Jet grout uygulayarak zemin iyileştime yöntemi, öngörülen çap ve derinlikte delgi yapılarak ve aşağıda tarif edilen jet grouting ekipmanı kullanılmak suretiyle mevcut zemin içinde   zemin ve çimento karışımı (soilcrete) kolon elde edilmesi yöntemleri açıklanmaktadır.

Yöntemin tarifi:

Bu yöntemde ilk etapta zemin, öngörülen derinliğe kadar özel ataşmanlı  klasik delgi makinalarıyla ve genellikle rotary usulü ile çalışan veya dıştan darbeli çekiçlerle Ф 90 cm çapında delinmektedir. Delgi sırasında kullanılan akışkanlar su, hava, bentonit suspansiyonu veya çimento-su karışımıdır. İkinci aşamada delgi tijinin ucundaki delik kapatılarak monitör denilen özel parçaya yatay olarak tesbit edilen 1.5~4.0 mm çaplı  1~4 adet püskürtme memelerinden (nozzle) 400 ~ 600 bar basınçla jetleme enjeksiyonu yapılır. Püskürtme memelerinden ortalama 250 m/sn gibi çok büyük bir hızla çıkan enjeksiyon malzemesi, taşıdığı büyük kinetik enerji dolayısıyla çevredeki zemini yırtarak karıştırır,  bu sırada tijin belirli sabit bir hızla döndürülerek yukarıya çekilmesi ile homojen ve sürekli yapıda, özellikleri tamamen değiştirilmiş ve iyileştirilmiş zemin-çimento karışımı, yeni bir malzemeden oluşan jet grout kolonlar elde edilir. Enjeksiyon hızı, açısı, dönme ve geri çekiş hızı, nozul (nozzle) adedi ve çapı gibi parametrelerin değiştirilmesi ile çeşitli iyileştirilmiş zemin şekilleri elde etmek mümkündür. Bu yöntemle diğer klasik enjeksiyon sistemlerine göre farklı olarak uygulamadan önce gerekli malzemenin miktarı, iyileştirilmiş zeminin taşıma kapasitesi, geçirgenlik (permeabilite) gibi çeşitli zemin parametrelerinin bilinmesi ve dolayısıyla işin başında maliyetin belirlenebilmesi mümkün olabilmektedir. Jet grout yöntemiyle kil gibi kohezyonlu veya kum, çakıl gibi kohezyonsuz ve değişik karakterde çok geniş ve farklı türdeki zeminler islah edilebilmektedir. Jetleme sırasında bir kısım malzeme tijle zemin arasındaki boşluktan yüzeye çıkar. Bu husus iyileştirilen zemin içerisinde basınç olmadığının işaretidir. Böylece istenilen çap ve boyda, istenilen dayanımı haiz kolonlar imal edilir.

Jet grout metodunun geçmişi onlarca yıl önce petrol edüstrisinde metrelerce derinlikte kilitlenmiş delgi uçlarının yaylarını açmada edinilen deneyimlere dayanır.

Kohezyonsuz kumun kum taşına başkalaşımı doğada Diyagenez süresince uzun dönemlerde meydana gelir. Litostatik yük veya tektonik kuvvetlerin uyguladığı aşırı basınç sonucunda bu meydana gelir. Fakat şimdilerde bu süreç birkaç suni yöntemle imal edilebilmektedir. Bu yöntemlerin başında jet grout tekniği bulunmaktadır.
Metodlar ve Ekipmanlar
Tasarım Kriterleri
Teknolojik Gelişmeler
İnşa ve İmalat Süreçleri
İnşaat Mühendisliği
Çevre Mühendisliği
Uygulama Örnekleri

İlk olarak Pakistan’da bir mühendislik firması olan Cementation Co. Tarafından uygulanmış, sonrasında Japon mühendislik ve inşaat şirketleri uygulamışlar ve yakın zamanda Avrupa ve Türkiye’de yaygın kullanılan bir zemin güçlendirme yöntemi olarak inşaat endüstrisine girmiştir.  Kullanılan teknolojilerin sayesinde uygun tasarım ve yapısal özelliklerde uygulanabilmektedir. Her yeni yıl ortaya çıkan teknolojilerle gelişmekte olduğundan jet grout metodunu daha yenilebilir bir teknoloji olarak görmek yerinde olur.  Bu sayfanın ilerleyen bölümlerinde aşağıdaki konuları incelenrek sunulmuştur.

