الادارة الهندسية

الانشاءات

الطرق والمواصلات

الموارد المائية

هندسة الجيوتكنك

اهم المشاكل التي تتعرض لها السدود الترابية

المؤلف: م. سمر عودة

المصدر: مجلة جامعة البعث

الجزء والصفحة: ص 151 – ص 162

23-1-2023

2828

أهم الظواهر السلبية للسدود الترابية من خلال المشاهدة العينية

إن السدود الترابية تكون عادة قليلة الصلابة ولهذا فإنها تكون أكثر عرضة للانهيار، فالسدود الترابية ممكن أن تنهار مثل بقية المنشآت سواء بسبب . خطأ في التصميم أو عيوب في الإنشاء أو نقصان في الكفاءة. فالأسباب التي تؤدي إلى انهيار السد الترابي يمكن إدراجها فيما يلي:

- الانهيار الهيدروليكي hydraulic failure

- الانهيار بسب التسرب seepage failure

- الانهيار الإنشائي structural failure

وتم إجراء إحصاءات عن السدود التي انهارت في الولايات المتحدة الأمريكية في بحر القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين ولوحظ أن أغلب كوارث السدود الترابية تعود في الدرجة الأولى إلى ظاهرة الرشح وفي الدرجة الثانية إلى عجز المفيض عن تصريف مياه الفيضانات مما يؤدي إلى طوفان المياه فوق قمة السد وأخيراً إلى عدم توفر أمان استقرار مناسب للردميات.

تظهر معظم مشاكل السدود الترابية خلال مرحلة الاستثمار ؛ لذلك يكتسب تقرير المشاهدة العينية للمنشآت المائية ولاسيما السدود الترابية ومنشآتها الملحقة أهمية بالغة في توصيف عيوب هذه المنشآت ومشاكلها.

وبالتالي لوضع منهج المعالجة المناسب أو اتخاذ القرار المناسب في تنفيذ مخطط الطوارئ الذي يتم وضعه مسبقاً؛ و من هنا تأتي أهمية أن يقوم المهندس المسؤول بتوصيف الظواهر السلبية توصيفاً علمياً هندسياً صحيحاً.

و نعرض فيما يلي بعض أهم هذه الظواهر :

أولاً - الظواهر السلبية المتعلقة بالوجه الأمامي للسد:

ان الأمواج تتكون عند سطح الماء وذلك بسبب الرياح وان هذه الأمواج سوف ترتطم بالوجه الأمامي محدثة في بعض الأحيان انهيار لميل مقدمة السد. وعليه ولأجل أن يتم تجنب حدوث مثل هذه الحالة فأنه من الضروري أن تتم حماية مقدمة السدود الترابية وهذه الحماية تتم باستخدام واحد من المواد التالية:

- صخور حجرية تلقى بشكل عشوائي

- صخور حجرية يتم رصها وصفها بشكل متناسق

- التبطين بالبيتون مع استخدام مفاصل

- التبطين بالبيتون المسلح.

وتتلخص الظواهر المتعلقة بالوجه الأمامي بظهور أقنية تسرب (Piping) ضمن جسم وسببها حدوث تشوهات إرتشاحية في تربة جسم السد أو في نواته بسبب الزيادة في سرعة التيار المتسرب أو سوء في طبقات الفلتر على جانبي النواة أو حدوث تأكل كيميائي في تربة السد نتيجة احتوائها على نسبة أملاح أكبر من المسموحة (3%)، أو شقوق كبيرة، وتحدث هذه الظاهرة بسبب حركة جزء من جسم السد نتيجة لضعف متانة جسمه أو حدوث تفريغ مفاجئ وسريع؛ أو حدوث هبوطات تفاضلية (حركة في الأساسات) تؤدي إلى انزلاق جزئي في المنحدر الأمامي للسد، أو انزلاق أو انهيار بعض الكتل الترابية، أو تكسر وسقوط التكسية وتكون الأسباب المحتملة لحدوث هذه الظاهرة إما نتيجة سوء في رصف طبقة التكسية أو عدم تجانس في أقطار الحجارة المستخدمة في هذه الطبقة أو نتيجة عدم وجود طبقة فلتر بين طبقة التكسية وتربة جسم السد وكذلك بنتيجة حدوث انجراف في تربة الجسم أسفل طبقة التكسية بسبب المجاري المائية من القمة , وتآكل خلف التكسية الضعيفة وغير المتجانسة ويبين الشكل رقم (1) اهم الظواهر السلسبية المتعلقة بالوجه الامامي

