Anıl ERCAN 1 Özgür KURUOĞLU 2 M.Kemal AKMAN 3

Düzce Akçakoca Ereğli Yolu Km: 23+770 23+995 Dayanma Yapısı Taban Zemini İyileştirme Analizi Düzce Akçakoca Ereğli Road Km: 23+770 23+995 Retaining Structure Ground Improvement Analysis Anıl ERCAN 1 Özgür KURUOĞLU 2 M.Kemal AKMAN 3 ÖZ Düzce Akçakoca Ereğli Yolu yapım işi kapsamında, proje güzergahının Km: 23+770 23+995 aralığında, kamulaştırma sınırı ve stabilite problemleri nedeniyle, mevcut yol genişletme dolgularının, dik olarak imal edilebilen toprakarme duvar uygulamasıyla gerçekleştirilmesi öngörülmüştür. Öngörülen dayanma yapısının oldukça yüksek olması (H=9.15m) ve taşıma kapasitesi sınırlı mevcut yol dolgusu üzerine inşa edilmesi gerekliliği nedeni ile dayanma yapısının tabanında bir zemin iyileştirme çalışması yapılması gündeme gelmiştir. Bu makale kapsamında detayları verilen stabilite analizleri sonucunda, bölgede, maksimum yükseği 9.15m olan toprakarme duvar tabanı, çapı 60cm ve merkezden merkeze mesafesi 1.40m olan jetgrout kolonları ile iyileştirilmiş ve toprakarme duvar imalatı iyileşmiş zemin üzerinde herhangi bir stabilite problemi yaşanmadan tamamlanmıştır. ABSTRACT Road platform elevating and widening construction at Km:23+770 23+995 of the Düzce Akçakoca Ereğli Road was planned to be built by a reinforced earth structure due to stability and land expropriation problems. Since the height of the reinforced earth wall was rather high (9.15m) and the foundation material was the current road fill with a limited bearing capacity, ground improvement was necessary. After stability analyses detailed in this article, reinforced earth wall foundation soil was improved by jet-grout colums. The diameter and the spacing of the columns were 60cm and 1.40m respectively. The reinforced earth wall was constructed on the improved ground without any stability problem. 1 İnş. Müh., Yüksel Proje Uluslararası A.Ş., Ankara 2 Dr. İnş. Yük. Müh., Yüksel Proje Uluslararası A.Ş., Ankara 3 Jeo. Yük. Müh., Yüksel Proje Uluslararası A.Ş., Ankara 1

1. GİRİŞ Düzce Akçakoca Ereğli Yolu yapım işi kapsamında, proje güzergahının Km: 23+770 23+995 aralığında ve solda, yeni yol gabarisinin oluşturulmasına bağlı olarak bir kısım dolgu kesitler oluşmaktadır. (Şekil 1) Mevcut yol platformunda genişletme dolgusunun serbest şevli yapılması durumunda, ilave dolgu kütlesi yolun sol tarafındaki derin vadi bölgesinin üzerine gelmektedir (Şekil 3). Bu alternatif, yüksek genişletme dolgusunda yaratacağı stabilite problemleri ve kamulaştırma sorunları nedeniyle bölge için uygun görülmemiş olup, dolgu şevlerinin dayanma yapısı (toprakarme duvar) ile kesilmesi öngörülmüştür (Şekil 4). Ancak, öngörülen dayanma yapısının oldukça yüksek olması ve taşıma kapasitesi sınırlı mevcut yol dolgusu üzerine inşa edilmesi gerekliliği nedeni ile, dayanma yapısının tabanında bir zemin iyileştirme çalışması yapılması gündeme gelmiştir. Konuyla ilgili, çeşitli alternatifler üzerinde çalışılmış olup, imalatının hızlı ve düşük maliyetli olması sebebiyle toprakarme duvarının imal edileceği bölgedeki zeminin jet-grout yöntemiyle ıslah edilmesine karar verilmiştir. Bu makale kapsamında, proje aşamasında gerçekleştirilen stabilite hesapları anlatılacak ve sahadaki uygulamalar ile ilgili bilgi verilecektir. 2. ZEMİN KOŞULLARI Bölgede idealize zemin profilini yüzeyden itibaren gözlenen killi siltli çakıllı kumdan oluşan yapay dolgu malzemesi (Yd) ve temel birimi niteliğindeki Doruktepe formasyonuna (Td) ait konglomera birimi oluşturmaktadır (Şekil 1, ve Şekil - 2). İdealize zemin profilini oluşturan birimler için analizlerde kullanılacak zemin parametreler saha ve laboratuvar deney sonuçları kullanılarak belirlenmiş ve aşağıda özetlenmiştir. Yapay Dolgu (Yd) γ = 18 kn/m 3 c = 5 kpa φ = 30 Doruktepe Formasyonu (Td) γ = 25 kn/m 3 c = 70 kpa φ = 45 2

