Geri Dön

Yumuşak ve gevşek zeminlerin iyileştirilmesi: Yüksek basınçlı enjeksiyon kolonları ve taş kolonlar

Improvement of soft and loose soils: Jel grouting and stone columns

  1. Tez No: 98466
  2. Yazar: UMUT OSMANOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF.DR. AHMET SAĞLAMER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 186

Özet

YUMUŞAK ve GEVŞEK ZEMİNLERİN İYİLEŞTİRİLMESİ YÜKSEK BASINÇLI ENJEKSİYON KOLONLARI ve TAŞ KOLONLAR ÖZET Bu yüksek lisans tezi yumuşak ve gevşek zeminlerin jet grouting ve taş kolon teknikleri ile iyileştirilmesini konu etmektedir. ASCE Geoteknik Mühendisliği Grubu, Enjeksiyon Komitesi tarafından yapılan genel bir tanımlamaya göre jet grouting,“yatay ve düşey su jetleri yardımıyla alüvyonel zemini delen, kesen ve yıkayan özel bir delici uç kullanıp ucun geri çekilmesi sırasında yüksek basınçla yatay püskürtme ağızlarından enjeksiyon pompalayıp zeminle karışmasını sağlayan ve böylece sağlam ve geçirimsiz kolonlar oluşturan bir teknik”'dir [2]. Klasik enjeksiyon yönteminden farklı olarak jet grouting yönteminin uygulanabilirliği imalat yapılacak zeminin dane çapı dağılımına bağlı değildir ve her tür zeminde uygulanabilir. Akışkan jeti olarak sadece enjeksiyonun püskürtüldüğü sistem olan tek akışkanlı sistem ile düşük boşluk oranı, düşük permeabilite ve yüksek mukavemete sahip jet grout elemanlar imal edilebilir. Sırasıyla hava+enjeksiyon ve hava+su+enjeksiyon püskürtülen çift akışkanlı ve üç akışkanlı sistemlerle boşluk oranı ve permeabilitesi daha yüksek, mukavemeti ise nisbeten daha düşük jet grout elemanlar imal edilir. Çift ve üç akışkanlı sistemlerle imal edilen elemanların çaplan (yüksek kesme enerjisi sebebiyle) daha büyük olur. Jet grouting yönteminin diğer bazı geleneksel iyileştirme yöntemlerine karşı avantajları şu şekilde sıralanabilir : Yüksek kesme enerjisi sayesinde jet grouting yöntemi klasik enjeksiyona göre daha verimli ve ekonomiktir. Tasarım ve ekipman seçimindeki serbestlik sebebiyle farklı geometri ve özellikte jet grout elemanlar oluşturulabilir. Jet grout elemanların kalite kontrolü ve performanslarının değerlendirilmesi, klasik enjeksiyona nazaran çok daha verimli olarak gerçekleştirilebilmektedir. Yöntemde kullanılan enjeksiyon karışımının basit su - çimento karışımı olması sebebiyle, jet grouting yönteminin herhangi bir kirletici etkisi yoktur. Sadece ~13 cm çapında bir delik açılarak oldukça büyük geometride zeminin (8~9 m3/m) iyileştirilmesi mümkün olmaktadır. Yöntem hemen her türzeminde (çok yumuşak zeminlerden kınkh kaya ortamlara kadar) uygulanabilmektedir. Jet grout imalatıma istenen derinlikten başlanabilir ve imalat istenen derinlikte sona erdirilebilir. Jet grout elemanların mukavemet ve geçirimlilik özellikleri, kesici jet enerjisi, imalat tekniği, enjeksiyon karışımının nihai mukavemeti, enjeksiyon karışım oranı, doğal ıxzemin özellikleri ve jet grout elemanın homojenliği şeklinde sıralanabilecek faktörlere bağlıdır. Jet grout elemanların etkili yarıçapları zeminin kohezyonunun artması ile azalır, kohezyonun azalması ile de artarr. Jet grouting yönteminde imalat hızı, monitör geri çekme hızı ve monitör dönme hızına bağlıdır. Tek akışkanlı sistemde monitör geri çekme hızı 25~30 cm/dk, üç akışkanlı sistemde ise 4~7 cm/dk arasında değerler almaktadır. Bunun yanında monitör dönme hızı tek akışkanlı sistemde 6~10 dev/dk, üç akışkanlı sistemde ise 3~6 dev/dk arasında değerler almaktadır. Monitör geri çekme hızı ve monitör dönme hızının fonksiyonu olan jet grout imalat hızı, klasik enjeksiyonun yaklaşık 10 katı, çimento tüketimi ise klasik enjeksiyonun yaklaşık 2 katıdır. Jet grouting yönteminde kullanılan enjeksiyon karışımının su/çimento oranı genellikle 0.8~1.5 arasında olmaktadır. Jet grout elemanların permeabilitesi ise genellikle 10“8 m/s' den küçük değerler almaktadır. Kil katkılı enjeksiyon karışımlarının kullanılması durumunda ise permeabilite 10”n~10'9 m/s mertebelerinde değerlere düşmektedir. Jet grouting yönteminim temel