ENGINEERING MEASUREMENTS IN DAMS

Transkript

1 BARAJLARDA MÜHENDİSLİK ÖLÇMELERİ T. BOYACI Devlet Su İşleri II. Bölge Müdürlüğü, Etüt Plan Şube Müdürlüğü, İzmir, Özet Mühendislik ölçmelerinin hassasiyetle uygulanması gereken ve gelişen teknolojileri de gözönünde bulundurmamızı zorunlu kılan, birçok meslek disiplininin ortaklaşa çalışıp ürettiği büyük su yapılarından en önemlisi Barajlardır. Günümüzde ülke şartlarına göre önemli yatırımlar olan barajların planlanması, projelendirilmesi, inşaatı ve işletilmesi aşamalarında, konularında uzman meslek disiplinlerinin bulunması kaçınılmazdır. Meslek disiplinimiz HARİTA VE KADASTRO MÜHENDİSLİĞİ de bu aşamaların hepsinde bulunmak zorundadır. Bir barajın projelendirme safhasından en az otuz yıl öncesinde Akım Rasat istasyonunun kurulması aşamasında başlayan ölçme çalışmaları; barajın projelendirilmesine esas, sayısal halihazır haritaların alınması, yine projelendirilmeye esas sondaj ve araştırma kuyuların aplikasyonu, baraj gövdesini oluşturan dolgu zonlarının en kesitlerle miktarlarının hesaplanması, ulaşım ve malzeme taşıma yollarının projelendirilip, kazı dolgu miktarlarının çıkartılması, inşaatı aşamasında proje kriterlerine göre minimum hata ile aplikasyonu ve kamulaştırma işlemlerinin yapılması, aylık hakediş miktarlarının tespit edilmesi, baraj inşaatının tamamlanması ile işletme aşamasındaki deformasyon ölçümleri ve hidrografik ölçmelerle baraj ömrünün tamamlanması aşamasına kadar devam eder yılı başı itibariyle; Enerji, sulama, içme suyu ve Taşkın koruma amaçlı inşa edilen toplam 558 barajın yanında, inşaatı devam eden ve önümüzdeki yılların programına alınması teklif edilecek bir o kadar daha barajın bulunması, Barajlarda Mühendislik Ölçmeleri konusunun meslek disiplinimiz açısından önemini ortaya koymaktadır. Konuya bu açıdan bakmak, üniversitelerimizde Kamu Ölçmeleri konularındaki eğitim programlarını tekrar gözden geçirmek, Üniversite Kamu Özel Sektör bileşenlerini Barajlarda Mühendislik Ölçmeleri konusunda bir arada değerlendirmek sektörümüzün geleceği açısından son derece yararlıdır. Anahtar kelimeler : Baraj, Deformasyon,Harita Mühendisi Abstract ENGINEERING MEASUREMENTS IN DAMS Dams, which are the most important ones of huge water constructions produced by an interrelated study of many disciplines, need to apply the engineering surveys sensitively and ought to make us to consider the last technologic developments. Today, in planing, projecting, constructing and operating of dams, those are important investments according to the country conditions; it is unvoidable having the experts of the professional disciplines Kasım 2005, İTÜ İstanbul 1

