عباس عجم وعلیرضاباقری درسال ۱۳۷۸درمطالعه ای به بررسی کاربرد دیوارهای آب بندبابتن پلاستیک درسدهای خاکی پرداختند.آنها دراین مطالعه به طورموردی دیوارآب بندسدکرخه رامورد بررسی قرار دادند.
۲-۳- سوابق اجرایی آببندنمودن پی سدوجلوگیری ازنشت
روش حفاری وتزریق جهت آببندی پی وتکیه گاه های سدهای خاکی وبتنی وایجاد دیوار آببند،پرده تزریق مورد استفاده قرار میگیرد که باتوجه به سوابق اجرایی این روش درچند سد ونیروگاه میتوان بطور خلاصه مروری بر اجرایی آن داشت.
-سد ونیروگاه کرخه: سد ونیروگاه آبی کرخه در ۲۰کیلومتری شمال غرب اندیمشک در ارتفاع۲۳۴ متری از سطح دریاهای آزاد وبر روی رودخانه کرخه واقعه شده است رودخانه کرخه با حوضه آبریز۴۲۵۸۱کیلومترمربع سومین رود بزرگ ایران برای آبدهی محسوب میشود.دراین پروژه به منظور کنترل نشت آب درپی سد،ایجاد یک پرده تزریق به عنوان اولین گزینه مد نظرقرار گرفت. نتیجه بدست آمده از آزمونهای تزریق در محل بیانگرعدم کارایی پرده تزریق در پی سد بود.بنابراین گزینه دیگری برای کنترل نشت آب در پی سد مورد مطالعه قرار گرفت ودر نهایت یک دیوار آببند از بتن پلاستیک به عنوان دیوار آببند اصلی در زیر سدویک دیوار آببنددرشرق نیروگاه ودرساحل چپ سدبرای کنترل نشت آب نیروگاه،طراحی واجراء شد.دیوار آببنداصلی که هم راستای محور بدنه سداست درزیرپی ودر مرکزهسته رسی سد احداث شده است.پس از آبگیری سد کرخه درسال ۱۳۷۸ سطح آب مخزن سد رو به افزایش نهاد.برای بررسی اثرات آبگیری سد کرخه بر سازه های مختلف طرح،یک پانل بین المللی مرکب از کارشناسان ومتخصصان خارجی وایرانی در تیرماه ۱۳۷۹ در محل سدتشکیل شد.طی دوره برگزاری پانل،میزان نشت آب در پی سد از نزدیک مورد تحقیق وبررسی قرار گرفت ومشخص شد که میزان نشت در تکیه گاه ها بسیار بیشتر از بخش های میانی پی است.دلیل این امر،وجودلایه های نفوذ پذیر در عمق های زیاد در محلی است که دیوار آببند احداث نشده بود تشخیص داده شد.به همین منظور و برای اتصال دیواره آببند شرق نیروگاه به دیوار آببند اصلی بدنه سد،یک پرده تزریق از طریق گالری دسترسی به هسته رسی سد طراحی و اجراء گردد.که در نهایت از روش حفاری وتزریق استفاده شده است(۱۴و۱۳).

-سدونیروگاه مسجد سلیمان(گدارلندر):
سدونیروکاه مسجدسلیمان درفاصله ۵/۴۶۶کیلومتری دهانه اروند رود،۵/۲۵ کیلومتری شمال شرقی شهر مسجدسلیمان،۲۶کیلومتری پایین دست سد شهید عباسپور(کارون یک) واقع شده است.عملیات اجرای پرده اب بند وتزریقات تحکیمی درپروژسد مسجد سلیمان درزون هسته اصلی سد ؛ تونل های تزریق ؛ گالری سرریزوتونل های انحراف انجام شده است.در حفاری گمانه های تحکیمی وروکشی هسته مرکزی ونیز گمانه های ابزار دقیق سد مسجد سلیمان ازدستگاه های حفاری فوروکاوا،برتا؛SM305 استفاده شده است(۱۴و۱۳).
