כלונס

מכונה המחדירה כלונס לקרקע בגשר בקליפורניה

כְּלוֹנָס הוא סוג של יסוד בניין, שתפקידו לקבע את המבנה לקרקע או לתמוך בעומסים שונים הקשורים בקרקע. הכלונס הוא למעשה עמוד המוחדר בחלקו לקרקע, כאשר חלקו העליון מחובר ליתר יסודות המבנה. השימוש בכלונסאות מונע מהבניין לשקוע באדמה חולית או בוצית, ומקירות תמך לקרוס תוך כדי תהליך הבנייה. בבנייה המסורתית יוצרו כלונסאות מעץ (אשר שימשו גם להנדסה הצבאית העתיקה) וכיום כלונסאות עשויים בעיקר מפלדה, בטון מזוין או בטון דרוך.

קיימים סוגים שונים של כלונסאות, הנבחרים בהתאם לסוג הקרקע ואופי העומסים הצפויים.

אופן פעולה

• כלונס קצה - כלונס המוחדר לעומק הקרקע עד שקצהו מגיע לשכבת אדמה קשה אליה ניתן להעביר עומסים. כלונס כזה יוצב בקרקע שהשכבה העליונה שבה אינה יציבה או בעלת תסבולת נמוכה, כגון אדמת חרסית או חול תחוח, ומתחתיה נמצאת שכבת סלע או חול צפוף.
• כלונס חיכוך (או צף) - כלונס המוחדר לתוך קרקע רכה ללא הגעה לסוג קרקע קשה יותר. העומסים הנישאים על ידי הכלונס מועברים אל הקרקע באמצעות חיכוך בין מעטפת הכלונס לאדמה ובקצהו התחתון כמעט ולא פועלים עומסים.

למבנים בעלי עומס קטן או בינוני מספיק להשתמש בכלונסאות חיכוך אם הקרקע אינה יציבה, אך למבנים בעלי עומסים גדולים יש להחדיר כלונסאות קצה לעומק רב יותר, וזאת כדי להיאחז בשכבת קרקע יציבה.

כלונס קצה כלונס חיכוך

סוגי כלונסאות

כלונסאות פלדה המתכוננים להתחבר אחד למשנהו ומיועדים ליצירת קיר שיגומים התומך באדמה

כלונס מוחדר

כלונס מוחדר הוא רכיב המיוצר במפעל ומובא לאתר לצורך החדרתו לקרקע על ידי מהלומות. הכלונס המוחדר, שיכול להיות מכל חומר אך לרוב עשוי פלדה, נתלה בעזרת ציוד מתאים בניצב לקרקע מעל הנקודה המתאימה. תוך כדי הקפדה על זווית ניצבת לקרקע, הוא סופג מהלומות בחלקו העליון המחדירות אותו לקרקע בכוח, בדומה לתקיעת יתדות של אוהל באמצעות פטיש.

ככלונס חיכוך הוא מוחדר עד סופו, וככלונס קצה מחדירים אותו עד אשר תקיעתו בקרקע הופכת לקשה במיוחד - משמע שהוא הגיע לשכבת קרקע קשה ויציבה. אחד החסרונות במצב זה הוא שלעתים עלולים גושים קשים בקרקע, כגון סלע בודד המצוי בתוך קרקע חולית, לתת את הרושם המוטעה כי הכלונס הגיע עד לשכבת העומק הרצויה.

על כלונס מוחדר להיות מתוכנן באופן כזה שיוכל לשאת את עומסי המבנה לאחר הגעתו למקום המיוחד, אך גם חשוב שיוכל לשאת את מהלומות הפטיש ולא להתעקם תוך כדי החדרתו לקרקע. חיסרון נוסף של שיטה זו הוא יצירת תנודות בקרקע העלולות לפגוע בכלונס, ואף לערער את יציבותם של מבנים אחרים בסביבתו הקרובה של הכלונס. היתרון הגדול של שיטה זו הוא שניתן לדעת בוודאות כי לעומק מסוים הוחדר כלונס שלם, להבדיל משיטת הקידוח אשר בה קיימת אי ודאות מסוימת לגבי טיבו של הכלונס בעומק האדמה.

