קייסון (הנדסה)

חתך סכמטי של קייסון בסביבה ימית או מי תהום

בהנדסה גיאוטכנית (אנ'), קייסון (/ˈkeɪsən/ או /ˈkeɪsɒn/; מושאל מצרפתית caisson, מאיטלקית cassone, כלומר קופסה גדולה, תוספת של cassa) הוא מבנה תת-קרקעי אטום למים^[1] המשמש, למשל, לעבודה על יסודות לעמודים תומכים של גשרים, לבניית סכרי בטון,^[2] או לתיקון אוניות.^[3] קייסונים בנויים בצורה בה ניתן לשאוב מהם מים החוצה, תוך שמירה על סביבת העבודה יבשה. כאשר עמודים תומכים נבנים באמצעות קייסון פתוח, ואין זה מעשי להגיע לקרקע מתאימה, ניתן לבסס כלונסאות חיכוך (אנ') ליצירת תשתית מתאימה. כלונסאות אלו מחוברים באמצעות משטח יסוד שעליו מוקם העמוד התומך.

סוגים

כדי לבצע קייסון, יש לחפור לעומק דרך שכבה האדמה הרכה עד הגעה לקרקע יציבה. בעוד שהגעה לקרקע סלעית היא האידיאל, כאשר שכבת הסלע עמוקה מדי, חופרים עד שכבת קרקע חולית, קשה דיה ויציבה. כל זאת על פי סקר קרקע הנעשה בעזרת קידוחי ניסיון מקדימים ומשמשים את מתכנני המבנה לקביעת עומק היסודות. ארבעת הסוגים העיקריים של קיסון הם קופסה, קיסון פתוח, קיסון פנאומטי וקייסון מונוליטי.^[4]

קופסה

קייסון קופסה הוא קופסת בטון טרומית (עם דפנות ותחתית), המונח על בסיסים מוכנים. בעת הנחתו במקומו, ממלאים אותו בבטון על מנת שיהפוך ליסוד מבנה קבוע, כמו ביסוס ממנו צומח עמוד יסוד לגשר. מבני בטון חלולים כמו קייסוני קופסה הם, בדרך כלל, בעלי צפיפות נמוכה מצפיפות המים בהם נבנים ולכן יש למלא אותם, זמנית, בסלעים או לעגן אותם לקרקעית כדי למנוע מהם לצוף עד שיסתיימו העבודות עליהם ויהיה ניתן למלא אותם בבטון. לפעמים עשויות להידרש מערכות עיגון משוכללות, כגון באזורי גאות ושפל. מערכות עיגון מתכווננות בשילוב עם סקר GPS מאפשרים למהנדסים למקם קייסוני קופסה באופן מדויק.^{[דרוש מקור]}

פתוח

קייסון פתוח דומה לקייסון קופסה, אלא שאין לו משטח תחתון. הוא מתאים לשימוש באדמות חרסיתיות רכות (למשל באפיקי נהרות מסוימים), אך לא למקומות שבהם עלולות להיות חסימות גדולות בקרקע. קייסון פתוח משמש באדמות רכות או במקומות בהם מפלס מי תהום גבוהים, וחפירות תעלות פתוחות אינן מעשיות. קייסון פתוח יכול לשמש גם בעת התקנת שוחות ביוב עמוקות, תחנות שאיבה ובורות קליטה או שיגור לביצוע מיקרו-מנהרות, חפירות עבור הנחת צינורות ופעולות אחרות.^{[דרוש מקור]}

קייסון מוטבע על ידי משקלו העצמי, בטון או עומס מים המוצבים על גביו, או על ידי שקעים הידראוליים. הקצה המוביל (או נעל החיתוך) של הקייסון משופע החוצה בזווית חדה כדי לעזור לו לשקוע בצורה אנכית. הוא עשוי בדרך כלל מפלדה. התחתית שלו בדרך כלל רחבה יותר מהקיסון כדי להפחית את החיכוך, והקצה התחתון המוביל (בזמן השקיעה) עשוי להיות מסופק עם תמיסת בנטוניט בלחץ, המתנפחת במים ומייצבת אותו על ידי מילוי השקעים והחללים שבקרקע. קיסון פתוח עלול להתמלא במים במהלך שקיעתו.^{[דרוש מקור]}

מונוליטי

קייסון מונוליטי (או פשוט מונוליט) גדול יותר משאר סוגי הקייסונים, אך דומה בצורתו לקייסונים פתוחים. קייסונים כאלה נמצאים לעיתים קרובות בקירות נמלים ומזחים, שם נדרשת עמידות גבוהה בפני פגיעות מאוניות.^{[דרוש מקור]}