-سدو نیروگاه کارون۱(شهید عباسپور):
سد کارون ۱ از نوع بتنی دو قوسی است.بستر سد عمدتا سنگ آهک،شیل ومارون است. وجود تناوبی از سنگ آهک،شیل ورخنمون لایه های نفوذپذیر در دیواره های جانبی به ویژه در تکیه گاه ساحل است ونیز وجود چشمه های کارتی در پایین دست وزیر محوطه نیروگاه،موجب شد قبل از احداث سد،عملیات ویژه ای برای بهسازی زمین در تکیه گاه ها و پی سد انجام شود. به جهت آهکی بودن ساختگاه سد کارون ۱ و برای جلوگیری از نشت و فرارآب از تکیه گاه وپی سد،پرده تزریق و دیوارآببند در زیر پی و ادامه آن در تکیه گاه ها ایجاد شده است(۱۴و۱۳).
-سد کوثر:
سدکوثردر۲۵کیلومتری جنوب شرقی گچساران در منطقه بهبهان و بر روی رودخانه خیر آباد احداث شده است. این سد از نوع بتنی وزنی میباشد.دراجرای پرده آببند این سد در پی وتکیه گاه ها از روش حفاری وتزریق استفاده شده است(۱۴و۱۳).
-سدخاکی حوضیان الیگودرز وکمندان ازنا :
دراین سدهای مخزنی خاکی که هدف از احداث آنها آبیاری اراضی کشاورزی میباشد جهت آببند نمودن پی سد برای جلوگیری از نشت و فرار آب از روش حفاری وتزریق استفاده شده است(۳و۲).
۲-۴- مطالعات پی در روند طراحی سدهای خاکی
کلیات
اصطلاح پی به صورتی که در این مجموعه بکار خواهد رفت به مفهوم کف دره و تکیه‌گاه‌ها است که زیر ساخت سازه سد بوده و سد بر روی آن قرار می‌گیرد. دو شرط اصلی برای پی یک سد خاکی ایجاد تکیه‌گاه پایدار برای سد در کلیه شرایط اشباع و بارگذاری مختلف و ناتراوایی کافی برای جلوگیری از تراوش بیش از اندازه آب هستند(۷). در طراحی تمهیدات خاصی در نظر گرفته می‌شود تا از تحقق نیازهای اساسی طرح توسط آن اطمینان حاصل گردد. مشخصات و مشکلات هر پی منحصر به همان پی و متمایز از دیگر پی‌ها بوده و راه‌ حل ‌های اصلاح و آماده‌سازی مختص به خود را طلب می‌کند. روش‌های گوناگون تثبیت پی‌های ضعیف، کاهش تراوش از پی‌های تراوا، شکل‌دهی پی به منظور کاهش نشست‌های ناهمگون به حد قابل قبول و نوع و محل تسهیلات کاهش تراوش به شرایط خاص هر محل بستگی داشته و باید بر اساس آن انتخاب شوند. از آنجا که برای شرایط مختلف پی روش های متفاوتی کاربرد دارند پی‌ها را بر اساس مشخصه های غالب آنها می‌توان به سه گروه طبقه‌بندی کرد:
-پی‌های سنگی
- پی‌های متشکل از مصالح درشت دانه (شن و ماسه)
- پی‌های متشکل از مصالح ریزدانه (سیلت ورس)
۲-۴-۱- پی سنگی
پی‌های سنگی معمولاً مستحکم ترین نوع پی به شمار می‌آیند. حتی پی های تشکیل شده از سنگ ضعیف عموماً به پی های خاکی ارجحیت دارند. ترجیح پی سنگی بدون شک قابل توجیه است زیرا توده سنگ معمولا همگن و مستحکم است. چون پی‌های سنگی می‌توانند دارای درز و ترکهای بی‌شمار و گسله باشند باید به اندازه کافی مورد شناسایی قرار گیرند تا مشخص شود که از استحکام کافی برخوردارند.(۷).پی‌های سنگی دارای گل سنگ رسی، فورش سنگ و شیل‌های رسی به ویژه از نظر پایداری مشکل آفرین هستند. موقعیت نواحی ضعیف، درزه جوشها یا لایه‌بندی‌ها باید به دقت مشخص شود تا بتوان پایداری پی را برای تحمل بارهای وارد از سوی بدنه سد و مخزن ارزیابی نمود.برای اصلاح پی های سنگی می توان ازتزریق،دیوارآب بندوزهکشی استفاده نمود(۹).
