کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی بطور کلی سدی که بدنه آن از مصالح خاکی یا پاره سنگی یا از هر دو ساخته شود به نام سد خاکریز (1) نامیده می شود و اگر عمده ی مصالح آن از خاک باشد،سد خاکی (2)نامیده می شود.
از زمانهای بسیار پیش احداث سدهای خاکی به منظور تنظیم و ذخیره آب معمول بوده است،اما به علت امکانات محدود و عدم شناخت قوانین مکانیک خاک و هیدرولیک ،ارتفاع سدها و بندهای خاکی از مقدار محدودی بیشتر نمی شده است،هر چند از نظر وسعت و طول سد این محدودیت وجود نداشته است.امروزه با پیشرفت علم مکانیک خاک و توسعه امکانات تکنولوژی و مطالعات دقیقتر توانسته اند سدهای خاکی را با ارتفاعهای قابل ملاحظه احداث نمایند بطوری که در حال حاضر،از مرتفعترین سدهای ساخته شده سدهای خاکی و پاره سنگی هستند.به علاوه زمینهایی که سابقاً برای ساخت سد بر آنها غیر مناسب به نظر می رسیدند هم اکنون می توانند به عنوان شالوده یا محل سد خاکی مورد استفاده قرار می گیرند.از مرتفعترین سدهای خاکی(یا پاره سنگی)عبارت است از: سد«رگونی»(3)(ارتفاع 335 متر)و سد«نورک» (4) (ارتفاع 300 متر) هر دو در روسیه، سد« تهری» (5)(ارتفاع 260 متر) در هند،سد«میکا»(6)(ارتفاع 244 متر)در کانادا،و سد «اروویله»(7)(ارتفاع 235 متر)در ایالات متحده.
با وجود پیشرفتهای تکنیکی و علمی که تا کنون در زمینه ساخت سدهای خاکریز شده است هنوز مشکل می توان راه حلهای ریاضی و محکمی را برای حل مسایل طراحی سدهای خاکی پیشنهاد نمود و از این رو بسیاری از اجزای سدها هنوز بر مبنای تجربه و ذوق و ذکاوت مهندسان طراحی و اجرا گردد،به عبارت دیگر نمی توان یک طرح نمونه وار و منحصر به فرد و کامل را همواره پیشنهاد نمود.
به منظور تأمین یک طرح دقیق و منطقی در سدهای خاکریز لازم است وضعیت شالوده سد و مواد تشکیل دهنده آن کاملاً مورد بررسی و مطالعه ی اولیه قرار گرفته و اجرای سد با روشهای کنترل شده و دقیقاً مطابق برنامه پیشنهادی طراح انجام پذیرد.
به عنوان یک اصل،دو نکته مسلو است که: 1)سد به عنوان یک مخزن آب باید نفوذ ناپذیر باشد.
2)در تمام وضعیتهای ممکن (بلافاصله پس از ساخت و ضمن ساخت،وضعیت مخزن پر،طغیان،تخلیه سریع،بارندگی و حتی در مواقع سیلهای استثنایی چند هزار ساله)سد باید مقاوم باشد.
روش ایجاد سدهای خاکی در حال حاضر عمدتاً با روش تراکم مکانیکی است،هر چند روشهای دیگری مانند روشهای هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی هم وجود دارد که از این روشها کمتر استفاده می گردد،مگر در مورد سدهای باطله که ضرورتاً هیدرولیکی است.
بخش اصلی سد خاکی که توده خاکی کوبیده شده است(در حقیقت سازه سد)به نام بدنه سد نامیده می شود،و زمینی که سد بر روی آن قرار گرفته تا آن حد که تحت تأثیر فشار حاصل از سد و نفوذ پذیری آب سد می باشد به نام شالوده است.به جز این دو بخش اصلی ،اجزای دیگری از قبیل آب بندها،زهکشها،پوششها،و غیره وجود دارد که اهمیت آنها به لحاظ حجم ناچیز است اما به لحاظ حفاظت و ایمنی و عملکرد سد برای سد نقش حیاتی دارند.