כלונס קידוח

קידוח כלונס קוטר 150 בגשר מעל כביש 4313 בנס ציונה

החדרת כלונס בקידוח היא שיטה המקובלת יותר בבנייה בישראל. שיטה זו נעשית בכמה שלבים, המבטיחים את שלמות הרכיב ואת בטיחות עובדי האתר:

1. מכונת קידוח קודחת בור אנכי בקוטר של 30 - 120 ס"מ באדמה ולעומק של עד 25 מ'.
2. לתוך הבור מוחדרים מוטות זיון הקשורים זה לזה בחישוק לולייני (ספירלי) היוצר צורת גליל. את הרשת הגלילית שנוצרת מחדירים בצורת הברגה, כדי להקטין ככל הניתן גריפה של אדמה מדפנות הבור.
3. יציקת בטון לתוך הבור תוך מניעת הסגרגציה שלו. אחת השיטות להבטחת צפיפותו האחידה של הבטון היא החדרת שרוול היציקה של משאבת הבטון לעומק הבור והעלאתו תוך כדי היציקה.
4. החדרת מוטות זיון נוספים לתוך הבטון בעודו סמיך, על מנת להעניק לכלונס חוזק נוסף.

קידוח כלונס במי תהום או באדמה חולית

קרקע חולית במיוחד או קרקע ובה מי תהום, הן סוגי קרקעות אשר מהווים אתגר הנדסי לקידוח כלונסאות, משום שהחול ממהר לקרוס אל תוך חור הקידוח ומי תהום עלולים לגרום לקריסת החור גם כן. בקרקעות כאלו רצוי להשתמש בהחדרת כלונסאות שלמים, אך במקרים מסוימים יש צורך ביציקה מבוקרת של כלונסאות קידוח מדויקים. קיימות שתי שיטות לסוג קידוח זה:

צינור מגן - תוך כדי הקידוח מוחדר צינור מגן העוטף את המקדח. האדמה הנקדחת מועלית בעזרת המקדח דרך הצינור ומוצאת החוצה על מנת שלא תפריע להמשך הקידוח. לאחר שהמקדח והצינור המגן מגיעים לעומק הדרוש, המקדח מוצא החוצה והצינור נשאר באדמה. בשלב השני יוצקים אל תוך הצינור בטון, ומחדירים את מוטות הזיון של הכלונס. לבסוף, נשלף החוצה הצינור לשימוש חוזר כל עוד הבטון רטוב.

שיטת הבנטוניט - תוך כדי הקידוח מוזרם לתוך החור הנקדח חומר נוזלי בשם "בנטוניט". הבנטוניט הוא חומר סמיך אשר ממלא את חלל הקידוח ומונע את קריסת האדמה בדפנות, אך מאפשר למקדח להמשיך ולהסתובב בתוכו. ככל שהקידוח הולך ומעמיק נוסף עוד בנטוניט הממלא את החלל. לאחר הוצאת המקדח נשאר הבור החפור מלא בבנטוניט אשר מונע מהאדמה לקרוס אל תוכו. בשלב זה מחדירים מוטות זיון אל תוך תערובת הבנטוניט ושרוול משאבת הבטון יורד אל תחתית הקידוח והבטון ממלא את מקומו של הבנטוניט. מכיוון שהבטון כבד יותר, הבנטוניט נלחץ כלפי מעלה ומוצא מן הבור. משאבה אחרת שואבת את החומר על מנת שלא יתפזר מעל הקרקע, וגם כדי לאפשר שימוש חוזר במרבית החומר.

קיר שיגומים

חתך כללי של קיר שיגומים

קיר שיגומים מכלונסאות קידוח

קיר שיגומים מכלונסאות פלדה מוחדרים

קיר שיגומים הוא רצף של כלונסאות שתפקידם לתמוך באדמה מצד אחד של הקיר. הכלונסאות המרכיבים את קיר השיגומים מכונים כלונסאות דיפון. קיר שיגומים משמש כקיר תמך במקומות בהם נחצבה האדמה מצידה, כגון בכבישים בדרכים הרריות או באתרי הבנייה בהם נחפר בור עמוק לטובת חניון תת-קרקעי תוך כדי הבנייה. אף שהבור צפוי להתמלא בבינוי (מרתפים, חניונים וכו') ולתמוך בעצמו את האדמה, תוך כדי תהליך הבנייה, כאשר הבור עודו פתוח, עלולה אדמה זו לקרוס לתוכו אם הבור עמוק ולא קיים שיפוע של אדמה אלא נוצר למעשה מצוק. קיר השיגומים הוא חשוב במיוחד אם לצד הבור, במפלס העליון, עומד מבנה קיים שעלול להיפגע. אם קיים שיפוע של 100% (45 מעלות) או פחות בין מפלס הקרקע העליון למפלס הבור, אין צורך לבנות קיר תמך היות שמשקל האדמה מספיק כדי לתמוך את עצמה.

