Beton yüzlü kaya dolgu barajların kullanımı günümüzde kullanımı oldukça yaygındır. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar özellikle güvenli olmaları,büyük farklılıklar gösteren arazi koşullarına uyabilmeleri, yapımlarının pratik ve ekonomik olması gibi üstünlüklerinden dolayı çoğunlukla tercih edilmektedir. Bu tip, daha yüksek barajlarda güvenle kullanılabilmektedir. Yapılan araştırmalar neticesinde bu tip barajların çok yüksek inşa edilmeleri halinde performanslarının sınır değerler içerisinde kaldığı, depreme karşı çok dayanıklı olduğu sonucuna varılmıştır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar bugüne kadar çok büyük yüksekliklerde başarı ile inşa edilmiştir. 300m yükseklikte inşa edildiğinde performansı sınır değerler içinde kalmaktadır. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların tamamı kuru olduğundan deprem sallamaları kaya dolgu boşluklarında boşluk suyu basıncı oluşturmaz. Bu özelliğinden dolayı da ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj depreme karşı dayanıklıdır. Kret oturmaları ise nispeten düşüktür. İlk birkaç yıldan sonra bu oranda çok büyük düşme gözlenmektedir. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar her boyutta ve her amaç için kullanılabilme imkanına sahiptir.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar 1970'den beri çok kullanılan bir tiptir. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların günümüzde yaygın olarak kullanılmasının temel nedenleri şöyledir:
a) Modern ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların tüm teknik açıdan iyi bir tip olması,
b) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların çoğunlukla düşük maliyette inşa edilebilmesi,
c) Sıkıştırılmış kaya dolgu inşası ve geliştirilmiş derz detayları ile yığma kaya dolgu barajlarda gözlenen aşırı oturmaların ve su kaçağı problemlerinin ortadan kaldırılmış olmasıdır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların seçiminde Amerika'da, Avustralya’da ve dünyanın bir çok yerinde artışlar gözlemlenmiştir. Bu tıp barajların daha ekonomik ve daha yüksek inşa edilmesi için çalışmalar devam etmektedir.
Memba yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar hangi koşullarda uygulanabilir.
1) Memba yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar dar vadiler için çok uygun ve ekonomiktir.
2) Mükemmel statik stabilizesinin yanında sismik yüklemelere karşıda özellikle yüksek rezistans gösterir. Bu sebeple,deprem bölgeleri için ideal bir baraj tipidir.
3) Her türlü iklim ve yükseklikte uygulanabilir.
4) Oturmalar göz önüne alındığında sağlam temel koşullarına ihtiyaç vardır.
5) Geçirimsiz malzemenin yetersiz ve uzak olduğu baraj yerlerinde en ekonomik çözümü getirir.
1) İyi kalitede kaya dolgu için gövde ve memba mansap şevleri olarak genellikle 1.3/1.0 ile 1.4/1.0 arasında bir değer kullanılır.
2) Beton örtünün kalınlığı,
T = H* ( 0.305 / 60.96 ) + 0.305 metre olarak hesaplanabilir.
Bu formülün revize edilmiş hali T = l + H * M
Bu formülde
H: Yükseklik
M: 0.002 - 0.004 arasında değişir.
3) Beton kaplamada kullanılan çelik donatının miktarı kaya dolgusunun çeşidine bağlı olarak her iki yönde %0.3 ile %0.5 arasında değişir.
4) Beton dökümü düşey anolar halinde yapılmalıdır. Bu anoların genişliğine yöredeki ısı değişiklikleri göz önüne alınarak karar verilir.
5) Yatay derzlere izin verilmez.
6) Beton yüzü hemen beton plint temel yapılır aynı zamanda cut-off görevini yapacak olan bu temelin içerisine gerekirse bir galeri inşaa edilerek perde enjeksiyonu buradan yapılır.
7) Düşey derzlerin arasına bir kat yerine iki kat bakır veya plastik su tutucu konarak su kaçaklarına karşı emniyet faktörü arttırılabilir.
8) İnşaat sürerken meydana gelebilecek bir taşkın beton kaplama olmaksızın tutulabilir. Bu sebeple asgari bir risk sağlamak amacı ile barajın memba kesimi kurak mevsimde belirli bir yüksekliğe kadar inşaa edilir. Böylece dizaynda barajın iki programda yapılabileceği göz önüne alınmalıdır.
9) Kaya gradasyonu iyi ayarlanmış şekilde olmalı ve beton yüzden mansaba doğru
kalınlığı artan rölatif olarak ince bir tabaka halinde serilmelidir.
Projeci kaya dolgu kütlenin stabilitesinin normal işletme şartlan altında problem olmadığını bilmelidir.
1) Memba yüzün betonlanması oturmaları minimum tutmak için kaya dolgu bittikten sonra yapılmalıdır.
2) Kaya dolgunun sıkıştırılması özellikle barajın memba kesimi için çok iyi ve sürekli kontrol altında vibrasyonlu silindirler ile sağlanmalıdır.
3) Beton örtüsünün 28 günlük dizayn mukavemeti en az 210 kg/cm2 ve yoğunluğu fazla olmalıdır.
4) Rezervuann doldurulması işlemi yavaş ve sürekli kontrol altında yapılmalıdır.
5) Beton kaplamaya inşaat süresince sürekli olarak kür yapılması istenilen dizayn mukavemetine erişebilmesi ve çatlakların önlenebilmesi için mutlaka gereklidir.
1) Kaya dolgu,barajın boşluk suyunu serbestçe drene eden ideal bir malzeme olmakta ve barajın stabilitesi artmaktadır.
2) Beton kaplamanın düşey derzlerden oluşan su kaçakları barajın güvenliği için tehlike oluşturmaz. Bunlar rezervuar dolu iken tamir edilebilir.
3) Memba ve mansap şevlerinin dikliği eteklerin toplanmasını ve dolayısı ile derivasyon ve güç tünelleri dolusavak şutunun kısalmasını sağlamaktadır.
4) Enjeksiyon işleri beton kaplamanın temel plağından yapılmadığından barajın dolgu işlerine etkisi olmaz.
5) Bu tip barajın inşaat süresi diğerlerinden daha kısa olacaktır. Çünkü beton örtüsünün inşaası kaya dolgu işlemlerinden ayrı olarak yürütülür.
6) Baraj temelindeki alüvyonun yeterince yüksek taşıma kapasitesine sahip olması halinde alüvyon yalnızca baraj tabanının memba tarafında 1/3 taban genişliği kadar olan kısmında temel kayasına kadar kaldırılarak ekonomi sağlanır.
7) Son 20 yıllık ICOLD raporlarında "baraj yıkılması ve tahribatı" altında yayınlanmış bu tip baraja rastlanılmamıştır.
Kaya dolgu barajlar da toprak dolgu barajlar gibi kaya, çakıl ve toprak vb. doğal malzeme ile inşaa edilen barajlardır. Uluslararası büyük barajlar komisyonunda kabul edilen tanıma göre dolgunun %50'den fazlası, kaya ile teşkil edildiği takdirde baraj kaya dolgu olarak tanımlanır.
XVIII. asrın sonlarından 1930'larm ortalarına kadar pek çok kaya dolgu baraj inşaa edilmiş olmakla birlikte büyük miktarda kayanın temin edilip doldurulmasının pahalı oluşu nedeniyle uygulanan bir tip olma özelliğini kaybetmiş fakat 1960'tan sonra yeniden gelişme imkanı bulmuştur. Çünkü; 1930-1960 arasında pek çok barajın yapılmış olması sonraları uzak baraj yerlerinin değerlendirilmesini gerektirirken kaya dolgu barajlar yeniden cazibe kazanmıştır.
Sayacağımız şu şartlardan bir veya birkaçının bulunması halinde kaya dolgu barajlar ekonomik olabilir;
1. Baraj yerinin uzak olması nedeni ile beton malzeme naklinin pahalı ve kalifiye beton işçisi temininin zor ve pahalı oluşu.
2. Yakın çevrede uygun vasıflı kayanın bol olması veya tünel, dolusavak gibi yapıların hafriyatından bol miktarda kayanın çıkması, buna karşılık toprak dolgu malzemenin kolay temin edilemeyişi.
3. İnşaat mevsiminin kısa olması, yani iklim şartlarının bir beton baraj inşaatının kısa sürede tamamlanmasına mani olması.
4. Yağışlı sürelerin uzun olması dolayısı ile toprak dolgu inşaatının da kısa sürede tamamlanamayışı.
5. Barajın sonradan yükseltilecek şekilde planlanması, yani iki kademe inşaa edilecek şekilde planlanması.
- Dolgunun, mevzi oturmalarına çatlamadan uyabilme kabiliyetine sahip olması.