انواع سد های خاکی از دیدگاه تکنیک و روش ساخت،سدهای خاکی دو گروه هستند که تقریباً تمامی آنها در گروه غلتکی(کوبیدنی)قرار دارند و تعدادی در گروه هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی طبقه بندی می شوند.منظور از سدهای غلتکی این است که ساخت سد با روش کوبیدن خاک که به وسیله غلتک است صورت می گیرد.این عمل معمولاً در لایه های 15 تا 22 سانتیمتری در هر نوبت تراکم کوبیده می شوند.منظور از روش هیدرولیکی این است که انباشته شدن مصالح ساخت سد(جابجایی مواد و قرار گرفتن آنها در محل)با کمک آب انجام می گیرد و در ضمن جدا شدن آب از خاک،نوعی طبقه بندی طبیعی در دانه بندی خاک صورت می گیرد که برای سد مناسب می باشد،یعنی دانه های درشت تر در کناره ها و دانه های ریز تر در وسط قرار می گیرند.
از دیدگاه همگنی بدنه سد،نیز می توان گونه های مختلفی را از هم تشخیص داد که عبارتند از: نوع همگن(8)،نوع مطبق(9) یا مغزه دار و نوع دیافراگمی 1-نوع همگن نوع همگن به سدی گفته می شود که تمام بدنه آن از یک نوع مصالح ساخته می شود.در این نوع سد،چون قسمت عمده سد،از زه اشباع می شود و دامنه پایاب نیز تحت تأثیر زه می باشد،لازم است که شیب دامنه ها خیلی کم گرفته شود تا دامنه پایاب در برابر زه و دامنه سراب در یک تخلیه سریع مقاوم باشد.اگر در این نوع سدها هیچ گونه تکنیک زهکشی به کار برده نشود ممکن است از دامنه پایین دست در اثر زه اشباع شود از این رو قرار دادن زهکش افقی یا پنجه سنگی در پایاب ،و ایجاد پوشش بالادست در بستر مخزن و روی دامنه بالادست از روشهایی هستند که به منظور کنترل زه و پایداری بیشتر سد بکار برده می شوند.
2-نوع مطبق نوع مطبق(یا مغزه دار)از معمولترین نوع سدهای خاکی است .در این نوع نقش آب بندی سد به عنوان مخزن به عهده مغزه است و نقش استحکام و پایداری را عمدتاً پوسته سد ایفا می کند.پوسته پایین دست علاوه بر استحکام ،نقش زهکش را نیز دارد.
در این نوع سد ،تمام بدنه از مواد درشت دانه یا مخلوط ساخته می شود و فقط بخشی که نقش آب بند را دارد به صورت دیوار یا پرده غیر قابل نفوذ در بدنه سد تعبیه می گردد که ممکن است به صورت دیافراگم مرکزی یا در دامنه بالادست به صورت یک دیافراگم مایل باشد.جنس این پرده نفوذ ناپذیر را می توان از خاک رس،سیمان،چوب و غیره انتخاب نمود.دیافراگم مایل به نام پوشش مخفی نیز نامیده می شوند.پرده های آب بند اعم از که در قسمتههای مرکزی یا کناری قرار گیرند باید تا بالاترین نقطه سد ادامه یابند،و در صورتی که شالوده زیرین نفوذ پذیر بوده و کم عمق باشد ترجیحاً باید ادامه پرده آب بند تا انتهای بخش نفوذ پذیر شالوده برسد.
دیافراگمهای داخلی که از مواد صلب مانند بتن ساخته شوند ممکن است به علت نشست سد در بعضی از نقاط شکسته ش وند از این رو ترجیح داده می شود که مغزه دیافراگمی در وسط سد از خاک رس ساخته شود که عرض این مغزه خاکی در قاعده سد باید از 3/ تا 5/ برابر ارتفاع سد باشد.قرار دادن مغزه دیافراگمی در وسط سد از سهولت ساخت برخوردار است در حالی که دیافراگم مایل نسبت به دیافراگم محوری تا حدی پایداری بیشتری را در برابر زلزله تأمین می کند.
چنانچه جدار دیافراگمی تمامی ارتفاع از تاج سد تا انتهای شالوده نفوذ پذیر را نپوشاند آنرا دیافراگم ناقص نامند.ممکن است بخشهای عمیق شالوده را در زیر دیافراگم ناقص به وسیله تزریق یا پرده سپرهای فلزی و غیره آب بندی نمود.
