【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーソン躯体を沈設させるときの周面摩擦力を低減する工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーソンは、地中に立坑などを構築する場合に用いられ、現場でコンクリート打設を行いながらケーソン躯体を構築する鉄筋コンクリート製ケーソン、工場製作された鋼製または鉄筋コンクリート製ケーソンなどがある。工場製作ケーソンの場合、１ロット分が周方向にも分割され現場で連結される分割式のものもある。また、ケーソンの断面形状は円形、矩形その他がある。
【０００３】
従来、さまざまな材料、工法を用いたケーソン工法が実施されてきたが、施工時のひとつの問題として周面摩擦対策があった。すなわち、ケーソンは通常の場合、ケーソン本体の重量が、ケーソン沈設時の沈下抵抗力より大きくなるように、ケーソン内部の土を掘削しながら沈設が行われる。また、重量のみでは沈設不足となる場合、上部に重錘を載荷したり、上から力を加えて圧入する場合もある。
【０００４】
沈設に対する抵抗力は、ケーソン躯体の周面摩擦力とケーソン先端の貫入抵抗とからなり、断面、設置深度の大きな大規模ケーソンにおいては周面摩擦力が大部分を占め、貫入抵抗は無視できる大きさとなる。周面摩擦力が大きい時には、ケーソンの沈設が困難になることがあり、周面摩擦力の低減工法の確立が求められていた。
【０００５】
周面摩擦力の低減工法として従来行われてきた工法には、（１）ケーソン本体部外表面に特殊な活性剤等を塗布し摩擦力を低減する方法や、（２）ケーソン本体部外表面に配置した数段のパイプに１ｍ程度の間隔で噴射孔を設け、高圧空気または高圧水を噴出させ摩擦を減少させる工法などがあった。既に出願されている特許として、ケーソン躯体に貫通孔を設け先端を躯体外表面から噴出孔とし、ケーソン設置時、圧縮空気または水を噴出させ、周面摩擦低減を図る特開平３−８４１１８「井筒の沈設方法」がある。（３）また、高圧水の代わりに薄いベントナイト溶液のような潤滑剤が使用されることもある。
【０００６】
前記（１）の活性剤などを塗布する方法は、沈設作業中に塗布層が健全であれば効果が期待できるが、土質によっては剥離または磨耗してしまうことが考えられ、工法としての信頼性が低く、ほとんどの場合補助的な手段にととどまっているのが現状である。
【０００７】
前記（２）の高圧水を噴射する方法は、砂質土の場合高圧水を噴射すると却って周辺土が締め固められ、逆効果を与えることもあった。また、効果が不明確なために、摩擦低減が効きすぎ急激に沈下してしまうこともあった。後者の場合、圧気式ケーソンなどではケーソン内部で作業員が掘削作業などをしているので重大な災害になる可能性もあり、絶対に避けなければならないものである。
【０００８】
前記（３）のベントナイト溶液のような潤滑剤を注入する工法においては、例えば周辺の緩められた土と潤滑剤が混合してしまったり、または潤滑剤が周辺土の押し出し圧によって逸散してしまったりして、ケーソン沈設時に、潤滑剤が十分効果を発揮できる状態に維持することが困難で、その効果も不十分であることが多かった。
さらに、周辺の土質、実際の施工方法などの影響を大きく受けて、効果がはっきりしないものが多い。
【０００９】
（４）また特開２０００−８０６６０「ケーソン工法とその施工装置」としてケーソン躯体外表面に潤滑剤噴射孔を設け、ケーソン沈設時周辺土と躯体外表面の間に形成される空隙に潤滑剤を圧入しながら沈設し沈設時の摩擦低減を図る工法があり、本校法によれば前記（２）、（３）における効果不確定性の問題は解決される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、前記（１）（２）（３）の摩擦低減工法が提案されているものの、信頼性にかけ、低減効果の定量的評価が困難であった。このために低減効果が想定したものより小さく、沈設作業に支障をきたし、場合によっては他の摩擦低減工法に変更して沈設を完了させることもあった。あるいは逆に、低減効果が想定より大きくなり、急激な沈下を生じさせることがあった。あるいは、高圧水を噴射させる工法のように低減工法によっては周方向に均一、一様な低減効果を生じさせることが難しく、ケーソンを傾斜させたり、急激に沈下させたりすることがあった。
【００１１】
この発明は、従来の（１）（２）（３）の工法の欠点を克服するもので、確実に周面摩擦力を低減でき、周面摩擦の低減が周方向に一様であり、また低減される摩擦力が事前に定量化できるので、ケーソン沈設の合理的施工を可能とするものである。この発明は、基本的には（４）の特願平１０−２５２７０の技術を踏襲するものであるが、特に大深度立杭の場合などに要求される新しい技術を取り入れたものである。
【００１２】
【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、ケーソン躯体を１ロットごと組立てながら地中に沈設するケーソン工法において、ケーソン躯体を沈設する沈設作業工程と、各ロットにあらかじめ設けられた供給配管から潤滑剤を、周辺土とケーソン躯体外表面の間にフリクションカットで形成される間隙に注入し、注入した潤滑剤を常時加圧し、周辺土の表面に周辺土の崩壊を防止できる潤滑剤の不浸透層を形成する不浸透層形成工程と、を同時に行い、前記潤滑剤層の摩擦低減効果により沈設時の周面摩擦を低減させることを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１３】
第二の発明はさらに、前記潤滑剤として、目詰め効果の大きな材質のものを注入することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１４】
第三の発明はさらに、前記潤滑剤として、水膨潤性の材質のものを注入することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１５】
第四の発明はさらに、前記ケーソン躯体外表面の上端部および下端部、さらに中間部で沈設方向に１箇所以上に、潤滑剤層の圧力を遮断しかつ潤滑剤層の厚さを保持する圧力遮断機構を全周に設けることで、沈設方向に複数個の潤滑剤層室を形成し、各潤滑剤層室で異なる圧力で加圧することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１６】
第五の発明はさらに、前記各潤滑剤層室で異なった材質の前記潤滑剤を注入することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１７】
第六の発明はさらに、前記ケーソン躯体に、圧力センサを取り付け、このセンサにより潤滑剤層の圧力を検出し、深度ごとの適正圧力を決定することで、必要最小限の潤滑剤注入量を決定することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１８】
第七の発明はさらに、前記のセンサにより潤滑剤層の圧力を検出し、深度ごとの最適な潤滑剤の材質を決定することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００１９】
第八の発明はさらに、既に注入した潤滑剤の注入量、ケーソンに作用する土水圧、沈設速度、および周辺摩擦力を自動検出し、これらの検出値から得られる最適の材質を有する潤滑剤を最適圧で注入することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００２０】
第九の発明はさらに、地表面付近に自沈防止機構を設け、沈設速度を制御できることを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法である。
【００２１】
第十の発明はさらに、ケーソン周面摩擦低減工法に用いるケーソン躯体であって、潤滑剤を注入するための供給配管と注入孔、潤滑剤層の圧力または土水圧を検出するためのセンサ、および圧力遮断機構をあらかじめ取り付けた鋼製または鉄筋コンクリート製であることを特徴とするケーソン躯体である。
【００２２】
第十一の発明はさらに、ケーソン躯体内側は、平面、円形曲面、楕円形曲面などの平滑な表面形状を有し、該当躯体外側に凹部を設けたことを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法またはケーソン躯体である。
第十二の発明はさらに、前記ケーソン躯体の内側にスキンプレートを、その外側に主桁、縦リブを設けることで、前記ケーソン躯体内面側は平面、あるいは円形曲面等の平滑な表面形状を有し、前記外側に凹部を有することを特徴とするケーソン周面摩擦低減工法またはケーソン躯体である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１、表１、および図２に示す。
（概要）
例えば図１（Ｂ）に示すように、鋼製の分割式ケーソン躯体１は沈設方向に分割されて各ロット（リングともいう）３とされ、これら各ロット３はさらに周方向に分割されてピース５と呼ばれ、このピース５は工場で製造され、現場において周方向および上下方向に連結されることでケーソン躯体１が組み立てられる。沈設方向の分割幅は例えば１ｍであり、これが１ロット分の幅に相当する。また周方向にはおよそ３〜４ｍとなるように分割され、ピース５の長さとなる。
【００２４】
例えば図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、工場においてケーソン躯体１に、あらかじめ潤滑剤供給配管７を施しておき、現場にて組立てながら沈設する際に、図１（Ａ）に示すように地上の潤滑剤供給装置９から供給配管７、分配管１１、および注入孔１３を介して、潤滑剤を周辺土１５とケーソン躯体１外表面の間の間隙１７に注入する。
【００２５】
この間隙１７は、ケーソン躯体１の下方先端に設けられるフリクションカット１９によって、形成される。すなわち、最深部の第１ロットには下方先端の外周に、出代がおよそ２０〜５０ｍｍ程度のフリクションカット１９を設ける。これはケーソン先端部付近で周辺土１５との間に間隙を設けて、周面摩擦力を低減するためのものであるが、特にケーソン沈設深さが大きい場合、ケーソン沈設にともない周辺土１５の崩壊により間隙がつぶれるなどして、沈設ケーソン全長にわたる摩擦低減は期待できない。
しかし、本発明の方法を用いて潤滑剤の注入および加圧により不浸透層２１を作るように工夫することで、周辺土の崩壊を防ぎ、摩擦低減を図ることができる。
【００２６】
（不浸透層）
この不浸透層２１とは、従来マッドフィルム（層）などと呼ばれていたものに相当し、潤滑剤の粒子が地盤の空隙部に完全に侵入し、それ以上の潤滑剤の浸透が生じない状態になっている層のことである。
【００２７】
不浸透層２１を作る潤滑剤として、周辺土１５の盤面に潤滑剤がそれ以上浸透しない、いわゆる造壁性を有する材料を用いる。この造壁性は、土質に関係するので定量的には特定できないが、定性的には、対象とする土の土質に応じ間隙を目詰させる大きな目詰作用を持つものであり、ベントナイトやベントナイトにパルプやガラス繊維を混入した材料、また樹脂系の材料としてポリアクリル酸ソーダと球状膨潤滑剤を混合した材料などが用いられる。後者の球状膨潤滑剤は、水分を吸収して径２〜５ｍｍの球状粒子に膨潤する水膨潤性を有し大きな目詰作用を発揮するものである。また、潤滑剤には必要に応じて比重を調整する加重材や粘性の調整と安定とを保つための増粘材や分散材などの調整剤を加える。
【００２８】
（常時加圧の加圧力）
この潤滑剤は、常時加圧することで、周辺土１５の表面１５Ａに潤滑剤の不浸透層２１を形成しながら沈設作業を行い、潤滑剤層を維持し、潤滑剤層の摩擦低減効果によって沈設時の周面摩擦を低減させる。
