Prof.İsmet Ordemir i Anma Toplantısı ve 6. ODTÜ Geoteknik Mühendisliği Sempozyumu
METRO TÜNELLERİNİN YANINDA
ANKRAJLI DERİN KAZI İKSASI TASARIMI
Nabi Kartal TOKER1
Pelin ÖZLÜ2
Arash MAGHSOUDLOO2
Reza AHMADI NAGHADEH3
ÖZET
Bu bildiri, ankrajlı ve fore kazıklı bir iksa sistemiyle desteklenmiş bir derin kazının mevcut
metro hattına komşu kesitlerinin tasarımını anlatmaktadır. Metro tünellerinde hasar
oluşturmamak için, iksa tasarımında olağan kriterlere ek olarak tünel çeperinin moment ve
basınç dayanımının aşılmaması amaçlanarak tasarım yapılmıştır. Tasarım sürecindeki
denemelerde, ankraj geometrisindeki küçük değişikliklerin bile tünele etkiyen kuvvetleri
etkilediği
hesaplanmıştır.
Proje
tatbik
edilmiş,
inklinometre
ölçümleri
tasarım
simulasyonlarında hesaplanan deplasmanlardan farklılıklar göstermiş, kazı problemsiz şekilde
tamamlanmış, subasman çıkılmıştır.
DESIGN OF ANCHORED RETAINING WALL FOR
A DEEP EXCAVATION ADJACENT TO METRO TUNNELS
ABSTRACT
This paper explains the design process of the anchored pile wall retaining system of a deep
excavation that is adjacent to existing metro tunnels. In order not to damages to the metro
tunnels, the design aims to avoid exceeding the moment and compression capacity of the
tunnel liner, in addition to the usual design criteria for retaining walls. During design trials,
even small changes to anchor geometry were calculated to affect the forces acting on the
tunnel. The design has been realized, inclinometer measurements are different from the
displacements predicted by design simulations, the excavation has been completed
unhindered, and the basement levels have been built.
1
ODTÜ İnş. Müh. Böl. Öğr.Gör.Dr.
ODTÜ İnş. Müh. Böl. yüksek lisans öğrencisi
3
ODTÜ İnş. Müh. Böl. doktora öğrencisi
2
1
1. GİRİŞ
Geniş alanlı ve derin bir temel kazısının iksa projesi kapsamında, özellikle şehir içi kazılarda,
kazı alanının çevresindeki mevcut yapılar tasarımı ciddi şekilde etkileyebilir. Bunun yaygın
örnekleri kazı çevresindeki yapı yükleri ve şevlerin iksa sistemine etkisidir. Bu bildiride
incelenen durumda ise iksa duvarının yakınından geçen metro tünellerinin tasarıma etkisi
incelenmiştir. Normal bir iksa kesitinin projelendirilmesinden farklı olarak, metro tünellerine
etkiyi azaltmak için ankraj yerleşimi ve izin verilebilir deplasman değerleri kısıtlanarak
tasarım yapılmıştır. Bu kısıtlamalarla ve metro tünellerine hiçbir yapım unsuru (ankraj vs.)
yaklaştırmayarak, tip bazında özel tasarımlar yapılmıştır. Ayrıca, sonlu eleman simülasyonları
ile zemindeki deplasmanlardan kaynaklanan yük değişimlerine tünel çeperinin dayanıklılığı
incelenmiştir.
2. PROJE BİLGİLERİ
Temel kazıları, Ankara’nın Balgat semtinde inşa edilecek 16875 m2 alana sahip, bir cephesi
metro hattına komşu olan “Karakusunlar Karma Kullanım Projesi” inşaatı kapsamında
projelendirilmiştir. Alan, Eskişehir Yolu (İsmet İnönü Bulvarı) ile Konya Yolu’nun (Mevlana
Bulvarı) kesiştiği yerde Armada Alışveriş Merkezinin karşısında bulunmaktadır. Komşu
Metro Hattı
Proje Alanı
(Ufuk Üni. Hastanesi)
Şekil-1. Ankara – Çankaya 27457 Ada 4 Parsel Vaziyet Planı
2
yollar, binalar ve metro hattı dolayısıyla, bu yapıları ve kazı çukurunu inşaat süresi boyunca
emniyete almak amacıyla inşaat alanının tamamında, toplam 554 m olan çevre sınırlar
boyunca ankrajlı fore kazıklı iksa sistemi uygulaması yapılması gerekli görülmüştür.
