فایل word سد و سد سازی

بخشی از فهرست مطالب پروژه فایل word سد و سد سازی

مقدمه

1کلیات

2-تعاریف عمومی

محور سد

مقطع عرضی سد

ارتفاع سازه ای

ارتفاع هیدرولیکی

طول سد

ترازهای دریاچه

سد وزنی روی پی سنگی (پی غیر قابل نفوذ) و سد وزنی روی پی قابل نفوذ (مصالح دانه‌ای)

3-معیار برای انتخاب محل سد

4- درزها

-درز انقباض عرضی

-بلوک

-درز اجرایی افقی (در ارتفاع )

-درز انقباض طولی

5-سیستم خنک کننده بتن تازه

6-گالریها و راهروها

7-نوارهای آبند (واتراستاپها)

8-بارهای موثر بر سدهای وزنی

-بارهای مقاوم

-بارهای محرک

-ترکیبات بار

9-تشریح بارهای وارد بر سد

-بار مرده

-وزن آب بر روی وجوه بالادست و پایین دست

-فشار جانبی آب

-فشار رسوب

-فشار برکنش

-نیروهای زلزله

-روش استاتیکی معادل برای سدهای کوتاهتر از 100 متر

-روش طیفی برای سدهای بلندتر از 100 متر

-فشار موج

-فشار باد

-فشار یخ

10-هندسه اولیه مقطع سد

-تعیین حداقل عرض پایه برای شرایط طراحی مختلف

11-روشهای تحلیل و تعیین تنشها در سدهای وزنی

-روش وزنی (رفتار طره ای

-روش پیگاد

-روش بار آزمایشی

-روش اجرای محدود

-روشهای تجربی

12-معیارهای پایداری و ایمنی سدها

13-مفروضات در مورد روش وزنی

14-تاثیر خواص الاستیک شالوده در تنشهای سد

15-سدهای بتنی پایه دار

-مزایای سدهای بتنی پایه دار

-انواع سدهای پایه دار

16-مشخصات فنی بتنهای حجیم

-سیمان

-آب

-سنگدانه ها

-مشخصات مکانیکی بتنهای حجیم

-آزمایشهای کنترل کیفیت

-کنترل درجه حرارت

-لایه های بتن ریزی

تحقیق در مورد سد, مستلزم اطلاعات کاملی از نظر اقتصاد مهندسی زمین شناسی, لرزه شناسی, ژئوتکنیک, سازه, هیدرولیک, هیدرولوژی, هیدروالکتریک و… می‌باشد. لذا باید اذعان کرد که کسب این مجموعه اطلاعات برای یک فرد تقریباً غیر ممکن است ولی می توان با استفاده از افراد متخصص در رشته های فوق این نقیصه را برطرف نمود.
مجموعه تهیه شده حاصل راهنماییها و اطلاعات متخصصین رشته های فوق می‌باشد.
کلیات تاریخچه
سد وزنی یک سازه بتنی توپر است که به واسطه وزن خود در مقابل نیروهای وارده مقاومت می کند. تا اواسط قرن نوزدهم, سدهای بنایی بدون توجه به اصول طراحی ساخته می شدند. قدیمی ترین سد وزنی ثبت شده, سد وزنی الکانته در اسپانیاست که زمان ساخت آن بین 1579 تا 1594 می باشد.سد فورن (شکل1) که بین سالهای 1861 تا 1866 بر روی رودخانه لویر در 9 کیلومتری بالا دست سنت اتین فرانسه ساخته شد, شکل اولیه سدهای مدرن امروزی است. در سال 1855 تحقیقات سازیلی و دلوکره منجر به برقراری یک مقطع عرضی منطقی با مقاومتهای مساوی در ترازهای مختلف شد. نظریه نامبردگان بر مبنای اصول زیر قرار داشت:
الف: پایداری مقطع در مقابل واژگونی در حول لبه پایین دست
