JP2001226979A

JP2001226979A - 摩擦低減地中沈設体

Info

Publication number: JP2001226979A
Application number: JP2000038592A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sato; 和義佐藤
Original assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】沈設体１を地盤３に沈設させて地中に構造物を
構築する際に、沈設体１の外表面と地盤３との間に発生
する摩擦をより低減できるようにする。【解決手段】沈設体１の少なくとも下端部分にフリクシ
ョンカッタ７、１９を形成し、フリクションカッタの上
方の外周面に水膨潤性の塗膜１４を形成する。フリクシ
ョンカッタにより沈設体１の外周面と地盤の間に形成さ
れる数ｃｍの間隙の働きで、水膨潤性の塗膜が保護さ
れ、損傷を受けたり、剥離したりすることを防止でき、
間隙内で十分に膨潤できる。膨潤して形成される含水ゲ
ル皮膜層の働きで、摩擦が低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、沈設工法で地中
に沈設される沈設体に関し、特に、沈設時に沈設体の外
周面と周囲の地盤との間に発生する摩擦を低減するため
の周面摩擦低減技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中に沈設体を沈設して構造物を地中に
構築する工法には、たとえば沈設体の内部の地盤を掘削
して主に自重により沈設を行うケーソン工法、あるいは
掘削のみならず沈設体に対し下方向へ力を加えて地中へ
の沈設を行う圧入工法などがある。また、加える力は、
押込だけではなく振動や回転により加えられることもあ
る。

【０００３】そして、周面摩擦を減じる方法には、まず
（１）フリクションカッタを設ける方法がある。すなわ
ち、図５に示すように、沈設体１の下端部には、沈設時
に地盤３への貫入抵抗を小さくするために、刃口部５と
呼ばれる先端が細く尖った形状の部分が設けられる。更
に、この刃口部５の外側にはフリクションカッタ７が設
けられ、沈設が進むに従って、沈設体１と周囲の地盤３
との間に間隙９を形成し、地盤３との摩擦を低減してい
る。なお、フリクションカッタを多段に設ける技術も出
願人は既に提案している（特願平８−３２７７９９）。

【０００４】その他にも、周面摩擦を減じる方法には、
（２）フリクションカッタによって地盤との間に形成さ
れる間隙に、ベントナイト溶液などの滑材と呼ばれる周
面摩擦低減材を注入する方法がある。この滑材は、通常
使われるものはベントナイト−水系であり、単純にベン
トナイトと水の混合物や、ベントナイト、マッドオイ
ル、ハイゲル、および水を、重量比で例えばそれぞれ１
６０：４０：３：１９００などのように混合した混合物
などとして使われる。さらに、「IMG滑材」（商品名、
高吸水性高分子を主成分とする）、ベントナイト、増粘
剤および水を、重量比で例えば１３：２５０：１：１９
００などのように混合した混合物として使われる。

【０００５】更に、（３）沈設体の外周面を、コンクリ
ートより摩擦の少ない薄鋼板や高分子強化シート（例え
ばＮＦシート（商品名）と呼ばれるもの）で覆う方法な
どがある。

【０００６】また、地盤に対しての技術ではないが、
（４）地中に設けられる仮設の土留め壁の芯材を引き抜
いて撤去する際に、コンクリートとの摩擦を小さくし
て、引き抜き作業を容易にするために、水膨潤性の塗膜
を土留壁の芯材Ｈ形鋼等の表面に予め塗布しておく技術
が存在する。この塗膜は、アクリル系バインダー樹脂と
ポリアクリル酸系吸水性樹脂および有機溶媒の混合物を
用い、「ESC工法」（商品名）として用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（２）の滑材の注入は、沈設体の躯体に予め埋め込んだ
配管から周辺地盤に、沈下を行いながら、注入するの
で、沈設体の外周面を滑材で均一にカバーできたかどう
かの確認が困難である。また、地上から注入しない場
合、沈設体に予め配管を行わなければならず、工事現場
で注入設備の配置や配管連結作業などが必要となってし
まう。さらに、コンプレッサーなどの資材を置くための
広い工事スペースが必要となってしまうこと、コンプレ
ッサー運転音が騒音になってしまうこと、などが課題と
して挙げられている。

