683
Yerel Zemin ve Kaya Koşullarının Derin Kazılardaki İksa Sistemlerine Etkileri
Effects of Local Soil and Rock Conditions on Shoring Systems in Deep Excavations Süleyman DALGIÇ*, İbrahim KUŞKU
İstanbul Üniversitesi – Cerrahpaşa, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul (*[email protected])
ÖZ: Derin kazılar için yapılan iksa sistemlerindeki aşırı deformasyonlar ve yenilme olayları başlıca yerel zemin ve kaya koşulları ile açıklanabilmektedir. Bu çalışmada, İstanbul da yaygın olarak görülen iksa sistemlerinde görülen aşırı deformasyonların veya göçmelerin nedenleri zemin ve kaya özellikleri bakımından incelenmiştir. İstanbul’da iksa sistemlerinde aşırı deformasyonlar ve zaman zaman göçmeler, çok zayıf kaya kütlesi seviyelerinde, aşırı konsolide kil seviyeleri olan heyelan ve fay zonlarına yakın alanlarda, karstik boşluk içeren kireçtaşlarında, kumlu düzeyler ile dolgu alanlarındaki kohezyonsuz malzemelerde karşılaşılmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Zemin, kaya, derin kazı, iksa, ankraj, göçme
ABSTRACT: Excessive deformation and failure in shoring systems to ensure the stability of deep excavations can be mainly explained by effects of local soil and rock conditions. In this study, causes of excessive deformations or failure on shoring systems commonly seen in Istanbul are investigated in terms of soil and rock properties. In Istanbul, excessive deformations and sometimes failures in shoring systems are encountered at very weak rock mass levels, areas near to landslides and fault zones, overconsolidated clay levels, limestone with karstic cavities, sandy levels and cohesionless materials in embankment areas.
Keywords: Soil, rock, deep excavation, shoring, anchors, failure 1. GİRİŞ
İstanbul’un düşey yönde gelişmesi sonucu çok bodrum katlı yapıların inşasına ve dolayısıyla derin temel kazılarına ihtiyaç duyulmaktadır. Derin temel kazılarının yapılabilmesi için ise yaygın olarak fore kazıklı ve öngermeli ankrajlı iksa sistemleri yapılmaktadır. Bu sistemlerde ise derin kazıların dengesini bozan ve stabilite problemlerini ortaya çıkaran en önemli faktör yerel zemin ve kaya özellikleridir. Derin kazılar ve destekleme sistemlerinde başlıca, zemin ve kayanın kohezyonu, içsel sürtünme açısı, elastisite modülü ve yeraltısuyu koşullarının doğru belirlenmesi etkili olmaktadır. Bu hususların belirlenmesi için saha çalışmaları, laboratuvar ve arazi deneylerinin sağlıklı yapılması ile mümkün olmaktadır. Sonraki aşamada dizayn süreci, imalat aşaması ve kontrol sistemin başarılı olması gerekmektedir.
İstanbul da yönetmeliklerde belirtilen Ankraj kök boyları 45+Ø/2 kriterine göre belirlenen aktif zondan en az 3.0 m veya kazı derinliğinin %20 si kadar mesafe (hangisi daha büyükse) geriden başlayacaktır ifadesine uymayan özel zemin ve kaya koşulları bulunmaktadır. Bu alanlar, ana kaya içerisinde çok zayıf kaya koşulların, karstik boşluklu veya dolgulu kireçtaşlarının, aşırı konsolide kil birimlerin, heyelanların, alüvyon içerisindeki fasiyes değişikliklerinden kaynaklanan normal konsolide kil birimlerin, kohezyonsuz özellikteki yapay dolgu birimlerin bulunduğu alanlar ile fay zonlarındaki aşırı gerilme ile ilişkili alanlardır. İksa sisteminin, proje ve kontrol aşamasında yatay deformasyon stabilite kriteri ise, konsol sistemler için nihai kazı derinliğinin en çok % 1’i mertebesinde, yatay destekli sistemler için ise nihai kazı derinliğinin en çok % 0.25 ile % 0.5’i arasında olması istenmektedir (ÇSB, 2018). Çalışmada, bu yerel zemin ve kaya koşullarında, iksa sistemlerinde gerçekleşen deformasyon örnekleri sunulmuştur.