ثانياً الظواهر السلبية المتعلقة بالوجه الخلفي للسد:

عند سقوط الأمطار بكميات كبيرة ومباشرة فوق الوجه الخلفي للسد فان قطرات هذه الأمطار ستؤدي إلى تكون أخاديد بسبب حركة المياه وهذه قد تؤدي إلى انهيار السد، ويتم تجنب هذه الحالة عن طريق ملء الأخاديد مابين وقت وآخر أو عن طريق زراعة الحشائش أو عن طريق عمل تدريجات (berms) ذات عرض مناسب وبارتفاعات مناسبة. تستخدم عند كل (30) قدم من ارتفاع السد، أن الغاية الأساسية من التدريجات هو لتقليل تعرية نهاية السدود الترابية بسبب الأمطار . وتتمثل الظواهر السلبية المتعلقة بالوجه الخلفي للسد بانزلاق أو انسلاخ منطقة من المنحدر حيث تحدث هذه الظاهرة بنتيجة عدة أسباب منها نقص أو فقدان مقاومة مواد جسم السد و يعزى إلى زيادة التسرب عبر جسم السد عن الحدود المسموحة وحدوث هبوطات تفاضلية تؤدي إلى انزلاق جزئي في منحدر السد الأمر الذي يسبب حدوث انزلاق كتلة من المنحدر الخلفي أو من القمة وبالتالي تنقص مساحة المقطع العرضي وبالتالي انهيار بنيوي أو انسكاب الماء من فوق قمة السد. ويوصى بهذه الحالة بعدة اجراءات منها قياس درجة الانزياح الأفقي ، كما أنه يجب البدء بتخفيض منسوب الماء حتى تتوقف الحركة.

وهناك ظواهر اضافية تتلخص بشقوق عرضية أو بقع عرضية منهارة أو شقوق طولية و سقوط كتل وكذلك تشكل ظاهرة الحت والتعرية ووجود أشجار و شجيرات و نباتات ذات تغطية كبيرة و نشاط القوارض و ممرات وطرق المواشي و هذه الظواهر لابد من أخذ أثرها بعين الاعتبار.

ويبين الشكل (2) الظواهر السلبية التي يتعرض لها الوجه الخلفي.

ثالثاً - الظواهر السلبية المتعلقة بقمة السد:

إن عرض القمة للسدود الترابية الكبيرة يجب أن تكون كافية بحيث تؤدي إلى أن يبقى خط التسرب داخل حدود السد عندما يكون الخزان في منسوبه الأعلى ويجب أن تكون عرض قمة السد كافية أيضا بحيث يصمد هذا السد ضد الهزات الأرضية وتأثيرات الأمواج. أما بالنسبة للسدود الصغيرة فان عرض قمة السد تكون عموما" محكومة بالمتطلبات اللازمة لإنشاء اقل عرض ممكن لعمل شارع على هذه القمة.

ويمكن اختصار الظواهر السلبية المتعلقة بقمة السد بشقوق طولية بسبب جفاف في تربة القمة وتطور الشقوق نتيجة لعدم معالجتها أو هبوطات تفاضلية في تربة جسم السد أو الأساسات أو مراحل أولية لانزلاقات في جسم السد وتؤدي لظهور منطقة محلية ضعيفة داخل الجسم يمكن أن تسبب حركة تعود إلى تشوه أو انهيار ويمكن أن تتشكل منطقة الدخول المياه السطحية إلى جسم السد مما يسمح بإشباع المنطقة المجاورة وربما تؤدي إلى انزلاق وبالتالي إلى انهيار موضعيو في هذه الحالة يوصى بالإجراءات التالية فحص الشق وتسجيل الموقع - الطول - العمق - العرض - تعرجه (صعوداً ونزولاً) وأي سمات فيزيائية أخرى ذات صلة أو زراعة أوتاداً على نهايتي الشق ومراقبته بشكل دوري أحكام إغلاق الشقوق لمنع التسرب الناجم عن الجريان السطحي. وهناك ظواهر سلبية أخرى مثل انزلاقات شاقوليه أو تجويف في قمة السد وشقوق عرضية أو عشوائية ناجمة عن الجفاف، إضافة إلى تشوهات بالقمة كأن تكون غير مستوية أو تحوي أخاديد طولية أو وجود منطقة منخفضة و حفر صغيرة على القمة.

ويوضح الشكل (3) الظواهر السلبية المتعلقة بقمة السد.

