zemin ankrajı nasıl yapılır
Kazı

Zemin Ankrajı Nedir? Ankraj Kısımları, Sınıfları, Tendonlar


Zemin ankrajı

Zemin ankrajı, üzerine uygulanan öngerme yükünün kayma yüzeyi gerisinde bulunan taşıyıcı zemine aktarılması prensibi ile çalışmaktadır.

Ankrajlar; derin kazıların emniyetli bir şekilde açılabilmesi için kullanılan yatay destek elemanlarından biridir. Kaya veya zemin ortamlarında yapılacak derin kazılarda, kazı sınırında bulunan düşey perde arkasındaki zemin/kayanın stabilitesini arttırmak veya hareketini minimuma indirmek maksadı ile ankraj sistemleri kullanılır.

Zemin Ankrajı kısımları

Kazı aynasında yatay yada eğimli olarak yapılan delgiler sonucu oluşan kuyularda üretilen zemin ankrajı, temel olarak üç ana kısımdan oluşmaktadır; ankraj kafası, serbest ankraj boyu ve ankraj kökü. Zemin ankrajı bölümlerini oluşturan üç ana kısım ve diğer bileşenler Şekil 3.37’ de belirtilmektedir.

Zemin ankrajı bileşenleri
Şekil 3.37: Zemin Ankrajı Bileşenleri

Ankraj kafası

Ankraj halatlarının (tendon), kuyuya yerleştirilmesi ve ankraj kök bölgesi enjeksiyonun tamamlanmasından sonra ankraja hidrolik kriko ile öngermenin uygulandığı kısım “ankraj kafası”dır (Şekil 3.37). Ankraj kökünün taşıyıcı zeminle oluşturduğu direnç kuvveti bu kısımda direkt olarak perdeye aktarılır.

Ankraj kafası, ankrajın son kısmını oluşturur ve bileşenleri ile ankrajın perdeye bağlanmasını sağlar. Bu bileşenler; germe kafası, sıkıştırıcılar (kama, grib), ankraj halatlarının uzantısı (germe boyu) ve taşıyıcı plakadır (Şekil 3.38).

Ankraj kuyusuna, birçok çelik halattan (tendon) oluşan bir halat demeti yerleştirilir. Her bir halat boyca süreklidir ve delgi kuyusu sonundan ankrajın kafa kısmına kadar uzanır. Bu halatlar, ankraj kafa kısmında yaklaşık 80-100 cm. kuyu dışında serbest kalacak şekilde kesilir. 80-100 cm.’lik bu halat uzantısına “ankraj germe boyu” denir (Şekil 3.37). Bu mesafede halatlar germe için kullanılan hidrolik krikoya geçirilerek “ankraj öngermesi” yapılır.

zemin ankrajı ankraj kafası bileşenleri
Şekil 3.38 : Ankraj kafası bileşenleri

Ankraj kafası, eğimli ankrajlarda eğimli olarak üretilmiş olmalıdır. Fakat bu eğim ile halatların geliş doğrultusu arasındaki açı 3°’den fazla olmamalıdır. Aksi halde, uygulanacak öngerme yükünün ankraj sistemine aktarılmasında verim kaybı yaşanacaktır (Şekil 3.39).

Şekil 3.39 : Tavsiye edilen ankraj kafası toleransları

Ankraj serbest boyu

Ankraj serbest boyu, ankraj sisteminin kök ve kafa kısmı arasında kalan, enjeksiyon yapılmamış kısmıdır (Şekil 3.37). Bu kısımdaki halat uzantıları, koruyucu yaka denilen plastik bir elemanla çevrelenmektedir. Koruyucu yaka sayesinde ankraj delgisine gönderilen enjeksiyon, serbest boydaki halatlara etkimeden ankraj kök kısmına iletilir. Böylece, serbest boy içindeki halatlar serbest halde ve enjeksiyona maruz kalmadan bulunur.

Serbest boydaki halatlar, uygulanan öngerme yükü altında elastik sınırda uzama yaparak yük transferini gerçekleştir. Bu yük transferi, öngerme yüküne karşılık ankraj kök kısmında oluşan direnç kuvvetinin perdeye iletilmesidir.

