Кессон (инжиниринг)

В геотехнической инженерии кессон французского ( / ˈ k eɪ s ən , - s ɒ n / ; заимствовано от cassone кессона «коробка», от итальянского « большой ящик», дополнения к кассе ) представляет собой водонепроницаемую подпорную конструкцию. ^[1] используется, например, для работ на моста при , фундаментах опор строительстве бетонной плотины , ^[2] или для ремонта кораблей . ^[3]

Кессоны сконструированы таким образом, что воду можно откачивать, сохраняя рабочую среду сухой. Когда опоры строятся с использованием открытого кессона и невозможно добраться до подходящего грунта, можно забить висячие сваи для формирования подходящего основания. Эти сваи соединяются фундаментной подушкой, на которой возводится опора колонны.

Кессонная техника использовалась, по крайней мере, с 19 века, тремя яркими примерами являются Королевский мост Альберта (завершен в 1859 году), мост Идс (завершен в 1874 году) и Бруклинский мост (завершен в 1883 году). ^[4]

Типы

Для установки кессона на место его опускают в мягкий ил до тех пор, пока не встретится подходящий материал фундамента. Хотя коренная порода предпочтительнее, иногда используется устойчивая твердая грязь, если коренная порода слишком глубока. Четыре основных типа кессонов — коробчатый кессон , открытый кессон , пневматический кессон и монолитный кессон . ^[5]

Коробка

Коробчатый кессон представляет собой сборную бетонную коробку (с бортами и дном); устанавливается на подготовленные основания. После установки его заливают бетоном, чтобы он стал частью постоянных сооружений, например фундаментом опоры моста. Полые бетонные конструкции обычно менее плотны, чем вода, поэтому коробчатый кессон необходимо забалластировать или закрепить, чтобы он не всплывал до тех пор, пока его нельзя будет заполнить бетоном. Иногда могут потребоваться сложные системы крепления, например, в приливных зонах . Регулируемые системы крепления в сочетании с GPS-съёмкой позволяют инженерам с высокой точностью позиционировать коробчатый кессон. ^{[ нужна ссылка ]}

Открыть

аналогичен Открытый кессон коробчатому кессону, за исключением того, что у него нет нижней грани. Он пригоден для использования в мягких глинах (например, в руслах некоторых рек), но не там, где в грунте могут быть большие препятствия. Открытый кессон, который используется на мягких грунтах или при высоком уровне грунтовых вод, где рытье открытых траншей нецелесообразно, также может использоваться для установки глубоких колодцев, насосных станций и приемных/пусковых ям для микротоннелирования , прокладки труб и других операций. ^{[ нужна ссылка ]}

Кессон погружается за счет собственного веса, бетонного или водного балласта, укладываемого сверху, или гидравлических домкратов. Передняя кромка (или режущий башмак ) кессона наклонена под острым углом, чтобы облегчить погружение в вертикальном направлении; обычно он изготавливается из стали. Башмак обычно шире кессона, чтобы уменьшить трение, а передняя кромка может быть снабжена бентонитовой суспензией под давлением, которая набухает в воде, стабилизируя осадку за счет заполнения впадин и пустот. Открытый кессон при затоплении может наполниться водой. Материал выкапывают ковшом грейферного экскаватора на кране. ^{[ нужна ссылка ]}

Недра на уровне пласта все еще могут быть непригодны для раскопок или нести несущую способность . Вода в кессоне (из-за высокого уровня грунтовых вод) уравновешивает силы подъема мягких грунтов под ним. При обезвоживании основание может «закипеть» или «закипеть». ^{[ нужны разъяснения ]} вызывая затопление кессона. Чтобы решить эту проблему, сваи могут быть забиты с поверхности, чтобы действовать как:

Несущие стены , поскольку они передают нагрузки на более глубокие грунты.
Якоря, поскольку они сопротивляются плавучести из-за трения на границе между их поверхностями и окружающей землей, в которую их загнали.

Секции двутавровых балок (типичные секции колонн из-за устойчивости к изгибу по всем осям) могут приводиться в движение под углами, «подогнанными» к камням или другим более твердым грунтам; H-образные балки оставлены выступающими над основанием. Железобетонную пробку можно поместить под воду, этот процесс известен как укладка бетона треми . Когда кессон обезвоживается, эта пробка действует как оголовок сваи, сопротивляясь восходящим силам грунта. ^{[ нужна ссылка ]}

Монолитный

Монолитный кессон (или просто монолит ) крупнее остальных типов кессонов, но похож на открытые кессоны. Такие кессоны часто встречаются в причальных стенках, где требуется устойчивость к ударам кораблей. ^{[ нужна ссылка ]}

