Кессонные рабочие. VII.2.3

Кессон представляет собой открытую снизу железобетонную или стальную конструкцию (рис. 1,а), состоящую из потолка и боковых стен. Толщина стен кессона книзу уменьшается, и они заканчиваются консолью со стальным ножом. Полость в нижней части кессона называют рабочей камерой. В ней производят разработку грунта, по мере которой кессон опускается под действием собственного веса, а также веса надкессонной кладки, возводимой из бетона над потолком в процессе погружения кессона в грунт. Подачей в рабочую камеру сжатого воздуха обеспечивают отжатие из нее воды, что позволяет вести разработку грунта насухо.

Рисунок 1. Кессон: а - погружение кессона; б - кессонный фундамент; 1 - консоль; 2 - надкессонная кладка; 3 - трубы для сжатого воздуха; 4 - компрессорная станция; 5 - центральная шлюзовая камера; 6

Прикамерки; 7 - шахтные трубы; 8 - потолок кессона; 9 - нож; 10 - рабочая камера кессона; 11 - кладка надфундаментной части опоры; 12-бетон заполнения шахты; 13 - бетон заполнения рабочей камеры; 14 - прочный грунт; 15 - слабый грунт.

Сжатый воздух вырабатывается компрессорной станцией и подается по трубам, как в рабочую камеру кессона, так и в шлюзовой аппарат. Последний состоит из центральной шлюзовой камеры и двух прикамерков - один для рабочих, второй для материалов. Шлюзовой аппарат устанавливают на две шахтные трубы, которые собирают из отдельных металлических звеньев и используют для подъема и спуска рабочих, а также вертикального транспорта материалов и грунта. Спуск рабочих в камеру кессона производят в следующем порядке. Из пассажирского прикамерка выпускают сжатый воздух, что позволяет открыть вовнутрь наружную дверь прикамерка, в которую входят рабочие. Дверь закрывают и в прикамерок из центральной шлюзовой камеры подают сжатый воздух. Когда давление воздуха в прикамерке станет равным давлению воздуха в центральной шлюзовой камере, открывают дверь между ними и рабочие переходят в эту камеру, а потом по металлической лестнице, установленной в шахтной трубе, спускаются в камеру кессона. Подъем рабочих в центральную шлюзовую камеру и выход их наружу осуществляют в обратном порядке.

Изменение давления от нормального к повышенному (процесс шлюзования) и от повышенного к нормальному (процесс вышлюзовывания) в пассажирском прикамерке необходимо производить так, чтобы рабочие могли постепенно приспособиться к новым условиям. Время, потребное для шлюзования и вышлюзовывания, тем больше, чем выше давление воздуха в кессоне.

Для возможности отжатия воды из рабочей камеры кессона избыточное (сверх нормального) давление воздуха в ней должно несколько превышать гидростатическое давление на уровне низа ножа кессона. Наибольшее избыточное давление, при котором

разрешается работать людям в кессоне, равно 400 кПа. Это определяет максимальную глубину погружения кессона от уровня воды в 40 м.

После достижения проектной глубины заложения фундамента камеру кессона заполняют бетонной смесью (рис. 1,б). Затем демонтируют шлюзовой аппарат и шахтные трубы; вертикальную шахту заполняют бетонной смесью. В результате получается массивный фундамент глубокого заложения, на котором возводят кладку надфундаментной части опоры.

Кессоны изготовляют на месте опускания (на естественной поверхности или поверхности искусственного островка) либо в стороне от него. В первом случае кессоны шириной b, не превышающей 15 м, выполняют массивной конструкцией (рис. 2,а); при большей ширине боковые стены (консоли) делают массивными, а потолок - пустотелым, состоящим из балок (ребер), расположенных в одном (поперечном) направлении (рис. 2,б) или в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 2,в), и плит. Толщину плит и балок обычно принимают от 50 до 100 см. К устройству пустот прибегают с целью уменьшения веса кессона в период его изготовления и снятия с подкладок. При изготовлении кессона в стороне доставку его к месту погружения осуществляют наплаву. Для придания кессону плавучести максимально облегчают конструкцию. С этой целью пустотелыми делают не только потолок кессона, но и его консоли (рис. 2,г), толщину балок (ребер) принимают от 20 до 40 см, а плит - около 15 см.

По санитарным нормам высота рабочей камеры кессона должна быть не менее 2,2 м. Консоли, имеющие в месте примыкания к потолку сечение толщиной 1,0-1,8 м, книзу заостряют путем придания их внутренним поверхностям наклонов; наклон нижнего участка на высоту около 50 см принимают равным 1:1. Консоль заканчивают банкеткой шириной около 25 см, которую усиливают ножом из листовой или профильной стали. Армируют кессоны в соответствии с расчетом на усилия, возникающие в поперечных сечениях их элементов при возведении фундаментов.

Рисунок 2. Типы кессонов: а - массивной конструкции; б, в - с пустотелым потолком; г - с пустотелыми потолком и консолями.

Преимущество кессонов по сравнению с другими типами фундаментов заключается в том, что они позволяют возводить фундамент глубокого заложения в любых гидрогеологических условиях. В рабочей камере кессона возможно освидетельствование и даже испытание грунта основания, что весьма ценно.

Кессоны имеют и существенные недостатки, к которым в первую очередь следует отнести вредное воздействие избыточного давления на организм рабочих, большой объем бетонной кладки в массивной конструкции фундамента и высокую стоимость кессонных

работ. Если под избыточным давлением до 175 кПа разрешается находиться не свыше 7 ч в сутки, то под давлением в 350-400 кПа максимальное время пребывания составляет только 2 ч, из которых 1 ч затрачивается на процессы шлюзования и вышлюзовывания и только 1 ч используется на полезную работу. В связи с этим стоимость кессонных работ резко возрастает с увеличением глубины погружения кессона в грунт.