Ankraj serbest boyu kayıcı zemin içinde bulunur.

Ankraj kökü

Ankraj kökü, serbest boy ile ankraj delgisinin sonu arasında kalan kısımdır (Şekil 3.37). Bu kısımdaki halatlar, enjeksiyon ile bağlanarak ve sarılarak bir gövde oluşturur.

Ankraj kafasından verilen öngerme yükü, ankraj serbest boyundan halatlar vasıtasıyla ankraj kök kısmına aktarılır. Kök kısma aktarılan yük, çimento ile oluşmuş gövdenin dış yüzeyinden zemin veya kayaya aktarılır.

Ankraj kök kısmı kayma yüzeyi ardında kalan taşıyıcı zemin sınırlarında tasarlanır ve imal edilir. Bu yüzden ankraj kök kısmına yük aktarımı sonucu perde taşıyıcı zemine bağlanmış olur.

Ankrajların sınıflandırılması

Kullanım sürelerine göre ankrajlar

– Geçici ankrajlar

Geçici ankrajlar, bir proje kapsamında kısa yada belirli bir süre yük taşıması gereken ankrajlara denir. İnşaat sonrası bu ankrajlara gereksinim kalmayabilir yada inşaa edilen yapı sonrası yeni denge durumunda bu ankrajların yük taşıma işlevi ortadan kalkabilir.

Yanal yük karşılamak için kullanılan ankrajın, üretildiği an ile gerekliliğinin ortadan kalktığı an arasındaki süreye ankrajın servis ömrü denir. Bu süre 2 yıl düzeylerinde ise geçici ankraj tasarımı yapılır.

Servis ömrü 6 aydan daha az olacak ankrajlar için korozyon koruması ve sürekli performans gözlemi gereksinimi yoktur. Servis ömrü 6-18 ay arasında olan ankrajlarda ise; yine korozyon koruması fazla önem taşımazken, ankraj performans gözlemi inşaat boyunca takip edilmelidir [20].

Geçici yapıları desteklemekte kullanıldığı için, derin temel çukuru kazılarında iksa perdesini desteklemek için genellikle geçici ankrajlar kullanılır.

– Kalıcı ankrajlar

Kalıcı yapıları desteklemede kullanılan ankrajlara kalıcı ankrajlar denir. Kalıcı ankrajların servis ömrü 75-100 yıl mertebesindedir. Bu tip ankrajlarda, korozyon koruması ve sürekli performans gözlemi önemli ve gereklidir.

imalat tekniklerine göre ankrajlar

Ankraj delgisi esnasında kullanılan delgi tekniği veya ankraj kök bölgesine yapılan enjeksiyon tekniği, ankrajın farklı kök şekillerine ve boyutlarına sahip olmasına neden olur. Bu gibi, imalat tekniklerine bağlı olarak 4 tip ankraj üretilebilir (Şekil 3.40).

zemin ankrajı ankraj tipleri
Şekil 3.40 : İmalat tekniklerine göre ankraj tipleri
A tipi zemin ankrajı

A tipi ankrajların diğer adı “düz şaftlı ağırlık-enjeksiyonlu ankrajlar”dır. Bu tip ankrajların üretimi, kaya ve kohezyonlu katı zemin ortamları için uygundur. Ankraj kuyusunun delgisi rotary ve auger yöntemi ile yapılabilir. Delgi çukurunun stabilitesine göre, ankraj imalatı esnasında muhafaza borusu kullanılabilir.

Kök bölgesi enjeksiyonu, düz şaftlı delgi çukuru içinde tiremi yöntemi ile yapılır. A tipi ankrajlarda kök bölgesinde oluşacak ankraj direnci, çimento gövdesi – zemin yüzeyi arasındaki sürtünme direncine bağlıdır.

B tipi zemin ankrajı

B tipi ankrajların diğer adı “düz şaftlı basınç-enjeksiyonlu ankrajlar”dır. Bu tip ankrajların üretimi, zayıf kaya ve çakıllı zeminler ortamları için uygundur. Ayrıca iyi boylanmış kohezyonsuz zeminlerde de B tipi ankraj uygulanabilir. Ankraj çukurunun delgisi muhafaza boruları kullanılarak, rotary ve auger yöntemleri ile yapılabilir.