【０００８】また、前記（３）の薄鋼板や高分子強化シ
ート（以下、シート等、という）の使用時には、沈設体
への取付作業が大変であり、この取付にエアジェットが
併用されるので、周囲地盤を乱す可能性がある。また、
沈設後に、沈設体と地盤の間にシート等が残留してしま
う、等の課題がある。

【０００９】また（４）の技術を地盤中への沈設体に応
用しようとすると、問題が発生してしまう。すなわち、
土留壁の「引き抜き」に比べて沈設体の「押し込み」の
方が大きな摩擦力が加わり、水膨潤性の塗膜が損傷を受
け、激しくめくれ上がったりする。

【００１０】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、コンプレッサー等を用いた滑材の注入
をせずに済み、シート等を用いずに済み、水膨潤性の塗
膜を使用して沈設時の摩擦の低減を可能とする地中沈設
体を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、第一の発明は、地中に沈設される沈設体におい
て、少なくとも下端部分に形成されたフリクションカッ
タと、フリクションカッタの上方の外周面に塗布された
水膨潤性の塗膜と、を有することにより沈設時の地盤と
の摩擦を低減することを特徴とする摩擦低減地中沈設体
である。

【００１２】これによって、フリクションカッタにより
沈設体外周面と地盤の間に形成される例えば数ｃｍの間
隙の働きで、水膨潤性の塗膜が押込による損傷を受けた
り、剥離したりすることを防止できると同時に、この間
隙内で塗膜が地下水などを取り込んで膨潤することがで
きる。

【００１３】第二の発明は、さらに、前記水膨潤性の塗
膜が、前記沈設体外周面を形成するコンクリート、鋼
材、または鋼材に塗布された塗料の上に塗布されたこと
を特徴とする摩擦低減地中沈設体である。

【００１４】第三の発明は、さらに、前記水膨潤性の塗
膜が、アクリル系バインダー樹脂、ポリアクリル酸系吸
水性樹脂、および有機溶媒の混合物であり、前記混合物
を塗布後所定の時間が経過して安定的に固まったもので
あることを特徴とする摩擦低減地中沈設体である。

【００１５】第四の発明は、さらに、前記水膨潤性の塗
膜には、球状あるいは略球状の小粒体を混合し、これに
より沈設体外周面と地盤との間にベアリング効果による
滑り性を賦与したことを特徴とする摩擦低減地中沈設体
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】この実施形態に係る沈設体を図１
乃至図４に置いて説明する。（全体構成）図１（Ａ）に示すように、この沈設体１
は、全体が筒状を成し、筒状の軸方向を上下方向にして
配置される。この沈設体１は、合成セグメント、すなわ
ち外面が鋼板で覆われたコンクリート製セグメントピー
ス（以下、単にピースという）１１をリング周方向に連
結して、短いリング体１３であるコンクリート製セグメ
ントを組み立てる。このリング体１３を上下に重ねて連
結し、上記した沈設体１を構成する（図１（Ａ）
（Ｂ））。リング体１３同士の連結あるいはピース１１
同士の連結は、図示しないボルトによる締結によって行
われる。ピース１１の鋼板製の外表面には、後述する水
膨潤性の塗膜１４が設けられる。

【００１７】沈設体１の最下端のリング体１３の下端部
分には、リング状の刃口部５が据え付けられ、この刃口
部５から地盤に対する沈設が行われる。

【００１８】この実施形態における沈設は、コンクリー
ト製セグメントの自重による重力のみならず、図示しな
い油圧ユニットにより下方へ加えられる力、即ち押込力
によって行われる。このような押込と平行して、沈設体
１の内部はクレーン１５のバケット１７によって掘削さ
れる（図１（Ａ））。

【００１９】初めのリング体１３が沈設されると、次の
段のリング体１３は上から重ねられ連結され、再び押込
及び掘削が成される。

【００２０】この押込の際に、刃口部５の外側周囲に設
けられたフリクションカッタ７によって、周辺地盤は外
側へ押し退けられ、沈設体１の外側表面との間に所定の
間隙９が形成される（図１（Ｂ）（Ｃ））。この間隙９
の働きにより、地盤３との間に発生する摩擦は低減でき
る。