684 2. DERİN KAZILARDA İKSA DEFORMASYONLARI
Ankrajların taşıma kapasitesine etki eden en büyük unsurlardan biri, ankraj kök bölgesinin etkileşimde olduğu zemin veya kayanın kayma mukavemeti özellikleridir. Değişken yerel zemin ve kaya koşullarına bağlı kök boyu üzerinde etkin olan kaya ve zemin kalitesinde yaşanabilen değişimler ve/veya ankrajların enjeksiyonundan kaynaklanan imalat hataları, beklenen ankraj taşıma kapasitelerinde ciddi düşüşlere yol açabilmekte ve iksa deformasyonları veya yenilmeleri ile karşılaşılmaktadır. Bu çalışmada ise aşağıda daha çok ankraj kök bölgesinde değişken zemin ve kaya koşullarından dolayı karşılaşılan iksalardaki deformasyonlar veya yenilme durumları açıklanmaya çalışılmıştır.
2.1. Çok Zayıf Kaya Kütlesi Koşullarında İksa Deformasyonları
İstanbul’un Paleozoik istifi içerisindeki Trakya formasyonu kaya kütlesi özelliklerine bağlı olarak genellikle 3.0 – 15.0 metreye kadar çok zayıf ve zayıf kaya kütlesi özelliğindedir. Bu formasyondaki çok zayıf-zayıf kayanın kalınlığı, topografik eğimin azaldığı yerlerde artmakta, arttığı yerlerde ise azalmaktadır. Bu istif içerisinde diyabaz ve andezit dayakları ile kesilmiş kiltaşı, silttaşı, kumtaşı (grovak), kireçtaşı ve grafitik şistli tabakalar gibi farklı kaya özellikleri bulunmaktadır.
Trakya formasyonunun bu heterojen yapısı iksa işlerini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür (Şekil 1).
Özellikle, kayadan çok zemin özelliği gösteren, atmosfer etkisi ile kolaylıkla ayrışan, sağlam kaya tabaklarının arasında yer alarak makaslama zonları oluşturulan, çok zayıf kaya kütlesi özelliğindeki grafitik şistli tabakların, iksa sisteminin güvenliğini önemli ölçüde etkilediği ve kazı ilerleyişini aksattığı görülmüştür.
Trakya formasyonu içerisinde Harbiye dolayında yapılan derin bir iksa çalışmasında, tasarımda ön görüldüğü şekliyle, grafitik şiste rastlanmayan bölgelerde hesaplanan yatay deplasmanların, yerinde ölçülen yatay deplasmanlarla aynı olduğu ve yaklaşık 18 mm mertebesinde ulaştığı görülmüştür.
Bunun aksine, grafitik şistli tabakalara rastlanan bölgelerde ise yanal zemin basınçları artarak, 170 mm mertebesinde yatay deplasman oluştuğu görülmüştür (Dayıoğlu, 2010).
İncelenen başka bir örnekte ise yine hâkim zemin yapısını kumtaşı-sittaşı ve kiltaşı tabakaları oluşturmaktadır. Bu iksa da geçici kazı destek sisteminin ankrajlarla desteklenmiş fore kazıklı sistemden oluştuğu, kazıklı iksa sisteminin bir bölümünün tamamen göçtüğü ve arkasındaki zeminin temel çukuruna kaydığı görülmüştür. Çökme olayında başlıca kiltaşından kaynaklanan çok zayıf kaya koşulları etkili olmuştur (Şekil 1.a). Trakya formasyonundaki ayrışma ile birlikte tabakalanma özellikleri de derin kazı iksa yenilmelerinde etkili olmaktadır. Özellikle kazı çukuruna doğru eğimli yönlerde yanal zemin basınçları artarak iksa yenilmeleri ortaya çıkmaktadır (Şekil 1.b).
Şekil 1. a) Ayrışma ve süreksizlik özelliklerine bağlı, b) kazı alanı yönünde eğimli tabakalanmaya bağlı, iksa yenilmesi.
685 2.2. Aşırı Konsolide Killerde İksa Deformasyonları
İstanbul da yaygın olarak bulunan Gürpınar ve Güngören formasyonlarındaki aşırı konsolide kil düzeylerinde iksa sistemlerinde yenilmeler görülmektedir. Aşırı konsolide killerde, konsolidasyon oranına bağlı olarak, sükunetteki toprak basıncı normal konsolide killere göre daha yüksek seviyeye ulaşabilmektedir. Bu durum, kimi zaman yanal toprak basınçlarının, düşey basınçlara göre daha yüksek seviyelere ulaşmasıyla sonuçlanmaktadır. Aşırı konsolidasyon oranının göz ardı edildiği ve/veya kayma mukavemeti parametrelerinin gerekli hassasiyette belirlenmediği iksa hesaplarında, yerinde ölçülen deplasmanların, hesaplamalarla belirlenenden çok daha yüksek gerçekleşmesi durumu ortaya çıkmaktadır.