Temel kazısı derinliği 18-34 m arasında değişmekte olup iksa sistemi φ80 cm çaplı fore
kazıklardan oluşturulmuştur. φ80 cm fore kazıklar yatayda merkezden merkeze 100 veya 120
cm aralıklarla imal edilmiştir. Fore kazıklardan oluşan dayanma perdesi tüm cepheler
boyunca düşeyde farklı sayıda ve seviyede öngermeli, yataydan 4°-35° arasında değişen farklı
açılar ile delinmiş ankrajlarla desteklenmektedir. Projenin parsel vaziyet planı Şekil-1’de
verilmektedir.
Bu projede müteahhit firma PASİFİK İnşaat A.Ş., geoteknik işlerin alt-yüklenicisi İKSA
Mühendislik ve Müşavirlik İnş. San. ve Tic. Ltd. Şti.’dir. Zemin etütleri ve iksa sistemi ve
temel projesi ise TOKER Sondaj ve İnşaat Tic. Ltd. Şti. tarafından yapılmıştır.
3. ZEMİN ÖZELLİKLERİ
Proje sahasındaki zemin; yüzeyde 0,5 – 3,6 m arasında değişen kalınlıktaki dolgu malzeme ve
altında sahanın bazı kesimlerinde gözlenen alüvyon / kil-kumlu kil birimler ile en altta kuyu
sonlarına kadar gözlenen Gölbaşı Formasyonu’na ait az çakıllı / kalker konkresyonlu Ankara
kilinden oluşmaktadır. Alan genelinde ortalama 4 – 7 m derinliklerde yeraltı suyu ile temas
edilmiştir. Jeolojik-Jeoteknik Rapor kapsamında hazırlanan jeolojik kesitlere istinaden su
taşıması olası kumlu ve çakıllı seviyelerin mercekler halinde olduğu sonucuna varılmıştır.
Merceklerin değişik kotlarda olmasından, birbirleri ile çoğunlukla bağlantısız oluşundan, saha
içinde yer alan suyun herhangi bir tabla oluşturmadığı, sızıntı sayılabilecek kadar bir miktarda
su olduğu anlaşılmaktadır. Yapıların temel kazıları sırasında, yağışlı günlerde artan, yağışsız
günlerde azalan, kolaylıkla basit drenaj tedbirleri ile bertaraf edilebilen bir yeraltı suyu
potansiyeli gözlenmiştir. Jeolojik-Jeoteknik raporda (Toker, 2011a) sunulan çalışmalar ve
sondaj logları ışığı altında, çalışma sahasında mevcut zeminlerin iksa sistemi projelendirme
ve analizlerine esas oluşturacak ilgili zemin parametreleri Şekil-2 de’de özetlenmiştir. İksa
tasarımlarında drenajlı parametrelerin daha kritik olduğu göz önüne alınarak modellemelerde
drenajlı parametreler kullanılmıştır.
3
Şekil-2. İdealize Zemin Profili
4. TASARIM KRİTERLERİ
4.1 İksaya Ait Tasarım Kriterleri
Öngermeli ankrajlarla desteklenmiş fore kazıklı iksa sistemi stabilite hesapları için; çevre
yapılar ve topoğrafyadaki değişime bağlı olarak toplam 18 adet TİP belirlenmiş ve emniyetli
tarafta kalmak adına her tip içerisinde en olumsuz yükleme durumunu temsil eden kesit
(maksimum tabii zemin kotu, bina yükü vs.) seçilerek hesaplarda kullanılmıştır. Her kazı
kademesi için yapılan hesaplarda ankraj öngerme yükleri 36 ton olarak uygulanmıştır. İksa
duvarının hemen arkasında oluşacak şantiye trafiğinden (ağır vasıta vs.) ve arsanın
çevresindeki komşu yollardan kaynaklanacak hareketli yükler için q = 20 kPa sürşarj yükü
analizlerde dikkate alınmıştır. Çevre binaların kat başına ortalama q = 15 kPa ağırlıkta olduğu
düşünülerek komşu yapıların temel basınçları modellenmiştir. İksa sistemi tasarımında
kullanılan kriterler aşağıda maddelenmiştir.