-پی‌های سنگ آهک کارستیک
در میان پی های سنگی آنهایی که از سنگ آهک کارستیک تشکیل یافته‌اند باید مطالعات خاص برای ارزیابی نوع، گستردگی آن ها در سطح و عمق، مواد پر کننده درون غارهایی که از حل شدن مواد آهکی باقی مانده‌اند و احتمال متصل بودن این ناپیوستگی‌ها در مسیر رودخانه در محل احداث سد انجام گیرد. در خیلی مواقع از محل های که به دلیل پستی بلندی مناسب و یا دلایل دیگر برای احداث سد انتخاب شده بودند به جهت وجود نکات مبهم در ترمیم سنگ و هزینه زیاد صرف نظر کرده است. اینگونه پی های سنگی علاوه بر مسئله جدی نفوذ پذیری در محل احداث از دست رفتن آب از اطراف دریاچه به دره مجاور نیز می‌تواند پروژه را غیر اقتصادی کند.(۷).
۲-۴-۲- پی‌های شن و ماسه‌ای
پی سدها در بسیاری از موارد روی رسوبات آبرفتی جوان متشکل از شن و ماسه تراوای بر روی تشکیلات زمین شناسی ناتراواتر قرارگرفته است. جنس مصالح تراوا از ماسه ریز تا درشت دانه بوده ولی اغلب از مخلوط های ناهمگن تشکیل می‌شوند. پی‌های شن و ماسه ای عموماً از مقاومت کافی برای تحمل بارهای وارد از سوی بدنه سد و مخزن برخوردار می‌باشد. ولی پایداری سد باید از طریق کاوش‌های زیر سطحی، نمونه‌برداری، آزمایش و انجام تحلیل‌های مناسب تأیید شود.عموماً دو مسئله در ارتباط با پی‌های تراوا وجود دارد؛ یکی به مقدار تراوش و دیگری فشارهای ناشی از تراوش مربوط می‌شود. بعضی از پی‌ها که از ماسه بسیار پوک تشکیل می‌شوند ممکن است تحت فشارهای استاتیکی دچار فروریزش شوند. این گونه پی‌ها بارهای وارده در حین ساخت سد را تحمل کرده و سپس هنگام اشباع شدن در اولین آبگیری مخزن دچار نشست شده و یا فرو می‌ریزند.برای اصلاح و کنترل نشست در این گونه پی‌ها روش های متعددی مانند پیش تحکیم کردن از طریق اشباع یا بارگذاری، روش های تراکم مانند شمعهای تراکمی، تحکیم دینامیکی، انفجار و یا برداشت خاک و تعویض آن با خاک مناسب را می‌توان انتخاب نمود(۷).
۲-۴-۳- پی‌های سیلت و رسی
خاکهای ریزدانه عموماً به اندازه کافی ناتراوا هستند و برای جلوگیری از نشست غیر مجاز یا رگاب به در نظر گرفتن دیوار آب‌بند در طراحی نیاز نیست. مسئله اصلی اینگونه پی‌ها پایداری است. علاوه بر خطر گسیختگی از نظر باربری تأثیر اشباع پی‌ پس از ساختمان آبگیری مخزن بر روی سد و سازه های جانبی آن باید در طراحی مد نظر قرار گیرد.(۷).