Кессоны и кессонные работы

Прежде это название (франц. Caisson) применялось к открытым сверху, плавучим ящикам, в которых возводится каменная кладка, так что ящик постепенно погружается и наконец садится на дно, причем кладку можно продолжать, как на суше (см. Понтонный ящик). В настоящее время строительная практика под словом К. понимает только сверху закрытый ящик, из которого, после погружения его на дно, вода вытесняется сгущенным воздухом, так что рабочие могут в нем свободно двигаться. Подкапывая дно под краями ящика, они постепенно его углубляют до достижения твердого слоя, который может служить надежной подошвой для сооружения. Такой способ устройства оснований называется вообще пневматическим. Способ этот испытан был в первый раз в 1839 г. французским инженером Триже (Triger) при заложении каменноугольной шахты в водоносном слое в Шалонских копях близ реки Луары и затем применен был в 1850 г. в Англии инженером Юзом (Hughes) для устройства оснований Рочестерского моста через реку Мидвей. Быки этого моста выведены были на чугунных колоннах, 2,15 м в диаметре, наполненных бетоном. Для возможности производства работ в колонне, внутреннее пространство ее с помощью воздуходувных машин наполнено было сгущенным воздухом, который вытеснил из нее воду через нижнее, открытое отверстие. Над колонной установлены были две камеры - воздушные шлюзы , которые сообщались посредством плотно закрываемых дверец как с наружным воздухом, так и с рабочим пространством в колонне. Рабочие входили в шлюзную камеру через наружную дверь и, закрыв ее за собой, при помощи крана сообщали камеру со сгущенным воздухом в рабочем пространстве колонны. После полного уравнения давлений можно было открыть дверь, ведущую из шлюзной камеры внутрь колоны, и спуститься вниз. Подобным же образом, только в обратном порядке, совершался выпуск рабочих, причем раньше, чем открыть дверь, ведущую из шлюза наружу, выпускали из него с помощью крана сжатый воздух. Через эти же шлюзы выносился извлекаемый со дна грунт и вводились материалы для заполнения колонн бетоном. Этим способом подошва оснований моста опущена была на глубину 18 м. Когда оказалось, что сжатый воздух дает возможность работать с успехом и беспрерывно как на больших, так и на малых глубинах, независимо от разных препятствий, как наступление паводков и проч., способ этот начал входить во всеобщее употребление при сооружении мостов. Наступившая после этого эпоха постройки больших железнодорожных линий вызвала быстрое усовершенствование пневматического способа устройства оснований. На фиг. 1 представлен разрез быка моста С.-Петербурго-Варшавской дороги через Неман, у города Ковно, построенного инженером Сезанном (Cézanne 1859 г.), по образцу построенного им же раньше Чегединского моста через реку Тейссу.

Бык состоит из пары чугунных колонн (на разрезе видна одна колонна), шириной вверху 3,22 м, а внизу 3,50 м. Колонна составлена из отдельных, сболченных между собой чугунных звеньев. Нижняя часть колонны отделена потолком от остальной части, и от образованной таким образом камеры проведены две опускные или шахтные трубы к установленному наверху колоколу с воздушными шлюзами. Части колонн кругом шахт, над потолком рабочей камеры, оставались сверху открытыми и наполнены были водой для погружения колонн на дно. По мере опускания наращивались новые звенья колонн и удлинялись шахты, в верху которых снова надставлялся колокол со шлюзами. Работы эти производились с постоянных подмостей. Грунт подымался через шахтные трубы бадьями, с помощью рукоятки и зубчатых колес, установленных внутри колокола, причем одновременно одна бадья подымалась, а другая опускалась. После погружения колонн до потребной глубины рабочая камера заполнена была бетоном, который образовал достаточно прочный слой для противодействия напору воды снизу. После того откачали воду из верхних частей колонн, сняли шахтные трубы и потолок рабочей камеры и заполнили бетоном также все остальное пространство внутри колонн. Заполняемые бетоном трубчатые опоры, опущенные пневматическим способом, составляют переходную ступень к кессонным основаниям в современном виде, в которых К. небольшой высоты поддерживает столб каменной кладки, образующий опору моста. Верхняя часть колонны в них заменена металлической обшивкой небольшой толщины, а иногда опора оставляется без всякой обшивки, так как весь груз поддерживается кладкой. В некоторых же случаях, для еще большого сбережения металла, делают и самый К., т. е. рабочую камеру, из каменной кладки, в виде свода из клинкерного кирпича, употребляя металл лишь на шахты и шлюзы, которые притом по окончании работ снимаются и годятся для дальнейшего употребления. В Америке с успехом применены были также и деревянные К. Металлический К., наиболее употребительный, состоит из нижней рабочей камеры, обыкновенно из котельного железа, соединенной с помощью вертикальных труб (шахт) со шлюзными камерами (фиг. 2).

Иногда одна и та же шахта служит как для спуска рабочих в камеру, так и для подъема грунта, иногда же устраиваются отдельные шахты для входа и выхода рабочих (средняя шахта на фиг. 2) и для выемки грунта (обе крайние шахты на том же фиг.). В стенки шлюза вделаны краны, на которые с наружной стороны шлюза надевается резиновая трубка от воздуходувной машины для нагнетания воздуха в рабочую камеру. Наружное очертание рабочей камеры соответствует предполагаемому очертанию опоры. Она бывает овальная, прямоугольная или многоугольная. Высота рабочей камеры была: в К. моста через Дунай в Пеште - 2 м, в новейших К. во Франции - 2,2 м, через Эльбу у Стендаля - 2,6м, через Миссисипи у Сент-Луиса - 2,75 м, через Ист-Ривер в Нью-Йорке (деревянные К.) - 2,9 м. Потолок камеры должен быть устроен весьма прочно, так как во время погружения К. он поддерживает весь массив каменной надстройки. Поэтому он составляется из ряда поперечных и продольных балок двутаврового сечения, между которыми выводятся сводики из кирпича. Снизу потолок обшивается котельным железом, в нем оставляются отверстия для шахтных труб круглого или эллиптического сечения. Во избежание выпучивания боковых стенок рабочей камеры, под каждой поперечиной потолка помещается ряд консолей или кронштейнов из листов котельного железа. Кронштейны эти прикрепляются как к потолку, так и к стенкам камеры. Вместе с тем они служат теми ребрами, к которым прикрепляются снаружи железные листы, составляющие стенки камеры. Консоли связаны между собой в двух или трех местах по высоте легкими балочками. Иногда промежутки между кронштейнами заполняются кирпичной кладкой (фиг. 3.).

