Кессон в фундаменте — это специальная конструкция, представляющая собой закрытую или открыто-замкнутую емкость, которая используется для создания глубоких и устойчивых оснований зданий и сооружений. Он позволяет избежать влияния грунтовых вод и дает возможность работать в условиях повышенной влажности, а также обеспечивает надежное распределение нагрузок на нижележащие слои грунта.
Такой метод фундамента позволяет обеспечить долговечность конструкции и ее стойкость к осадкам, что особенно важно для крупногабаритных зданий и сооружений. Кессоны могут быть выполнены из различных материалов, таких как бетон или сталь, в зависимости от особенностей проекта и условий строительства.
Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения
Кессон является конструктивной разновидностью опускного колодца. Кессонный метод применяют при значительном притоке воды, а В непосредственной близости от существующих зданий, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.
Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в рабочую камеру подземных вод и наплывов грунта. Кессон состоит из кессонной (рабочей) камеры, надкессонного строения и шлюзового устройства (рис. 3.22). Кессонную камеру изготавливают, как правило, из железобетона (реже — из металла).
Стенки камеры заканчиваются стальным ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы, через которую производится подъем и опускание людей и извлечение разработанного грунта.
Шахтная труба сверху заканчивается шлюзовым аппаратом, позволяющим сохранять в камере рабочее давление при грузоподъемных операциях. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона (для увеличения веса). Подача сжатого воздуха в камеру осуществляется по трубопроводу, имеющему в обязательном порядке резервную нитку.
Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. При этом в камере, в шахтной трубе и в шлюзовом аппарате давление воздуха на 10% превышает гидростатический напор воды. При подаче грунта в шлюзовой аппарат закрывают люк в шахтную трубу и затем снижают давление в шлюзовом аппарате до атмосферного. После чего открывают наружную дверь и вывозят поднятый из камеры грунт.
Кессон, как и опускной колодец, погружается в грунт под действием собственной массы. Погружению здесь препятствуют не только силы трения грунта, но и избыточное давление в кессонной камере. Эффективность погружения определяется следующим соотношением активных и реактивных сил:
где Qj — вес кессонного сооружения, кН; Q2 — вес надкессонного заполнения (пригруза), кН; Т — сила бокового трения кессона о грунт, кН; Pt — давление грунта под ножом кессона, кПа; Fj — площадь внутренней поверхности ножевой части, м 2 ; Р2 — избыточное давление воздуха в кессоне, кПа; F2 — площадь кессона по наружному очертанию, м 2 . 
Рис. 3.22. Общий вид кессона:
- 1 — подмости; 2 — шлюзовой аппарат; 3 — материальный шлюзовой прикамерок; 4 — людской шлюзовой прикамерок; 5 — шахтные трубы;
- 6 — трубопровод сжатого воздуха; 7 — бадья с грунтом; 8 — надксссонная кладка; 9 — надкессонная обшивка; 10 — потолок кессона; 11 — кессонная камера; 12 — стены кессона; 13 — лестница; 14 — тельфер; 15 — вагонетка
По мере опускания кессона увеличиваются силы трения при одновременном увеличении давления воздуха в камере, что приводит к замедлению погружения и иногда к остановке. В этом случае используют «форсированный способ посадки» кессона. Для этого по периметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру, и избыточное давление в ней снижают наполовину В результате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до дна траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры.
Учитывая вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека, наибольшее избыточное давление в камере не должно превышать значения 0,4 Мпа, что определяет максимальную глубину погружения кессона — 40 м от уровня воды. При максимальном давлении (0,35— 0,4 Мпа) рабочему разрешается находиться не более 2-х часов. Из них около 1-го часа тратится на шлюзование и вышлюзовывание. С учетом сказанного при значительных глубинах погружения кессонов применяют гидромеханические способы разработки грунта с использованием гидромониторов и гидроэлеваторов или эжекторов с дистанционным управлением механизмами. Оператор при этом находится в специальной надкессонной камере при нормальном давлении воздуха.
Что такое фундамент глубокого заложения и когда он необходим
При строительстве зданий с большими или неравномерными расчетными нагрузками на основание часто выбирают фундаменты глубокого заложения (ФГЗ). Технология их обустройства позволяет оптимально распределить нагрузку от высотного дома, строения сложной конфигурации или с неравномерным распределением тяжелого оборудования, заглубленного или подземного сооружения. Также заглубленные фундаменты выбирают если несущие слои грунта на участке залегают на значительной глубине, если почва неравномерная (например с глинистыми линзами, валунами в толще).