Gerek beton, gerekse asfalt betonun memba diyaframlarının bir parafuy vasıtası ile uzatılması, sızmayı azaltmak için ve diyafram stabilitesini azaltmak için gerekli görülmektedir. Temel sağlam kaya olduğu takdirde parafuyun boyutları en az (1*1 m) olmalıdır. Temelin geçirimli olması halinde baraj memba eteği boyunca bir enjeksiyon perdesi yapmak gerekir. Parafuy bu perdenin teşkili içinde taban oluşturur.
Kaya dolgu barajların toprak dolgu barajlara göre avantajları da vardır;
1. Kaya dolgunun kışın da inşaa edilebilmesi.
2. Kaya dolgu ile temele dolgu enjeksiyonu aynı anda yapılır.
Beton, betonarme, çelik, asfalt gibi malzemeden yapılacak diyaframın toprak barajlarda olduğu gibi teşkili gerekir.
Merkezi diyaframların toprak barajlar bölümünde anlaşılan dezavantajları kaya dolgular için de geçerlidir ve artık günümüzde uygulamaktadır. Daha yaygın kullanıldıkları için burada beton ve asfalt betonundan yapılan diyaframlardan bahsedilecektir.
Betondan yapılan diyaframlar uzun ömürlü olduklarından ve çatlama anında kaya dolgunun hasarına yol açmadığından barajın stabilitesi esas itibari ile temel ve kayanın mukavemetine bağlıdır. Tamamen harap olmuş bir diyaframlı kaya dolgu barajın kaydına rastlanmamıştır. Bazı diyaframda küçük çatlaklar teşekkül etmiş ve önemli sızmalara yol açmış, fakat kaya dolgunun zarar görmeden önemli büyüklüklerde akımları geçirebilme özelliği sayesinde baraj zarar görmemiştir. Baraj dereceleri projeden ziyade mantıklı duygunun kullanılmasına bağlıdır.
Diyaframda çimento yerine asfalt kullanılması esnekliği arttırır. Asfalt betonundan bir diyafram şunları sağlamalıdır;
1. Seçilen eğimde stabil olmalı.
2. Dayanıklı ve uzun ömürlü olmalı.
3. Yeterince geçirimsiz olmalı.
4. Su basıncına, dalga etkisine ve yüzen maddelerin çarpmasına karşı mukavim olmalı.
5. Diyafram altında dolguda yeterli drenaj imkanı bulunmalı.
B) KAYA DOLGU BARAJLAR VE EVRİMİ
Kaya dolgu barajın evrimi beton yüzlü kaya dolgu barjla başlamış, daha sonra ana tipleri geliştirilmiştir. Bunlar, ön yüzü beton kaplama veya ön yüzü asfalt kaplı kaya dolgu baraj, ve toprak çekirdekli kaya dolgu barajlardır. İlk kaya dolgu barajlar yığılmış kayalı ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj olarak inşa edilmiştir.
Bunların yapımı, 75m yüksekliğine kadar elverişli olmuştur. Fakat, daha yüksek barajlarda, yığımış kaya dolgunun yüksek derecede sıkışabilme özelliğinden dolayı, yüzey çatlakları ve aşırı sızmalar olmuştur.
Yığılmış kaya dolgulu ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların daha düşük olarak inşa edilebilme imkanı, kaçak sorunları ve yüzey için gereken onarım ihtiyacı gibi nedenlerden ötürü bu tip inşa metodunu yüksek barajlarda kullanımından vazgeçilmiştir.
Avustralya'da Cethana (l00m), Kolombiya'da Anchicaya (140m) ve Brezilya'da Foz do areia (160m) barajlarının 1970 ve 1980 yıllan arasından inşa edilmelerinden sonra bu tipin inşasında çok hızlı bir artış gözlemlenmiştir.Sıkıştırılmış ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlardaki artış 1990'dan sonra daha da büyümüştür.
Barajın Adı
|
Inşaa Edildiği Yer
|
Baraj Yüksek, (m)
|
Kret Uzun. (m)
|
Kaya Dolgu Hacmi (m3)
|
Şev Eğimleri Memba
|
Şev Eğimleri Mansap
|
Miell
|
Kolombiya
|
185
|
360
|
7x106
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Foz do Areia
|
Brezilya
|
160
|
828
|
14x106
|
1/1.4
|
1/1.4
|
Cirata
|
Batı Java
|
140
|
520
|
3600000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Alto Anchicaya
|
Kolombiya
|
140
|
260
|
2400000
|
1/1.4
|
1/1.4
|
Khao Laem
|
Tayland
|
130
|
1000
|
8000000
|
1/1.4
|
1/1.4
|
Machadinho
|
Brezilya
|
127
|
935
|
10400000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Lovver Pieman
|
Avustralya
|
122
|
360
|
2720000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Cethana
|
Avustralya
|
110
|
215
|
1610000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Murchison
|
Avustralya
|
94
|
200
|
906000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Cogoti
|
Şili
|
85
|
160
|
730000
|
1/1.4
|
1/1.5
|
Mackintosh
|
Avustralya
|
75
|
465
|
980000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Bastyan
|
Avustralya
|
75
|
430
|
580000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Fades
|
Fransa
|
68
|
235
|
730000
|
1/1.3
|
1/1.3
|
Serpentine
|
Avustralya
|
39
|
127
|
132000
|
1/1.3
|
1/1.5
|
Paloona
|
Avustralya
|
38
|
159
|
184000
|
1/1.33
|
1/1.33
|
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj ve toprak çekirdekli kaya dolgu baraj için ihtiyaç duyulan yer şartlarında önemli farklılıklar yoktur.Her iki tipte de oldukça iyi kaya temele gereksinim vardır. Son yıllarda ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj tipinin seçildiği baraj yerleri için aynı zamanda projeciler tarafından toprak çekirdekli kaya dolgu baraj alternatifîde incelenmiştir.
Toprak çekirdek malzemesinin olmadığı yerlerde ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajın seçimi doğaldır.Bununla birlikte,çoğu durumlarda ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu tipte seçilen ve proje çalışmaları neticesinde bu tipin daha düşük maliyette yapılabileceği anlaşılmış,hatta toprak çekirdekli kaya dolgu malzemenin mevcut olması halinde bile bu durumun değişmeği sonucuna varılmıştır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların birim maliyeti kil çekirdekli kaya dolgu barajlara nispeten daha az olmaktadır.Avantajları,farklı durumlara göre aşağıda açıklanmıştır:
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların maliyet açısından zonlu dolgu barajlara nispeten aşağıdaki faktörlerden dolayı daha avantajlıdır.
1) İç servis (ulaşım) yollarının kullanımı ile kaya dolgunun değişik bölümlerinin yapımında izin verilen kolaylık ve büyük serbestlik nedeni ile.
2) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda filtre inşasına ihtiyaç olmaması nedeni ile (çünkü kil çekirdekli kaya dolgu barajlarda inşa edilen kil çekirdek ile filtrelerin toplam maliyeti, daima ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların geçirimsizliğinin sağlandığı beton kaplama maliyetinden oldukça fazla olmuştur).
3) Temelin ve ana kayanın üzerinde yapılması gerekli olan temizlik ve hazırlama işlemlerine ait maliyet ile blanket ve perde enjeksiyonlarının maliyeti her zaman ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda, zonlu dolgulara nispeten daha düşük olması nispeti ile.
4) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar ideal olarak kaya temeller üzerine inşa edilmektedirler.Şevler, diğer tip barajlara nispeten daha dik (yatay 1,3, düşey 1) inşa edildiklerinden, daha küçük taban genişliği, daha kısa tüneller ve dolu savaklar temin edilebilmektedir.Bu yapımlar maliyete ekonomiklik sağladığından dolayı.
5) Küçük ve uzun ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlara, kil çekirdekli barajlara nispeten daha ekonomik olduğundan.
6) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda beton kaplama,barajı dalga etkilerine karşı daima koruduğu için genelde daha pahalı olan riprap veya farklı şev koruma yöntemlerine gerek olmamasında dolayı.
7) İnşaatın beklenmeyen gecikme ve ertelenmesinden ötürü oluşacak maliyet artış riski Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda daha az olması nedeni ile, avantaja sahiptir.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların planlama ve aplikasyonu zonlu dolgu barajlara nispeten aşağıdaki faktörlerden dolayı daha avantajlıdır.
1) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda memba topuğu boyunca yapılacak katof enjeksiyon perdesi gibi, enjeksiyon işlemleri barajın diğer kesimlerinden bağımsız olarak gerçekleştirilebilir.
2) Dolgun inşası ıslak hava koşullarında kesintisiz devam edebilir.