Нож камеры, т. е. нижнее ребро К., устраивается настолько прочно, чтобы он не мог повреждаться, если при погружении в грунт К. попадет на камень или другое твердое тело. Нож усиливается обыкновенно железным угольником и двумя или более узкими полосами котельного железа. Стенки рабочей камеры усиливаются угольниками также в нескольких других местах по высоте (фиг. 2 и 3). Допускаемое напряжение котельного железа в К., при обыкновенных условиях, принимается до 1500 кг на кв. см. Вес кессона (в кг) можно при предварительных расчетах принять в 280А +130В , где А - обвод (в метрах), B - площадь камеры (в кв. м). При устройстве рабочей камеры из каменной кладки, нож К. делается металлическим, причем поверх его располагается металлическое плоское кольцо, служащее основанием для каменной кладки камеры, а в вершине свода заделывается металлический потолок, от которого идут вверх шахтные трубы (мосты через Одер в Штеттине и через Эльбу у Лауенбурга, Марманский виадук на разливе Гаронны, путепровод на Бессарабской ветви Юго-Западных железных дорог). Гигантский пример К. с деревянной рабочей камерой представляет сооружение моста через Ист-Ривер в Нью-Йорке, где для береговых устоев построены были два деревянных К. с площадью основания 1594 и 1632 кв. м. Для предотвращения пожарной опасности, стены и потолок второго, позже построенного К. обшиты были внутри котельным железом. Воздушные шлюзы составляют весьма существенную принадлежность К., от рационального устройства и исправного действия которых зависит успешность работ, а иногда и безопасность занятых в К. рабочих. Для избежания устройства шахтных труб, шлюзы иногда помещаются в самой камере К., непосредственно под потолком. Это расположение представляет большие удобства для удаления выкапываемого в К. грунта, но при этом шлюзы легко могут быть повреждены при случающихся внезапных осадках К., и потому расположение шлюзов внутри рабочей камеры небезопасно. При помещении шлюзов вне рабочей камеры над самим потолком необходимо оставить для них место в кладке. Возвышение шлюзов над поверхностью воды требует устройства шахтных труб, которые приходится наращивать по мере опускания К. и при этом снимать и переставлять шлюзы. Кроме того, это значительно затрудняет вынимание грунта, а также спуск и выход рабочих. Зато расположение шлюзов над горизонтом воды наиболее безопасно, а потому это расположение чаще всего применяется. Шлюзы бывают однокамерные, двух- и трехкамерные. Первые употребляются лишь тогда, когда они назначаются исключительно для передвижения рабочих, причем выемка грунта производится через другие трубы. Если производить выноску грунта через ту же трубу, по которой передвигается рабочий, то для возможности беспрерывного вынимания грунта необходимо дать шлюзу такие размеры, чтобы в нем можно было складывать некоторое количество грунта, который временами выбрасывают наружу, закрыв на это время сообщение шлюза с шахтной трубой. При этом вытаскивание грунта на некоторое время прерывается. После каждого выбрасывания грунта необходимо снова нагнетать в шлюз сжатый воздух (мост через Оку на Ряжско-Вяземской железной дороге). В двух камерных шлюзах при выбрасывании грунта из одной камеры подъем его во вторую камеру не прекращается (Ковровский мост через Клязьму на Нижегородской железной дороге). Трехкамерный шлюз имеет то преимущество, что вынимание грунта производится непрерывно; пока опоражнивается одна боковая камера, вынимаемый грунт складывается во вторую боковую камеру (мосты через Днепр у Кременчуга, Литейный мост через Неву). На фиг. 4 и 5 представлен трехкамерный шлюз системы Гертнера.