Aşırı konsolide kil içerisinde yapılan iksa çalışması örneğinde, 12 m derinliğinde temel kazısı için 15.95 m ve 14.45 m uzunluklarında fore kazıklı, öngermeli ankraj sistemi uygulanmıştır. Projede, kazık çapları 65 cm, ankraj boyları üstten alta doğru 21 m, 20 m, 19 m ve 18 m. uzunluktadır. Yapılan iksa sisteminde, standartlarda verilen değerlerin üzerinde deformasyonlar ölçüldüğü belirtilmekle birlikte, bir göçme olayı ile karşılaşılmamıştır. Yollarda oluşan çatlaklardan dolayı kazı çukurunun orta kısmına istinat duvarı imalatı ve kazı çukurunun ilk sıra ankraj kotuna kadar doldurulması ile önlem alınmıştır (Şekil 2.a). Geri dolgu ile ortamın statik durum için güvenlik sayısının ise Gs=1.34 seviyesine ulaştığı belirlenmiştir (Şekil 2.b). Bu olayda, aşırı deformasyonların gelişmesinde, ortamdaki aşırı konsolide kil seviyeleri ve bu seviyeler içerisinde su taşıyan kumlu düzeylerin kazı çukuruna doğru hareketi etkili olmuştur.
Şekil 2. a) İksa yapısı önünde perde duvar ve geri dolgu ile önlem ve b) güvenlik durumunun analizi.
2.3. Heyelanlı Alanlarda İksa Yenilmeleri
İstanbul’da iksa sistemlerinde yanal kayma hareketleri genellikle, Gürpınar ve Güngören formasyonuna ait heyelanlı alanlarında yaygın olarak görülmektedir (Şekil 3 ve 4). Burada, heyelanlı zemini karakterize etmeyen parametrelerin kullanılması ve kayma düzleminin belirlenmemesi sonucu, belirlenen kazık çapları, ankraj boyları ve ankrajlar arası mesafeler yetersiz kalmaktadır (Şekil 4.b).
İstanbul’da özellikle Küçükçekmece ile Büyükçekmece Gölleri arasındaki aşırı konsolide killerdeki heyelanlı alanlarda yapılan derin kazılarda, iksa sistemlerinde kullanılan ankrajların bir kısmının, kayma kaması içerisinde kalması sonucu, stabilite problemleri ortaya çıkmaktadır (Şekil 4.b). Şev stabilitesi analizleri sonucu hesaplanan güvenliğin (Fs), 1.2 ile 1.3 arası bir değerde olması durumunda, güvenlik değerinin genellikle yeterli olmasına rağmen; kazı çukuru çevresindeki tesisler ile deplasman kontrolünün önemi, kayma mukavemeti parametreleri ve diğer proje şartları sebebiyle güvenlik katsayısında artırıma gidilebilmektedir (FHWA, 1999). Bu nedenle heyelanlı alanlarda projelerde uygulanan güvenlik katsayısının artırılması gerekmektedir. Duman vd. (2004) tarafından hazırlanan heyelan haritasında eski ve güncel olarak belirtilen alanlarda yapılacak iksa çalışmalarında güvenlik katsayının artırılması gerekmektedir. Özellikle bir heyelanlı alanının en kritik kesimi, heyelanlı alanların topuk kısmında yapılan derin kazılardır. Bu alanlarda gerilme yoğunlaşması nedeniyle, derin kazı çukurları aşırı gerilmelere maruz kalmakta ve iksa sistemini etkilemektedir (Şekil 4.b).
686
Şekil 3. Heyelan yoğunluk haritası (Duman vd., 2004).
İncelenen örnekte, iksa yapılanan alan heyelan alanında kalmaktadır. Bu heyelan düzlemi, zemin etüt raporu, fore kazık ve ankraj uygulama hesabı raporunda gözden kaçmıştır. İlgili projesinde, 15 m.
uzunluğunda, akstan aksa 70 cm. aralıklı, 65 cm çaplı iksa sisteminde 5 sıra ön germeli ankrajlar planlanmıştır. Ankrajlar yatayda 210 cm, düşeyde 300 cm aralıklar ile projelendirilmiştir. İksa sistemi projesinde nihai kazı derinliği 15 m olarak verilmiştir. Projedeki en uzun ankrajların uzunluğu 16 metredir. Kazıkların etkilendiği alan yaklaşık 40 m olarak belirlenmiştir. Projede yapılan incelemeler sonunda iksa hesaplarının eksik yapıldığı anlaşılmıştır. Özellikle kazık soketinin olmaması ve ankraj boylarının projeye göre kısa olması kayma kamasının içinde kalması sorun teşkil etmiştir (Şekil 4.c).