هنگامی که یک سد خاکی بر روی پی ریزدانه اشباع قرار می‌گیرد توانایی مصالح پی در تحمل تنش‌های برشی ناشی از وزن سد و بارهای مخزن را باید با تعیین مقاومت خاک و انجام تحلیل‌های پایداری ارزیابی کرد. بطوریکه در تحلیل پایداری یک سد خاکی باید مراحل زیر در نظر گرفته شود:
- پایان ساختمان
- تراوش پایدار
- تخلیه سریع
خاکهای ناتراوای غیر اشباع نهایتاً پس از ساخت سد و آبگیری مخزن اشباع شده و مسائل پایداری به شرح فوق خواهند داشت. مقاومت موثر خاک در این حالت نسبت به حالت پی اشباع به علت تاریخچه تحکیم مختلف تا حدودی متفاوت است.علاوه بر این خاک های با تراکم کم علارقم مقاومت نسبتا زیاد در حالت خشک پس از اشباع شدن در معرض نشست های زیاد ویا فروریزش قرار دارند. در صورتی که در طراحی اقدام مناسبی برای کنترل نشست های زیاد در نظر گرفته نشود. سد ممکن است اولا به علت نشست های ناهمگن که باعث ترک خوردگی بخش ناترواوای سد می شود و دوما به علت نشست پی و به تبع آن از دست رفتن فاصله آزاد و یا طاق زنی سد بر سایر بخشهای نرمتر پی و نشست و فرسایش ناشی از آن، دچار مسائل سرویس دهی و یا حتی گسیختگی شود.یکی از انواع اینگونه خاکها لس است که یک خاک بادآورده با تراکم بسیار کم بوده و بخش وسیعی از چند قاره را می پوشاند این نوع خاک عمدتا در شمال و شمال شرق ایران گسترش دارد. لس حقیقی هرگز اشباع نشده و عموما از دانه های به اندازه سیلت که با مقداری رس به یکدیگر چسبیده اند تشکیل می شود. هنگامی که درصد رطوبت لس کم است قادر به تحمل فشار خاکریزه های بلند بدون نشست زیاد است ولی افزایش قابل ملاحظه درصد رطوبت باعث کاهش بسیار زیاد چسبندگی آن شده و فشار سدهای کوتاه باعث فروریختن ساختار پوک خاک میشود.بعضی از پی های سیلتی با تراکم کم حین زمین لرزه در معرض از دست دادن(مقاومت مانند انچه که برای ماس های ریز دانه گفته شد)، قرار دارند. این احتمال باید مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد.
سیلت ها اگرچه نسبتا ناتراوا هستند ولی چسپندگی آنها کم و قابل فرسایش است. در یک پی سیلتی حتی تراوش جزئی و فشار هیدرواستاتیکی اندک می تواند به رگاب و گسیختگی منجر شود. برای جلوگیری از رگاب باید فیلتر و زهکش مناسب در زیر بخش پایین دست و پاشنه سد تعبیه شود.در پی سیلت و رسی اگر چه به دیوار آب بند نیاز نیست ولی ترانشه های بازرسی در بخش فوقانی پی برای برداشت مصالحی که در اثر ذوب و انجماد خشکیدگی یا ریشه های گیاهی پوک شده اند و نیز بازدید بخش فوقانی پی معمولا از شرایط طراحی به شمار می آیند. علاوه برآن هنگام ساختمان پی باید مورد بازرسی قرار گرفته تا هرگونه ناحیه نرم یا ضعیف که می تواند به نشست ناهمگن یا تغییر شکل موضعی در زیر بدنه سد ایجاد کند شناسایی و برداشته شود. برای پی هایی که دارای ناحیه های وسیع از مصالح ضعیف هستند گاهی برداشت و جایگزین کردن این نواحی برای حفظ پایداری بدنه سد و یا ایجاد کلیدهای برشی در نواحی بحرانی پی برای پایداری ضرورت دارد. سطح پی نیز هنگام ساختمان به اصلاح نیاز دارد.
عوامل ایجادمسیرهای نشت درخاکریزوپی سدخاکی ۲-۵-
ملکول‌های آب به دلیل وجود انرژی پتانسیلی در محیط متخلخل خاک جریان می‌یابند و طی مسیر به تدریج انرژی خود را به واسطه اصطکاک از دست می‌دهند. این پدیده نشت آب در محیط متخلخل خاک نام دارد(۶و۷).