• Ankrajların çekme dayanımına yönelik tasarımında 1,5 güvenlik faktörü kullanılmıştır.
• Yatay deplasmanların kazı derinliğinin % 0,5’i limitini geçmemesi hedeflenmiştir.
• Kazıkların kesit momentlerinde güvenlik katsayısı 1,5 alınmıştır.
• Genel duraylılık kontrolünde güvenlik katsayısı 1,3 olarak düşünülmüştür.
4
• Yaklaşık 5-6 m derinliğinde Y:D=1:1 şevli ön kazılar yapılarak kazık imalat platformları
oluşturulmuş, böylece iksa perdesi boyu kısaltılmış ve ankrajların yüzeye yakın altyapılara
hasar vermesine karşı tedbir alınmıştır (Şekil-3, Şekil-4).
• Uygulama kolaylığı açısından aynı cepheler boyunca ankraj kotlarında süreklilik
sağlanmıştır (Şekil-3, Şekil-4).
E
Şekil-3. Kazının kuzey ve kuzeydoğu
cephesinden bir görünüm.
• Arazinin güncel hafriyat durumuna uyumluluk esas alınmış, mevcut çevre yolların
şevlerinin bozulmamasına özen gösterilmiştir.
• Ankraj boyları belirlenirken; serbest boyun (enjeksiyonsuz ön boy) potansiyel kayma
yüzeyi oluşturabilecek olası düzlemlerin yeterince gerisine uzanabilmesine, böylece
ankrajın gerçek taşıma kapasitesini sağlayan kök kısmının sağlam ve duraylı zemin
içerisinde kalmasına özen gösterilmiştir.
• Kök boyları BS 8081 (1989) teknik şartnamesindeki koşulları sağlayacak biçimde, 8 metre
olarak belirlenmiştir.
• Ankrajlar birçok kesitte uzun (38m) ve birbirine yakın (1m) olduğundan, delgi açısında
yatayda yapılabilecek küçük hatalar ankrajların kesişmesine neden olabilir. Bunu önlemek
için ankraj açıları düşeyde de tasarım açısından bir ankrajda +2,5°, bir sonrakinde -2,5°
olarak değişken yapılmıştır.
5
4.2 Metroya Ait Tasarım Kriterleri
Bu projenin temel kazıları için hazırlanan iksa sistemi uygulama projesi kapsamında parselin
kuzey-kuzeybatı cephesinde, Eskişehir Yolu’na paralel olarak geçen Metro Hattı için iksa
tasarımında sıradan bir iksa projesinden farklı yaklaşımlar kullanılmıştır. İksa sistemi
uygulama projesi dahilinde toplam uzunluğu 100 m olan TİP 11A, 11B, 12, 13, 14 ve 15
kesitleri doğrudan metro hattı ile ilişiklidir (Şekil-4).
Şekil-4. Mevcut metro hattına komşu tip kesitlerin cephe ve plan görünüşü.
6
Metro tünelleri dış çapları 5,75 m ve ikiz tüp şeklinde olup delme tünel (TBM) metodu ile
inşa edilmişlerdir. Tasarımda dikkat edilmesi gereken, metro tünellerinin iksa sistemi
kriterlerine ek olarak getirdiği kriterler aşağıdaki gibidir;
•
Tip kesit analizleri ankraj açı ve boyları projelendirilirken metro tüplerine yaklaşım
sınırları için tünel çapı D olmak kaydıyla tüp dış sınırlarından minimum D/2 kadar
mesafede (≈ 2,88 m) hiçbir ankraj imalatının yer almaması (Yüksel Proje, 2003)
koşulu sağlanarak yapılmıştır.
•
Denenen her tasarım için, tünel kesitinin moment ve basınç kapasitesinin aşılıp
aşılmadığı kontrol edilmiştir.
•
Yatay deplasmanlarda sert killerde gerçekleştirilen kazılar için rapor edilen kazı
derinliğinin % 0,25’i değerinin altında kalacak sonuçlar hedeflenmiştir.
5. TASARIM AŞAMALARI
5.1 Genel Tasarım
İksa sistemi hesapları, zemin-yapı etkileşimini kademeli olarak hesaplayabilen ve zemin-iksa
elemanı etkileşimini de göz önüne alan PLAXIS Zemin ve Kaya Analizi için Sonlu Elemanlar
Programı V9.02 kullanılarak yapılmıştır.
