Deep Soil Mixing (DSM)

Zemin iyileştirme makinesi ile çimento ve/veya diğer bağlayıcı malzemelerin zeminin içinde dönerek karıştırılması işlemine deep soil mixing (DSM) denir. Kısaca deepmix veya Türkçede derin karıştırma olarak da anılır. Deepmix, zeminde kolonların oluşturulması amaçlanarak uygulanan bir zemin iyileştirme yöntemidir; kolonlar tekil, sıralı (perde), ızgara veya blok düzeninde imal edilebilir.

Yöntemin temel farkı enerjinin kaynağıdır: DSM'de zemin, tijin ucundaki mekanik karıştırma kanatlarıyla parçalanıp bağlayıcıyla karıştırılır. Jet groutta ise bu işi yüksek basınçlı akışkan jeti yapar. Bu nedenle DSM düşük basınçla çalışır, çevreye daha az şerbet ve çamur çıkarır ve kolon çapı doğrudan karıştırma ucunun çapıyla belirlenir.

Deep soil mixing ne zaman gerekir?

• Yumuşak kil ve silt: Taşıma gücü düşük, yüksek su içerikli zeminlerde temel altı iyileştirme.
• Konsolidasyon oturmasının azaltılması: Dolgu, depo, tank ve yol altı gibi geniş alanlı yüklerde uzun süreli konsolidasyon oturmalarını sınırlamak.
• Organik zeminler ve turba: Uygun bağlayıcı seçimiyle, klasik temellerin uygulanamadığı sahalarda.
• Sıvılaşma önleme: Izgara (hücre) düzeninde kolon veya panellerle gevşek kum tabakalarının deprem sırasında kesme deformasyonunun sınırlandırılması; bkz. sıvılaşma.
• Kazı iksası ve su kesme: Kesişen kolonlardan oluşan, gerektiğinde çelik profil yerleştirilen perdeler.
• Şev ve dolgu stabilitesi: Yumuşak zemin üzerindeki dolguların kaymaya karşı desteklenmesi.
• Kirlenmiş zeminlerin stabilizasyonu: Kirleticilerin bağlayıcı içinde hapsedilmesi (özel tasarım gerektirir).

Yöntem ve teknik esaslar

Kuru ve yaş karıştırma

Kuru yöntem, zemindeki fazla suyu bağlayıcının kullanması sayesinde çok yumuşak ve suya doygun killerde avantajlıdır. Yaş yöntem ise daha geniş bir zemin yelpazesinde homojen karışım sağlar ve kum tabakaları içeren profillerde tercih edilir.

Bağlayıcı seçimi

Bağlayıcı, zeminin türüne, su içeriğine, organik madde miktarına ve hedef dayanıma göre seçilir:

• Çimento: En yaygın bağlayıcıdır; kum, silt ve inorganik killerde iyi sonuç verir.
• Kireç ve kireç-çimento karışımı: Kireç, killerle reaksiyona girerek zamanla dayanım kazanır ve zeminin su içeriğini düşürür; yumuşak killerde kullanılır.
• Yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve alçı katkılı karışımlar: Organik zeminlerde ve özel koşullarda dayanım gelişimini desteklemek için.

Organik maddeler çimentonun hidratasyonunu yavaşlatabilir veya engelleyebilir. Bu nedenle bağlayıcı türü ve dozajı masa başında seçilmez; sahadan alınan numunelerle laboratuvarda karışım tasarımı yapılır. Farklı bağlayıcı ve dozajlarla hazırlanan numunelerin belirli yaşlardaki serbest basınç dayanımları karşılaştırılarak saha karışımı belirlenir.

Yumuşak kil ve organik zeminlerde kullanım

Yumuşak killerde DSM kolonları, zeminle birlikte çalışan kompozit bir temel zemini oluşturur; yükün bir kısmını kolonlar, bir kısmını zemin taşır. Kolon alan oranı, zeminin ve kolonun rijitlik farkına göre oturma hesabıyla belirlenir. Organik zeminlerde ve turbada ise daha yüksek bağlayıcı dozajı, özel bağlayıcı karışımları ve daha kapsamlı deneme çalışması gerekir. Çok kalın turba tabakalarında DSM'nin ekonomik olup olmadığı, kazıklı çözümlerle karşılaştırılarak değerlendirilmelidir.

DSM ile jet grout karşılaştırması

İki yöntem de zemini yerinde güçlendirir; seçim zemin profiline, saha erişimine ve iyileştirme amacına göre yapılır. Ayrıntılı bilgi için jet grout sayfamıza ve jet grout mu fore kazık mı yazımıza bakabilirsiniz.

Kullanılan ekipman ve deneyler

• Paletli DSM makinesi, tek veya çok milli karıştırma takımı
• Yaş yöntemde şerbet karışım ünitesi ve pompa; kuru yöntemde toz bağlayıcı besleme ünitesi ve kompresör
• Derinlik, dönme hızı, ilerleme hızı ve bağlayıcı miktarını kaydeden veri kayıt sistemi

Deneyler: laboratuvar karışım tasarımı, deneme kolonları, yaş numune alma, kolonlardan karot ve basınç dayanımı deneyleri; gerektiğinde yükleme deneyi. Kolon sürekliliği karot kazanımı ile değerlendirilir.

Deep soil mixing uygulama süreci

1. 01

   Zemin araştırması

   Tabakalar, su içeriği, organik madde ve dane dağılımı belirlenir; karışım tasarımı için numune alınır.

2. 02

   Laboratuvar karışım tasarımı

   Farklı bağlayıcı türü ve dozajlarıyla numuneler hazırlanır, dayanımları karşılaştırılır.

3. 03

   Tasarım

   Kolon çapı, boyu, aralığı ve düzeni (tekil, ızgara, blok, perde) hesaplanır.

4. 04

   Deneme kolonları

   Sahada deneme kolonları imal edilir; karışım homojenliği ve dayanım doğrulanır.

5. 05

   Üretim

   Kolonlar belirlenen dönme ve ilerleme hızlarıyla, bağlayıcı miktarı kaydedilerek imal edilir.

6. 06

   Kalite kontrol

   Karot ve basınç dayanımı deneyleri, gerekirse yükleme deneyi yapılır.

7. 07

   Raporlama

   İmalat kayıtları, deney sonuçları ve as-built plan teslim edilir.

Teslim edilen çıktılar

• Laboratuvar karışım tasarımı raporu
• DSM tasarım ve hesap raporu (taşıma gücü, oturma, gerekiyorsa sıvılaşma)
• Kolon yerleşim planı ve detaylar
• Kolon bazında imalat kayıtları
• Karot ve dayanım deneyi sonuçları
• Yapıldığı gibi (as-built) plan

İlgili mevzuat ve standartlar

• TS EN 14679: Özel geoteknik işlerin uygulanması – derin karıştırma.
• TS EN 1997 (Eurocode 7): Geoteknik tasarım ilkeleri.
• TBDY 2018: Sıvılaşma değerlendirmesi ve temel zemini tasarım kuralları; bkz. TBDY 2018.

Süre ve maliyeti etkileyen faktörler

Sık yapılan hatalar

• Organik zeminde laboratuvar karışım tasarımı yapmadan standart çimento dozajı uygulamak.
• Kuru yöntemi su içeriği düşük veya kumlu zeminlerde kullanmak.
• Dönme ve ilerleme hızını kaydetmemek; homojen olmayan kolonlar üretmek.
• Bloklu dolgu ve engelleri önceden araştırmamak.
• Karotu kolonlar yeterli dayanım kazanmadan almak.