Средняя камера B служит для входа и выхода рабочих, а две боковые C , не сообщающиеся с камерою B , - для подъемки и складывания грунта. Главная камера A находится в постоянном сообщении с шахтной трубой, а следовательно, и с рабочей камерой. Подъем грунта производится с помощью помещенной в шахтной трубе нории, причем содержимое черпаков вываливается в лоток d , который можно передвигать с помощью рукоятки так, что грунтом наполняется попеременно то правая, то левая боковая камера. Для вываливания грунта из камеры открывают на дне ее клапан p , которым можно управлять извне. Рабочие могут спускаться в шахту через люк b в дне камеры B , не препятствуя подъемке грунта. Кроме того, эта камера имеет две двери, из которых одна наружная, а другая служит для сообщения с главной камерой шлюза A. Через такой шлюз можно вынуть из К. до 40 куб. м грунта в сутки. Существенную принадлежность шлюзов составляют затворные двери и краны. Для открывания и закрывания их устроены особые механизмы. Кранами управляет рабочий, помещающийся в шлюзе (крановщик). Одним из этих кранов шлюз сообщается с наружным воздухом и, после закрытия двери, ведущей из рабочей камеры в шлюз, пользуются этим краном для выпуска сжатого воздуха из шлюза. Второй кран соединяет шлюз с воздуходувной машиной и служит для наполнения шлюза сжатым воздухом после входа рабочих в шлюз и затвора наружной двери. Шахтные трубы делаются круглого или овального сечения, причем под шлюз помещается одна широкая труба или две трубы малого диаметра. Если грунт добывается нориями, то размеры шахтных труб бывают довольно значительны, в зависимости от диаметра шкивов и размера черпаков. Воздухопроводные трубы бывают медные или чугунные. Ввиду того, что К. постоянно опускается, а воздуходувная машина часто помещается на барках, металлический воздухопровод соединяется с К. и с воздушным резервуаром машины каучуковыми трубами со спиральной проволокой внутри. Трубка, соединенная со шлюзом, снабжена открывающимся внутрь клапаном, так что воздух, которым наполнен К., не может выйти обратно при повреждении воздуходувных труб и машины. Вообще необходимо принимать всевозможные меры, чтобы давление воздуха внутри К. не могло опуститься ниже определенного предела, так как в таком случае рабочая камера может быть моментально затоплена, причем погибают находящиеся в ней рабочие. Вынимание грунта производится иногда с помощью нории в открытой трубе, опущенной нижним концом в вырытую в рабочей камере яму, так что труба всегда наполнена водой и сжатый воздух не имеет к ней доступа (Кельнский мост через Рейн). Неудобство этого способа состоит в том, что при разрыве нории приходится исправлять ее с помощью водолаза, прекращая работы на значительное время. Поэтому обыкновенно предпочитают шлюзовать грунт, устанавливая норию в шахтной трубе (Аржантейльский мост через Сену, мост через Днепр у Кременчуга), или вынимая грунт ведрами, поднимаемыми рабочими с помощью лебедки, установленной внутри шлюза (мосты через Оку на Ряжско-Вяземской железной дороге, через Клязьму у Коврова на Нижегородской железной дороге), или мешками (мост через Волгу у Сызрани). Сыпучий и жидкий грунты можно также удалять из К. механически, действием сжатого воздуха, при помощи песочного насоса. Он состоит из заложенной в кладке вертикально газовой трубки (диаметром 4-9 см), верхний конец которой выведен наружу и загнут вниз, чтобы сыплющийся из него песок мог быть спущен в воду или в подставленный сосуд. В рабочей камере трубка оканчивается краном, не доходя на 0,5 м до дна. Для удаления грунта открывают кран, и тогда сжатый воздух, устремляясь в трубу, увлекает с собой подбрасываемый лопатами песок, а иногда под трубкой подставляется воронка, в которую сыплют песок (мост через Ист-Ривер у Нью-Йорка). Для этой же цели в некоторых случаях употребляют струйные насосы, в которых размельченный грунт увлекается быстрым током водяной струи под действием высокого давления (мост через Миссисипи у Сент-Луиса). Спуск К. на воду при небольшой глубине, до 4 м, производится с постоянных подмостей (фиг. 6), при более же значительной глубине устанавливают К. на барже или на плашкоуте, судно затопляют посредством нагрузки его камнями и всплывший К. подводят между двумя баржами к назначенному для погружения его месту.

Иногда же для спуска К. пользуются плавучими подмостями (набережные Антверпенского порта) или понтонами (Тейский мост в Шотландии). Во всех этих случаях движение К. направляется цепями, с помощью которых он подвешен к постоянным или плавучим подмостям. После спуска К. на воду начинают возводить над потолком его каменную кладку, и по мере ее возвышения К. опускается, причем движение его направляется все время поддерживающими его цепями. Достигнув дна, К., вместе с находящейся на потолке его кладкой, оседает на более или менее значительную глубину. Заблаговременно устанавливают на шахтных трубах шлюзы и соединяют воздухопровод с воздуходувной машиной, которая может быть установлена или на берегу, или на судне, поставленном на якорях возле кессонных подмостей, и немедленно приступают к накачиванию воздуха (фиг. 7).

Сжатый воздух вытесняет воду из рабочей камеры, так что дно в ней обнажается. Тогда в К. входят рабочие и подкапываются под нижнюю кромку К., который вследствие этого садится глубже. Вынутый из-под К. и по всей поверхности дна, занятого К., грунт поднимается наверх в шлюз, оттуда выбрасывается наружу, на баржи или в воду. В то же время над потолком К. каменщики продолжают кладку. По мере углубления К. кладка растет, шахтовые трубы наращиваются, и когда наконец К. погрузится до нужной глубины, закладывают камнем всю рабочую камеру, а также и шахтовые трубы - и основание сооружения готово.

В прежнее время к применению К. решались прибегать лишь при необходимости устройства оснований на глубинах от 9 до 10 м под водой, в настоящее время этот способ применяется уже для глубин от 3 до 4 м. Пределом, при котором употребление К. становится уже выгодным, считают глубину от 4 до 5 м. Наиболее значительные кессонные работы в России исполнены были при постройке Киевского железнодорожного моста (первые кессонные работы в России, в 1867 г., строитель инженер-генерал-майор А. Е. Струве), Кременчугского моста через Днепр и моста Императора Александра II (Литейного) через Неву, в СПб. Затем следуют Александровский мост через Волгу у Сызрани и многие другие железнодорожные мосты. Сгущенный иногда до 3 и более атмосфер, воздух К. оказывает на человеческий организм известное влияние, которое вызывает необходимость принятия некоторых мер осторожности для сбережения здоровья работающих в К. людей. К работам этим должны допускаться лишь вполне здоровые и крепкие люди, причем над ними должен быть установлен врачебный надзор. Рабочая смена должна продолжаться не более 6 часов. С возрастанием давления продолжительность смены должна быть соответственно уменьшена. Выпускать рабочих из К. следует осторожно. Для точного контроля давления в рабочей камере К. должны быть установлены манометры.