  • Farklı zemin tür ve koşullarına uygulanabilirlik.
  • Tasarım kriteri
  • İnşa aşamasında süreçlerin kontrolü
  • Son yıllarda ortaya çıkan yeni teknolojiler
  • İnşaat ve çevre mühendisliğinde jet grout yönteminin kullanılması
  • Tarihte uygulaması yapılmış uygulama örnekleri

JET GROUT OPERASYON METODLARI VE GEREKLİ EKIPMANLAR

Jet grout yönteminde kullanılan teknolojiler belirlenmiş oranda zemin hacmini ıslah etmek için çapları küçük olarak delinmiş (7 ile 10 cm) deliklerden kontrollü bir şekilde çimento groutunun zemine enjekte eden ekipmanlardan oluşur.

Jet grout yönteminde kullanılan teknolojiler belirlenmiş oranda zemin hacmini ıslah etmek için çapları küçük olarak delinmiş (7 ile 10 cm) deliklerden kontrollü bir şekilde çimento groutunun zemine enjekte eden ekipmanlardan oluşur.

Islah çalışması üç farklı şekilde uygulanabilir.  İlk ikisi İtalya’da 3. Metod ise Japonya’da geliştirilmiştir.  Aşağıda bunlar sıralanmıştır.

  • Sadece grout harcının zemine enjekte edilmesi (monofluid sistemi)
  • Hava ve grout harcının zemine enjekte edilmesi (bifluid yöntemi)
  • Hava, su ve grout harcının zemine enjekte edilmesi (trifluid yöntemi)

Mono-fluid jet grout yönteminde zeminin parçalanması  çimento harcının hareketiyle sağlanır ve bu ayrıca çimentolamayı da sağlar.

Bifluid jet grout yönteminde ise parçalayıcı hareket  dağılmayı önleyen ve sonuş olarak da delici gücü veren 8-12 barlık bir hava basıncı halkası tarafından yönlendirilen yüksek hızlı jet harcının enjekte edilmesiyle elde edilir.

Trifluid yönteminde ise zeminin içinde kısmi olarak toprak partiküllerini dışarı çıkaran hava tarafından kontrol edilen su  (hava basıncı 5 bar kadardır, su basıncı ise 400 bar kadardır) ve ardından ardından 50 bar basınçla çimento harcının zemine enjekte edilmesi ile yapılır.

Mevcut zemin genişliği, inşa aşamaları ve daha da önemlisi ıslah edilmesi gereken zemin türü gibi sahadaki operasyonve gereksinimler hangi jet grout yönteminin uygunen uygun yöntem olduğunu belirler.

Jet Grout uygulaması için gerekli olan ekipmanlar aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Ekipmanın kulesindeki delgi  aparatının yaylarının bağlantı noktları yüksek basınca dayanıklıdır ve alt tarafta enjeksiyon haznesine ve genellikle üçgen şeklinde olan uca tespit edilmiştir. Monofluid sisteminde üstdeki rot döner bir mafsal ve esnek bir hortumla yüksek basınçlı grout pompasına bağlanmıştır. Genellikte 60, 76 ve 90mm çapında Standard ölçülerdeki rot yayları kullanılır.  Bifluid ve trifluid uygulamaları için kullanılacak ekipmanlar pompa ve kompresörden beslenen ayrı bir grout/hava ve grout/hava/su besleme yapan döner mafsal ile birlikte gelir.   Bifluid sisteminin hava ve grout akışını sağlayan iki ayrı koaksiyal borusu bulunmaktadır.  Trifluid sisteminin ise hava, su ve grout harcının ayrı olarak pompalanabilmesi için üç adet borusu bulunmaktadır. Enjeksiyon haznesi delgi aparatının tam ucuna yerleştirilmiştir.  Monofluid sistemlerinde bu  40 cm çapında diğer delgi rotlarına benzeyen içi boş bir silindir şeklindedir. Duvarların bir yada daha fazla  nozullara monte edilmiş radyal delikleri vardır ve hazneninb alt kısmında delgi sırasında grout harcının delgi ucuna ulaşabilmesi için 2 cm çapında merkezi bir boyun bulunmaktadtır. Bu boyunun içine bir bilya atılarak bloke edilebilir ve böylece  grout harcının nozullara basınçlı bir şekilde gitmesini sağlar.  Grout nozulları 1 ya da 4 adet olabilirler ve iç çapları 1-5 veya 3-0 mm’dir.  Genellikle aralıkları 1 ya da 2 cm olacak şekilde sıralanmışlardır.

