Zemin Çivisi Nedir? Nasıl Uygulanır?

Zemin çivileri, derin kazı ile yapılan yapılarda kazı durabilite uygulamalarında ve şev stabilitesinin desteklenmesinde zemin yüzeyinden zemine yük aktarımını sağlayan bir destekleme elemanıdır. Zemin çivileri genellikle çelik çubuk veya fiber halat donatılardan oluşmaktadır, zemine yük aktarımını güvenli bir şekilde yapmak ve korozyona karşı koruma sağlayabilmek amacıyla genellikle delik içerisindeki boşluklar çimento enjeksiyonu ile doldurulmaktadır. Aynı zamanda, delik içerisine doldurulan enjeksiyon çevre etki alanını genişleterek birim boyda etkili olan çevresel etki kuvvetini arttırmaktadır.

Ayrıca zemin çivileri ile yapılan destekleme sistemlerinde sistem üzerine yapılacak olan şevi kapatma amaçlı kaplama işlemi önemli bir yapıdır. Kaplama işlemi, zemin çivileri ile desteklenen yüzeyin aktif bölgelerinin stabil olarak kalmasında etkili bir rol oynamaktadır. Aşağıda tipik bir zemin çivisi uygulaması kesiti görülmektedir.

Zemin çivisi en basit ifade ile zemin yüzeyine tesis edilmiş pasif ankraj olarak tanımlanabilir.

Çiviler

Zemin çivileri, korozyona karşı korunma derecelerine ve tesis edilme yöntemlerinin dayandığı esasa göre şu şekilde sınıflandırılabilirler:

Çakma çiviler

Bu sistem ile tesis edilen zemin çivileri geçici nitelikte takviye uygulamaları için kullanışlıdır. Çakma rirjitliğini arttırma için 15-46 mm çapındaki çelik donatı elemanlarından oluşan bu zemin çivilerinin maliyetleri düşüktür. Homojen, dayanıklı, kompozit, desteklenmiş zemin kütlesinin oluşturulabilmesi için mümkün olduğunca sık aralıklarla yani ortalama m2’de 2-4 adet olacak şekilde tesis edilirler. Çakma zemin çivileri, havalı, darbe-titreşimli veya hidrolik olarak çalışan çekiçlerle zemine çakılırlar. Bu uygulama tekniği oldukça hızlı ve ekonomiktir; saatte yaklaşık 3-5 adet çivinin zemine uygulmasını yapmaya olanak sağlar. Ancak sert blokları, iri daneleri ve aşınmış kayaçları içermeyen zemin şartları çivi uzunluğunu belirli ölçülerde sınırlamaktadır.

Enjeksiyonlu çiviler

Enjeksiyonlu zemin çivisi uygulaması hem sürekli hem de geçici olarak yapılan uygulamalar için kullanışlıdır. Çapları 15-46 mm arasında değişen akma mukavemetleri yüksek çelik donatı elemanlarından meydana gelirler. Zeminde zemin çivisini oluşturan donatı çubuğunun çapına uygun olarak açılan sondaj delikleri içinde tesis edilirler. Sondaj delikleri zemine kullanılacak iş makinesine bağlı olarak karotla sondaj, rotari sondaj, darbeli sondaj, burgulu sondaj veya çok sık kullanılmamakla beraber çakma kaplama borusu yöntemi ile açılır. Enjeksiyon işlemi ise, sondaj deliği tabanında yerçekiminin etkisi veya daha düşük bir basınçla  gerçekleştirilir. Zemin çivilerinin enjeksiyonu delik kökünden delik ağzına doğru yapılmalıdır, çünkü sondaj deliği içinde bir su durumu olursa çimento ayrışabilir veya herhangi bir göçme durumu söz konusu ise enjeksiyon işlemi başarısızlıkla sonuçlanabilir. Çiviler arası mesafe, projeye ve zemin profiline uygun olarak merkezleri esas alınarak uygun aralıklar (karelaj) ile tesis edilirler.