B tipi ankrajların kök enjeksiyonu, 0.35 MPa’dan daha fazla basınçla çimentonun kök bölgesine verilmesi ile yapılır. Enjeksiyonun basınç altında yapılmasından dolayı, kök bölgesindeki normal basınç artar ve çevredeki zemin malzemesi sıkışır. Sonuç olarak, kök bölgesi radyal olarak genişler. Bu teknikle üretilen ankrajlarda kök direnci, tiremi metodu ile yapılan enjeksiyonlu köklere göre daha fazladır.

C tipi zemin ankrajı

C tipi ankrajların diğer adı “ikincil enjeksiyonlu ankrajlar”dır. Öncelikli olarak kohezyonsuz zeminlerde, buna ek olarak katı kohezyonlu zeminlerde bu tip ankrajlar uygulanabilir.

Bu tip ankrajlarda, ilk olarak ağırlık-enjeksiyonu ile kök gövdesi oluşturulur. İlk enjeksiyonun yapılmasından 1-2 gün sonra, tendonlara önceden yerleştirilmiş özel tüpler içinden yüksek basınçlı ikincil enjeksiyon yapılır. İkincil enjeksiyon sonucunda, çimento zeminde mikro kırıklar oluşturarak düzensizce ilerler. Sonuç olarak, ankraj kök bölgesi zemine doğru genişlemiş olur.

D tipi zemin ankrajı

D tipi ankrajların diğer adı “delgi içinde genişletilmiş ankrajlar”dır. Sert kohezyonlu zeminlerde bu tip ankrajlar uygulanabilir. Bu tip ankrajlarda, kök enjeksiyonu tiremi metodu ile yapılırken özel aletlerle kök bölgesi genişletilir. Bu teknikle üretilen ankraj larda, çimento gövdesi – zemin yüzeyi arasındaki kesme direncine ek olarak uç direnci de ankraj kök direncine dahil olmaktadır.

Zemin Ankrajı malzemeleri

Enjeksiyon malzemeleri

Ankrajlarda kullanılan enjeksiyonun görevi, kök bölgesinde tendonlarla birleşerek bir yük aktarma yapısı oluşturmaktır. Bu yapıya, “ankraj kök gövdesi” denildiği daha önce belirtilmişti.

Kaya veya zeminde yapılan ankraj enjeksiyonunda tipik olarak agrega içermeyen çimento kullanılır. Geniş çaplı ankraj kökü için kum-çimento enjeksiyonu da kullanılabilir.

Yüksek hızlı mikserde hazırlanan çimento-su karışımında, su/çimento ağırlık oranı 0.4-0.55 aralığında olmalıdır. Katkı malzemeleri ve su, miksere önce atılmalı ve sonra çimento atılarak en az 3 dk. karıştırılmalıdır.

Enjeksiyon malzemesi olarak, Standard Portland çimentosu (Tip I) pek çok proje için yeterli olacaktır, fakat bu çimento kimyasal etkilere karşı fazla dayanıklı değildir. Zemin ortamındaki kimyasal etkilerin varlığı önceden belirlenmiş ise, Portland çimentoya sülfat direnci sağlayan katkı (Tip II) ve priz hızlandırıcı (Tip III) eklenmelidir.

Genel olarak, çimento malzemesi çapı maksimum 44-100 μm. arasında olmalıdır. Bu çapta malzeme kullanılması ile enjeksiyonun, permeabilitesi 5*10-6 cm/s’den düşük zemine kaçması engellenir.

Enjeksiyon hazırlanırken kullanılacak su, bakteri içermeyen her türlü temiz su olabilir.

Tendonlar

Tendon, ankraja verilen öngerme yükünü ankraj kök bölgesine iletir. Bunlar; yüksek yük taşıma kapasitesine sahip ve elastik uzama kabiliyeti olan çelik donatı çubuklarından, öngermeli tel halatlardan veya öngermeli sarmal tel halatlardan oluşabilir.

Çelik donatı çubukları; düşük ankraj uzunluğuna sahip ve düşük ankraj yükü gerektiren proje noktalarında kullanılması ekonomik olarak daha uygundur. Çubuklar 26, 32, 36, 45, 64 cm. çaplarında olabilmektedir.