Подземная или подводная часть сооружения, которая передает его грунтовому основанию статическую нагрузку, создаваемую весом сооружения, и дополнительные динамические нагрузки, создаваемые ветром либо движением воды, людей, оборудования или… … Энциклопедия Кольера

КЕССОННЫЕ РАБОТЫ (проф. вредности и проф. заболевания). Гигиена труда в кессоне. Кессоны представляют устройство, состоящее из рабочей камеры, идущей от нее вверх шахтной трубы, оканчивающейся наверху аппаратной камерой, и шлюза, соединенного с аппаратной камерой. Рабочая камера представляет собой ту часть кессона, в к-рой производятся собственно кессонные работы, т. е. выкапывание и выемка грунта. Обычно она делается из железобетона, но может быть железной и даже деревянной. Шахтная труба предназначена для спуска в камеру людей и материалов и для поднятия из нее выкопанного грунта. Она состоит из отдельных звеньев, наращиваемых одно на другое по мере опускания кессона, и имеет строго вертикальную лестницу для людей. Аппаратная камера заключает в себе несложные механизмы, служащие для подъема из рабочей камеры грунта и спуска в нее материалов и обслуживаемые обычно двумя рабочими внутри ее. Шлюз имеет специальное назначение как медицинского, так и производственного характера, представляя камеру (или камеры), в к-рой может быть создано любое давление воздуха, промежуточное между наружным давлением и давлением в кессоне, без изменения давления в самом кессоне. Создание таких промежуточных давлений необходимо в целях предохране- тшя людей от опасности повреждений и заболеваний, связанных с изменением давления, а также в целях сохранения необходимого давления в рабочей камере в моменты выхода людей наружу или выдачи грунта и подачи материалов. В рабочей камере обычно работает от 6 до 14 человек. Когда кессон дошел до грунта необходимой устойчивости, дальнейшие работы по выемке земли заканчиваются, рабочая камера заполняется бетоном, как и первое звено шахтной трубы; вся же остальная часть кессона снимается, и образовавшееся т. о. незаполненное пространство в каменной кладке заполняется также бетоном, после чего устой готов. Назначение К. р. заключается в том, что при недостаточной для данного сооружения прочности грунта (когда под ним находится водоносный слой) или при необходимости производства работ на дне рек и т. п. под возводимое сооружение (мост, здание и т. п.) подводятся устои и опоры, доводимые до прочного грунта, вследствие чего приходится проходить через воду. Для этой цели в соответствующем слое вода оттесняется воздухом, нагнетаемым под давлением в специальное устройство, называемое кессоном. Величина давления воздуха соответствует глубине нахождения кессона; при этом исходят из расчета, что на каждые 10 м глубины опускания кессона давление подаваемого в него воздуха должно повышаться на 1 атмосферу. Воздух в кессон нагнетается компрессорами из компрессорной станции по воздухопроводам. Т. к. при сжатии воздух сильно нагревается, то, если не принимаются специальные меры для охлаждения, он попадает в кессон значительно нагретым, вследствие чего в таких случаях t° в кессоне оказывается чрезмерно высокой. Это происходит также и в том случае, когда воздухопроводная сеть не изолирована и подвергается нагреванию солнцем. В зимнее время неизолирование воздухопроводной сети ведет к обратным результатам: воздух в кессон может приходить охлажденным, и t° в кессоне может оказаться чрезмерно низкой. Т. к. воздух для компрессоров может забираться в неудачном (в смысле его запыленности) месте и так как при прохождении его через компрессоры, смазываемые маслами, он может загрязняться последними, то иногда воздух в кессоне может оказаться и сильно загрязненным. Влажность в кессоне всегда по неизбежности очень высока, превышает 90% и нередко доходит до полного насыщения. Особенно высока она в шлюзах в период вышлюзовывания, т. к. в связи с понижением давления, все время происходящим в шлюзе, наступает образование тумана в нем и конденсация паров в воду. То же явление имеет место и в рабочей камере в периоды посадки кессона, осуществляемой понижением давления в нем. Вентиляция в кессоне зависит от количества подаваемого в него воздуха, а также от качества грунта; при грунтах, легко проницаемых для воздуха (песчаные), вентиляция кессона и в частности рабочей камеры осуществляется удовлетворительно; в случае же грунта, плохо проницаемого для воздуха (глини- стый, илистый), вентилирование кессона может значительно страдать, если оно не обеспечивается специальными мерами. Для обеспечения необходимой чистоты воздуха (освобождение его от примесей масел, конденсата и пыли) в воздухопроводную сеть включаются резервуары, к-рые в случае надобности могут" быть снабжены и фильтрами. Действующее в СССР законодательство требует в наст, время подачи такого количества воздуха, к-рое обеспечивало бы не менее трехкратного обмена его в 1 час в рабочей и аппаратной камерах. При существующих условиях эта норма обеспечивает около 50 м 3 воздуха на человека. Недостаточность вентилирования кессона имеет тем большее значение, что вследствие весьма высокой влажности в кессоне легче создаются неблагоприятные для терморегуляции организма условия и скорее наступают т. о. расстройства в последней, что оказывает прямое влияние на возникновение кессонных заболеваний. Кроме того в деле профилактики кессонных заболеваний имеет большое значение температурный режим в кессоне. Наиболее подходящей является температура в пределах 17-22°, узаконенная постановлением НКТ СССР от 5/II 1930 г., причем при высших пределах было бы весьма полезно дать соответствующую скорость движению воздуха в рабочей камере (до 0,6"м в 1 сек.) для обеспечения необходимой теплоотдачи организма. Кессонные б-ни, их патогенез, симптоматология, лечение и п р о -филактика. Переход организма из нормального давления в повышенное влечет за собой изменение в его тканях и органах, постепенно приобретающих давление окружающей среды. Если этот переход совершается постепенно и в течение времени, достаточного для приспособления организма к изменившимся условиям давления, и если в организме отсутствуют пат. изменения, препятствующие этому приспособлению, то организм благополучно переносит переход в высокое давление и пребывание в нем. Если же одно из этих условий нарушено, то неизбежны соответствующие повреждения в организме. Практически при К. р. это сводится к тому, что в периоде прямого шлюзования («компрессии»),когда в шлюзе слишком быстро поднимается давление или когда находящееся в шлюзе лицо страдает каким-либо пат. процессом в слуховом аппарате или носоглоточном пространстве, легко могут наступить явления перфорации барабанной перепонки вследствие неуравнявшегося давления в cavum tympani с внешним давлением. Поэтому законодательство всех стран предписывает повышение давления в шлюзе в соответствии со специальной таблицей времени. В частности законодательство СССР требует постепенного повышения давления от