Jet enjeksiyonlu zemin çivileri

Jet enjeksiyonlu olarak uygulanan zemin çivileri, çelik donatılı zemin çivisi ile enjeksiyon ile doldurulmuş zeminden oluşan ve ikisi birlikte uygulanan birleşik bir çivileme tekniğidir. Geçici olarak yapılan uygulamalarda kullanılırlar, ancak korozyonda korunması gerekliliği çok düşük mertebelerde ise devamlı uygulamalarda da kullanılabilirler. Jet enjeksiyonlu zemin çivileri titreşimli darbeli sürücü kullanılarak yüksek frekans (70 Hz’e kadar) ve yüksek enjeksiyon basınç değeri altında (>2000 psi) uygulanırlar. Enjeksiyonlama işlemi, zemin çivisi boyunca uzanan küçük çaplı bir boru yardımıyla ya da çelik çubuk üzerine kaynaklanmış çelik bir tüp yardımıyla yapılmaktadır. Bu şekilde uygulaması yapılan basınç, çevredeki zeminde hidrolik olarak kırılmalar meydana getirebilecek düzeydedir. Ek olarak, jet enjeksiyon tekniği çevre zemininin yeniden kompaksiyonu ve ıslahı için bir araçtır. Özellikle daneli zeminlerin kesme ve çekme direncini arttırdığı bilinmektedir.

Korozyon korumalı kapsüllü çiviler

Kapsüllü çiviler, yüksek derecelerde korozyon etkisine karşı koruma ihtiyacı duyulan kalıcı nitelikteki uygulamalarda kullanılırlar. Bu tarz uygulanan çivilerde çelik donatı çubuğu, enjeksiyon, plastik veya çelik bir tüp vasıtasıyla rutubete karşı korunmaktadırlar. Amerika’da destekleme elemanlarını korozyondan korumak için epoksi ile kaplanmış zemin çivisi geliştirilmiştir. Korozyon korumalı zemin çivisinin tip kesiti aşağıda gösterilmektedir.

Zemin Çivisi Uygulaması İnşaat Aşamaları

Zemin çivisi ile desteklenen yapıların inşaatı diğer tekniklere göre çok daha basittir. Çalışma yapılacak alanın delgi makinası için platform hazırlanmasından başka herhangi bir hazırlık gerekmemektedir. Kazı işlemlerinin zemin siyah kotundan aşağı kotlara doğru ilerlemesi ile kazı oluşturulmaya başlanır. Aşağıdaki şekilde tipik bir zemin çivisi uygulaması aşamaları görülmektedir. Zemin çivileri ile desteklenmiş şevlerin yapım aşamaları aşağıdaki sıra ile ilerlemektedir.

Kazı İşlemi

Zemin, ilk sıranın desteklemesi için zemin çivisinin uygulanacağı zemin kotundan delgi makinesinin rahat olarak uygulama yapabileceği şekilde daha düşük bir kota kadar kazılır. Kazının derinliği zemin profiline bağlı olarak değişmektedir. Stabilitesi düşük, kendisini tutamayan zeminlerde, zemin çivisinin ve yüzey kaplamasının tesis edilmesi için gerekli süre zarfınca geçici bir destekleme yöntemine başvurulabilir. Kazma çalışmaları uygun iş makineleri ile yapılır, püskürtme beton uygulanacak ise püskürtme beton ihtiyacını minimize etmek amacıyla daha düzgün bir şev yüzeyi oluşturmak için özen gösterilmelidir.