Sonlu elemanlar programına zemin, kazıklı duvar ve öngermeli ankraj özellikleri girilmiş,
kazı kademeleri oluşturularak her kazı kademesinde gerçek imalat sürecine eş nitelikte ankraj
imalatı tanımlanarak modelleme yapılmıştır. Böylece, uygulamayı yansıtabilecek bir
modelleme mümkün kılınmıştır. Programa girdi olarak kullanılan zemin malzeme özellikleri
Tablo-1’de sunulmaktadır.
Tablo-1. PLAXIS simülasyonunda kullanılan malzeme özellikleri (hardening soil modeli)
Zemin
Kil/Kumlu kil Ankara kili 2
Ankara kili 3
c (kPa)
7
20
25
25
25
26
φ (deg)
E50ref (kPa)
25000
65000
90000
Rf
0,9
0,9
0,9
ref
Eur (kPa)
75000
195000
27000
Eeodref (kPa)
25000
65000
90000
M
0,5
0,5
0,5
P0 (kPa)
100 (default)
100 (default)
100 (default)
K0
0,577
0,577
0,562
3
18
18,5
19
γsat (kN/m )
3
18
18,5
19
γunsat (kN/m )
0,2 (default)
0,2 (default)
0,2 (default)
νur
7
Parseli çevreleyen iksa sistemi, farklı yüksekliklerdeki arazi topografyası ve iksaya komşu
yapılara bağlı olarak tasarımı değişen tipler halinde incelenmiştir (Şekil-3, Şekil-4, Şekil-12).
İksa modelini optimize edebilmek için pek çok değişken üzerinde (kazık soket boyları, ankraj
boyları, ankraj yerleşimleri) parametrik çalışmalar yapılarak en uygun sisteme ulaşılmıştır.
Ulaşılan modellere ait sonuçlar, projenin büyüklüğünü de sergilemek amacıyla, Tablo-2’de
özetlenmiştır.
Stabilite ve yatay deplasmanlar iksa sisteminin analizinde iki önemli kriter olarak dikkate
alınmıştır.
Sonlu
elemanlar
simülasyonu
kullanılarak
modellenmiş
ve
analizleri
gerçekleştirilmiş kesitler için son hesap adımının ardından “phi-c reduction” yöntemi
kullanılarak genel stabilitede tüm tiplerde geçici kazılardaki emniyet katsayısının 1,3’ün
üzerinde kalıp kalmadığı kontrol edilmiştir. Yanal deplasmanlar açısından analizi
gerçekleştirilen tip kesitler için kazı derinliğinin % 0,11 – 0,4’ü arasında bulunmuştur. Bu
durumda maksimum yanal deplasmanlar, sert killerde gerçekleştirilen benzer derin kazılar
için rapor edilen kazı derinliğinin %0,25’i değerine uyum göstermekte ve %0,5’in altında
kalmaktadır.
Tahmin edilen yanal deplasmanların; lokal köşe etkileri, tip kesit seçimindeki emniyetli
yaklaşımlar (en yüksek topografya, en ağır yükleme durumları vs.) ve inşaat süresine bağlı
zemin davranışı (drenajsız – drenajlı) dikkate alındığında gerçekte daha az olacağı da ayrıca
düşünülmüştür.
5.2 Metro Cephesinin Tasarımı
Metro hattı merkezinden kazıklara olan mesafe 17 metreye civarındadır. Metroya yaklaşımla
ilgili kriterle beraber bu mesafe, metro hizasında ankraj geçirmek için 12-14 m gibi dar bir
kısım bırakmaktadır. Bu kesit geometrilerinde tasarım için öncelikle AutoCAD yazılımı
yardımıyla kesitler çizilerek, ankraj yerleşimleri yapılmıştır. Tünel çeperine yarıçap kadar
mesafedeki yaklaşım sınırları dikkate alınarak ankraj sıralarının açıları belirlenmiştir. Buna
örnek olarak verilen Şekil-5’teki kesitlerde (Tip 11/A ve 14) yaklaşım sınırları kesik çizgilerle
gösterilmiştir.
8
Tablo-2. Tüm tiplerin tasarım sonuçlarının özeti.
