Kanak barajı (Sivas-Şarkışla) baraj yeri ve göl alanının mühendislik jeolojisi incelemesi

Abstract

IV ÖZET Doktora Tezi Kanak Barajı (Sivas-Şarkışla) Baraj Aks Yeri ve Göl Alanının Mühendislik Jeolojisi İncelemesi Ahmet Turan ARSLAN Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Ergun KARACAN Bu çalışmada; Kanak barajı baraj yeri ve göl alanında bulunan kayaçların mühendislik jeolojisi, hidrojeolojik özelliklerinin belirlenmesi, inşaatta kullanılacak yapı gereçlerinin alan ve kalitelerinin incelenmesi ve baraj inşaatı uygulamaları açısından değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma alanı, Şarkışla' nın (Sivas) güneydoğusunda Cemal, Döllük, Konakyazı ve Samankaya köyleri ile sınırlanan bölge içerisinde yer almaktadır. Çalışma alanında yüzeyleyen kayaç birimleri; yaşlıdan gence doğru, Daniyen - Orta Tanesiyen yaşlı Kaleköy formasyonu (tüf, aglomera, andezit), Üst Tanesiyen yaşlı Konakyazı formasyonu (kireçtaşı, şeyi, tüf, bazalt, mam) ve Kuvaterner' e ait alüvyon ve yamaç molozundan oluşmaktadır. Mühendislik jeolojisi çalışmaları kapsamında, önce baraj yeri ve çevirme tüneli güzergahındaki kayaçların malzeme ve kütle özellikleri arazi ve laboratuvar çalışmaları ile belirlenmiş, çeşitli sınıflamalar yapılmıştır. Daha sonra baraj yeri kayaçlarının izin verilebilir taşıma güçleri ve kütle deformabilite özellikleri belirlenip değerlendirilmiştir. Ayrıca çevirme tüneli güzergahındaki kayaçların çeşitli kaya kütle sınıflamaları yapılmış ve en uygun destekleme öneren sınıflama sisteminin Q kaya kütle sınıflama sistemi olduğu belirlenmiştir. Baraj yeri ve tünel güzergahı kayaçlarından, aglomera ve kireçtaşları `yüksek`, tüfler `orta` kuru birim hacim ağırlıklarına sahiptir. Porozite değerleri açısıdan ise, aglomera ve kireçtaşları `düşük`, tüfler ise `orta-yüksek` dereceliporozite değerlerine sahiptir. Kayaç malzemelerinin tek eksenli basınç dayanımlarına göre, aglomera ve tüfler `yüksek`, kireçtaşlar `orta-yüksek` dayanıma sahiptir. Üç eksenli basınç dayanımı deneyleri sonucunda aglomeraların ortalama kohezyonunun 27 MPa, tüflerin 20 MPa, kireçtaşlarının, 13.5 MPa, içsel sürtünme açılarının aglomeralar için 56° tüfler için 50° kireçtaşlar için ise 46° olduğu saptanmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda aglomeraların 61.30 MPa, tüflerin 14.20 MPa, kireçtaşlarının ise 13.20 MPa kaya kütle sıkışma dayanımına sahip oldukları belirlenmiştir. Baraj yeri kayaçlarının izin verilebilir taşıma güçleri aglomeralar için 29 MPa, tüfler için 23 MPa ve kireçtaşlar için 12 MPa dır. Kaya kütlesi deformasyon modülleri ise aglomeralar için 49 GPa, tüfler için 28 GPa ve kireçtaşlar için 10.26 GPa dır. Baraj gövde inşaatından sonra temel kayaçlarına gelecek maksimum düşey gerilme 1.04 MPa düzeyinde olacaktır. Bu gerilme, temel kayaçlarının izin verilebilir taşıma güçlerinin altında kalan bir değer olduğu için, temel duraylılığı açısından herhangi bir sorunla karşılaşılmayacaktır. Baraj yeri sondaj kuyularında yapılan basınçlı su deneyleri sonuçlarına göre baraj yeri kayaçları `az geçirimli` kayaçlar olarak tanımlanmışlardır. Aks yeri kayaçlarının ortalama kaya kalitesi belirteci (% RQD) % 67, ortalama çatlak sıklığı 2 çatlak/m dir. Baraj yeri kayaçları RMR (Kayaç Kütle Değeri) sınıflama sistemine göre `iyi kaya - orta kaya`, M-RMR (Değiştirilmiş Kaya Kütle Değeri) sınıflama sistemine göre ise `zayıf kaya` olarak sınıflandırılmıştır. Kaya sınıflandırması ve tünel açımında destekleme sistemlerinin projelendirilmesinde yaygın bir şekilde kullanıldıkları için RSR, RMR, M-RMR ve Q kaya kütle sınıflama sistemleri kullanılmıştır. RSR sınıflaması sonucunda RSR puanı 50 olarak hesaplanmıştır. RMR sınıflamasına göre tünel güzergahı kayaçları `iyi kaya-zayıf kaya`, M-RMR sistemine göre `sağlam - çok sağlam kaya - çok zayıf kaya`, Q sınıflama sistemine göre ise `sağlam, çok sağlam - çok zayıf kaya` olarak sınıflandırılmıştır. Şarkışla meteoroloji istasyonu verilerine göre yıllık ortalama sıcaklık 8.9 °C, yıllık ortalama yağış 418.9 mm. dir. Kanak deresinin aylık ortalama akımları 0.062 - 12.16 m3/sn, ortalama akım 0.28 m3/s dir. Kanak deresi ve yan kollarındaki suların ortalama pH' ı 8.41, ortalama elektriksel iletkenlik (EC) 326 ^S/cm, ortalama sıcaklık 21.67 °C dir. Bu sular `kalsiyum bikarbonatlı` veya `kalsiyum - magnezyumKİ - sodyum - bikarbonatlı` tipte sulardır. Sular, sulama suyu açısından ABD tuzluluk Laboratuvan diyagramında C1S1 (düşük tuzlu- düşük sodyumlu) ve C2Sı (orta tuzlu- düşük sodyumlu) sulama suyu sınıfında yer alır. Baraj göl alanında toplanacak suların sulamaya uygun kalitede olduğu belirlenmiştir. Baraj inşaatında kullanılacak doğal yapı gereçlerinin alanları ve malzeme kaliteleri saptanmış ve değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmelere göre, toprak baraj inşaatı için yeterli miktarda ve kalitede malzemenin ekonomik olarak sağlanabileceği belirlenmiştir. Kanak baraj yeri ve göl alanının topoğrafik, jeolojik, mühendislik jeolojisi ve hidrojeolojik özellikleri, depremseiliği ve baraj inşaatında kullanılacak malzemelerin sağlanabilmesi olanaklarının birlikte değerlendirilmesi sonucunda barajın kil çekirdekli toprak dolgu tipinde inşa edilebileceği sonucuna varılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Baraj, çevirme tüneli, dayanım, taşıma gücü, deformabilite, yapı gereci, kaya malzemesi, kaya kütlesi, hidrojeoloji, su kimyası

