داده شده است.

شکل 2 . ژئوتكستايل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی

طراحی فیلتر ژئوتكستايل

اگر اندازه حفرات ژئوتكستايل كوچكتر از اندازه ذرات خاك باشد، خاك اساس به وسيله فيلتر نگهداري مي شود و بدين وسيله از فرسايش داخلي جلوگيري مي شود. اگر اندازه حفرات ژئوتكستايل به اندازه كافي بزرگ باشد كه برابر عبور ذرات خيلي ريز خاك مانعي وجود نداشته باشد، در اين صورت ژئوتكستايل، مانع از تجمع فشار هيدرواستاتيك خواهد شد.

منبع :

مقاله ی کاربری ژئوتكستايل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی از کاظم کلهری و فیروزه صدری