Delme İşlemi

Zemin çivilerinin yerleştirileceği delikler, önceden projede belirlenmiş oldukları yerlerde belirli uzunluk ve şeve dik olacak eğimde zemin profiline uygun bir delme yöntemi ile delikler açılır. Delme yöntemleri olarak kendini tutabilen zeminlerde kaplamasız metodlar (kuru-hava basınçlı delgi yöntemini kullanan dönmeli veya dönme darbeli metodlar), stabilitesi daha düşük olan zeminlerde ise kaplamalı metodlar (tek tüp ve hava/su basınçlı çift dönerli delgi metodları) içermektedir. Delme yöntemi öncelikle zeminin profline, daha sonra ise yapımı üstlenen yüklenicinin kendi tercihine bağlıdır. Delikler, zeminin stabilite durumuna bağlı olarak, çökme eğilimine ve delik içerisinde yer altı suyu durumuna bağlı olarak muhafaza borulu veya muhafasız olarak teşkil edilirler. Delgi işlemi sonrası uygulama alanı suyun etkisiyle oluşan çamurdan iyice temizlenmelidir. Eğer çamurun temizlenmemesi gibi bir durum söz konusu olursa çamur sonraki aşamada sürtünme kaybına sebep olacak ve etkili olacak olan sürtünme kuvvetini düşürecektir. Delik içerisi hava ile temizlenecek olursa zeminde kırılmaların olmaması için uygulanacak havanın hızı ve hacmi mümkün olduğunca ılımlı, orta derecede olmalıdır. Bu durum özellikle rezidüel zeminlerde veya fazla aşınmış kayaçlarda önemlidir. Muhafaza borusu olmayan deliklerin temizlenmesi su ile yapıldığı zaman, hemen akabinde yapılacak olan enjeksiyonlama işlemi esnasında oluşması öngörülen aderans gerilmeleri düşecektir. Delgi ve deliğin temizlenme işlemi sonrasında donatı çubuğu, merkezlendiriciler ve deliğin sonuna kadar donatı çubuğu ile birlikte uzanacak bir enjeksiyon hortumu ile delik içine yerleştirilir.

Çivilerin Yerleştirilmesi ve Enjeksiyonlanması

Zemin çivilerinin tesisi, titreşim darbe esaslı hidrolik çekiç ile çelik donatı çubukları zeminde açılan delik içerisine sürme işlemi ile gerçekleştirilir. Eğer destekleme elemanlarına delik içerisinde enjeksiyonlanma yapılacak ise kullanılacak olan ekipman delgi ve enjeksiyonlama işlemi malzemelerinin her ikisi ile birlikte delik içerisine sürülmelidir. Zemin çivisi için gerekli olan delik projesinde veya raporunda istenilen derinlikte açıldıktan sonra zemin çivileri merkezlendirici kullanılarak deliğe yerleştirilirler. Çiviler yeterli uzunlukta ve enjeksiyon işlemini kolaylaştırmak, şevin stabilitesinin daha güvenli olabilmesi için şev eğimine dik olacak şekilde uygulanmalıdırlar. Enjeksiyon şerbeti cazibeli olarak veya gerekmesi durumunda uygun bir basınç ile pompalanarak delik içerisinde tam dolu kesit elde edilir. Enjeksiyonlama işlemi deliğin kökünden baş kısmına doğru yapılır. Delik içerisi temizlendikten sonra, delik içinde çubuğun delik merkezinden kaçmasını engelleyecek merkezleyiciler kullanılarak donatı çubuğu ve enjeksiyonlama hortumu yerleştirilir. Enjeksiyonlama hortumunun ucu, zemin çivisi deliğinin köküne ulaşılıncaya kadar kapalı tutulur. Deliğin kök noktasında hotumun ucu açılarak enjeksiyonlama işlemine başlanılır.

