Derin Kazı Nedir? İksa Sistemleri, Riskler ve Projelendirme Süreci

Derin Kazı Nedir?

Derin kazı; yapı temelleri, bodrum katları, otoparklar, metro ve altyapı tesisleri gibi yapıların inşa edilebilmesi amacıyla mevcut zemin kotunun önemli ölçüde altına inilerek gerçekleştirilen kazı çalışmasıdır.

Bir kazının yalnızca metre cinsinden derinliği, onun derin kazı olarak değerlendirilmesi için tek başına yeterli değildir. Kazının çevresindeki yapılaşma, zemin profili, yeraltı suyu, kazı geometrisi ve çevresel riskler de dikkate alınmalıdır.

Örneğin, açık ve geniş bir arazide yapılan belirli derinlikteki kazı, doğal şevlendirme ile güvenli biçimde gerçekleştirilebilirken; aynı derinlikteki bir kazı şehir merkezinde, bina temellerinin ve altyapı hatlarının hemen yanında ciddi bir mühendislik problemi oluşturabilir.

Derin kazılar genellikle şu projelerde uygulanır:

• Çok bodrumlu konut ve ticari yapı projelerinde
• Yeraltı otoparklarında
• Hastane, alışveriş merkezi ve iş merkezi projelerinde
• Metro istasyonları ve yeraltı ulaşım yapılarında
• Endüstriyel tesis ve makine temel kazılarında
• Arıtma tesisi ve su yapılarında
• Alt geçit, tünel girişleri ve ulaşım projelerinde
• Altyapı galerileri ve büyük çaplı boru hatlarında
• Yoğun kentsel alanlardaki temel ve bodrum kazılarında

İksa Sistemi Nedir?

İksa sistemi, kazı yüzeylerinin göçmesini önlemek, yanal zemin basınçlarını karşılamak ve kazı çevresindeki yapıların, yolların ve altyapı sistemlerinin güvenliğini korumak amacıyla tasarlanan geçici veya kalıcı destek sistemidir.

İksa sistemi yalnızca kazı çukurunun açık kalmasını sağlamaz. Aynı zamanda kazı nedeniyle oluşabilecek yatay zemin hareketlerini, düşey oturmaları, yeraltı suyu girişini ve komşu yapı temellerindeki olumsuz etkileri kontrol altında tutar.

İksa sisteminin türü; zemin özellikleri, kazı derinliği, yeraltı suyu, komşu yapıların mesafesi, saha alanı, uygulama ekipmanı ve maliyet kriterleri birlikte değerlendirilerek belirlenir.

Derin Kazılarda Neden İksa Sistemi Kullanılır?

Kazı sonrasında zeminin doğal dengesi değişir. Kazı yüzeyinden kaldırılan zemin, daha önce denge halinde bulunan tabakalardaki gerilme dağılımını değiştirir. Bu durum zeminin kazı boşluğuna doğru hareket etmesine neden olabilir.

Özellikle kohezyonsuz zeminlerde, gevşek dolgularda, yumuşak killerde, ayrışmış kaya ortamlarında ve yeraltı su seviyesinin yüksek olduğu sahalarda kontrolsüz kazı yapılması ciddi güvenlik riskleri doğurur.

Uygun biçimde projelendirilmiş bir iksa sistemi:

• Kazı yüzeylerinin göçmesini önler.
• Yanal zemin hareketlerini sınırlar.
• Komşu yapıların oturma riskini azaltır.
• Yol ve altyapı sistemlerinin güvenliğini korur.
• Yeraltı suyu girişinin kontrolüne yardımcı olur.
• Çalışma alanında iş güvenliğini artırır.
• Kazının planlanan geometride açılmasını sağlar.
• Temel ve bodrum imalatlarının güvenli biçimde yürütülmesini destekler.

Derin Kazılarda Karşılaşılan Başlıca Riskler

Kazı Yüzeyinin Göçmesi

Yanal zemin basınçlarının doğru hesaplanmaması veya iksa sisteminin yetersiz tasarlanması durumunda kazı yüzeyinde ani göçmeler meydana gelebilir. Bu durum çalışanlar, iş makineleri ve çevredeki yapılar açısından ciddi güvenlik riski oluşturur.

İksa Sisteminde Aşırı Yatay Deplasman

İksa elemanlarının yetersiz rijitliğe sahip olması, ankrajların uygun yerleştirilmemesi veya kazı aşamalarının projeye uygun yürütülmemesi durumunda iksa sistemi kazı boşluğuna doğru aşırı hareket edebilir.