ب: پایداری در مقابل لغزش در امتداد صفحه پایه و درزهای افقی در ترازهای مختلف
پ: قانون ذوزنقه برای تعیین تنشهای بهره برداری (روابط معمول مقاومت مصالح)
 شکل 1- سد فورن در فرانسه
مهندسینی که در حدود سالهای 1900, به دنبال خطوط تئوریک بودند, شرایط وقوع و توسعه یک ترک از بالا دست, فشار استاتیک آب, فشار برکنش آب و موارد دیگر را مطالعه و معیارهای پایداری زیر را پیشنهاد کردند.
1-بدون توجه به تراز وقوع ترک, کرنش الاستیک در انتهای ترک در یک درز افقی باید فشاری باقی بماند. (معیار پلتریا)
2-کرنش فشاری الاستیک در یک ترک, که فرض می شود از بالا دست باز شده, باید طوری افزایش یابد که تمایلی برای توسعه به سمت پایین دست نباشد. (شرط هافمن)
3-تنش فشاری الاستیک در یک درز افقی باید بزرگتر از فشار هیدرواستاتیک باشد, به نحوی که درز به صورت بسته باقی بماند. (معیار موریس لوی)
توزیع فشار برکنش توصیه شده برای طرحی از طرف محققین مختلف, از فشار هیدرو استاتیک کامل یکنواخت در تمام عرض قاعده (در تراز پایه یا هر درز افقی در ترازهای مختلف) تا توزیع مثلثی با فشار هیدرواستاتیک کامل در بالادست و فشار صفر در پایین دست, اختلاف داشت.
مباحثات انجام یافته روی فشار برکنش منجر به نتایج زیر شد:
الف: باید اقداماتی در جهت نفوذناپذیری پی انجام شود.
ب: زهکش هایی برای کاهش فشار برکنش در قاعده سد تعبیه گردد.
پ: توزیع فشار برکنش از بالادست به سمت پایین دست دارای تغییراتی باشد.
2-تعاریف عمومی
I-محور سد
به عنوان یک مبنای هندسی, تصویر لبه بالا دست تاج سد (بالاترین تراز سد), به عنوان محور سد یا محور مبنای سد انتخاب می گردد. محور سد در پلان, در اکثر اوقات مستقیم است, لیکن برحسب شرایط توپوگرافی, گاهی به صورت منحنی و یا با ناحیه وسطی مستقیم و نواحی جناحی منحنی انتخاب می شود.
II-مقطع عرضی سد
یک سد وزنی معمولاً دارای سه نوع مقطع شامل: مقطع غیر سرریز, مقطع سرریز و مقطع آبگیری برای نیروگاه می باشد.
شیب وجه پایین دست مقطع عرضی غیرسرریز و مقطع عرضی آبگیر معمولاً ثابت بوده و مقدار آن در حدود 7/0 تا 8/0 افقی به 1 قائم می باشد.
منحنی تاج مقطع سرریز سد, با توجه به منحنی عمومی سطح زیرین آبشار (جریان آب از روی سرریز لب تیز) انتخاب می شود. شیب وجه پایین دست نیز طوری انتخاب می شود که در بالا به منحنی تاج و در پایین به منحنی حوضچه آرامش یا جام سرریز مماس شود
 
شکل 2 – مقطع عرضی سرریز سد وزنی
سرریز ممکن است آزاد باشد و یا دبی سرریز توسط دریچه هایی کنترل گردد. مقطع آبگیری شامل تجهیزاتی از قبیل اشغال گیر, دهانه شیپوری لوله آبگیر, تیرک آب بند, دریچه های اضطراری, لوله تحت فشار می باشد. در صورت وجود فضای کافی, نیروگاه در پای مقطع آبگیر ساخته می شود.