صلاحیت نوع خاک برای بنای سد خاکی و طبقه بندی خاکها در بخشهای مختلف سد،مواد تشکیل دهنده آن ب اید ویژگیهای خاصی از لحاظ نفوذ پذیری ،استحکام برشی،تراکم پذیری،و مقاومت در برابرر پایپینگ داشته باشند.
جدول زیر ترتیب اولویت استفاده از انواع خاکها را در طراحی سد و برنامه ریزی اولیه آن نشان می دهد.علامتهای به کار برده شده بر اساس طبقه بندی«یونیفاید»می باشد که این طبقه بندی نیز به اجمال ارائه می شود جدول زیر ترتیب اولویت استفاده از انواع خاکها را در طراحی سد و برنامه ریزی اولیه آن نشان می دهد.علامتهای به کار برده شده بر اساس طبقه بندی«یونیفاید»می باشد که این طبقه بندی نیز به اجمال ارائه می شود.
برای پوسته سدهای مغزه دار فقط می توان از انواع GW,GP,SW,SP استفاده نمود که ترتیب ترجیحی آن ها به همین ترتیبی که در ا ینجا یاد شده است.انواع دیگر خاکها به هیچ وجه مناسب پوسته سد غیر همگن نیستند هر چند نمی توان با اعتماد و اطمینان از انواع دیگر خاکها به جز آنچه که د ر جدول فوق آمده است برای مغزه سد یا برای سد همگن استفاده نمود،اما ترتیب اولویت گروههای دیگر برای دو هدف فوق صرفاً به منظور طبقه بندی عبارت است ازML,CH,OL,MH,OH 2-6 کلیاتی که در طراحی سد خاکی باید در نظر گرفته شود بر اساس تجربیاتی که در مورد شکستن و تخریب سدهای خاکی به دست آمده است می توان نکات ذیل را به منظور تأمین ایمنی هر چه بیشتر و افزایش اطمینان در طراحی یک سد خاکی در نظر گرفت: 1-به منظور جلوگیری از خرابیهای حاصل از جریان آب از روی سد،رعایت نکات زیر ضروری است: الف)ظرفیت سرریز تا آن حد باشد که جریان حداکثر را بتواند عبور دهد.
ب)طرح چنان باشد که از سرریز شدن آب حاصل از امواج در شرایطی که سطح آب مخزن در بالاترین وضعیت است،جلوگیری گردد.
ج)ارتفاع اصلی تا آن اندازه باشد که حداقل ارتفاع آزاد را بعد از نشست کامل سد باقی بگذارد.
د)اقداماتی صورت گیرد که از فرسایش خاکریز سد به علت تأثییر امواج و نیز به علت اثر آبهای سطحی جلوگیری گردد.
ه)تاج سد به قدر کافی عریض باشد تا اثر زلزله های احتمالی بر آن تأثیر مخرب نداشته باشد.
2-به منظور جلوگیری از خرابیهای حاصل از زه،مقدار جریان آب در بدنه سد و شالوده آن نباید تا آن حد باشد که تأمین هدف از ایجاد آن سد را خدشه دار سازد،و نیز فشار زه در هر نقطه در حدی باشد که موجب تخریب نگردد بنابراین: الف)مقدار کمی جریان زه در بدنه و شالوده باید به میزان پیش بینی شده محدود گردد.
ب)خطوط جریان زه(یا به عبارت دیگر،خط زه آزاد)دامنه ی پایین دست حتی الاامکان از سطح خارجی دامنه پایین دست دور نگهداشته شود تا موجب خرابی پوسته ای شدن نگردد.
ج)فشار زه در هر نقطه و نیز شرایط دانه بندی و یکنواختی خاک و نوع تراکم،بویژه در حد فاصل لایه ها و در حد فاصل تغییر دانه بندی مواد،چنان باشد که امکان ایجاد پدیده پایپینگ وجود نداشته باشد.
د)امکان ایجاد نشت آب(به جز از مسیرهای معمولی و پیش بینی شده)در هر جایی باید به صفر برسد و الا امکان بروز پایپینگ را افزای می دهد.
