В геотехнической инженерии кессон ( / ˈ k eɪ s ən , - s ɒ n / ; заимствовано из французского caisson 'коробка', от итальянского cassone 'большая коробка', усилительной формы от cassa ) — водонепроницаемая подпорная конструкция [1], используемая, например, для работы на фундаменте опоры моста , для строительства бетонной плотины [2] или для ремонта судов [3] .
Кессоны строятся таким образом, что воду можно откачивать, сохраняя рабочую среду сухой. Когда опоры строятся с использованием открытого кессона, и нецелесообразно достигать подходящего грунта, можно забить фрикционные сваи для формирования подходящего подфундамента. Эти сваи соединяются фундаментной подушкой, на которой возводится колонна-опора.
Кессонная инженерия использовалась по крайней мере с 19 века, тремя яркими примерами являются Королевский мост Альберта (завершен в 1859 году), мост Идса (завершен в 1874 году) и Бруклинский мост (завершен в 1883 году). [4]
Чтобы установить кессон на место, его опускают в мягкую грязь, пока не встретится подходящий материал для фундамента. Хотя предпочтительнее использовать коренную породу , иногда используется стабильная, твердая грязь, когда коренная порода находится слишком глубоко. Четыре основных типа кессона — это коробчатый кессон , открытый кессон , пневматический кессон и монолитный кессон . [5]
Коробчатый кессон — это сборный бетонный ящик (с бортами и дном); он устанавливается на подготовленные основания. После установки на место он заполняется бетоном, чтобы стать частью постоянных работ, таких как фундамент для опоры моста. Полые бетонные конструкции обычно менее плотные, чем вода, поэтому коробчатый кессон должен быть балластирован или закреплен, чтобы он не плавал, пока его не заполнят бетоном. Иногда могут потребоваться сложные системы крепления, например, в приливных зонах . Регулируемые системы крепления в сочетании с GPS-съемкой позволяют инженерам позиционировать коробчатый кессон с высокой точностью. [ необходима цитата ]
Открытый кессон похож на коробчатый кессон, за исключением того, что у него нет нижней поверхности. Он подходит для использования в мягких глинах (например, в некоторых руслах рек), но не там, где в земле могут быть большие препятствия. Открытый кессон, который используется в мягких грунтах или при высоком уровне грунтовых вод, где открытые траншейные выемки нецелесообразны, также может использоваться для установки глубоких люков, насосных станций и приемных/пусковых ям для микротоннелирования , продавливания труб и других операций. [ требуется цитата ]
Кессон погружается с помощью собственного веса, бетона или водяного балласта, размещенного сверху, или гидравлических домкратов. Передняя кромка (или режущий башмак ) кессона наклонена под острым углом, чтобы способствовать погружению в вертикальном направлении; обычно она сделана из стали. Башмак, как правило, шире кессона, чтобы уменьшить трение, а передняя кромка может быть снабжена находящейся под давлением бентонитовой суспензией, которая разбухает в воде, стабилизируя осадку, заполняя углубления и пустоты. Открытый кессон может заполняться водой во время погружения. Материал выкапывается грейферным ковшом экскаватора на кране. [ необходима цитата ]
Уровень подпочвы формации может быть все еще не пригоден для выемки или несущей способности . Вода в кессоне (из-за высокого уровня грунтовых вод) уравновешивает силы подпора мягких грунтов под ним. При обезвоживании основание может «вытекать» или «кипеть», [ необходимо разъяснение ] заставляя кессон опускаться. Для борьбы с этой проблемой сваи могут быть забиты с поверхности, чтобы действовать как:
Секции двутавровых балок (типичные секции колонн, из-за сопротивления изгибу по всем осям) могут быть забиты под углами, «заваленными» на скальные породы или другие более твердые грунты; двутавровые балки остаются выдвинутыми над основанием. Под водой может быть размещена железобетонная пробка, процесс, известный как бетонирование в бетонолитной шахте . Когда кессон осушается, эта пробка действует как свайный колпачок, сопротивляясь восходящим силам подпочвы. [ необходима цитата ]
Монолитный кессон (или просто монолит ) больше других типов кессонов, но похож на открытые кессоны. Такие кессоны часто встречаются в причальных стенках, где требуется устойчивость к ударам кораблей. [ необходима цитата ]
Неглубокие кессоны могут быть открыты для воздуха, тогда как пневматические кессоны (иногда называемые герметичными кессонами ), которые проникают в мягкий ил , представляют собой бездонные коробки, запечатанные сверху и заполненные сжатым воздухом, чтобы удерживать воду и грязь на глубине. Воздушный шлюз обеспечивает доступ к камере. Рабочие, называемые sandhogs в американском английском, перемещают грязь и обломки камней (называемые muck ) от края рабочего пространства к заполненной водой яме, соединенной трубой (называемой muck tube ) с поверхностью. Кран на поверхности удаляет грунт с помощью грейферного ковша . Давление воды в трубе уравновешивает давление воздуха, при этом избыточный воздух выходит вверх по muck tube. Поток сжатого воздуха должен быть постоянным, чтобы обеспечить регулярную смену воздуха для рабочих и предотвратить чрезмерный приток грязи или воды в основание кессона. Когда кессон касается коренной породы, sandhogs выходят через воздушный шлюз и заполняют коробку бетоном, образуя прочный фундаментный пирс. [6]
Пневматический (сжатый воздух) кессон имеет преимущество в том, что обеспечивает сухие рабочие условия, что лучше для укладки бетона. Он также хорошо подходит для фундаментов, для которых другие методы могут вызвать осадку соседних конструкций. [ необходима цитата ]
Строительные рабочие, которые покидают герметизированную среду кессона, должны декомпрессироваться со скоростью, которая позволяет безсимптомно высвобождать инертные газы, растворенные в тканях организма, если они хотят избежать декомпрессионной болезни , состояния, впервые выявленного у рабочих кессона и первоначально названного «кессонной болезнью» в знак признания профессиональной опасности. Строительство Бруклинского моста , который был построен с помощью герметичных кессонов, привело к тому, что многочисленные рабочие либо погибли, либо получили постоянные травмы от кессонной болезни во время его строительства. [7] Баротравма ушей, придаточных пазух носа и легких, а также дисбарический остеонекроз являются другими рисками. [8]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
Работы, связанные с Caisson в Wikisource