3) Dolgu hacmi küçüktür.
4) Nehir derivasyonundan evvel kaya dolgu bölümlerinin yerleştirilmesi mümkündür.
5) Memba ve mansap şevlerinin dikliği eteklerin toplanmasını ve dolayısıyla derivasyon ve güç tünelleriyle dolu savak şutunun kısalmasını sağlamaktadır.
1) Dolgu zeminin erozyon tehlikesi söz konusu değildir.
2) Kil çekirdek olmadığından gerilme aktarımı ve borulanmada söz konusu değildir.
3) Topuk plağı altında yapılması altında yapılması gereken temel hazırlanması için çalışma alanı küçük olup kaya dolgu ve onun temelinden ayrı olarak inşa edilebilme imkanına sahip olması olarak ifade edilebilir.
4) Son 20 yıllık ICOLD raporlarında "baraj yıkılması veya tahribatı" başlığı altında yayımlanmış bu tip bir baraja rastlanmamaktadır.
Hem Kholaem barajı nemde kotmale barajının erken bitirilmesi amacıyla toprak çekirdekli kaya dolgu baraj yerine ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj seçilmiştir. Brezilyada ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların hızlı inşaat edilebilirliği ve toprak çekirdekli kaya dolgu barajlar üzerindeki diğer avantajlarından ötürü, son zamanlarda bu baraj tipi seçiminde büyük artış gözlemlenmiştir. Brezilyada ilk modem ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj olan Foz do Areia Barajı 1980'de tamamlanmıştır. Brezilyalı mühendisler toprak çekirdekli kaya dolgu baraj inşasında oldukça uzmanlaşmışlardır.Fakat 1980'den sonra çoğu Brezilyalı mühendis üzerinde Areia barajının maliyet ve teknolojik açıdan avantajları büyük bir intiba bırakmıştır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar çoğunlukla orta yükseklik olan 40m ve daha yüksek barajlar için çoğunlukla kullanılmıştır. Bununla birlikte, iki ana sebepten dolayı ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj tipi, uzun düşük yükseklikli barajların inşası için, toprak çekirdekli kaya dolgu barajlara göre maliyet ve uygunluk açısından daha avantajlı olmaktadır.
1) Çok uzun bir vadide, düşük yükseklikli bir kaya dolgu baraj inşa edilmesi halinde, önyüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda memba topuk radyesi için gerekli olan temel işlemlerinin, toprak çekirdekli kaya dolgu barajlardaki toprak çekirdek için gerekli olan temel işlemlerinden daha küçük olduğundan dolayı, ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar daha avantajlı olmaktadır.
2) Belirli bir uzunlukta düşük yükseklikli toprak çekirdekli kaya dolgu barajlarda malzemelerin birim maliyeti, yüksek barajlara göre daha fazla olmaktadır. Bu durum, filtrelerin baraj hacmine göre daha büyük yüzdelerde teşkil edilmesi, zonların daha küçük olması ve bunların inşasının daha sınırlı olması gibi nedenlerden dolayı oluşmaktadır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların çok yüksek inşa edilmelerinin diğer tiplere olan üstünlükleri de şöyledir:
a) Stabilite için yüksek mukavemetli kaya yamaçlara, kemer barajlarda istenildiği gibi gereksinim yoktur.
b) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj, potansiyel olarak stabil olmayan dik yamaçları destekler ve beton kemer barajlardaki gibi yüksek gerilmeler uygulamaz.
c) Sıkıştırılmış ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda inşaat sonu kret oturmaları, aynı yükseklikteki diğer tip dolgu barajlara nispeten çok daha azdır.
d) Dik şevli dar vadilerde, yüksek toprak çekirdekli kaya dolgu barajlar inşa edildiği zaman hidrolik kırılma veya farklı oturma nedeniyle toprak çekirdekte oluşan su kaçakları neticesinde toprak çekirdekte gerilme taşımını ile kemerleşme tesiri oluşmaktadır. Bu açıdan, ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu için toprak aşınması söz konusu olmamasından dolayı , böyle bir yerde başarı ile inşa edilmesi mümkündür.
e) Toprak çekirdekli kaya dolgu barajlar ; dar dik yamaçlı vadilerde, yamaçlarda çekirdek altındaki temel işlemleri, enjeksiyon işlemleri ve blanket yapımı çoğunlukla inşaat yükseltilerine paralel olarak yapılmaktadır. Bu işlemleri inşaat projesine ilave yıllar getirmektedir. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda ise bu işlemler dolgu inşaatından bağımsız olarak gerçekleştirilebildiğinden , daha avantajlıdır.
1965-1970 yıllarından sonra kaya dolgunun yerleştirilmesi ile ilgili birkaç farklı tekniğin uygulamasına (yığılmış veya yayılmış kaya dolgu) alternatif olarak,sıkıştırılmış kaya dolgu uygulama tekniğinin çok daha başarılı sonuçlar verdiği edinilen tecrübelerle kanıtlanmıştır.İzin verilecek max kaya boyutu hakkında, tabaka kalınlığına bağlı olarak mühendisler tarafından farklı fikirler ortaya atılmıştır.
Kaya dolgunun yerleştirilmesi için tercih edilmiş metod, hem toprak çekirdekli kaya dolgu baraj ve hem de ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj için, kamyonların yerleştirilecek yüzeyde malzemeyi boşaltıp ve sonra ileri yüzey üzerine doğru kayaların itilmesi şeklinde yapılması önerilmektedir.
Bu işlem önemli segregasyon oluşturacağından tabakanın alt kısmında daha büyük kayalar ve tabakanın üst bölümünde ise daha küçük kayalar ve çoğu ince parçacıklarla yerleşmesini sağlayacaktır.
Tabakanın üst kısmının yerleştirilmesiyle dökülmüş kayanın kısa bir mesafe ile itilmesiyle nispeten pürüzsüz bir yüzeyin elde edilmesi ana avantaj olduğu söylenebilir. Bu itme işleminin ilerlemesi durumunda, yüzey boşlukları ile büyük kayaların aralan taş ocağı ufakları ve küçük kayalar ile dolmasına sebep olmaktadır. Pürüzsüz yüzeylerin temini ile lastik aşınması azaltılarak maliyet düşürülmektedir. Böylece, kamyonların daha hızlı hareket etmesi sağlanmakta ve vibrasyonlu silindirin daha iyi bir yüzeyde çalışması temin edilmiş olmaktadır. Tabakalandırılmış tabakalar halinde serilip sıkıştırılma metodunun kullanımı ile, şu konularda da avantaj sağlanmaktadır:
a) Rezervuar kısmen dolu olduğu zaman veya üzerinden su aştığı zaman mansap şev stabilitesi güvende olmaktadır.
b) Ortalama permeabilite daha iyi temin edilmektedir.
Son zamanlardaki genel pratiğe göre; sıkıştırma için oldukça pürüzsüz tabaka yüzeyi temin etmek için, gömülen max. kaya boyutu tabaka kalınlığında alınmaktadır. Bu işlem, kompaksiyonda veya kaya dolgu gövdesinde son sıkışabilirliği üzerinde herhangi bir zararı olmamaktadır.
Kaya dolgu gövdesinin kompaksiyonunun, oturmalar üzerindeki olumlu etkilen tecrübeler ile sabittir. Kret oturmasının oranı ve şiddeti, hem kaya dolgu ve hem de vadinin şeklinden etkilenmektedir.dar vadilerde sıkıştırılmış kaya dolgu kemerleri ile yamaçlar arsındaki tesirden dolayı ilk yıllarda kret oturmaları azalmaktadır.hem Cethana ve hem de Alto anchicaya barajları nispeten dar vadilerde inşa edilmişlerdir. Ölçülmüş kret oturmalarına göre muhtemelen sürtünme ile kemer tesirlerin yavaş ilerlemesinden dolayı azalma oranı birkaç yıl sürmüştür.Areia Barajı geniş bir vadide inşa edildiğinden, orada kemer tesiri ile yamaçlar arasında bir etkileşim beklenmemektedir. Bu barajda üç yıl sonra kret oturmaları durmuştur.Areia barajında ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar için kullanılan ortalama sağlam kayadan daha az boyutlu ince malzeme ve daha büyük boyutta kaya malzemesi kullanılmıştır.
Murchison ve Mackintosh kaya dolgu gövdelerinde yapılan ölçümlerin iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir.
