JP2002081048A - 軟着底式海洋構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大規模洋上人工地盤等の構築に際し、軟弱地
盤でも人工地盤等の構築を可能とし、潮位変動により人
工地盤等の高さが変動するのを防止でき、上載荷重や潮
位の変動に対して地盤接地力を容易に調節でき、前記変
動を直接地盤に伝えないようにする。 【解決手段】 人工地盤１の上部デッキ２の下面に軟着
底浮力体３を突設し、海底基礎地盤６上にはケーソン式
等のある程度大きな底面積を有する締切構造物５を設置
し、この締切構造物５内に前記浮力体３を挿入し、締切
構造物５内には内水７を充填し、締切構造物５の内底面
に浮力体３を軟着底させ、かつ大きな底面積を有する締
切構造物５を使用することで、海底基礎地盤接地力を小
さくし、また潮位変動により人工地盤等の高さが変動し
ないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大規模洋上人工地
盤などに用いられる海洋構造物であり、海底面上に軟着
底させることのできる海洋構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、海上空港などの大規模洋上人工
地盤の基礎構造として代表的なものとして、図５に示す
ような埋立式・杭式・浮体式・軟着底式がある。埋立式
は、海側の岸壁５０と陸側の護岸５１の間を埋め立てて
構成される。杭式は、海面上に位置する上部工６０を多
数の鋼管杭６１で支持して構成される。浮体式は、防波
堤７０，７０の間に浮体７１を係留ドルフィン７２で係
留して構成される（所謂メガフロート）。軟着底式は、
浮力を有する軟着底函体８０をバラストで浮力調整して
海底地盤上に軟着底させ、ストッパードルフィン８１や
滑動防止ストッパー８２で横方向に固定して構成され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のような
従来方式の人工地盤の場合、次のような問題がある。 (1) 埋立式や杭式の場合、軟弱地盤上に人工地盤を建設
しようとすると、沈下や杭長が長くなる等の問題が生じ
る。 (2) 浮体式の場合、潮位変動により人工地盤のレベルが
変化し、アクセス構造物への配慮が必要になる等の問題
がある。 (3) 軟着底式の場合、潮位変動による浮力変化や人工地
盤上の上載荷重が変化が直接地盤接地力の変化となるた
め、結果として地盤接地圧が大きくなる等の問題があ
る。

【０００４】本発明は、前述のような問題を解消すべく
なされたもので、その目的は、軟弱地盤でも海洋構造物
の構築が可能であり、また、潮位変動により海洋構造物
の高さが変動するのを防止することができ、さらに、上
載荷重や潮位の変動に対して地盤接地力を容易に調節す
ることができ、前記変動を直接地盤に伝えないようにす
ることができる軟着底式海洋構造物を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の軟着底式海洋構
造物は、海底面上に設置される海洋構造物（大規模洋上
人工地盤など）において、例えば図１に示すように、海
洋構造物本体の下面に浮力体を突設し、海底面（海底基
礎地盤）上には締切構造物を設置し、この締切構造物内
に前記浮力体を挿入し、締切構造物内には内水を充填し
て構成されていることを特徴とする。

【０００６】浮力体は所要の浮力を発生可能な中空の函
体であり、海洋構造物本体（人工地盤の上部デッキ等）
の下面に１個ないし複数個一体的に設ける。平面視形状
は円形が好ましいが、矩形などでもよい。

【０００７】締切構造物は上部が開口した有底のケーソ
ンなどから構成され、浮力体が余裕をもって納まるよう
な大きさ、かつ、接地圧が小さくなるような底面積を有
する寸法とする。平面視形状は円形が好ましいが、矩形
などでもよい。円形とすることにより、リングコンプレ
ッション効果により、部材厚さを小さくすることがで
き、経済的である。

【０００８】この締切構造物の底部上面には透水性の良
い砕石や捨石等を敷設し、浮力体の軟着底時の安定性を
確保し、かつ、内水水圧が浮力体の下面に作用するよう
にする。

【０００９】締切構造物あるいは海洋構造物本体には、
例えば図２に示すように、締切構造物の内水位を調節す
るためのポンプ施設や内水位や外水位の計測のための機
器を設ける。さらに、浮力体の下面には締切構造物に対
する接地圧を計測する装置を設けるのが好ましい。

【００１０】以上のような構成において、締切構造物の
内水調節により浮力調節を行い、海洋構造物全体および
締切構造物の地盤接地力の調整を行う。また、海洋構造
物全体は締切構造物の底部上に軟着底させることにより
潮位変動を受けないようにする。本発明の基本原理を図
３に示す。