そして、潤滑剤を周辺土１５と躯体外表面の間の間隙に全周面にわたって充満させ、摩擦低減のための潤滑剤による不浸透層２１を施工完了までの期間にわたって維持するためには、適正な加圧圧力を得る必要がある。このように不浸透層２１が維持されることで、潤滑剤の周辺土１５への逸脱を防ぎ、かつ周辺土１５の崩落を防ぐことができる。
【００２９】
この適正な加圧圧力を得るために、ケーソン上端部および下端部、さらに中間部で沈設方向に１箇所以上、潤滑剤の圧力を遮断する圧力遮断機構２３を設け、沈設方向に段階的な圧力で加圧する方法をとる。すなわち、潤滑剤層２４を沈設方向に複数個の部屋２５に分け、この各潤滑剤層室２５毎に異なる独立した圧力管理および注入潤滑剤の管理を行う。
このために、潤滑層の各潤滑剤層室２５で、別個に圧力検出を行い、不浸透層２１が確実に形成できる材質（成分組成など）の潤滑剤を、別個に必要な圧力で加圧する。
【００３０】
潤滑剤の加圧は、周辺土１５の土水圧に応じた圧力を作用させる。圧力を作用させることにより周辺土１５側に潤滑剤が浸透し、潤滑剤の目詰め効果によって潤滑剤がそれ以上浸透しないような不浸透層２１が形成され、その結果、躯体外表面と周辺土１５の間に適正な潤滑剤層２４が形成される。さらに潤滑剤層２４は周辺土１５水圧より例えば、０．２ｋｇｆ／ｃｍ２だけ高い圧力になるように制御されるので、周辺土１５が崩壊することなく潤滑剤層２４は保持、維持される。換言すると、ケーソン沈設中に、躯体と周辺土１５との間に潤滑剤層２４が維持されつづける。一方、潤滑剤層２４はわずかな剪断力で流動変形するので、ケーソン沈設時に、ケーソン躯体と周辺土１５との摩擦がこの剪断力の値にまで低減されることになる。
【００３１】
実験値等によると、前記剪断力は、周辺土１５がシルト、粘性土の場合０．１０ｔｏｎｆ／ｍ２程度、砂礫質土の場合０．２０ｔｏｎｆ／ｍ２程度であった。この値は、潤滑剤層２４がない躯体と周辺土１５間との摩擦力の１／１０以下の値であり、この発明の方法を用いることによってこの割合の周面摩擦力低減が可能となる。
【００３２】
（潤滑剤層の加圧力の適正範囲）
前述のごとく、潤滑剤層２４を加圧するとき、周辺土１５の土水圧よりわずかに大きな圧力で加圧する。加圧力から周辺土１５の土水圧を引いた差を差圧と称すると、この差圧は周辺土１５の土質、潤滑剤の材質や特性などによって決まる適正な範囲がある。この範囲の下限より小さい場合は、潤滑剤が周辺土側へ十分浸透しないので、不浸透層２１が形成されにくく、また形成されたにしても不安定で周辺土が崩壊し、摩擦低減効果が急激に失われる。
【００３３】
また逆に、この上限を超える場合は、潤滑剤の浸透量が多くなり不浸透層２１が形成されないばかりか、仮に形成されたとしても潤滑剤消費量が大きく不経済となる。また特に地表面に近い場合は潤滑剤が地表面に噴出すこと（噴発）もある。したがって差圧を適当な値の範囲に収めることは施工管理の上で重要な項目である。差圧は一般の場合０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２とすることが多い。
【００３４】
一方、特にケーソン深度が大きい場合、深さ全長にわたって差圧をこの範囲に収めることが難しくなる。その理由は、沈設方向の土水圧の増加勾配と、潤滑剤圧の増加勾配は一般的に等しくないからである。また、均一な土質の場合は土圧水の増加勾配は一定となるが、その場合であっても、一定となっている土圧水の増加勾配に対し潤滑剤圧の増加勾配を等しくするように潤滑剤の密度を調整することは、潤滑剤の周辺土に対する浸透特性、潤滑剤輸送効率や経済性を考えると難しい場合が多い。両者の圧力増加の勾配を一致させることができない場合は、ケーソンの上下端部のいずれかで、差圧が適正範囲を逸脱することになる。なお、後述する図２（Ａ）で詳しく説明する。
【００３５】
（圧力遮断機構）
この適正範囲の逸脱を防ぐために、ケーソン躯体の沈設方向の複数箇所に圧力遮断機構２３を設ける。すなわち、上下端部の２箇所、および中間部で沈設方向の１箇所以上に、潤滑剤層２４の圧力を遮断する圧力遮断機構２３を設け、これによって区切られた各潤滑剤層室２５で独立して圧力調整を行い、この区切られた潤滑剤層室２５内では差圧が適切な範囲に収まるようにする。つまり沈設方向に潤滑剤層２４を複数のブロック（潤滑剤層室）２５に分割し、各ブロック２５で互いに独立した圧力管理を行うものである。
【００３６】
特に、この方法をとった場合、潤滑剤層２４のブロック２５毎の潤滑剤の材質管理も併せて行えるので、潤滑剤材質、圧力を各施工段階で変えることにより合理的な施工管理ができる。すなわち、ケーソン躯体１を順次沈設させていく場合、沈設方向に一様な土質条件であることはまれであり、理想的な不浸透層２１を形成し充分な摩擦低減効果を発揮させるための潤滑剤の材質、すなわち潤滑剤の材料の組成、物性（粒度、比重等）、それに加圧力は深度によって異なる。潤滑剤層２４を複数ブロックに分割しない場合は、深度ごとに注入する潤滑剤の性質、圧力を変えることは一般には不可能であるが、複数ブロック２５に分割することによりこれらの制御ができるので、特に大深度ケーソンの場合の効果はおおきい。
【００３７】
（分割した潤滑剤層室毎の圧力管理）
以下、ブロック（潤滑剤層室）２５毎の圧力管理に関しての詳しい説明を行う。土の単位体積重量を１．８ｔｏｎｆ／ｍ３、地下水位を地表面と一致するとして現場施工条件を簡略化し、水平土圧係数を０．４とした場合の各深度の水平土水圧を求めると表１の左１列目ようになる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
また、前記差圧（潤滑剤層２４を加圧する加圧力と周辺土１５の土水圧との差）の適正範囲を０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２とした場合の適正化圧力の範囲は、同表の左２列目のようになる。同表の右２列目に示す加圧力（Ｉ）は、潤滑剤の比重を１．０５とし、設置深度の中間位置すなわち３０ｍの深度で、前記加圧力の適正範囲の中間値となるようにした場合の潤滑剤の加圧力の値である。これによると、地表から深度１０ｍ付近までの範囲、および深度５０ｍ付近から６０ｍまでの範囲では、加圧力の適正範囲を超え、特に最上端、最下端位置では、６．６ｔｏｎｆ／ｍ２も適正範囲を逸脱している。これは前記に示したように、不浸透性の膜を形成するには不適切な加圧力である。
【００４０】
図２（Ａ）は、この様子を模式的に示したもので、深度毎に独立した圧力管理を行わない場合の例で、表１の加圧力（Ｉ）に対応している。周辺土１５の土水
圧Ａ１よりも０．２ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力Ａ２と、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力Ａ３とで囲まれた範囲が加圧力の適正範囲Ａ４である。この適正範囲Ａ４に対し不浸透層２１への（潤滑剤層２４の）加圧圧力Ａ５は、地表面から約１０ｍの範囲とケーソン先端部約１０ｍの範囲で逸脱している。
【００４１】
これに対し同表の右１列目に加圧力（ＩＩ）として示してあるのは、深度方向に
１０ｍ毎に潤滑層のブロック（潤滑剤層室）２５を設け、各ブロック２５で独立した圧力管理を行った場合の加圧力である。各ブロック２５の中間位置で加圧力の適正範囲の中間地を採るようにした場合の値で、深度毎に上ブロック２５の最下点の値、下ブロック２５の最上点の値の順に示してある。
【００４２】
この加圧力（ＩＩ）の数値を見ると、不浸透層２１に対する加圧力は加圧力の適
正範囲に収まっていることがわかる。また各ブロック２５の境界の位置では、上下ブロック２５間で圧力差（この例では２．７ｔｏｎｆ／ｍ２）を生じるが、実施例で説明するように圧力遮断機構２３を設けることによって、この圧力差は保たれる。図２（Ｂ）は、圧力遮断機構２３を１０ｍごとに設け、ブロック２５毎に独立した圧力管理を行った例であり、表１の加圧力（ＩＩ）の場合に対応しており、不浸透
層２１の加圧圧力Ｂ５はすべての部分で適正範囲内に収まっている。なお、図２（Ｂ）中のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は図２（Ａ）と同じものを示す。
【００４３】
以上では、簡単のために周辺土１５の土水圧が、深さとともに一様に増加する場合について説明したが、実際には周辺土１５の土質状況などによって、一様に増加しない場合もあり、また加圧力の適正範囲も土質によって変わる場合もある。このような場合にも沈設方向にブロック２５を設け段階的な加圧を行えば、周辺土１５の土質状況に応じた潤滑剤の圧力管理が可能となる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
図１の全体構成図に示すように、この実施例は、外径１０ｍ、１ロット分の幅が１ｍ、鋼製の分割式ケーソンを３０ｍ沈設する工事において、この発明を実施した例である。なお、図中○内の数字はケーソンロット番号を示す。最深部の第１ロットは、刃口を有する下方先端のリングであり、また外側にフリクションカット１９をおよそ５０ｍｍ突出させ、かつ先端部に潤滑剤逸散防止機構（圧力遮断機構２３を兼ねる）２７を取り付けている。
【００４５】
より浅い第２ロット以降の他のリングは、基本的に構造が共通である通常リングであるが、１０ｍおきに圧力遮断機構２３を設けている。さらに、最浅部のロットの地表面付近には周辺土側に圧力逸散防止機構（圧力遮断機構２３を兼ねる）２９を設けている。なお、図ではこれら諸機構２３、２７、２９は誇張して図示してある。
【００４６】
地表面付近に設ける圧力逸散防止機構２９は、圧力をかけられた潤滑剤が地表面側に逸散するのを防止するためのもので、この実施例においては図３（Ａ）に示すように、ケーソン躯体１の上端外周囲にリング状にコンクリート３１を打設し、このリング状コンクリート３１の内側下面に硬質ゴムシール３３を設けた構造である。この硬質ゴムシール３３は、断面が、ケーソン躯体１側にいくに従い厚さを薄くしたリップ状とし、コンクリートリング３１にボルト３５で取り付ける。
【００４７】
他の圧力遮断機構２３は、図４（Ｂ）に示すように、ケーソン躯体１外表面から周辺土１５側に、鍔状に断面が三角形の鋼材３７を、突出量４０ｍｍで突出した状態で溶接で取り付け、その鋼材３７の上部に断面がリップ形状をしたゴム材３９をリング状にボルト４１で取り付けた。このゴム材３９は図に示すように外側に行くに従い厚さが減少する構造をしており、外側部ほど小さな力で変形することができ、変形した状態で約１０ｍｍの突出量を見込んで取り付けられる。
【００４８】
この圧力遮断機構２３は、必ずしも三角形の鋼材３７を用いる必要はなく、図４（Ｃ）に示すように板状の鋼材３８であってもよい。この板状の鋼材３８に対しゴム材３９をボルト４１で取り付けることができる。
【００４９】
図１に示すように、ケーソン躯体１外表面に取り付けられた場合、圧力遮断機構２３は、上下の潤潤滑剤層室２５間の圧力差を維持するとともに、ケーソン沈設時に潤滑剤層室２５の厚さをほぼ一定に保つ補助的役割もする。このような機能を有した圧力遮断機構２３を用いると、潤滑剤層室２５の圧力で外側の不浸透層２１を加圧していることとあいまって、ケーソン沈設時に、周辺土１５の表面を削り取ることはほとんどない。
なお、圧力遮断機構２３は、同様の機能を有するものであれば、リップ状ゴムを複数段設けたものやワイヤブラシ、さらにはプラスチックのどの線状材料を東ねてブラシ状としたもの、さらにほ空気を封入したチューブ状断面の材料などでもよい。ワイヤブラシについては後述する実施例２で説明する。
【００５０】