Mevcut ölçümlerden sonuçlar çıkarmak her zaman mümkün olmuştur. Dar bir vadide sıkıştırılmış ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu için kret oturmalarının zamana bağımlı olanı yan logaritmik bir protta yaklaşık olarak düz bir çizgi olmaktadır.Alto anchicaya Barajı ölçümleri bu ifadeyi doğrulamaktadır.bu mantıkla 110m yüksekteki Cethana barajı kret oturmasının 110 yıl sonunda oturmalarının 16cm olacağı beklenmektedir.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajın geçirimsiz toprak çekirdeği olmadığından erozyon, borulanma problemleri de söz konusu olmamaktadır, bu açıdan toprak çekirdekli barajlara göre avantaja sahiptir. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj, beton kemer baraj üzerine de bazı avantajlara sahiptir. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar beton ağırlık barajlar gibi temele yüksek gerilmeler uygulamaz. Çünkü ağırlık etkisi daha geniş bir taban alanına yayılmaktadır. Sıkıştırılmış ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda inşaat sonu kret oturmaları, aynı yükseklikteki diğer tip dolgu barajlara nispeten çok daha azdır.son zamanlarda 180-220 m yüksekliklerde dünyanın değişik bölgelerinde inşa edilmiştir. Araştırmacılar tarafında bu trendin gelecekte daha da artacağı savunulmaktadır. Vadi şekilleri büyük olmayan ve farklı kaya tipleri kullanılan çoğu baraj için, kret oturmaları, detaylı olarak araştırmacılar tarafından ele alınmıştır. 75-160m yüksekliğindeki barajlar için kret oturmalarının çoğu 5 yıllık değeri yaklaşık olarak 10-20cm olmaktadır. Aynı grup barajlar için 5 yıl sonraki yüzey kaplamasındaki maximum sehim, yaklaşık olarak 20-75 cm, veya kabaca kret oturmasından 2-4 kez daha fazla olmaktadır. Gelecekte daha yüksek yapılmaları planlanan barajların oturmalarının kabaca tahmini yapılırken oturmalar yükseklik oranının karesiyle orantılı olduğu kabul edilmektedir.
Mevcut barajlardaki oturmalara ait bu açıklamalara dayanarak; kaya dolgu tipteki ve 300m yüksekliğindeki bir ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajın günümüzde genel pratiğe göre,5 yıla ait kret oturmasının 0,5-1,0 m ve yüzey kaplaması max. senimi l,3-3,0m olması beklenmektedir. Bu kriterlere göre, emniyetli olarak inşa edilebilmeleri mümkündür.
1970'lerden beri proje mühendisleri, ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj üzerine dolu savak yapmayı araştırmışlardır. 1996'da Avustralya’da "Hydro-Electric Commission Of tasmania" tarafından Crotty Barajı ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj tipte inşa edilmiştir. Günümüze kadar ilk kez bu tip barajlardan Crotty Barajında doul savak gövde üzerine yerleştirilmiştir.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu tam kuru olduğundan dolayı, deprem sarsıntıları kaya dolgu boşluklarında boşluk suyu basıncına sebep olmaktadır. Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların temeli kayadır ve aldığı ivmeleri büyütmemektedir. Dolgu, vibrasyonlu silindirlerle yoğun olarak ince tabakalar halinde sıkıştırılmış ağır bir yapı özelliğindedir.
Depremler, güçlü sarsıntının kısa periyodu esnasında ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda sadece küçük deformasyonlara sebep olmaktadır. Depremden sonra Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj önceki gibi yine stabil olmaktadır.
Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların gövdesi genelde kaya malzemesinden teşkil edilmektedir. Gövde dolgu inşaatı kil çekirdekli kaya dolgu kabuk malzemesi inşaatındakine benzer olarak yapılmaktadır.gövde dolgusu zonlaması membadan mansaba doğru ince ve ufak malzemelerden kalın ve iri malzeme kullanımı şeklinde değişim göstermektedir.
Taban genişliği, yüksekliğe kıyasla 2,60 kez veya daha fazla büyüklüktedir. Temel işlemleri toprak çekirdekli kaya dolgu barajlara nazaran daha azdır.
Lower Pieman Barajında dolgu yükü altında bulunan çakıl malzemenin, pek çok sıkışmış kaya dolgudan daha yüksek bir modüle yaklaşıp 200Mpa 'a sahip olduğu görülmüştür. Radye ve baraj eksenin arasında bulunan çıkıntılar alınarak yamaç ve kaya dolgu arasında iyi bir sıkışma sağlanmalıdır. Çoğu ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların şev eğimleri 1,00 düşey ve 1,30 yatay olacak şekilde alınmaktadır. Bununla birlikte kretin 10-15m yakınında bulunan memba ve mansap yüzeyleri su yükü oturmalarım karşılayacak olan kret bombeliğini sağlamak amacıyla 1,00 düşey 1,25 yatay alınarak daha da dikleştirilmektedir.
Topuk plağının ana amacı, beton yüzeyle baraj temeli arasında geçirimsiz bir bağlantı sağlayarak, beton kaplamasının enjeksiyon yapılmış temel kayasına bağlanmasını temin etmektir. Bu kaplama temel enjeksiyon çakışmaları için bir radye veya başlık şeklini almakta, kaplama betonu ve kayar kalıp çalışmaları içinde başlama noktası olmaktadır.
Radyenin mansap tarafında, kaya temel ve döşemenin alt yüzü arasında min. bir dolgu derinliği veya yastık muhafaza edilmektedir. Kaya dolgunun su yükü altındaki basınç deformasyonu, kaplamanın radyeye bitişik olan yüzeyinde büyük eğilme momentlerinin meydana gelmesini önlemektedir.
Temellerin aşınmayan kayalardan meydana gelmesi tercih edilmektedir.Topuk plağı için en uygun temel; sağlam, enjeksiyon yapılabilir, erozyona uğramayacak taze kayadır. Fakat faylar, aşınmış kaya büyük birkaç çatlağa göre ufak çatlaklar olan kayalarda temel olarak kabul edilebilir. Bu durumda, borulanma ve aşınmayı önlemek için özel tedbirlerin alınması gerekmektedir.
Topuk radyesi yerleştirilirken kazı ve sıyırma işleminde kaya yüzeyinin minimum kırılmasına, beton yerleştirilmeden önce yüzeydeki bağlayıcılık özelliğinin etkileyecek olan nesneleri temizlemek için yüzeye hava veya hava-su tazyiki uygulanarak yüzey temizlenmelidir. Radye çizgisi boyunca yamaçlarda sıyırma kazısı yapılmakta ve kaya yüzeyi yıkanmaktadır.Bu işlem zeminin daha iyi görülmesine, ayrışmış kısımların alınarak topuk radyesinin sağlam zemine oturmasını sağlamaktadır.
Topuk radye genişliği sızma yolu genişliği için bir kriter kabul edilmektedir.Buna göre bu değer, enjeksiyon yapılabilir ve sağlam kaya temellerde yüksekliğin 1/20-1/25'in, daha zayıf temellerde yüksekliğin 1/10'u ve minimum 3m alınması önerilmiştir. Çok iyi kayalı 40m yüksekliğinden daha küçük barajlar için, topuk radye genişliği 2m alınabilir. Proje kalınlığı çoğunlukla yüzey plağı kalınlığına eşit alınmaktadır.Kazı ve düzensiz topografya genellikle önemli oranda daha büyük kalınlık gerektirmektedir. Minimum proje kalınlığı genellikle çoğu topuk radyesi için uygun olmaktadır. Çünkü topuk uniform olarak sağlam tamamen enjeksiyonlu kaya üzerinde desteklenmektedir. 0,3 Om'den daha fazla kalınlıkta sağlamak inşa açısından zordur. 0,40-0,50m topuk radyesinin proje kalınlığı, yüksek barajların daha düşük topuk plağı için dikkate alınabilir.
Çeşitli kazı metodları ve topuk plağı yöntemleri, ilk önce yamacın dikliğine ve kalınlığına, zeminin durumuna ve aşınmış kayanın yeterli temel şartlarına bağlı olarak değişmektedir. Kaya kazılması, patlama ile veya yumuşak kaya ise diğer kazı makinalarıyla yapılmaktadır. Bazen topuk plağı boyunca devam eden bir hendek kazılarak topuk plağı inşası bu hendek içerisinde yapılmaktadır.topuk plağı devamlı düzgün seri şeritler halinde serilmektedir. Açı durumları, topografya ve temel şartlarına uygun olarak seçilmekte ve kazı referans hattı topuk plağı tabanı olarak alınmaktadır.
Günümüzde topuk plağı detayları hakkında yeterince teori ve tecrübe mevcuttur.Hatta son gelişmeler ile topuk plağını detayları ile daha düşük maliyette elde etmek mümkün olmuştur. Topuk plağında kullanılan donatının ana amacı yüzey plağındaki ile aynıdır. Donatı plağın çapraz kırılmalarını önlemek ve oluşacak küçük eğilme momentlerini karşılamak ve çatlakların genişlemesini engellemek maksadıyla ve ısıya karşı her iki doğrultuda yerleştirilmeleri gerekmektedir.