2 Our professional discipline that SURVEYING and CADASTRAL ENGINEERING has to study at all these phases. The surveying works of a dam starts in phase of current-observation station installing at least 30 years before designing the dam and these surveying works go on; taking of digital applicable maps to from the dam project, application of boring and trial holes, calculation of fiiling meterial amount with cross section which filling meterial constitute the body of dam, planing of transit ways, expropriation and application processes with minimum mistake according to project criterions in the phase of dam construction, calculation of monthly progress statement, deformation and hydrographic mcasurements between finishing of dam construction and pperation phase till to the end of dam life. In respect of 2005 s beginning, in addition to 558 dams which have used purposeful of power, irrigation, drinking water and flood protection, however, there are dams in the same amount underconstruction have been going on or planing to put into the program of next years, designate the significant impotrance of engineering surveys at dams from the point of view of our professional discipline. It is efficacious for our sector s future that considering of these thoughts, checking of education programs about public measurements at universities and considering of university-public-private sector together about engineering survey in dam projects. Keywords: Dams, deformation, Surveying Engineer 1. Giriş Barajlar, birçok meslek disiplininin ortak çalıştığı büyük su yapılarındandır. Projelendirilmesinin, inşaatının ve işletme sürecindeki aşamaların, konularında uzman kişilerce yürütülmesi gerektiği kaçınılmaz bir gerçektir. Meslek disiplinimiz HARİTA VE KADASTRO MÜHENDİSLİĞİ de bu aşamaların hepsinde bulunmak zorundadır. Barajlar; yapılış amaçlarına ve dolgu malzemelerine göre sınıflandırılır. Yapılış amaçlarına göre: Enerji Amaçlı Barajlar (H.E.S) Taşkın Önleme Amaçlı Barajlar Sulama Suyu Amaçlı Barajlar İçme ve Kullanma Suyu Amaçlı Barajlar Dolgu Malzemesine Göre ise: Beton Barajlar a ) Beton Ağırlık b ) Beton Kemer c ) Düşük Dozlu Beton Barajlar (Katı Dolgu Barajlar) Toprak Dolgu Barajlar Kaya Dolgu Barajlar olarak sınıflandırılabilir. Bir baraj, yukarıda belirtilen yapım amaçlarından sadece biri için yapıldığı gibi, amaçlardan birkaçını veya hepsini kapsayabilir Kasım 2005, İTÜ İstanbul 2

3 Ayrıca Barajların talvegden yüksekliklerine göre de bir sınıflandırma yapılabilir. Genel olarak talvegden 24 metreye kadar olan su yapıları gölet olarak adlandırılır. Baraj dolgusunun hangi malzeme ile yapılacağı, Baraj Aks yerinin topografik, jeolojik yapısına, malzeme sahalarının baraj sahasına yakınlık uzaklığına, dolayısıyla EKONOMİSİNE bağlıdır. Yükseklikleri ise, havzaya gelen su miktarına, barajdan kullanılacak su miktarına dolayısıyla depolayacakları su hacmine bağlıdır. 2. BARAJ ÇALIŞMALARINDA AŞAMALAR 2.1. PLANLAMA AŞAMASI VE PROJE ÖNCESİ YAPILAN ÇALIŞMALAR Bir havzada baraj inşaatının planlanması için; yapılması düşünülen barajın yakınlarındaki dere yatağına akım rasat istasyonunun kurulması ve 30 yıllık baraj yapılacak su kaynağı (dere, çay, ırmak) debilerinin, tespit edilmesi gereklidir. Bu sistem; istasyon kurulacak yerde dere en kesitinin ve boy kesitinin alınması dere içine bir eşel konularak günün belirli zamanlarında mahalli yerden görevlendirilen birisinin su yüksekliğini okuması ve kaydetmesi, yada delikli bir boruya yerleştirilen şamandıraya bağlı mekanizmanın bir enerji kaynağıyla su yüksekliklerini grafik olarak kaydedilmesi biçiminde çalışır. Günümüzde uydular vasıtasıyla da bir su kaynağındaki su yükseklikleri her an elde edilebilmektedir.tespit edilen su yüksekliklerinden hidrolojik formüllere göre A = Enkesitten ve su yüksekliğinden AKIŞ KESİTİ ALANI P = Enkesitten ve su yüksekliğinden ISLAK KESİT UZUNLUĞU R = A / P Hidrolik Yarıçap; n = kesit yerindeki sürtünme katsayısı j = kesit Kasım 2005, İTÜ İstanbul 3