Ayrıca, iksanın göçen kısmındaki kazıkların arkasındaki zeminin suya doymuş olmasından dolayı (olay mart ayında olmuştur) göçme meydana gelmiştir (Şekil 4.b).
Şekil 4. Heyelanlı alanda yapılan iksa çalışmasındaki göçme.
2.4. Şevli Kazılarda İksa Yenilmeleri
İksa yenilmelerinin bir diğer nedeni ise kazık ve ankraj boyutlarını azaltmak amaçlı, topografik yüzeyde şevli bir kısım bırakılması ve kazık başlığının bu şevin topuk kısmında oluşturulmasıdır.
Ancak, bazı durumlarda kazık başlığının üst kısmındaki desteksiz duran şevin hareket etmesi ile kazık başlığında, kazı çukuru yönünde deplasmanlar oluşmakta ve ankraj kuşak kirişleri yenilmektedir.
Açıklanan yöntemle, ekonomik bir iksa sistemi planlanmasına karşın, kazık arkasındaki şevin yerel zemin koşullarından kaynaklanan stabilte sorunları yaşanması durumunda, İstanbul’da genellikle Gürpınar ve Güngören formasyonun aşırı konsolide kil birimlerinin bulunduğu alanlarda, bu türden yenilmeler ortaya çıkmaktadır.
İncelenen örnekte sondajlarda kalınlığı 6.0 – 8.5 m olan yer yer kil ara tabakalı kireçtaşı/marn tespit edilmiştir. Bu tabakanın altında kalınlığı 4.5 m–8.0m arasında olan üst kesimleri kireçtaşı tabakalı çok katı siltli kil kesilmiştir. Tüm bu birimlerin altında 4.0 – 6.0 m kalınlığında sıkı-çok sıkı killi, siltli kum tabakası tespit edilmiştir. Kum tabakasının altında ise çok sıkı killi siltli kum/çakıl tabakası tespit edilmiştir. İksa hesaplarında ise 0.0 ile 8.0 m arası kil, 8.0 – 40.0 m arası ise karbonatlı kumlu kil olarak değerlendirilmiştir. İncelenen örnekte, yıkılan iksa sistemi, 87 m uzunluğunda bir hattı
687
oluşturmaktadır (Şekil 5.a). Kazıklar 0.65 m çapında, 35 cm aralıklı oluşturulmuş, ankraj sistemi ise üsten alta 18.0 m, 16.0 m ve 14.0 m uzunlukları ile üç sıra olacak şekilde seçilmiştir. Yatayla 150 açı yapacak şekilde, 2.0 m yatay aralıkta imal edilen ankrajda kök boyları 8.0 m imal edilmiş ve 437.5 kN yük ile test edilerek 350 kN ön germe yükü ile kilitlenmiştir. Ayrıca, iksa sistemi arkası yol kotu 138 m iken, başlık kirişi üst kotu 129.5 m seçilmiş ve 8.5 m lik kot farkı bulunan yol ile iksa arası alanda, 1/1 eğimli şev oluşturularak kazı yapılmıştır. Bu örnekteki çökmenin nedeni, seçilen zemin profili ve zemin değerlerinin, etüt raporu ile iksa hesaplarında birbirinden farklı olması, buna bağlı olarak kazık soketlerinin çok katı kil düzeyinde kalması, ankraj boylarının yetersiz olması ve iksa üst kotunda bulunan yol ile kazıkların yapıldığı üst kota kadar 8.5 metrelik bir kütlenin kayarak kazık başlığına, hesaplanandan farklı bir şekilde, ek yük oluşturması etkili olmuştur.
Şekil 5. a) Kazık üst kotunda şev yenilmesi ile iksa yenilmesi, b) üst kottan görünüşü ve c) kazının yenilen dizayn ile imalatı.
2.5. Karstik Boşluklu Alanlarda İksa Deformasyonları
İstanbul’un batısında, Kırklareli ve Bakırköy formasyonuna ait kireçtaşı, marn ve kiltaşı ardalanmalarının bulunduğu alanlarda zaman zaman karstik boşluklar ve karstik dolgular ile karşılaşılmaktadır. Bu kesimlere denk gelen ankraj kök bölgelerinde yeteri kadar enjeksiyon işlemleri yapılamadığı durumlarda, ankrajların taşıma gücü ile ilgili sorunlar olabilmektedir.
Şekil 6. Kireçtaşlarındaki karstik boşluklar ve dolgular.