Ankrajların genel amacı betona kayaya tutturarak hareket sınırını kısıtlamaktır. Ankrajlann uzunlukları aralıkları ve çubuk çaplan kaya temelin karakteristiklerine ve kayanın mekaniksel özelliklerine göre seçilmektedir.
Topuk plağı için ankrajlar prarikte genellikle 25-35mm çaplı çubuklar kullanılmaktadır. Her yönde hemen hemen l,00-l,5m aralıklarla, genellikle 3,0-5,0m uzunluklarda kullanılmakta ve 90° olarak zemine tutturulmaktadır.
Topuk plağı,yüzey kaplamasına komşu ince kaya dolgu inşaasına başlanmadan önce yerleştirilmektedir. Enjeksiyon işlemi baraj inşaatı sırasında herhangi bir zaman içerisinde hiçbir sınırlama olmadan topuk plağı boyunca yapılmaktadır. Enjeksiyon,topuk plağı enjeksiyon başlık betonu vazifesi görerek yapılmaktadır. Genelde merkezde bir perde ve menba ile mansapta birer konsalidasyon enjeksiyonu olarak yapılmaktadır.
Betonun aşınmaya karşı direnciyle geçirimsiz olması mukavemetinden daha önemlidir.Bu sebepten 28 günlük basınç mukavemeti hemen hemen 20Mpa olan beton yeterlidir. Genelde betonda kullanılan max dane çapı 38mm dir. Ayrıca betonda puzzolan ve hava kullanımı yaygındır. Bununla birlikte 64mm max. dane boyutu bazen kullanılmaktadır.
Beton yüzey, yüksek eğimler altında durabiliteye ve aşırı hava şartlarına maruzdur. 1930'larda yığılmış kayalı ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlardaki betonda puzzolan ve hava kullanılmamıştır. Günümüzde inşa edilen sıkıştırılmış modern ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar ile süreklilik ve su geçirmezlik temin edilmektedir.
Ön yüzü beton kaplı yığılmış kaya dolgu barajlarda ilk önceleri "0.30(m)-0.0067H" eşitliği kullanılmıştır. Yüzey, iyi sıkıştırılmış bir tabaka tarafından desteklenmektedir. Son zamanlarda sıkıştırılmış memba yüzeyinde kalınlık artımı 0.003H ve hatta 0.002H ve daha az kalınlıklarda kullanılmıştır.bu plakların performansının iyi olmasından dolayı eğilim, artımın azalmasına doğru olmuştur.
Beton kaplama plağı donatısı, betonun kırılma ve çatlamalarını engellemek ve mikro çatlaklar arasındaki birim deformasyonları dağıtmak için her iki doğrultuda konulmaktadır. %50 donatı kullanımı yığılmış kaya dolgulu barajlar için uygunken sıkıştırılmış kaya dolgulu barajlar için genellikle %40 donatı kullanılmaktadır.
Eğim doğrultusunda yapılan yüzey derz aralıklarının seçiminde, kayar kalıbın ağırlığı,vincin büyüklüğü beton dağıtımının metod ve oranı, kenar ve uç üçgenlerin kapladığı toplam yüzey alanı faktörleri dikkate alınmaktadır.
Yüzey kaplamasının orta kısmı iç kaplamalar, yamaçlara yakın kısmı ise dış kaplamalar olarak isimlendirilmektedir.
Burada çoğunlukla,ikili su tutucular benimsenmiştir. Çünkü en büyük derz hareketinin ve su kaçaklarının kenarda meydana gelmesi beklenmektedir.Bu nedenle, bunun tasarım ve inşasının dikkatli bir şekilde yapılması gerekmektedir.
Derzlerde, betona zarar vermeksizin, dönme, kayma ve olası zorlamalara izin veren yumuşak sağlam dolgu malzemesi kullanılmalıdır.
İlk önceleri beton yüzeyinin yerleştirilmesine başlanmadan önce kaya dolgunun tüm yükseklikte tamamlanması düşüncesi hakimdi. Fakat Areia, Salvajina ve Khao Laem Barajlarının inşaat kolaylığı ve performans neticeleri deneyimlerinden yüzey kaplamalarının herhangi bir uzunluk sırasında max. programı elde etmek ve maliyet faydalan sağlamak için yerleştirilebileceği anlaşılmıştır.
Beton plak 12-18m genişliğinde şeritler halinde baraj topuğundan krete kadar devamlı olarak kayar kalıplarla beton dökümü sağlanarak kolayca inşa edilmektedir.
Tüm barajlarda kaya dolgu hacmini azaltmak için kretin memba boyunca L şeklinde bir istinat duvarı yapılmaktadır.ilk barajlarda çoğunlukla parapet yüksekliği 1.20m alınmıştır. Son zamanlardaki barajlarda bu yükseklik 3.0-5.0m olarak alınmıştır. Fakat günümüzdeki ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda bu yükseklik çoğunlukla 4.5m olarak alınmaktadır.
Bu incelemeler sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.
1) Günümüzde ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj, dünyanın birçok yerinde her amaç ve boyutlarda, seçimi sıklıkla tercih edilen ve artan bir baraj tipidir.
2) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar,maliyet ve iş programı açısından toprak çekirdekli kaya dolgu barajlar üzerinde avantajlara sahiptir. Hatta geçirimsizlik için toprak malzemesinin varlığına rağmen yine ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar daha ekonomik olmaktadır.Bu avantajlar bütün yükseklikler, uzunluklar için geçerlidir.
3) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar, toprak çekirdekli kaya dolgu barajlara nispeten,yardımcı yapılardaki maliyet korumaları için daha küçük temel genişliğine sahiptir.
4) Nehirlerdeki çalışmalar ve risk olayları, çoğu yerde ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda toprak çekirdekli barajlara göre daha az olmaktadır.
5) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlardaki sızma olayı, toprak çekirdekli barajlardaki sızma olayı,toprak çekirdekli barajlardaki sızmalara göre önemli farklılıklara sahiptir.Çünkü, toprak çekirdek erozyonu ve baraj güvenliği için bir problem söz konusu değildir.
6) Kaya dolgunun tercih edilen yerleştirme metodu, yerleştirilecek tabakada kaya malzeme dökülüp,ve ileri yüzey üzerine doğru itilmesi seki indedir. Tabakalanmış kaya dolgu oluşturulmalı, her tabakanın alt kısmında daha büyük kayalar ve her tabakanın daha büyük kayalar ve her tabakanın yukarı bölümünde daha küçük kayaların yerleştirilmesi sağlanmalıdır. Maksimum izin verilebilir kaya boyutu tabaka kalınlığına eşit olmalıdır.
7) Sıkıştırılmış kaya dolgu yüksek gerilmeli bir iskelete sahiptir. Kaya dolgu stabil olsun diye yerleştirmede iskeleti içeren kayalar birbirleri ile granülometrik olarak tutturulurlar ve içlerinden su akması ila önemli oranda oturmaya neden olmazlar.
8) Kalsit şev stabilite analizi, ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar için kullanılmamaktadır. Yani, şev stabilite analizi yapılmamaktadır.
9) Sıkıştırılmış ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj için kret oturması, daha eski bir yöntem olan yığılmış (sıkıştırılmamış) kayalı olarak yapılan barajlara nispeten daha azdır. 100m yüksekliğindeki sıkıştırılmış modern bir ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj için umulan 5 yıllık kret oturması hemen hemen 10-15 cm olmakta ve 10 yılda 15-25 cm olmaktadır.
10) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar gelecekteki çok yüksek barajlar için çok uygun bir tiptir. 300 m yüksekliğindeki bir ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajın, mevcut barajlar üzerindeki ölçümlere ve deneyimlere dayanarak inşa edilebileceği ve yeterli düzeyde performans gösterebileceği günümüz tekniğine göre mümkündür.
11) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar üzerine modern boyutlu dolu savak inşa etmek uygundur.
12) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu baraj projeleri üzerinde iyi bir dinamik analiz programı ile gereken analizler yapılmalıdır.
13) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajların depreme karşı dayanıklı olması kendi bünyesinden ötürüdür. Çok güçlü sismik olan bölgelerde ve sismik olmayan bölgelerde aynı tasarım ilkeleri kullanılmaktadır. Ancak, 8 ve daha yukarı şiddette haiz bölgelerde dinamik analiz programları analizler yaparak ek tedbirler alınmalıdır.
14) Bütün kaya dolgu kuru olduğundan, deprem sarsıntıları boşluk suyu basıncı oluşturmamaktadır.
15) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda alet kullanımı, gelecekte inşaa edilecek barajlar için bir veri bankası oluşturması açısından önemlidir,güvenliği izlemek için gerekli değildir.
16) Menba topuğu (plinth) ve onun enjeksiyonu barajın dışındadır, kolaylaştırıcı yöndedir.
17) Barajın kısa taban genişliği, yardımcı yapıların ekonomik olarak yapılmalarını sağlamaktır.
18) Bütün enjeksiyon,topuk plağından sonra topuk plağı enjeksiyon başlık betonu vazifesi görecek şekilde yapılmalıdır.
19) Bireysel yüzey plağının genişliğinin seçimi, inşasının ekonomik olması durumuna bağlı olarak değişebilir, sınırlayıcı yoktur.
20) Son zamanlarda, yüzey plağının kalınlığının daha ince yapılması eğilimleri haklı olarak gelişmektedir.
21) 3,0-5,0 m yükseklikli parapet duvarları genellikle ekonomik açıdan avantajlıdır.
22) Hava payı için, gerekli hesaplamalar, parapet duvarının tepesinden dikkate alınarak yapılmaktadır.
23) Beton yüzey kaplaması yerleştirilmeden önce dolgunun tam olarak bitirilmesi gerekli değildir.
24) Perimeter derz ile iki su tutucu kullanımı (dipte bakır levha ve tepede mastik kaplamalı plastik ve lastik tabakalar) genellikle uygundur.
25) Yüzey plağının direkt altında yerleştirilen iyi derecelenmiş yan geçirimli malzeme kullanımına doğru bir eğilim vardır.
26) Kaya dolgunun mansap kısmı, memba kısmından daha kalın tabakalar halinde yerleştirilmektedir.
27) Bir tabakada max. kaya boyutu, kompaksiyonla nispeten pürüzsüz bir yüzey temin edilebilecek bir boyutta olmalıdır.
28) Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlarda ,dolguda kullanılan sağlam kayanın kuşatılmamış basınç mukavemeti için 100-200 kg/cm2 çok düşük, 2500kg/cm2 ve daha yukarısı en yüksek değerdir. 500-1500kg/cm2 ise çoğunlukla orta değerlerdir. Genellikle herhangi bir kayanın kuşatılmamış basınç mukavemetinin 300kg/cm2 veya daha fazla değerde olması durumu, ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar için uygundur.
29) Beton 28 günlük dizayn mukavemeti en az 210kg/cm2 ve yoğunluğu fazla olmalıdır.
30) Rezervuarın doldurulması işlemi yavaş ve sürekli kontrol altında yapılmalıdır.
31) Beton kaplamaya inşaat süresince sürekli olarak kür yapılması, istenilen dizayn mukavemetine erişilebilmesi ve çatlakların önlenmesi için mutlaka gereklidir.
Bir ülkenin linyit, kömür, odun, petrol, doğalgaz ve su enerjisi gibi enerji kaynakları arasında su kaynaklarından enerji yönünden faydalanma hususunun ayrı bir özelliği vardır. Hidroelektrik santralleri dışında kalan diğer santrallerde (termik ve nükleer) kullanılan primer enerji kaynaklan belli bir süre sonra tükenecektir. Bu primer enerji kaynaklarının kullanımı ileri nesillere aktarılabilir veya ülkenin diğer ihtiyaçlarının karşılanmasında kullanılabilir. Fakat kaybolan su enerjisinin tekrar kazanılması mümkün değildir. İşte bu kaybolan enerjiyi kazanabilmek için Hidroelektrik santrallerinin işletmeye açılması gereklidir.
1) Kuraklık halleri hariç sürekli enerji üretirler.
2) Bakım ve maliyetleri düşüktür.
3) Yenilenemeyen bir yakıt ile enerji üretimi yapmazlar.
4) Enerji üretiminde hava kirliliğine neden olmazlar.
5) Hidroelektrik santrallerinin bir parçası olan rezervuarlar balık üretimi, rekreasyon alanı gibi amaçlarla da kullanılabilir.
6) Rezervuarlar taşkın kontrolüne yardımcı olurlar.
7) Rezervuarlar fazla miktarda suyu depolayarak hem sulu tarıma hem de uzun süreli enerji üretimine imkan tanırlar.
8) Hidroelektrik santral rezervuarları kuruldukları yerin mansabındaki yerlerin su kalitesinin yükseltilmesine yardımcı olurlar.
1) İlk yatırım masrafları yüksektir.
2) Mansab tarafındaki rekreasyon yapıları olumsuz yönde etkilenir.
3) Taşkın kontrolünün sağlanması için rezervuann boş olması gerekir. (Fakat enerji üretiminin maksimum olabilmesi için rezervuarm dolu olması gerekir. Bu iki şartın sağlanabilmesi için optimum bir çözüm yolu bulunmalıdır.)
4) Tarıma elverişli araziler baraj gölü altında kalabilir.
5) Enerji üretimi kuraklık nedeniyle azalabilir.
6) Göl aynasından buharlaşma kayıpları artar.
7) Depolama nedeniyle vadinin orijinal görünümü kaybolur.
Ekonomik koşullara göre ve arazi şartlan göz önünde bulundurularak isale kanalı inşaa edilir. Çevirmeli tesislerde (derivasyonlu tesisler) az bir eğimle belirli bir kota (genelde yüksek bir kot) sevk edilen su belirli bir yükseklik (büyük bir düşü kazanılması) kazandıktan sonra cebri borular vasıtası ile su enerjisi mekanik enerjiye çevrilir. Regülatörden alınan su hemen yerinde kullanılırsa faydalanma %95 değerinde olur. Çevirmeli tesis olarak inşaa edilirse %80 değerini alır. Çok kıvrımlı bir akarsu ise %90 değerine ulaşabilir.
Çevirmesiz tesislerde ise; ya bir barajın eteğinde bağlamanın üzerinde inşaa edilen türbin ve jeneratör grubunda elektrik enerjisi üretilir. Barajlarda belli bir uzunlukta basınçlı boru yapılabilir. Akarsu üzerine yerleştirilmiş, santrallerde ise basınçlı boru olmadan su türbine girer. Tabanı alçaltmak sureti ile de hidroelektrik tesisi için gerekli eğim temin edilebilir. Bu olay genelde yeraltı santrallerinde uygulanır.
Akarsuyun akış enerjisinden faydalanılan suyun depolanıp depolanmamasına göre hidroelektrik santraller iki şekilde inşaa edilebilirler;
1. Kanal veya nehir üzerinde inşaa edilen hidroelektrik santralleri.
2. İnşaa yolunda suyun akışı durdurularak veya başka bir yola çevrilerek suni bir su düşüşü sağlanan hidroelektrik santralleri.
Depolamasız hidroelektrik santrallere kanal veya nehir tipi hidroelektrik santraller de denir. Bu santrallerde su için gerekli eğim suyun suni olarak hazırlanan başka bir yolla verilmesi ile elde edilir.
Depolamalı hidroelektrik santrallere suni gölün hidroelektrik santralleri de denir. Bu tesislerde akış enerjisinin sağlanması için gerekli eğim,suyun tabi yolundan toplanması ile elde edilir.
Hidroelektrik santrallerinde suyun potansiyel enerjisinden faydalanmak için çevirmeli ve çevirmesiz olmak üzere iki sistem uygulanır. Ayrıca akarsu yatağı kıvrıntılarım azaltarak eğimden kazanan tesisler de yapılmalıdır.
Çevirmeli tesislerde,su alma yerinde istenilen debi,eğimi az,pürüzlülüğü küçük olan bir kanal veya galeriye alınır. Su alma bir taraftan yapılıyorsa isale ancak basınçlı galeri ağzında inşaa edilebilir.
Eskiden diyafram kalınlığının altındaki blokajın boşluklarım dolduracak mertebede olması gerektiği düşünülmüş ve kalınlık;
t = 0,031+0,0063 *H formülü ile hesaplanırdı. Burada; t = metre olarak kalınlık,
H = metre olarak noktanın su yüzüne olan düşey uzaklığıdır.
Sonraları diyafram kalınlığının mukavemeti fazla etkilemediği fakat ömrünü ve sızdırmazlığı daha çok etkilediği düşünülerek:
t = 0,3 + 0,005 * H t = 0,3 + 0,002 * H gibi kalınlıklarda uygulanmıştır.
Dim barajında uygulanan memba diyafram kalınlığı formülü ise:
t = 0,3 + 0,0035 * H şeklindedir.