Особенности фундаментов глубокого заложения
Чем больше глубина фундамента, тем он дороже. ФГЗ выбирают когда нет гарантий устойчивости здания на ленточном, массивном или свайном основании. Фундаменты глубокого заложение, в отличие от оснований мелкого заложения, могут передавать и распределять значительные горизонтальные нагрузки. В них увеличивается несущая способность, так как часть вертикальных нагрузок гасится за счет трения боковых поверхностей опорных элементов о грунт, а оставшиеся передаются на подошву. Кроме того уменьшаются объемы земляных работ (нет необходимости в предварительной разработке котлована).
ФГЗ делают с использованием опускных колодцев, кессонов, глубоких набивных свай или методом "стена в стене". Рассмотрим подробнее некоторые технологии обустройства глубоких оснований для зданий и сооружений.
Опускные колодцы
Проектировщики часто рекомендуют фундаменты глубокого заложения на основе железобетонных конструкций, замкнутых по периметру и открытых сверху и снизу. Бетонные, металлические и другие виды колодцев используются редко в связи с меньшей прочностью материала.
Этапы создания ФГЗ из опускных колодцев:
- Изготовление на поверхности грунта первого яруса с ножевой частью
- Погружение первого яруса в грунт с помощью вибропогружателя или под собственным весом
- Наращивание оболочки, погружение очередного яруса и так до проектной отметки
- Удаление грунта из колодца по мере заглубления
- После достижения проектной отметки заполнение колодца тощим бетоном, каменной кладкой
Допускается использование сборных железобетонных элементов круглого, квадратного, прямоугольного (обычного и с поперечными перегородками) или закругленного на торцах сечения. Круглые элементы легче заглублять в грунт, они эффективнее воспринимают нагрузки сжатия. Элементы с другим сечением позволяют эргономичнее использовать под оборудование площадь внутренних помещений. В строительстве используют железобетонные оболочки диаметром 1,2 и 6,0 метров.
Грунт из колодца выбирают, как правило, каждые 3-5 метров погружения. Делают это при помощи грейфера, гидроэлеватора, эрлифта.
Для значительных по площади основания зданий делают группы колодцев в наиболее уязвимых местах. Для равномерного распределения нагрузок группы соединяют железобетонными балками (ростверком).
Кессоны
Опускные колодцы неэффективны в условиях обводненных грунтов с прослойками скальных пород, так как велики затраты на водоотлив. На таких почвах фундаменты глубокого заложения делают с помощью кессонов. Схематически они представляют собой перевернутую вверх дном емкость, в которую нагнетается сжатый воздух. Давление подбирается таким образом, чтобы уравновесить давление грунтовых вод, то есть позволить оставаться камере сухой. Далее происходит погружение элементов фундамента и выемка грунта.
Использование кессонов дорогостоящий метод. Он выбирается только если нет возможности делать опускные колодцы.
В районах с проблемным грунтом для строительства домов часто используют проектирование свайных фундаментов. В случае задействования такого типа фундамента нагрузка от здания передается на основание через опоры, что позволяет избежать деформации и сохранить целостность объекта.
Укрепление грунтов необходимо для предотвращения их смещений, вызванных подземными водами, осадками или ветром. Деформации также могут возникать вследствие человеческой активности, такой как прокладка дорог или строительство тоннелей.
Обследование оснований и фундаментов считается обязательным мероприятием при строительстве или реконструкции здания. Кроме фундамента также подлежат тщательному обследованию все его несущие конструкции, для определения функциональности элементов.
Согласно установленным правилам, проектирование свайных фундаментов делается с учетом различных данных. Это информация о сейсмических процессах, происходящих в районе будущего строительства, заключение геотехнических исследований, расчеты нагрузок на основание фундамента,
Шпунтирование котлованов представляет собой устройство ограждений котлованов путем забивки шпунтов. Шпунтовые ограждения считаются эффективнее других известных видов оградительных конструкций.
Бурение скважины на собственном участке — самый простой, удобный и бюджетный способ обеспечить водой частный дом или дачу. Не нужно ждать подвоза воды или ездить за ней на водокачку — живительная влага всегда будет под рукой.