3-به منظور جلوگیری از خرابیهای ساختمانی لازم است: الف)دامنه ها هر کدام در برابر کلییه نیروهای ممکن (از جمله زلزله)در تمام وضعیت ها پایدار باشند.
طرح فیلتر فیلتر که معمولاً از جنس خاک(و گاهگاهی به صورت شبکه های فلزی و الیاف و بافته های از جنس پلیمرهای مصنوعی)است نقش اصلی آن جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد،و بدیهی است که مورد کاربرد آن در مکانهایی است که تحت تأثیر جریان ز ه قرار دارند.به علت وجود زه(یعنی بر اثر گرادیان هیدرولیک)دانه های ریز می توانند از محیط خود جدا شده و به همراه حرکت آب به نقاط دیگری منتقل گردند به طوری که استمرار این پدیده موجب پوک شدن بخشی از خاک می گردد که خود موجب عدم پایداری می شود .به علاوه ،پیشروی پوک شدن به طرف گرادیان هیدرولیک بزرگتر(مخزن)موجب تسریع در تخریب می گردد که سرانجام منجر به تخریب کامل سد خاکی خواهد شد.
در تمام زهکشهای تعبیه شده برای سدهای خاکی،در چاههای کاهش فشار،در چاههای ماسه ای،در هر گونه مرز دو لایه ای که به لحاظ دانه بندی تفاوت زیادی دارند،و موارد مشابه دگر،از جمله لایه انتقالی بین سنگچین حفاظت دامنه و سطح زیر آن،طرح و تأمین لایه های از فیلتر ضروری است.
تهیه و طرح فیلتر مناسب باید حاوی دو ویژگی اصلی باشد:اول اینکه هدف اصلی را که جلوگیری از شست شدن ذرات ریز است تأمین کند و دوم اینکه مقاومت آن در برابر حرکت زه بیش از خاک مورد حفاظت نباشد،زیرا در غیر این صورت فشار هیدرولیکی آب در مرز بین خاک اصلی و فیلتر موجب ناپایدار شدن خاک می گردد .به عبارت دیگر نفوذ ناپذیری لایه فیلتر باید بیش از نفوذ پذیری خاک مورد حفاظت باشد.
به منظور تأمین هدف اول لازم است که اندازه مربوط به 15% منحنی دانه بندی فیلتر بزرگتر از 4تا5 برابر اندازه مربوط به 85%منحنی دانه بندی خاک مورد حفاظت نباشد، فیلترD15 D 85خاک مورد حفاظت نسبت D 15فیلتر به D 85 خاک مورد حفاظت را نسبت پایپینگ گویند و این شرط را شرط عدم پایپینگ می نامند.
به منظور تأمین شرط دوم،لازم است که اندازه ی مربوط به 15%منحنی دانه بندی فیلتر اقلاً 4تا 5 برابر اندازه مربوط به 15% منحنی دانه بندی خاک مورد حفاظت باشد،یعنی: فیلتر D 15 ( حداکثر 40 )5تا 4 > --------------- D 15خاک مورد حفاظت ضمناً دانه بندی فیلتر نباید بیش از 5 درصد دانه های ریز تر از 75 میکرن داشته باشد،رابطه فوق را شرط نفوذ ناپذیری نامند.
«تیلر»(1948)بر اساس تجربیاتش نتیجه می گیرد که نفوذ پذیری خاکها با (D 15)(10)متناسب است ،از این رو با رعایت شرط نفوذ پذیری در فیلتر باید نفوذ پذیری فیلتر 16 تا 25 مرتبه بیش از نفوذ پذیری خاک مورد حفاظت باشد و لذا نیروی زه در فیلتر به همین نسبت کمتر باشد.