Пневматический

Неглубокие кессоны могут быть открыты для воздуха, тогда как пневматические кессоны (иногда называемые кессонами под давлением ), проникающие в мягкий ил , представляют собой бездонные коробки, запечатанные сверху и заполненные сжатым воздухом для предотвращения попадания воды и грязи на глубину. Воздушный шлюз обеспечивает доступ в камеру. Рабочие, которых на американском английском языке называют песочниками , перемещают грязь и обломки камней (называемые навозом ) от края рабочего пространства в заполненную водой яму, соединенную трубкой (называемой навозной трубкой ) с поверхностью. Кран . на поверхности извлекает грунт грейферным ковшом Давление воды в трубе уравновешивает давление воздуха, при этом лишний воздух выходит через трубу для навоза. Поток сжатого воздуха должен быть постоянным, чтобы обеспечить регулярную смену воздуха для рабочих и предотвратить чрезмерный приток грязи или воды к основанию кессона. Когда кессон ударяется о скальную породу, песчаные свиньи выходят через шлюз и заполняют коробку бетоном, образуя прочный фундамент. ^[6]

Преимущество пневматического (сжатого воздуха) кессона заключается в том, что он обеспечивает сухие условия работы, что лучше подходит для укладки бетона. Он также хорошо подходит для фундаментов, для которых другие методы могут привести к осадке соседних конструкций. ^{[ нужна ссылка ]}

Строительные рабочие, покидающие герметичную среду кессона, должны выполнять декомпрессию со скоростью, обеспечивающей бессимптомное высвобождение инертных газов, растворенных в тканях тела, чтобы избежать декомпрессионной болезни - состояния, впервые выявленного у кессонных рабочих и первоначально названного «кессонным». болезни» в знак признания профессионального риска. Строительство Бруклинского моста , который был построен с помощью герметичных кессонов, привело к тому, что во время его строительства множество рабочих были либо убиты, либо получили необратимые травмы из-за кессонной болезни. ^[7] баротравма ушей, пазух и легких, а также дисбарический остеонекроз . Другими рисками являются ^[8]

Другое использование

Кессоны также используются при установке гидравлических лифтов , где ниже уровня земли устанавливается одноступенчатый подъемник. ^{[ нужны разъяснения ]}
Кессоны под кодовым названием «Феникс » были неотъемлемой частью гаваней Малберри, союзников в Нормандию во время Второй мировой войны использовавшихся во время вторжения . ^[9]

Другие значения

Кессоны для подъема лодок : слово «кессон» также используется как синоним движущейся желобной части шлюзов кессонов , подъемников каналов и уклонов , на которых лодки и корабли отдыхают, поднимаясь с одного канала возвышения на другое; вода удерживается внутри кессона или выводится из кессона в соответствии с соответствующим принципом работы. ^{[ нужна ссылка ]}
Структурные кессоны : кессон также иногда используется как разговорный термин для обозначения железобетонной конструкции, образованной путем заливки в полую цилиндрическую форму, обычно путем размещения формы кессона ниже уровня земли в открытой выемке и заливки после завершения обратной засыпки или путем бурения на уровне земли. , хотя это может быть проблематично для глубоких кессонов, поскольку раскопки без опоры могут обрушиться до того, как можно будет вставить форму кессона. Таким образом, земля, уложенная вокруг пустой формы кессона, обеспечивает устойчивость и прочность, позволяя заливать бетон с меньшими сложностями и с меньшим риском разрыва формы. Хотя технически кессоном на самом деле является только сама форма, нередко любую бетонную колонну ниже уровня земли называют просто кессоном . ^{[ нужна ссылка ]}
Системы вентиляционной фильтрации . Слово «кессон» также используется как название герметичного корпуса для вентиляционных фильтров на объектах, работающих с опасными материалами. Корпус обычно имеет входной отсек для фильтрующего элемента предварительной очистки и выходной отсек для высокоэффективного фильтрующего элемента. Он может иметь несколько наборов отделений. Корпус имеет герметичные дверцы доступа для замены фильтрующих элементов. Корпус обычно оснащен точками подключения, которые используются для проверки эффективности фильтров и мониторинга изменений перепада давления на фильтрующем материале. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Всасывающий кессон – анкер трубы с открытым дном встроен и освобождается под действием перепада давления.
Завод водолазных колоколов с воздушным шлюзом - баржа поддержки подводных работ, используемая в Гибралтаре, мобильный инженерный кессон, установленный на барже, используемый в порту Гибралтара.
Перемычка - Барьер, позволяющий откачивать жидкость из замкнутого пространства, временная водонепроницаемая конструкция, построенная на месте, иногда окружающая рабочую зону, как и открытый кессон.
Морская геотехническая инженерия - подобласть инженерии, связанная с искусственными сооружениями в море, для получения информации по геотехническим соображениям.

Патенты

Патент США 123 002 – Улучшение конструкции подводных фундаментов.

