Derin Kazı Yöntemleri

Kazı konusu inşaat işlemlerinin başlangıç ve en temel konularındandır. Kazı türleri ve yöntemleri, inşa edilecek yapı, yapının inşa edileceği alan ve çevresi ile zemin cinsi gibi farklı faktörlere bağlıdır. Şüphesiz ki diğer tüm kazı yöntemleri içerisinde en riskli olan ve detaylı analizler ile kazı şeklinin belirlenmesi geren kazı türü derin kazılardır.

Derin kazı yöntemleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir;

1. Açık Kazı (Serbest Şevli Kazı) Yöntemi
2. İçten İksalı Kazı Yöntemi
3. Ada Kazı Yöntemi
4. Yukarıdan Aşağıya (Top-Down) Kazı Yöntemi
5. Anolu Kazı Yöntemi
6. Aç–Kapa Kazı Yöntemi
7. Kuyu Tipi Duvar Yöntemi
8. Ankrajlı Kazı Yöntemi
   1. Pasif Ankrajlı (zemin çivili) Kazı Yöntemi
   2. Öngermeli Ankrajlı (zemin çivili) Kazı Yöntemi

Yukarıda sayılan bu yöntemlerde dikkat edilmesi gereken hususlar ile avantaj ve dezavantajları ayrı başlıklar halinde inceleyelim. Ayrıca diğer kazı türleri ile ilgili detaylı yazıya da buradan ulaşabilirsiniz.

1. Açık Kazı (Serbest Şevli Kazı) Yöntemi

Açık kazı yöntemi, çevre yapıların açık kazılar yapılmasına engel teşkil etmediği durumlarda uygulanan kazı yöntemi olup destekli kazılara göre yapılması daha ekonomiktir. Kazının duraylılığını belirleyen faktörler, genel olarak kazının derinliği, eğimi ve yeraltı suyu durumudur.

En çok tercih edilen kazı yöntemi olan açık kazı yöntemi, eğimli açık kazı ve konsol iksalı olarak uygulanabilmektedir. Eğimli açık kazı uygulamasında, kazı için herhangi bir iksa elemanına veya istinat yapısına gerek yoktur. Kazı, belirli bir eğimle istenilen derinliğe kadar yapılır.

İstenilen kazı derinliğine zemin parametreleri (kohezyon, kayma açısı) dikkate alınarak kademeli şev ve palyelerle inilmektedir. Bu yöntem; kendini tutabilen yani kohezyonu yüksek zeminlerde tercih edilir. Açık kazı yönteminin avantajı, herhangi bir destek elemanı kullanılmadığı için kısa sürede yapılabilir olmasıdır. Ancak destek elemanı kullanılmaması şev veya palye yapımı zorunlu kılmaktadır. Bu nedenle taşınması gereken zemin miktarı artmaktadır. Sahanın uygunluğuna ve yapılacak olan derinliğe göre maliyet açısından avantajlı veya dezavantajlı olabilmektedir. Geçmiş yıllarda sıkça tercih edilmiş olsa da, günümüzde yer kısıtlamasından ve daha pratik yöntemler geliştirilmesinden dolayı çok fazla kullanılmamaktadır. Maden ve kil ocaklarında, çevresel atık depolama alanlarında ve baraj hazne kazılarında kullanılan bir yöntemdir.

Granüler(Kohezyonsuz) zeminlerde sızıntı kuvvetleri kontrol edildiği sürece duraysızlık kazı tabanından aşağı inmemektedir. Kohezyonlu zeminlerde ise duraysızlık şevleri olduğu kadar kazı tabanındaki malzemeyi de içerisine alacak biçimde gelişebilir. Taban kabarması olarak da tanımlanan bu tür duraysızlık zemin türü, dayanımı ile kazı derinliği, şev ve palye geometrisi, yer altı suyu koşulları ve yapım yönteminden etkilenir. Kayaçlarda ise kazı derinliği, eğimi, çatlak sistemi ve yer altı suyu etkendir.

2. İçten İksalı Kazı Yöntemi

İçten iksalı kazı yöntemi, kazı yapılırken yatay toprak basıncının, kazı aynası önüne yapılacak yatay iksa elemanları ile desteklenmesi yoluyla yapılan yöntemdir. Ülkemizde son zamanlarda inşaat alanlarının yetersizliğinden dolayı kullanımı giderek artan bir kazı-destek sistemidir.