uygulama alanları şu şekilde sıralanabilir: Temel tekviyesi Kazı desteklenmesi ve stabilizasyonu Zemin iyileştirmesi Tünel ve şaft inşaatlarında kazı desteklenmesi Kazı sahalarına gelen sızıntı sularının kontrolü Şev ve heyelan stabilizasyonu Yeraltı sularının kontrolü Kirli atık sahalarında geçirimsizlik uygulaması Geçirimsiz perdeler Jet grouting imalatının maliyeti birçok farklı değişkene bağlıdır ve bu sebeple imalata başlanmadan önce tam olarak tahmin edilmesi oldukça zordur. Ancak benzer koşullarda yapılmış olan geçmiş uygulamalar bu konuda yol gösterici olabilir. Taş kolon tekniği, mühendislik özellikleri yetersiz olan gevşek ve/veya yumuşak zeminlerin malzeme eklenerek (çakıl, taş, blok) taşıma güçlerinin ve oturma özelliklerinin iyileştirilmesini amaçlayan bir teknik olarak tanımlanabilir. Taş kolon tekniğinin en yaygın olarak uygulanan yöntemleri, vibro-yerdeğiştirme ve vibro- öteleme yöntemleridir. Bu iki ana yöntemin dışında diğer bazı yöntemler de uygulanmaktadır. Taş kolonların çaplan, zeminin katılığı ve mukavemeti,, imalat yöntemi ve imalat süresince uygulanan sıkıtırma enerjisi gibi faktörlere bağlıdır. Standart ekipmanlarla imal edilen taş kolonların çaplan genellikle 80~100 cm arasında olmaktadır. Alan yerdeğiştiirme oranı olarak tanımlanan ve taş kolonlann yerleşiminin bir fünksiyonu olan değer ; at=A,IA şeklinde hesaplanabilir. Alan yerdeğiştirme oranı standart uygulamalarda 0.20~0.40 arasında değerler almaktadır. Taş kolonlar uçlannın sağlam zemin tabakasına ulaşması ve boylarının 6~10 m arasında olması durumunda oldukça ekonomik olmaktadır. Taş kolon tekniğinde kullanılan dolgu malzemesinin içsel sürtünme açısı 40°~45° arasındaolmalıdır. Malzemenin iyi derecelenmiş ve çaplan 1.3~7.6 cm arasında değişen danelerden oluşması durumunda oldukça iyi sonuçlar alınabilmektedir. Kayma mukavemeti 15~50 kPa arasında olan zeminler, taş kolon imalatı için en uygun zeminlerdir. Standart ekipmanlar ve imalat parametreleri kullanılarak yapılan taş kolonların tasarım kapasitesi, zemin mukavemetine bağlı olmak kaydıyla 20~50 ton arasında seçilmelidir. Uygulama yapılan zeminde turba zemni ya da organik zemin tabakası mevcut ise, kolon çapı bu tabaka kalınlığının 1/2'sinden az olmamalıdır. Taş kolon tekniğinin temel uygulama amaçlan şu şekilde sıralanabilir:. Zeminin taşıma gücünün arttırılması,. Toplam ve farklı oturmalann azaltılması,. Oturmalann hızlandınlması,. Dolgu şevleri ve doğal şevlerin stabilitesinin arttınlması,. Sıvılaşma riski olan zeminlerde bu riskin azaltılması. Kohezyonlu zeminlerde yapılan standart taş kolon uygulamalannda taş kolon taşıma gücü 22cu~25cu arasında olmaktadır. Taş kolon imalatının maliyeti, dolgu malzemesinin maliyeti, taş kolon ekipmanının maliyeti, kolon çapı, iyileştirilecek zemin özellikleri ve imalat yöntemi olarak sıralanabilecek değişkenlere bağlı olmakla birlikte, maliyetin vibro-yerdeğiştirme metodunda 25~35 $/m, vibro.-öteleme metodunda ise 12~25 $/m arasında olduğu söylenebilir. Bu tez çalışmasında söz konusu iki zemin iyileştirme tekniğinin yanısıra, Ford-Otosan İzmit Otomobil Fabrikasında yapılan geoteknik mühendisliği uygulamalan da vaka analizi olarak ele alınmıştır. Bu proje çerçevesinde diğer birçok geoteknik mühendisliği uygulamasının yanısıra, sahanın ~8 m'ye kadar yumuşak ve gevşek zemin tabakalarından oluşması sebebiyle zemin iyileştirmesi amacıyla jet grouting ve taş kolon teknikleri de uygulanmıştır. Yeraltı suyunun da neredeyse yüzeyde olduğu bu sahada 80 cm çapmda ve 10 m boyunda jet grout kolonlar ve taş kolonlar imal edilmiştir. Bu imalatlar için kalite kontrol, kazılar sonrası yapılan gözlemler, bütünlük deneyleri ve arazi yükleme deneyleri yapılmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Jet grout kolonu üzerinde çekme deneyi, taş kolonla iyileştirilen zeminde ise yükleme deneyi yapılmıştır. Bu testlerin sonuçlan, jet grouting ve taş kolon yöntemlerii ile yapılan iyileştirmenin oldukça başarılı ve tatminkar olduğunu ortaya koymuştur. xı