Delgi operasyonları rotasyon ya da darbeli rotasyon olarak sulu ya da susuz olarak gerçekleştirilebilir.  Taneleri iyi olan zeminlerde delgi kulesi hafif olan ekipmanlar seçilirken  gevşek zeminlerde ya da iri tanelerden oluşan zeminlerde darbeli rotasyon delgi aparatları ve ağır ekipmanlar tercih edilir. Aynı şekilde yüksek basınç da gerekli olur.

Delgi işlemi tamamlandıktan ve gerekli derinliğe ulaşıldıktan sonra  enjeksiyon haznesindeki boyun bloke edilir ki grout işlemi bu şekilde başlamış olur.  Pompa, 40-60 MPa basınçla esnek hortum aracılığı ile  groutu rotların içinden enjeksiyon haznesine ardından da nozula ve sonuç olarak da radyal olarak zemine enjekte eder.

Delgi rotu belirli aralıklarla ve dikkatlice kontrollü bir hızda dışarı çekilip geri zemine dönerek uygun ivme ile indirilerek  kolonlar için gerekli olan silindirik şekil elde edilmiş olur.  Sıvı yüksek enerji hızlarından zemine pompalanabilir ( aslında jet zemini saatte 800 km hızla deler).

Yıllara dayanan deneyimiyle Temeltek, teknolojide yapılan değişimleri takip edip uygulayan bir firma olmuştur.  Üretici firmalar,  yıllar içerisinde daha hızlı , esnek ve güvenilir makinalar üretmişlerdir. Uzman bir firma olarak iş gücünden tasarruf ve uygulama zamanlarını kısaltmak için her zaman yeni teknoloji ve metodları kullanan Temeltek kalitenin adresi olmuştur.

ÇALIŞMA PRENSİPLERİ

Monofluid ve bifluid sistemleri en yaygın kullanılan tekniklerdir iki aşamada uygulanır.

Jet grout imalatı için makine üreticileri rotari ve rotari-darbeli delgi kuleleri kısıtlı alanlarda çalışma alanları geliştirilmiştir. Ayrıca yatay jet grout imalatlarının gerekli olduğu yer altı inşaatları için de uygun ekipmanlar geliştirilmiştir.  Aşağıda yanal ve darbeli olarak çalışmaya uygun jet grout ekipmanı gösterilmiştir.  Hidrolik aparatlar mastın 180 derece dönmesini ve inklinasyonun 14 dereceye çıkmasını sağlar ve yatay alanda bu oldukça elverişli operasyon olanağı sağlar.  Bu türden bir ekipman kullanılarak ilk yatay jet grout çalışması Campiolo isimli kitabın  yazarının tasarımından faydalanılarak  Italya devlet demir yollarının yapımında ilk olarak kullanılmıştır.

İlk aşama:  Nozul haznesi ile tasarlanmış olan delgi aparatı zemine istenilen derinliğe kadar uygulanır.  Islah çalışması sırasında rod kullanımında istenmeyen durumlar gerçekleşebileceğinden  bu aşamada iyi sonuçlar elde debilmek için yeteneğe ihtiyaç vardır.

İkinci aşama:  Geri çekme ya da dışarı çıkarma aşamasıdır.  Delgi aparatı nozullardan grout basarken uygun  yükselme ve açısal ivme ile yukarı doğru çekilir. Daha önce de bahsedildiği gibi bifluid sisteminde grout harcı hava ile yönlendirilerek daha fazla delici güç elde edilir.

