نقش آب بند ها (cut off) در شالوده , جلوگیر ی از حرکت کامل آب و یا دست کم طولانی کردن مسیر آب می باشد که در این مورد از فشار تخریبی زه کاسته می گردد و به هر حال دبی کلّ زه کاهش می یابد . در این فصل به طور عمومی و خلاصه در مورد انواع معمول روش های آب بندی توضیح داده می شود.
1.آب بند تزریقی
1-1.عوامل مؤثّر در تزریق
تکنیک تزریق(grouting) امروزه در بسیاری از پروژه های ساختمانی ودر هدف های متنوّع مورد استفاده قرار می گیرد که در پاره ای موارد به منظور مستحکم کردن زمین ,کاهش دادن تأثیر ارتعاش در خاک و کاهش دادن نشست خاک در اثر بارهای دینامیک و استاتیک و اهدافی مشابه آنچه ذکر شد می باشد, و در مواردی به منظور جلوگیری از حرکت آب است که بر اساس همین هدف در سد سازی مورد استفاده است .
استفاده از تزریق در پروژه های سد سازی گاه به منظور پر کردن شکاف ها و غارهای درون سنگ های آهکی در ارتباط با مخزن سد می باشد و زمانی به منظور پر کردن حفره های درون خاک در کل یک محدوده ی آب بندی و زمانی به منظور تکمیل آب بندهای دیگر از قبیل آب بندهای پرده سپری می باشد.
در مورد آب بندی خاک ها توسّط تزریق ,این روش معمولاً در محیطی کارایی لازم را دارد که نفوذپذیری محیط قبل از تزریق از cm/sec001/0 بیشتر باشد.
تزریق مواد در درون حفره های بین دانه های خاک , ضمن آب بندی کردن آن به استحکام آن نیز کمک می کند .
موادی که در تزریق به کار می رود متنوّع بوده و معمول ترین آن ها شامل سیمان, آسفالت ,رس و مواد شیمیایی است که انتخاب نوع آن ها , عمق نفوذ آن ها , ترتیب و چگونگی تزریق و فشار آن بستگی به شرایط شالوده , نوع و وضعیت آن , ارتفاع سد و هدف از تزریق دارد. مثلاً نوع دانه بندی و اندازه ی دانه ها و نفوذپذیری خاک نقش مؤثّری در انتخاب نوع ماده ی تزریقی دارد . جدول زیر به عنوان نمونه حدود تقریبی اندازه ی دانه ها را در ارتباط با مناسب بودن برای نوع خاصی از ماده ی تزریقی نشان می دهد :
نوع ماده ی تزریقی قطر متوسّط دانه ها(mm) مناسب برای تزریق
................................................................................................................................ سیمان 4/1- 5/0
بنتونیت با رس-سیمان 5/0-3/0
رس-مواد شیمیایی, بنتونیت-مواد شیمیایی 4/0-2/0
موادّ شیمیایی 2/0-1/0
................................................................................................................................
به لحاظ تاریخی , تا سال 1925 تنها ماده ی تزریقی معمول تقریباً فقط سیمان پرتلند خالص بود. هر چند سیمان خالص هنگامی ممکن است قابل استفاده در تزریق باشد که قطر مؤثّر دانه های خاک () در حالت سست از 5/0 میلیمتر و در حالت متراکم از 4/1 میلیمتر بزرگ تر باشد و این شرط به ندرت ممکن است وجود داشته باشد . بنابر این گرچه تعداد معدودی از پرده های آب بند تزریقی با سیمان موفّقیت آمیز بوده و در مورد آن ها تبلیغ شده است ولی اکثریت آن ها ناموفق بوده و محرمانه باقی مانده است(مأخذ شماره ی 6 ) .
در سال 1925 , "یوستن(Joosten)" روشی را به منظور استحکام و غیر قابل نفوذ کردن خاک ابداع نمود که مبتنی بر تزریق پی در پی محلول های سیلیکات سدیم و کلرور کلسیم بود . این روش هنوز هم مورد استفاده است , هر چند هزینه ی آن در پروژه های بزرگ یعنی برای آب بندهای پرحجم گران تمام می شود و تقریباً تا آن حد پر هزینه است که از اجرای آن صرف نظر می شود. این روش به صورت دیگری , مخصوصاً در فرانسه , پی گیری گردید , یعنی با استفاده از مخلوطی از سیمان و رس ( و گاهی با مواد شیمیایی به عنوان ضدّ انعقاد ) جایگزین گردید . بعد از مدّتی ماده ی شیمیایی به نامAM-9 مورد بهره برداری قرار گرفت. ویژگی این ماده این است که درون مجاری خاک پلیمریزه می شود و حفره ها را پر می کند و دانه ها را به هم پیوند می دهد , گرچه این روش نیز پر هزینه است. به طور کلّی موادّ تزریقی در منافذ بزرگ تر یعنی در موادّ درشت دانه بهتر نفوذ کرده و با شرایط ارزان نیز ضخامت بیشتر را تشکیل می دهند ولی در مورد موادّ دانه ریز باید موادّ تزریقی با لزجت کمتر به کار برده شوند .