קיר שיגומים הוא תוצאה של החדרה או יציקה של כלונסאות בשורה, ולאחר מכן חפירה מצד אחד שלהן. כלונסאות של קיר שיגומים נדרשים להיות כמעט כפולים באורכם מגובה הקיר הנראה מחוץ לקרקע ותומך בעומסי האדמה האופקיים מצדו השני. הכלונס חייב להיות מוחדר לקרקע עמוק מספיק כדי שהעומס האופקי לא יגרום לו להתמוטט הצידה אל חלל הבור הנחפר. גם לגובה החיצוני של הכלונס יש מגבלה, הנובעת מחוזקו הפנימי התלוי במומנט ההתמד שלו, ומתמירותו המגבירה את מומנט הכפיפה הפועל עליו. במצב בו קיר השיגומים גבוה מדי, יש צורך להשתמש בעוגני קרקע. עוגני הקרקע הם כבלים המוחדרים אל הקרקע בכיוון אופקי או בזווית כמעט אופקית לתוך קיר האדמה אותו נועדו לתמוך. העוגנים "מושכים" את הכלונסאות ומצמידים אותם לקרקע אשר אותה הם תומכים. עוגני הקרקע מחוברים אל חלקיו העליונים של קיר השיגומים, אך אם הקיר גבוה במיוחד יש ליצור עוגנים בגבהים שונים כל כמה מטרים - בהתאם לגובה, סוג האדמה וסוג הכלונס. מכיוון שלא ניתן לעגן כל אחד מהכלונסאות, משתמשים בחגורות רוחב האוחזות כלונסאות אחדות יחד ומעגנות אותם אל הקרקע בעזרת עוגן המוצב כל כמה מטרים לאורך הקיר (ולא רק לגובהו).

קיים סוג פשוט יחסית של עוגן קרקע, אשר מחזיק מעמד רק חודשים ספורים ולאחר מכן נחלש. משתמשים בו במצב שבו קיר השיגומים הוא זמני וצפוי להיתמך מצידו השני על ידי המבנה המתוכנן עצמו.

כאשר יוצרים קיר שיגומים מכלונסאות קידוח ויציקה, לא ניתן לקדוח כלונס ליד כלונס ברצף משום שקידוח אחד יפגע בזה שלצידו. אם יציקת הבטון בכלונס אחד טרם התקשתה והתחזקה, וכבר נקדח בצמוד אליו בור לכלונס נוסף, לחץ הבטון יופנה לבור השכן ויגרום לאדמה לקרוס, וכך יהרסו שניהם. באתר הבנייה, כדי להימנע מהצורך להמתין יום שלם להתקשות הבטון בין יציקת כלונס לבין קדיחת שכנו (כך בניית קיר שיגומים בעל 50 כלונסאות תימשך 50 יום), בונים את קיר השיגומים בשלושה שלבים אשר עשויים להימשך 3 ימים בלבד. בכל יום יוצקים שורה של כלונסאות במרחק של 3 מרווחים בין אחד לשני. כלומר ביום הראשון יוצקים את כלונסאות מס' 1, 4, 7 וכן הלאה, ביום השני את כלונסאות מס' 2, 5, 8 וכן הלאה, וביום האחרון משלימים את כל השורה.

ראו גם

• בנייה ושלב הביסוס
• עמוד
• בטון מזוין
• מחפר תמך
• השפלת מי תהום

קישורים חיצוניים

• קיר שיגומים בסביבה ימית על ידי פטיש הקשה ופטיש וויברציוני
• הסברים על סוגי כלונסאות ושלבי הבנייה
• מידע על כלונסאות (באנגלית)
• הסברים מאוירים על שימוש בצינור מגן באתר רשות התחבורה היבשתית של סינגפור (באנגלית)
• אתר איחוד מומחי הכלונסאות הבריטי - FPS