vn SUMMARY PhD Thesis Engineering Geological investigation of the Kanak Dam Site and Reservoir Area (Sivas-Şarkışla) Ahmet Turan ARSLAN Cumhuriyet University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geological Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ergun KARACAN The aims of this study were to identify; engineering geological and hydrogeological properties of the rocks in the dam site and reservoir area, areal distribution and quality of the natural building materials and to evaluate these materials from the point of dam construction. This study area is located on the southeast of the Şarkışla province center (Sivas) within the area surrounded by Cemal, Döllük, Konakyazı and Samankaya villages. The lithological units which crop out in the study area consist of Danian- Middle Thanetian Kaleköy formation (tuff, aglomerate, andesite), Upper Thanetian Konakyazı formation (limestone, shale, tuff, basalt, marl), and Quaternary alluvium and slope wash. In the first phase of the engineering geological studies, material and mass properties of the rocks which crop out at the dam site and diversion tunnel line were determined by field and laboratory studies and rocks were classified. Later, allowable bearing capacity and mass deformability properties of the dam site rocks were determined and evaluated. Additionally, rocks of the diversion tunnel line were classified using different rock mass classification systems and it was concluded that the most appropriate support can be recommended by Q classification system.VIII Of the rocks that crop out at dam site and tunnel line, aglomerate and limestone have `high`, tuff has `medium` dry unit weights. Aglomerate and limestone have `low` porosity, tuff has medium - high` porosity. Regarding uniaxial compressive strength of the rocks, aglomerate and tuff have `high`, and limestone has `medium - high` strength values. According to triaxial compression test results aglomerate, tuff and limestone have mean cohession and internal friction angle values of 27 MPa, 20 MPa, 13.5 MPa and 56°, 50°, 46° respectively. Rock mass compressive strength calculations have given the values of 61.30 MPa, 14.20 MPa and 13.20 MPa for aglomerate, tuff and limestone, respectively. Allowable bearing capacities of the dam site rocks are; 29 MPa for aglomerate, 23 MPa for tuff and 12 MPa for limestone. Rock mass deformation modules for aglomerate, tuff and limestone are 49 GPa, 28 GPa and 10.26 Gpa, respectively. After the construction of the dam maximum vertical stress on the basement rocks will be 1.04 MPa. This value is less than the allowable bearing capacity of the rocks, so any stability problem in the basement rocks is not expected. Dam site rocks were classified as `slightly permeable` rocks according to the water pressure test results of the boreholes. Mean rock quality designation (% RQD) of these rocks is % 67, and mean fracture intensity is 2 fractures/m. Dam site rocks are `good rock - medium rock` regarding RMR (Rock Mass Rating) system, and are weak rock ` regarding M-RMR (Modified Rock Mass Rating) system. RSR, RMR, M-RMR and Q rock mass classification systems were used for rock classification and tunnel support system design. RSR rating is 50 according to RSR system. Regarding RMR, M-RMR and Q classification systems tunnel line rocks are classified as `good rock - weak rock`, `strong - very strong - very weak rock` and `strong, very strong - very weak rock`, respectively. Mean annual temperature measured at Şarkışla meteorological station is 8.9 °C, and mean annual precipitation is 418.9 mm. Mean monthly flow rates of the Kanak stream ranges 0.062 to 12 m3/sec, and mean flow rate is 0.28 m3/sec. Mean pH, electrical conductivity (EC) and temperature values of the water samples from Kanak stream and its tributaries are 8.41, 326 jxS/cm and 21.67 °C, respectively. These waters are `calcium - bicarbonate` and `calcium - magnesium - sodium - bicarbonate` type waters. From the point of irrigation water classification the waterIX samples are classified in C^ (low salinity - low sodium water) and C2Si (medium salinity - low sodium water) in U.S. salinity Laboratory diagram. It is concluded that all waters are suitable for irrigation. Areas of the natural building materials to be used for dam construction and their properties were analyzed. It was concluded that suitable amount of materials in appropriate quality can be supplied economically from the areas. Considering topographical, geological, engineering geological, hydrogeological properties of the dam site and reservoir area, sismicity of the region and natural building materials areas it was concluded that the dam can be constructed as a clay cored earth fill dam. KEY WORDS: Dam, diversion tunnel, strength, bearing capacity, deformability, construction material, rock material, rock mass, hydrogeology, hydrochemistry.