Komşu Yapılarda Oturma ve Hasar

Kazı nedeniyle zeminde oluşan yatay hareketler, çevredeki zemin tabakalarında düşey oturmalara yol açabilir. Bu hareketler komşu yapı temellerinde farklı oturma, duvar çatlakları, kapı ve pencere deformasyonları veya taşıyıcı sistem hasarları oluşturabilir.

Yeraltı Suyu Girişi

Yeraltı su seviyesinin kazı tabanının üzerinde bulunduğu sahalarda, kazı içine su girişi meydana gelebilir. Kontrolsüz su girişi zeminin dayanımını azaltabilir, ince malzeme taşınmasına, taban kabarmasına ve çevre zeminde oturmalara neden olabilir.

Kazı Tabanı Kabarması

Özellikle yumuşak ve düşük dayanımlı kil tabakalarında, kazı tabanı üzerindeki örtü yükünün kaldırılması sonucunda taban kabarması oluşabilir. Bu durum kazı güvenliğini ve temel imalatlarını olumsuz etkiler.

Hidrolik Kırılma ve Borulanma

Yeraltı suyu basıncının yüksek olduğu geçirgen zeminlerde, yukarı yönlü su akımı kazı tabanında hidrolik kırılma veya borulanma riskine neden olabilir. Bu durum zemin kaybı ve ani stabilite problemi oluşturabilir.

Ankraj Kapasitesinin Yetersiz Kalması

Ankrajların uygun taşıyıcı tabakaya yerleştirilmemesi, serbest ve kök boylarının hatalı belirlenmesi veya enjeksiyon kalitesinin yetersiz olması ankraj performansını düşürebilir.

Komşu Altyapı Hatlarının Zarar Görmesi

Su, kanalizasyon, doğal gaz, elektrik ve iletişim hatları zemin hareketlerinden etkilenebilir. Bu nedenle altyapı güzergâhları proje öncesinde belirlenmeli ve kazı etkileri altında değerlendirilmelidir.

Derin Kazı Projesi Hazırlanmadan Önce Hangi Veriler Toplanır?

Güvenilir bir derin kazı ve iksa projesi, doğru ve yeterli saha verisine dayanmalıdır. Varsayımsal zemin parametreleriyle hazırlanan projeler, uygulama sırasında ciddi belirsizliklere neden olabilir.

Projelendirme öncesinde genel olarak şu veriler incelenir:

• Proje alanına ait mimari ve statik proje bilgileri
• Kazı derinliği ve kazı geometrisi
• Bodrum kat sayısı ve temel kotu
• Jeolojik ve jeoteknik etüt raporları
• Sondaj logları ve zemin tabakaları
• Arazi ve laboratuvar deney sonuçları
• Zemin birim hacim ağırlığı ve kayma dayanımı parametreleri
• Zemin deformasyon modülü
• Yeraltı suyu seviyesi ve mevsimsel değişimleri
• Komşu yapıların temel sistemleri
• Komşu yapıların kazıya olan uzaklıkları
• Yol, kaldırım ve altyapı hatlarının konumları
• Saha erişimi ve iş makinesi çalışma alanı
• Ankraj yapılabilecek komşu parsellerin mülkiyet durumu

Derin Kazı Projelendirme Süreci Nasıl İlerler?

1. Proje ve Saha Verilerinin İncelenmesi

İlk aşamada kazı alanı, kazı derinliği, temel kotu, çevre yapılar ve saha kısıtları değerlendirilir. Mevcut zemin etüt raporlarının proje için yeterli olup olmadığı kontrol edilir.

2. Geoteknik Modelin Oluşturulması

Sondajlar, arazi deneyleri, laboratuvar sonuçları ve yeraltı suyu verileri kullanılarak zemin tabakalarını ve mühendislik parametrelerini içeren geoteknik model hazırlanır.

3. İksa Alternatiflerinin Belirlenmesi

Kazı derinliği, zemin profili, çevre yapıların hassasiyeti ve saha koşullarına göre uygulanabilecek iksa sistemleri belirlenir. Alternatifler teknik, ekonomik ve uygulama açısından karşılaştırılır.

4. Yanal Zemin Basınçlarının Hesaplanması

Aktif, pasif ve sükûnetteki zemin basınçları; zemin tabakaları, yüzey yükleri, yeraltı suyu ve deprem etkileri dikkate alınarak hesaplanır.