Yd = Yapay Dolgu Td = Doruktepe Formasyonu Şekil 1. Km: 23+770 23+995 kesimi jeoloji haritası 3

Yd = Yapay Dolgu Td = Doruktepe Formasyonu Şekil 2. Km: 23+770 23+995 kesimi jeolojik profili 4

3. STABİLİTE ANALİZLERİ Bölgede mevcut yol genişletme dolgusunun serbest şevli yapılması durumunda, ilave dolgu kütlesi yolun sol tarafındaki derin vadi üzerine gelmekte ve burada stabilite problemleri ve kamulaştırma sorunları yaratmaktadır (Şekil 3). Bu sorunları ortadan kaldırmak amacıyla, yol dolgusunun, sahada dik olarak imal edilebilen toprakarme duvar ile gerçekleştirilmesi öngörülmüş olup, detayları Şekil 4 te gösterilmiştir. Yd = Yapay Dolgu Td = Doruktepe Formasyonu Şekil 3. Yol genişletme dolgusu (serbest şev alternatifi) Yd = Yapay Dolgu Td = Doruktepe Formasyonu Şekil 4. Yol genişletme dolgusu (toprakarme duvar alternatifi) 5

Stabilite analizleri kapsamında, öncelikli olarak dayanma yapısının tabanında herhangi bir zemin iyileştirmesi uygulaması yapılmadığı durum incelenmiştir. Toprakarme duvar yüksekliğinin 9.15m ye yükseldiği en kritik kesit için stabilite hesapları statik ve deprem durumları için SLOPE/W programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analiz detayları Şekil 5 ve Şekil 6 da sunulmuştur. Görüleceği üzere, hesaplanan güvenlik sayıları, (Statik durum G.S.=1.107, Deprem durumu G.S.=0.782) son derece düşük olup, yeterli değildir. Tepeköy Toprakarme Dayanma Yapısı Stabilite Analizi (Statik Durum) File Name: kesit1_toprkm_03_rev01.slz 1.107 Yol Dolgusu Cohesion: 10 Phi: 35 40 35 30 25 Bedrock Yapay Dolgu Unit Weight: 18 Cohesion: 5 20 15 10 5 0-5 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Şekil 5. Toprakarme dayanma yapısı stabilite analizi (statik durum) Tepeköy Toprakarme Dayanma Yapısı Stabilite Analizi (Deprem Durumu kh=0.2) File Name: kesit1_toprkm_03_dep_rev01.slz 0.782 Dolgu Cohesion: 10 Phi: 35 40 35 30 Yapay Dolgu Unit Weight: 18 Cohesion: 5 25 20 15 Bedrock 10 5 0-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95-5 Şekil 6. Toprakarme dayanma yapısı stabilite analizi (deprem durumu) 6