İçten iksalı kazı yöntemi; iksa elemanı, göğüsleme kirişi, dikme ve köşebent gibi elemanlar ile yapılan yöntemdir. Göğüsleme kirişi oluşan yanal toprak basınçlarını yatay elemana aktarırken, köşebentlerde ana kirişin boyunu belirli aralıklarla bölerek tali kiriş görevi görmekte ve yatay eleman ihtiyacını en aza indirmektedir. Dikmeler, destek elemanının burkulma boyunu azaltarak sistemin burkulmadan dolayı göçmesini önlemektedir. Yatay destek elemanı olarak çelik borular kullanılmakta ve bu elemanların montajı kaynakla veya bulonlarla yapılmaktadır. Bu yöntemin en büyük avantajı, her genişlik ve derinlikteki kazıda uygulanabilir olmasıdır. Yöntemin dezavantajı ise kazı çukuru içinde yer alan yatay ve düşey elemanlar nedeniyle kazı isleri zorlaşmakta ve yavaşlamaktadır. İçten iksalı kazı
yöntemi Şekil 1.3’te gösterilmiştir

3. Ada Kazı Yöntemi

Ada kazı yöntemi, içten destekli kazı yöntemi ve açık kazı yöntemi gibi birçok kazı yönteminin birleşimi gibi düşünülebilir. Bu kazı yönteminin uygulanabilmesi için diğer yöntemlerde olduğundan daha büyük kazı alanının olması gerekmektedir. İnşa edilecek olan yapının soğuk derz oluşturulmaya uygun projelendirilmiş olması gerekmektedir. Kazı alanı tamamen kazılmadan, çekirdek kısmının kazısı yapılır ve düşey iksa elemanlarına yakın kısımların topuk vazifesi görmesi için şevli yapılır. Binanın çekirdek kısmının kazısı yapıldıktan sonra şevli kısımlar kazılarak düşey iksa elemanları ile bina arasında iksa elemanları oluşturulur. Binanın diğer bölümleri yapılırken içten iksalar sırasıyla sökülür.

Yapım aşamasında zaman açısından oldukça avantajlı bir yöntemdir. Bu yöntemde; içten iksalı kazı yöntemine oranla daha az iksa elemanı, dolayısıyla daha az maliyet ve isçilik gerektirir. Özenli yapılmayan bina ile iksa elamanı bağlantıları, kurulum ve söküm aşamasında sorun oluşturabilir. Ayrıca yeteri derecede pasif direnç oluşturmayacak halde yapılan topuk kısmı, aşırı deformasyona ve özellikle yumuşak zeminlerde göçmelere neden olabilir.

Destek elemanları, belirli genişlikteki yapıya dayandığı için hem yatay destek elemanlarının boyu küçülmekte hem de sayıları azalmaktadır. Böylelikle çelik elemanların burkulma boyu küçülüp burkulma problemlerinin önüne geçilmektedir. Yüksek bir maliyet kalemine sahip olan çelik eleman metrajı azalarak daha ekonomik bir çözüm sağlamaktadır.

Avantajı çok olduğu gibi; hafriyat, iksa ve üst yapı işlerini birlikte uygulanabilinmesi ve iksa sistemi önüne şevli kademeler oluşturacak kadar yeterli alan olmadığı uygulamalarda tercih edilemeyen bir yöntemdir.

4. Yukarıdan Aşağıya (Top-Down) Kazı Yöntemi

Yukarıdan aşağıya kazı yönteminde kazı, arazi üst seviyesinden temele doğru ilerlemektedir. Kazı işlemi kademeli olarak yapılır. İlk olarak düşey iksa elemanı (kazık, diyafram duvar vb.) inşa edilir. Yanal destek için yapılan düşey iksa elemanları, yapının taşıyıcı elemanı görevini de yapmaktadır. Bina için yapılan kirişler ve döşemeler de yatay destek elemanı görevini üstlenmektedir. Bu kazıdaki destek elemanları şekilde gösterilmiştir.

Bu yöntemin avantajı, kazı-yapı işlemlerinin birlikte yürütülmesi ve kazı işlemi tamamlandığında binanın zemin seviyesinin altında kalan bölümünün tamamlanmış olmasıdır. Bu işlem ciddi zaman kazanımı sağlamaktadır. Dezavantajlarından en önemlisi ise pahalı bir kazı-destek sistemi olmasıdır.

5. Anolu Kazı Yöntemi

Anolu kazı yöntemi, büyük boyutlu kazı alanlarını belirli sınırlar içerisinde küçük parçalara bölerek oluşacak deformasyonu ve yanal itkiyi minimize eder. Derin kazılarda oluşabilecek deplasmanları azaltmak amacıyla geniş kazı çukurları oluşacak kazılarda; kazının tamamını bir anda yapmak yerine kazı alanının birkaç parçaya bölünmesiyle ve değişik zamanlarda yapılır. Böylelikle kazı aynasının ölçüleri ve oluşacak deplasmanlar azaltılmış olur. Aşağıda kazının anolar halinde yapılışı gösterilmiştir.

