Caisson (teknik)

Schematisk tvärsektion av en trycksatt caisson

Inom geoteknik / är ˈk eɪ s ə n / en caisson ( eller / stor ˈk eɪ s ɒ n / ; lånad från franska caisson , från italienska cassone , vilket betyder låda , en förstärkning av cassa ) en vattentät hållarstruktur som används, till exempel att arbeta på grunden till en bropelare , för att bygga en betongdamm eller för reparation av fartyg . Kaissons är konstruerade på ett sådant sätt att vattnet kan pumpas ut, vilket håller arbetsmiljön torr. När pirer byggs med en öppen caisson, och det inte är praktiskt att nå lämplig jord, friktionspålar slås ner för att bilda ett lämpligt underfundament. Dessa pålar är förbundna med en grundplatta på vilken pelarpiren är rest. Caisson-teknik har använts åtminstone sedan 1700-talet och användes särskilt i konstruktionen av Brooklyn Bridge , som färdigställdes 1883.

Typer

För att installera en caisson på plats, förs den ner genom mjuk lera tills ett lämpligt grundmaterial påträffas. Även om berggrunden är att föredra, används ibland en stabil, hård lera när berggrunden är för djup. De fyra huvudtyperna av caisson är boxcaisson , öppen caisson , pneumatisk caisson och monolitisk caisson .

Låda

En lådcaisson är en prefabricerad betonglåda (med sidor och botten); den läggs på förberedda baser. Väl på plats fylls den med betong för att bli en del av de permanenta arbetena, som till exempel grunden till en bropelare. Ihåliga betongkonstruktioner är vanligtvis mindre täta än vatten så en lådcaisson måste ballasteras eller förankras för att hålla den från att flyta tills den kan fyllas med betong. Ibland kan utarbetade förankringssystem krävas, till exempel i tidvattenzoner . Justerbara förankringssystem kombinerat med en GPS-mätning gör det möjligt för ingenjörer att positionera en boxcaisson med exakt noggrannhet.

Öppen

En öppen caisson liknar en lådcaisson, förutom att den inte har en bottenyta. Den är lämplig för användning i mjuka leror (t.ex. i vissa flodbäddar), men inte där det kan finnas stora hinder i marken. En öppen caisson som används i mjuka grunder eller höga grundvattennivåer, där öppna dikesgrävningar är opraktiska, kan också användas för att installera djupa brunnar, pumpstationer och mottagnings-/utsättningsgropar för mikrotunnelarbete, rördomkraft och andra operationer .

En caisson sänks av egenvikt, betong eller vattenballast placerad ovanpå, eller av hydrauliska domkrafter. Kassongens främre kant (eller skärsko ) lutar utåt i en skarp vinkel för att hjälpa till att sjunka på ett vertikalt sätt; den är vanligtvis gjord av stål. Skon är i allmänhet bredare än kassunen för att minska friktionen, och framkanten kan förses med trycksatt bentonitslam , som sväller i vatten och stabiliserar sättningen genom att fylla fördjupningar och hålrum. En öppen caisson kan fyllas med vatten under sänkning. Materialet grävs upp med en grävskopa på en kran.

Formationsnivån kanske fortfarande inte lämpar sig för schaktning eller bärighet . Vattnet i caissonen (på grund av ett högt grundvattennivå) balanserar uppkrafterna från de mjuka jordarna under. Om den avvattnas kan basen "röra" eller "koka", vilket får kassongen att sjunka. För att bekämpa detta problem kan pålar drivas från ytan för att fungera som:

• Bärande väggar , genom att de överför laster till djupare jordar.
• Ankare, genom att de motstår flytning på grund av friktionen vid gränsytan mellan deras ytor och den omgivande jorden i vilken de har drivits in.

H-balksektioner (typiska pelarsektioner, på grund av motstånd mot böjning i alla axlar) kan drivas i vinklar "krattade" mot sten eller annan fastare jord; H-balkarna lämnas utsträckta ovanför basen. En armerad betongplugg kan placeras under vattnet, en process som kallas tremie betongplacering . När caissonen är awattnad fungerar denna plugg som en pålkapsel som motstår de uppåtgående krafterna från undergrunden.

Monolitisk

En monolitisk caisson (eller helt enkelt en monolit ) är större än de andra typerna av caisson, men liknar öppna caissons. Sådana caissons finns ofta i kajväggar, där motstånd mot stötar från fartyg krävs.