Özet (Çeviri)

IMPROVEMENT of LOOSE and SOFT SOILS JET GROUTING and STONE COLUMNS SUMMARY This Msc. Thesis studies the improvement of loose and soft soils using jet grouting and stone column techniques. The American Society of Civil Engineers, Geotechnical Engineering Divison Committee on grouting defines jet grouting as a“technique utilizing a special drill bit with horizontal and vertical high speed water jets to excavate alluvial soils and produce hard impervious columns by pumping grout through the horizontal nozzles that jets and mixes with foundation material as the drill bit is withdrawn [2]. Unlikely to conventional grouting techniques, jet grouting technique is not dependent on the grain size distrubution and can be employed in any soil. With the single fluid system in which only grout is jetted to the soil, jet grout columns with less void, lower permeability, higher strength and smaller diameter can be formed than the double or triple fluid systems in which grout+compressed air and grout, water+compressed air are jetted respectively. By double or triple fluid systems, elements with bigger diameter (becouse of the high erosive energy), lower strength, higher permeability and void ratio are formed. The advantages of jet grouting technique beside the similar conventional improvement techniques can be listed as follows : Jet grouting is more efficient and economic than the conventional grouting because of its high erosive energy. Because of the flexibility in design and equipment selection, jet grout elements of different geometry and characteristics can be formed. Quality control and performance evaluation of jet grout elements is much more efective than conventional grouting. Since the grout used is a simple mixture of cement and water, the technique doesn't have any contaminative effect. A big volume of soil (up to 8-9 m3/m) can be improved with this technique by drilling a small hole of 13 cm diameter. Technique can be employed in every kind of soils ranging from very soft deposits to fractured rocks. Installation can be started from any depth and can be stopped in any depth. Strength and permeability properties of a jet grout element depends on factors such as erosive jet energy, installation technique, ultimate strenth of cement mixture, composition of grout, natural soil properties and jet grout elements homogenity. The effective radius of a jet grout column decreases as the cohesion of the soil increases and the effective radius increases as the cohesion decreases and coarse material percent increases. xiiIn jet grout technique, installation speed depends on monitor withdrawal rate and monitor rotation speed. In single fluid system withdrawal rates are usually between 25~50 cm/min, in triple fluid system withdrawal rates are usually between 4~7 cm/min. On the other hand, monitor rotation speeds are usually between 6~10 rpm in single fluid systems and 3~6 rpm in triple fluid systems. Jet grout installation speed which is a function of withdrawal rate and rotation speed is generally 10 times of the conventional grouting but the cement consumption is 2 times of the conventional groutings cement consumption. In grouting technique the water/cement ratio of the grout mixtures is generally between 0.8~1.5. Permeability of jet grout elements are generally smaller than 10”8 m/s (k < 10“8 m/s). If grout mixtures with clay additives are used, the permeability goes down to 10”n~10"9 m/s. The main areas of jet grout application can be listed as follows : Underpinning, Excavation support and stabilization, Soil improvement, Excavation support in tunnel and shaft constructions, Control of water seepage to excavation pits, Landslide stabilization, Control of underground water, Sealing of contaminated fill deposits, Impervious curtains. The cost of jet grouting is dependent on many parameters and for this reason it is very difficult to estimate it before the installation. But previous applications performed under similar conditions may guide. Stone column technique may be defined as, improvement of loose and/or soft soils of which engineering properties are insufficient, by adding material (gravel, stone, boulder) in order to improve their bearig capacity and settlement characteristics. The videly used installation methods of stone column technique are vibro-replacement and vibro-displacement methods. Some other methods are also used beside these