Derin Kazı İksa Sistemlerinde Kombine Çözümler: Fore Kazık İmalatı Arkası Jet Grout Sızdırmazlık Perdesi Tasarımı

Geoteknik mühendisliğinde derin kazıların güvenli bir şekilde aşağı indirilmesi, iksa sistemlerinin rijitliğine bağlıdır. Kent içi yoğun yapılaşma alanlarında, yanal zemin itkilerini karşılamak amacıyla en sık başvurulan yöntemlerin başında fore kazık imalatı gelir. Ancak bu dikey betonarme kazıklar, yapısal açıdan devasa yükleri taşıyabilseler de hidrolik açıdan tek başlarına geçirimsizlik sağlayamazlar. Özellikle yeraltı su seviyesinin yüksek olduğu alüvyon sahalarda, kazıkların arasından sızacak su ve ince zemin daneleri kazı güvenliğini tamamen sabote edebilir. Bu nedenle mühendisler, fore kazıkların arkasına veya aralarına yüksek basınçlı enjeksiyon yöntemiyle jet grout sızdırmazlık perdeleri entegre ederler. Bu kombine sistem, derin kazılarda hem mekanik stabiliteyi hem de mutlak hidrolik kontrolü aynı anda garanti altına alır.

1. Kesişen ve Teğet Kazık Sistemlerinde Hidrolik Sızıntı Mekanizması

Fore kazık imalatı esnasında, zemin koşullarına bağlı olarak kazıklar yan yana (teğet) veya belirli aralıklarla (boşluklu) dizilir. Kazı kademeler halinde aşağı indirildikçe, iki kazık arasında kalan korumasız zemin yüzeyi arkadaki su basıncına maruz kalır.

Arkadaki suyun kazı içine doğru yaptığı akış neticesinde oluşan hidrolik basınç farkını ve sızıntı debisini ($Q$) hesaplamak için Laplace süreklilik denklemi temel alınır:

$$k_x \frac{\partial^2 h}{\partial x^2} + k_z \frac{\partial^2 h}{\partial z^2} = 0$$

Burada $k_x$ ve $k_z$ zeminin yatay ve düşey geçirimsizlik katsayılarını, $h$ ise toplam hidrolik yükü ifade eder. Gevşek kumlarda bu sızıntı akımı hızlandıkça, kazık aralarındaki malzeme boşalmaya başlar.

Bu durum, iksa arkasındaki yolların ve komşu binaların temellerinin aniden çökmesine yol açar. Fore kazıkların arkasına imal edilen jet grout kolonları, akış şebekesindeki ($flownet$) su yollarını tamamen tıkar.

Böylece ekipler, kazı içini tamamen kuru ve güvenli bir çalışma sahasına dönüştürür. Kısa cümlelerle kurgulanan bu hidrolik kalkan mantığı, derin kazı risklerini kalıcı olarak ortadan kaldırır.

2. Derin Kuyularda Kuyu Sapması ve Efektif Örtüşme (Overlapping) Analizi

İster fore kazık imalatı olsun ister jet grout, derin dikey delgilerde matkabın düşey eksenden sapması ($deviation$) en büyük yapısal risktir. Sahadaki sert kaya blokları veya değişken zemin katmanları, delgi takımını yanal olarak iter.

Derinlikle birlikte artan bu sapma miktarını kontrol altında tutmak amacıyla tasarımcılar, iki imalat elemanı arasında belirli bir örtüşme ($overlapping$) mesafesi planlar. Net örtüşme genişliği ($t_{net}$), sapma toleranslarına bağlı olarak şu geometrik modelle hesaplanır:

$$t_{net} = (R_1 + R_2) – \sqrt{(X_1 – X_2)^2 + (Y_1 – Y_2)^2} – e_{sapma}$$

Burada $R_1$ ve $R_2$ elemanların yarıçaplarını, $X$ ve $Y$ koordinat merkezlerini, $e_{sapma}$ ise derinliğe bağlı toplam eksen kaçıklığını temsil eder. 15-20 metreyi bulan derin iksalarda fore kazıkların arkasına tek sıra jet grout yapmak bazen riskli olabilir.

Bu yüzden mühendisler, sapma paylarını telafi etmek adına kazık arkasına şaşırtmalı düzende çift sıra jet grout perdesi tasarlar. Bu çift sıralı kalkan, yer altında açılması muhtemel tüm pencereleri kesin olarak kapatır.

3. Ankraj Delgileri ile Jet Grout Perde Etkileşimi ve Hasar Yönetimi

Ankrajlı fore kazık sistemlerinde, kazı derinleştikçe kazıkların arkasına doğru yatay veya eğimli geçici/kalıcı zemin ankrajları ($ground\ anchors$) delinir. Bu operasyon, jet grout perdesi için ciddi bir fiziksel risk barındırır.