нормального до одной добавочной атмосферы в течение 5 мин.; от одной добавочной атмосферы до двух атмосфер- 3 мин., а всего от нормального давления- 8 мин.; от двух до трех атмосфер-2 мин. (от нормы 10 мин.); от трех до четырех атмосфер-2 мин. (от нормы 12 мин.). С другой стороны требуется, чтобы люди, спуска- «41 «42 ющиеся в кессон, не страдали никакими пат. изменениями или процессами в слуховом аппарате или носоглоточном пространстве. Все же и при соблюдении всех предосторожностей у находящегося в шлюзе, особенно «ще мало тренированного человека, может появиться неприятное ощущение и даже острая боль в ушах вследствие ненаступив-шего еще уравнения давлений на барабанную перепонку изнутри и извне. В этом случае пропускание воздуха через Евстахиеву трубу (методом Вальсальвы или глотанием) открывает ее, благодаря чему давление в барабанной полости быстро выравнивается и неприятные ощущения и боль быстро исчезают. Т. о. могущие наступить в компрессионном периоде поражения барабанной перепонки носят чисте механический характер и не относятся собственно к кессонным заболеваниям.-Когда давление в шлюзе достигает уровня рабочего давления в кессоне, открывается дверь в среднюю, аппаратную камеру (до того момента это невозможно,т.к. все двери в кессоне открываются в сторону большего давления), и прошедшие шлюзование люди через эту камеру переходят в шахтную трубу, по лестнице к-рой спускаются в рабочую камеру, где и остаются все время своей смены. Это время находится в зависимости от величины давления в кессоне, и по новым правилам 1930 г. при давлениях до 1,75 добавочной атмосферы оно не должно превышать 7 час. в сутки, от 1,75 до 2,5 добавочной атм.- 6 часов, от 2,5 до 3 атм. - 5 часов, от 3 до 3,5 атм.-4 час. и свыше 3,5 атм.-2 час, причем во всех этих случаях устанавливаются обязательные две смены для человека в сутки (за исключением давлений свыше 3,5 атмосфер, для которых устанавливается одна смена), т. ч. указанное время он проводит в кессоне в два приема. При этом в указанное время включается также время шлюзования, вышлюзовывания, спуска в рабочую камеру и подъема из нее. Во время пребывания в сжатом воздухе обычно человек не испытывает никаких заметных расстройств. По окончании работы в кессоне люди переходят снова в шлюз для обратного шлюзования («декомпрессии»); дверь из шлюза в аппаратную камеру закрывается, и в шлюзе начинается медленное понижение давления, пока оно не будет редуцировано до нормального. Обычно редукцию давления проводит дежурный мед. персонал. Понижение давления производится в соответствии со специальными правилами и по законодательству СССР оно должно отвечать след. нормам: при переводе человека из давления в 1 доб. атм. в нормальное давление редукция давления должна продолжаться 5 мин., от Р/з доб. атм. до норм.- 10 мин., от 1"/» доб. атм. до норм.--20 мин., от 2 доб. атм. до норм.-30 мин., от 3 доб. атм. до норм.-45 мин., от 4 доб. атм.до норм.-1 час. Наиболее серьезные и опасные для жизни расстройства в организме наступают в последе омпрессионном периоде. Если декомпрессия ведется быстро, с нарушением установленных норм, то и в этом периоде возможны случаи перфорации барабанной перепонки с кровотечениями из ушей, но уже вследствие превышения внутреннего давления над внешним. Однако такие случаи редки, т. к. нарушения норм редукции давления должны быть для этого слишком грубыми. Кессонные заболевания зависят от того, что ткани и органы, насытившиеся воздухом (гл. обр. азотом) во время пребывания организма под давлением, не успевают освободиться от него во время декомпрессии и организм переходит в нормальное давление с избыточным газом в тканях. Насыщение организма воздухом (сатурация) происходит через кровь, передающую его от легочной ткани путем диффузии всем тканям и органам. При переходе в нормальное давление происходит обратный процесс- десатурация тканей и жидкостей организма от избыточного газа. Скорость ее находится в зависимости от степени насыщения организма воздухом (а это последнее зависит от величины давления, продолжительности его действия и сатурационных способностей отдельных тканей), сущность же заключается в стремлении избыточного газа (азота) перейти из насыщенных им тканей в кровь и через нее попасть в выдыхаемый воздух и с ним покинуть организм. Если степень насыщения организма азотом значительна, то естественно попадание в кровеносные сосуды значительных количеств азота, эмболы которого, закупоривая различные сосуды, могут обусловить соответствующие расстройства в организме. Т. о. кессонные заболевания являются последствием газовых эмболии различных локализаций.-В зависимости от последних все кессонные заболевания могут быть разделены схематически на 3 группы. К 1-й группе относятся местные поражения кожи в форме кожной эмфиземы, объясняемой частью газовой эмболией кожных сосудов, частью выделением газа непосредственно в клетчатке; явления эмфиземы объясняют кожный зуд, хотя нек-рые считают причиной зуда раздражение задних корешков спинного мозга пузырьками газа, находящимися в спинномозговой жидкости. Поражение кожи характеризуется крапчатостыо или мрамор-ностью ее, зависящей от эмболии поверхностных кожных вен. К этой же группе относятся наиболее частые у кессонщиков поражения суставов, костей и мышц (кессонные ревматизмы, «заломай» русских кессонщиков). Наиболее часты случаи кессонного суставного ревматизма, особенно-заболевания коленного сустава. Эти случаи нередки и при сравнительно невысоких давлениях (до 2 атм.). Механизм происхождения этих поражений не вполне ясен. Можно полагать, что он сводится к давлению на нервные окончания скоплений газа под фасциями, под надкостницей, в желтом мозгу трубчатых костей, а также в полостях суставов. Симптомы этих заболеваний: повышение сухожильных рефлексов, чувствительность нервных стволов, опухание пораженной конечности, шум трения, выпот и хруст в суставе. Ко 2-й группе относятся поражения центральной нервной системы от эмболии ее сосудов и от скопления пузырь- ков газа в ней. Эти поражения могут касаться как спинного мозга, так и головного. Церебро-спинальные поражения проявляются в форме параплегии (чаще спастической), моноплегии, паралича мочевого пузыря и прямой кишки, расстройства чувствительности и координации и т. д. Явления эти могут быть преходящими, если произойдет рассасывание газовых скоплений и эмболов. Если же наступают разрушения нервной ткани (гл. обр. в задних столбах и задних отделах боковых столбов грудной части спинного мозга) или кровоизлияния в нее (гематомиелия), то явления эти остаются стойкими и нередко, спустя несколько недель, заканчиваются летально. Церебральные симптомы сводятся к головокружению, головным болям, расстройствам речи, помрачению сознания, ступорозному состоянию. В результате газовой эмболии мозговых сосудов могут наступить коляпс и смерть. Гемипле-гия и судороги, являющиеся следствием очаговых размягчений мозга, нередко присоединяются к вышеуказанным мозговым явлениям. Скопления газа в лабиринте могут обусловить наступление глухоты и Меньеровского симптомокомплекса.