פנאומטי

קייסון פנאומטי, מסופק עם אוויר דחוס

קייסונים רדודים עשויים להיות פתוחים לאוויר, בעוד שקייסונים פנאומטיים (הנקראים לפעמים קסונים בלחץ), החודרים לאדמות רכות, הם קופסאות ללא תחתית, אטומות בחלק העליון וממולאות באוויר דחוס כדי לשמור על אי חדירת מים ובוץ בעומק. מנעל אוויר מאפשר גישה לתא. עובדים, הנקראים חוליות, מעבירים בוץ, פסולת וסלעים מקצה מרחב העבודה אל בור מלא במים, המחובר בצינור (הנקרא צינור בוץ) אל פני השטח. מנוף על פני השטח מסיר את האדמה עם כף. לחץ המים בצינור מאזן את לחץ האוויר, כאשר אוויר עודף בורח במעלה צינור הבוץ. זרימת האוויר בלחץ חייבת להיות קבועה כדי להבטיח החלפות אוויר סדירות לעובדים ולמנוע זרימה מוגזמת של בוץ או מים בבסיס הקייסון. כאשר הקייסון פוגע בסלע, החולות יוצאים דרך מנעל האוויר וממלאים את הקופסה בבטון, ויוצרים עמוד יסוד מוצק.^[5]

לקייסון פנאומטי (דחוס) יש יתרון במתן תנאי עבודה יבשים, העדיפים גם בעת יציקת הבטון.

פועלי בניין שעולים מהסביבה בעלת הלחץ הגבוה של הקייסון אל פני הקרקע, חייבים לפרוק את הדחיסה בקצב המאפשר שחרור ללא סימפטומים של גזים אינרטיים המומסים ברקמות הגוף אם ברצונם להימנע ממחלת הפחתת הלחץ (אנ'), מצב שזוהה לראשונה אצל עובדי הקייסון, ונקרא במקור "מחלת קייסון". מתוך הכרה בסכנה התעסוקתית, בניית גשר ברוקלין, אשר נבנה בעזרת קייסוני לחץ, הביאה לכך שעובדים רבים נהרגו או נפצעו לצמיתות ממחלת הקייסון במהלך בנייתו.^[6] בארוטראומה של האוזניים, חללי סינוס וריאות ואוסטאונקרוזיס דיסברית הם סיכונים נוספים בעבודות אלו.^[7]

שימושים נוספים

• קייסונים שימשו גם בהתקנת מעליות הידראוליות שבהן כבש חד-שלבי מותקן מתחת לפני הקרקע.[דרוש הבהרה]
• קייסונים, בשם הקוד הפניקס (אנ'), היו חלק בלתי נפרד מבניית נמלי מאלברי ששימשו במהלך פלישת בעלות הברית לנורמנדי במלחמת העולם השנייה.^[8]

פטנטים

• פטנט ארצות הברית 123,002 - שיפור בבניית יסודות תת-מימיים

ראו גם

• סכר עצירה

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא קייסון בוויקישיתוף

• קייסון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

הערות שוליים

1. "Caisson" def. 3. Knight, Edward Henry. Knight's American mechanical dictionary A description of tools, instruments, machines, processes, and engineering; history of inventions; general technological vocabulary; and digest of mechanical appliances in science and the arts. vol. 1. Boston: Houghton, Osgood and Co., 1880. 420. Print.
2. Aichel, Ordulf George. The caisson as a new element in concrete dam construction; a proposal made in connection with the Columbia River Power Project. New York: Spon & Chamberlain; [etc.], 1916. Print.
3. Wilson, Theodore Delavan, and Edward J. Reed. An outline of ship building, theoretical and practical. New York: J. Wiley & son, 1873. 383. Print.
4. Chudley, R.; Greeno, R. Advanced construction technology. Third Edition. Oxford: Longman, 1999. מסת"ב 9780582316171, 0582316170. 173. Print.
5. Wallace, Mike (2018). Greater Gotham: A History of New York City from 1898 to 1919. New York: Oxford University Press. pp. 155–56. מסת"ב 9780195116359.
6. Butler WP (2004). "Caisson disease during the construction of the Eads and Brooklyn Bridges: A review". Undersea Hyperb Med. 31 (4): 445–59. PMID 15686275. Archived from the original on 2011-08-22. Retrieved 2008-10-08.
7. Stellman, Jeanne Mager. Encyclopaedia of occupational health and safety. 4th ed. Geneva: International Labor Office, 1998. 36.5. Print.
8. Staff. "The story of the Mulberry harbours". arromanches-museum.com. Arromanches: Musée de Débarquement. Retrieved 1 June 2017.