رابعاً - الظواهر السلبية المتعلقة بالرشح من جسم السد:

إن كمية المياه المتسربة خلال أو أسفل السد الترابي مع توزيع ضغط الماء يمكن حسابها باستخدام نظرية الجريان ضمن الأوساط المسامية وهذه النظرية من أكثر الوسائل التحليلية المستخدمة لهذا الغرض، إن حساب كمية التسرب ضروري في حساب كمية المياه الضائعة من الخزانات أما توزيع ضغط الماء في الفراغات فهو يستخدم في تحليل الاستقرار ضد الانهيار بسبب القص هذا بالإضافة إلى دراسة الميل الهيدروليكي عند النقطة التي تتصرف منها المياه المتسربة والتي تعطي فكرة معينة عن ظاهرة الانجراف

الداخلي.

إن السيطرة على التسرب أو الحد منه من الأمور التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار وهذا سيؤدي بالنتيجة إلى عدم حصول أي ضرر في السد ومن ناحية أخرى فإن عدم السيطرة على التسرب خلال جسم السد أو خلال الأساس من الممكن أن يؤدي إلى حدوث ظاهرة الانجراف الداخلي وبالتالي فان الانهيار سيحصل في السد. إن الانجراف الداخلي هو عملية تعرية جزيئات التربة من جسم السد أو أساسه، ومن الجدير بالذكر إن أكثر من ثلث السدود الترابية التي حدث فيها الانهيار كان بسبب التسرب. تعد الزيادة في كمية الرشح أو وجود مياه عكرة تخرج من نقطة معينة ومشاهدة جدول من المياه يسيل من خلال الشقوق بالقرب من قمة السد أو مياه راشحه تخرج على شكل فوران من الأساس إضافة لمشاهدة مياه راشحه من خط تماس الكتف من أهم المشاهدات التي تدل على وجود رشح في السد وقد تؤدي إلى تطور سريع في حجم المياه المتسربة وبالتالي انهيار السد.

ويوصى في هذه الحالات بدراسة منطقة الرشح لتحديد درجة إشباع التربة وقياس كمية المياه الراشحة وكذلك الفحص والمراقبة اليومية لبيان تطور الحالة من حيث كمية الجريان أو ظهور انزلاق للتربة، وقد يتطلب الأمر تخفيض منسوب التخزين لضمان أمان السد. كما نستدل على وجود رشح من خلال مشاهدة مساحة كبيرة رطبة على المنحدر الخلفي مع حدوث جريان للماء أو تغير مميز في الغطاء النباتي وكذلك انتفاخ في منطقة كبيرة رطبة أو مشبعة بالماء و زيادة كبيرة في المياه الراشحة من موشور الصرف ويبين الشكل (4) هذه الظواهر.

خامساً: الانجراف الداخلي خلال أساس السد Piping Through Dam

يمكن تعريف نوعين من الانجراف الداخلي إما الانجراف في أساسات السد حيث أنه في بعض الأحيان وعندما يحتوي أساس السد على فجوات ذات نفاذية عالية أو طبقات من

الترب الرملية الخشنة أو الحصوية فان الماء يبدأ بالتسرب خلال هذه الترب وبكميات كبيرة، إن هذا التسرب الكبير في المياه سيعمل على تعرية التربة والذي بدوره سيقود إلى زيادة جريان الماء مع التربة و باستمرار هذه العملية ستحصل فجوة مستمرة في أساس السد

من بدايته وحتى نهايته والتي ستؤدي إلى هبوط جسم السد خلال هذه الفجوة وبالتالي

سيحصل الانهيار .

أو الانجراف الداخلي خلال جسم السد Body Piping Through Dam عندما يحصل التسرب بشكل كبير خلال فجوة تتكون في جسم السدفان عملية تعرية التربة ستحصل وبنفس الطريقة التي حدثت خلال أساس السد، وهذا سيؤدي إلى تكون فجوة خلال جسم السد تبدأ من جهة الوجه الأمامي وتنتهي عند الوجه الخلفي. إن فجوة الجريان هذه ممكن

أن تحدث بسبب خلل في عملية الإنشاء أو في عملية رص تربة جسم السد أو بسبب حصول تصدعات بسبب هبوط الأساس أو حصول عملية الانكماش (shrinkage ) في التربة، هذا بالإضافة إلى إن هذه الظاهرة ممكن أن تحصل بسبب الحفر التي تعملها الحيوانات مثل الأرانب أو الجرذان. لكن كل هذه الأسباب يمكن تجنبها عندما تكون

عملية بناء السد بصورة جيدة مع استخدام مواد إملاء ذات نوعية جيدة.