III- ارتفاع سازه ای
ارتفاع سازه ای یک سد بتنی یا بنایی, اختلاف بین تراز تاج سد تا پایین ترین نقطه حفاری شده در شالوده است سدهایی تا ارتفاع 30 متر در رده کوتاه, بین 30 تا 100 متر در رده متوسط و بالاتر از 100 متر, در رده مرتفع محسوب می شوند مرتفع ترین سد وزنی دنیا, سد دیکسن در سویس با ارتفاع 284 می باشد
IV-ارتفاع هیدرولیکی
ارتفاع هیدرولیکی اختلاف بین ترازهای پایین ترین نقطه در بستر اولیه رودخانه در محور سد تا بالاترین تراز کنترل شده آب می باشد.
V- طول سد
طول سد عبارت است از طول اندازه گیری شده, در امتداد محور سد از تکیه گاه چپ تا تکیه گاه راست در تراز تاج سد
VI-ترازهای دریاچه:
1-حداکثر تراز عادی
2-تراز سرریز
1-تراز بستر رودخانه, 2-تراز سطح آب در حالت عادی, 3- پی (فونداسیون), 4-رأس مثلث تئوریک, 5-پایه, 6-عرض پایه, 7-تاج, 8-وجه بالادست, 9-وجه پایین دست, 10-شیب بالادست, 11-ترانشه آب بند, 12-زهکش قائم, 13-چاهک بازدید, 14-گالری (راهرو) بازدید, 15-راهرو, 16-درز انقباضی, 17-سوراخ تزریق, 18-شیب وجه پایین دست
شکل 3
3-حداکثر تراز در سیلاب طرح
4-حداکثر تراز در سیلاب کنترل ایمنی
VII- سد وزنی روی پی سنگی (پی غیرقابل نفوذ) و سد وزنی روی پی قابل (مصالح    دانه ای)
تمام سدهای با ارتفاع بزرگتر از 10 تا 15 متر که با هدف سد مخزنی ساخته می شوند, روی پی سنگی (غیرقابل نفوذ) احداث می گردند. در مقیاس سدهای کوتاه تا 10 متر که اغلب با هدف سد انحرافی ساخته می شوند, و به بند انحرافی موسومند, احداث سد روی پی نفوذپذیر (مصالح دانه ای) می تواند مورد توجه قرار گیرد. از نقطه نظر سازه ای اصول طراحی این دو نوع سد وزنی در موارد زیر دارای اختلاف است:
1-میزان تنش فشاری مجاز پی در حالت پی نفوذپذیر, به مراتب کوچکتر از پی سنگی است و در نتیجه عرض قاعده سد در پی های نفوذپذیر بزرگتر می باشد.
2-در کنترل در مقابل لغزش افقی, بین سد وزنی و پی نفوذپذیر (مصالح دانه ای), چسبندگی وجود نداشته و عامل مقاومت در مقابل لغزش افقی فقط اصطکاک است. این مسئله در بخش مربوطه مورد تدفیق بیشتر قرار خواهد گرفت.
3-در سد وزنی روی پی نفوذپذیر باید توجه خاص به تراوش (نشت) آب از زیر بدنه سد در محیط نفوذ پذیر پی داشت.
4-فشار برکنش آب در قاعده هر دو نوع سد وزنی روی پی سنگی و پی نفوذپذیر وجود دارد
3-معیارهایی برای انتخاب محل سد
محل مناسب برای سد وزنی باید احتیاجات زیر را برآورده سازد:
1-گلوگاه تنگ در محل دره و بالادست وسیع
2-بستر سنگی بی نقض که قادر به مقاومت در مقابل نیروهای استاتیک و دینامیک باشد
3-دره با شیب های جناحین پایدار
4-پی با ثابت های الاستیک یکنواخت ترجیح دارد.
4-درزها
اکثر سدها از نقطه نظر اجرایی و همچنین آزاد کردن تنشها و کرنشهای حرارتی و جلوگیری از ترک ناشی از آنها, به قطعاتی تقسیم بندی می شوند. حدفاصل بین دو قطعه را درز  می گویند. درزهای مورد استفاده در یک سد بتنی وزنی عبارتند از:
الف-درز انقباض عرضی
ب-درز اجرایی افقی
پ-درز انقباض طولی
4-1-درز انقباض عرضی
روش جاری ساخت سدهای بتنی وزنی, تقسیم سد به بلوکهایی می باشد که دو بلوک مجاور توسط یک درز عرضی, که درز انقباض عرضی خوانده می شود, از یکدیگر جدا می گردند. درز انقباض عرضی به صورت قائم, عمود بر محور سد و در تمام عرض از فونداسیون تا تاج سد ادامه دارد. فواصل درزهای عرضی بین 12 تا 18 متر با مقدار معمول 15 متر می باشد.
بلوک
قسمتی از سد وزنی که در حد فاصل دو درز انقباضی عرضی قرار می گیرد, بلوک نامیده می شود.
4-2-درز اجرایی افقی (در ارتفاع)
گاهی مواقع به منظور کنترل گرمای آبگیری, ارتفاع هر مرحله بتن ریزی, به 75/0 متر محدود می شود. درز ما بین دو مرحله بتن ریزی در ارتفاع, که یک درز افقی است, درز اجرایی افقی نامیده می شود
4-3-درز انقباض طولی
با افزایش ضخامت سد, هم از نقطه نظر اجرایی و هم از نقطه نظر وقوع ترک با صفحاتی قائم و به موازات محور سد, بتن ریزی یک بلوک را نمی توان در تمام ضخامت سد به طور یکپارچه انجام داد و تعبیه درزهای انقباض طولی (با صفحاتی به موازات محور سد) الزامی می باشد.