• Perde Delinme Riski: Ankraj matkabı, fore kazıkların arasından geçip arkadaki jet grout perdesini delerek ilerler. Bu delme işlemi, sızdırmazlık duvarında lokal deliklerin açılmasına neden olur.
• Geri Dolgu Enjeksiyonu: Ankraj halatları kuyuya yerleştirildikten sonra yapılan yüksek basınçlı ankraj enjeksiyonu ($grouting$), jet grout perdesindeki bu delikleri yeniden çimento ile doldurmak zorundadır. Ekipler bu aşamada ankraj şerbetinin kalitesini çok sıkı denetler.
• Mukavemet Uyumu: Ankraj kilitleme kuvvetlerinin jet grout perdesini ezmemesi için soil-cement matrisinin tek eksenli basınç dayanımı ($q_u$) en az 5 MPa seviyesinde tutulmalıdır. Bu sayede perde, hem su keser hem de ankraj yüklerini güvenle karşılar.

4. İksa Projelerinde Jet Grout Dizilim Modelleri

Fore kazık imalatı arkasında uygulanacak jet grout yerleşim planı, yeraltı suyunun statik basıncına ve kazı derinliğine göre geoteknik mühendisleri tarafından optimize edilir.

A. Kazık Arkası Teğet Perde Modeli

Fore kazıkların hemen arkasına, kazık merkezlerinin tam ortasına denk gelecek şekilde tek sıra kesişen jet grout kolonları dikilir. Bu model, yeraltı su seviyesinin orta derecede olduğu, zemin içinde büyük su damarlarının bulunmadığı standart kent içi kazılarda oldukça ekonomik bir sızdırmazlık sağlar.

B. Kazık Arası Hilal (Genişletilmiş Kama) Modeli

Özellikle fore kazık aralıklarının (aks mesafelerinin) geniş tutulduğu projelerde uygulanır. Jet grout kolonları, iki kazığın arasını bir kama gibi dolduracak şekilde doğrudan kazık gövdesine teğet imal edilir. Bu yöntem, kazık arkasına geçmeye gerek bırakmadığı için şantiye sınırlarının çok dar olduğu parsellerde büyük kolaylık sunar.

C. Blok Halinde Taban Tıkacı (Bottom Plug) Kombinasyonu

Deniz veya nehir kenarına yakın, aşırı su jeti riski barındıran ekstrem projelerde tek başına dikey perde yetersiz kalır. Ekipler, fore kazık arkasındaki dikey jet grout perdesini, kazı tabanının altında yatay bir jet grout tıkacı ile birleştirir. Bu sayede kazı alanı yer altında tamamen kapalı, geçirimsiz bir betonarme kutu içine alınır.

5. İksa Şantiyelerinde Kalite Kontrol ve Sızıntı Müdahale Pratikleri

Kombine iksa sistemlerinde kalitenin anlık takibi, çevre yapıların can güvenliği açısından ertelenemez bir zorunluluktur. Kazı aşağı indikçe karşılaşılan her yeni metre, yer altındaki imalatın başarı testidir.

1. Gözle Kontrol ve Kademeli Kazı: Şantiyede ekskavatörler kazıyı her 2-3 metre aşağı indirdiğinde, fore kazık yüzeyleri ve aralarındaki jet grout dolguları uzman geoteknik mühendisleri tarafından titizlikle incelenir. Nemlenme, çatlak veya lokal boşluklar haritalandırılır.
2. Karot ile Mukavemet ve Kalınlık Tespiti: Sertleşen jet grout perdelerinden yatay veya dikey karotlar alınır. Bu numunelerin laboratuvarda permeabilite ($k$) ve basınç dayanımları ölçülür. Sızdırmazlığın tam sağlanması için geçirimsizlik katsayısının $k = 10^{-8}$ m/s değerinin altında çıkması şarttır.
3. Poliüretan Enjeksiyon ile Acil Müdahale: Kazı esnasında, kuyu sapması nedeniyle gözden kaçmış bir pencereden ani su sızıntısı başlarsa ekipler panik yapmadan hızlı priz alan kimyasal enjeksiyonlara başvurur. Sızıntı noktasına çakılan dübeller vasıtasıyla basılan poliüretan harcı, suyla temas ettiği an saniyeler içinde şişerek deliği kalıcı olarak bloke eder.

Derin kazı iksa sistemlerinde yapısal güvenlik ile hidrolik güvenlik birbir ayrılmaz iki parçadır. Fore kazık imalatı ile sağlanan rijit mekanik dayanım, jet grout teknolojisinin sunduğu sızdırmazlık gücü ile birleştiğinde en zorlu zeminlerde bile kusursuz sonuçlar verir. Doğru kuyu sapma hesabı, zemin yapısına uygun çimento seçimi ve anlık kademeli kazı takibi, derin kent içi kazıların hiçbir risk yaratmadan başarıyla tamamlanmasını sağlayan en temel mühendislik kriterleridir.

Kaynakça

• Fleming, W. G. K., et al. (2008). Piling Engineering. Taylor & Francis.
• Puller, M. (2003). Deep Excavations: A Guide to Analysis, Design and Construction. Thomas Telford.
• Croce, P., Flora, A., & Modoni, G. (2014). Jet Grouting: Technology, Design and Control. CRC Press.
• Xanthakos, P. P. (1994). Ground Control and Improvement. John Wiley & Sons.

Hazırlayan: Jeoloji Mühendisi B. Celal Özen