zetaş zemin teknolojisi a.Ş. - yumuŞak kİllerde deplasman …zetas.com.tr/docs/paperno99.pdf ·...
TRANSCRIPT
Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Ondördüncü Ulusal Kongresi
4 - 5 Ekim 2012, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta
YUMUŞAK KİLLERDE DEPLASMAN KONTROLLÜ DERİN
KAZI DESTEK SİSTEMİ SEÇİLMESİ – BİR VAKA ANALİZİ
DISPLACEMENT CONTROLLED RETAINING STRUCTURE SYSTEM
SELECTION IN SOFT CLAYS – A CASE STUDY
Turan DURGUNOĞLU1 Fatih KULAÇ
2 Selim İKİZ
3
Ali GÜNAY 4
Önder AKÇAKAL 5
ABSTRACT
Kağıthane Mall Project is a difficult geotechnical problem to be solved with unfavourable
soil properties and deep excavation demand. Excavation depth is approximately 17 m and
soil profile consists of very soft Golden Horn Clay at the top overlaying bedrock sandstone
which is located at a depth ranging from 10 m to 28 m below ground surface. Groundwater
level is 2 meters below the ground level. The shoring system was decided to be formed as
tie back system having multilevel prestressed anchors in the original design. However, high
displacements are likely at the sections which have soft clay dominated soil profile,
because of the low anchorage capacities and low modulus of elasticity of soft clay. As an
alternative it is planned to excavate to form a berm in front of the diaphragm wall and to
reach the foundation level at -17 m, construction of core part of the superstructure,
removing the berm with supporting the diaphragm wall by steel struts. Diaphragm wall is
implemented with water stops and integrated with superstructure as a permanent basement
wall. This alternative system gave a chance to limit the displacements with enabling a safe
excavation, to shorten the construction period and to bring cost reduction in overall project.
Keywords: Golden Horn Clay, permanent diaphragm wall, water-stop
ÖZET
Olumsuz zemin özellikleri ve derin kazı ihtiyacı nedeni ile Kağıthane Alışveriş Merkezi
projesi çözülmeyi bekleyen zor bir geoteknik problemi olarak ortaya çıkmıştır. Kazı
derinliği 17 m olup, zemin profili üstte çok yumuşak Haliç Kili ve altında derinliği 10 m ile
28 m arasında değişen kumtaşından oluşmaktadır. Yeraltı su seviyesi yüzeyden yaklaşık 2
m aşağıdadır. İhale sürecinden önce yapılan ön tasarımda, öngermeli ankrajlar ile
desteklenmiş kesişen fore kazık – jet groutlu iksa sistemine yer verilmiştir. Fakat, yumuşak
killerin düşük elastisite modülüne sahip olmaları ve ankrajların ancak düşük yükler
1 Prof. Dr., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., [email protected] 2 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., [email protected] 3 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., [email protected] 4 Jeo. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., [email protected] 5 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., [email protected]
taşıyabilmeleri sebebi ile iksanın daha rijit bir sistem ile teşkil edilmesi gerektiği
anlaşılmıştır. Alternatif olarak, iksa duvarının önünde şevli topuk bırakılarak kazı
yapılması, yapının çekirdek bölgesinin inşa edilmesinden sonra çekirdek bölgeye
mesnetlenen boru destekler vasıtasıyla iksa önünde bırakılan topuğun hafredilmesi şeklinde
planlanmıştır. İksa duvarı, içine su tutucu bantlar yerleştirilen kalıcı diyafram duvar olarak
projelendirilmiş olup üst yapı projesi ile adaptasyonu sağlanarak yapının bodrum perdesi
olarak da kullanılmıştır. Bu alternatif sistemin uygulanması ile deformasyonlar
sınırlandırılabilmiş, iksa uygulamalarına paralel üst yapı projesinin de başlamasına olanak
sağlanarak toplam iş süresinin kısaltılabilmesi ve işin tüm bütçesi dikkate alındığında
projeye ekonomi getirilebilmesi mümkün kılınabilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Haliç Kili, kalıcı diyafram duvar, su tutucu
1. GİRİŞ
Hızla artan nüfus ve yeni yaşam alanlarına ihtiyacın artması, yapılaşmanın büyükşehirlerde
daha önceleri tercih edilmeyen alanlara kaymasına neden olmaktadır. İstanbul içinde de
kentsel dönüşüm projeleri ile hareket kazanan bölgeler büyük yatırımlara ev sahipliği
yapmaktadır. Kağıthane bölgesi de konumu ve planlanan kentsel dönüşüm projeleri ile öne
çıkmaktadır. Boğazdan deniz suyunun çekilip Kağıthane Deresi’ne basılacağı tünel projesi
ile daha önceleri çevresinde bulunan ağır sanayi nedeni ile kirlenmiş bu derenin ıslah
edilmesi amaçlanmaktadır. Bu gibi önemli projeler bölgeye büyük yatırımlar çekmektedir.