【００１１】図３(a) は海洋構造物本体（以下、人工地
盤と記載）が浮遊している時の状態であり、この状態の
力のバランスは次の通りである。

【００１２】

【数１】

【００１３】図３(b) は人工地盤が軟着底した時の状態
であり、この状態の力のバランスは次の通りである。

【００１４】

【数２】

【００１５】従って、人工地盤を図３(a) に示す状態か
ら内水位を下げて軟着底させると、（３）式からも明ら
かなように、人工地盤の荷重Ｗa がその浮力Ｆa₂により
低減され、締切構造物に対して小さな接地圧とすること
ができる。一方、締切構造物は、人工地盤自重Ｗa と内
水自重Ｗc₂が作用するため、接地圧を小さくするために
大きな底面積とする。これにより、軟弱地盤でも人工地
盤等を構築することが可能となる。

【００１６】人工地盤の上載荷重や潮位の変動に対して
は、締切構造物内部の内水位を調節することにより、人
工地盤の締切構造物内の接地力を調節することができ
る。締切構造物の海底基礎地盤接地力を小さくする場合
には、大きな底面積とする、もしくは人工地盤と同様に
軟着底とする。

【００１７】人工地盤は締切構造物の内底に軟着底して
いるため、潮位変動の影響を受けることがなく、人工地
盤高さが変動することがない。これにより、アクセス構
造物への配慮が不要となる。また、内水位の調節で締切
構造物の海底基礎地盤接地力を大きくすることにより、
強風などの実質的外力の水平力で移動しないようにする
ことができる。さらに、地震などの大きな変動外力で水
平力が作用し、接地力に伴う摩擦滑動抵抗力だけで抵抗
力の全てを確保できない場合には、その滑動防止・相対
位置保持を目的として、締切構造物の内壁天端部分に防
舷材等を取付けることで、水平力に対処することができ
る。

【００１８】人工地盤が不等沈下し人工地盤の水平レベ
ルを確保することが困難な場合には、一旦、内水位を上
げることで人工地盤を浮上させ、浮力体の下面に砂を吹
き込むこと等の方法でレベルを修正し、その後に、人工
地盤を再度軟着底させることにより、供用することがで
きる。砂吹き込みでは、締切構造物内における閉塞空間
での作業であるため、通常の軟着底に比べ、量が少な
く、かつ周辺海域への水質汚濁の心配がない。

【００１９】締切構造物の内水位空間は限られた空間で
あるため、少ない水量の出し入れで内水位の調整が可能
となる利点がある。また、締切構造物の内部水塊の水質
劣化防止対策として、空間が限られていることから、ば
っ気式等の汚濁防止対策の有効性が高くなる。

【００２０】人工地盤と締切構造物はドック内で一体で
ドライで製作可能であり、現地に一体で曳航・沈設でき
る。また、ドック内で製作可能な範囲で様々なサイズ・
形状の人工地盤の製作が可能であり、人工地盤を適当な
大きさのユニットとし、軟着底後にユニットを接合する
ことで、大規模な海洋構造物を容易に構築することがで
きる。さらに、人工地盤の複数の浮力体間に海水の流路
が形成され、海水が流れることにより、環境に悪影響を
与えることがない。

【００２１】締切構造物は、外水位変動に対して即時に
内水位が変動しないような、海底地盤の不透水性が確保
できる場合には、有底式のケーソンに限らず、無底式で
も良い。例えば、地盤内への矢板等で構成される止水壁
の打設もしくは打ち込みでも良い。

【００２２】人工地盤を図３(a) に示すように、締切構
造物内部で完全に浮かせてしまう方法もあるが、浮上さ
せるためには内水位を高める必要があり、結果的には締
切構造物の海底基礎地盤接地力の増大につながるため、
基本的には図３(b) に示す軟着底方式での使用が好まし
い。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する一実施形
態に基づいて説明する。この実施形態は、海上空港等に
用いられる人工地盤に本発明を適用した例である。図１
は、本発明に係る人工地盤の１例を示したものである。
図２は、人工地盤の基部構造における締切構造物の内水
位を調節する設備の１例を示したものである。図３は本
発明の基本原理を示したものである。図４は、本発明の
人工地盤の具体例を示したものである。

【００２４】図１に示すように、人工地盤１は、上部デ
ッキ２と下部の複数の軟着底浮力体３からなり、上部デ
ッキ２の上に上載建屋４を設置し、海底基礎地盤６上に
設置した締切構造物５の内部に各軟着底浮力体３を挿入
し、締切構造物５の内部に内水７を充填することによ
り、本発明の海洋構造物が構成される。