2.6. Normal Konsolide Killerde İksa Deformasyonları
İstanbul’da vadi ağızlarında ve koylarda sıkça rastlanan alüvyonlar genellikle normal konsolide, yumuşak killer ile gevşek kum ve çakıllardan oluşmuştur. Açılan ankraj cidarları kendini tutamadığı için hemen hemen her seviyesi muhafaza borusuyla techiz edilmektedir. Sedimanları temizlemek için devir daim suyuna bentonit karıştırılmakta veya muhafaza borusu uygulaması yapılmaktadır. Bu ankraj maliyetleri üzerinde en büyük etki muhafaza borusu yerleştirilmesidir. Ankraj imalatının herhangi bir aşamasında, kök bölgesinde oluşmuş olan herhangi bir yıkıntı ise ankrajların taşıma kapasitesini olumsuz şekilde etkilemektedir. Proje yükünü taşıyamayan ankrajlar, sistem güvenliğini tehlikeye atmamak amacıyla iptal edilerek yeniden imal edilmektedirler. Bu durum, hem iş programı hem de maliyet açısından olumsuz bir sonuç doğurmaktadır. Son yıllarda ise alüvyon gibi düşük
688
mukavemet parametrelerine sahip zeminlerde, geleneksel öngermeli ankrajlar kullanılması yerine tek delgili çok köklü ankrajların kullanılmasının daha uygun bir çözüm olduğu görülmektedir (Eyüboğlu, 2018).
Derin kazılarda karşılaşılan diğer bir sorunda, ankrajların incelenen parselin dışına doğru yapılması nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Çoğu projede, parsel dışında araştırma durumu bulunmamakta veya bu durum göz ardı edilmektedir. Özellikle alüvyal zemin ortamlarında yanal olarak farklı zemin türü ortaya çıkabilmektedir. Nitekim, Şekil 7’de görüleceği gibi fasiyes değişikliği ile normal konsolide kil düzeyleri ile karşılaşılmış ve bu durumda ankraj kökleri oluşturmakta zorluklar yaşanmıştır.
Şekil 7. a) Ankraj delgisinde taşkın ovası çökellerinde karşılaşılan normal konsolide killer ve b) temsili jeoloji kesiti.
Genel olarak, derin iksa kazılarda alüvyonun durum yeteri kadar dikkate alınmadan iksa projeleri hazırlanmakta, bu durum ise kazı sonrasında iksa sisteminin güvenirliğini azalmaktadır. Bu konuda bir başka örnek alanında ise sondaj verilerine göre 22.0 m kalınlığa ulaşan normal konsolide kil ve altında devam eden Trakya formasyonuna ait birimler bulunmaktadır. Temel kaya dikkate alınmadan hazırlan iksa kesiti ile temel kaya dikkate alınarak hazırlanan iksa kesiti Şekil 8’de sunulmuştur. Bu alanda, Trakya formasyonu üst kotları kullanılarak hazırlanan jeolojik kesit ile revize edilen iksa projesi başarılı şekilde uygulanmış ve kazı çalışmaları gerçekleştirilmiştir.
Şekil 8. a) Jeolojik yapı dikkate alınmadan ve b) dikkate alınarak hazırlanan iksa sistemi kesiti.
2.7. Kohezyonsuz Zeminlerde İksa Deformasyonları
İstanbul’daki zemin etüt sondajlarının birçoğunda kohezyonsuz özellikte dolgu malzemeleri kesilmektedir. Özellikle, Haliç civarında yapılan sondajlarda 30 metreye yakın dolgu malzemesi bulunmaktadır. Dolgu zeminlerin bulunduğu alanlarda, iksa arkasında yer alan bu birimin eğimi arttıkça yanal toprak basınçları da artmaktadır (Tchebotarioff, 1951). Eğimli İstanbul Paleozoyik istifinin çukurluklarında dolgu zeminlerde eğimli olarak yoğun olarak izlenir. Yanal toprak basıncı artışlarının iksa sistemi üzerindeki olumsuz etkisinin yanı sıra bazı durumlarda ankrajların dolgu içerisinde kalması gibi durumlar sorunlara neden olmaktadır (Şekil 10.b).
İncelenen örnekte, 18 m dolguya sahip sahada yaklaşık 300 m boyunda bir iksa sistemi teşkil edilmiştir (Şekil 9.a). Bu iksa sisteminin imalatı tam anlamı ile tamamlanmamış olsa da, son aşamalarına ulaştığı bir noktada yaklaşık 200 m boyunda bir kısmında göçük yaşanmıştır (Şekil 9.b, Şekil 9.c). Göçük yaşanan sahada, kazı içine akmış gözle görülen malzemenin hemen tamamının dolgu
689
ve kısmen çok ayrışmış kaya birimlerinin bulunduğu belirlenmiştir. Bu örnekte; iksa sistemi en üst kotta 5 m yüksekliğinde istinat duvarı ve temelinde 120 cm çaplı 28 m boyunda fore kazıklar, ikinci kademede ise 120 cm ve 100 cm çaplı sırasıyla 19 m ve 23 m boyunda fore kazıklardan oluşmaktadır.