図４（Ａ）に示すように、潤滑剤逸散防止機構２３（２７）は、同様な構造のゴム材を、第１ロットの下端部の突出量５０ｍｍのフリクッションカット１９の上端部にボルト４１で取り付けたもので、潤滑剤が下端部から逸散するのを防ぐことができる。
なお、これも同様に後述する実施例２で説明するようなワイヤブラシなどでもよい。
【００５１】
また、図１に示すように、潤滑剤を注入する供給配管７としては、潤滑剤供給装置９から供給配管７であるガス管を沈設方向（上下方向）に、全リングにわたって設け連結結合できる位置に、各リング毎に設けておき、沈設時に１リングごとにカップラで結合した。また、１０ｍごとに分配管１１を設け供給配管から水平方向へリング状に分岐させ、注入孔１３まで配管してある。これら注入孔１３は、リング状の分配管１１の周方向に１２箇所設け、周方向に均一な潤滑剤層２４、および不浸透層２１が形成されるようにする。
【００５２】
図５は分配管１１の位置におけるケーソン躯体１の断面図を示す。潤滑剤の供給配管７が縦方向に設けられ（この実施例では１本）、ケーソン躯体１にリング状に設けられた分配管１１との間に圧力自動制御弁４３を設けて、連通される。分配管１１には、円周方向へ等間隔で１２箇所に、ケーソン躯体１外側に潤滑剤を同時に注入するための注入孔１３が設けられる。なお同図は、同時に注入された潤滑剤が周辺土１５との間に不浸透層２１（マッドフィルム）を形成し、周辺土１５が崩壊することなく潤滑剤層室２５が形成される様子をも示している。図６はこれらの状況を縦方向の断面図で示したものである。
【００５３】
（使用潤滑剤）
この実施例では、水膨潤性樹脂としてイソブチレン系樹脂を潤滑剤として用いた。地上の攪拌装置で水と攪拌したのち、潤滑剤供給装置９によってポンプ圧送した。攪拌後の潤滑剤は、ファンネル粘性が４０秒であり、密度は１．３１ｇ／ｃｍ３であった。このように粘性および密度が比較的大きい潤滑剤を用いることによって、不浸透層２１の形成をより確実にできる。
【００５４】
（施工の実際）
ケーソンの施工は、１ロット（沈設方向に１ｍの幅）ごとに沈設を完了したリング上で、次ロットのケーソン組立て作業を行い、組立て完了後に配管類の接続を行って、その後に沈設作業に入る。沈設は掘削にともない、集中管理システム４５により自動的に行われる。すなわち、ケーソン沈設時に、既に注入した潤滑剤注入量、ケーソンに作用する土水圧、潤滑剤層の圧力、不浸透層形成状況、沈設速度、周辺摩擦力を各センサーで自動検出しながら、最適の材質を有する潤滑剤が最適圧で注入される。また、待機時は、例えば圧力センサー４７によって検出された不浸透層２１への圧力が適正な圧力範囲を逸脱した場合、圧力自動制御弁４３の働きによって、自動的に適正圧力になるまで潤滑剤が注入される。
【００５５】
この実施例における圧力管理の基本概念を、図１の左側に示す。加圧力は、ケーソンに作用する土水圧から決まる加圧力の適正範囲に収まっていることがわかる。同図には沈設完了直前の状況が示してあるが、途中の深度の場合でも同様である。
【００５６】
すなわち、周辺土１５の土水圧Ａ１は、深度０ｍで０ｔｏｎｆ／ｍ２、１０ｍで１５、９ｔｏｎｆ／ｍ２、２０ｍで３１、８ｔｏｎｆ／ｍ２、３０ｍで４７、７ｔｏｎｆ／ｍ２である。このＡ１よりもよりも０．２ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力Ａ２と、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力Ａ３との間にある範囲が加圧力の適正範囲Ａ４である。なおＡ２は、深度０ｍで２、０ｔｏｎｆ／ｍ２、１０ｍで１７、９ｔｏｎｆ／ ｍ２、２０ｍで３３、８ｔｏｎｆ／ｍ２、３０ｍで４９、７ｔｏｎｆ／ｍ２である。Ａ３は、深度０ｍで５、０ｔｏｎｆ／ ｍ２、１０ｍで２０、９ｔｏｎｆ／ ｍ２、２０ｍで３６、８ｔｏｎｆ／ ｍ２、３０ｍで５２、７ｔｏｎｆ／ ｍ２である。
【００５７】
そして加圧力は、深度方向に１０ｍ毎に潤滑層のブロック（潤滑剤層室）２５を設けて独立した圧力管理を行い、各ブロック２５の中間位置で加圧力の適正範囲の中間地を採るようにした。この場合の圧力遮断機構位置での潤滑剤層の圧力は、深度０ｍ位置で４．９ｔｏｎｆ／ ｍ２、深度１０ｍで上ブロック（潤滑剤層室）下端部が１８．０ｔｏｎｆ／ ｍ２、下ブロック上端部が２０．８ｔｏｎｆ／ ｍ２、深度２０ｍでは上ブロック下端部が３３．８ｔｏｎｆ／ｍ２、下ブロック上端部が３６．７ｔｏｎｆ／ ｍ２、深度３０ｍでは上ブロック下端部で３３．８ｔｏｎｆ／ｍ２、下ブロック上端部で３６．７ｔｏｎｆ／ｍ２、また深度３０ｍでは４９．８ｔｏｎｆ／ ｍ２である。このように、不浸透層２１に対する加圧力Ｂ５は加圧力の適正範囲に収まっていることがわかる。
【００５８】
なお、この方法を取らずブロック２５をなくして同じ密度の潤滑剤を使用する場合、１５ｍの深度でちょうど適正圧力範囲の中間値を取るようにすると、地表面では７．７ｔｏｎｆ／ ｍ２、深度３０ｍで４７．７ｔｏｎｆ／ ｍ２の加圧力となり適正範囲を逸脱してしまい、健全な不浸透層２１が形成されないことになる。
【００５９】
（効果）
この実施例においては、沈設時の周面摩擦力を経時的に検出したが、その結果、沈設時の平均的な摩擦力はおよそ０．１５ｔｏｎｆ ／ｍ２であった。この実施例の地盤の場合、摩擦低減策を施さない場合の平均的な摩擦力はおよそ１．６ｔｏｎｆ／ｍ２程度であるので、１０％以下に低減されたことになる。
【００６０】
（実施例２）
この実施例は、外径８ｍ、１ロット分の幅が１ｍ、鋼製の分割式ケーソンを３０ｍ沈設する工事においてこの発明を適用した例である。図７に全体構成図を示す。基本的には実施例１と同様（同様の部分については同一の番号を付す、この明細書において同じ）であるので相違点のみを説明する。
この実施例では、潤滑剤層室２５ごとに圧力管理と潤滑剤の材質管理を行った点が異なっている。したがって、同図に示すように各潤滑剤層室２５に１本ずつ潤滑剤供給装置７を配した。
【００６１】
また、圧力遮断機構２３としては、前記ゴム材３９（図４）ではなく、図３（Ｂ）に示すように細鋼線５１を束ねたワイヤブラシ様のものを薄い鋼鈑５３ではさんだ構造となっており、水平方向の幅１０ｃｍ程度突出した状態で、リング状になるようケーソン躯体１外表面の周方向に、Ｕ字型断面の保持具５５を介してボルト５７で取り付ける。１０ｃｍ幅のそれぞれのシールの間は、細鋼線５１がラップするような構造となっており、圧力遮断には支障がない。
【００６２】
（施工の実際）
この実施例においては、土水圧のみならず周辺土１５の土質が、深度ごとに異なり、粘性土、砂、砂礫質土等から構成される。これらは潤滑剤の浸透特性が異なるので、この実施例においては、土水圧および周辺土１５の土質に応じ注入する潤滑剤の成分を変えた。すなわち、砂や砂礫質土の場合、目詰作用のある材料（グラスファイバー、パルプ、粗粒樹脂等）を潤滑剤に混入したものを注入し、潤滑剤の周辺土１５への過度の浸透を防ぎ不浸透層２１の形成を確実にした。
【００６３】
（効果）
この実施例においても実施例１と同様の効果が確認された。
（他の実施形態１）
以上の実施形態においては、ケーソン躯体１外周面に作用する周面摩擦力は大幅に低減されるものの、ケーソンの自重がケーソンの先端貫入抵抗と周面摩擦力の和よりも大きくなると、ケーノンが自重で沈下する可能性がある。そこで、他の実施形態においては、その場合に自沈防止機構を設けることが有効である。
【００６４】
すなわち、ケーソンが自重で沈下する状態になると、沈設速度の制御ができなくなり急激な沈下や偏心が生じやすくなる。ケーソンの偏心が生じた場合、修正作業は困難であるので、制御不能に自沈するような状態は避けなければならない。ケーソンの過剰な自沈を生じさせないためには、地表面付近に図８のような自沈防止機構６１を取り付けることにより、ケーソンの沈設速度を制御できる。
【００６５】
この自沈防止機構６１は、ケーソン躯体１の地表面付近に設ける潤滑剤の圧力逸散防止機構２９（リップ型断面のゴム材３３を使用）を取り付けるコンクリートリング３１上に、Ｈ形鋼を反カリングとしてもうけ、反カリング６３内部に等間隔で６基の油圧シリンダ６５を取り付け、油圧シリンダ６５先端に内側形状がケーソン外側曲率とほぼ−致した弧状の硬質ゴム６７を取り付ける。
【００６６】
この場合の実施例では、沈設時に徐々にシリンダ圧を減少させ、１ｃｍ／分程度の沈設速度となるようシリンダ圧を制御しながら沈設作業を行った。この作業を自動制御することも可能である。また、図示しないが鉛直方向にケーソンを押し下げる補助シリングを併設し，沈設時に偏心が生じないように鉛直度を自動制御することも可能である。
【００６７】
（他の実施形態２）
以上の実施形態においては、ケーソン躯体１の外表面には圧力遮断機構２３が設けられるものであったが、他の実施形態においては、圧力遮断機構２３を設けないものとすることも可能である。
【００６８】
−般的にはケーソン躯体１の外表面の中間部に、１箇所以上圧力遮断機構２３を設けることが望ましい（図１では中間部の２箇所に圧力遮断機構２３が設けられている）。しかし、設置深度が小さい場合などは、中間に圧力遮断機構を設ける必要がない場合も考えられる。
【００６９】
（他の実施形態３）
以上の実施形態においては、ケーソン躯体は躯体外側表面をスキンプレートによって平滑にするものであったが、他の実施形態においては、これとは逆に内側を平滑とすることもできる。
すなわち、内側を平滑に、外側に凹部を設けた構造の躯体を用いることにより、沈設完了後に潤滑剤層をモルタルなどで置換することで、ケーソン自体の重量を増すことができ浮力に打ち勝って、また躯体材料、置換モルタルと構造的に―体化したケーソンを築造できる。また沈設作業時には躯体材料のボルト締結などによる結合作業をケーソン外面からでき施工の合理化が図れる。
外側に凹部を設けた構造の躯体を従来工法で沈設すると、沈設時の周面摩擦対策が問題となるが、第一の発明から第十の発明のうちのいずれか―つの周面摩擦低減工法を用いることによって周面摩擦の問題は解決される。
【００７０】
外側に凹部を設ける躯体としていくつかの例が考えられる。外側の凹部は、潤滑剤層とモルタルを置換したとき―体化をしやすくする役割を有し、必要に応じ、―体化を確実にするためのスタッドジベルなどの突起類、構造上の補強のための鉄筋類などがあらかじめ設けられる。
【００７１】
また、以上の実施形態においては、鋼製のケーソンは通常の構造のものが用いられ、図１（Ｃ）に示すようにスキンプレート７１を外側にして、その内側に主桁７３、縦リブ７５を溶接して設けるものであったが、他の実施形態においては、図９に示すように内外が逆の構造、すなわち、スキンプレート７１を内側に、その外側に主桁７３、縦リブ７５、継手板７９を設けることで、ケーソン躯体１内面側は平面、あるいは円形曲面等の平滑な表面形状を有し、外側に凹部を有するものとすることが出きる。そして、さらに、ケーソン躯体１を沈設した後に、ケーソン躯体１外表面の残存する潤滑剤を強度のあるグラウト材で置換することで、ケーソン躯体１をグラウト材を介して周辺土１５と強く一体化することができる。
【００７２】
すなわち、スキンプレート７１が外周面に設けられている従来構造（図１（Ｃ）参照）のケーソン躯体１として、例えばアーバンリング工法に用いられる躯体１があるが、さまざまな利点があるものの、さらに改良を要する点として以下が指摘されてきた。
【００７３】
ｉ）ケーソン躯体１の１リング３（ロット）分を設置した後に、次リング３を
組立てる際、円周方向にいくつかに分割されたピース５を円周方向及び設置方向ともボルトを用いて結合する必要がある。従来構造のピース５は鋼板（スキンプレート７１）が外周面に設けられているので、このボルト締結作業はケーソン内側で実施せざるをえない。このために沈設作業を中断し、ケーソン内部に作業足場を設けボルト締結作業を行う必要があった。これは沈設作業能率を低下させるものであり、また場合によっては作業員の安全上の問題もあり、改善が望まれていた。