CEPHE
Bayındır
Cephesi
A-C
Ufuk
Hastanesi
Cephesi
C-D
Konya
Yolu
Cephesi
D-E
Eskişehir
Yolu
Cephesi
E-A
Yatayda
Ortalama
Ankraj
Aralığı
(m)
Maks.
Yatay
Deplasman
(mm)
Kazık
Maks.
Eğilme
Momenti
(kNm)
Maks.
Ankraj
Kuvveti
(kN)
32,22
503
412
40,53
575
432
49,08
639
446
47,85
618
443
75,17
665
436
114,37
789
472
105,70
768
499
İKSA
TİPİ
Cephe
Uzunluğu
(m)
TİP-1
56,20
Yüzeyden
Maks.
Kazı
Derinliği
(m)
18
TİP-2
42,00
20,5
19,25
TİP-3
40,72
22,25
21
TİP-3A
11,57
23,5
24
TİP-4
44,20
28
28,5
TİP-5
41,00
29
31,5
TİP-6
38,00
29
33
TİP-7
33,20
31
34,5
11
35
68,17
818
524
TİP-8
30,00
34,5
34,7
13
38
137,19
828
531
TİP-9
60,00
33,0
32,7
12
35
122,26
800
522
TİP-10
31,00
28,85
30
11
35
74,65
593
476
TİP-11
23,00
26
28
10
33
55,15
532
426
TİP-11A
6,90
25,3
28
10
35
45,30
419
TİP-11B
5,12
24,5
28
10
35
37,41
470
523
TİP-12
12,00
23
26
9
34
34,21
475
389
TİP-13
13,20
22,5
23
8
34
31,52
468
393
TİP-14
27,60
22,6
20
7
30
31,18
456
392
TİP-15
37,90
22
18
6
26
24,91
395
377
Kazık
Boyu
(m)
Kazık
Aralığı
(m)
Ankraj
Sıra
Adedi
Maks.
Ankraj
Boyu
(m)
5
20
6
21
7
24
8
24
11
32
12
35
12
35
17,75
1,20
1,00
1,00
1,00
1,20
9
1,8
1,5
1,5
1,5
1,2
399
Şekil-5. Metro hattına komşu cepheden iki örnek kesit (Tip 11/A ve Tip 14). Tip 11-A ile
metro hattı arasında bir açı bulunduğundan tünelin kesitteki izdüşümü elipstir.
10
Şekil-5’teki örnekler gibi Autocad yardımıyla oluşturulan tüm kesitler sonlu elemanlar
programında modellenerek analiz yapılmıştır. Bu analizlerden tünel çeperinin her
noktasındaki eğilme momenti ve çevresel basınç kuvveti elde edilmiştir. Tünel kesitinin
moment ve basınç kapasitesini kontrol edebilmek amacıyla metro projecisi firmadan; tünel
kesit kalınlığına, donatı miktarına ve beton-çelik sınıflarına bağlı olarak oluşturulan M-N
(eğilme momenti – normal yük) etkileşim grafiği temin edilmiştir (Çeskon, 2003). Burada
tünel çeperinin kesitine (radyal yönde kesit) etkiyen normal yük, eksenel yük değildir,
çevresel kuvvettir (hoop force). Bu moment – normal yük ikilileri, çeşitli yük faktörleri
uygulanarak etkileşim grafiği ile kıyaslanmıştır (Şekil-8).
Buradaki tasarım sürecini daha detaylı açıklayabilmek adına örnek olarak seçilen bir kesit
(Tip 14) üzerinde yapılan denemeler detaylı şekilde aşağıda sunulmuştur. Bu denemelerin
amacı deplasmanları azaltmak ve iksadan kaynaklanan kesme kuveetlerinin yoğunlaştığı alanı
tünel kesitinden uzaklaştırmaktır. Bu sebeple Tip 14 için A, B, C, D ve E olmak üzere 5 farklı
deneme sonlu elemanlar programında modellenmiştir.