4 yerindeki boykesitten dere yatağı eğimi V = 1 / n x R2/3 x j1/2suyun hızı ve Q = A x V den debi (ölçülen her su yüksekliği için) hesaplanır. Bir barajın projelendirilmesi için Baraj Aks yerinin (Genellikle 1:1000) ve rezervuarlarının (Genellikle 1:5000) sayısal halihazır haritasına ihtiyaç vardır. Ülke koordinat ve kot sistemine dayalı olarak üretilen bu haritalar tüm kati, uygulama projelerinin altlıklarını oluşturmaktadır. Sayısal haritaların üretilmesinde kullanılan tesisler, (nirengi, poligon, nivelman nok.) barajın inşaat aşamasında ve işletme aşamasında kullanılmalıdır KATİ VEYA UYGULAMA PROJESİ AŞAMASINDAKİ ÇALIŞMALAR Arazinin topografik, jeolojik yapısı ve su kaynağının miktarı, ihtiyaç durumu gibi faktörler göz önüne alınarak projelendirilecek baraj kati veya uygulama projelerinde dolgu miktarlarının bilinmesine ihtiyaç vardır. Baraj aks yeri için alınan sayısal haritalardan çıkarılan enkesitlerden, baraj dolgusu için kullanılacak dolgu çeşitleri de göz önüne alınarak her bir dolgu çeşidinin toplam dolgu miktarları belirlenir. Bu değerler ve bu malzemelerin baraj inşaat sahasına yakınlığı ve uzaklığı değerlendirilerek barajın ekonomikliği mukayese edilir. Gerektiğinde baraj ekseni memba-mansap yönünde ötelenerek veya dolgu türü değiştirilerek barajın uygulama projelerinde karara varılır. Baraj rezervuarı için alınan sayısal halihazır haritalardan da, ölü hacim (su alma yapısı kotu altındaki su hacmi) aktif hacim (su alma yapısı kotu ile max su kotu ara su hacmi) miktarları ve her bir metre su yüksekliğindeki depolama miktarları belirlenir. Baraj su tutulması ile başlayan işletme aşamasında her beş yılda yapılan hidrografik ölçümler ile baraj göl sahasında biriken rusubat miktarı belirlenerek depolama miktarları tekrar gözden geçirilmelidir. Baraj uygulama projelerinin oluşması; baraj gövdesi, dolusavak, derivasyon tüneli veya kondüvinin oturacağı zemin yapının bilinmesi ihtiyaç vardır. Bu amaçla ilgili meslek disiplin tarafından sayısal aks yeri haritası üzerinde belirlenen sondaj kuyularının zemine aplikasyonu yapılır. Sondaj makinesinin arazi topografyası nedeniyle aplikasyonu yapılan noktada çalışmaması durumunda, bu noktaya yakın çalıştığı noktanın koordinatları belirlenerek ilgili meslek disiplinine bu bilgiler aktarılır. Baraj maliyetinin belirlenmesinde dolgu ve imalat miktarlarının tespit edilmesinin yanında, dolgu malzemelerinin taşınması için düşünülen yol güzergâhlarının yaklaşık kazı-dolgu miktarlarının bilinmesine de gereksinim vardır Kasım 2005, İTÜ İstanbul 4

5 2.3. BARAJ İNŞAAT AŞAMASINDA YAPILAN ÇALIŞMALAR Çoğu zaman, barajın projelendirilmesi için alınan hâlihazır haritalar ile barajın ihale edilmesi ve inşaatınabaşlanması arasında uzun bir zaman dilimi vardır. (5-15 yıl) Bu geçen zamanda, baraj aks ve rezervuar haritaları için tesis edilen yer kontrol noktalarının birçoğu imha olmuştur. Baraj gövde ve diğer yapılar için eski noktalara bağlı kalarak yeniden yer kontrol noktalarının geliştirilmesi yapılmalıdır. Ödemelere esas tüm baraj elemanlarının tabii zemin enkesitlerinin alınması ve idare-yüklenici ilgili elemanlarınca karşılıklı imzalanması gerekir. Baraj ulaşım ve malzeme taşıma yolları projelerinin oluşumunda, yüklenici-idare ile güzergâh konusunda mutabakat sağlanması, projelerinin büro ve zemin kontrollerinin yapılması gereklidir. Kesinleşen yol projelerinden sonra ödemeye esas enkesitlerin alınması, kazı şev üstü ve şev dipleri ile dolgu eteklerinin işaretlenmesi gerekir. Yine yarma ve dolguya göre kamulaştırma şerit genişliklerinin belirlenerek ilgili birime bildirilmesi gerekir. Her barajda dolguya geçmeden önce, gövdenin ve varsa batardoların oturacağı alanın bitki köklerinden temizlenmesi ve gevşek malzemenin kazılarak alınması gereklidir. Sıyırma kazısı olarak adlandırılan bu işlem bazı barajlarda zeminin durumuna göre 1-2 m olabileceği gibi m ye varabilir. Sıyırma kazısının yapılabilmesi için projesine göre dolgu eteklerinin aplikasyonunun yapılması gerekir. Sıyırma kazısı ilgili meslek disiplinin denetiminde gerek gördüğü zemine kadar devam eder ve kazının bitiminde dolguya geçilebileceği konusunda bir tutanak tutulur. Sıyırma kazısının devamı aşamasında yada bitiminde projesinde belirtilen kriterlere göre enjeksiyon çalışmaları başlar. Enjeksiyon için baraj eksininde, yerleri projesinde belirtilen kuyuların Kasım 2005, İTÜ İstanbul 5