【００７４】
ｉｉ）鋼製の分割式ケーソンを沈設完了後に底板コンクリートを打設しただけの状態では、土水圧に対し十分な自重がないので、浮力に抵抗するために内側にコンクリート覆工を施すなどの対策が必要であった。
【００７５】
このような要改良点に対し、ケーソン躯体１の構造として、スキンプレート７１を外側ではなく内側に設けたピース５（図９）を用いる。これらピース５にはもちろん、圧力管理しながら潤滑剤を注入するために必要な配管、センサ類が取り付けられている（図示せず）。このような構造とすることによって、ボルト締結作業がケーソンの外部から可能となり、作業効率、安全性とも向上した。
【００７６】
また図１０は、そのような構造のケーソン躯体１を用いた場合の沈設状況を模式的に示すものである。圧力遮断機構２３は、例えば３〜５ｍごとに設ける。本実施例では，ケーソン１ロットの沈設方向の幅を４ｍとし、４ｍごとに圧力遮断機構２３を設けた。圧力遮断機構２３が有するシール構造として、ゴム製またはワイヤブラシ様のものなどを用いる。
【００７７】
このうちゴム材を用いた例を図１１に示す。すなわち、上下に隣接するケーソン躯体のリング３の主桁７３（図９参照）間に、ゴム製のシール８１を挟みボルト８３でとめる構造とした。また、フリクションカット付近に設ける先端部圧力逸散機構の構造は、図示しないが、前記実施例１または２と同様でよい。
【００７８】
最上部の圧力逸散防機構は、図示しないが、ケーソン躯体が外側に凹部を有するシールしにくい構造であるために、工夫を要する。すなわち、本案施例においては、図１０に示すように地表面付近で圧力逸散を防止するために、地上部にケーソン躯体１の１ロット分の外周を囲むケーシング８７（リング状のコンクリート３１に支持される）を設け、このケーシング８７の内側を、前記圧力遮断機構２３のシール部が接触することで、ケーソン躯体１側の最上部の潤滑剤層室２５の圧力が地上部に逸散するのを防ぐ。
【００７９】
あるいは、地表面付近の周辺土側に設ける圧力逸散防止機構８９としては、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すよう、ケーソン躯体１外側の断面形状に追随できるワイヤブラシ式のシール９１をリング状コンクリート３１に設ければよい。また、このような地上付近の圧力逸散防止機構８９は、自沈防止機構６１（図８）を兼ねた構造とすることが可能である。
【００８０】
このようにケーソン躯体１内面側を平面、あるいは円形曲面等の平滑な表面形状を有し、外側に凹部を有するケーソンは、図９に示した鋼板を溶接組み立てしたものに限らず、例えば鉄筋コンクリート製の同様形状のものであってもよいし、より一般的には、内面側が平滑であり一外側からボルト組立てが可能であり、また残存潤滑剤を置換するとき周辺土１５と一体化できるよう適当な凹部がある構造であればよい。
【００８１】
潤滑剤の供給配管は、図示しないが、スキンプレート７１の外側で、ピース５の主桁７３の幅以内に設ける。そして、圧力遮断機構２３を設けるごとに、供給配管から分配管を設ける。また、供給配管と分配管の間には圧力自動制御弁が設けられ、また分配管には等間隔で潤滑剤の注入孔が設けられる。
【００８２】
図１０に示すよう、ケーソン躯体１の主桁幅（１６０〜２００ｍｍ）と、フリクションカットでできる周辺地盤との間の間隙（１０〜２０ｍｍ）とを併せた空隙に、潤滑剤を適正な圧力を加えながら注入する。したがって注入される潤滑剤の量は実施例１、２に比べて多くなる。
この点以外は、実施例１、２と同様に潤滑剤層の圧力管理をしながら沈設を行えばよい。
沈設完了後は、残存する潤滑剤をタラウト材で置換する。潤滑剤供給装置９、供給配管７を通し、強度特性の優れたモルタル等を注入することによってケーソン躯体１をグラウト材を介して周辺土１５と一体化する。
【００８３】
（他の実施形態３の２）
また、前記実施形態３において、以上の説明では潤滑剤の供給は、潤滑剤供給装置９により加圧注入して行うものとして説明したが、他の実施形態においては、周辺土１５との水位差を利用して供給することができる。
【００８４】
すなわち、以上のケーソン周面摩擦低減工法を施す際に、良好な造壁性を有する潤滑剤を周辺土地盤との水位差を利用しながら注入することで、沈設時は、周辺土１５の崩壊を防ぎ、沈設完了後は、残存する潤滑剤を強度のあるグラウト材で置換し周辺土１５と一体化することが可能である。つまり、潤滑剤の注入時の圧力管理を特に行わず、造壁性の良好な潤滑剤を使用し、周辺土１５との水位羞を利用して周辺土１５を自立させ潤滑剤層２４を維持するものである（図１３）。この潤滑剤としては例えば、ベントナイト液、パルプやガラス繊維を混入したベントナイト液さらに分散材など配合したベントナイト液を用いる。
【００８５】
ケーソンの沈設に際しては、沈設に伴いケーソンの幅部分とフリクションカット１９の余掘り部分の空隙に、上記潤滑剤を注入しながら、ケーソン内部の掘削を行う。潤滑剤は潤滑剤の周辺土１５への浸透を防ぐ不浸透層が確実に形成できる造壁性の高い材料を使用し、周辺土１５との間に潤滑剤層を短時間のうちに形成する。周辺土１５には、周辺土１５との水位差に応じた差圧が作用するので周辺土１５の崩落等はなく、潤滑剤層２４および不浸透層２１は沈設完了まで維持される。
【００８６】
沈設完了後は、実施形態３の場合と同様に、潤滑剤を強度特性の優れたグラウト材と置換して周辺土１５との一体化を図る。この置換材としては、モルタルや流動化コンクリートなどが利用できる。
この実施形態によれば、潤滑剤を加圧して注入する設備が不要となり、残存する潤滑剤の置換も流動化コンクリートを使用することにより、ケーソン躯体１材料への供給配管が不要となる。したがって工費、工期の大幅な低減が可能となる。
【００８７】
なお、この実施形態で用いる潤滑剤は、ケーソン沈設完了まで不浸透層が維持できるような特性を有するものでなければならない。比重の大きな成分が沈澱しないように、分散材、増粘材などの調整材を適宜配合するほかに、必要に応じ、随時地上部から攪拌する。または先端ロットに攪拌装置を設けるなどの対策を施す。
【００８８】
なお、以上の実施形態や実施例は鋼製のケーソン躯体について説明したが、他の実施形態では、鉄筋コンクリート製のケーソン躯体であってもよい。また、以上の実施形態や実施例は、不浸透層を形成する内容および他の内容を含むが、不浸透層を形成しない工法にも、前記他の内容を適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、第１から１１の発明によれば、ケーソン躯体を１ロットずつ組立てながら地中に沈設するケーソン工法において、周辺土とケーソン躯体外表面の間に注入された潤滑剤を常時加圧することによって、周辺土の崩落を防止できる潤滑剤の不浸透層を形成し、潤滑剤層の潤滑効果により、ケーソン沈設時の周面摩擦力を大幅に低減できる。この周面摩擦低減はケーソン躯体の周方向に一様であり、また低減される摩擦力は潤滑剤層の材質によるので事前に定量化できるので、ケーソン沈設の合理的施工を可能とする
【００９０】
さらに、第４から１２の発明によれば、沈設方向に潤滑剤層の圧力を遮断する圧力遮断機構を設け、各潤滑剤層で異なる圧力により加圧することによって、特に大深度の場合に、各深度で適正な加圧力により潤滑剤への常時加圧がおこなえ、確実に周面摩擦力の低減が可能となる。
すなわち、不浸透層が確実に形成され、かつケーソン沈設中は確実に保持、維持されるので、この不浸透層を介して維持される潤滑剤層による確実な周面摩擦低減効果が得られる。
【００９１】
さらに、第５から１２の発明によれば、特に大深度の場合に、潤滑剤層室毎の圧力管理のみならず潤滑剤の材質管理も併せて行えるので、沈設方向に土質条件が異なっても、各潤滑剤層室に合わせた材質の潤滑剤を用いることができ、各深度の土質に合わせた最適な不浸透層を得られる。
【００９２】
さらに、第９から１２の発明によれば、ケーソンの周面摩擦力が大幅に低減されることで自重で沈下する可能性がある場合にも、自沈防止機構を設けることで、急激な沈下を防ぐことができる。
【００９３】
さらに、第１１、１２の発明によれば、ケーソン躯体の側からボルト組立てが可能であり、また周辺土と一体化した、浮力に抵抗できるケーソンの構築ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態および実施例１を説明するもので
（Ａ）は沈設されるケーソンの縦断面および潤滑剤の圧力を示す図
（Ｂ）は（Ａ）のケーソン躯体の上端部を示す斜視図
（Ｃ）は（Ｂ）のケーソン躯体を構成するピースの斜視図である。
【図２】この実施形態の効果を従来例と比較して説明するもので
（Ａ）は従来のケーソンの潤滑剤の圧力を示す図
（Ｂ）は実施形態の潤滑剤の圧力を示す図である。
【図３】（Ａ）この実施例１の圧力逸散防止機構（圧力遮断機構を兼ねる）の拡大図
（Ｂ）この実施例２の圧力遮断機構の拡大図である。
【図４】（Ａ）この実施例１の潤滑剤逸散防止機構（圧力遮断機構を兼ねる）の拡大図
（Ｂ）この実施例１の圧力遮断機構の拡大図である。
（Ｃ）この実施例１の圧力遮断機構の変形例を示す拡大図である。
【図５】この実施例１の配管を示す水平断面図ならびに不浸透層形成状況を示す図である。
【図６】図５の配管を示す縦断面図である。
【図７】この実施例２を説明するもので、沈設されるケーソンの縦断面および潤滑剤の圧力を示す図である。
【図８】この発明の他の実施形態１に係る自沈防止機構を示すもので、
（Ａ）は水平断面図
（Ｂ）は（Ｂ）の縦断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態３に係るケーソン躯体を構成するピースの斜視図である。
【図１０】図９のピースにより構成されるケーソンの縦断面および潤滑剤の圧力を示す図である。
【図１１】図１０のケーソンの圧力遮断機構を示す縦断面図である。
【図１２】図１０のケーソンの圧力逸散防止機構を示す縦断面図で、
（Ａ）および（Ｂ）はこの機構の動作を示す図である。
【図１３】この発明の他の実施形態３にの２に係るケーソンの縦断面図である。
【符号の説明】
１ ケーソン躯体
３ ロット（リングともいう）
５ ピース
７ 供給配管
９ 潤滑剤供給装置
１１ 分配管
１３ 注入孔
１５ 周辺土
１７ 間隙
１９ フリクションカット
２１ 不浸透層
２３ 圧力遮断機構
２４ 潤滑剤層
２５ 潤滑剤層室
Ａ１ 土水圧
Ａ２ 土水圧よりも０．２ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力
Ａ３ 土水圧よりも０．５ｋｇｆ／ｃｍ２大きな圧力
Ａ４ 加圧力の適正範囲
Ａ５、Ｂ５ 加圧圧力
２７ 潤滑剤逸散防止機構（圧力遮断機構を兼ねる）
２９ 圧力逸散防止機構（圧力遮断機構を兼ねる）
３１ リング状のコンクリート
３３ 硬質ゴムシール
３５ ボルト
３７ 鋼材
３９ ゴム材
４１ ボルト
４３ 圧力自動制御弁
４５ 集中管理システム
４７ 圧力センサー
５１ 細鋼線
５３ 薄い鋼鈑
５５ Ｕ字型断面の保持具
６１ 自沈防止機構
６３ 反カリング
６５ 油圧シリンダ
６７ 硬質ゴム
７１ スキンプレート
７３ 主桁
７５ 縦リブ
７９ 継手板
８１ ゴム製のシール
８３ ボルト
８７ ケーシング
８９ 圧力逸散防止機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for reducing a circumferential friction force when a caisson body is laid down.