5-سیستم خنک کننده بتن تازه
در سدهای بتنی خنک کردن بتن اغلب با پیش خنک کردن سنگدانه ها و آب مصرفی و پایین آوردن دمای بتن در هنگام بتن ریزی انجام می شود.در صورت عدم موفقیت به کنترل دما به این روش, باید داخل بتن لوله کشی شده و با عبور آب خنک از این لوله ها در حین گرفتن بتن, از افزایش درجه حرارت جلوگیری شود.فاصله لوله ها در هر لایه لوله کشی در صفحه افقی بین 6/0 تا 8/1 متر و فواصل لایه های افقی در ارتفاع در حدود 5/1 متر می باشد. قطر لوله های به کار رفته در حدود 1 اینچ است. از عوامل دیگری که در کاهش درجه حرارت آبگیری بتن مفید است, کاهش ارتفاع بتن ریزی در یک مرحله است.تنش ایجاد شده در هر نقطه از بتن به علت تغییر در درجه حرارت, از رابطه زیر محاسبه می شود.
(1)                                                              
f=تنش ایجاد شده در بتن (سعی می شود به 14 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع محدود شود)
c=ضریب انقباض, انبساط حرارتی بتن در حدود   بر درجه سانتیگراد
 = ضریب الاستیسیته بتن در حدود   تا   (به علت خزش پلاستیک مقدار آن به نصف تقلیل می یابد)
R= ضریب ممانعت در مقابل کاهش طول (در محل اتصال سد به شالوده در حدود 1 است, لیکن با افزایش ارتفاع از شالوده مقدار آن کم می شود)
  = دمای بتن ریخته شده (سانتیگراد)
  = افزایش درجه حرارت به علت آبگیری (سانتیگراد).
  = دمای پایدار محیط (سانتیگراد)
6-گالریها و راهروها
به منظور انجام عملیات چال زنی, تزریق, زهکشی, بازرسی, کنترل دستگاههای اندازه گیری و غیره مجموعه ای از راهروها و گالریها در داخل بدنه سد وزنی ایجاد می گردد.
7-نوارهای آب بند (واتراستاپها)
همان طور که گفته شد در بالادست درزهای عرضی در نزدیکی وجه بالادست, 2 تا 3 ردیف واتراستاپ تعبیه می شود که وظیفه آنها آب بندی درز و همچنین جلوگیری از فرار دو غاب تزریق است. در گذشته جنس نوارهای آب بند از مس یا منل (آلیاژی از نیکل و مس) بود, لیکن امروزه اکثراً از نوارهای آب بند لاستیکی استفاده می شود.
8-بارهای موثر بر سدهای وزنی
عامل پایداری سدهای وزنی در مقابل نیروهای وارده, وزن آنهاست . سد وزنی با توجه به وزن قابل توجه خود در مقابل لغزش و واژگونی ناشی از نیروهای وارده مقاومت کرده و آنها را به پی انتقال      می دهد.
1-بارهای مقاوم شامل:
(الف) وزن سد (نیروی  )
(ب) فشار جانبی آب پایین دست (فشار پایاب)
(پ) وزن آب موجود در وجه بالادست (نیروی  )