6 Barajlarda Mühendislik Ölçmeleri aplikasyonlarının yapılması gerekir. Baraj ekseninde zeminin altındaki boşlukların basınçlı çimento şerbetinin basılmasıyla doldurulması ve suyun bu boşluklardan kaçmasını ve ileride baraj için bir tehlike oluşmasını engeller. Baraj inşaatı süresinde; Aylık hakedişlere esas kazı dolgu miktarlarının belirlenmesinde, inşaatın uygulama projelerine göre oluşturulmasında sürekli meslek disiplinimizin yoğun bir çalışması vardır. Bu yüzden meslek disiplinimizi yerine getiren meslektaşlarımızın proje okuma yeteneklerinin olması zorunludur. Toprak ve Kaya dolgu barajlarda her bir dolgu zonunun (çeşidinin) bir sıkışma tabaka yüksekliği vardır. Bu miktar 1 nolu zon denilen kil çekirdek için 25 cm olduğu gibi 2 ve 3 nolu zonlarda (yarı geçirgen) 35 cm dir. Dolgu çeşidine, dolgu sahasının alanına ve dolguyu nakleden kamyonların kapasitesine göre, kamyon sefer sayısı her bir saha için hesaplanmalıdır HES LERDE YAPILAN ÇALIŞMALAR HES lerde baraj inşaatının yanında enerjiyi üretecek olan santral binası ve ekipmanlarının montaj çalışmalar bulunmaktadır. Draff-tüp, salyangoz, şaft ve cebri boru montajında aplikasyon ve beton dökümü sonrasında oluşacak tolerans miktarları mm ya da daha küçüktür. Ayrıca burada üretilen enerjiyi kuvvetlendirecek ve ulusal sisteme bağlayacak enerji nakil hattı ve şalt sahasında, meslek disiplinimizi ilgilendiren çalışmalar bulunmaktadır Kasım 2005, İTÜ İstanbul 6