5. Kazı Aşamalarının Modellenmesi

Derin kazılar tek aşamada değil, belirli kazı kademeleri ve destek uygulamaları izlenerek gerçekleştirilir. Bu nedenle her kazı aşaması analiz modelinde ayrı ayrı tanımlanmalıdır.

6. İksa Elemanlarının Boyutlandırılması

Fore kazık, mini kazık, diyafram duvar, palplanş veya diğer düşey destek elemanlarının çapı, aralığı, derinliği ve donatıları mühendislik hesaplarıyla belirlenir.

7. Ankraj veya İç Destek Tasarımı

İksa sisteminin yatay hareketlerini sınırlandırmak için ankraj veya iç destek sistemleri tasarlanır. Destek kotları, kapasiteleri ve uygulama sırası belirlenir.

8. Deplasman ve Stabilite Kontrolleri

İksa sistemindeki yatay deplasmanlar, momentler, kesme kuvvetleri ve destek kuvvetleri hesaplanır. Genel stabilite, taban kabarması, ankraj stabilitesi ve hidrolik güvenlik kontrolleri yapılır.

9. Yeraltı Suyu Kontrolünün Tasarlanması

Gerekli durumlarda drenaj, kuyu sistemi, wellpoint, sızdırmazlık perdesi veya geçici su düşürme yöntemleri projelendirilir.

10. Uygulama Paftalarının Hazırlanması

İksa yerleşimi, kazık planı, kesitler, ankraj düzeni, kazı aşamaları, drenaj detayları ve uygulama notları proje paftalarında gösterilir.

11. Ölçüm ve İzleme Planının Oluşturulması

Riskli veya hassas projelerde iksa deplasmanları, komşu yapı oturmaları, ankraj yükleri ve yeraltı suyu seviyesinin izlenebilmesi için geoteknik gözlem planı hazırlanır.

Derin Kazılarda Kullanılan İksa Sistemleri

Fore Kazıklı İksa Sistemi

Fore kazıklı iksa, belirli aralıklarla veya birbirine teğet biçimde imal edilen betonarme kazıklardan oluşur. Farklı zemin koşullarında uygulanabilmesi, yüksek rijitlik sağlaması ve şehir içi projelere uygun olması nedeniyle yaygın olarak tercih edilir.

Kazıklar arası boşluklar zemin koşullarına göre püskürtme beton, kaplama elemanları veya enjeksiyon uygulamalarıyla desteklenebilir.

Teğet Kazıklı İksa Sistemi

Teğet kazıklı sistemde betonarme kazıklar birbirine temas edecek şekilde imal edilir. Kazıklar arasında belirgin boşluk bırakılmadığı için zemin kaybının sınırlandırılmasına yardımcı olur.

Kesişen Kazıklı İksa Sistemi

Kesişen kazıklı sistem, birincil ve ikincil kazıkların birbirini kesmesiyle oluşturulur. Yeraltı suyu kontrolünün önemli olduğu sahalarda daha geçirimsiz bir perde oluşturabilmesi nedeniyle değerlendirilebilir.

Mini Kazıklı İksa Sistemi

Mini kazıklar; çalışma alanının dar olduğu, düşük tavan yüksekliği bulunan, büyük makinelerin erişemediği veya mevcut yapıların yanında çalışma yapılması gereken projelerde kullanılabilir.

Diyafram Duvar

Diyafram duvarlar, yüksek rijitlik ve düşük geçirgenlik sağlayabilen betonarme yeraltı duvarlarıdır. Çok derin kazılarda, yeraltı su seviyesinin yüksek olduğu sahalarda ve deplasmanların sıkı biçimde sınırlandırılması gereken projelerde tercih edilebilir.

Berlin Duvarı

Berlin duvarı sistemi, belirli aralıklarla yerleştirilen düşey çelik profiller ve bu profiller arasında uygulanan yatay kaplama elemanlarından oluşur. Uygun zemin ve yeraltı suyu koşullarında ekonomik bir çözüm sağlayabilir.

Palplanş Sistemleri

Çelik palplanşlar zemine çakılarak veya titreşimle yerleştirilerek sürekli bir perde oluşturur. Su yapıları, kıyı projeleri ve uygun zemin koşullarındaki geçici kazılarda kullanılabilir.

Zemin Çivili Duvar

Zemin çivisi sistemi, kazının kademeli biçimde yapılması ve zemin içerisine pasif donatı elemanlarının yerleştirilmesi esasına dayanır. Kazı yüzeyi genellikle hasır çelik ve püskürtme beton ile kaplanır.