two main methods. The diameters of stone columns depend on the stiffness and strength properties of the natural soil, construction procedure and the energy applied during installation. The diameters of stone columns installed with standart equipments are usually between 80~100 cm. The value, defined as area replacement ratio in stone columns can be calculated as ; as=AJA and it shows the arrangement of stone columns. The area replacement ratio is generally between 0.20~0.40 in standart applications. Stone columns are most economic when their lengths are between 6~10 m and better they must reach the bearing stratum. The stone column fill material must have an internal friction angle of 40°~45°. The material must be well graded and grain sizes must be between 1.3~7.6 mm for succesfull improvement. The best results in stone column technique are reached when the shear strength of the natural soil is between 15~50 kPa. The design capacity of stone columns which are installed using standart equipments and xiiiapplication parameters must be between 20~50 tons dependent on the soil strength. If a peat or organic soil layer is existing in an application area, the diameter of the column mustn't be less than 1/2 of that layers thickness. The main application areas of stone columns can be listed as follows ;. Increasing the bearing capacity,. Decreasing the total and differential settlements,. Speeding the settlements up,. Increasing the stability of embankments and slopes,.. Reducing the liquefaction potential of liquefiable soils. In standart applications, ultimate bearing capacity of stone columns which are installed in cohesive soils are between 22Cu~25Cu. The cost of stone columns depends on a number of factors such as cost of fill material, cost of installation equipment, column diameter, properties of soil to be improved and installation technique. But the cost can be generally estimated as 25~35 $/m for vibro-replacement method and 12~25 $/m for vibro-displacement method. The soil improvement techniques that have been applied in the construction of Ford- Otosan Izmit car factory are studied as a case history. Jet grouting and stone column techniques are employed in this project beside some other geotechnical engineering applications since the soil conditions at the site are very loose and/or soft until a depth of ~8 meters. In this site, where the ground water table is just below the surface, jet grout columns and stone columns of 80 cm diameter and 10 m length are constructed. Quality control and performance evaluation are made, by controlling the construction, by visual investigation by performing excavations and by performing in-situ loading tests. An in-situ pulling test was performed on a jet grout test column and a loading test was performed on stone columns and the results revealed that improvement made by installing jet grout and stone columns are very succesfiill and satisfactory. xiv

Benzer Tezler

  1. Tez No

    100709

    Enjeksiyon ile granüler zeminlerin geoteknik özelliklerinin iyileştirilmesi

    Improvement of geotechnical properties of granular soil by grouting

    SUAT AKBULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. AHMET SAĞLAMER

  2. Tez No

    496344

    Kabuk temellerin statik yükler altında davranışı

    Performance of shell foundations under static loads

    MEHMET ALİ AKBULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI AKSOY

  3. Tez No

    142970

    Jet grouting yöntemi ile zeminlerin iyileştirilmesi

    Soil improvement using jet grouting technology

    HÜSNÜ KORHAN ÖZALP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geoteknik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET SAĞLAMER

  4. Tez No

    244225

    Geogrid donatılı stabilize dolgu tabakası ile kil zeminlerin iyileştirilmesi

    Geogrid donatili stabilize dolgu tabakasi ile kil zeminlerin iyileştirilmesi

    DOĞAN YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    İnşaat MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. ABDULAZİM YILDIZ

  5. Tez No

    698585

    Kum drenli kil zeminlerde oturma davranışının deneysel olarak incelenmesi

    Experimental investigation of the settlement behavior in clay soils with sand drain

    TÜRKER RÜSTEMOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat MühendisliğiDumlupınar Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR DAĞDEVİREN

Geri Dön