Jetgrouting uygulama tekniği

Yapıların yapımında karşılaşılan zemin ile ilgili problemler zemin iyileştirme çalışmalarını yapılmasına sebep olmuştur. Özellikle bina yapımı sırasında karşılaşılan zemin problemlerinde zemin iyileştirme yöntemi olarak jetgrouting son yıllarda yaygınlaşmıştır.

Zemin ıslahı, ana işlev olarak zeminin mekanik mukavemet değerlerini arttırmayı hedefler, dolayısıyla taşıma kapasitesi ve elastisite modülü artar, geçirgenlik azalır. Jetgrout bu amaçlara ulaşmakta başarılı olan yöntemlerden biridir. Bu metot zeminin, en az 300 bar basınçla püskürtülen bir stabilizerle karıştırılmasıdır. Stabilizerler, genellikle su - çimento karışımıdır. Yüksek basınç, nozzle’lardan geçen su- çimento karışımının yüksek bir hız kazanmasını sağlar. Yüksek hızlı (200 - 250 m/sn) su - çimento karışımı, zeminle bir karışım sağlar (Soilcrete). Bu karışım, homojen ve sürekli bir yapı özelliğindedir. Jetgrouting, hemen hemen her tür zayıf zemin tiplerinde ve kum, çakıl, kil gibi doğal zemin elemanlarının oluşturduğu kombinasyonlarda iyi sonuçlar vermektedir. Şekil 3.2’de jetgrouting yöntemi ve diğer iyileştirme yöntemlerinin uygulanabildiği zeminler verilmiştir.

Şekil 3.2 : Zemin türüne göre uygulanabilecek iyileştirme yöntemleri. 3.8.3 Jetgrouting metodunun uygulaması

3.8.3.1 Delme

Delme işleminin çeşidi, delinecek zeminin özelliklerine bağlı olarak seçilir. Bunlar rotary ve darbeli - rotary metotlarıdır. Darbeli - rotary metodunun en yaygını da harici çekiçli sistemlerdir.

Delme işleminin kolaylaştırılması, uç takımının soğutulması ve zeminin enjeksiyona ön hazırlanması maksadıyla delme sırasında çok çeşitli akışkanlar kullanılmaktadır. Bunlar su, hava, bentonit şerbeti, çimento şerbeti (grout) olabilmektedir. Uç takımı olarak, yumuşak karakterli zeminlerde genellikle kil bitleri, sert karakterlerde ise tricone bitler kullanılmaktadır.

Delme borusu (tij) olarak da jetgrout tijleri kullanılmakta, bunlar yüksek basınca dayanaklı malzeme ve imalat tekniği ile imal edilmektedir. Bağlantı manşonlarında da 500 - 600 bar'a dayamalı sızdırmazlık elemanları kullanılmaktadır.

3.8.3.2 Enjeksiyon

Projede belirlenen derinliğe ulaşıldığında delme ve su basma işlemi durdurulur, çelik bir bilye delme borusuna yollanacak enjeksiyonun yönü monitor diye adlandırılan ve jet enjeksiyon nozzle’ları taşıyan takıma çevrilmiş olur. Yüksek basınçlı çimento şerbeti pompalanmaya başlanır ve enjeksiyon fazı başlamış olur. Yüksek basınç, çimento şerbetine nozzle'lardan geçerken yüksek hız kazandırır. Yüksek hızlı çimento şerbeti, zeminin doğal yapısını yırtarak zeminle karışır. Delici takımın dönel hareketi sayesinde bu karışım daire kesitli bir kolon formunda oluşur ve bu yolla tabii zeminden çok farklı mekanik değerlere sahip bir karışım (soilcrete) elde edilmiş olur. Delici takımın dönme hareketi, önceden belirlenmiş ve sabit bir hızla çekme hareketi ile birleşince düşey kolonlardan oluşan bir yapı oluşturulur.