Ankrajlı ve İçten Destekli İksa Sistemleri

Ankrajlı İksa Sistemi

Ankrajlar, iksa sistemine etkiyen yatay yükleri kazı arkasındaki taşıyıcı zemin veya kaya tabakasına aktaran destek elemanlarıdır. Ankrajlı sistemler, kazı alanının açık ve çalışma açısından kullanılabilir kalmasını sağlar.

Ancak ankrajların komşu parsel sınırlarını geçmesi durumunda mülkiyet ve izin koşulları dikkate alınmalıdır. Ayrıca ankraj kök bölgesinin uygun taşıyıcı tabaka içerisinde kalması gerekir.

İçten Destekli İksa Sistemi

Ankraj uygulamasının mümkün olmadığı durumlarda, kazı içerisinde çelik boru destekler, yatay kuşaklar veya çapraz elemanlar kullanılabilir. Bu sistemlerde komşu parsele girilmeden kazı güvenliği sağlanabilir.

İç desteklerin temel ve bodrum imalatlarıyla çakışmaması için yapım sırası dikkatli biçimde planlanmalıdır.

İksa Sistemi Seçimi Nasıl Yapılır?

Her derin kazı için tek bir ideal iksa sistemi bulunmaz. Uygun sistem, projeye özgü teknik, çevresel ve ekonomik koşullar değerlendirilerek seçilir.

İksa sistemi seçiminde başlıca şu kriterler dikkate alınır:

• Kazı derinliği
• Kazı alanının geometrisi
• Zemin tabakalarının mühendislik özellikleri
• Kaya ortamındaki süreksizlikler
• Yeraltı suyu seviyesi
• Komşu yapıların kazıya uzaklığı
• Komşu yapıların temel tipi ve hassasiyeti
• İzin verilebilir deplasman sınırları
• Saha içindeki çalışma alanı
• Ankraj uygulama izinleri
• Gürültü ve titreşim sınırlamaları
• İmalat süresi
• Makine ve ekipman erişimi
• Toplam uygulama maliyeti
• Sistemin geçici veya kalıcı olması

Yeraltı Suyunun Derin Kazılara Etkisi

Yeraltı suyu, derin kazı projelerinin en kritik tasarım girdilerinden biridir. Suyun yalnızca kazı içerisine girişi değil, su seviyesinin düşürülmesinin çevrede oluşturabileceği etkiler de değerlendirilmelidir.

Kontrolsüz su düşürme işlemleri çevredeki ince taneli tabakalarda sıkışmaya ve oturmaya neden olabilir. Bu durum komşu yapıların ve altyapı sistemlerinin zarar görmesine yol açabilir.

Yeraltı suyu kontrolünde kullanılabilecek yöntemler şunlardır:

• Açık çukur drenajı
• Drenaj kuyuları
• Derin kuyu sistemleri
• Wellpoint uygulamaları
• Geçirimsiz iksa perdeleri
• Jet grout taban tapası
• Enjeksiyon perdeleri
• Taban altı drenaj sistemleri

Derin Kazılarda Komşu Yapı Güvenliği

Şehir merkezlerinde gerçekleştirilen kazılarda en önemli konulardan biri, mevcut yapıların kazıdan etkilenmemesidir. Komşu yapıların temel kotu, taşıyıcı sistemi, mevcut hasar durumu ve kazıya olan mesafesi proje öncesinde incelenmelidir.

Proje başlangıcında mevcut yapıların fotoğraflı durum tespiti yapılması, uygulama sürecinde oluşabilecek değişimlerin sağlıklı biçimde değerlendirilebilmesini sağlar.

Komşu yapı güvenliği için:

• Mevcut yapıların temel sistemleri araştırılmalıdır.
• İksa deplasmanları sınırlandırılmalıdır.
• Kazı aşamaları projeye uygun yürütülmelidir.
• Komşu yapı oturmaları ölçülmelidir.
• Yapılardaki çatlaklar takip edilmelidir.
• Yeraltı suyu düşümünün etkileri izlenmelidir.
• Kritik ölçüm değerleri için uyarı sınırları belirlenmelidir.

Derin Kazılarda Geoteknik Ölçüm ve İzleme

Derin kazı projelerinde yapılan hesapların saha davranışıyla doğrulanması, güvenli uygulama açısından büyük önem taşır. Bu nedenle özellikle derin, karmaşık veya çevre yapıların hassas olduğu projelerde geoteknik izleme sistemlerinden yararlanılır.