Öngermeli tel halatları; genellikle soğuk dökme düz karbon çelikten üretilir. Tel çapları, 5-8 mm. arasında değişebilir. 5mm. çapa sahip bir öngermeli tel halat genel olarak, 1670 N/mm çekme direncine ve 184000 N/mm elastisite modülüne sahiptir. Bir ankraj delgisinde sayısız adet öngermeli tel halat kullanılabilir.

 Öngermeli sarmal tel halatları; 4 ile 20 arasındaki tel halatların bir araya getirilip, bükülerek sarmal form kazanması ile elde edilir (Şekil 3.41).

Şekil 3.41 : Öngermeli sarmal tel halat demeti üzerinde merkezleyici ve aralayıcı

Tendon merkezleyiciler ve aralayıcılar

Aralayıcılar ve merkezleyiciler, ankraj kök bölgesinde tendon demeti arasında enjeksiyonun rahatlıkla yapılabilmesi ve tendon demetinin delgi içerisinde merkezde kalmasını sağlayan araçlardır. Bu araçlar, paslanmaz malzemeden imal edilir. Aralayıcılar, halat demeti içinde 6-13 mm.’lik bir enjeksiyon boşluğu oluşturur. Serbest boyda ve kök boyda kullanılırlar. Serbest boyda, halatların dolaşmasını sağlar ve birbirleri ile etkileşime girmesini engeller. Kök kısmında, halatlar arasında enjeksiyonun rahat ilerlemesini sağlar. Ayrıca, halat demetinin geometrisini muhafaza eder. Genellikle, halatlar üzerinde 3 m. aralıklarla kullanılır. Merkezleyiciler ise, tendonun delgi içerisinde merkezde yer almasını sağlar. Kök bölgesinde, tendon demeti dışında 13 mm.’lik enjeksiyon boşluğu oluşturarak, tendon demeti çevresinde üniform enjeksiyon kalınlığı elde edilmesini sağlar. Merkezleyiciler sağlıklı bir şekilde yerleştirilmediği vakit, tendon delgi içerisinde zemin malzemesi ile örtülebilir. Bu durumda, tendonla enjeksiyon yeterli temas oluşturamaz ve ankraj yeterince yük taşıyamaz.

Şekil 3.41’de öngermeli sarmal tel halat demetinden oluşmuş ankraj tendonunda merkezleyici ve aralayıcılar görülmektedir.

Zemin Ankrajı imalat esasları

Ankraj imalatı oldukça önemli olup, deneyim ve titizlik gerektirmektedir. İmalat esnasında yapılacak eksiklik veya yanlışlıklar, ankrajda yük kaybına hatta ankrajın tamamen çalışmamasına neden olabilmektedir.

Genel olarak ankraj imalatı şu aşamalardan oluşmaktadır;

  • Ankraj delgisi
  • Ankraj tendonunu yerleştirilmesi
  • Enjeksiyon yapılması
  • Öngerme yükünün verilmesi

Ankraj delgisi

Ankraj delgisine başlamadan evvel, betonarme perdelerde ankraj noktası için karotla perde üzerinde delik açılmalı (Şekil 3.42). Kazıklı perdelerde ise ankraj delgisi, kazıklar arasından direkt olarak zemin yüzeyinden yapılır.

Ankraj delgisi esnasında kullanılabilecek teknikler; rotary, darbeli ve iki tekniğin birlikte kullanılmasıdır. Delgi için tercih edilecek tekniğin şu ihtiyaçları karşılaması gerekir;

-zemini fazla bozmamalı

-delgi esnasında çukur stabilitesi sağlanmalı

zemin ankrajı karot delgi
Şekil 3.42 : Betonarme perdelerde ankraj öncesi karot delgisi

Delgi esnasında çıkan zemin malzemesi kontrol edilmeli. Hedeflenen hacimden fazla malzeme çıkıyor ise delgide göçme söz konusudur.

Kendini tutabilen zeminlerde, rotary sisteme bağlı auger (burgu) tekniği kullanılabilir.