【００２５】上部デッキ２は平面視で四角形の薄版であ
り、この上部デッキ２の下面に例えば４個の軟着底浮力
体３が一体的に突設される。この軟着底浮力体３は、所
要の浮力を発生可能な中空の函体であり、後述の締切構
造物５に対応した平面視円形とされている。また、人工
地盤１には、その浮上・沈設・軟着底のためのポンプ施
設（図示省略）が設けられている。

【００２６】締切構造物５は、有底で上部が開口したコ
ンクリート製や鋼製のケーソンであり、平面視で円形と
することにより、リングコンプレッション効果で部材厚
さを小さくしている。この締切構造物５は、軟着底浮力
体３が余裕をもって納まる内径を有し、内部に内水７を
充填して軟着底浮力体３に浮力を発生させ、軟着底浮力
体３が締切構造物５の底部上面に軟着底するようにして
いる。

【００２７】締切構造物５の底部上面には、透水性の良
い砕石や捨石８等を敷設し、軟着底時の安定性を確保
し、かつ、内水７の水圧が軟着底浮力体３の下面に作用
する構造としている。

【００２８】図２に示すように、締切構造物５の内水７
の水位が、人工地盤１の上部デッキ２に設置されたポン
プ１０あるいは締切構造物５に設置された電磁バルブ１
１により調節される。ポンプ１０は、内水７を締切構造
物５の外側に強制的に排出し、かつ外水９を締切構造物
５の内部に強制的に導入するためのものである。電磁バ
ルブ１１は、開閉させることで、締切構造物５の内外の
水位差を利用して海水を自然に出し入れし、内水７の水
位を調節するものである。

【００２９】また、締切構造物５には、内水７および外
水９の水位を検出する水位計１２を設け、内水位および
外水位の検出信号に基づいてポンプ１０あるいは電磁バ
ルブ１１を自動制御するようにされている。さらに、軟
着底浮力体３の下面に接地圧力計１３を設け、人工地盤
１の接地圧力の検出信号に基づいてポンプ１０あるいは
電磁バルブ１１を自動制御するようにされている。

【００３０】以上のような構成において、次のような手
順で人工地盤１の施工を行う（図４参照）。なお、図４
は、海上空港の例であり、人工地盤１を適当な大きさの
大きさのユニットとし、軟着底後にユニットの上部デッ
キ部を溶接結合やボルト結合で接合する。

【００３１】＜ドック内工事＞ (1) 人工地盤１（上部デッキ２・軟着浮力体３・上載建
屋４等）のユニットをドック内で一括して製作する。 (2) 人工地盤１の軟着浮力体３に締切構造物５を組み付
け固定する形式で艤装する。例えば、締切構造物５と人
工地盤１の間にジャッキを配置して固定し、人工地盤１
と締切構造物５とが、浮上・曳航・沈設の過程で分離し
ないように艤装する。 (3) 人工地盤１の浮上・沈設・軟着底のためのポンプ施
設、締切構造物５の内部の内水位調節のためのポンプ施
設等を艤装する。 (4) ドック内に注水し、一体化した人工地盤１および締
切構造物５を進水・出渠させ、現地建設地点に曳航す
る。締切構造物５が曳航時の浮体となる。

【００３２】＜現地建設工事＞ (5) 必要に応じ、現地海底地盤の地盤改良を実施し、基
礎捨石による海底基礎地盤６を敷設する。 (6) 曳航された人工地盤１および締切構造物５を海底地
盤上に設置する。初めに締切構造物５の内部に内水７を
入れることで、締切構造物５を海底基礎地盤６上に沈設
する。次いで、人工地盤１の軟着底浮力体３の内部にバ
ラスト水を入れるなどして、人工地盤１を締切構造物５
の底面上に軟着底させる。 (7) 締切構造物５の重量調整のために、締切構造物５の
内部に水中コンクリートの打設等を行う。

【００３３】以上から、図３(b) に示すように、人工地
盤１の鉛直方向の荷重Ｗａが浮力Ｆa₂により低減され、
内水自重Ｗc₂も小さくなり、締切構造物５に対して小さ
な接地圧とすることができ、締切構造物５の底面積を広
げ接地圧を小さくし、軟弱地盤でも人工地盤等を構築す
ることが可能となる。軟弱地盤の場合には、地盤改良が
不要となり、あるいは地盤改良強度が小さくて済み、コ
ストの低減が可能となる。

