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.
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.
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.
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.
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 |