-Наконец к 3-й группе относятся явления, зависящие либо от проскакивания крупных эмболов в правое сердце или от эмболии коронарных сосудов с остановкой сердечной деятельности и смертью per syncopen либо от закупорки легочных сосудов с наступлением смерти per asphyxiam. Последний случай характеризуется резкой одышкой с интенсивными припадками астмы на почве развивающегося отека легких. В то время как 1-я группа кессонных б-ней наступает и при давлениях сравнительно невысоких и характеризуется локализованными и преходящими поражениями, 3-я группа представляет собой поражения генерализированного характера всегда с быстрым и бурным летальным исходом и наступает после перехода из наиболее высоких давлений (4-3 атм.); 2-я группа занимает промежуточное положение, развивается после пребывания под давлением значительных степеней (2,5-3,5 добавочной атм.) и может либо ограничиваться локализованными преходящими или стойкими поражениями либо характеризоваться общими поражениями с летальным исходом. Все заболевания от сжатого воздуха объединяются под общими синонимами: аэро-патия, аэремия, пневматемия и т. п. При экспериментах на животных и при вскрытиях на людях, быстро погибших в деком-прессионном периоде, правое сердце находили растянутым большим количеством газа, а венозную систему-заполненной газовыми пузырьками. Вследствие этого кровь при вскрытии пенится. В коронарных сосудах находили множественные газовые эмбо-лы. В спинном мозгу в случаях параличей при аутопсии были находимы геморагии и очаговые размягчения с локализацией преимущественно в нижней грудной и верхней поясничной частях, что объясняется более слабой васкуляризацией их. Со стороны легких при вскрытиях были обнаруживаемы отек и интерстициальная эмфизема. Печень, селезенка и почки также оказываются на вскрытиях пораженными, хотя прижизненно» они и не давали никаких симптомов. Отмечены были случаи нахождения огромных газовых скоплений под слизистой jejuni.-■ Скорость сатурации тканей газом, resp. азотом, зависит от их свойств. Так, насыщение крови происходит в течение 55 сек., жировая же ткань насыщается медленно и вместе с тем она поглощает азота в 5 раз больше, чем кровь и др. ткани. Т. о. эта ткань, составляющая до 20% веса тела и слабо васку-ляризованная, будет и медленно освобождаться от газа в декомпрессионном стадии, представляя собой в этот период резервуар-для поглощенного под давлением азота. Поэтому нервная ткань, подкожная клетчатка, костный мозг, суставы (особенно коленные) поражаются чаще всего. Для борьбы с кессонными, resp. декомпрессионными б-н я м и важен прежде-всего соответствующий проф. подбор рабочих. Это должны быть люди с хорошей сердечно-сосудистой системой, способной справиться с транспортированием порций газа от тканей к легким, с незначительным развитием жировой ткани, с устойчивой нервной системой и т. д. Условия труда (температурные и т. д.) не должны создавать препятствий к нормальному функционированию-организма, особо важному в декомпрессион-ном периоде; все, что может понизить резистентность организма в этот период (охла-^ ждение, простуда и т. п.), может явиться прямой причиной кессонного заболевания и должно быть тщательно устраняемо. Крайне важно соблюдение норм пребывания под давлением, а особенно норм вышлюзовыва-ния. Последнее играет кардинальную роль в профилактике кессонных заболеваний. Помимо точного соблюдения правил вышлюзо-вывания и соответствующих условий в шлюзе (надлежащая t°, чистый воздух, достаточная вентиляция) важно после выхода человека из кессона возбудить его сердечную-деятельность, для чего целесообразно давать рабочим тотчас же горячий чай или кофе, предоставлять им тут же (в специальном помещении) короткий отдых для приведения терморегулирующего аппарата в устойчивое состояние, переодевания и обсыхания во избежание простуды.-Кессонные заболевания могут возникнуть и не тотчас по выходе из кессона, но и через несколько (до 24) часов. Поэтому необходимо соблюдение соответствующих мер предосторожности и нек-рое время по выходе из кессона. Специальное и особое врачебное наблюдение при К. р. неизбежно и необходимо.-У слови я труда при К. р. регулируются в СССР правилами НКТ СССР за № 38 от 5/П 1930 г., которые нормируют вопросы устройства, оборудования и содер-ятания кессонов, вспомогательных помещений и устройств при них, предписывают все необходимые меры безопасности и гигиены при работах в кессоне, мероприятия по предупреждению кессонных заболеваний, устанавливают правила организации врачебной службы, излагают противопоказания к допущению к К. р. и предписывают обязательные способы лечения кессонных болезней. По постановлению НКТ СССР за № 156 от 30 апреля 1929 года (раздел XI, п. 5) для кессонщиков устанавливается по особой вредности работ дополнительный двухнедельный отпуск. Наиболее действительный способ лечения кессонного заболевания-рекомпрес-сия, возвращение в давление, при к-ром человек работал. Для этого кессонные работы должны быть всегда обеспечены лечебным шлюзом с соответствующим оборудованием, куда могут быть вносимы заболевшие. Даже в случае параличей, если поражения нестойкие, человек легко и быстро полностью восстанавливает свое здоровье в леч. шлюзе. Леч. шлюз должен быть оборудован койками, электрическим освещением, обогревательными приборами, снабжен специальным окном для наблюдения извне за состоянием б-ного и иметь камеру для передачи б-ному медикаментов л пр. без изменения давления в шлюзе. Метод рекомпрессии основан на том, что под давлением газовые эмболы уменьшаются в размерах и рассасываются, переходя вновь в растворенном состоянии в ткани. После рекомпрессии, когда человек почувствует себя вполне здоровым, начинают медленно и осторожно редуцировать давление. Помещение в леч. шлюз заболевшего должно произойти возможно быстрее и во всяком случае не позже чем через 12 час. после наступления симптомов заболевания. Из паллиативных мер нужно указать на болеутоляющие медикаменты, высокую темп. (расширение сосудов и ускорение циркуляции крови), успокаивающие мази, массаж, ванны. Эти меры могут быть применены лишь в легких случаях (происшедших от небольших давлений до 2 атмосфер). Лит.: Бобров Н. и Б р е н е р В., Количественное и морфологическое исследование крови у кессонных рабочих, Гигиенатруда, 1927, Л"»7; Гуща А., К вопросу о влиянии повышенного атмосферного давления на состав крови, Арх. бис логических наук,т. XIX, вып. 1, 1915 (лит.); Л п б о в Б., О влиянии подподных работ на человека. Врач, 1901, Л г » 20-21 (лит.); Р и в о ш О., Кессонные работы с точки зрения охраны труда, Гиг. труда, 1924, Л"° 6; Соловцова А., К вопросу о влиянии на кровь кессонных работ, Русский врач, 1914, .№ 13-14, 17, 22-23; Heller R.., Die Caissonkrankheit, Dissertation, Zurich, 1912. См. также иностранную литературу к статье Декомпрессихтные заболевания. М. Якобсон.