【００２１】このような刃口部５のフリクションカッタ
７のみならず、沈設体１の上下方向中間部即ち刃口部５
から上方に遠く離れた部分の外側周囲に、別の中間部フ
リクションカッタ１９が設けられる（図２、図４）。こ
の中間部フリクションカッタ１９は、所定の厚さ及び所
定の上下方向の寸法を有する板材２１が、ボルト２３に
よってピース１１に取り付けられている。

【００２２】（水膨潤性の塗膜）さて、工場では、製作
したピース１１の外周面である鋼材表面に、水膨潤性の
塗膜１４が塗装される。この塗膜１４は、アクリル系バ
インダー樹脂とポリアクリル酸系吸水性樹脂および有機
溶媒の混合物を、例えば400ｇ／ｍ^２程度を塗布したも
のである。

【００２３】この塗膜１４の成分に用いうることができ
る高吸水性樹脂の代表的なものは、デンプン−ポリアク
リロニトリル加水分解物、デンプン−ポリアクリル酸塩
架橋物、カルボキシメチルセルロース系、酢酸ビニル−
アクリル酸メチル共重合体のケン化物、ポリアクリル酸
ソーダ架橋物などである。これらのうち、デンプンが入
っているものは長期間の保水性に欠けるとされている。
ケン化された酢酸ビニル−アクリル酸メチル共重合体は
吸水時の強度と保水力が著しく高いことが特徴とされて
いる。また、アクリル酸塩系高吸水性高分子の製造には
種々の工夫がなされて開発されている等、いろいろな特
徴がある。

【００２４】具体的組成として、例えばアクリル酸・ビ
ニルアルコール共重合体・ポリアクリル酸ソーダの混合
物が適する。ポリアクリル酸（PAA）は、高分子の側鎖
がＣＯＯＨであり、例えばＣＯＯ^-Ｎａ⁺の形に水中でほ
ぼ完全に解離しているため、分子構造上ＣＯＯ^-の負電
荷の反発が大きく、高分子鎖を必要最小限に架橋するこ
とにより多量の水を吸うことができ、多くの用途に使わ
れている。

【００２５】いずれの高吸水性高分子も吸水性は外的要
因によって著しい影響を受ける。主な外的要因は、被吸
収液の性質、吸収時間、温度、圧力などである。例え
ば、通常の地下水ではかなり高い吸水倍率である。吸水
速度は、例えば１０分程度で最大に達する。保水性は商
品によって違うが、一般的に高い。吸水状態のゲル強度
は、例えば１００〜５００ｇ／ｃｍ² の範囲程度であ
る。

【００２６】また、塗膜１４に球状あるいは略球状の小
粒体を混合することにより、摩擦をより低減することが
可能である。すなわち、摩擦による剪断力が発生したと
きに、この剪断力が働く任意の剪断面に小粒体が存在す
ることで剪断応力が小さくなり、よって沈設体外周面と
地盤との間にベアリング効果による滑り性を賦与し、周
面摩擦の低減に有効である。

【００２７】この場合、小粒体の粒径は膨潤前の塗膜１
４厚さの範囲内（例えば２００μｍの塗膜１４厚さの場
合２００μｍ以内）で、成形された塗膜１４に凹凸を生
じないものとするのが塗膜１４の保護上はよいが、状況
によってはこれに限るものではない。小粒体としては、
シリカ系、シリカ−アルミナ系など天然材、または樹脂
系の合成材等いずれも使用できる。細孔を有し吸着性の
ある小粒体を使用すると、遊離の溶剤量等に影響し、塗
布後のべたつき時間を調整することも可能である。

【００２８】（フリクションカッタの厚さ）刃口部５の
外側に設けられるフリクションカッタ７の厚さｂは、例
えば２．５ｃｍで、中間部フリクションカッタ１９の厚
さａは同じかそれ未満でよい。ａ≦ｂ