Fakat ne yazık ki, bölgenin genel zemin profilini oluşturan Haliç Kili nedeni ile bu büyük
projeler olumsuz zemin koşullarında inşa edilmektedir. Zayıf zemin koşulları, yüksek yer
altı su seviyesi ve büyük projelerin derin kazı ihtiyacı zorlu geoteknik problemlerini ortaya
çıkarmaktadır. Düşük modüllü kil zemin profili nedeni ile öngermeli ankrajlar ile
desteklenen sistemlerin büyük deformasyonlar göstermesi planlanan kazıların
derinliklerinin azaltılmasına neden olmaktadır. Otopark ihtiyacının ön plana çıktığı, derin
kazı yapılması zaruri olan projeler ise geoteknik mühendislerini daha rijit destekleme
sistemlerinin araştırılması ve uygulanmasına sevk etmektedir. Kağıthane Alışveriş Merkezi
Projesi de gerekli derin temel kazısı nedeni ile alternatif rijit bir destekleme sistemi
geliştirilmesi gereken bir proje olarak karşımıza çıkmıştır. Bu vaka analizi kapsamında bu
proje kapsamında yapılan modelleme, proje detayları ve uygulamada alınan sonuçlar ile
ilgili bilgiler sunulmaktadır.
2. PROJE BİLGİLERİ
Kağıthane Alışveriş Merkezi Projesi Şekil 1a ve Şekil 1b’de görüleceği gibi Cendere ve
Sanayi Caddeleri arasında Haliç’in bir uzantısı olan Kağıthane Deresi’ne yakın bir
konumda inşa edilmesi planlanmıştır. Projenin gerçekleştirilmesi planlanan saha eski bir
halı fabrikası olup inşaat öncesinde yıkılmıştır.
Şekil 1a. Sahanın Genel Görünümü Şekil 1b. Sahanın Konumu
Kağıthane Deresi
Proje Alanı
Proje Konumu
Alışveriş Merkezi Projesinin 4 (dört) katlı ve 4 (dört) bodrumlu olarak inşa edilmesi
planlanmıştır. İnşaat öncesinde sahada önemli miktarda kot farkı bulunmamaktadır ve
yapılacak temel kazısı mevcut arazi yüzeyinden yaklaşık 17 m derinlikte olacaktır. Sahanın
çevresi yaklaşık olarak 462 m’dir. Şekil 2’de yapıya ait tipik bir kesit sunulmaktadır.
Şekil 2. Yapının Tipik Kesiti
Teklif aşamasında projeye ekonomi getirilmesi amaçlanarak uygulanacak iksa duvarının
yapının kalıcı bodrum perdeleri olarak kullanılması önerilmiş ve kabul görmüştür. Bu
yaklaşım ise iksa sisteminin seçilmesi ve projelendirilmesi bakımından su yalıtımı ve
yapısal elemanların bütünlüğü gibi çözülmesi gereken yeni problemleri ortaya çıkarmıştır.
3. ZEMİN ÖZELLİKLERİ
Zemin etüt çalışmaları kapsamında 2008 yılında maksimum boyu 31.50 m olan altı adet
sondaj kuyusu açılmış ve bu kuyular içinde SPT deneyi yapılmıştır. 2011 yılında ise
maksimum derinliği 27.80 m olan ilave sondajlar yapılmıştır. Sondaj ve laboratuvar
çalışmaları zemin profilinin, kalınlığı 1.2 ile 2.2 m arasında değişen dolgu, altında kalınlığı
9 ile 27 m arasında değişen kumlu kilden oluşan alüvyon ve en altta çatlaklı kumtaşından
oluştuğunu göstermektedir. Sahanın arkasında bulunan tepe nedeni ile saha içinde yer alan
kumtaşının eğimli olduğu görülmektedir. Zemin profili Şekil 3’de verilmektedir.