İksa sistemi pasif ankrajlar ile oluşturulmuş ve üst kotta inşa edilen perde duvar arkası, perde üst kotuna kadar doldurulmuştur. Bu dolgu tüm iksa sistemi üzerine ilave bir yük getirmiştir. Göçük olayı yağışlı mevsimde meydana gelmiş olup, yağışlar dolayısı ile hem güncel, hem de daha eski dolgular içine süzülen suların yarattığı ilave basınçlar ve buna bağlı dayanım kayıplarının göçük olayında etken olduğu düşünülmüştür. İksa projelerinde drenaj önlemlerine yönelik bir önleme rastlanmamıştır.
Göçük sonrası açığa çıkan bazı pasif ankrajlarda, enjeksiyon işlemlerinin tam anlamı ile yapılmadığı görülmüştür.
Şekil 9. Dolgu zeminin eğimi arttıkça yanal toprak basınçlarının artması sonucu iksa yenilmesi örneği.
Kohezyonsuz zeminlerde iksa deformasyonlarına yönelik diğer bir örnek ise iksa hesaplarında yapay dolgu 0.50 m olarak ve içsel sürtünme açısı Ǿ=300 alınarak iksa hesaplamaları yapılmış olan Haramidere bölgesinde yapılan bir derin kazı örneğidir. İksa sisteminde 65 cm çaplı 19.50 m uzunluğundaki fore kazıklar, ara uzaklıkları akstan aksa 85 cm olacak şekilde inşa edilmiştir. İksa sisteminde 5 sıra ankraj oluşturulmuştur. Hafriyat kazısı nihai kazı kotlarına yakın bir seviyedeyken göçen iksa sistemi yaklaşık 75 m uzunluğunda olup çevresinde tekrar araştırma sondajı yapılmış ve sondaja göre yüzeyden ilk 9.0 metreye kadar dolgu malzemesi saptanmıştır. Sondajda 9.0 m ile 16.50 m arası az çakıllı, yer yer kum arabantlı bej-kahverengi gevşek-orta kat siltli kil kesilmiştir (Şekil 10).
Göçme öncesi ve sonrasında ölçülen deformasyonlar, 1. günde 5 cm, 2. günde 15 cm, 3. günde 1.5 m.dir (Şekil 10.a). Bu alanda, yapay dolgu kalınlığının yanlış belirlenmesi, iksa gerisinde bulunan yoldan dolayı hareketli yüklerin, yeraltı suyunun olması, ankraj kuşak sayısının ve ankraj boyunun yetersiz olması göçme olayında etkin olmuştur (Alkaya ve Yeşil, 2011).
Şekil 10. Üst sıra ankrajların dolgu içerisinde kalması sonucu gelişen iksa sistemi yenilmesi (a: Alkaya ve Yeşil, 2011).
690 2.8. Fay Zonlarında İksa Deformasyonları
Fay zonlarında oluşan asal gerilme yönleri Şekil 11’de gösterilmiştir (Butler, vd., 2009). Bu tür fay zonlarına yakın alanlarda yapılacak derin kazı projelerinde, asal gerilme yönlerinin ve gerekli gerilme yoğunlaşmalarının dikkate alınması gerekmektedir. Özellikle ters ve bindirme türü faylar iksa kazıları için daha tehlikeli olmaktadır.
Şekil 11. Faylar ve asal gerilme eksenleri (Butler, vd., 2009).
Fay yakınlarında bulunan bir derin kazı alanında 2 m – 3 m kalınlıkta güncel dolgu ile orta katı kıvamlı killi seviyeleri yeralmaktadır. Bu alandaki kil zeminler, aşırı konsolide, yüksek plastisitelidir.
Tabaka eğim yönleri ise fayın etkisi ile kazı yönü doğru konumlanmıştır. Sondajlarda yeraltı suyu yüzeyden 2.0 m aşağıdadır. Alanda, yaklaşık 11 m derinliğinde kazı yapılmıştır (Şekil 12.a). Kazıyı desteklemek için hazırlanan iksa projesi 4 sıra ankrajdan oluşmaktadır. Ancak arazide uygulamada ilk iki sıradaki ankraj yapılmış, kazının alt yaklaşık 6.5 m.lik kesiminde projede belirtilen ankrajlar imal edilmemiştir. Oluşan yanal yükler kazı tabanı altında 2.5 m soketi bulunan 65 cm çapındaki fore kazıklarla desteklenmeye çalışılmıştır. Destek yapısında göçme gerçekleşmemesine karşın, yapının çevresindeki 15 cm’ye varan oturmalar, yeraltı suyunun uzaklaşması sonucu, çoğunlukla güncel dolguda gerçekleşen oturmalardan kaynaklanmaktadır (Şekil 12.b). İksa sistemi hesaplarında, faya yakın konumunda dolayı değişen asal gerilme yönlerinin göz ardı edildiği belirlenmiştir.
