Jet grout kolonları içinde teşkil edilenfore kazıkların çalışma prensibinin irdelenmesi
Investigation of the working principle of bored piles constructed within jet grout columns
- Tez No: 988302
- Danışmanlar: PROF. DR. SEDAT SERT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geoteknik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yumuşak, gevşek ve yer altı su seviyesinin yüksek olduğu zemin koşullarında yapıların zemine güvenle taşıtılması ve uygulanan projenin ekonomik boyutunu da düşünerek imalatın yapılması İnşaat Mühendisliğinin başlıca görevidir. Bu tür zeminlerde ağır ve nitelikli yapıların yapılması ciddi geoteknik problemlerin çözülmesi gerekebilmektedir. Maliyet açısından ilk olarak zemin ıslah yöntemleri ile yumuşak/gevşek zemin katı/sıkı forma getirilmek istenir. Zemin ıslah yöntemi ile iyileştirilen zeminde iki hedef gözetilir. Bunlardan birincisi oturma kriterini, ikincisi ise taşıma gücü kriterini sağlamaktır. Ağır ve nitelikli yapıların zemininde kullanılan ıslahı yöntemleri taşıma gücü kriterin sağlamakta ancak çoğu durumda oturma kriterini tek başına sağlayamamaktadır. Çözüm olarak maliyet açısından daha yüksek olan derin temel sistemlerinin yapı altında kullanılması önerilebilmektedir. Tez çalışmasına konu olan iki site olarak inşa edilen bir silo inşaat sahasının zeminleri çok yumuşak alüvyonal zeminlerden oluşmaktadır. Üst yapı yükleri yüzeysel temel taşıma gücünü çok fazla aştığından yapı fore kazıklı derin temel üzerine üzerine inşa edilmiştir. Çok yumuşak zeminden dolayı Site-1' de fore kazık imalatı sırasında birtakım zorluklarla karşılaşılmıştır. Karşılaşılan zorluklar neticesinde Site-2' de her fore kazığın çevresine 80 cm çapında ve 16 metre boyunda 4' er adet jet grout kolonları imal edilmiş ve çimento hamurunun prizini alması sonrasında fore kazıkların imalatı gerçekleştirilmiştir. Her iki sitede imal edilen fore kazıklara yükleme deneyi yapılmış ve taşıma gücü performansları değerlendirilmiştir. Tez çalışmasında çok yumuşak zeminlerde zemin iyileştirilmesi yapılmadan önceki ve sonraki fore kazık imalatları, imalat aşamasındaki yaşanan zorluklar, zorluklara yönelik çözümler anlatılmakta ve kazıkların taşıma gücü performanslarını karşılaştırmalı olarak irdelenmektedir. Aynı zamanda jet grout kolonları ile iyileştirilmiş kısmi kompozit zemine imal edilen fore kazıkların daha hızlı ve daha ekonomik olduğu saha gözlemleriyle detaylıca anlatılmaktadır. Büyük ölçekli bütçeler ile inşa edilen bu tür sanayi yapılarının, akademik bakış açısıyla jeolojik, jeofizik ve geoteknik olarak değerlendirilmesi sonrasında literatüre büyük ölçüde katkı sağlanması hedeflenmektedir. Ayrıca, bu çalışmada iyileştirilmiş zemin-kazık etkileşimini daha derinlemesine değerlendirebilmek adına, jet grout uygulaması sonrası oluşan kompozit zemin davranışı da dikkate alınmıştır. Kompozit zemin yaklaşımı ile jet grout kolonları ve doğal zeminin birlikte çalıştığı sistemde, drenajsız kayma mukavemeti (cu) tahmini için ağırlıklı ortalama formülasyon kullanılmıştır. Buna ek olarak, jet grout sonrası kayma dalgası hızı (Vs) artışı üzerinden cu-Vs ilişkisine dayalı ampirik değerlendirmeler yapılmış, bu sayede zemin iyileştirmesinin etkinliği jeofizik parametrelerle de desteklenmiştir. Her iki yaklaşımın sonuçları, hem teorik hem de deneysel olarak karşılaştırılmış ve literatürde yer bulan modellerle sahadaki veriler uyumlu şekilde yorumlanmıştır. Bu mühendislik yaklaşımı, tez kapsamında ayrıntılı olarak ele alınmıştır.