Tablo-3. Tip 14 A, B, C, D ve E ankraj geometrileri
Tip 14‐A (s=1.8m) Ankraj sırası Tip 14‐B (s=1.2m) (yukarıdan Serbest açı aşağıya) boy (m) (°) 1 19 10 2 17 10 3 16 10 4 6 10 5 5 25 6 12 30 7 9 30 Tip 14‐C’nin B’den farkı Serbest boy (m) +2m +2m +2m ‐ ‐ ‐ ‐ açı (°) ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Tip 14‐D’nin C’den farkı Tip 14‐E’nin D’den farkı Serbest açı Serbest boy (m) (°) boy (m) ‐ ‐2,5 ˚ +1m ‐ ‐2,5 ˚ +1m ‐ ‐2,5 ˚ +1m ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ +1m ‐ ‐ +1m ‐ +1m açı (°) ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Tablo-3 de de özetlendiği gibi Tip 14A ve B nin serbest ankraj boyları 5-19 m arasında ve
açıları da 10-30° arasında değişkenlik göstermektedir. Tip 14A’da ankrajlar arasındaki
ortalama yatay aralık 1,8 m iken, sonraki 4 denemede 1,2 m’dir. Tip 14C’de üstteki üç sıra
ankrajın boyları 2’şer metre uzatılmıştır. Bir sonraki deneme olan Tip 14D de alttan iki
sıradaki ankraj boyları 1’er metre uzatılmış ve üstten ilk üç sıradaki ankrajların açıları 2,5˚
azaltılmıştır. Sonuncu deneme olan Tip 14E de ise 1., 2., 3. ve 7. sıradaki ankrajlar 1’er metre
uzatılmıştır.
11
Bu denemelerin tümü alışılmış iksa tasarım kriterlerini sağlamaktadır. Ankraj yükleri Tip
14A’da 370-430 kN mertebesinde iken, 14B ve sonraki denemelerde yatay aralığın
sıklaştırılmasından dolayı tüm sıralarda ortalama 40 kN azalmıştır. Tip 14 B, C, D ve E’de
hesaplanan ankraj yükleri aynı sıra için hemen hemen aynıdır. 14A’dan B’ye geçerken ankraj
adedinin artmasından ötürü maksimum deplasman azalmıştır, ancak diğer denemelerde de
deplasmanın gittikçe azalmıştır. Denemelerin genel duraylılığının göstergesi olan PLAXIS
fi-c azaltma faktörleri (Msf) arasında ise, 14A dahil olmak üzere, çok fark yoktur.
Tablo-4. Tip 14 için denenen kesitlere ait analiz sonuçları.
Deneme Ankraj yükleri
Maksimum yatay
Msf
kesiti
(kN)
deplasman(mm)
A
370 – 430
44,49
1,41
B
331 – 391
35,36
1,46
C
334 – 386
32,58
1,43
D
330 – 391
32,81
1,47
E
332 – 392
31,18
1,44
871
tünel
A
B
C
D
E
870
Kot (m)
869
868
867
866
865
864
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
İksa kazıklarından mesafe (m)
Şekil-6. Tip-14 kesiti denemelerinde hesaplanan maksimum tünel deplasmanları. Eksenler
sadece tünel çeperi için geçerlidir, deplasmanlar 100 kat büyütülerek çizilmiştir.
12
Tüm denemelerde taşıma ve deplasman kriterleri sağlandıktan sonra, tünel çeperinin davranışı
incelenmiştir. Tip 14 denemelerindeki değişiklikler sırasında tünel deplasmanları (Şekil-6) ve
tünel çeperindeki momentlerin (Şekil-7) her denemede az da olsa azaldığı gözlenmiştir.
3
tünel
A
B
C
D
E
2
1
0
‐5
‐4
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
‐1
‐2
‐3
Şekil-7. Tip-14 kesiti denemelerinde hesaplanan eğilme momentleri. Moment grafikleri
çekme tarafına çizilmiştir. Moment değerleri radyal doğrultuda tünel çeperinden her
birim uzaklık için 100 kNm/m ’dir.
Tünel kesitinin moment ve basınç kapasitesinin aşılıp aşılmadığını kontrol etmek amacıyla
eğilme momenti – normal yük etkileşim grafiği kullanılmıştır. Her denenen tasarım
modelinde, tünel kesiti üzerinde yer alan sonlu elemanlar düğüm noktalarında oluşan moment
ve eksensel yükler için M+N, 1.5M+1.5N, 1.5M+N, M+1.5N yük kombinasyonları etkileşim
diyagramına işlenmiştir. Tasarımda diyagramın sınırlarını geçmeden grafik içerisinde kalarak
tünel çeperinin taşıma kapasitesini aşmamak amaçlanmıştır. Örnek olarak deneme A ve E’ye
ait grafikler Şekil-8’de sunulmuştur. Bu şekilde görüleceği üzere, en kritik kombinasyon
1.5M+N’dir. Tip 14E’de moment değerleri, kabul edilebilir çoğunlukla etkileşim eğrisinin
içinde kalmıştır.