Pneumatisk

Pneumatisk caisson, försedd med tryckluft

Grunda caissons kan vara öppna mot luften, medan pneumatiska caissons (ibland kallade trycksatta caissons ), som penetrerar mjuk lera , är bottenlösa lådor förseglade upptill och fyllda med tryckluft för att hålla vatten och lera ute på djupet. Ett luftsluss ger tillgång till kammaren. Arbetare, kallade sandhogs , flyttar lera och stenskräp (kallat muck ) från kanten av arbetsytan till en vattenfylld grop, ansluten med ett rör (kallad muck tube ) till ytan. En kran vid ytan tar bort jorden med en gripskopa . Vattentrycket i röret balanserar lufttrycket, med överskottsluft som strömmar upp i smutsröret. Det trycksatta luftflödet måste vara konstant för att säkerställa regelbundna luftbyten för arbetarna och förhindra överdrivet inflöde av lera eller vatten vid basen av kassunen. När kassunen träffar berggrunden går sandsvinarna ut genom luftslussen och fyller lådan med betong och bildar en solid grundpir.

En pneumatisk (tryckluft) caisson har fördelen att ge torra arbetsförhållanden, vilket är bättre för att placera betong. Den är också väl lämpad för fundament där andra metoder kan orsaka sättningar av intilliggande strukturer.

Byggnadsarbetare som lämnar den trycksatta miljön i caissonen måste dekomprimera i en hastighet som tillåter symptomfri frigöring av inerta gaser lösta i kroppsvävnaderna om de ska undvika tryckfallssjuka , ett tillstånd som först identifierades hos caissonarbetare och som ursprungligen hette "caisson sjukdom" som ett erkännande av den yrkesmässiga faran. Byggandet av Brooklyn Bridge , som byggdes med hjälp av trycksatta kassor, resulterade i att många arbetare antingen dödades eller skadades permanent av kassonsjukan under dess konstruktion. Barotrauma i öronen, sinushåligheter och lungor och dysbarisk osteonekros är andra risker.

Andra användningsområden

• Caissons har också använts vid installation av hydrauliska hissar där en enstegskolv installeras under marknivån.
• Caissons, med kodnamnet Phoenix , var en integrerad del av Mulberry-hamnarna som användes under den allierade invasionen av Normandie under andra världskriget .

Andra betydelser

• Båtliftcaissons : Ordet caisson används också som en synonym för den rörliga trågdelen av caissonslussar , kanalhissar och lutningar där båtar och fartyg vilar medan de lyfts från en kanalhöjd till en annan; vattnet hålls kvar på insidan av caisson, eller utesluts från caisson, enligt respektive funktionsprincip.
• Strukturella caissons : Caisson används också ibland som en vardagsterm för en armerad betongkonstruktion som bildas genom att gjutas i en ihålig cylindrisk form, vanligtvis genom att placera en caissonform under lutningen i en öppen utgrävning och gjutning när återfyllningen är klar, eller genom att borra i lutningen , även om detta kan vara problematiskt med djupa caissons, eftersom ostödda utgrävningar kan kollapsa innan caissonformen kan sättas in. På detta sätt ger jorden placerad runt den tomma caissonformen stabilitet och styrka, vilket gör att betong kan gjutas med färre komplikationer och med mindre risk för formutblåsning. Även om tekniskt sett bara själva formen faktiskt är en caisson, är det inte ovanligt att någon gjuten betongpelare av lägre kvalitet helt enkelt kallas en caisson .
• Ventilationsfiltreringssystem : Ordet caisson används också som benämning på ett lufttätt hölje för ventilationsfilter i anläggningar som hanterar farligt material. Huset har vanligtvis ett uppströmsfack för ett förfilterelement och ett nedströmsfack för ett högeffektivt filterelement. Den kan ha flera uppsättningar av fack. Huset har packade åtkomstdörrar för att tillåta byte av filterelementen. Huset är vanligtvis försett med anslutningspunkter som används för att testa filtrens effektivitet och övervaka förändringar i differenstrycket över filtermediet.

Se även

• Sugcaisson – Rörankare med öppen botten inbäddat och släppt av tryckskillnad
• Luftsluss dykklocka – Undervattenspråm som används vid Gibraltar, en mobil pråmmonterad teknisk caisson som används i Gibraltars hamn
• Cofferdam – Barriär som tillåter att vätska pumpas ut ur ett slutet område, en tillfällig vattenavstängande struktur byggd på plats, ibland omger ett arbetsområde liksom en öppen kassong.
• Offshore geoteknik – Delområde av ingenjörskonst som rör mänskligt skapade strukturer i havet, för information om geotekniska överväganden.

Patent

• US-patent 123 002 – Förbättring av konstruktion av undervattensfundament

externa länkar

• Verk relaterade till Caisson på Wikisource