Özet (Çeviri)
In soft, loose soils with a high groundwater table, safely transferring structural loads to the ground while maintaining economic feasibility in construction represents a fundamental challenge in geotechnical engineering. The construction of heavy and high-quality structures on such soils requires addressing complex geotechnical problems, which become even more critical in seismically active regions. In engineering practice, soil improvement techniques are primarily employed to enhance inadequate ground conditions while considering cost-effectiveness. The main objective of these methods is to control settlement behavior and ensure bearing capacity by densifying and stiffening the soil mass. However, in practice, soil improvement techniques-though generally sufficient in terms of bearing capacity-may not always satisfy settlement criteria alone. Consequently, for heavy and critical structures, deep foundation systems, particularly bored piles, are often preferred as safer but more costly alternatives. Population growth, technological advances, and industrial land demands have led to a reduction in building footprint areas and an increase in structure heights. This trend increases both the load per unit area and the stresses beneath foundations. This study was conducted at a silo construction site in the Körfez district of Kocaeli Province, Turkey, characterized by very soft alluvial soils with a high groundwater table. Since shallow foundation systems could not meet the design loads, bored piles were implemented as the deep foundation solution. The site was divided into two sections, Site-1 and Site-2, both exhibiting similar soil conditions and construction challenges. At Site-1, located in the Yeniköy plain, bored piles with a diameter of 80 cm and a length of 24 m were directly constructed. Pile capacity and length were designed considering both static and seismic loads in accordance with the Turkish Earthquake Code of 2007. During pile construction, maintaining borehole stability was challenging due to weak soil profiles and the high groundwater table, which directly affected project cost and schedule. At Site-2, silo diameters were reduced and heights increased to achieve greater storage volume with a smaller foundation system, improving area efficiency. Due to increased sub-foundation stresses, seismic moments and uplift forces necessitated longer piles than normal. Since Site-2 was designed in 2021, the 2018 Turkish Building Earthquake Code was applied. Pile design calculations indicated diameters of 100 cm and lengths exceeding 50 m. One key reason for such long piles was the very soft clay layer within the upper 16 m of soil, where the undrained shear strength (cu) was approximately 15 kPa, providing insufficient shaft friction. To improve the mechanical properties of this upper 16 m of soil, jet grouting was implemented. The design included four jet grout columns, each 80 cm in diameter and 16 m in depth, around every bored pile. The jet grout columns were constructed by injecting cement slurry into the soil under 300-400 bar pressure with a water-cement ratio of 1:2. After setting, bored piles were installed within the improved soil mass. This enhancement reduced the previously predicted pile lengths of over 50 m to a maximum of 42 m, achieving significant time and cost savings. Both sites contained bored piles of varying diameters and lengths. In this study, one representative pile from each site was analyzed: at Site-1, an 80 cm diameter, 24 m long pile with a vertical load capacity of 95 tons, and at Site-2, a 100 cm diameter, 31 m long pile with a vertical load capacity of 182 tons. Static pile load tests, conducted in accordance with ASTM D1143 (2020), revealed that at Site-1, the pile designed for 95 tons could carry up to 142.5 tons, resulting in a total settlement of 8.83 mm, comprising 5.17 mm residual and 3.66 mm elastic settlement. At Site-2, the pile was loaded to 350 tons (1.92 times the service load), exhibiting only 2.35 mm total settlement, including 1.50 mm residual and 0.85 mm elastic settlement. These findings confirm, in line with previous studies, that borehole stability significantly influences bored pile performance. Lam et al. (2015) compared bentonite and polymer drilling fluids, concluding that polymer-based piles performed nearly twice as well due to improved borehole stability. Zhou et al. (2021) highlighted the impact of excavation and injection methods on pile capacity, while Hongbo et al. (2007) demonstrated the influence of construction methods on shaft friction and overall pile performance. In this study, the behavior of jet grout-improved soils was evaluated through experimental observations as well as theoretical and empirical approaches. The composite soil concept was adopted, assuming that the ground comprises both natural soil and jet grout columns. Predicting the degree of improvement and corresponding changes in soil parameters before jet grouting remains challenging. Each composite soil system may exhibit different characteristics depending on soil type, improvement method, cement/water ratio, groundwater table, and saturation level. Considering these variables, predicting pile capacity a priori is complex. To address this, a method from the literature was applied: the area ratio (R) of jet grout columns within the soil volume was determined, and the undrained shear strengths of the components (cu,jet and cu,natural) were weighted accordingly to compute the composite undrained shear strength (cu,composite) of the improved soil. This approach allowed realistic modeling of pile-soil interaction and quantified the effect of soil improvement. For example, in-situ tests indicated cu,natural = 15 kPa for the first 16 m. Using the composite soil approach, cu,composite was calculated as 134.46 kPa. Applying this value in pile capacity calculations allowed achieving 182 tons with a pile length of 31 m instead of 40 m-a 9 m reduction per pile. Considering 55 bored piles per raft foundation, the total pile length reduction amounted to 495 m for a single silo, corresponding to approximately 22.5% savings in time and cost. Furthermore, geophysical measurements before and after jet grouting revealed substantial increases in shear wave velocity (Vs30), from 213 m/s to 343 m/s. Using the empirical Vs–cu correlation (Mayne & Rix, 1995), these increases were numerically linked to improvements in undrained shear strength (cu), providing an alternative method for estimating post-treatment soil strength. The coefficient R in this correlationmust be calibrated, and while cu can be estimated from geophysical data, it should not be directly used for pile design. Instead, this relationship is useful for assessing soil improvement quality by comparing estimated cu values with field and laboratory test results. Results obtained from both the composite soil formulation and the Vs–cu empirical relationship were consistent, reinforcing the reliability of the methodologies. This approach provides a valuable engineering tool, particularly when direct cu measurements (such as CPT or PLT) are unavailable, enabling prediction of soil improvement effects. In conclusion, this thesis provides a comparative evaluation of bored pile performance in both unimproved and jet grout-improved weak soils, quantitatively demonstrating the effects of improvement on borehole stability, pile performance, settlement, and pile length. Bored piles constructed within jet grout-improved composite soils offer a safe, economical, and practical alternative for heavy structures on geotechnically unfavorable soils.
Benzer Tezler
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ
- Gaz atomizasyon yöntemi ile hızlı katılaştırılmış kalay - %15 kurşun tozu üretiminin deneysel ve matematik modellemesi
Başlık çevirisi yok
NURETTİN YAVUZ
- Gemlik çeşidi zeytinlerden kaliteli ve az tuzlu siyah sofralık zeytin üretimi üzerinde bir araştırma
A Study on the production of quality black table olives by useing Gemlik variety olives
DİLEK BAŞER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Gıda MühendisliğiUludağ ÜniversitesiGıda Bilimi ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ KILIÇ
- Sabit çıkış projeksiyon alanı ve lüle yüksekliğine sahip dairesel kesitli üç boyutlu hava yastıklarının mukayeseli etüdü
A Comparative study of three-dimensional air cushions with circular cross section, exit projection area and constant nozzle height
ARMAĞAN İNALHAN