Oluşacak kesitlerin ebatları, zeminin özelliklerine bağlı olduğu gibi, dönüş hızı, çekme hızı, çimento şerbeti basıncı, çimento şerbeti debisi (dakikada stroke sayısı) ve nozzle çap ve adedi, gibi jetgrouting parametrelerine bağlıdır. Basınçlı enjeksiyon esnasında, delici takımın etrafından dışarıya belirli bir miktar zemin materyali taşması uygun görülür. Bu durum enjeksiyonla karıştırılan zemin içinde aşırı basınç oluşmadığına işaret eder. Aşırı basınç oluşması halinde, basıncın fazlası delme borusu çapı ile delinen delik çapı farkından oluşan boşluktan dışarı kaçar. Aşırı basınç oluşmamalıdır. Aşırı basınç zeminde kırılmalara ve ayrıca zeminin kaldırılmasına sebep olur.

Bu durum oluşturulan kolonlarda süreksizliğe ve mevcut yapılan konstrüksiyonlarında problemlere yol açar. Bu türden sorunların yaşanmaması için uygulamada debi miktarının azaltılması, enjeksiyon basıncının düşürülmesi ve ön yıkamalı delme işlemi gibi işlemler yapılmalıdır.

Basınçlı enjeksiyon esnasında taşan materyal miktarı, zeminin geçirgenliğine ve türüne bağlıdır. Bu miktar, killi zeminlerde daha fazla, kumlu - çakıllı zeminlerde daha az olacaktır. Ortalama olarak enjekte edilen miktarın % 10’u alınabilir (Toğrol, 1998).

3.8.3.3 Jetgrout teknikleri

Çeşitli türden bağlayıcı materyalin yüksek hızla ve önceden belirlenmiş miktar ve dozda zemine enjekte edilmesi gerekmektedir. Bunun için, Jet 1 tek akışkanlı sistem, Jet 2 çift akışkanlı sistem ve Jet 3 üç akışkanlı sistem kullanılmaktadır. Şekil 3.3 ve Şekil 3.4’te üç sistem görülmektedir. Tablo 3.1’de ise üç sistemin özellikleri gösterilmiştir.

Şekil 3.3 : Jet enjeksiyon. Şekil 3.4 : Jetgrout sistemleri.

3.8.3.4 Jet 1 - tek akışkanlı sistem

En basit ve yaygın kullanılan tekniktir. İlk olarak 70’li yılların başında Japonya'da, 70’lerin ortalarında ise İtalya’da denenmiştir. Delme - enjeksiyon takımı tek çeperli bir borudan ibaret olup, enjeksiyon bu borudan 300 - 600 kg/cm2 (bar) basınçla basılır.

Bu metotla oluşan kolonlar zemin türlerine ve parametre aralıklarına göre yaklaşık olarak killi zeminlerde 60 - 80 cm, kumlu - çakıllı zeminlerde 100 cm olarak oluşur.

3.8.3.5 Jet 2 - çift akışkanlı sistem

Çift çeperli bir boru takımının delici olarak kullanıldığı, çift akışkan kullanılan metottur. Enjeksiyon orta borudan, basınçlı hava (8 - 12 bar) dış borudan geçer. Basınçlı hava, jet 1’deki kinetik enerji sürtünme kayıplarını kısmen azalttığı için, bu metotta oluşan kolon çaplan jet 1’e kıyasla % 60 - 80 daha büyük olur.

Zemine gönderilen akışkanlar çimento su karışımı ile havadır. Yüksek hıza sahip enjeksiyon jeti, 2 - 15 barlık sıkıştırılmış ve enjeksiyonu çevreleyen hava konisi ile birlikte püskürtülmektedir.