Sert kayalarda, darbeli delgi tekniği kullanılması uygundur. Sık ve ani darbeler, kayanın ayrışmasını sağlayarak delgi hızını arttırır.

Yumuşak zeminler için rotary sistem tavsiye edilmektedir.

Göçebilen killerde yapılan delgilerde muhafaza borusu kullanılmalıdır.

Delgi esnasında zaman zaman sapmalar olabilmektedir. Ankrajlar arası yatay aralığın 2 m. ve daha fazla olduğu projelerde, izin verilir delgi sapması 2°’dir. Fakat yatay aralığın düşük olduğu, tabakalı zemin ortamlarında izin verilir delgi sapması 1°’dir ve delgi sapması takip edilmeli [20].

Ankraj tendonunu yerleştirilmesi

Ankraj delgisinin tamamlanmasından sonra hazır hale getirilmiş ankraj tendonu vakit kaybedilmeden delgi içerisine yerleştirilmelidir.

Ankraj tendonu hazırlanmasının ilk aşaması, uygun boylarda halatın kesilmesi yada çelik çubuğun birleştirilmesi ile başlar. Uygun boydan kasıt; ankraj kök boyu, ankraj serbest boyu ve germe boyunun toplamıdır (Şekil 3.43).

Projede belirtilen sayıda halatın kesilmesinden sonra bu halatlar merkezleyici ve aralayıcılar eşliğinde projeye uygun geometride birleştirilir. Birleştirmeyi sağlamak için inşaat çelik telleri de kullanılır (Şekil 3.44).

Birleştirilmiş öngermeli sarmal halatların oluşturduğu halat demetinde, ankraj kök boyu haricindeki kısım polietilen kaplama borusu ile sarılır. Böylece serbest bölgeye enjeksiyon girmesi önlenir (Şekil 3.45)

Şekil 3.43 : Öngermeli sarmal halat kesimi
Şekil 3.44 : Öngermeli sarmal halatın uygun geometride birleştirilmesi.

Şekil 3.45 : Serbest boyun kaplama borusu ile kaplanması.

Serbest boyun kök bölgesi ile geçiş yaptığı nokta, kaplama borusunun sonudur. Bu noktada izolasyon yapılarak kök bölgesi enjeksiyonunun serbest boya geçmesi önlenmelidir. Bunu sağlamak için köpük malzemesi ile kaplama borusu sonu kapanır ve izolasyon malzemesi ile iyice sarılır (Şekil 3.46).

Şekil 3.46 : Serbest boy ve kök

İzolasyon sağlandıktan sonra polietilen enjeksiyon hortumu (tüpü) montajı yapılır. Enjeksiyon hortumu serbest boyda kaplama borusunun dışında kalırken, kök boyunda merkezleyicilerin içerisinden geçirilir (Şekil 3.47).

Şekil 3.47 : Ankraj demetine enjeksiyon hortumu montajı

Bu şekilde öngermeli sarmal halatlardan oluşan ankraj tendonu, delgi içerisine insan gücü ile yerleştirilir (Şekil 3.48).

zemin ankrajı tendonların yerleştirilmesi
Şekil 3.48 : Ankraj tendonun delgi içerisine yerleştirilmesi

Enjeksiyon Yapılması

Ankraj tendonun delgi içerisine yerleştirilmesinden hemen sonra kök bölgesine yönelik enjeksiyon, kuyu ağzındaki enjeksiyon hortumu ile yapılmalı.

Enjeksiyon esnasında dikkat edilecek hususlar “enjeksiyon malzemeleri” ve “imalat tekniklerine göre ankrajlar” kısımlarında aktarılmıştı.

Şekil 3.49’da enjeksiyonu tamamlanmış ankrajlar görülmektedir.

Zemin ankrajı enjeksiyon
Şekil 3.49 : Enjeksiyonu tamamlanmış ankrajlar

Öngerme yükünün verilmesi

Enjeksiyonun tamamlanmasından 10 gün sonra ankrajın öngermesi yapılabilir. Enjeksiyon malzemesine katılacak priz hızlandırıcılarla bu süre 6 güne kadar düşürülebilir.