Şekil 12. a) Fayının etkisi altında kalan bir iksa çalışması ve b) yapı çevresinde deformasyonlar.
2.9. Yüzey ve Yeraltı Suyuna Bağlı İksa Deformasyonları
İksa yenilmelerinin genellikle yağışlı dönemde olduğu görülmektedir. Bu durumda, birincil etken olarak zeminin birim hacim ağırlığının artması ve kayma mukavemeti parametrelerinin azalmasıdır.
Bir diğer etken ise özellikle az tutturulmuş kum düzeyler ile dolgu zemin koşullarının bulunduğu alanlarda, kazı çukuruna yeraltı suyunun hareketiyle, beraberinde malzeme taşınımıdır (Şekil 13). Bu malzeme taşınımı ile iksa arkasında bulunan zeminde artan boşluk oranı sonucu, kazı çevresindeki komşu bina temellerinde, kaldırımlarda ve yollarda deformasyonlar meydana gelebilmektedir (Şekil 13). Ayrıca, su hareketinin yoğun olarak gerçekleştiği alanlarda, ankraj enjeksiyon çalışmaları yeteri kadar başarılı olamamaktadır.
691
Şekil 13. a) Yeraltı suyunun gelişi ile kazı içine malzeme taşınımı, b) malzeme taşınımı ile artan deformasyonlar sonucu önlem amaçlı geri dolgu uygulaması.
3. SONUÇ ve ÖNERİLER
İstanbul’un yerel zemin ve kaya koşullarına bağlı ankraj kök boyu üzerinde etkin olan değişimler ya da bazı durumlarda imalat sebebi ile yaşanabilen hatalar, beklenen ankraj taşıma kapasitelerinde ciddi düşüşlere yol açabilmekte ve iksa sistemlerinde aşırı deformasyonlar veya yenilme olayları ile karşılaşılmaktadır. Trakya formasyonunda, çok zayıf kaya kütlesi ile kiltaşı düzeylerinde, dayk kontak zonlarında, grafitik şist düzeylerinde ve fay zonlarında, genel formasyon yapısından farklı olarak düşük kayma mukavemeti parametresi değerleriyle karşılaşılmaktadır. Kireçtaşlarında ise karstik boşluklar, ankraj kök bölgelerinin enjeksiyonlarında, bu boşluklardaki dolgu ise taşıma kapasitesinde olumsuz yönde etkili olmaktadır. Zemin özelliğindeki Gürpınar ve Güngören formasyonlarındaki aşırı konsolide killerde karşılaşılan eski ve güncel heyelan sahalarındaki düşük kayma dayanımı ise iksa hesaplarında yeteri kadar dikkate alınmamaktadır. Alüvyal alanlardaki normal konsolide kil düzeyleri ve bu alanlardaki fasiyes değişiklikleri sonucu ortaya çıkan düşük seviyede farklı kayma dayanımı değerleri, iksa sistemlerinde karşılaşılan aşırı deformasyonlarda etkili olmaktadır. İstanbul’da yaygın olarak bulunan dolgu zeminin heterojen yapısı ve buna bağlı kayma dayanımı değerlerindeki değişimler ile eğimli yapısından kaynaklı yanal toprak basıncındaki beklenenden fazla artışlar da iksa sistemlerinde olumsuz etkileriyle sorunlar yaşanmasına neden olmaktadır. Ayrıca, fay zonlarına yakın kesimlerde, gerilme yoğunlaşması ve asal gerilme yönü değişimlerinin dikkate alınmaması durumunda, iksa sistemlerinde sorunlarla karşılaşılmaktadır. Yeraltı suyunun olumsuz etkisi, özellikle, Gürpınar, Çukurçeşme ile Güngören formasyonun kumlu düzeylerinde, kazı içine malzeme taşınımıyla sonuçlanmakta, iksa gerisinde boşluk oranını arttırmakta ve çevre yapılarda deformasyonlara, kimi zamanda iksa sistemi elemanlarında yenilmelere neden olmaktadır. Bu olayın aksine, iksa sistemi gerisinde mevsimsel olarak gelişen ve drene olamayan tünek su düzeyleri oluşumu göz önüne alınmadığında ise bu dayanma yapılarında, yanal toprak basınçlarını beklenenden fazla düzeye taşımakta ve aşırı deformasyonlara neden olmaktadır.