[0002]
[Prior art]
The caisson is used when constructing a shaft or the like underground, and there are a reinforced concrete caisson that constructs a caisson frame while concrete is poured on site, and a steel or reinforced concrete caisson manufactured at a factory. In the case of a factory-made caisson, there is also a division type in which one lot is divided in the circumferential direction and connected at the site. The caisson has a circular, rectangular or other sectional shape.
[0003]
Conventionally, caisson construction methods using various materials and construction methods have been implemented, but one problem during construction was countermeasures against peripheral friction. That is, in general, the caisson is laid while excavating the soil inside the caisson so that the weight of the caisson body becomes larger than the settlement resistance when the caisson is laid. In addition, when the sinking is insufficient due to the weight alone, a weight may be loaded on the upper portion, or the upper portion may be press-fitted by applying a force from above.
[0004]
The resistance to subsidence consists of the peripheral frictional force of the caisson body and the penetration resistance at the tip of the caisson.For large caisson with large cross-section and installation depth, the peripheral surface frictional force occupies most, and the penetration resistance is negligible. Will be. When the surface friction is large, it may be difficult to set up the caisson, and it has been required to establish a method for reducing the surface friction.
[0005]
Conventional methods for reducing the peripheral friction force include (1) a method of applying a special activator or the like to the outer surface of the caisson main body to reduce the frictional force, and (2) an outer surface of the caisson main body. There is a construction method in which injection holes are provided at intervals of about 1 m in several stages of pipes arranged at a distance, and high pressure air or high pressure water is ejected to reduce friction. As a patent that has already been filed, Japanese Patent Laid-Open No. 3-84118 “Izutsu” discloses a method in which a through hole is provided in a caisson body and a tip is formed as a blowout hole from the outer surface of the body. There is a method of sinking. (3) A lubricant such as a thin bentonite solution may be used instead of high-pressure water.
[0006]
The method of (1) for applying an activator or the like can be expected to be effective if the applied layer is sound during the laying operation, but it is considered that the method may peel or wear depending on the soil quality, and the reliability as a construction method is considered. Is low, and most of the time it is only ancillary measures.
[0007]
In the method (2) of injecting high-pressure water, in the case of sandy soil, when high-pressure water is injected, the surrounding soil is rather compacted, which may have an adverse effect. In addition, since the effect is unclear, friction reduction may be too effective and may sink rapidly. In the latter case, a pneumatic caisson or the like may be a serious disaster since workers are digging inside the caisson and must be avoided.
[0008]
In the method (3) of injecting a lubricant such as a bentonite solution, for example, the loosened soil and the lubricant are mixed around, or the lubricant is dissipated by the extrusion pressure of the surrounding soil. When the caisson is settled, it is difficult to maintain a state in which the lubricant can exert a sufficient effect, and the effect is often insufficient.
Furthermore, the effect is largely unclear due to the influence of the surrounding soil and the actual construction method.
[0009]
(4) Also, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-80660, "Caisson Method and Construction Apparatus", a lubricant injection hole is provided on the outer surface of the caisson body, and lubricant is injected into the gap formed between the surrounding soil and the outer surface of the body when the caisson is laid. There is a construction method to reduce the friction at the time of sinking while sinking while press-fitting. According to this school method, the problem of the effect uncertainty in (2) and (3) is solved.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, although the friction reduction methods (1), (2), and (3) have been proposed, it has been difficult to quantitatively evaluate the reduction effect in terms of reliability. For this reason, the reduction effect was smaller than expected, which hindered the laying work. In some cases, the method was changed to another friction reduction method to complete the laying. Or, conversely, the reduction effect may be larger than expected, causing a rapid settlement. Alternatively, it is difficult to produce a uniform and uniform reduction effect in the circumferential direction depending on a reduction method such as a method of injecting high-pressure water, so that the caisson may be inclined or rapidly settled.
[0011]
The present invention overcomes the disadvantages of the conventional methods (1), (2), and (3), and can surely reduce the peripheral friction force, and the reduction of the peripheral friction is uniform in the circumferential direction. Since the reduced frictional force can be quantified in advance, the caisson can be rationally constructed. The present invention basically follows the technique of Japanese Patent Application No. 10-25270 of (4), but incorporates a new technique required particularly in the case of a deep pile.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a first invention is a caisson construction method in which a caisson frame is settled in the ground while assembling one lot at a time. Lubricant is injected from the pipe into the gap formed by friction cutting between the surrounding soil and the outer surface of the caisson frame, and the injected lubricant is constantly pressurized to prevent the collapse of the surrounding soil on the surface of the surrounding soil And a step of forming an impervious layer to form an impervious layer at the same time to reduce the peripheral friction at the time of sinking due to the friction reducing effect of the lubricant layer.
[0013]
A second invention is a caisson peripheral surface friction reducing method characterized by further injecting a material having a large clogging effect as the lubricant.
[0014]
The third invention is further a method of reducing caisson peripheral friction, characterized by injecting a water-swellable material as the lubricant.
[0015]
The fourth invention further comprises a pressure for shutting off the pressure of the lubricant layer and maintaining the thickness of the lubricant layer at one or more places in the lowering direction at the upper end and lower end of the outer surface of the caisson body, and at the intermediate portion. A caisson peripheral surface friction reduction method characterized in that a plurality of lubricant layer chambers are formed in the sunk direction by providing a shut-off mechanism on the entire circumference, and pressure is applied at different pressures in each lubricant layer chamber.
[0016]
The fifth invention further provides a caisson peripheral friction reducing method, wherein different lubricants are injected into the respective lubricant layer chambers.
[0017]
In the sixth invention, a pressure sensor is attached to the caisson body, the pressure of the lubricant layer is detected by the sensor, and an appropriate pressure for each depth is determined, thereby determining a necessary minimum amount of lubricant injection. The method is a caisson peripheral surface friction reducing method.
[0018]
A seventh aspect of the present invention is a method for reducing caisson friction on a peripheral surface of a caisson, wherein the pressure of the lubricant layer is detected by the sensor to determine an optimal lubricant material for each depth.
[0019]
The eighth invention further includes a lubricant having an optimal material obtained by automatically detecting the injection amount of the lubricant already injected, the soil water pressure acting on the caisson, the sinking speed, and the peripheral frictional force, and obtaining the detected values. This is a caisson peripheral friction reduction method characterized by injection at an optimum pressure.
[0020]
The ninth invention is further a caisson peripheral surface friction reducing method, characterized in that a self-precipitation prevention mechanism is provided near the ground surface so that the submersion speed can be controlled.
[0021]
The tenth invention further provides a caisson skeleton used in a caisson peripheral friction reduction method, a supply pipe and an injection hole for injecting a lubricant, a sensor for detecting a pressure of a lubricant layer or a soil water pressure, and A caisson body characterized by being made of steel or reinforced concrete to which a pressure cut-off mechanism is attached in advance.
[0022]
An eleventh invention further provides a method of reducing caisson peripheral surface friction, wherein the inside of the caisson skeleton has a smooth surface shape such as a flat surface, a circular curved surface, and an elliptical curved surface, and a concave portion is provided on the outside of the skeleton. Or a caisson skeleton.
The twelfth invention further provides a skin plate inside the caisson body, and a main girder and longitudinal ribs outside the caisson body, so that the caisson body surface has a smooth surface shape such as a flat surface or a circular curved surface. A caisson peripheral surface friction reducing method or a caisson skeleton characterized by having a concave portion on the outside.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, Table 1, and FIG.
(Overview)
For example, as shown in FIG. 1 (B), the split caisson frame 1 made of steel is divided into lots (also referred to as rings) 3 in the laying direction, and each lot 3 is further divided in the circumferential direction into pieces. This piece 5 is manufactured in a factory, and is connected at the site in the circumferential direction and the vertical direction to assemble the caisson body 1. The division width in the setting direction is, for example, 1 m, which corresponds to the width of one lot. In the circumferential direction, the piece is divided so as to be approximately 3 to 4 m, and the length of the piece 5 is obtained.
[0024]
For example, as shown in FIGS. 1B and 1C, a caisson frame 1 is provided with a lubricant supply pipe 7 in advance at a factory, and when the caisson body 1 is settled while being assembled on site, as shown in FIG. Then, the lubricant is injected into the gap 17 between the peripheral soil 15 and the outer surface of the caisson frame 1 from the lubricant supply device 9 on the ground via the supply pipe 7, the distribution pipe 11, and the injection hole 13.
[0025]
This gap 17 is formed by a friction cut 19 provided at the lower end of the caisson frame 1. That is, the first lot at the deepest portion is provided with a friction cut 19 having a margin of about 20 to 50 mm on the outer periphery of the lower end. This is to reduce the circumferential frictional force by providing a gap between the caisson tip and the surrounding soil 15. Particularly when the caisson is laid deep, the surrounding soil 15 is No reduction in friction over the entire length of the submerged caisson is expected due to collapse of the gap due to collapse.
However, by using the method of the present invention to create the impermeable layer 21 by injecting and applying a lubricant, it is possible to prevent collapse of the surrounding soil and reduce friction.
[0026]
(Impermeable layer)
The impervious layer 21 corresponds to what has been conventionally called a mud film (layer) or the like, in which lubricant particles completely penetrate into voids in the ground, and no further penetration of the lubricant occurs. A layer in a state.
[0027]
As a lubricant for forming the impervious layer 21, a material having a so-called wall-forming property in which the lubricant does not penetrate further into the board surface of the surrounding soil 15 is used. This wall-forming property cannot be quantified quantitatively because it is related to the soil quality. In addition, a material obtained by mixing pulp or glass fiber into the material and a material obtained by mixing sodium polyacrylate and a spherical swelling lubricant as a resin material are used. The latter spherical swelling lubricant has a water swelling property of absorbing water and swelling into spherical particles having a diameter of 2 to 5 mm, and exhibits a large clogging action. If necessary, a weighting agent for adjusting the specific gravity, or an adjusting agent such as a thickening agent or a dispersing agent for maintaining viscosity and stability is added to the lubricant.
[0028]
(Always pressurized pressure)
This lubricant is continually pressed to form a lubricant impervious layer 21 on the surface 15A of the surrounding soil 15 and is deposited, thereby maintaining the lubricant layer and depositing the lubricant layer by a friction reducing effect of the lubricant layer. Reduce peripheral friction at the time.
In order to fill the gap between the peripheral soil 15 and the outer surface of the skeleton with the lubricant over the entire peripheral surface, and to maintain the impervious layer 21 made of the lubricant for reducing friction over the period until the completion of the construction, the proper It is necessary to obtain a suitable pressurizing pressure. By maintaining the impermeable layer 21 in this way, it is possible to prevent the lubricant from deviating to the surrounding soil 15 and to prevent the surrounding soil 15 from collapsing.
[0029]
In order to obtain this proper pressurizing pressure, a pressure shutoff mechanism 23 for shutting off the pressure of the lubricant at one or more places in the sinking direction is provided at the upper and lower ends of the caisson and at the intermediate portion, and a stepwise pressure And pressurize. That is, the lubricant layer 24 is divided into a plurality of chambers 25 in the disposing direction, and independent pressure management and injection lubricant management different for each of the lubricant layer chambers 25 are performed.