Anolu kazı sisteminde yapılacak anoların uzun ve kısa kenarlarının boyutları daha az deformasyonların oluşması için mümkün olduğunca birbirine yakın seçilmelidir.

6. Aç–Kapa Kazı Yöntemi

Aç–kapa kazı yöntemi, tünel gibi uzun ve dar yapıların inşasında kullanılmaktadır. İlk olarak yan cephelerde inilmesi gereken derinliğe kazıklı sistem veya betonarme perde ile inildikten sonra üst kısım açılmaya başlayarak kazı kotuna kadar kazı işlemi yapılır. Projenin tavan kısmı kaplaması yapılıp daha sonra üst kısım doğal arazi kotuna kadar tekrar doldurulur. Bu yöntemde en önemli problemlerden bir tanesi, yeraltı su seviyesidir. Eğer projeyi etkileyen yüksek yeraltı su seviyesi var ise uygun yöntemlerle drene edilmelidir.

Yeraltı çalışmalarında, şebeke yapılarının yapımında ve son zamanlarda yüzeye yakın metro projelerinde yüzeydeki istasyon bağlantı noktalarında sıkça kullanılmaktadır. Yapı-maliyet dengesi sağlanabilmesi için yaklaşık olarak 10m yüksekliklerde uygulanmalıdır. Aşağıda aç-kapa kazı yönteminin uygulanışı gösterilmiştir.

Maliyet ve iş yükü açısından aç-kapa kazı yöntemi, klasik tünel açma yönteminden daha ucuz ve daha kolay bir yöntemdir. Bu yöntemin en büyük dezavantajları, şehir içi projelerinde mevcut yapıların bu yöntemi kullanmaya olanak vermemesi, çevre kirliliği, trafik akışını engellemesi, yüksek gürültü oluşturmasıdır.

7. Kuyu Tipi Duvar Yöntemi

Kuyu tipi duvar yöntemi, yeterli genişlikteki ve desteksiz haldeki zeminin stabilitesini sağlayacak derinlikte kazının yapılmasından sonra yatay destekler ile kuyu desteklenerek yapılan kazı yöntemidir. Yatay destek elemanlar; genelde ahşap kalıp ve kamalardan oluşmakta ve belirli noktalarda çelik elemanlar ile desteklenmektedir. Aşağıda kuyu tipi duvar yönteminde yatay destek elemanı olarak kullanılan ahşap kalıplar gösterilmektedir.

Kazı işlemi nihai kazı kotuna kadar kademeli bir şekilde açıldıktan sonra aşağıdan yukarıya doğru duvar imalatına başlanır. Kuyu tipi betonarme duvarlar 1,5–3,0m genişliğinde anolar halinde yapılırlar. Beton döküm işleminde tremi borusu kullanılır. Duvar yapımı iksa üst kotuna kadar tekrarlanır. Yer altı suyu, kuyu derinliğinin altında olmalıdır. Aşırı gevşek zeminlerde uygulaması oldukça zor olup, kumtaşı ve kiltaşı gibi kaya özelliği gösteren zeminlerde iyi sonuçlar verir.

8. Ankrajlı Kazı Yöntemi

Ankrajlı kazı yönteminde yapılan düşey iksa elemanları ile diğer kazı yöntemlerdeki düşey iksa elemanları hemen hemen aynıdır. Ancak bu yöntemde kullanılan yatay iksa destek elemanları ankrajlardır. Diğer kazı yöntemlerinden ayıran temel özelliktir. Bu yöntemde yatay iksa elemanı ankraj ile düşey iksa elemanlarının arkasındaki zeminden karşı direnç sağlanır. Diğer kazı yöntemlerinde bu destek, iksa sistemini ön tarafından yani kazı yapılan kısımdan sağlanır. Aşağıda ankarajlı kazı yöntemi gösterimleri verilmiştir.

Ankrajlı kazı sisteminin en önemli avantajlarından biri; çekme dayanımına sahip olmayan zeminin içerisine çelik donatı veya halatlar yerleştirilip zemine çekme dayanımı kazandırmaktır. Çelik malzeme yerleştirilen zemin, çekme mukavemeti kazanarak bir seviyeye kadar yanal itkilere karşı koyabilmektedir. Ankraj destek elemanları ile yapılan kazı yönteminde diğer bir avantaj ise; destek elemanları kazı alanının dışında olması nedeniyle çalışmak için geniş bir alan sağlamasıdır.