آزمایش های واقعی در مقیاس بزرگ در مورد نتیجه ی تزریق نشان داده اند که صرف نظر از مقدار نفوذپذیری رسوبات شالوده ,میزان نفوذ پذیری بخش تزریق شده
به حدود تا سانتیمتر در ثانیه می رسد ( مأخذ شماره ی 6 ). این ارقام را می توان برای محاسبه ی مقدار زه در بخش تزریقی و به عنوان مبنایی برای تنظیم ضخامت آن به کار برد .
1-2.اجرای تزریق و روش های آن
از نظر اجرایی(در مورد تزریق , اخیراً کتاب "عملیات مهندسی تزریق" تألیفNonveiller توسّط مهندسین مشاور زاینداب(اصفهان) ترجمه شده است. علاقه مندان به این کتاب ارجاع می شوند.) به منظور تزریق مواد گمانه هایی به فاصله و عمق مناسب حفر شده و آن گاه ماده ی انتخابی را به داخل آن ها تزریق می کنند . فاصله و تعداد و عمق گمانه ها بستگی به نوع شالوده و نوع ماده ی تزریق و ضخامت خواسته شده برای پرده ی تزریقی دارد . معمولاً ضخامت پرده ی تزریقی حاصل را می توان تا حدود تا ارتفاع سطح آب در مخزن انتخاب نمود . در بسیاری از سدها یک ردیف گمانه کافی است , اما اقلاًّ دو ردیف گمانه به منظور اطمینان بیشتر ضروری به نظر می رسد. در مواردی تزریق های مرحله ای را با دو نوع غلظت متفاوت ماده ی تزریق اجرا می کنند , یعنی در مرحله ی اوّل در گمانه های با فاصله ی زیادتر , ملات سیمانی غلیظ تر به کار برده می شود و در مرحله ی بعدی در گمانه های با فاصله ی کمتر از ملات های رقیق تر استفاده می شود .
گاهی با حفر گمانه هایی تا عمق محدود ولی در یک محدوده ی وسیع می توان نوعی پوشش لایه ای نفوذ ناپذیر(blanket grouting) به وجود آورد . فاصله ی گمانه ها برای این منظور 3 تا 5 متر و عمق آن ها 5 تا 10 متر انتخاب می شود . در استفاده از چنین روشی باید شرایط زمین , ویژگی ها ی زه و گمانه ها را با دقّت مورد بررسی قرار دهند تا بتوان از عدم پیدایش احتمالی پدیده ی پایپینگ اطمینان کافی حاصل نمود .
فاصله ی گمانه ها در تزریق بستگی به شرایط متعدّدی دارد , از جمله این که تا چه وسعتی باید موادّ تزریقی نفوذ کنند و امکانات نصب دستگاه حفّاری و نوع خاک و نوع ماده ی تزریقی چگونه است . مثلاً موادّ تزریقی ریزدانه تر و محلول های معلّق , ژل ها و رزین ها موادی هستند که برای تزریق در خاک های ریزدانه تر و با نفوذپذیری کم به کار می روند, بنا بر این فاصله ی تأثیرآن ها به طور نسبی کم است , در صورتی که برای خاک های درشت دانه و با نفوذپذیری زیاد باید از موادّ تزریقی درشت دانه مثل سیمان- رس استفاده نمود , و چون این مواد در خاک های درشت
دانه تزریق می شوند شعاع تأثیر آن ها بیشتر است . بنا بر این در محیط ریز دانه تر
فاصله ی گمانه ها کمتر و در محیط دانه درشت تر فاصله ی گمانه ها را می توان بزرگ تر انتخاب نمود .
فشار تزریق نیز بستگی به شرایط متعدّد دارد که از جمله فاصله ی گمانه ها , نوع ماده ی تزریقی , نوع محیط , مرحله ی تزریق و محدوده ی مطلوب تأثیر تزریق می باشد و علاوه بر این شرایط که ذکر شد , لزجت و غلظت ماده ی تزریقی و عمق نقطه ی مورد تزریق نیز در انتخاب فشار مناسب تأثیر اساسی دارد . در خاک های با نفوذپذیری کم به طور نسبی فشار بیشتری نسبت به خاک های با نفوذپذیری زیاد مورد احتیاج است . امّا فشار زیادتر از یک حد نیز موجب پکیده شدن محلّ تحت تأثیر فشار می گردد . در خاک های درشت دانه و در سنگ های شکاف دار می توان به سهولت ماده ی تزریقی و فشار لازم را انتخاب نمود امّا در مورد خاک های ریز دانه دقّت بیشتری لازم است , زیرا زیاد کردن فشار ممکن است موجب پکیدن خاک گردد و رقیق تر کردن ماده ی تزریقی همراه با فشار کمتر ممکن است موجب شود که ماده ی تزریقی با از دست دادن آب در نتیجه جذب بین دانه ها غلیظ تر شده مجاری را برای پیشروی تزریق مسدود نماید .