NİHAİ KAZI KOTU
+7.00
-9.02KİL
KUMTAŞI - SLEYT
KİL
Kaya Seviyesi
KUMTAŞI - SLEYT
+8.30
İksa Perdesi
YASS+5.00
Şekil 3. Zemin Profili
İksa çözümleri için zemin tabakaları Tablo 1’de verilen ana parametreler dikkate alınarak
Plaxis’te modellenmiştir. Ana kayanın üzerinde bulunan tabaka içinde ince kum ara
tabakaları bulunduran Haliç Kili olarak dikkate alınmıştır.
Çizelge 1. Zemin Özellikleri
Tabaka γ(kN/m³) Ø’ (°) c’ (kN/m²)
Killi Alüvyon 18 26 10
Kumtaşı 23 38 40
Jet Grout ile İyileştirilmiş Zemin 20 30 40
Sahanın Kağıthane deresine yakın olmasından dolayı yeraltı su seviyesinin mevcut arazi
yüzeyinin yaklaşık 3 m altında olduğu belirlenmiştir.
4. AVAN PROJE (İHALE) AŞAMASI VE DEPLASMAN
PROBLEMLERİ
İhale aşamasında avan iksa projesi bir geoteknik danışmanlık grubu tarafından hazırlanmış
olup katılımcılara sunulmuştur. Bu aşamada iksa sisteminin fore kazık, jet grout kolonları
ve öngermeli ankrajlar ile teşkil edilmesi planlanmıştır. Fore kazıkların çapları 80 cm ara
mesafeleri 90 cm olarak dikkate alınmış arkalarında sızdırmazlığı sağlamak amacıyla iki
sıra jet grout kolonları yerleştirilmiştir. İksa sisteminin yedi sıra öngermeli ankraj ile
desteklenmesi planlanmıştır. İksa sistemi Şekil 4a ve Şekil 4b’de verilmektedir.
Şekil 4a. İhale Projesi Tipik Planı Şekil 4b. İhale Projesi Kesiti
Teklif aşamasında yukarıda bahsi geçen ihale projesi Plaxis programında modellenmiş ve
sistemin öngermeli ankrajlar ile desteklenmesi durumunda yanal deplasmanların 280
mm’ye çıktığı tespit edilmiştir (Şekil 5). Karşılaşılan bu büyük deplasmanların nedeni
olarak yeraltı su seviyesinin yüksek olması, baskın zemin profilinin düşük modüllü kil
zeminden oluşması ve dolayısı ile öngermeli ankrajların ancak düşük yüklere
gerilebilmeleri sayılabilmektedir. Karşılaşılan büyük deplasmanlar nedeni ile teklif
aşamasında probleme daha rijit bir çözüm getiren alternatif bir sistem üzerinde
çalışılmıştır.
Şekil 5. Avan Projenin Plaxis’te Modellenmesi ile Elde Edilen Deplasman Değeri
Çift Sıra Ø60 cm Jet Grout
Ø80 cm Fore Kazık Öngermeli Ankraj
Öngermeli Ankraj
YASS
Kil
Kumtaşı
Deforme Olmuş Kesitin Görünümü
Maksimum Toplam Deplasman 287 mm
(deplasmanlar 20 kat büyütülmüştür)
5. ALTERNATİF SİSTEM ÇÖZÜMÜ
İhale aşamasında sunulan avan projenin büyük yanal deplasmanlar göstermesi nedeni ile
kalıcı diyafram duvar ve çelik boru destekler ile teşkil edilmiş alternatif bir sistem üzerinde
çalışılmıştır. İşverenin talebi doğrultusunda iksa sisteminin aynı zamanda yapının kalıcı
bodrum perdesi olarak kullanılması araştırılmıştır. Bu doğrultuda kalıcı diyafram duvar
sisteminin problemin çözümüne daha uygun olduğu anlaşılmıştır. Sahanın her iki yöne
doğru da geniş açıklıkta olması nedeni ile diyafram duvarlar arasında direk karşılıklı
destekleme yapılamamıştır. Bu nedenle daha sofistike bir yöntem geliştirme ihtiyacı ortaya
çıkmıştır. Bu yöntem kapsamında planlanan uygulama adımları Şekil 6’da verilmekte olup
kısaca şu şekilde özetlenmektedir; kalıcı diyafram duvarın teşkil edilmesi, iksa önünde bir
sıra ankraj yapılarak 5 m kazı yapılması, jet grout ile zemin ıslahı yapılması, diyafram
duvar önünde 5 m palye bırakılarak 1/1 eğimle nihai kotuna kadar kazı yapılması, kazı
içinde yapını çekirdek bölgesinin inşa edilmesi, çekirdek bölgeye desteklenen çelik borular
ile arada kalan palyenin kazılması ve yapının geri kalan kısmının diyafram duvar, temel ve
diğer yapısal elemanlar ile bağlanarak inşa edilmesi.