Технологии в современном строительстве претерпели множество изменений. Простые и эффективные решения, заменили устаревшие практики, и уверенно зарекомендовали себя. К таком технологиям относится и алмазное бурение.
Шпунт Ларсена представляет собой металлический профиль с замками и пазами, который используют при строительстве мостов, ограждений, возведении подпорных стенок и укреплении котлованов. При погружении шпунта создаются ограждения, которые препятствуют перемещению грунта.
Контакты для связи и заказа
Кессон
Кессо́н (от франц. caisson – ящик), 1) ограждающая конструкция для образования под водой или в водонасыщенном грунте рабочей камеры, свободной от воды; имеет вид опрокинутого вверх днищем ящика. Поступление воды в рабочую камеру предотвращается нагнетанием в неё сжатого воздуха . Кессон обычно сооружается на поверхности и погружается в грунт под действием собственного веса и веса надкессонного строения по мере выемки грунта. Применяется в сильно обводнённых грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твёрдые включения (валуны, погребённую древесину и др.) для устройства фундаментов глубокого заложения. Для подводных работ, не связанных с необходимостью заглубления в грунт (главным образом ремонтные и восстановительные работы в гидротехническом строительстве ), на дно опускают съёмный кессон или воздушный колокол .
При кессонных работах в кессоне компрессорной станцией непрерывно подаётся сжатый воздух. В зависимости от величины воздушного давления для предупреждения заболевания рабочих кессонной болезнью в рабочей камере регламентируется продолжительность рабочего дня, время шлюзования, т. е. перехода от атмосферного давления к рабочему, время обратного процесса и т. п. Максимальное давление воздуха в рабочей зоне, при котором можно вести строительные работы, в соответствии с действующими правилами безопасности составляет 0,39 МПа.
Кессон состоит из двух основных частей: рабочей (кессонной) камеры (высотой не менее 2,2 м) и надкессонного строения. Стены кессонной камеры (консоли) с внутренней стороны заканчиваются ножом, врезающимся в грунт в процессе опускания кессона. В верхнем перекрытии (потолке) имеются отверстия, над которыми монтируются шахтные трубы и шлюзовой аппарат, обеспечивающий доставку людей и материалов из зоны сжатого воздуха в зону атмосферного давления и обратно. Надкессонное строение, в зависимости от назначения кессона, выполняется либо как колодец с железобетонными стенками (под заглублённые помещения опускных сооружений ), либо в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона (для фундаментов глубокого заложения). После достижения ножом кессона проектной отметки рабочая камера полностью или частично заполняется бетоном или песком .
Кессонные камеры применяют также при проходке тоннелей (т. н. горизонтальный кессон) в сложных гидрогеологических условиях для отжатия воды из зоны проходки и осушения забоя при ведении проходческих работ в неустойчивых плывунных грунтах или грунтах с большим водопритоком, а В целях создания дополнительного давления на забой (если такое давление может заменить временную крепь ). Кессонную проходку тоннелей ведут, как правило, щитовым способом.
Прообраз кессона – деревянный водолазный колокол; в 1690 г. он был усовершенствован английским астрономом Э. Галлеем , который присоединил к нему шланги для подачи воздуха. В 1841 г. французский учёный Трижо предложил кессонный метод возведения фундаментов. В 19 – начале 20 вв. кессоны широко применялись главным образом для устройства фундаментов мостов (впервые – инженером В. Ройблингом при строительстве Бруклинского моста). Ныне кессоны применяются ограниченно.
2) Устройство для частичного осушения подводной части судна с целью ремонта или осмотра. Кромки кессона имеют форму обводов осушаемого участка. Кессон подводят открытой стороной к повреждённой части корпуса и откачивают из него воду, создавая рабочее пространство для выполнения ремонтных работ. Кессон прижимается к судну гидростатическим давлением.
3) Охлаждаемая водой стальная коробка, используемая в качестве элемента стенок шахтных металлургических печей, газовых каналов головок мартеновских печей и др.
4) Тонкостенная конструкция балочного типа с замкнутым одно- или многосвязным контуром поперечного сечения. Обшивка кессона воспринимает нормальное и касательное напряжения. Для сохранения формы поперечного сечения, ограничения его депланации , а также для распределения усилий между контурами кессон имеет диафрагмы или нервюры . Наиболее распространённый тип авиационных конструкций (крылья и другие элементы).