Kaplamanın Yapımı ve Plakaların Montajı

Hava basıncı ile uygulaması yapılan ıslak karışım yöntemleri, daha tecrübesiz bir işçi ile uygulanabileceği için tavsiye edilir. Ayrıca bu uygulama yöntemi ile donmaerime noktası özellikleri bakımından daha etkili bir sonuç alabilecek şekilde su-çimento karışım oranı daha kolay kontrol edilebilmekte, karışımı oluşturan malzemeler karışım içerisine rahatça ilave edilebilmektedir. Çok tabakalı yapılan tasarımlarda, ilk başlangıç püskürtme beton tabakası kalınlığı 5 ile 10 cm aralığında değişebilmektedir. Takviye ağı olarak kullanılacak olan hasır çelikler ilk başlangıç püskürtme beton işlemi yapıldıktan hemen sonra 4-5 cm’lik bir kaplama kalınlığı elde edilecek şekilde dikkatli bir biçimde yerleştirilir. Püskürtme beton ile yapılan kaplama işleminin ardından plakaların montajı uygulaması yapılır. Çivilerin baş kısımlarında açılan yivlere sıkılacak somunlardan önce dik olarak yerleştirilecektir. Daha sonra plakalar üzerine somunlar sıkılarak zemin çivisini ileriki aşamalarda gevşeme durumuna tedbir alınacaktır.

Zemin Çivilerinin Avantajları

1. Zemin çivileri ankraj halatlarına nazaran daha kısa olduğu için komşu parselde daha az bir alana ihtiyaç vardır.
2. Diğer destekli kazılara nazaran daha rahat bir kazı işlemi vardır ve kazı yüzeyinde meydana gelebilecek şekil bozukluklarına uyumlu esnek bir imalat tipi vardır.
3. Ankrajlı duvarlarda olduğu gibi önceden kazı veya gömme imalatı gerektiren düşey elemanlar yoktur. Ayrıca çelik halatlara gerilme uygulanmadığı için imalat süreci daha hızlıdır.
4. Kazı doğrultusunda beklenmedik bir engel çıkması durumunda (yer altı hatları, borular vs.) çivi açıları ve lokasyonları değiştirilebilir.
5. İmalat için kullanılan makine ve teçhizatların boyutu küçük olduğu için dar sahalarda elverişlidir.
6. Kullanılan çivi sayısının çok fazla olması nedeniyle herhangi bir şekilde bir çivinin işlevini kaybetmesi sistem güvenliği bakımından çok büyük bir risk oluşturmaz.
7. Esnek bir sisteme sahip olduğu için deformasyonları tolere edebilir ve deprem durumunda performansı iyidir.
8. Zemin çivisi uygulaması giderek yaygınlaşmakta ve edinilen tecrübe sayesinde nitelikli eleman sayısı giderek artmaktadır.
9. Ağırlık tipi duvarlara göre ve ankrajlı duvarlara göre maliyeti daha düşüktür.

Zemin Çivilerinin Dezavantajları

1. Zemin çivili sistemlerde çivilerin çalışmaya başlaması için belirli bir deformasyon gerekmektedir. Çivilere gerilme uygulanması durumunda maliyetin artması söz konusudur.
2. Kohezyonlu zeminlerde sünme etkisinden dolayı tam performans elde edilemeyebilir.
3. Çalışma prensibi sürtünme kuvvetlerine dayandığından yeterli sürtünme direnci elde edilememesi durumunda duraylılık problemi ortaya çıkabilir.
4. Çivi yerleşimlerinin sıkı olması çivi açılarında ve uzunluğunda kısıtlayıcı etken olabilir. Ayrıca komşu parselde daimi kullanım izni gerekmektedir.
5. Ankrajlı sistemlere nazaran daha büyük seviyelerde yatay zemin hareketine izin verdiği için yakınındaki yapıların bu durumdan etkilenmesi söz konusu olabilir.
6. Püskürtme beton kaplamasının uzun dönemde donma çözülme etkilerine maruz kalması durumunda performansı daha fazla araştırılmalıdır

Kaynak: Abdullah BİRER-ZEMİN ÇİVİSİ TASARIMINI ETKİLEYEN PARAMETRELERİN İNCELENMESİ ve BİR VAKA ANALİZİ