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., durgunoglut@zetas.com.tr 2 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., kulacfatih@zetas.com.tr 3 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., selim.ikiz@zetas.com.tr 4 Jeo. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., aligunay@zetas.com.tr 5 İnş. Yük. Müh., Zetaş Zemin Teknolojisi A.Ş., onder.akcakal@zetas.com.tr

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.