Ссылки

^ "Кессон" по определению. 3. Найт, Эдвард Генри. Американский механический словарь Найта. Описание инструментов, инструментов, машин, процессов и техники; история изобретений; общетехнологическая лексика; и дайджест механических устройств в науке и искусстве . Архивировано 2 марта 2021 г. в Wayback Machine . том. 1. Бостон: Houghton, Osgood and Co., 1880. 420. Архивировано 16 октября 2022 г. в Wayback Machine . Распечатать.
^ Айхель, Ордульф Джордж. Кессон как новый элемент в строительстве бетонных плотин; предложение, сделанное в связи с проектом электроэнергетики реки Колумбия . Архивировано 2 марта 2022 г. в Wayback Machine . Нью-Йорк: Спон и Чемберлен; [и др.], 1916. Печать.
^ Уилсон, Теодор Делаван и Эдвард Дж. Рид. Краткое описание кораблестроения, теоретическое и практическое. Архивировано 30 апреля 2022 г. в Wayback Machine . Нью-Йорк: Дж. Уайли и сын, 1873 г. 383. Архивировано 3 марта 2021 г. в Wayback Machine . Распечатать.
^ «История бурения кессонов» . Структуры фундамента . 2 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 9 декабря 2022 г. Проверено 9 декабря 2022 г.
^ Чадли, Р.; Грино, Р. Передовые строительные технологии . Третье издание. Оксфорд: Лонгман, 1999. ISBN 9780582316171 , 0582316170. 173. Печать.
^ Уоллес, Майк (2018). Большой Готэм: история Нью-Йорка с 1898 по 1919 год . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 155–56. ISBN 9780195116359 .
^ Батлер В.П. (2004). «Кессонная болезнь при строительстве Идсского и Бруклинского мостов: обзор» . Подводный Гиперб Мед . 31 (4): 445–59. ПМИД 15686275 . Архивировано из оригинала 22 августа 2011 г. Проверено 8 октября 2008 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ Стеллман, Жанна Магер. Энциклопедия охраны труда и техники безопасности . 4-е изд. Женева: Международное бюро труда, 1998. 36.5. Распечатать.
^ Персонал. «История гаваней Малберри» . arromanches-museum.com . Арроманш: Музей Дебаркемана. Архивировано из оригинала 19 марта 2008 года . Проверено 1 июня 2017 г.

Внешние ссылки

Работы, связанные с кессоном , в Wikisource

[1] "Кессон" по определению. 3. Найт, Эдвард Генри. Американский механический словарь Найта. Описание инструментов, инструментов, машин, процессов и техники; история изобретений; общетехнологическая лексика; и дайджест механических устройств в науке и искусстве . Архивировано 2 марта 2021 г. в Wayback Machine . том. 1. Бостон: Houghton, Osgood and Co., 1880. 420. Архивировано 16 октября 2022 г. в Wayback Machine . Распечатать.

[2] Айхель, Ордульф Джордж. Кессон как новый элемент в строительстве бетонных плотин; предложение, сделанное в связи с проектом электроэнергетики реки Колумбия . Архивировано 2 марта 2022 г. в Wayback Machine . Нью-Йорк: Спон и Чемберлен; [и др.], 1916. Печать.

[3] Уилсон, Теодор Делаван и Эдвард Дж. Рид. Краткое описание кораблестроения, теоретическое и практическое. Архивировано 30 апреля 2022 г. в Wayback Machine . Нью-Йорк: Дж. Уайли и сын, 1873 г. 383. Архивировано 3 марта 2021 г. в Wayback Machine . Распечатать.

[4] «История бурения кессонов» . Структуры фундамента . 2 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 9 декабря 2022 г. Проверено 9 декабря 2022 г.

[5] Чадли, Р.; Грино, Р. Передовые строительные технологии . Третье издание. Оксфорд: Лонгман, 1999. ISBN 9780582316171 , 0582316170. 173. Печать.

[6] Уоллес, Майк (2018). Большой Готэм: история Нью-Йорка с 1898 по 1919 год . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 155–56. ISBN 9780195116359 .

[Brooklyn-7] Батлер В.П. (2004). «Кессонная болезнь при строительстве Идсского и Бруклинского мостов: обзор» . Подводный Гиперб Мед . 31 (4): 445–59. ПМИД 15686275 . Архивировано из оригинала 22 августа 2011 г. Проверено 8 октября 2008 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[8] Стеллман, Жанна Магер. Энциклопедия охраны труда и техники безопасности . 4-е изд. Женева: Международное бюро труда, 1998. 36.5. Распечатать.

[9] Персонал. «История гаваней Малберри» . arromanches-museum.com . Арроманш: Музей Дебаркемана. Архивировано из оригинала 19 марта 2008 года . Проверено 1 июня 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]