Bu durumda, toprakarme dayanma yapısının stabilitesinin sağlanması amacıyla, dayanma yapısı tabanındaki zeminin jet-grout kolonları ile iyileştirilmesi öngörülmüştür (Şekil 7). Yd = Yapay Dolgu Td = Doruktepe Formasyonu Jg = Jet-grout kolonları ile iyileştirilen bölge Şekil 7. Toprakarme dayanma yapısı tabanı jet-grout uygulaması tipik enkesiti Bu durum için gerçekleştirilen stabilite analizleri kapsamında öncelikli olarak kamulaştırma sınırları ve mevcut yol platformu konumu dikkate alınarak tabanda jet-grout kolonu ile iyileştirilecek alan sınırları belirlenmiştir. Daha sonra, SLOPE/W programı ile gerçekleştirilen stabilite hesaplarında, belirlenen bu alana, değişik kompozit zemin parametreleri atanmış ve statik ve deprem durumunda gerekli minimum güvenlik sayılarını (Statik durum G.S.=1.50, Deprem durumu G.S.=1.10) sağlayacak iyileştirilmiş bölge kompozit zemin parametreleri belirlenmeye çalışılmıştır. Şekil 8 ve Şekil 9 da sunulan stabilite hesapları sonuçlarından görüleceği üzere toprakarme dayanma yapısının statik ve deprem durumunda stabilitesinin sağlanması için tabandaki jet-grout kolonları ile iyileştirilmiş bölgedeki kompozit zemin parametrelerinin en az aşağıdaki değerlere ulaşması gerekmektedir. Kompozit Malzeme γ = 20 kn/m 3 c = 90 kpa φ = 30 7

Tepeköy Toprakarme dayanma yapısı stabilite analizi (Statik Durum) File Name: kesit1_jetgrout_02_rev01.slz 1.561 Yol Dolgu Cohesion: 10 Phi: 35 40 35 30 Yapay Dolgu 25 Unit Weight: 18 Cohesion: 5 20 15 Kompozit Malzeme 10 Bedrock Cohesion: 90 5 0-5 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 Şekil 8. Toprakarme dayanma yapısı statik durum stabilite analizi (tabanda jet grout iyileştirmesinden sonra ) Tepeköy Toprakarme dayanma yapısı stabilite analizi (Deprem Durumu kh=0.2) File Name: kesit1_jetgrout_02_dep_rev01.slz 1.100 Yol Dolgu Cohesion: 10 Phi: 35 Yapay Dolgu 25 Unit Weight: 18 20 Cohesion: 5 15 Kompozit Malzeme 10 5 Cohesion: 90 Bedrock 0-5 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 40 35 30 Şekil 9. Toprakarme dayanma yapısı deprem durumu stabilite analizi (tabanda jet grout iyileştirmesinden sonra ) 8

Tabanda iyileştirilecek zeminin (killi siltli çakıllı kum özelliğinde yapay dolgu) özellikleri dikkate alınarak, sahada elde edilebilecek jet-grout kolon çapı, D jg = 60cm, tek eksenli basınç mukavemet değeri ise, qu jg = 4MPa, olarak öngörülmüştür. Hesaplarda bu değere güvenlik sayısı olarak, G.S.=2.0 değeri uygulanmış ve qu jg = 2MPa olarak alınmıştır. Bu durumda tabandaki kompozit zemin bölgesinde hedeflenen kompozit zemin parametrelerine ulaşmak için uygulanması gereken jet-grout kolon aralığı aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. qu komp = qu zemin * (1 - A r ) + qu jg * A r... (1) A r = (π * D g 2 /4) / s 2... (2) qu komp = (c komp / tanφ komp ) * [((1+sinφ komp ) / (1-sinφ komp )) - 1]... (3) c komp = 90kPa ve φ komp = 30 değerleri için; qu komp = 311.8kPa olarak hesaplanmaktadır. qu zemin = (c zemin / tanφ zemin ) * [((1+sinφ zemin ) / (1-sinφ zemin )) - 1]... (4) c zemin = 5kPa ve φ zemin = 30 değerleri için; qu zemin = 17.32kPa olarak hesaplanmaktadır. Yukarıda verilen bağıntılarda; c komp = Kompozit zemine ait kohezyon c zemin = Orijinal zemin birimine ait kohezyon φ komp = Kompozit zemine ait içsel sürtünme açısı φ zemin = Orijinal zemin birimine ait içsel sürtünme açısı q uzemin = Orijinal zemin birimine ait tek eksenli basınç mukavemeti q ujg = Jet-grout kolonlarına ait tek eksenli basınç mukavemeti q ukomp = Kompozit zemine ait tek eksenli basınç mukavemeti A r D jg s = Jet-grout kolonları alan oranı = Jet-grout kolon çapı = Merkezden merkeze iki jet grout kolonu arası mesafe 9