КЕССОН (от французского 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 кессон компрессорной станцией непрерывно подаётся сжатый воздух. В зависимости от величины воздушного давления для предупреждения заболевания рабочих кессонной болезнью (смотри Декомпрессионная болезнь) в рабочей камере регламентируется продолжительность рабочего дня, время шлюзования, то есть 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 (высота 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 (так называемые горизонтальные кессоны) 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 также 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 году он был усовершенствован английским астрономом Э. Галлеем, который присоединил к нему шланги для подачи воздуха. В 1841 французский учёный Трижо предложил кессонный метод возведения фундаментов. В 19 - начале 20 века 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).

При сооружении кессонной камеры и надкессонной кладки к выполнению бетонных, арматурных, опалубочных и гидроизоляционных работ предъявляются те же требования, что и при сооружении опускных колодцев (§ 1, п. , ). Технология производства этих работ аналогична технологии работ по сооружению опускных колодцев. При устройстве кессонов используются сборные железобетонные элементы.

Организация работ по опусканию кессонов в основном зависит от условий местности, наличия средств механизации, глубины опускания, площади кессона. В практике чаще встречаются кессоны площадью 200—300 м 2 с глубиной опускания 20—30 м, погружаемые с поверхности земли или на местности, покрытой водой при сравнительно небольшой глубине. Последовательность рабочих операций по опусканию кессона представлена на рис. VII-26.

Рис. VII-26.

а — сооружение кессонной камеры; б — монтаж шлюзового аппарата и шахтных труб; в — опускание кессона на некоторую глубину и бетонирование надкессонного строения; г — перемонтаж шлюзового аппарата; д — продолжение опускания и бетонирование надкессонного строения; е — демонтаж шлюзового аппарата и шахтных труб и бетонирование колодца под шахтные трубы

Сначала кессон погружается без подачи сжатого воздуха в камеру, но, как только появилась грунтовая вода, кессон переводится на режим воздушного давления. Воздух отжимает воду из кессонной камеры, благодаря чему можно разрабатывать грунт в ней.

Воздушное давление в камере кессона должно удовлетворять условию

где Р в — избыточное воздушное давление, Па; 10 — гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; γ — плотность воды, т/м 3 .

При гидромеханической разработке грунта воздушное давление может быть снижено (режим пониженного давления):

,

где δ p — допускаемая разность давления гидростатического, и избыточного воздушного, выраженного в Па и зависящего от физических свойств грунта, в котором происходит опускание кессона.

Расход воздуха в кессоне может быть определен расчетом исходя из потребности воздуха на шлюзование, утечку его под нож кессона (при режиме пониженного давления эта утечка невозможна), утечку через неплотности в швах шлюза, шахтных труб, потолка и консолей кессонной камеры.

Для железобетонных кессонов расход воздуха на пополнение его утечек определяется следующим расчетом:

1) для кессонов с надкессонным строением из сплошной кладки и при разработке грунта насухо

2) для кессонов с надкессонным строением из отдельных стен (опускное сооружение) при разработке грунта насухо

3) для кессонов с надкессонным строением из сплошной кладки при разработке грунта гидромеханическим способом

;

4) для кессонов с надкессонным строением из отдельных стен при разработке грунта гидромеханическим способом

где Q — расход воздуха в приведенных условиях (при Р в = 0), м 3 /ч;

ω — площадь потолка кессона, ограниченная внутренними гранями консолей, м 2 ;

n — число шлюзовых аппаратов в кессоне;

P в — избыточное воздушное давление в кессоне, Па;

u — наружный периметр кессонной камеры по ножу, м;

с — коэффициент утечки воздуха через консоли и под нож, приведенный ниже.

Расход воздуха на вентиляцию рабочих помещений кессона определяется по формуле

Q = 25 A (Р в + 1),

где A — число людей, одновременно работающих в кессоне.