پژوهشگران و مهندسان مختلف بر اساس تجربیات و آزمایشهایی که انجام دادهاند پاره ای محدودیت یا تسلیهاتی به این دو شرط ذکر شده افزوده اند که بر حسب مورد،رعایت این نکات موجب سهولت طرح می گردد.مثلاً آیین نامهU S B Rحداکثر اندازه دانه ها را در فیلتر به 3 اینچ محدود می کند و این منظور جلوگیری از جدا شدن دانه های خیلی بزرگ از دانه های ریز تر در ضمن ریختن خاک در محل می باشد.همچنین آیین نامهU S A C E (1955)و U S A(1971)دو شرط ذیل را برای طرح فیلتر در نظر می گیرد: D 15 فیلتر D 50فیلتر D 85 خاک مورد حفاظت D 85 خاک ورد حفاظت علاوه بر آیین نامه USACE(1955)یاد آوری می شود که: شرایط ذکر شده در بالا برای تمام خاکها قابل استفاده است به جز برای رسهای با بلاستیسیته بالا تا متوسط که فاقد ماسه و سیلت باشند،برای این گونه خاکها لازم است از فیلتر مطبق استفاده شود.برای خاکهای رسی،D 15 فیلتر را می توان تا مقدار 4/0 میلیمتر هم رسانید و از شرط D 50 نیز صرف نظر نمود.با کاربرد این نکته اخیر،می توان برای خاکهای رسی با پلاستیسیته بالا تا متوسط ،از فیلتر یا لایه ای استفاده کرد،و به هر حال خاک فیلتر باید دانه بندی گسترده باشد و در عین حال به منظور عدم جدا شدن دانه ها با اندازه های مختلف،ضریب یکنواختی (نسبت D 60 بهD 15)آن از 20 تجاوز ننماید ،زیرا هر چه ضریب یکنواختی بزرگتر باشد امکان جدا ش دن دانه های درشت تر از ریز تر در ضمن حمل و نقل و ریختن و کوبیدن خاک بیشتر می گردد.رابطه D 50 بیانگر موازی بودن تقر یبی منحنی دانه بندی فیلتر و خا ک مورد حفاظت است.
بعضی از پژوهشگران پیشنهاد می کنند که اگر خاک مورد حفاظت شامل درصد زیادی از قلوه سنگ و شن درشت است،طرح فیلتر آن بر اساس آن بخش از دانه بندی خاک ب اشد که از 1 اینچ کوچکتر است.
همچنین نتایج مطالعات تجربی دیگری که اخیراً توسط «شرارد»و همکاران وی(1984)صورت گرفته است به طور خلاصه به شرح زیر ارائه گردیده است: د مورد فیلتر های ماسه و شنی با دانه بندی یکنواخت (D 15 فیلتر بین 1 تا 10 میلیمتر)تجربیات نشان داد که اینگونه فیلترها از حرکت دانه های تا قطر D 15 11/0 و بزرگتر جلوگیری می کنند،اما دانه های کوچکتر از این اندازه ممکن است عبور کند.شرط اصلی فیلتر یعنیD 15/D 85 برای سیلتها و رسهای ماسه ای،شرط D 15/D 85 بعضی از کارشناسان معتقدند که چنانچه خاک فیلتر دارای مواد دانه درشت یا دانه ریز بیش از مقدار محاسبه شده از معیارهای اصلی داشته باشد ولی هنوز در محدوده روابط: قرار گیرد،می توان از آن به عنوان فیلتر استفاده کرد،ولی باید ضخامت فیلتر را به 50 درصد افزایش داد تا همچنان رضایت بخش باشد.
حداقل ضخامت هر لایه فیلتر افقی برای ماسه ها 15/0و برای شنها حدود 3/0 متر گرفته شود و به طور نسبی فیلترهای افقی را می توان نازکتر از فیلترهای قائم و مایل طرح نمود.
چنانچه یک لایه فیلتر برای مورد خاصی کافی نباشد (و معمولاً کافی نیست)هر لایه از فیلتر بر اساس معیارهای تعیین شده طرح می شود،بطوری که هر لایه ریز تر نقش خاک مورد حفاظت را برای لایه بعدی داشته باشد.
تعیین ضخامت زهکش ابعاد یک زهکش یا فیلتر را می توان بر اساس قانون دارسی یا بر اساس شبکه جریان و یا به کمک هر دو طراحی نمود.