2-بارهای محرک شامل:
(الف) فشار جانبی آن مخزن (نیروی  )
(ب) فشار برکنش (آپ لیفت) (نیروی U)
(پ) فشار موج
(ت) فشار یخ (نیروی  )
(ث) تنشهای حرارتی
(ج) فشار رسوب (نیروی  )
(چ) نیروی القایی زلزله در بدنه سد (نیروی افقی   و نیروی قائم  )
(ح) اضافه فشار هیدرو دینامیک آب مخزن در حین زلزله (نیروی  )
(خ) فشار باد.
تأثیر نیروهای مقاوم و محرک سد, ایجاد واکنش R بر قاعده آن می باشد.
 شکل 4- نیروهای موثر بر سدهای وزنی
ترکیبات بار
آیین نامه هندوستان (IS:6513-1972) مطالعه ترکیبات بار زیر را در طراحی سدها توصیه می کند:
1-    ترکیب بار A (شرایط اجرا): ساختمان سد تمام شده, ولی در مخزن آن آب اندازی نشده و فشار پا یاب وجود ندارد.
2-    ترکیب بار B (شرایط عادی بهره برداری): تراز دریاچه در حالت پر + پایاب در حالت خشک + فشار برکنش در حالت عادی (چاههای زهکش عمل می کنند) + فشار یخ + فشار رسوب.
3-    ترکیب بار C (شرایط سیلابی): تراز دریاچه در حالت سیلابی در حالی که آب از سرریزها, سرریز می کند + تمام دریچه ها باز + پایاب در تراز سیلابی + فشار برکنش در حالت عادی + فشار رسوب.
4-    ترکیب بار D: ترکیب بار A + زلزله
5-    ترکیب بار E: ترکیب بار B + زلزله
6-    ترکیب بار F: ترکیب بار C + حداکثر فشار در حالی که چاههای زهکش کار نمی کنند.
7-    ترکیب بار G: ترکیب بار E + حداکثر فشار برکنش در حالی که چاههای زهکش کار نمی کنند.
یو – اس – بی – آر ترکیبات بارگذاری زیر را در طراحی سدها پیشنهاد می کند:
1-ترکیب بار عادی شامل تراز عادی دریاچه + بار مرده + فشار برکنش + فشار رسوب + فشار یخ + پایاب. اگر لزوم اعمال اثر حرارت باشد, از حداقل درجه حرارت معمول استفاده شود.
2-ترکیب بار غیر عادی شامل تراز حداکثر طرح دریاچه + بار مرده مناسب + فشار برکنش + فشار رسوب + پایاب. اگر لزوم اعمال اثر حرارت باشد, از حداقل درجه حرارت در زمان وقوع استفاده شود.
3-ترکیبات بار فوق العاده: شامل تراز عادی دریاچه + بار مرده مناسب + فشار برکنش + فشار رسوب + فشار یخ + پایاب + زلزله حداکثر طرح. اگر لزوم اعمال اثر حرارت باشد از حداقل درجه حرارت استفاده شود.
4-سایر ترکیبات بار: تراز حداکثر طرح دریاچه + بار مرده مناسب + فشار رسوب + پایاب+ فشار برکنش در حالت غیر عادی (زهکشها کار نمی کنند). اگر لزوم اعمال اثر حرارت باشد, از حداقل حرارت در زمان وقوع استفاده شود.
5-بار مرده تنها
6-هر کدام از ترکیبات فوق برای پایداری شالوده
7-هر ترکیب بار دیگری که طرح تشخیص دهد.
9-تشریح بارهای وارد بر سد
9-1-بار مرده
شامل وزن بتن سد (با وزن مخصوص 4/2 تن بر متر مکعب) و تجهیزات دائمی مثل پایه ها و دریچه ها می باشد.
9-2- وزن آب بر روی وجوه بالادست و پایین دست
در روی وجوه شیبدار بالادست و پایین دست, وزن گوه ای از آب با وزن مخصوص یک تن بر متر مکعب در محاسبات پایداری منظور می شود
9-3- فشار جانبی آب
طبق اصول استاتیک سیالات, فشار ناشی از آب در عمق h مساوی wh می باشد که به طور قائم بر سطح مورد نظر اعمال می شود
9-4-فشار رسوب
رسوبات جمع شده در کف مخزن, ایجاد نیروی قائم و فشار افقی در روی وجه بالادست می نمایند. در محاسبه نیروی قائم, وزن آن قسمت از رسوبی که در روی ناحیه شیبدار وجه بالادست قرار دارد, با وزن مخصوص    منظور می شود .
9-5-فشار برکنش
‌‌‌‌آب موجود در مخزن به مرور زمان در درزها, شکافها و حفرات موجود در بدنه و در محل تماس بدنه با سطح زمین رسوخ کرده و یک فشار رو به بالا, (برکنش), در کلیه مقاطع افقی سد به وجود می‌آورد. براساس مطالعات تئوریک و اندازه گیریهای عملی فوق معیارهای انتخاب فشار برکنش به صورت زیر در نظر گرفته می شود:
الف: فشار برکنش در ترکیبات بارگذاری عادی
ب: فشار برکنش برای ترکیبات بارگذاری غیر عادی
پ: تاثیر زلزله
9-6-نیروهای زلزله
زلزله دو تاثیر در نیروهای طراحی سدها دارد:
الف:  ایجاد اضافه فشار دینامیکی در فشار آب پشت سد
ب: ایجاد نیروی القایی افقی و قائم در بدنه سد
اضافه فشار هیدرودینامیکی آب مخزن
مطالعات تئوریک نشان می دهد که توزیع اضافه فشار هیدرودینامیکی آب مخزن به علت ارتعاشات  زلزله در ارتفاع مخزن به صورت سهمی است.متداولترین روش برای تعیین اضافه فشار دینامیکی, روش زنگار می باشد که توسط یو- اس – بی – آر توصیه شده است. طبق این روش اضافه فشار هیدرودینامیک در عمق Z از رابطه زیر به دست می‌آید:
 