Derin kazılarda iksa sistemi projelendirmesinde, yerel zemin ve kaya koşullarının, hem kazı alanı hem de destek sistemi gerisinde ayrıntılı bir şekilde ortaya konulması, jeoteknik düzeylerin üç boyutta yayılımının yüksek hassasiyette tespiti ve drenaj koşullarının doğru tanımlanması gerekmektedir.
Bununla birlikte, Trakya formasyonun yayılım gösterdiği alanlarda tabakalanma ve eğim yönü göz ardı edilmemeli, Gürpınar, Çukurçeşme ve Güngören formasyonları kumlu, yapay dolgu alanlarında ise gevşek düzeylerin, suyla taşınımının önlenmesi amacıyla fore kazık ara mesafeleri mümkün olan en kısa mesafede seçilmelidir.
Çalışmada, iksa sistemi üst kotunun şevli kazı ile planlanarak, uygulama maliyetinin düşürülmesi amaçlanan projelerde, şev kütlesinin oluşturduğu ilave basınçların yeteri kadar dikkate alınmadığı belirlenmiştir. Aşırı konsolide kil birimlerin bulunduğu alanlarda ise aşırı konsolidasyon oranının çoğu zaman göz ardı edildiği ve bu alanlarda yanal toprak basıncının, düşey toprak basıncından büyük değerlere ulaşabilmesi durumunun hesaplarda değerlendirilmemesi sonucu, sorunlarla karşılaşıldığı yaygın olarak görülmüştür. İstanbul’da özellikle Gürpınar, Çukurçeşme ve Güngören formasyonun yayılım gösterdiği alanlarda yapılan iksa çalışmalarındaki aşırı konsolidasyon oranı ve şev etkisine yönelik araştırmalarda gerekli hassasiyet ön planda tutulmalıdır.
692
Derin kazılarda iksa sistemlerinin hemen hemen tümünde, fore kazık hattı parsel sınırında konumlandırılmakta ve böylelikle ankraj elemanları parsel dışında konumlanacak şekilde planlanmaktadır. Ancak, bu çalışmada, hemen hemen tüm projelerde, araştırmanın yalnızca parsel içinde yapıldığı görülmüş olup, yerel zemin ve kaya koşullarının kısa mesafelerde değişebildiği alanlarda, iksa sistemi stabilitesinde birinci derecede etkin ankraj kök bölgelerinin bulunduğu birimlerin özelliklerinin gerekli hassasiyette ortaya konulmadığı saptanmıştır. Bu durumun olumsuz etkileriyle, sıklıkla, eski çukur alanların üzerinde oluşturulan dolgu alanlarda ve yanal fasiyes değişiklinin bulunduğu bölgelerde karşılaşılmaktadır.
4. KAYNAKLAR
Alkaya, D., Yeşil, B., 2011. Evaluation of a collapsed anchored bored pile retaining system by using finite elements method. International Journal of the Physical Sciences Vol. 6(25), pp. 6009–
6024. DOI: 10.5897/IJPS11.532.
Butler, R., Casey, M., Lloyd, G., McCaig, A., 2009. Teaching Resources in Structural Geology: Faults, Earth Sciences University of Leeds. http://www.see.leeds.ac.uk/structure/faults/stress/stress.htm Dayıoğlu, M., 2010. Derin Kazıların İncelenmesi ve Derin Kazı Uygulaması Üzerine Bir Örnek:
Harbiye Kongre Merkezi Derin Temel Kazısı. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Duman, T.Y., Keccer, M., Ateş, S., Emre, O., Gedik, İ., Karakaya, F., Durmaz, S., Olgun, S., Şahin, H., Gökmenoğlu, O., 2004. İstanbul Metropolü Batısındaki (Küçükçekmece-Silivri-Çatalca Yöresi) Kentsel Gelişme Alanlarının Yerbilim Verileri, MTA, Özel yayın serisi 3, 249.
Eyüboğlu, F., 2018. Geoteknik Mühendisliğinde Özel Ankrajlar. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
FHWA., 1999. Geotechnical Engineering Circular No.4: Ground Anchors and Anchored Systems, U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration, Publication No: FHWA- IF-99-015, Washington DC, USA.
ÇŞB, 2018. Kazı Güvenliği ve Alınacak Önlemler, T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Genelge:
2018/10.
Tchebotarioff, G.P., 1951. Foundations, Retaining and Earth Structures, McGraw-Hill, New York.