Ankrajlı kazı sisteminin en önemli dezavantajı; zeminin içyapısının tamamen bilinememesidir. Ankraj delgisi yapılan kuyu içinde yumuşak zemin tabakaları, basınçlı yeraltı suları ve zamana bağlı olarak zemin içerisindeki minerelojik yapıdan kaynaklı oluşan erime ve bozulmalar ile karşılaşılması; zeminin iç yapısına tamamen hakim
olunamamasından kaynaklanan problemlerdir. Bu gibi durumlar ile karşılaşılması hem zaman kaybı hem de ekip ve ekipman yıpranmasıyla büyük sıkıntılara yol açmaktadır. Ayrıca beklenenden farklı çıkan kuyuların enjeksiyon yapım aşamasında, enjeksiyonu tam yapılamamasından dolayı kuyunun germe aşamasında istenilen tasarım yükünü taşıyamaması sebebiyle yapılan imalatın başarısız olduğu durumlar ile karşılaşılabilmektedir.

Ankraj destekli kazı yöntemi iki başlık altında toplanmaktadır;

1. Pasif Ankrajlı (zemin çivili) Kazı Yöntemi
2. Öngermeli Ankrajlı Kazı Yöntemi

8.1. Pasif Ankrajlı (zemin çivili) Kazı Yöntemi

Pasif ankrajlı kazı yöntemi, kazı esnasında kullanılan ankraj elemanına herhangi bir ön yükleme yapmadan tamamen zemin aktif hale geçtikten sonra devreye girmesiyle yapılan kazı yöntemidir. Bu yöntem, bir yamaçta donatı gibi çalışarak yamacı güçlendirir ve yamacın tek bir parça gibi çalışmasını sağlar .

Pasif ankrajlı kazı yöntemi daha çok kaya veya kendini tutabilen sert zeminlerde tercih edilmektedir. Deplasman esnekliği daha fazla ve derinliği daha az olan derin kazılarda uygulanmaktadır. Yeraltı su seviyesi yüksek olan zeminlerde uygulanması planlanıyorsa suyun drene olması için uygun aralıklarla barbakan delikleri bırakılmalıdır. Ayrıca bu deliklerin ucu ve etrafı keçe veya benzeri bir madde ile sarılmalıdır

8.2. Öngermeli Ankrajlı (zemin çivili) Kazı Yöntemi

Öngermeli ankrajlı kazı yöntemindeki öngermeli ankrajın görevi; düşey iksa elemanlarına etkiyen yanal itkiyi kayma dairesinin dışında kalan zemine aktarıp bu kısımdaki zeminin kayma mukavemetine bağlı olarak oluşan yükü taşımak ve sistemin güvenliğini sağlamaktır. Ankrajlara taşıtılabilen toprak itkisinden gelen yanal yük, ankraj aralığına bağlı olarak değişebilmekte olup ortalama olarak 200kN ile 1000kN arasındadır.

Geniş çalışma alanı sağlaması, kazının yataya dik yapılabildiğinden yerden kazanma, kısa sürede imal edilebilme ve düşük maliyetle yapılması öngermeli ankrajlı kazı yönteminin avantajlarıdır.

Yöntemin dezavantajları ise; taşıma gücü düşük olan zeminlerde ankraj yeterliliğinin düşük olması ve yeraltı suyu basıncının yüksek olduğu uygulamalarda delgi yapmanın zor olmasıdır.

Yapı Çukuru Kazılırken Alınacak Önlemler yazımızı da incelemenizi öneririz.

Kaynaklar:
Halime Çağrı GÖKÇEK-DERİN KAZILAR NEDENİ İLE OLUŞAN DEPLASMANLARIN İLERİYE VE GERİYE DOĞRU ANALİZİ
Aliihsan KARAOSMANOĞLU-DERİN KAZIDA FARKLI İKSA SİSTEMLERİNİN KULLANIMI
Merve ÇOPAN-DERİN KAZILI İKSA SİSTEMİNİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZİ: İSTANBUL - BASF TEKNOPARK ÖRNEĞİ
Clayton, C. R. I., Matthews, M. C. ve Simons, N. E., 1995. Jeoteknik Saha İncelemesi,Çev. Çetin, H., Kayabalı, K. ve Arman, H., Gazi Kitabevi
Dayıoğlu, M., 2010. Derin Kazıların İncelenmesi ve Derin Kazı Uygulaması Üzerine Bir
Örnek: Harbiye Kongre Merkezi Derin Temel Kazısı
Aslan, V., 2017. Derin Kazıların Sayısal Analizi İçin Parametrik Bir Çalışma