Açık derin kazılarda zemin deformasyonlarının nümerik analizi
Numerical analysis of soil deformations at open deep excavations
Yazar: OKTAY SEVENCAN
Danışman: PROF. DR. İ. KUTAY ÖZAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Derin kazı = Deep excavation ; Zemin deformasyonu = Soil deformation

Özet:
Bu çalışmada destekli derin kazılar çevresinde oluşması beklenebilecek zemin yer değiştirmeleri incelenmiştir. Farklı derin kazı destek sistemleri için çevre zeminde oluşabilecek zemin yer değiştirmeleri ve bunlar üzerinde değişik parametrelerin etkileri araştırılmıştır.Araştırmada İstanbul'da inşa edilmekte olan Bağcılar-Otogar Hafif Raylı Sistemi kapsamında yer alan Çinçin İstasyonu derin kazısı model olarak ele alınmıştır. Derinliği 32.5m olan bu istasyon kazısı diyafram duvar ile yukarıdan aşağı inşaat yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. İstasyon yapısının 6 kat döşemesi ve taban temel plağı destek elemanları olarak kullanılmıştır. Kazı sırasında diyafram duvar içine ve yakınına yerleştirilen inklinometreler ile yatay zemin yer değiştirmeleri ölçülmüştür.Tez çalışması kapsamında PLAXIS isimli bir sonlu elemanlar programı kullanılarak öncelikle arazide uygulanan derin kazı ve destek sistemi modellenmiş ve referans model olarak kabul edilen sonuçlar yerinde ölçüm değerleri ile karşılaştırılmıştır. Arazi zemin araştırmaları ve laboratuar deney sonuçlarından yararlanılarak üretilen zemin profili ve geoteknik parametreler kullanılarak gerçekleştirilen sayısal analizler sonucunda yerinde gözlenen davranış ile uyumlu zemin yer değiştirmeleri elde edilebileceği gösterilmiştir. Ayrıca, analizlerde kullanılan zemin parametrelerinin belirli aralıklar içinde değişmesi durumunda hesaplanan tesirler üzerinde olası etkileri araştırılmıştır.Daha sonra aynı zemin modeli kullanılarak incelenen derin kazının uygulanandan farklı sistemler ile desteklenmesi durumunda beklenebilecek davranış araştırılmıştır. Farklı destek sistemi seçenekleri olarak diyafram duvarın içten kat döşemeleri yerine aynı seviyelerde çelik borularla desteklenmesi ve düşey destek elemanı olarak diyafram duvar yerine fore kazıklı perde ve öngermeli zemin ankrajlarından oluşan bir sistem seçilmiştir. Gerçekleştirilen sayısal analizler sonucunda hesaplanan zemin yer değiştirmeleri referans model sonuçları ve arazi gözlemleri ile karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda çevre zeminde oluşması beklenen yatay zemin yer değiştirmeleri, yüzey düşey yer değiştirmeleri, kazı tabanı kabarmaları ve düşey destek elemanlarında oluşacak eğilme momenti dağılımları elde edilmiştir. Kullanılacak içten destek elemanlarının rijitliği, fore kazıkların çapı ve ankrajların öngerme kuvveti gibi tasarım parametrelerinin oluşacak tesirler üzerinde etkileri hesaplanmıştır.Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda derin kazıların desteklenmesinin değişik sistemler ile güvenli bir şekilde sağlanabileceği ve davranışların sayısal analizlerle gerçeğe yakın bir şekilde öngörülebileceği gösterilmiştir. Diyafram duvar ile yukarıdan aşağı inşaat yöntemi veya aynı seviyelerde içten yeterli rijitlikte çelik borular ile destek sağlanması durumlarında zemin hareketlerinin birbirine çok yakın olacağı belirlenmiştir. Düşey destek elemanı olarak diyafram duvar yerine fore kazıklı perde kullanılması ve çok sıra öngermeli zemin ankrajları ile geriye bağlanması durumu da sayısal analizlerle incelenmiştir. Analiz sonuçları ankraj düşey aralıklarının (ve kazı kademesi sayısının) çok daha sık olması gerekeceğini, zemin yer değiştirmelerinin ankraj öngerme kuvvetlerine bağlı olarak değişeceğini ve diğer sistemlere göre daha büyük olmasının beklenebileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this study soil displacements expected to occur around deep excavations are investigated. The soil displacements which might develop in the vicinity of deep excavation supported by different bracing systems and factors affecting them were studied.In the study the deep excavation made for the Çinçin Station located along the Bağcılar-Otogar metro line which is currently under construction in Istanbul is utilized as the field case story. The excavation of this 32.5m deep excavation is carried out with a surrounding slurry trench wall and up-to-down construction method. The 6 slabs of the station building and the foundation mat provided the internal bracing. Lateral soil displacements are measured with inclinometers placed in the wall and nearby soil layers.Within the scope of the investigation computer code PLAXIS is used to calculate first the soil displacements around the excavation modeling the support system employed in the field. The calculated displacement values are compared with the measured values and the solution compatible with the field observations is denoted as `reference solution?. It is shown that soil displacements values in line with the measured values can be calculated with the computer code used using geotechnical parameters obtained from conventional field and laboratory test results. In addition, the effects of variance in some soil parameters within excepted ranges on the calculated displacements and wall bending moments are investigated.Then using the same soil model, soil displacements expected to occur if some other alternative excavation support systems were used is investigated. As alternative support systems using steel pipes as internal bracing and a piled wall with pre-stressed tie-backs are considered. The calculated soil displacements for different support systems are compared with each other and the measured values. The effects of certain design parameters such as the rigidity of internal bracing elements, the pile diameters and the pre-stressing level of tie-backs are investigated through numerical analysis.As a result of the studies carried out it is shown that the deep excavations can be safely supported with different bracing systems and reliable estimates of soil displacements expected to develop around the excavation can be made. The calculated soil displacements are shown to be very close for the cases of internal bracing being either provided by the slabs as in the case of up-to-down method or by regular steel bracing. For the case of a piled wall with pre-stressed tie-backs the soil displacements are expected to be somewhat larger, their magnitude depending on the number and pre-stressing level of the tie-backs.