Taban kaya
KilD=80 cm Kalıcı
Diyafram Duvar
Adım 1
Kalıcı Diyafram Duvarın İnşası
Adım 2
1 sıra Öngermeli Ankraj ile 5 m
Kazı Yapılması
Adım 3
Jet Grout ile Zemin İyileştirmesi
Ø60 cmJet Grout
Adım 4
Palye Bırakılarak Kazı Yapılması
ve Çekirdek Bölgenin İnşası
Adım 5
Palyenin Kazılarak Alınması ve
Strutların Yerleştirilmesi
Adım 6
Yapının Kalan Kısmının İnşası
Şekil 6. Alternatif Dizayn Yapım Aşamaları
Yukarda tanımlanan alternatif inşaat yönteminin adımları yine Plaxis ile modellenmiş ve
diyafram duvarda oluşacak maksimum yanal deplasmanın 72 mm mertebelerinde olacağı
hesaplanmıştır (Şekil 7a ve 7b). Bu değer ön proje için hesap edilen 280 mm’nin oldukça
altındadır. Böylece, sunulan bu alternatif proje deplasmanların uygun bir mertebede
tutulabilmesi adına Kağıthane Alışveriş Merkezi projesi için uygun bulunmuştur.
Şekil 7a. Çekirdek Bölge İnşası Öncesi
için Hesaplanan Deplasman
Şekil 7b. Boru Dayama İmalatları Sonrası
için Hesaplanan Deplasman
6. KALICI DİYAFRAM DUVAR DETAYLARI
Günümüzde artık diyafram duvarlar bazı detayların eklenmesi ile kalıcı bodrum perdesi
olarak da kullanılabilmektedir. Bu uygulamada su izolasyonu ve yapısal elemanların
bütünlüğü ana problemler olarak karşımıza çıkmaktadır. Diyafram duvar panellerinin
birleşme noktalarında sızan su miktarının minimum değerlere indirilmesi adına günümüzde
özel teknikler ile su tutucu bantlar (Şekil 8a ve 8b) yerleştirilebilmektedir.
Şekil 8a. Su Tutucu Bant Kesiti Şekil 8b. Su Tutucu Bant Ruloları
Su tutucu bantlar paneller arasında beton içine bu iş için özel olarak geliştirilen hidrolik
krikolu stop-end’ler sayesinde yerleştirilebilmektedir. Hidrolik krikolu stop-end’lerin kuyu
içinde yerleşimi ve fotoğrafı Şekil 9a ve 9b’de verilmektedir. Hidrolik krikolu stop-end
önce su tutucu ile birlikte kuyu içine yerleştirilmekte, betonlama sonrasında su tutucu bant
kuyu içinde bırakılacak şekilde kendini betondan iterek sıyırabilmektedir.
Hidrolik krikolu stop-end
Tremi Borusu
Su tutucu
Şekil 9a. Hidrolik Krikolu Stop-End’in
Kuyu İçinde Konumu
Şekil 9b. Hidrolik Krikolu Stop-End
Şekil 10a ve 10b’de hidrolik krikolu stop-end’in yerleştirilmesini ve beton içine
yerleştirilmiş su tutucu bandın görünümü verilmektedir.