Çatlak teşekkülünü önlemek ve çatlaklar arasında gerilmelerin daha iyi şekilde dağılmasını sağlamak için teçhizat kullanılması adet olmuştur. Teçhizat alanı beton kesit alanının %0,5'i kadar alınmaktadır (250 mm - 300 mm). Kalınlıklı diyaframlarda teçhizatın ortaya, 500 mm'den kalın diyaframlarda ise yüzeye yakın konulması uygundur. Çünkü kalın diyaframlarda sıcaklık gerilmeleri önem kazanmaktadır. Diyafram, dolgu içerisine ankre edilen çubuklara (betonarme) bağlandığı takdirde bağlantı yerlerinde kayma teçhizatına da gerek vardır.
Diyaframlarda genleşme derzlerinin su tutucular ile tecrit edilmesi gerekir.
Kalınlıklar 120 m - 125 m için hesaplanmıştır.
t = 0,031+0,0063* H =>
t = 0,031 + 0,0063 * 120 = 0,7870 m = 78,70 cm
t = 0,031 + 0,0063 * 125 = 0,8185 m = 81,85 cm
Diyafram kalınlığının mukavemeti fazla etkilemediği durumdaki kalınlık.
t = 0,30+ 0,005* H =>
t = 0,30 + 0,005 * 120 = 0,9000 m = 90,00 cm
t = 0,30 + 0,005 * 125 = 0,9250 m = 92,50 cm
t = 030 + 0,002* H =>
t = 0,30 + 0,002 * 120 = 0.5400 m = 54,00 cm
t = 0,30 + 0,002 * 125 = 0,5500 m = 55,00 cm
Dim Barajında Uygulanan Formül İle Memba Diyafram Kalınlığı Hesabı:
t = 0,30+ 0,0035* H =>
t = 0,30 + 0,0035 * 120 = 0,7200 m = 72,00 cm
t = 0,30 + 0,0035 * 125 = 0,7375 m = 73,75 cm bulunmuştur.
Tipi : Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu
Talveg kotu :50.00m
Temel kotu : 39.00 m
Kret kotu : 173.50 m
Kret uzunluğu : 365.00 m
Kret genişliği : 7.80 m
Temelden yüksekliği : 134.50 m
Memba batardo kret kotu : 61.00-71.00 m
Memba batardo kret genişliği : 10.00 m
Yeri : Sağ sahil
Tipi : Yandan alışlı
Deşarj kapasitesi : 121.80m3/sn
Hesap yükü : 3.03 m
Yaklaşım kanalı kotu : 169.40 m
Savak kret kotu : 195.75 m
Savak uzunluğu : 34.00 m
Boşaltım kanalı tipi : Dikdörtgen kesit
Boşatım kanalı uzunluğu : 285.00 m
Boşaltım kanalı genişliği : 25.00 m
Boşaltım kanalı eğimi : 0.10-0.44
Enerji kırıcı tipi : Sıçratma eşiği
C) DERİVASYON TÜNELİ
Yeri :Sol sahil
Tipi : At nalı kesit
İç yapı : 5.50 m
Hafriyat çapı : 6.80 m
Giriş invert kotu : 51.00 m
Çıkış invert kotu : 47.25 m
Eğimi : 0.0072212
Deşarj kapasitesi : Q 25 =551.80 m3/sn
Yeri : Sağ sahil
Tipi : At nalı kesit
İç yapı :6.80m
Su alma yapısı tipi : Yamaca yaslama eğik su alma yapısı
Su alma yapısı kotu : 75.00 m
Cebri boru çapı : l .80 m
Cebri boru uzunluğu : 30.5 m
Tehlike vanası tipi ebadı : Sürgülü küresel 160*160
Ayar vanası tipi ebadı : Konik vana 180 cm l adet
Enerji kinci tesis ebadı : Tünel içinde deşarj
Santral tipi : Yan gömülü
Ünite sayısı : 3
Türbin tipi : Düşey eksenli françis
Türbin devir sayısı : 500d/dk
Kurulu güç :3*12.75 = 38.25 MW
Kurulu güç debisi :11.94m3/sn
Ortalama düşü : 108.40 m
Tipi : Dairesel
Çapı : 3.50 m
Boyu : 4137.00 m
Cebri boru çapı : f 280-250
VI) ALANYA II. MEHALE PROJESİ DİM BARAJI VE HES ALANYA SULAMASI
Proje Akdeniz Bölgesinde Antalya ili sınırları içindedir. Depolama tesisleri Dim çayı üzerinde Alanya ilçesinin 5 km kuzey doğusunda Alanya-Mersin Karayolundan 8 km içeride Kuzyaka mevkiindedir. Sulama sahası ise Dim Çayı'nın sol ve sağ sahilinde olup Sedre sulaması da ilave edilmiştir.
Alanya İkinci Merhale Projesi ile daha önce planlaması yapılmış sulama sahalarının turizm alanı olarak ayrılmış sahaların sulama kapsamı dışına çıkarılması ve Sedre Projesi sulama sahalarının bu proje kapsamına alınmasıdır.Proje 5.312 ha alanın sulama suyunu sağlamış olacaktır. Dim Barajı HES Tesislerinde yılda 122.91 GWh enerji üretmek ve ilerde Alanya ilçesi ve turizm tesislerinin içme ve kullanma suyu ihtiyacı olarak 47.30 hm3 suyu karşılamak üzere hazırlanmıştır.
Proje sahası Antalya havzasında olup Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir.Ortalama sıcaklık yazın 32 °C ortalama yağış 1050 mm'dir. Yıllık ortalama akım ise Dim Çayında 505.30 hm3'tür.
Baraj yerinde ana kaya pelitik özellikli kayaçların başkalaşmasıyla metamorfizmasıyla oluşmuş geçirimsiz şistlerdir.Şistlerin içinde her iki yamaçta bant şeklinde memba-mansab yönünde yerleşmiş karstik geçirimli yer yer mermerleşmiş kireç taşı mercekleri yüzeylenir.
Amacı : Sulama + Enerji +İçme suyu
Yağış alam : 178 km2
Yıllık ortalama su : 505.3 hm3
Minimum su kotu : 130.00 m
Maksimum su kotu : 173.03 m
Normal su kotu : 170.00 m
Toplam göl hacmi : 253 hm3
Aktif göl hacmi : 157 hm3
Ölü hacim : 96 hm3
Tipi : Kaya dolgu (memba yüzü beton kaplamalı)
Talveg kotu : 50.00 m
Talvegden yüksekliği : 123.50 m
Temelden yüksekliği : 134.50 m
Gövde dolgu hacmi : 4093351 m
Tipi : Yandan alışlı
Kret kotu : 169.40 m
Deşarj kapasitesi : 1241.90m3/sn
Kret boyu : 120.00 m
Deşarj kanal boyu : 285.00 m
Enerji kırıcı havuz boyu : 45.00 m
Cebri boru çapı : 1.80 m
Cebri boru uzunluğu : 30.50 m
Yeri : Sol sahilde
Tipi : Beton kaplamalı (at nalı)
İç çapı : 6.80 m
Debisi (Q25) :551.80m3/sn
Uzunluğu :519.30 m
Tipi : Dairesel, beton kaplamalı
Yeri : Sol sahilde
Uzunluğu : 4137.00 m
İç çapı : 3.50 m
Kapasitesi : 40.80 m
Yeri : Sol sahilde
Tipi : Dairesel betonarme
Çapı : 10.00 m
Yüksekliği : 69.00 m
Yeri : Sol sahilde
Kurulu gücü : 38.25 MW
Ünite adedi : 3
Proje düşüşü : 150.00 m
Yıllık enerji üretimi : 122.91 GWh/yıl
Firm enerji : 61.23GWh/yıl
Sekonder enerji : 61.68GWh/yıl
Sulama Sahası : 5312 ha
Cazibe sulaması : 3 916 ha
Pompaj sulaması : 1396 ha
Kapasitesi : 47,30 hm3/yıl
Yüklenici firma : İçkale İnşaat LTD.ŞTİ.
Keşif bedeli : 4.500 Trilyon
İhale bedeli : 3.774.600 Trilyon
İhale tarihi : 26/12/1996
Sözleşme tarihi : 21/02/1997
Bu projenin tamamlanması ile 1996 yılı fiyatlarıyla tanımsal net gelir artışı 11 821.406TL .enerji gelir artışı 5.533.129 milyar TL/yıl olacaktır.
Akdeniz Bölgesinde Antalya il sınırları içerisindedir. Depolama tesisleri Dim Çayı üzerinde Alanya ilçesinin 5 km doğusunda Alanya-Mersin Karayolundan 8 km içersinde Kuzkaya mevkiindedir.