3.8.3.6 Jet 3 - üç akışkanlı sistem

İçice 3 borulu takım kullanılan bu metotta, 400 - 600 bar basınçlı su ortadaki borudan, 8 - 12 bar basınçlı hava ara borudan, tıpkı jet 2’deki gibi, nozzle’lardan basılır. 30 - 80 bar basınçlı enjeksiyon ise en dış borudan ayrı bir nozzle’dan, su - hava karışımı içine enjekte edilir. Zemine gönderilen akışkanlar çimento - su karışımı, hava ve sudur. Sistemde zeminin sökülmesi, sıkıştırılmış hava konisi tarafından çevrelenmiş su jeti ile yapılmakta ve bu jetten birkaç desimetre aşağıda yerleştirilmiş olan püskürtme ağzından çimento enjeksiyonu tek başına püskürtülmektedir. Bu sayede, sistemin aşındırma enerjisi ve verimi artmakta, kohezyonlu zeminlerde 150 cm, kohezyonsuz zeminlerde 300 cm çapa kadar kolon oluşturulabilmektedir.

Tablo 3.1: Jetgrout kolon dayanımları tablosu. Jetgrout

Tekniği Zemin Cinsi

Kolon Çapı (cm)

Jetgrout Kolon Dayanımı (kg/cm2) Kum ve Çakıl 60 - 90 (en fazla 110) 70 - 250 Jet 1 Kil 60 - 90 20 - 100 Kum ve Çakıl 90 - 180 (en fazla 300) 35 - 140 Jet 2 Kil 90 - 150 10 - 70 Kum ve Çakıl 150 - 240 35 - 105 Jet 3 Kil 90 - 180 10 - 50

Tablo 3.1’de jetgrout tekniği ve zemin cinsine göe jetgrout kolon çapı ve dayanımları verilmiştir. Tablo 3.2’de sıvılaşmaya karşı temel mühendisliği uygulamaları gösterilmektedir. Jet grout kolonunun zeminde hangi kötü özelliğini iyileştirdiği görülmektedir. Tablo 3.3’de (Lunardi, 1977), ise jet grout kolon sistemine göre (Şekil ) enjeksiyon tipi, çekme hızı, pompa kalitesi vb değerleri bulunmaktadır. Tasarımlandırmayı yaparken bu hususların da dikkate alınması gerekmektedir. Kullanacağımız sistemin seçimi önem kazanmaktadır.

Tablo 3.2: Sıvılaşmaya karşı temel mühendisliği uygulamaları (Durgunluoğlu, 2004).

Metodoloji

Prefabrik Dren

Vibro Flotasyon Vibro

S ık ış tı rm a S ık ış tı rm a Kaz ıklar ı (Compaction Piles) Ta ş Kolon (5) Dinamik S ık ış tı rma (4)

Deep Mixing Jetgrou

t

Aşırı Boşluk Suyu Basıncı

Oluşumuna Mani Olunması √ - - - -

Zeminin Yerinde Sıkıştırılması -

İzafi Sıkılığının Arttırılması - √ (2) √ √ (3) √ - - Zemin İçinde Rijit Kolon

Oluşturulması Suretiyle Kayma Gerilmelerinin Alınması

- - √ -1 - √ √

Zeminin Yanal Hareketine Mani Olmak Üzere Zemin İçinde Zemini

Hapsedecek Elemanların Teşkili

- - - √ √

Üstyapının Daha Rijit Vb Farklı Oturma ve Yatay Deplasmanlardan Daha Az Etkilenecek Tarzda Teşkili veya Takviye Edilmesi

Tablo 3.3: Jetgrouting üretim parametreleri (Lunardi, 1977).

Sistem Enjeksiyon _Tipi Basınç _(bar) Nozul Adedi ve Çapı (adet, mm) Çekme Hızı (cm/ dak) Dönme Hızı (rpm) Su/ Çimento Oranı Pompa Kapasitesi (It/dak) JET 1 Çimento 400 - 550 1-2 x 2-5 15 - ₁₀₀ 5 - 15 1.0 - 1.5 70 - 600 Çimento 400 - 550 1-2 x 2-5 10 - 30 4 - 8 1.0 - 1.5 70 - 600 JET 2 Hava 10 - 12 - 10 - 30 - - 4000 - 10 000 Çimento 50 - 100 1-2 x 4-5 6 - 15 4 - 8 1.2 - 1.5 80 - 200 Hava 10 - 12 - 6 - 15 - - 4000 - 10 000 JET 3 Su - - 6 - 15 - - 40-100