Jet-grout kolonu için tek eksenli serbest basınç dayanım değeri daha önce açıklandığı üzere, qu jg = 2000kPa olarak kabul edilmiştir. Bu durumda tabandaki jet-grout kolonları ile iyileştirilmiş kompozit zemin bölgesinde uygulanması gerekli jet-grout kolonu alan oranı Formül (1) kullanılarak A r = 0.148 olarak hesaplanmaktadır. Saha için belirlenen jet-grout kolon çapının D jg = 0.60m olduğu göz önüne alınırsa, uygulanması gerekli jet-grout kolon aralığı Formül (2) kullanılarak s = 1.40m olarak hesaplanmıştır. Proje kapsamında, sahada uygulanması önerilen jet-grout kolon uygulaması öncesinde, deneme kolonları oluşturulmuş ve bu kolonlara ait çap ölçümleri ve tek eksenli basınç testleri yapılmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda, imal edilen kolon çaplarının 0.53m ile 0.77m arasında olduğu belirlenmiş olup, hedeflenen jet-kolon çapının (D jg =0.60m) genel olarak sağlandığı belirlenmiştir. Yapılan tek eksenli basınç testleri sonucunda ise, imal edilen jetgrout kolonlarının 28 günlük basınç dayanımının 3.7MPa ile 8.5MPa arasında değiştiği görülmüş olup, hedeflenen tek eksenli basınç mukavemetinin (qu jg =4MPa) sağlandığı belirlenmiştir. Deneme kolonları ile proje şartlarının sağlandığının teyidinden sonra tabandaki jet-grout kolonu ile iyileştirme işlemi projesine göre tamamlanmıştır. Daha sonra, toprakarme duvar imalatı iyileştirilmiş zemin üzerinde herhangi bir stabilite problemi yaşanmadan gerçekleştirilmiş ve yol servise açılmıştır. 4. ÖZET Düzce Akçakoca Ereğli Yolu yapım işi kapsamında, proje güzergahının Km: 23+770 23+995 aralığında ve solda, yeni yol gabarisinin oluşturulmasına bağlı olarak bir kısım dolgu kesitler oluşmaktadır. Kamulaştırma sınırı ve stabilite problemleri nedeniyle, mevcut yol genişletme dolgularının, dik olarak imal edilebilen toprakarme duvar uygulamasıyla gerçekleştirilmesi öngörülmüştür. Öngörülen dayanma yapısının oldukça yüksek olması (H=9.15m) ve taşıma kapasitesi sınırlı mevcut yol dolgusu üzerine inşa edilmesi gerekliliği nedeni ile dayanma yapısının tabanında bir zemin iyileştirme çalışması yapılması gündeme gelmiştir. Konuyla ilgili çeşitli alternatifler üzerinde çalışılmış olup, sonuç olarak taban zeminin jet-grout kolonları ile iyileştirilmesine karar verilmiş ve sahada bu yöntem uygulanmıştır. 10

Bu makale kapsamında detayları verilen stabilite analizleri sonucunda, bölgede, maksimum yükseği 9.15m olan toprakarme duvar tabanı, çapı 60cm ve merkezden merkeze mesafesi 1.40m olan jet-grout kolonları ile iyileştirilmiş ve toprakarme duvar imalatı iyileşmiş zemin üzerinde herhangi bir stabilite problemi yaşanmadan tamamlanmıştır. 11