7 2.4. BARAJ İNŞAATININ TAMAMLANMASI VE İŞLETME AŞAMASINDAKİ ÇALIŞMALAR Bilindiği gibi barajlar ve diğer büyük yapılar; büyük iş gücü, zaman ve para gerektiren ve de ülke geleceğinde önemli rol oynayan projelerdir. Büyük yapılar ile bunların yakın çevreleri kalıcı ya da geçici özellikteki değişik faktörlerin etkisi altında bulunurlar. Bu faktörlerin bilinmesi ve emniyet katsayısının yüksek tutulmasına rağmen barajlarda ve büyük sanat yapılarında inşaat sırasında ve işletme aşamasında bazı önemli sorunlarla karşılaşılmaktadır. Zeminin fiziksel özelliği, yapının kendi ağırlığı, suyun dinamik basınçları, atmosferik ve jeodezik faktörler, yer kabuğu hareketleri v.b. yapıyı ve çevresini etkileyen faktörlerden bazılarıdır. Bu etkenlerden dolayı yapı ve çevresinde oluşan şekil değiştirmelerine genel anlamda DEFORMASYON denir. Şekil değiştirmelerin yapısına göre deformasyonlar, kalıcı ve elastik deformasyonlar biçiminde iki gruba ayrılır. Eğilme burulma, elastik deformasyon grubuna; çökme, öteleme, dönme kalıcı deformasyon grubuna göre örnek gösterilebilir. Yapı ve çevresinde oluşan şekil değişmelerinin belirlenmesi ve izlenmesi için yapılan ölçmelere, DEFORMASYON ÖLÇMELERİ denir. Değişik zaman aralıklarında yapılan ölçümlerin değerlendirilerekyer, zaman ve büyüklük parametrelerine bağlı olarak değişmelerinin belirlenmesi ve yorumlanması da DEFORMASYON ANALİZİ olarak tariflenir. Deformasyon ölçmelerinin amacı; Baraj ve çevresi için oluşabilecek sorunları büyümeden, bir tehlike arz etmeden saptamak, takip etmek ve gerekli önlemlerin alınması için çalışmaların başlamasını sağlamaktır. Barajlarda su tutulmasından önce, projelerinde belirtilen ya da gelişen teknolojiye göre geliştirilerek seçilen sistem kurulmalı ve sıfır ölçmeleri yapılmalıdır. Bu deformasyon ölçü sistemi; barajın dolgu yapısına, yüksekliğine, zemin durumuna göre farklılık gösterir. Beton dolgu barajlarda deformasyon miktarının küçük, (eğilme 1 5 cm) toprak ve kaya dolgu barajlarda büyük oturma (5 100 cm) miktarlarının belirlenmesi için seçilecek deformasyon ölçü sistemleri birbirinden farklıdır DEFORMASYON ÖLÇÜM ARALIĞI Su tutulmasından önce yapılan sıfır ölçmelerinden sonra, su tutulma süresinde deformasyon ölçümleri sık tekrarlanır. Genellikle her 10 m de su tutulmasına 1 ay ara verilir. Ani yükselmelere izin verilmez. Ölçüm periyotları bu aşamada gün arasında olmalıdır. Maksimum su seviyesine gelmiş barajlarda ölçüm periyotları 6 ayda bir tekrarlanır. Sulama amaçlı barajlarda yağış mevsiminin sonunda ve sulama mevsiminin bitiminde ölçüm tekrarı yapılması uygundur. Deprem sonrası o bölgedeki etkilenebilecek barajların deformasyon ölçüleri tekrarlanır. Ölçüm sonuçların analizi mutlaka yapılmalıdır. Diğer ilgili meslek disiplinleri ile yapılacak analiz sonucu bir rapora bağlanmalıdır Kasım 2005, İTÜ İstanbul 7

8 HİDROGRAFİK ÖLÇMELER, BATİMETRİK HARİTALAR Bir barajın ömrü, su alma yapısına kadar olan ölü hacmin rusubat ile dolması ile sınırlıdır. Bu süre; baraj su havzasının zemin yapısına, bitki örtüsüne, insan müdahalelerine bağlıdır. Bu sürenin saptanması amacıyla belli periyotlarda hidrografik ölçümlerin yapılmasına ihtiyaç vardır. Bu ölçümlerin yapılması, yorumlanması sonucu alınacak tedbirlerle barajın ömrü uzatılabilir. Zira çoğu zaman bir su kaynağı birden fazla barajın inşaasına izin vermez Kasım 2005, İTÜ İstanbul 8

9 3. SONUÇ ÖNERİLER Barajlar birçok meslek disiplininin ortaklaşa çalıştığı, ürettiği ve sonuçlarını paylaştığı büyük su yapılarındandır. Harita ve Kadastro Mühendisliği de bu projenin başından sonuna kadar yerini almalıdır. Barajlarda idare ve yüklenici personel kadrosunda, diğer meslek disiplinlerinin yanında, işin durumuna göre en az 1 HARİTA ve KADASTRO MÜHENDİSİ bulundurulması zorunlu hale getirilmelidir Kasım 2005, İTÜ İstanbul 9