Sulama sahası ise, Dim Çayı'nın sağ ve sol sahilinde devam eder. Daha önce planlama raporu yapılmış olup, 6600 ha alanının sulanması düşünülmüştür. Sulama sahalarının bir kısmının turizme açılması nedeniyle sulama yeniden ele alınarak sulama sahasını daha önce ön incelemesi yapılmış Sedre sulaması da katılarak 5312 ha sahasının sulaması düşünülmüştür. Daha önce sulama şebekesi kanalet olan proje borulu sisteme dönüştürülmüştür.
Dim Barajı kati projesi yapıldığı için bu raporda baraj ve enerji tesisleri ile ilgili dokümanlar kati projeden alınarak kullanılmıştır.
Yeri : ANTALYA-ALANYA İLÇESİ
Akarsu adı : DİM ÇAYI
Drenaj alanı : 178 km2
Yıllık ortalama doğal yağış : 481.19 hm3
Yıllık en küçük akım : 1.42m3/sn
Yıllık en büyük akım :205.106m3/sn
Ortalama debi : 16.04m3/sn
Ölçülen en büyük debi : 620 m3/sn
Ölçülen en küçük debi : 1.45m3/sn
Ortalama hava sıcaklığı : 32°C
Ortalama yağış : 1050 mm
Talveg kotu : 50m
Min. su seviyesi : 130 m
Normal su seviyesi : 170 m
Max. su seviyesi : 173.03 m
Ölü hacim : 96*l06 m3
Aktif hacim : 157*106m3
Normal su seviyesi hacmi : 253*l06 m3
Max. su seviyesi hacmi : 265.38* l06 m3
Max. su seviyesinde baraj göl alanı : 4.48* l06 m3
Maksadı : Sulama + Enerji + İçme suyu
Tipi : Ön yüzü beton kaya dolgu
Talveg kotu : 50 m
Talvegden yüksekliği : 125.5 m
Temelden yüksekliği : 150 m
Kret kotu : 173.5 m
Kret genişliği : 7.8 m
Kret boyu : 365.15 m
Memba şevi : 1:4
Mansap şevi : 1:5
Gövde dolgu hacmi : 4238600 m3
Tipi : Yandan alışlı
Kret kotu : 169.4 m
Giriş debisi : 1345m3/sn
Deşarj debisi : 1241.9m3/sn
Nap yüksekliği : 3.03 m
Kret boyu : 140 m
Tahliye kanal boyu : 292.96 m
Tahliye kanalı genişliği : 25 m
Enerji kırıcı havuz boyu : 45 m
Enerji kırıcı havuz duvar yüksekliği :25 m
Tünel cinsi : Beton kaplamalı (at nalı)
Tünel çapı : 6.80 m
Kaplama kalınlığı : 0.70 m
Tünel debisi (Q25) : 579 m3 /sn
Tünel boyu : 519.30 m
Cebri boru çapı : 1.80 m
Cebri boru uzunluğu : 52.20 m
Kret kotu : 71.00 m
Kret genişliği : 10.00 m
Enerji tüneli yeri : Sol sahilde
Uzunluğu : 4351.00 m
İç çapı : 3.50 m
Hafriyat çapı : 4.50 m
Tipi : Dairesel beton kaplı
Eğimi : 0.001
Giriş taban kotu : 117.00 m
Çıkış taban kotu : 112.60 m
Debisi (Qmax) : 42.06 m3/sn
Yeri : Sol sahilde enerji tünelinin 4+039 km.
Tipi : Dairesel betonarme
Çapı : 10.00 m
Yüksekliği : 71.25 m
Yeri :Sol sahilde denge bacasından hemen sonra
Tipi : Çelik
Çapı : 2.80 m
Uzunluğu : 360m
Et kalınlığı : 10.0 mm
Yeri : Sol sahilde (Fırla Tepe Mevkii)
Kurulu güç : 38.25 MW (3*12.75 MW)
Ünite adedi : 3
Santral kuyruk suyu çıkış kotu : 16.00 m
Proje düşüşü : 108.40 m
Yıllık enerji üretimi : 122.89 GWh/yıl
Firm enerji üretimi : 61.23GWh/yıl
Seconder enerji : 61.66GWh/yıl
SULAMA SAHASI
Toplam brüt sulama alanı : 5312 ha
Toplam net sulama sahası : 4637 ha
Max. sulama modülü : 0.95 1/sn/yıl
Sulama suyu ihtiyacı : 8747.44 m3/h/yıl
Cazibe ile sulama sahası : 3418 ha (net)
Pompaj ile sulama sahası : 1219 ha (net)
a) SAĞ SAHİL SULAMASI
Sulama sahası (brüt) : 1241 ha
Sulama sahası (net) : 1083 ha
Sağ sahil cazibe sulaması : 925 ha (brüt), 808 ha (net)
Sağ sahil ana kanal uzunluğu : 15+250 km
Başlangıç debisi : 1286m3/sn
a)l) SAĞ SAHİL DEĞİRMENDERE POMPAJI
Sulama sahası : 316 ha (brüt), 276 ha (net)
Kurulu güç : 660 kW
Terfi yüksekliği : 95.39 m
Debisi : 0.38 m3/sn
Enerji yılda : 0.92 GWh/yıl Cebri boru çapı : 0.62 m
Cebri boru boyu : 500.00 m
Cebri boru et kalınlığı : 6.44 mm
a)2) DİM ÇAYI SİFONU
Debisi : 1286.00 m3/sn
Hızı : 2.50 m/sn
Uzunluğu : 500.00 m
Çapı : 1.20 m
Giriş kotu : 112.60 m
Çıkış kotu : 111.60 m
a)3) SAĞ SAHİL DEĞİRMENDERE SİFONU
Debisi : 0.809 m3/sn
Hızı : 2.50 m/sn
Uzunluğu : 200.00 m
Çapı : 1.20 m
Giriş kotu : 105.11 m
Çıkış kotu : 104.61 m
b) SOL SAHİL SULAMASI
Sulama sahası (brüt) : 4071 ha
Sulama sahası (net) : 3554 ha
Sol sahil sulama cazibesi : 2991 ha
Sol sahil ana kanal uzunluğu : 79+3 50 km
Başlangıç debisi : 3860 m3/sn
b)l) SOL SAHİL GÜLEVLER POMPAJI
Sulama sahası : 1080 ha (brüt), 943
Kurulu güç :1600kW
Terfi yüksekliği : 92.77 m
Debisi : 1.12m3/sn
Enerji yılda : 3.08 GWh/yıl
Cebri boru çapı : 0.68 m
Cebri boru boyu : 280.00 m
Cebri boru et kalınlığı : 6.36 mm
b)2) GÜMÜŞDERE SİFONU
Debisi : 2086.00 m3/sn
Uzunluğu : 120.00 m
Çapı : 1.40 m
Giriş kotu : 104.51 m
Çıkış kotu : 104.11 m
Ana kanal üzerindeki km'si : 13+600-13+700 km
b)3) KARATAŞ SİFONU
Debisi : 1435.00 m3/sn
Uzunluğu : 160.00 m
Çapı : 1.20 m
Giriş kotu : 95.40 m
Çıkış kotu : 94.90 m
Ana kanal üzerindeki km'si : 35+500-35+660 km
b)4) AKTAŞ SİFONU
Debisi : 1435.00 m3/sn
Uzunluğu : 300.00 m
Çapı : 1.20 m
Giriş kotu : 94.68 m
Çıkış kotu : 93.88 m
Ana kanal üzerindeki km'si : 36+200-36+500 km
b)5) KARATAŞ SİFONU
Debisi : 1185.00m3/sn
Uzunluğu : 360.00 m
Çapı : 1.20 m
Giriş kotu : 91.74 m
Çıkış kotu : 91.74 m
Ana kanal üzerindeki km'si : 41+860-42+220 km
TESİS ADI
|
TESİS BEDELİ
(TL)
|
YATIRIM BEDELİ
(TL)
|
YILLIK GİDER
(TL)
|
DIM BARAJI
|
3901826* 106
|
5951388*106
|
519265*106
|
DİM HES Tesisleri
|
1469325*106
|
2519029*106
|
2693 14*106
|
Sağ Sahil Cazibe Sulaması
|
186988*106
|
236175*106
|
16417*106
|
Sağ Sahil Pompaj Sulaması
|
182264*106
|
251213*106
|
3073 1*106
|
Sol Sahil Cazibe Sulaması
|
1935915*106
|
2347285*106
|
161005*106
|
Sol Sahil Pompaj Sulaması
|
420502* 106
|
556919*106
|
68996* 106
|
TOPLAM
|
8106820* 106
|
11 826009* 106
|
1065782* 106
|
Maksatlar arasında ortak maliyetlerin pay edilmiş oranı enerji 0.53 , sulama 0.16, içme suyu 0.31.
RANTABİLİTELER
1. PROJE RANTABİLİTESİ