در استفاده از قانون دارسی به یکی از دو روش زیر می توان عمل نمود: 1)با فرض یک ضخامت آزمایشی برای زهکش،نفوذپذیری آن بر اساس تخمین یا محاسبه مقدار دبی عبوری محاسبه می شود،زیرا: k =Q/iA 2)با فرض یک مقدار معلوم برای نفوذ پذیری ،ضخامت لایه تعیین می شود،زیرا: A =Q/ik در هر دو مورد مقدار Q از معلومات مسأله و i گرادیان هیدرولیک مجاز در طول زهکش است.اگر طول زهکش L باشد و اختلاف بارآیی آب بین ابتدا و انتهای آن تا مقدارhمجاز باشد ،i=h/L است.مقدارi بر ا ین اساس انتخاب می شود که فشار آب اضافی مخرب در زهکش ایحاد نگردد و نیز وجود این گرادیان موجب اشباع شدن بخشهایی که نباید اشباع شود،نگردد.بنابراین حاصل ضرب Q/i=KA برای اینکه یک مسأله معین مقدار ثابتی است که این مقدار را توان انتقال (12)زهکش ناند و واحد آن مثلاً متر مکعب در روز است.برای واحد عرض زهکش (A=A*1)مقدار A ضخامت زهکش را نشان می دهد.بنابراین پس از تعیین «توان انتقال»یک زهکش می توان با انتخاب یکی از دو کمیتAوK دیگری را به دست آورد.نمودار شکل(5-6)بر همین اساس تهیه شده است.توجه کنید که در این نمودار ،واحدها در سیستم انگلیسی است و برای عرض 1 فوت در نظر گرفته شده است.
به عنوان مثال اگر ضروری باشد که مقدار دبی آب از زهکش 100 فوت مکعب در روز باشد و گرادیان هیدرولیک مجاز 20/0=i در نظر گرفته شود،توان انتقال این زهکش 5000فوت مکعب در روز است،آنگاه اگر ضخامت 1 فوت انتخاب شود باید نفوذ پذیری آن 5000 فوت در روز باشد و اگر 5/0 فوت ضخامت باشد باید نفوذ پذیری 10000 فوت در روز باشد.
معمولاً ضروری است نفوذ پذیری لایه های فیلتر کنترل گردد بطوری که اطمینان کافی از اینکه فیلتر می تواند تحت یک گرادیان هیدرولیک اندک،دبی زه را به زهکش منتقل کند وجود داشته باشد.در همین مثال اگر فرض کنیم که گرادیان هیدرولیک نفوذ آب در مقطع فیلتر افقی 5/0 باشد و دبی تصوری از شالوده یعنی 10 فوت مکعب در روز عمدتاً در 200 فوت ابتدای فیلتر جریان داشته باشد،آنگاه نفوذ پذیری فیلترباید: 0/1ft/day =(200*5/0)/10=k باشد .در اجرا باید نفوذ پذیری واقعی لایه های فیلتر بعد از کوبیده شدن 10 تا 20 برابر آنچه که حساب شده است به دست آید،زیرا هرگاه به هر علتی دبی آب ورودی به فیلتر و زهکش بیش از مقدار محاسبه شده گردد،آنگاه با هیچ تکنیکی نفوذپذیری یا ضخامت لازم مقدور نخواهد بود و چه بسا که سد تخریب گردد.
چاههای کاهش فشار آبی که به صورت زه از لایه های زیر سطحی و یا از شکافهای آب بندهای درون شالوده و یا از عدسیهای نفوذ پذیر درون شالوده عبور می کند و به طرف جلوی سد جریان دارد ممکن است در شرایطی موجب پدیده پایپینگ گردد.در مواردی این آب به صورت چشمه هایی در بستر جلوی دامنه پایین دست ظاهر می شود که در این صورت ممکن است با ایجاد لایه هایی از فیلتر مطبق از بروز فرسایش خاک جلوگیری نمود.در مواردی با اندازه گیری فشار آب در لایه ها می توان از وجود فشار آب اضافی در زیر لایه ها مطلع گردید و قبل از ایجاد خرابی به علاج آن اقدام نمود،ولی به هر حال قبل از پر شدن مخزن معمولاً نمی توان از محل پیدایش چشمه ها،و یا از مقدار فشار آب در نقاط مختلف بستر پیش بینی دقیقی انجام داد.
استفاده از چاههای کاهش فشار از سالهای حدود 1930 در کشور آمریکا مطرح گردید.