13
Normal
Normal
Şekil-8. Tip14A ve E için tünel etkileşim grafiği ve moment – normal yük kombinasyonları.
14
B’den sonraki kesitlerdeki küçük değişikliklere karar verirken en çok yararlanılan veri
PLAXIS’in göreceli kesme haritasıdır. Göreceli kesme, her noktadaki kesme gerilmesinin o
noktadaki kesme dayanımına oranıdır. Bu oranın yüksek olduğu bant, duvarın yatay
deplasmanına sebep olan genel kayma hareketinin yoğunlaştığı kısımdır. Tip 14A’nın
göreceli kesme haritasında (Şekil-9) bu bandın kazıya yakın metro hattının tünel çeperinden
geçtiği görülmektedir. Ankrajlar sıklaştırıldığında (Tip 14A’dan B’ye geçiş) göreceli kesme
değerleri düşmüş, ankrajları uzatmak (Tip 14 C, D ve E) suretiyle de kayma bandı tünel
kesitinden ileriye itilmiştir. Bu sayede tünel çeperindeki moment azaltılmıştır.
Tip 14A
Tip 14E
Şekil-9. Tip 14A ve E kesitlerinin analiziyle elde edilen göreceli kesme haritası.
15
Yukarıda Tip 14 için anlatılan “göreceli kesme haritasını baz alarak ankraj değiştirme – sonlu
eleman analizi – tünel çeperi etkileşim grafiğiyle moment ve normal yük kıyaslaması”
döngüsünü metroya komşu tüm kesitler için uygulamak suretiyle bu tiplerin detaylı tasarımı
yapılmıştır.
6. İNKLİNOMETRE ÖLÇÜMLERİ
Birçok büyük kazı projesinde olduğu gibi, iksa duvarlarındaki yatay hareketler, kazı sürecinde
inklinometre ölçümleriyle takip edilmiştir. Projede önerilen inklinometre enstrümantasyonu
uygulama sırasında tatbik edilmiştir. Bu ölçümlerin sonuçları tüm kesitlerde PLAXIS analiz
sonuçlarının
verdiği
yatay
deplasmanlardan
büyük çıkmıştır (Tablo-5). Bunun muhtemel
Tablo-5. İnklinometre ölçümleri ile
analiz sonuçlarının kıyaslanması.
sebebi inklinometrelerin referans noktası olan alt
Kesit
İnklinometre
ile ölçülen
maksimum
deplasman
(mm)
Tip 2
Tip 3
Tip 4
Tip 6
Tip 7
Tip 8
Tip 9
Tip11
Tip12
Tip14
Tip15
17,6
13,5
24,85
19,4
27,85
35,55
22,3
31,9
20,5
23,9
19,85
olan alt uçlarının kazık soket ucundan derine
imemesidir. Bu şekilde yapılan ölçümler kazık alt
ucunu sabit kabul eder. Halbuki sonlu eleman
simülasyonlarına göre alt uç yatay hareket
yapmaktadır.
Analiz tahminleri ve inklinometre ölçümlerinin
kıyaslanması burada yine örnek kesit olarak
seçilen Tip 14 üzerinde yapılmıştır. Bu kıyası tam
anlamıyla yapabilmek için analiz sonuçlarında da
inklinometrelerde yapılan kabulü yapıp kazık
tasarım
analizlerinde
hesaplanan
maksimum
deplasman
(mm)
38,14
48,13
44,27
97,64
36,02
129,17
110,54
55,15
34,21
31,18
24,91
ucunu deplasman için referans alarak (Şekil-10)
incelendiğinde, analizlerde tahmin edilen kazık deformasyonlarının büyüklük olarak
inklinometre ölçümlerine (Şekil-11) yakın olduğu, fakat şeklen farklı olduğu görülmektedir.