Aşağıdaki değerler uygun şekilde ve ölçüde ıslah edilmiş zemin oluşturmak için kontrol edilmiştir.  Ayrıca grout basıncı, yükselme oranı, açısal ivme ve nozul sayıları da dikkate alınmalıdır.  Bu çalışma sonucunda su geçirgenliği açısından zemin iyice ıslah edilmiş olur ve mukavemet gücü ise betonunkiyle karşılaştırılabilir.

Şekil: Yatay jet grout süreci

Operasyon Değerleri

Çalışma prensiplerindeki ana değerler aşağıdaki gibidir;

  • Enjeksiyon basıncı
  • Nozulların çapı ve sayıları
  • Grout harcının su/çimento oranı
  • Enjeksiyon süresi/zamanı

Enjeksiyon basıncı, basınç göstergeleri aracılığı ile kontrol edilir; jet enerjisi ve sonuç olarak da hareketin ortalaması basınca bağlıdır.  Üst basınç sınırları kullanılan pompanın kapasitesi ile belirlenir. Genellikle 40 ile 60 MPa olarak operasyon basıncı seçilir.

Nozulların sayısı ve çapları ise enjeksiyon kapasitesi, birim zamanda zemine enjekte edilen grout hacmini ve ıslah oranını belirler. Doğal olarak yüksek akış oranları daha yüksek basınç üretebilen pompaları çalıştırmanızı gerektirir. Diğer taraftan geniş nozul çapları çalıştırılan güçten verim alabilmede daha etkili olurlar. Basma oranı  sabit tutularak çok sayıda nozul, basınç kaybı oluşturacağından performansın düşmesine sebibiyet verir.  Bunun yanı sıra yüksek basınçlı pompaların olmadığı yerlerde nozul sayısını düşürmek verimli olur.

Şekil: Jet Grout Operasyonu ile oluşturulmuş jet grout kolonları

KULLANILAN YÖNTEME GÖRE KOLON ÖZELLİKLERİ

Zeminin özelliklerine ve operasyon parametrelerine bağlı olarak çap oranında 0-40 ile 1-40 m değişiklik gösteren kolonlar monofluid sistemi kullanılarak elde edilebilir.

Bifluid sistemi ise jetin gücünü artırmakta, sonuç olarak da delme kapasitesini artırmaktadır.  Bifluid sistemi kullanılarak elde edilen kolonların çapı monofluid kullanılarak elde edilen kolonlardan %30-70 oranında daha büyüktür. Diğer taraftan ıslah edilen mataryelin içine basılan havanın etkisiyle mekanik mukavemet de düşmektedir.

Teknik açıdan yatay yani horizantal çalışmalarda kullanılamayan trifluid sistemi ise  2m’den daha geniş kolonların imaltında kullanılabilir.  Fakat bu avantajına rağmen daha maliyetli ve daha az çalışma esnekliğinin de ötesinde kolonların çevresindeki zemin katmanlarının yumuşamasına sebebiyet verme potansiyeli bu yöntemin kullanılmasının kısıtlılıklarındandır.

İki aşamalı bir sistem kullanılarak daha geniş çapta kolonların imal edilmesi de mümkündür.  Zeminin preleminar olarak yırtılmasını sağlamak için tasarlanmış yüksek basınçlı su enjeksiyonunundan önce grout enjeksiyonun yapılmasıdır. Daha sonra uygulanan grout enjeksiyonu (ikinci aşama) suyu ve zemin parçalarını dışarı çıkarıp yerlerini grout harcına bırakır.  Halihazırda zemin zaten işlenmiş olduğundan grout, daha az mukavemet ile karşılaşır ve daha derine gider. Bundan da fazlası, zemin partiküllerinin dışarı atılması ıslah edilmiş mataryele daha iyi özellikler verir.

Sistem Sıvı Basınç Nozul (mm) Yükselme Oranı (cm/min)

Açısal Hız

r.p.m

Su/Çimento Oranı

Deşarj

(l/min)

Monofluid Grout 400-500 1-2×2-5 15-100 5-15 1.0-1.5 70-600
Bifluid Grout+hava

400-550

10-12

1-2×2-5

30- 50

30- 50

4-8 1.0-1.5

70-600

4000-10000

Trifluid Grout+Hava+Su

50-100

10-12

400-500

1-2×4-5

1-2×2-3

6-15

6-15

6-15

4-8

1.2-1.5

80-200

4000-10000

40-100