هدف اصلی چاههای کاهش فشار،کاهش فشار آرتزین آب است که ممکن است موجب بالا راندن لایه نفوذ ناپذیر بالایی و یا سرانجام موجب پیدایش پایپینگ گردد.چاه کاهش فشار در حقیقت فشار هیدروستاتیک اضافی آب را که از سمت پایین به بالا و در زیر بستر پایین دست است،کاهش می دهد و نیز خروجی زه را کنترل می کند تا قسمتهای کم ارتفاع دامنه پایین دست و بخشی از بستر جلوی آن خشک نگه داشته شود.
لزوم ایجاد چاههای کاهش فشار هنگامی است که در شالوده لایه های نسبتاً کم نفوذ پذیر روی لایه های با نفوذ پذیری زیادتر قرار گرفته باشد و در نتیجه نیروی زیر فشار آب لایه کم نفوذ پذیر را به سمت بالا تحت فشار قرار می دهد.همچنین در مواردی که لایه های تشکیل دهنده شالوده در اعماق کم مطبق و با نفوذ پذیریهای متفاوت باشد چاههای کاهش فشار می تواند مفید باشد.از دیدگاه نظری اگر نیروی زیر فشار آب در بعضی تراز های شالوده در نزدیکیهای پنجه پایین دست بیش از فشار قائم حاصل از وزن خاک و آب بالای آن تراز برسد ممکن است پایپینگ و ماسه روان تشکیل شود .بنابراین اگر ضخامت لایه نفوذ ناپذیر(یا به طور نسبی کم نفوذ پذیر)بالای لایه نفوذ پذیرتر به اندازه ارتفاع بار آبی آب مخزن باشد،نیروی زیر فشار زه زیر آن لایه نمی تواند از وزن لایه بیشتر باشد زیرا وزن واحد اشباع خاک تقریباً دو برابر واحد آب است،از این رو و در چنین شرایطی به لحاظ پایپینگ خطری متوجه جلوی سد نیست.در صورتی که ضخامت لایه کم نفوذ پذیر فوقانی (نسبت به ارتفاع بار آبی آب مخزن) کم باشد و برای ایجاد تراشه زهکشی هم بیش از حد ضخیم باشد،و یا چنانکه ذکر شد،شالوده نفوذ پذیر مطبق باشد در این صورت ایجاد چاههای کاهش فشار ضرورت دارد .نمونه ای از وضعیت چاه کاهش فشار در شکل (5-9)نشان داده شده است.
به منظور کارآیی کامل این چاهها لازم است عمق آنها تا لایه نفوذ پذیر زیرین برسد،مخصوصاً در شالوده های مطبق که تخمین مقدار نفوذ پذیری کل شالوده میسر نیست.میزان کارایی چاههای کاهش فشار با عمقهای متوسط بستگی به شرایط شالوده دارد،بطوری که اگر نفوذ پذیری لایه های زیرین خیلی زیاد باشد در این صورت ممکن است یک چاه ناقص به طور کلی بی فایده بوده و عدم و و جود آن یکسان باشد.در پاره ای موارد می توان از چاههای با عمق متوسط استفاده نمود هر چند کارآیی آنها کم است.معمولاً اگر عمق چاه برابر ارتفاع سد باشد،کافی است.البته در صورتی که لایه نفوذ پذیر زیرین در عمق کمتری قرار گرفته باشد،عمق چاه به آن محدود می شود.در موارد استثنائی ،که در شالوده از چاههای ماسه ای استفاده می شود،همین چاههای ماسه ای می توانند نقش چاه کاهش فشار را بعد از پر شدن مخزن داشته باشند.
قطر داخلی چاههای کاهش فشار باید اقلاً 15 سانتیمتر باشد و فاصله آنها چنان باشد که سطح آب ثقلی شالوده در هر دو چاه مجاور تأثیر متقابل بر یکدیگر داشته باشند یعنی در تمام ناحیه مورد نظر نیروی زیر فشار تا حد لازم کاهش بیابد.فاصله چاهها در ابتدا بین 15 تا 30 متر انتخاب می شود(14) و بین چاهها یک چاه یا گمانه مشاهده حفر می شود تا چگونگی افت سطح آب در ناحیه قابل مطالعه باشد.در حفر چاهها باید دقت شود که در لایه های نفوذ پذیر ،جدار چاه به علت خاکهای کم نفوذ پذیر حاصل از عمل حفاری مسدود نگردد و از کارایی آن کاسته نگردد.