Deforme Olmuş Kesitin Görünümü
Maksimum Toplam Deplasman 59.05 mm
(deplasmanlar 20 kat büyütülmüştür)
Deforme Olmuş Kesitin Görünümü
Maksimum Toplam Deplasman 72.27 mm
(deplasmanlar 20 kat büyütülmüştür)
Şekil 10a. Su Tutucu Bant Yerleştirilmesi Şekil 10b. Beton İçinde Bırakılan Su
Tutucu Bant
Kalıcı diyafram duvarların kullanılmasında karşılaşılan bir diğer problem ise diyafram
duvarın kiriş, temel ve döşeme vb. diğer yapısal elemanlar ile bütünlüğünün sağlanmasıdır.
Betonlamanın bu elemanlar ile bir arada yapılamıyor olması donatı sürekliliğinin ancak
betonlamadan sonra sağlanabilmesine yol açmaktadır. Bu nedenle ancak diyafram duvar
içinde filiz bırakılması, donatı filizi ekilmesi ve manşonlu birleşim gibi yöntemler ile
donatı bütünlüğü sağlanabilmektedir. Kağıthane Alışveriş Merkezi Projesinde epoksi ile
filiz ekilmesi marifetiyle donatı sürekliliği sağlanmış olup ekilen filizler üzerinde
döşeme/temel imalatları öncesinde çekme deneyleri yapılarak istenilen aderansın
sağlandığı kanıtlamıştır Şekil 11.
Şekil 11. Epoksi ile Filiz Ekilmesi Diyafram Duvar Döşeme/Temel Bağlantısı
7. İNŞAAT AŞAMASI
Deformasyonların izlenmesinin, projelendirme ve sistem seçimi sırasında konu projenin
önemli bir parçası olduğu ortaya konmuştur bu nedenle kritik olarak görülen tüm noktalara
inklinometre tüpleri yerleştirilerek kazı ve inşaat sırasında düzenli aralıklar ile inklinometre
okuması alınmış ve diyafram duvarın deplasmanı incelenmiştir. Her ne kadar
projelendirme aşamasında yapılan modelleme ile deplasmanların 72 mm mertebelerinde
tutulacağı öngörülmüşse de uygulama esnasında toplam yatay deplasmanın 100 mm’ye
kadar yükseldiği tespit edilmiştir. Şekil 12a ve 12 b’de deplasmanın zamana bağlı artışını
gösteren grafik verilmektedir. Oluşan ilave deplasmanın kazı sırasında yağan yoğun
yağmur ile palyenin erozyona uğraması sonucunda meydana geldiği anlaşılmıştır. Bu
nedenle ilave deplasmanların önlenmesi adına palye plastik membranlar ile kaplanmıştır
(Şekil 13). Kazı aşamasında sahanın genel görünümü ise Şekil 14’de verilmektedir.
Şekil 12a ve 12b. Yatay Deplasmanların Zamana Göre Dağılımları
Şekil 13. Palyenin Kaplanması Şekil 14. Sahanın Genel Görünümü
8. SONUÇLAR
Karşılaşılan kil zeminin düşük elastisite modülüne sahip olması, yüksek su seviyesi ve kazı
derinliğinin fazla olması nedeni ile Kağıthane Alışveriş Merkezi Projesinde rijit bir
destekleme sistemi geliştirilmesi gerekmiştir. Bu nedenle uygulama adımları yukarıdaki
bölümlerde açıklanan özel bir inşaat yöntemi ile planlanan derinlikte kazı yapılması
mümkün olmuştur. Bu proje kapsamında ayrıca kalıcı diyafram duvarlar hidrolik krikolu
stop-end’ler vasıtası ile inşa edilebilmiştir. Önerilen bu alternatif inşaat metodu ve iksa
sistemi sayesinde öngermeli ankrajlı sisteme nazaran çok daha düşük deformasyonlar
gözlenmiştir. Bu şekilde projeye bir yandan zaman ve ekonomi kazandırılmış olup bir
yandan da deplasmanların sınırlandırılması ile çok daha güvenli bir kazı yapılması
mümkün olmuştur.
TEŞEKKÜRLER
Bu bildiride konu geçen proje Suryapı tarafından geliştirilmiş olup, destekleri için Suryapı
Genel Müdürü Sayın Altan Elmas, Genel Müdür Yardımcısı Sayın O. Ramiz Soylu, Proje
Müdürü Sayın İsmail Türkeli ve bu projenin gerçekleştirilmesinde emeği geçen diğer
katılımcılara teşekkürlerimizi sunarız.