İzleme kapsamında şu yöntemler kullanılabilir:

• İnklinometre ölçümleri
• İksa başı deplasman ölçümleri
• Oturma noktaları
• Yapı çatlak ölçerleri
• Ankraj yük hücreleri
• Piezometre ölçümleri
• Prizma ve total station ölçümleri
• Titreşim ölçümleri

Ölçüm sonuçları önceden belirlenen dikkat, uyarı ve alarm seviyeleriyle karşılaştırılır. Sınır değerlerin aşılması durumunda kazı süreci durdurulabilir, destek sistemi güçlendirilebilir veya kazı sırası yeniden düzenlenebilir.

Derin Kazı Projesi ile Uygulama Arasındaki Uyum Neden Önemlidir?

En güvenilir mühendislik projesi dahi sahada doğru uygulanmadığında beklenen performansı sağlayamaz. Kazı kademelerinin değiştirilmesi, ankrajların geç yapılması, iksa elemanlarının projeden farklı uygulanması veya kontrolsüz su tahliyesi ciddi riskler oluşturabilir.

Bu nedenle uygulama süreci, geoteknik proje müellifi ve saha ekipleri arasında koordineli biçimde yürütülmelidir. Sahada proje raporlarında öngörülmeyen zemin koşullarıyla karşılaşılması durumunda gerekli mühendislik değerlendirmeleri yapılarak proje revize edilmelidir.

Derin Kazı Projelerinde Yapılan Yaygın Hatalar

• Yetersiz zemin araştırmasıyla projelendirme yapılması
• Yeraltı suyu koşullarının dikkate alınmaması
• Komşu yapı yüklerinin modele eklenmemesi
• Kazı aşamalarının analizde doğru tanımlanmaması
• Ankraj köklerinin uygun tabakaya yerleştirilmemesi
• İksa deplasmanlarının yalnızca dayanım açısından değerlendirilmesi
• Taban kabarması ve hidrolik kırılma kontrollerinin yapılmaması
• Kazının projedeki sıraya uygun ilerletilmemesi
• Ölçüm ve izleme programı oluşturulmaması
• Saha koşullarındaki değişikliklere rağmen projenin güncellenmemesi

Derin Kazı Projesi Yatırım Maliyetini Nasıl Etkiler?

Derin kazı projesi yalnızca güvenlik amacıyla hazırlanan teknik bir belge değildir. Doğru tasarım, yatırım maliyetlerinin optimize edilmesine de katkı sağlar.

Gereğinden büyük kazık çapları, fazla ankraj sırası, aşırı donatı veya uygun olmayan iksa sistemi gereksiz maliyet oluşturabilir. Buna karşılık yetersiz sistemler uygulama sırasında revizyon, güçlendirme, iş durması ve komşu yapı hasarı gibi çok daha yüksek maliyetlere neden olabilir.

Teknik açıdan güvenli ve uygulama koşullarına uygun alternatiflerin karşılaştırılması, yatırımcı için en rasyonel çözümün belirlenmesini sağlar.

GeoDizayn Derin Kazı ve İksa Projelendirme Hizmetleri

GeoDizayn, derin kazı projelerini yalnızca iksa elemanlarının boyutlandırılması olarak değil; zemin, yapı, yeraltı suyu ve uygulama aşamalarının birlikte değerlendirildiği kapsamlı bir geoteknik mühendislik süreci olarak ele alır.

Proje kapsamında saha verileri incelenir, geoteknik model oluşturulur, alternatif iksa sistemleri karşılaştırılır ve uygulama koşullarına uygun çözüm geliştirilir.

GeoDizayn’ın derin kazı hizmetleri kapsamında:

• Geoteknik verilerin değerlendirilmesi
• Derin kazı tasarım parametrelerinin belirlenmesi
• İksa sistemi alternatiflerinin geliştirilmesi
• Fore kazıklı ve mini kazıklı iksa tasarımı
• Ankrajlı iksa sistemi projelendirmesi
• İçten destekli iksa sistemi tasarımı
• Diyafram duvar ve palplanş değerlendirmeleri
• Yanal zemin basıncı hesapları
• Kazı aşamalarının modellenmesi
• Deplasman ve stabilite analizleri
• Yeraltı suyu kontrolü değerlendirmeleri
• Uygulama paftalarının hazırlanması
• Geoteknik ölçüm ve izleme önerileri
• Uygulama sürecinde teknik danışmanlık