【００３４】＜人工地盤供用時＞ (8) 上載荷重や潮位の変動に対し、必要に応じて、締切
構造物５の内部の内水７の水位をポンプ１０や電磁バル
ブ１１等により調節し、地盤接地力Ｎを調節する（図３
(b) 参照) 。上載荷重が増加し、あるいは潮位が低下す
ると、浮力体の浮力を効かせながら内水位を下げ、地盤
接地力Ｎを小さくする。逆の場合は、内水位を上げる。
これにより、上載荷重や潮位の変動を直接海底地盤６に
伝えないようにすることができる。

【００３５】＜メンテナンス＞ (9) 不等沈下等により人工地盤レベル・傾斜に大規模な
変位が生じ、調整が必要と判断された場合には、人工地
盤１をバラスト調整により浮上させ、軟着底浮力体３の
下面に砂を吹き込むことでレベル調整を行い、その後、
人工地盤１を再度軟着底させる。なお、小規模な人工地
盤１のレヘル・傾斜調整は、上部デッキ２と上載建屋４
の柱脚部にセットしたジャッキを利用することができ
る。

【００３６】なお、以上は海上空港などの大規模洋上人
工地盤に適用した例について説明したが、これに限ら
ず、その他の海洋構造物の軟着底にも本発明を適用する
ことができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成からなるの
で、次のような効果を奏することができる。

【００３８】(1) 人工地盤等の浮力体が挿入される締切
構造物の内水調節による浮力調整および締切構造物の底
面積の適切な選定により、海底基礎地盤に対して小さな
接地圧とすることができ、軟弱地盤でも人工地盤等を構
築することが可能となる。軟弱地盤の地盤改良が不要と
なり、あるいは地盤改良強度が小さくて済むため、コス
トの低減を図ることができる。

【００３９】(2) 浮力体を締切構造物の内底に軟着底さ
せるため、潮位変動の影響を受けることがなく、人工地
盤等の高さが変動することがなく、アクセス構造物への
配慮が不要となる。また、人工地盤等は、締切構造物に
より、直接、波・潮流・沿岸流等の影響を受けることが
ない。

【００４０】(3) 締切構造物の内水位の調節により締切
構造物の海底基礎地盤接地力を大きくすることができ、
強風や地震作用時などの水平力で変動しないようにする
ことができる。

【００４１】(4) 人工地盤の上載荷重や潮位の変動に対
しては、締切構造物内部の内水位を調節することによ
り、締切構造物の海底基礎地盤接地力を調節することが
でき、上載荷重や潮位の変動を直接地盤に伝えないよう
にすることができる。

【００４２】(5) 不等沈下等により人工地盤等の水平レ
ベルや傾斜が大きくなっても、容易に修正することがで
きる。

【００４３】(6) 締切構造物の内水位空間は限られた空
間であるため、少ない水量の出し入れで内水位の調整が
可能となる。

【００４４】(7) 締切構造物の内部水塊の水質劣化防止
対策として、空間が限られていることから、ばっ気式等
の汚濁防止対策の有効性が高くなる。

【００４５】(8) 人工地盤等と締切構造物はドック内で
一体でドライで製作可能であり、現地に一体で曳航・沈
設できるため、海上工事が少なくて済み、コストの低減
につながる。

【００４６】(9) ドック内で製作可能な範囲で様々なサ
イズ・形状の人工地盤等の製作が可能であり、人工地盤
等を適当な大きさのユニットとし、軟着底後にユニット
を接合することで、大規模な海洋構造物を容易に構築す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軟着底式海洋構造物の１例を示したも
のであり、(a) は下面図、(b)は断面図である。

【図２】本発明の軟着底式海洋構造物の締切構造物にお
ける内水位調節のための設備を示す断面図である。

【図３】本発明の基本原理を示す断面図であり、(a) は
人工地盤浮遊時、(b) は人工地盤軟着底時を示す。

【図４】本発明の人工地盤を用いる具体例を示したもの
であり、(a) は平面図、(b) は断面図である。

【図５】従来の大規模洋上人工地盤の基礎構造を示す側
面図である。

【符号の説明】

１…人工地盤（海洋構造物） ２…上部デッキ ３…軟着底浮力体 ４…上載建屋 ５…締切構造物 ６…海底基礎地盤 ７…締切構造物の内水 ８…締切構造物内の砕石や捨石 ９…外水 １０…ポンプ １１…電磁バルブ １２…水位計 １３…接地圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 義信 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 宮本 久士 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 吉原 知佳 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海底面上に設置される海洋構造物におい
   て、海洋構造物本体の下面に浮力体を突設し、海底面上
   には締切構造物を設置し、この締切構造物内に前記浮力
   体を挿入し、締切構造物内には内水を充填して構成され
   ていることを特徴とする軟着底式海洋構造物。