【００２９】即ち、刃口部５のフリクションカッタ７に
よって周辺地盤が押し退けられる押し退け寸法（すなわ
ち間隙９）は、沈設体１上端の周辺地盤３が沈設体１に
接触し摩擦抵抗を発生しないようにするためには、十分
に大きくする必要がある。しかし、中間部フリクション
カッタ１９によって押し退けられる周辺地盤３の押し退
け寸法（すなわち間隙１０）は、それ程大きくなくて良
い。

【００３０】中間部フリクションカッタ１９の上下方向
の位置は、刃口部５から上方に、例えば５〜1５ｍごと
に設けることで、本発明をより有効に実施できる。

【００３１】（保管時の雨水等への対策）水膨潤性の樹
脂を塗布し、乾燥させ、塗膜１４を形成したピース１１
は、雨にぬれたりすることを防止するためにビニルシー
ト等の遮水材で覆い、保管する。工事現場への運搬、仮
置き、施工組立て時にも雨水等にぬれないようにするこ
とが必要である。

【００３２】（実施形態の作用）前述したように、沈設
体１を構成するピース１１の外表面、すなわち、鋼板、
または鋼板の塗装表面に、予め工場で水膨潤性の塗膜１
４を形成し、塗膜１４の品質が管理される。

【００３３】現場に搬送されたピース１１は連結されて
沈設体１を構成し、前述したように地中に沈設されてい
く（図１（Ａ））。この沈設に伴い、地盤は沈設体１の
下端部分のフリクションカッタ７によって押し退けられ
間隙９が形成されると同時に、沈設体１の外周面の水膨
潤性の塗膜１４は、地下水を吸って膨潤する。塗膜１４
が水で膨潤する速度は、塗膜１４自身および塗膜１４の
置かれた環境・状態で変わるが、沈設体が地下に入り、
地下水と接触後直ちに膨潤反応が開始される。仮に、浸
出する地下水がない状態の地盤では、地上から沈設体の
外周面に沿って水を供給することによって、同様に膨潤
を起こすことが可能である。

【００３４】この塗膜１４膨潤により、沈設体１の外表
面には、含水ゲル被膜層２５（図３）が形成され、フリ
クションカッタ７の働きとともに、摩擦低減効果を相乗
的に発揮するものである。

【００３５】すなわち、フリクションカッタ７で押し退
けられた地盤は、所定の間隙９を沈設体１の間に形成し
た後に、時間が経って沈設体１側に戻る。地盤が沈設体
１側にもどって接触し摩擦による沈下抵抗を発生させる
までの時間は、地盤土質によって大幅に違いがある。軟
弱な地盤では短い時間でもどるし、自立性の高い地盤で
は長い時間もどらない。

【００３６】しかし、仮に短い時間であったとしても、
水膨潤性の塗膜１４が膨潤するのには十分な時間であ
り、含水ゲル皮膜層２５が間隙９に十分に形成される。
その後、時間が経って地盤が戻ろうとしても、含水ゲル
皮膜層２５が既に形成されているので、戻れず、沈下抵
抗が低減される状態になっている。

【００３７】さらには、そうするうちに、沈設が進み、
また次のフリクションカッタ１９で地盤が押し退けら
れ、間隙１０が形成される。このように、フリクション
カッタ７、１９は、沈設体１に多段に設けることが摩擦
低減に有効である。塗膜１４に小粒体が混合されている
場合には、この小粒体の存在により、沈設体１外周面と
地盤との間にベアリング効果による滑り性が賦与され、
周面摩擦がより低減される。

【００３８】（実施形態の効果）以上の実施形態によれ
ば、従来のようにコンプレッサー等を用いた滑材の注入
をせずに済み、沈設体の外周面を含水ゲル皮膜層２５で
確実に覆うことが可能である。また、沈設体１に予め配
管を行う必要がなく、工事現場での注入設備の配置や配
管連結作業なども不要である。さらに、コンプレッサー
などの資材を置くための広い工事スペースも不要であ
る。また、コンプレッサーなどの騒音もない。

【００３９】また、従来のように薄鋼板や高分子強化シ
ートの使用をする必要がなく、シート等の取付にエアジ
ェットが使用されることもなく、したがって周囲地盤を
乱す可能性がない。また、沈設後に、沈設体と地盤の間
にシート等が残留してしまうことも避けられる。