For this purpose, pressure is separately detected in each lubricant layer chamber 25 of the lubrication layer, and a lubricant of a material (component composition or the like) capable of reliably forming the impermeable layer 21 is separately pressurized at a required pressure. .
[0030]
The pressurization of the lubricant causes a pressure corresponding to the soil water pressure of the surrounding soil 15 to act. By applying pressure, the lubricant penetrates into the peripheral soil 15 side, and an impervious layer 21 is formed such that the lubricant does not further penetrate due to the plugging effect of the lubricant. A proper lubricant layer 24 is formed between the two. Further, the lubricant layer 24 is, for example, 0.2 kgf / cm 2 Since the pressure is controlled to be as high as possible, the lubricant layer 24 is held and maintained without the surrounding soil 15 collapsing. In other words, the lubricant layer 24 is maintained between the skeleton and the surrounding soil 15 during the caisson setting. On the other hand, since the lubricant layer 24 flows and deforms with a slight shearing force, the friction between the caisson frame and the surrounding soil 15 is reduced to the value of the shearing force when the caisson is laid.
[0031]
According to experimental values and the like, the shearing force is 0.10 tonf / m when the surrounding soil 15 is silt or cohesive soil. 2 0.20tonf / m for gravel soil 2 It was about. This value is 1/10 or less of the frictional force between the frame without the lubricant layer 24 and the surrounding soil 15, and the peripheral frictional force can be reduced by this ratio by using the method of the present invention. .
[0032]
(Appropriate range of pressure applied to lubricant layer)
As described above, when the lubricant layer 24 is pressed, the lubricant layer 24 is pressed at a pressure slightly larger than the soil water pressure of the surrounding soil 15. When a difference obtained by subtracting the soil water pressure of the surrounding soil 15 from the applied pressure is referred to as a differential pressure, the differential pressure has an appropriate range determined by the soil properties of the surrounding soil 15 and the material and characteristics of the lubricant. If it is smaller than the lower limit of this range, since the lubricant does not sufficiently penetrate into the surrounding soil, the impermeable layer 21 is hardly formed, and even if it is formed, the surrounding soil collapses and the friction reducing effect is reduced. Suddenly lost.
[0033]
Conversely, if the upper limit is exceeded, the amount of lubricant that permeates increases and not only the impermeable layer 21 is not formed, but even if it is formed, the consumption of the lubricant is large and uneconomical. Also, especially when the ground is close to the ground surface, the lubricant may squirt onto the ground surface (spray). Therefore, keeping the differential pressure within an appropriate range is an important item in construction management. The differential pressure is generally 0.2 to 0.5 kgf / cm 2 Often.
[0034]
On the other hand, especially when the caisson depth is large, it is difficult to keep the differential pressure in this range over the entire depth. The reason for this is that the slope of increase in soil water pressure in the sinking direction is generally not equal to the slope of increase in lubricant pressure. In addition, in the case of uniform soil, the increase gradient of the earth pressure water is constant, but even in this case, the increase gradient of the lubricant pressure is made equal to the increase gradient of the earth pressure water that is constant. It is often difficult to adjust the density of the lubricant in consideration of the permeability of the lubricant into the surrounding soil, the efficiency of transporting the lubricant, and the economic efficiency. If the slopes of the pressure increases cannot be matched, the differential pressure will deviate from the appropriate range at either of the upper and lower ends of the caisson. This will be described in detail with reference to FIG.
[0035]
(Pressure cutoff mechanism)
In order to prevent the deviation from the appropriate range, the pressure cutoff mechanisms 23 are provided at a plurality of locations in the direction in which the caisson body is laid down. That is, pressure cut-off mechanisms 23 for shutting off the pressure of the lubricant layer 24 are provided at two locations at the upper and lower ends and at one or more locations in the sunk direction at the intermediate portion, and are independently provided in the lubricant layer chambers 25 partitioned thereby. Then, the pressure is adjusted so that the differential pressure within the divided lubricant layer chamber 25 falls within an appropriate range. In other words, the lubricant layer 24 is divided into a plurality of blocks (lubricant layer chambers) 25 in the laying direction, and each block 25 performs independent pressure management.
[0036]
In particular, when this method is adopted, the material management of the lubricant for each block 25 of the lubricant layer 24 can be performed at the same time, so that the rational construction management can be performed by changing the lubricant material and the pressure in each construction stage. That is, when the caisson skeleton 1 is successively laid, it is rare that the soil condition is uniform in the laying direction, and lubrication for forming the ideal impervious layer 21 and exhibiting a sufficient friction reducing effect is achieved. The material of the agent, that is, the composition and physical properties (particle size, specific gravity, etc.) of the lubricant material, and the pressing force vary depending on the depth. If the lubricant layer 24 is not divided into a plurality of blocks, it is generally impossible to change the properties and pressure of the lubricant to be injected for each depth. However, by dividing the lubricant layer 24 into a plurality of blocks 25, these can be controlled. The effect is especially great for deep caissons.
[0037]
(Pressure management for each divided lubricant layer chamber)
Hereinafter, the pressure control for each block (lubricant layer chamber) 25 will be described in detail. Unit weight of soil is 1.8tonf / m 3 If the groundwater level coincides with the ground surface and the site construction conditions are simplified, and the horizontal earth pressure coefficient is set to 0.4, the horizontal soil pressure at each depth is obtained as shown in the first column on the left in Table 1.
[0038]
[Table 1]
[0039]
The appropriate range of the differential pressure (difference between the pressure for pressing the lubricant layer 24 and the soil water pressure of the surrounding soil 15) is set to 0.2 to 0.5 kgf / cm. 2 In this case, the range of the optimization pressure is as shown in the left second column of the table. The pressing force (I) shown in the second column on the right side of the table is set such that the specific gravity of the lubricant is 1.05, and the pressing force (I) is an intermediate value within an appropriate range of the pressing force at an intermediate position of the installation depth, that is, at a depth of 30 m. It is the value of the pressing force of the lubricant in the case of doing. According to this, in the range from the ground surface to a depth of about 10 m, and in the range from a depth of about 50 m to 60 m, the applied pressure exceeds the appropriate range, and especially at the uppermost and lowermost positions, 6.6 tonf / m. 2 Also deviate from the proper range. This is an inappropriate pressure for forming an impermeable membrane as described above.
[0040]
FIG. 2A schematically shows this state, and is an example in which independent pressure management is not performed for each depth, and corresponds to the pressing force (I) in Table 1. Soil of surrounding soil 15
0.2kgf / cm than pressure A1 2 Large pressure A2 and 0.5 kgf / cm 2 The range surrounded by the large pressure A3 is the appropriate range A4 of the pressing force. The pressure A5 applied to the impermeable layer 21 (for the lubricant layer 24) deviates from the appropriate range A4 in a range of about 10 m from the ground surface and in a range of about 10 m of the caisson tip.
[0041]
On the other hand, the pressing force (II) in the first column on the right side of the table is in the depth direction.
This is a pressing force when a block (lubricant layer chamber) 25 of a lubricating layer is provided every 10 m and pressure control is performed independently in each block 25. This is a value in a case where an intermediate ground in an appropriate range of the pressing force is taken at an intermediate position of each block 25, and is shown in order of the value of the lowermost point of the upper block 25 and the value of the uppermost point of the lower block 25 for each depth. is there.
[0042]
Looking at the numerical value of the pressure (II), the pressure applied to the impermeable layer 21 is suitable for the pressure.
It can be seen that it falls within the positive range. In addition, at the position of the boundary of each block 25, a pressure difference between the upper and lower blocks 25 (2.7 tonf / m in this example). 2 However, this pressure difference is maintained by providing the pressure cutoff mechanism 23 as described in the embodiment. FIG. 2B is an example in which the pressure cut-off mechanism 23 is provided every 10 m and the pressure control is performed independently for each block 25, and corresponds to the pressure (II) shown in Table 1;
The pressurizing pressure B5 of the layer 21 is within an appropriate range in all parts. Note that A1, A2, A3, and A4 in FIG. 2B are the same as those in FIG. 2A.
[0043]
In the above, the case where the soil water pressure of the surrounding soil 15 increases uniformly with the depth for the sake of simplicity has been described. Also, the appropriate range of the pressing force may vary depending on the soil properties. Even in such a case, if the block 25 is provided in the sinking direction and stepwise pressurization is performed, pressure control of the lubricant according to the soil condition of the surrounding soil 15 can be performed.
[0044]
【Example】
(Example 1)
As shown in the overall configuration diagram of FIG. 1, this embodiment is an example in which the present invention is implemented in a construction in which an outer diameter of 10 m, a width for one lot is 1 m, and a steel split caisson is set down for 30 m. The numbers in the circles in the figure indicate the caisson lot numbers. The first lot at the deepest part is a ring at the lower end having a cutting edge, and a friction cut 19 is projected outward by about 50 mm, and a lubricant escape prevention mechanism (also serving as a pressure cut-off mechanism 23) 27 is provided at the end. Is installed.
[0045]
The other rings in the second and subsequent lots, which are shallower, are basically rings having basically the same structure, but provided with a pressure cut-off mechanism 23 every 10 m. Further, a pressure escape prevention mechanism (also serving as the pressure cutoff mechanism 23) 29 is provided near the ground surface of the shallowest lot on the peripheral soil side. In the figures, these mechanisms 23, 27 and 29 are exaggerated.
[0046]
The pressure-dissipation preventing mechanism 29 provided near the ground surface is for preventing the lubricant under pressure from escaping to the ground surface side. In this embodiment, as shown in FIG. The concrete 31 is cast in a ring shape around the upper end of the caisson frame 1, and a hard rubber seal 33 is provided on the inner lower surface of the ring-shaped concrete 31. The hard rubber seal 33 has a lip shape having a cross section that becomes thinner toward the caisson frame 1 and is attached to the concrete ring 31 with bolts 35.
[0047]
As shown in FIG. 4 (B), the other pressure cut-off mechanism 23 welds a steel material 37 having a triangular cross section in a flange shape from the outer surface of the caisson body 1 to the peripheral soil 15 in a state of protruding with a protrusion amount of 40 mm. The rubber material 39 having a lip-shaped cross section was attached to the upper part of the steel material 37 by a bolt 41 in a ring shape. As shown in the figure, the rubber material 39 has a structure in which the thickness decreases as it goes outward, and the rubber material 39 can be deformed with a smaller force toward the outer side, and is attached with a projected amount of about 10 mm in the deformed state. Can be
[0048]
The pressure cut-off mechanism 23 does not necessarily need to use a triangular steel material 37, and may be a plate-shaped steel material 38 as shown in FIG. A rubber member 39 can be attached to the plate-like steel member 38 with a bolt 41.
[0049]
As shown in FIG. 1, when attached to the outer surface of the caisson body 1, the pressure cut-off mechanism 23 maintains the pressure difference between the upper and lower lubricating lubricant layer chambers 25, and when the caisson is laid, the lubricant layer chamber 25 is closed. It also helps to keep the thickness almost constant. When the pressure cut-off mechanism 23 having such a function is used, the outer impermeable layer 21 is pressurized by the pressure of the lubricant layer chamber 25, and the surface of the surrounding soil 15 is scraped off when the caisson is laid down. Few things.
Note that the pressure cut-off mechanism 23 may have a similar function as long as it has a plurality of lip-shaped rubbers, a wire brush, or any other plastic linear material that is brushed. A material having a tubular cross section in which air is sealed may be used. The wire brush will be described in a second embodiment described later.
[0050]
As shown in FIG. 4 (A), the lubricant escape preventing mechanism 23 (27) uses a rubber material having the same structure as the bolt on the upper end of the free cushion cut 19 having a protrusion amount of 50 mm at the lower end of the first lot. Since the lubricant is attached at 41, it is possible to prevent the lubricant from escaping from the lower end.
Note that this may also be a wire brush or the like as described in a second embodiment described later.