با بررسی مداوم وضعیت آب در چاههای مشاهده می توان به کیفیت کارآیی چاههای اصلی و به وضعیت زه پی برد،زیرا بعد از گذشت مدتی ممکن است کارآیی چاهها کاسته گردد که این پدیده ممکن است به علت رسوب سیلت در پشت جدار چاهها باشد و یا به علت رسوب مواد شیمیایی حاصل از فساد مواد تشکیل دهنده جدار داخلی چاه و یا به علت تشکیل مواد شیمیایی در درون محیط باشد .چنانچه علت کم شدن مقدار تخلیه چاهها به علت رسوب سیلت در مخزن باشد سطح آب در چاههای مشاهده نیز پایین می رود،در تمام موارد دیگر سطح آب در چاههای مشاهده بالا می آید،که در این موارد چاههای کاهش فشار نیز به تعمیر و بازسازی دارند.از مزایای اجرایی چاههای کاهش فشار این است که در صورت لزوم می توان تعداد آنها را افزایش داد یا آنها را باز سازی و یا جایگزین نمود.مقادیر اندک سیلتهای وارد شده به چاهها را می توان به طور متناوب از چاهها خارج نمود.از معایب تکنیک چاههای فشار همین است که در طول حیات سد باید کراراً آنها راتحت بازرسی و تعمیر و باز سازی قرار داد،هر چند چنانچه در اولین سال پر شدن مخزن معلوم گردد که ایمنی سد بدون وجود این جاهها نیز میسر است،آنگاه از تعمیر و تعویض و بازسازی آنها صرف نظر می شود.از معایب دیگر آنها این است که چون طول مسیر زه را کاهش می دهند دبی زه عبور کرده از زیر سد را افزایش می دهند.
اجرای قسمتهای مختلف یک چاه کاهش فشار به علت عملکرد مخصوص آن متفاوت است،به طوری که بخشی از انتهای چاه که در بخش نفوذ پذیر شالوده قرار گرفته است از جداره ای مشبک(مثل شبکه های فلزی)تشکیل شده و فاصله این جداره مشبک تا جداره اصلی چاه با فیلتر شن و ماسه ای می شود.اندازه شکافهای لوله مشبک باید چنان باشد که از شسته شدن فیلتر شنی-ماسه ای به درون چاه جلوگیری کند و دانه بندی فیلتر نیز باید برای این هدف مناسب باشد .بنابراین دانه بندی فیلتر نه تنها باید معیار معمول فیلتر را برای مجاورت با خاک جدار داخلی چاه تأمین کند،بلکه باید به منظور مجاورت با لوله مشبک هم اندازه های مناسبی را داشته باد.در این مورد معیارهای ذیل در نظر گرفته می شود: بر مبنای آیین نامه U.S.Army(1971)و به نقل از مأخذ شماره 2: جدار مشبک فلزی از لوله های گالوانیزه به قطر حدود 15 سانتیمتر و با حفره هایی به طول 50 میلیمتر و عرض 75/4 تا 6 میلیمتر ساخته می شود.شکافهای لوله مشبک حدود 10 درصد سطح جانبی لوله را تشکیل می دهند و شبکه های با آرایش عمودی بر شبکه های با آرایش افقی ترجیح دارند.ممکن است لوله های مشبک را بعد از مشبک کردن با رنگ ضد زنگ و ی ا به وسیله گالوانیزه کردن مجدد مقاوم نمود.
گروه خاکمقاومت نسبی برشیمقاومت نسبی در برابر پایپینگنفوذ پذیری نسبیاولویت برای مغزه سد غیر همگناولویت برای سد همگنخیلی خوب خیلی خوب خوب تا متوسط خوب تا متوسطزیاد زیاد زیاد تا متوسط زیادخیلی زیاد زیاد تا متوسط زیاد متوسطنفوذ ناپذیر نیمه نفوذ ناپذیر نفوذ ناپذیر کم نفوذ پذیر1 4 2 5 31 2 3 4 5GC GM SC SM CL