در رابطه فوق:
 = شدت اضافه فشار هیدرودینامیکی
 = ضریب زلزله افقی طبق جدول زیر
ضریب 
شدت نسبی خطر لزله
0    بدون خطر
0.05    کم
0.1    متوسط
0.15    بالا
0.2    شدید
در آیین نامه هندوستان, ضریب   به صورت زیر تعریف می شود:
که   طبق فهرست زیر به دست می‌آید:
0.08                            مناطق با خطر نسبی بالا
 0.06                        مناطق با خطر نسبی متوسط
0.045                          مناطق با خطر نسبی پایین
I= ضریب اهمیت که مقدار آن برای سدها مساوی 2 منظور می شود.
 =ضریب اندرکنش شالوده- خاک زلزله که برای سدها مقدار آن مساوی واحد فرض می گردد.
W=وزن مخصوص ‌آب (مساوی 1 تن بر متر مکعب)
H=حداکثر عمق آب مخزن (متر)
C= ضریبی که از رابطه زیر به دست می‌آید و تابعی از عمق z می باشد:
(3)                        
Z=عمق از سطح آب تا تراز مورد نظر برای محاسبه فشار هیدرودینامیک
 =عمیق حداکثر C طبق رابطه زیر
(4)                                                        
  زاویه ای که وجه بالادست سد با امتداد قائم می سازد.
با محاسبه سطح زیر نمودار اضافه فشار, برآیند اضافه فشار در عمق Z از رابطه زیر به دست می‌آید:
(5-الف)                                                         
و لنگر اضافه فشار نسبت به ترازی در عمق Z برابر است با:
(5-ب)                                                        
نیروی القایی زلزله برجسم سد در امتداد افقی (روش ضریب زلزله ثابت)
مقدار نیروی القایی زلزله در امتداد افقی از رابطه زیر به دست می‌آید و محل تاثیر آن در مرکز ثقل مقطع مورد مطالعه منظور می شود:
(6)     
در رابطه فوق   در قبل تعریف شده و:
W=وزن قطعه مورد نظر
V=نیروی اینرسی القایی زلزله در امتداد افق
مولفه قائم شتاب زلزله
مولفه قائم شتاب زلزله می تواند باعث سبکتر یا سنگین تر شدن جسم سد شود. برای در نظر گرفتن تاثیر شتاب قائم زلزله, می توان وزن مخصوص بتن را در ضریب   ضرب کرد که در آن   شتاب قائم زلزله بوده و مقدار آن در حدود نصف شتاب افقی   در نظر گرفته می شود...