[0051]
Further, as shown in FIG. 1, as a supply pipe 7 for injecting a lubricant, a gas pipe, which is a supply pipe 7 from a lubricant supply device 9, is provided in a settling direction (up and down direction) over all the rings and can be connected and connected. Then, each ring was provided, and each ring was connected by a coupler at the time of sinking. Further, a distribution pipe 11 is provided every 10 m, branched from the supply pipe in a ring shape in the horizontal direction, and is piped to the injection hole 13. These injection holes 13 are provided at 12 places in the circumferential direction of the ring-shaped distribution pipe 11 so that a uniform lubricant layer 24 and an impermeable layer 21 are formed in the circumferential direction.
[0052]
FIG. 5 shows a sectional view of the caisson skeleton 1 at the position of the distribution pipe 11. A lubricant supply pipe 7 is provided in the longitudinal direction (one pipe in this embodiment), and an automatic pressure control valve 43 is provided between the caisson body 1 and the distribution pipe 11 provided in a ring shape to communicate with each other. . In the distribution pipe 11, injection holes 13 for simultaneously injecting the lubricant to the outside of the caisson frame 1 are provided at 12 places at equal intervals in the circumferential direction. FIG. 3 shows that the lubricant injected at the same time forms an impermeable layer 21 (mud film) between the lubricant and the surrounding soil 15, and the lubricant layer chamber 25 is formed without the surrounding soil 15 collapsing. Also shown. FIG. 6 shows these situations in a vertical sectional view.
[0053]
(Lubricant used)
In this example, an isobutylene-based resin was used as a lubricant as a water-swellable resin. After being stirred with water by a stirring device on the ground, the mixture was pumped by a lubricant supply device 9. The lubricant after stirring has a funnel viscosity of 40 seconds and a density of 1.31 g / cm. 3 Met. By using a lubricant having a relatively high viscosity and a relatively high density, the formation of the impermeable layer 21 can be ensured.
[0054]
(Actual construction)
For caisson construction, caisson assembly work for the next lot is performed on the ring that has been submerged for each lot (1 m width in the submerging direction), pipes are connected after assembly is completed, and then the enter. Submersion is automatically performed by the centralized management system 45 with excavation. In other words, at the time of caisson setting, the optimal amount of lubricant already injected, the soil water pressure acting on the caisson, the pressure of the lubricant layer, the state of impermeable layer formation, the setting speed, and the peripheral friction force are automatically detected by each sensor. A lubricant having a material is injected at an optimum pressure. Further, during standby, for example, when the pressure on the impermeable layer 21 detected by the pressure sensor 47 deviates from an appropriate pressure range, the lubricant is automatically adjusted to an appropriate pressure by the operation of the automatic pressure control valve 43. Is injected.
[0055]
The basic concept of pressure management in this embodiment is shown on the left side of FIG. It can be seen that the pressure is within the appropriate range of the pressure determined by the soil pressure acting on the caisson. Although the figure shows the situation immediately before the completion of the submergence, the same applies to the case of a halfway depth.
[0056]
That is, the soil water pressure A1 of the surrounding soil 15 is 0 tonf / m at a depth of 0 m. 2 15,9 tonf / m at 10m 2 31,8 tonf / m at 20m 2 47,7 tonf / m at 30m 2 It is. 0.2 kgf / cm more than this A1 2 Large pressure A2 and 0.5 kgf / cm 2 A range between the large pressure A3 and the large pressure A3 is an appropriate range A4 of the pressing force. A2 is 2,0 tonf / m at depth 0m 2 17,9 tonf / m at 10m 2 33,8tonf / m at 20m 2 49, 7 tonf / m at 30m 2 It is. A3 is 5,0 tonf / m at depth 0m 2 20, 9 tonf / m at 10m 2 36,8tonf / m at 20m 2 52, 7 tonf / m at 30m 2 It is.
[0057]
The pressure is set such that a block (lubricant layer chamber) 25 of a lubricating layer is provided every 10 m in the depth direction to perform independent pressure control, and an intermediate position in an appropriate range of the pressure is taken at an intermediate position of each block 25. I made it. In this case, the pressure of the lubricant layer at the position of the pressure cutoff mechanism is 4.9 tonf / m at the position of 0 m depth. 2 The lower end of the upper block (lubricant chamber) at a depth of 10 m is 18.0 tonf / m 2 , Lower block upper end is 20.8tonf / m 2 At the depth of 20m, the lower end of the upper block is 33.8tonf / m. 2 , Lower block upper end is 36.7 tonf / m 2 , At a depth of 30m, 33.8tonf / m at the lower end of the upper block 2 , 36.7 tonf / m at upper end of lower block 2 , And 49.8tonf / m at 30m depth 2 It is. Thus, it can be seen that the pressing force B5 for the impermeable layer 21 is within an appropriate range of the pressing force.
[0058]
In the case where a lubricant having the same density is used without using the block 25 without using this method, if an intermediate value of an appropriate pressure range is taken at a depth of 15 m, 7.7 tonf / m is obtained on the ground surface. 2 At a depth of 30m, 47.7tonf / m 2 , And deviates from the appropriate range, and a sound impermeable layer 21 is not formed.
[0059]
(effect)
In this embodiment, the peripheral frictional force at the time of subsidence was detected with time, and as a result, the average frictional force at the time of subsidence was about 0.15 tonf / m. 2 Met. In the case of the ground of this embodiment, the average frictional force when no friction reduction measure is taken is approximately 1.6 tonf / m. 2 Therefore, it is reduced to 10% or less.
[0060]
(Example 2)
This embodiment is an example in which the present invention is applied to construction in which a steel split caisson is laid down by 30 m with an outer diameter of 8 m, the width of one lot is 1 m. FIG. 7 shows an overall configuration diagram. Basically, it is the same as the first embodiment (the same parts are denoted by the same reference numerals, and are the same in this specification), and therefore only the differences will be described.
This embodiment is different from the first embodiment in that the pressure management and the lubricant material management are performed for each lubricant layer chamber 25. Therefore, one lubricant supply device 7 is provided in each lubricant layer chamber 25 as shown in FIG.
[0061]
Further, as shown in FIG. 3B, the pressure cut-off mechanism 23 has a structure in which a wire brush-like bundle of thin steel wires 51 is sandwiched between thin steel plates 53 instead of the rubber material 39 (FIG. 4). With a width of about 10 cm in the horizontal direction, it is attached to the outer surface of the caisson body 1 by bolts 57 via a U-shaped cross-section holder 55 so as to form a ring. The structure is such that the thin steel wire 51 wraps between the seals having a width of 10 cm, so that there is no obstacle to pressure interruption.
[0062]
(Actual construction)
In this embodiment, not only the soil pressure but also the soil quality of the surrounding soil 15 differs depending on the depth, and is composed of cohesive soil, sand, gravel soil and the like. Since these have different lubricant penetration characteristics, in this embodiment, the components of the lubricant to be injected were changed according to the soil water pressure and the soil quality of the surrounding soil 15. That is, in the case of sand or gravel soil, a material in which a material having a clogging action (glass fiber, pulp, coarse resin, or the like) is mixed into a lubricant is injected to prevent excessive penetration of the lubricant into the surrounding soil 15. The formation of the impermeable layer 21 was ensured.
[0063]
(effect)
In this example, the same effect as in Example 1 was confirmed.
(Other Embodiment 1)
In the above embodiment, although the peripheral frictional force acting on the outer peripheral surface of the caisson body 1 is greatly reduced, when the weight of the caisson is larger than the sum of the penetrating resistance of the caisson tip and the peripheral surface frictional force, the caisson becomes It may sink by its own weight. Therefore, in another embodiment, it is effective to provide a self-settling prevention mechanism in that case.
[0064]
That is, when the caisson sinks by its own weight, the sinking speed cannot be controlled, and rapid sinking and eccentricity are likely to occur. When caisson eccentricity occurs, correction work is difficult, and a situation that causes self-sinking out of control must be avoided. In order not to cause excessive caisson self-sinking, the sinking speed of the caisson can be controlled by installing a self-sinking prevention mechanism 61 as shown in FIG. 8 near the ground surface.
[0065]
This self-precipitation prevention mechanism 61 is an anti-culling H-section steel on a concrete ring 31 to which a lubricant pressure release prevention mechanism 29 (using a rubber material 33 having a lip-shaped cross section) provided near the ground surface of the caisson body 1 is attached. Six hydraulic cylinders 65 are attached at equal intervals inside the anti-culling 63, and an arc-shaped hard rubber 67 whose inner shape is substantially equal to the outer curvature of the caisson is attached to the tip of the hydraulic cylinder 65.
[0066]
In the example in this case, the cylinder pressure was gradually reduced during the submersion, and the submersion work was performed while controlling the cylinder pressure so that the submersion speed was about 1 cm / min. This operation can be automatically controlled. Although not shown, an auxiliary silling that pushes down the caisson in the vertical direction may be provided, and the verticality may be automatically controlled so that eccentricity does not occur at the time of submerging.
[0067]
(Other Embodiment 2)
In the above embodiment, the pressure cut-off mechanism 23 is provided on the outer surface of the caisson body 1. However, in other embodiments, the pressure cut-off mechanism 23 may not be provided. .
[0068]
In general, it is desirable to provide one or more pressure cut-off mechanisms 23 at the middle part of the outer surface of the caisson body 1 (in FIG. 1, two pressure cut-off mechanisms 23 are provided at the middle part). However, when the installation depth is small, it may be unnecessary to provide an intermediate pressure cut-off mechanism.
[0069]
(Other Embodiment 3)
In the above embodiments, the caisson skeleton has the outer surface smoothened by the skin plate. However, in other embodiments, the inner surface may be smoothed.
In other words, by using a skeleton having a structure in which the inside is smooth and a recess is provided on the outside, the weight of the caisson itself can be increased by replacing the lubricant layer with mortar or the like after completion of the deposition, overcoming the buoyancy, In addition, it is possible to build a caisson that is structurally integrated with the body material and the replacement mortar. At the time of subsidence work, connection work such as bolting of frame material can be performed from the outer surface of the caisson, so that construction can be rationalized.
If the body with a structure with concave parts on the outside is laid down by the conventional method, measures against the peripheral surface friction at the time of laying will be a problem, but any one of the first to tenth inventions-the peripheral surface friction reduction method The problem of peripheral friction is solved by using.
[0070]
Several examples are considered as a frame provided with a concave portion on the outside. When the lubricant layer is replaced with mortar, the outer concave part plays a role of facilitating the formation. If necessary, protrusions such as stud dowels and structural reinforcement to ensure the formation, and structural reinforcement Reinforcing bars and the like are provided in advance.
[0071]
In the above embodiment, a steel caisson having a normal structure is used, with the skin plate 71 being on the outside and the main girder 73 and the vertical rib 75 being on the inside, as shown in FIG. However, in another embodiment, the inside and outside are reversed as shown in FIG. 9, that is, the main plate 73, the vertical rib 75, By providing the joint plate 79, the inner surface side of the caisson body 1 may have a flat surface or a smooth surface shape such as a circular curved surface, and may have a concave portion on the outside. Further, after the caisson frame 1 is laid down, the remaining lubricant on the outer surface of the caisson frame 1 is replaced with a strong grout material, so that the caisson frame 1 is strongly integrated with the surrounding soil 15 via the grout material. can do.
[0072]
That is, as the caisson skeleton 1 of the conventional structure (see FIG. 1C) in which the skin plate 71 is provided on the outer peripheral surface, there is, for example, the skeleton 1 used in the urban ring construction method. The following points have been pointed out as requiring improvement.
[0073]
i) After installing one ring 3 (lot) of caisson frame 1, the next ring 3
When assembling, it is necessary to connect the pieces 5 divided in the circumferential direction using bolts in both the circumferential direction and the installation direction. Since the steel plate (skin plate 71) is provided on the outer peripheral surface of the piece 5 having the conventional structure, the bolt fastening operation has to be performed inside the caisson. For this reason, it was necessary to suspend the laying work, provide a work scaffold inside the caisson, and perform bolt fastening work. This lowers the efficiency of the submersion work and, in some cases, poses a safety problem for the workers, and thus improvements have been desired.