【００４０】また、フリクションカッタ７、１９と水膨
潤性の塗膜１４を併用することで、フリクションカッタ
７、１９により沈設体１外周面と地盤の間に形成される
数ｃｍの間隙９、１０の中で、塗膜１４の膨潤が起き、
この塗膜１４が押込による損傷を受けたり、剥離したり
することを防止できる。また、水膨潤性の塗膜１４は、
予め、工場で品質管理され、確実な摩擦低減ができる。

【００４１】（他の実施形態）以上の実施形態において
は、ピース１１は、合成セグメント、すなわち外面が鋼
板で覆われた鉄筋コンクリート（ＲＣ）製のセグメント
であり、ピース１１の鋼板製の外表面に水膨潤性の塗膜
１４が設けられるものであったが、他の実施形態におい
ては、ピース１１は鋼製セグメント、あるいはコンクリ
ートセグメントであっても良く、これらの場合に、水膨
潤性の塗膜は、予め鋼材、塗装鋼材表面、あるいはプレ
キャストコンクリートに水膨潤性の塗膜を形成できる。

【００４２】これらの例としては、「アーバンリング工
法」と呼ばれる圧入工法用の鋼製およびコンクリート製
ピース、「PCウェル工法」用のコンクリート製リング、
その他の押込や推進工法用部材にも、フリクションカッ
タを有するものには適用できる。また、一部のフリクシ
ョンカッタを有する杭にも適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来のようにコンプレッサー等を用いた滑材の注入
をせずに済み、沈設体の外周面を含水ゲル皮膜層で確実
に覆うことが可能である。また、沈設体に配管を行う必
要がなく、工事現場での注入設備の配置や配管連結作業
なども不要である。さらに、コンプレッサーなどの資材
を置くための広い工事スペースも不要である。また、コ
ンプレッサーなどの騒音もない。

【００４４】また、従来のように薄鋼板や高分子強化シ
ートの使用をする必要がなく、沈設後に、沈設体と地盤
の間に固体のシート等が残留してしまうことも避けられ
る。また、フリクションカッタと水膨潤性の塗膜を併用
することで、フリクションカッタにより形成される間隙
の中で、水膨潤性が保護され、この塗膜が押込による損
傷を受けたり、剥離したりすることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示すもので、（Ａ）は
全体概略の一部を縦断面にした側面図、（Ｂ）は（Ａ）
の一部拡大図（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大図である。

【図２】図１（Ｂ）の要部拡大斜視図である。

【図３】この実施形態の作用を示すもので図１（Ｃ）に
対応する図である。

【図４】図１（Ｂ）の要部拡大図である。

【図５】従来の刃口部に設けられたフリクションカッタ
を有する沈設体の縦断面図である。

【符号の説明】

１沈設体３地盤５刃口部７フリクションカッタ９、１０隙間１１分割リング（ピース）１３リング体１５クレーン１７バケット（掘削機）１９中間部のフリクションカッタ２１板材２３ボルト２５含水ゲル皮膜層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に沈設される沈設体において、少な
くとも下端部分に形成されたフリクションカッタと、フ
リクションカッタの上方の外周面に塗布された水膨潤性
の塗膜と、を有することにより沈設時の地盤との摩擦を
低減することを特徴とする摩擦低減地中沈設体。
【請求項２】前記水膨潤性の塗膜が、前記沈設体外周
面を形成するコンクリート、鋼材、または鋼材に塗布さ
れた塗料の上に塗布されたことを特徴とする請求項１記
載の摩擦低減地中沈設体。
【請求項３】前記水膨潤性の塗膜が、アクリル系バイ
ンダー樹脂、ポリアクリル酸系吸水性樹脂、および有機
溶媒の混合物であり、前記混合物を塗布後所定の時間が
経過して安定的に固まったものであることを特徴とする
請求項１、または請求項２記載の摩擦低減地中沈設体。
【請求項４】前記水膨潤性の塗膜には、球状あるいは
略球状の小粒体を混合し、これにより沈設体外周面と地
盤との間にベアリング効果による滑り性を付与したこと
を特徴とする請求項３記載の摩擦低減地中沈設体。