۲-۵-۱- ترک خوردگی خاکریز در اثر نشست، جمع شدگی و یا جابجایی پی و تکیه گاه ها
نشست نامساوی می ­تواند سبب ترک خوردگی گردد که در بسیاری از حالات ناشی از آماده سازی غیرمطلوب پی نظیر تمیزکاری ضعیف و یا آب بندی نامناسب مناطق ترک خورده می­باشد. همچنین شکل و فرم ساختگاه سد، نظیر تفاوت در عمق رسیدن به بستر سنگی در طول محور سد می ­تواند سبب ترک خوردگی گردد. تراکم خاکریز در رطوبتی کمتر از رطوبت بهینه نیز باعث جمع شدگی و ترک خوردگی در خاکریز می شود. (۶و۷).
۲-۵-۲- فیلترها و زهکش های غیر موثر
فیلترها و زهکش ها می­بایست دارای دانه بندی مطلوب در محدوده­های توصیه شده باشند بطوریکه اولا نفوذپذیری را تضمین کنند، ثانیا مانع از شسته شدن ریزدانه­ها به درون خود گردند. در غیر این صورت نمی ­توانند نقش خود را در هدایت و کنترل جریان تراوش ایفا کنند(۶و۷).
۲-۵-۳- اتصال نامناسب خاکریز به پی و یا خاکریز به تکیه گاه
مشکلی که سدهای خاکی بیشتر با آن مواجه هستند، فرسایش داخلی می­باشد و ناحیه بحرانی از این نقطه نظر، فصل مشترک بین خاکریز و پی در کف ناحیه حفاری شده می­باشد. باید توجه زیادی به ناحیه بین تماس هسته و پی سنگی گردد و قبل از ریختن خاکریز، تمامی ناصافی­های روی سطح حفاری شده مسطح گردد. خصوصا در پروژه ­هایی که ممکن است با عدم تماس درست بین هسته و سنگ، خطر فرسایش افزایش یابد. بهترین وسیله برای آببند کردن سطح تماس بین هسته و بستر سنگی، بستن سطح بستر سنگی به وسیله ملات یا ترجیحا شاتکریت می­باشد. بر حسب شکل و فرم تکیه گاه ها ممکن است تماس خاکریز با آن بخوبی انجام نشود مثلا وجود سطوح پرشیب در تکیه گاه ها بطور موثر درجه تراکم مورد نیاز را محدود می­ کند(۶و۷).
۲-۵-۴- وجود لایه آبرفت یا نفوذپذیر در پی و تکیه گاه­ها
لایه­ های آبرفتی از نفوذپذیری بالایی برخوردارند و بر اثر جریان آب در لایه آبرفتی به مرور زمان پدیده روباره یا فرار آب از پی اتفاق می­افتد(۶و۷).
۲-۵-۵- وجود درزها و ترک ها در پی سنگی و تکیه گاه ها
نکته ظریفی که باید مورد توجه قرار گیرد هنگامی است که یک سد خاکی ،خصوصا هسته آن بر روی یک بستر سنگی ترک خورده قرار گرفته است. با توجه به اینکه آب عبوری از میان ترک ها و شکاف ها ی پی سد خاکی تحت اثر فشار آب ناشی از ارتفاع مخزن است لذا می تواند به راحتی راهی از میان شکاف های نزدیک به سطح پیدا کرده و با سرعت زیاد حرکت کند که باعث شسته شدن هسته می­ شود(۶و۷).همچنین عدم کنترل مناسب، وجود اشیاء خارجی در حین تراکم، تراکم کم در نزدیکی لوله های بتنی و همچنین خشک شدن خاکریز در حین عملیات اجرایی به سبب توقف موقت کار می توانند سبب ایجاد تراوش در خاکریز گردند(۶و۷).
۲-۶- اثرات نامطلوب نشت