Farklar esas olarak iki yerdedir: Birincisi henüz kazının derinlere inmemiş olduğu aşamalarda
ankraj öngerme yüklerinden dolayı sonlu eleman analizlerine göre iksa perdesi toprağa doğru
ilerlerken, ölçümlerde böyle bir hareket gözlenmemiştir. İkinci fark ise kazıkların soket
bölgesindeki deplasmanların azlığıdır. Bu iki fark da sonlu eleman analizlerinin Ankara
Kili’nin pasif direncini gerçeğinden daha az olarak kabul ettiğine işaret eder.
16
880
Kot (m)
875
870
kazı 1
kazı 2
kazı 3
kazı 4
kazı 5
kazı 6
kazı 7
kazı 8
865
860
‐10
0
10
20
30
Yatay Deplasman (mm)
Şekil-10. Tip 14 için PLAXIS analizleri ile
tahmin edilen yatay deplasmanlar
(Toker, 2011b).
Şekil-11. Tip 14 için inklinometre ile
ölçülen yatay deplasmanlar
(İksa, 2011).
7. SONUÇLAR
Metro tünellerine ait ek kriterler de gözetilerek yapılan bu tasarımda, iksa sistemindeki
değişikliklerin perdenin hemen arkasındaki metro tünellerine etkisi irdelenmiştir. Tünel
çeperinin oluşan momentlere dayanıklılığının kontrolü için betonarme interaksiyon
diyagramlarından, iksa sisteminin tünellere etkisini azaltmak için tasarım değişiklikleri
yapılırken ise PLAXIS göreceli kesme haritasından faydalanılmıştır. Sonunda proje başarı ile
tatbik edilmiş, kazı tamamlanmıştır (Şekil-12). Yapılan inklinometre ölçümleri analiz
sonuçları ile karşılaştırıldığında (1) inklinometrelerin kazık ucundan derine inmesi
zorunluluğu görülmüş, (2) sonlu eleman analizinin zeminin pasif direncini olduğundan küçük
olarak hesapladığı sonucuna varılmıştır.
17
D
Şekil-12. Radye ve en alt bodrum katlarının inşası.
TEŞEKKÜR
Jeolojik-jeoteknik rapor, iksa tasarım raporu, ve PLAXIS analiz dosyalarını kullanımımıza
sundukları için TOKER Sondaj ve İnşaat Tic. Ltd. Şti.’ne ; inklinometre raporu için İKSA
Mühendislik ve Müşavirlik İnş. San. ve Tic. Ltd. Şti.’ne ; her türlü yardım, proje bilgisi, ve
fotoğraflar için de PASİFİK İnşaat A.Ş.’ye teşekkürlerimizi sunarız.
KAYNAKÇA
BS 8081 (1989). British Standard Ccode of Practice for Ground Anchorages. British
Standards Institution, London.
Çeskon (2003). Ankara Metrosu 3. Aşama Kızılay Söğütözü Hattı İnşaat İşleri Hat 1 KM
23+872.062 – KM 25+319.48, Hat 2 KM 23+892.056 – KM 25+338.23 Zemin Modellemesi
ve Prekast Segmanların Yapı Analiz Raporu, Çeskon Mühendislik İnş. ve Tic. A.Ş., Ankara.
İksa (2011). Ankara İli, Çankaya İlçesi, Karakusunlar Mahallesi, 27457 Ada 4 Parsel, Geçici
İksa Sistemi Aletsel Ölçüm Çalışmaları Raporu, İksa Mühendislik ve Müşavirlik İnş. San. ve
Tic. Ltd. Şti., Ankara.
Toker (2011a). Ankara Karakusunlar Karma Kullanım Projesi 27457 Ada 4 Parsel, Jeolojik Jeoteknik Raporu, Toker Sondaj ve İnşaat Tic. Ltd. Şti., Ankara.
Toker (2011b). Ankara Karakusunlar Karma Kullanım Projesi 27457 Ada 4 Parsel, İksa
Sistemi Açıklama Raporu, Toker Sondaj ve İnşaat Tic. Ltd. Şti., Ankara.
Yüksel Proje (2003). Metro ve Hafif Raylı Sistemlerin Sonradan Yapılacak Yapılardan
Olumsuz Etkilenmemesi İçin Gereken Kriterler, Yüksel Proje Uluslararası A.Ş., Ankara.
18
Download

metro tünellerinin yanında ankrajlı derin kazı iksası