[0074]
ii) In the state where only bottom concrete is cast after the steel split caisson is settled, there is not enough self-weight against the soil water pressure, so measures such as applying concrete lining on the inside to resist buoyancy Was needed.
[0075]
In order to address such points requiring improvement, the caisson body 1 has a piece 5 (FIG. 9) in which the skin plate 71 is provided not on the outside but on the inside. Needless to say, pipes and sensors necessary for injecting the lubricant while controlling the pressure are attached to these pieces 5 (not shown). By adopting such a structure, the bolt fastening operation can be performed from outside the caisson, and both the working efficiency and the safety have been improved.
[0076]
FIG. 10 schematically shows a submerged situation when the caisson frame 1 having such a structure is used. The pressure cutoff mechanism 23 is provided, for example, every 3 to 5 m. In the present embodiment, the width of one caisson lot in the settling direction is 4 m, and the pressure cut-off mechanism 23 is provided every 4 m. The seal structure of the pressure cut-off mechanism 23 is made of rubber or a wire brush.
[0077]
FIG. 11 shows an example using a rubber material. That is, a rubber seal 81 is interposed between the main girders 73 (see FIG. 9) of the ring 3 of the caisson frame vertically adjacent to each other, and the bolts 83 are used to stop the rubber seal 81. Further, the structure of the distal end portion pressure dissipation mechanism provided near the friction cut is not shown, but may be the same as that of the first or second embodiment.
[0078]
Although not shown, the uppermost pressure-dissipation prevention mechanism requires some contrivance because the caisson body has a concave portion on the outside and is difficult to seal. That is, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, in order to prevent the pressure from being released near the ground surface, the casing 87 surrounding the outer periphery of one lot of the caisson frame 1 is formed on the ground portion. The pressure in the uppermost lubricant layer chamber 25 on the side of the caisson frame 1 is dissipated to the ground by contacting the inside of the casing 87 with the seal portion of the pressure cutoff mechanism 23. To prevent
[0079]
Alternatively, as the pressure dissipation prevention mechanism 89 provided on the peripheral soil side near the ground surface, as shown in FIGS. 12A and 12B, a wire brush type seal 91 that can follow the cross-sectional shape of the outside of the caisson frame 1 is used. What is necessary is just to provide in the shape concrete 31. Further, such a pressure-dissipation prevention mechanism 89 near the ground can be configured to also serve as the self-precipitation prevention mechanism 61 (FIG. 8).
[0080]
As described above, the caisson having the smooth inner surface of the caisson body 1 having a flat surface or a circular curved surface and having a concave portion on the outside is not limited to the steel plate shown in FIG. Or more generally, the inner surface side is smooth so that bolts can be assembled from the outside, and suitable to integrate with the surrounding soil 15 when replacing the residual lubricant. What is necessary is just a structure with a concave part.
[0081]
Although not shown, the lubricant supply pipe is provided outside the skin plate 71 and within the width of the main girder 73 of the piece 5. Each time the pressure cut-off mechanism 23 is provided, a distribution pipe is provided from the supply pipe. Further, an automatic pressure control valve is provided between the supply pipe and the distribution pipe, and a lubricant injection hole is provided at equal intervals in the distribution pipe.
[0082]
As shown in FIG. 10, an appropriate pressure is applied to the lubricant in the gap including the main girder width (160 to 200 mm) of the caisson frame 1 and the gap (10 to 20 mm) between the surrounding ground formed by friction cutting. Inject while adding. Therefore, the amount of the lubricant to be injected is larger than in the first and second embodiments.
Except for this point, the deposition may be performed while controlling the pressure of the lubricant layer as in the first and second embodiments.
After the completion of the settling, the remaining lubricant is replaced with a tarout material. The caisson frame 1 is integrated with the surrounding soil 15 through the grout material by injecting mortar or the like having excellent strength properties through the lubricant supply device 9 and the supply pipe 7.
[0083]
(Other Embodiment 3-2)
In the third embodiment, the lubricant is supplied by pressurizing and injecting the lubricant with the lubricant supply device 9 in the above description. However, in other embodiments, the water level difference from the surrounding soil 15 is different. Can be supplied using
[0084]
In other words, when the above caisson peripheral surface friction reduction method is applied, a lubricant having a good wall-forming property is injected while utilizing the water level difference with the surrounding ground, so that the surrounding soil 15 collapses at the time of subsidence. After the sedimentation is completed, the remaining lubricant can be replaced with a strong grout material and integrated with the surrounding soil 15. In other words, the pressure is not particularly controlled during the injection of the lubricant, the lubricant having a good wall-forming property is used, the surrounding soil 15 is made independent by using the water level with the surrounding soil 15, and the lubricant layer 24 is maintained. (FIG. 13). As the lubricant, for example, a bentonite liquid, a bentonite liquid mixed with pulp or glass fiber, and a bentonite liquid mixed with a dispersant or the like are used.
[0085]
When the caisson is sunk, the inside of the caisson is excavated while the lubricant is injected into the gap between the width portion of the caisson and the overcut portion of the friction cut 19 accompanying the sunk. As the lubricant, a material having a high wall-forming property capable of reliably forming an impermeable layer for preventing the lubricant from penetrating into the surrounding soil 15 is used, and a lubricant layer is formed between the lubricant and the surrounding soil 15 in a short time. . The differential pressure corresponding to the water level difference between the peripheral soil 15 and the peripheral soil 15 acts on the peripheral soil 15, so that the peripheral soil 15 does not collapse and the lubricant layer 24 and the impermeable layer 21 are maintained until the subsidence is completed.
[0086]
After the completion of the laying, the lubricant is replaced with a grout material having excellent strength properties to integrate with the surrounding soil 15 as in the case of the third embodiment. As the replacement material, mortar, fluidized concrete, or the like can be used.
According to this embodiment, equipment for pressurizing and injecting the lubricant becomes unnecessary, and replacement of the remaining lubricant uses fluidized concrete, thereby eliminating the need for a supply pipe for the material of the caisson frame 1. Therefore, the construction cost and the construction period can be significantly reduced.
[0087]
The lubricant used in this embodiment must have such properties that the impermeable layer can be maintained until the caisson is completely settled. In order to prevent a component having a large specific gravity from precipitating, an adjusting material such as a dispersing agent and a thickening agent is appropriately blended, and if necessary, stirring is performed from the above-ground portion as needed. Alternatively, countermeasures such as providing a stirrer in the leading lot are taken.
[0088]
In the above embodiments and examples, a caisson frame made of steel has been described. However, in other embodiments, a caisson frame made of reinforced concrete may be used. Although the above-described embodiments and examples include the contents for forming the impermeable layer and other contents, the other contents can be applied to a construction method in which the impermeable layer is not formed.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to eleventh aspects of the invention, in the caisson method of assembling the caisson frame one lot at a time and submerging it in the ground, the lubricant injected between the surrounding soil and the outer surface of the caisson frame is constantly used. By applying pressure, an impervious layer of a lubricant that can prevent the collapse of the surrounding soil is formed, and the lubricating effect of the lubricant layer can greatly reduce the peripheral friction force when the caisson is laid. This reduction in circumferential friction is uniform in the circumferential direction of the caisson body, and the reduced frictional force depends on the material of the lubricant layer, so it can be quantified in advance, enabling rational construction of caisson subsidence.
[0090]
Furthermore, according to the fourth to twelfth aspects, a pressure shut-off mechanism for shutting off the pressure of the lubricant layer in the sinking direction is provided, and each lubricant layer is pressurized by a different pressure. The lubricant can be constantly pressurized by an appropriate pressing force at the depth, and the circumferential surface frictional force can be surely reduced.
That is, since the impervious layer is reliably formed and held and maintained during the caisson laying down, the lubricant layer maintained via the impervious layer provides a reliable peripheral friction reducing effect.
[0091]
Furthermore, according to the fifth to twelfth aspects, particularly in the case of a large depth, not only the pressure management for each lubricant layer chamber but also the material management of the lubricant can be performed. A lubricant of a material suitable for each lubricant layer chamber can be used, and an optimal impervious layer suitable for the soil at each depth can be obtained.
[0092]
Furthermore, according to the ninth to twelfth aspects, even when there is a possibility that the caisson will sink by its own weight due to a significant reduction in the frictional force of the peripheral surface, the provision of the self-settling prevention mechanism will prevent sudden sinking. Can be prevented.
[0093]
Further, according to the eleventh and twelfth aspects, it is possible to assemble bolts from the side of the caisson body, and to construct a caisson integrated with the surrounding soil and capable of resisting buoyancy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention and a first embodiment.
(A) is a diagram showing the longitudinal section of the caisson to be laid and the pressure of the lubricant.
(B) is a perspective view showing the upper end of the caisson body of (A).
(C) is a perspective view of the piece which comprises the caisson body of (B).
FIG. 2 explains the effect of this embodiment in comparison with a conventional example.
(A) is a diagram showing the pressure of a conventional caisson lubricant
(B) is a diagram showing the pressure of the lubricant of the embodiment.
FIG. 3A is an enlarged view of a pressure dissipation prevention mechanism (also serving as a pressure cutoff mechanism) according to the first embodiment;
FIG. 5B is an enlarged view of the pressure cutoff mechanism according to the second embodiment.
FIG. 4A is an enlarged view of a lubricant escape prevention mechanism (also serving as a pressure cutoff mechanism) according to the first embodiment;
FIG. 3B is an enlarged view of the pressure cutoff mechanism according to the first embodiment.
FIG. 3C is an enlarged view showing a modified example of the pressure cutoff mechanism of the first embodiment.
FIG. 5 is a horizontal sectional view showing a pipe of Example 1 and a diagram showing a state of formation of an impermeable layer.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the pipe of FIG. 5;
FIG. 7 is a view for explaining the second embodiment, showing a longitudinal section of a caisson to be laid and pressure of lubricant.
FIG. 8 shows a self-precipitation prevention mechanism according to another embodiment 1 of the present invention.
(A) is a horizontal sectional view
(B) is a longitudinal sectional view of (B).
FIG. 9 is a perspective view of a piece constituting a caisson skeleton according to another embodiment 3 of the present invention.
10 is a diagram showing a longitudinal section of a caisson constituted by the pieces of FIG. 9 and pressure of lubricant.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a pressure interrupting mechanism of the caisson of FIG.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a caisson pressure escape prevention mechanism of FIG. 10;
(A) and (B) are diagrams showing the operation of this mechanism.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a caisson according to another embodiment 3-2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 caisson skeleton
3 lots (also called rings)
5 pieces
7 Supply piping
9 Lubricant supply device
11 minute piping
13 Injection hole
15 Surrounding soil
17 gap
19 Friction cut
21 Impervious layer
23 Pressure shut-off mechanism
24 Lubricant layer
25 Lubricant layer room
A1 Soil pressure
A2 0.2kgf / cm than the soil pressure 2 Big pressure
0.5kgf / cm than A3 soil pressure 2 Big pressure
A4 Appropriate range of applied pressure
A5, B5 Pressurized pressure
27 Lubricant escape prevention mechanism (also serves as pressure cut-off mechanism)
29 Pressure escape prevention mechanism (also serves as pressure cut-off mechanism)
31 Ring-shaped concrete
33 Hard rubber seal
35 volts
37 steel
39 Rubber material
41 volts
43 Automatic pressure control valve
45 Centralized Management System
47 Pressure sensor
51 Fine steel wire
53 Thin steel plate
55 U-shaped holder
61 Self-prevention mechanism
63 Anti-culling
65 Hydraulic cylinder
67 Hard rubber
71 Skin Plate
73 main girder
75 vertical ribs
79 Joint plate
81 Rubber Seal
83 volts
87 casing
89 Pressure escape prevention mechanism