Ankraj öngermesi, ankraja servis yapacağı yükün verilmesi işlemidir. Bu esnada ankraj üzerinde yapılacak testlerle, ankrajın yük taşıma performansı da ölçülür. 

Germe makinası, gövde ve çekme kafasından oluşmaktadır. Ankraj tendonları, germe makinesinin gövdesinden geçiririlir. Daha sonra, tendonlar germe başlığı içine yerleştirilir ve gribler ile sıkıştırılır (Şekil 3.50). Bundan sonra, germe makinesinin bağlı olduğu basınç ünitesi ile ankraj kademeli olarak gerilir. Basınç kademelerinde, tendonların uzama miktarları ölçülerek ankraj testleri yapılır.

Geçici ankrajlarda, germe işlemi bittikten sonra ankraj performansı da yeterli bulunmuş ise germe boyunu oluşturan tendonlar kesilebilir.

zemin ankrajı tendon
Şekil 3.50 : Ankraj tendonlarının germe makinesine yerleştirilmesi.

Ankraj tasarım esasları

Çok sıra ankrajlı perde tasarımında izlenilmesi gereken basamaklar, sırası ile 12 adımda şöyle özetlenebilir;

  • Adım 1 – Projeye ait bütün bilgiler toplanmalı. İnşaat sınırı çevresindeki kalıcı ve geçici yük durumları belirlenmeli. Kazı çukurunun ne kadar süre ile desteklenilmesi gerektiği belirlenmeli, buna göre kalıcı veya geçici ankraj sistemine karar verilmeli.
  • Adım 2 – Kazı sahasını oluşturan zemin yada kaya profili çıkarılmalı ve zemin/kaya özellikleri belirlenmeli.
  • Adım 3 – Hesapta kullanılacak zemin parametreleri belirli güvenlik sayıları etkisinde belirlenmeli.
  • Adım 4 – Kazı esnasında, düşey destek perdesine etkiyecek yanal toprak basıncı dağılımı belirlenmeli. Oluşturulan basınç diyagramına; su basıncı, sürşarj yükü ve gerekirse sismik yükler de eklenerek perdeye etkiyecek toplam basınç diyagramı oluşturulmalı. Toplam basınç diyagramları, her kazı kademesi için ayrı ayrı da hesaplanmalı.
  • Adım 5 – Yaklaşık düşey aralıklarla ankraj noktaları belirlenir. Her kademedeki yatay ankraj yükleri ve perde üzerindeki eğilme momentleri hesaplanır. Eğilme momenti ve yatay ankraj yüklerinin fazla çıkması durumunda, ankraj düşey aralıkları optimum sonuç verecek şekilde revize edilmeli.
  • Adım 6 – Uygun zemin/kaya tabakası ve yeraltı yapıları dikkate alınarak, ankraj eğim açısı belirlenir
  • Adım 7 – Eğim açısı belirlendikten sonra, ankraj noktalarındaki yatay yükler tekrar çözülür. Bunun sonucunda, ankraj üzerindeki yük ve ankraj yükünün yatay yük bileşeni hesaplanır.
  • Adım 8 – Ankraj yatay aralıkları belirlenir.
  • Adım 9 – İmalat esnasında kullanılacak ankraj tipi seçilir.
  • Adım 10 – Düşey destek perdesinin düşey ve yanal yük taşıma kapasitesi kontrol edilir. Bu kontrolde, ankraj yüklerinin düşey bileşeni de dikkate alınmalı. Gerekirse, perde kesitleri revize edilir.
  • Adım 11 – Ankraj sisteminin içsel ve dışsal stabilite analizi yapılmalı. Gerekirse, ankraj geometrisi revize edilir.
  • Adım 12 – Düşey destek perdesinin, yapabileceği maksimum yatay deplasman ve zemin üzerinde yapabileceği maksimum oturma belirlenmeli. Sınır şartları aşılması durumunda, tasarımda revize yapılmalı.

 

Kaynak

Faruk SEFİ

YARI-TOP-DOWN İNŞAAT YÖNTEMİNİN ÇOK SIRA ANKRAJLI İKSA ÜZERİNE ETKİSİ

Paylaşmak Güzeldir

Bunlar da hoşunuza gidebilir...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir