JP2006028981A - ケーソンの連結方法およびケーソン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーソンの据付け精度の影響をあまり受けず、複雑な作業なしに経済的かつ安全に構造物を構築できるケーソンの連結方法およびケーソン構造を提供すること。
【解決手段】 ケーソン１の本体３の側面１０の両側部付近に鉛直方向の溝５を設け、中央部付近に鉛直方向の凹部７を設ける。そして、複数のケーソン１を、隣接するケーソン１の溝５同士、凹部７同士が対向するように並設する。次に、スパイラル鉄筋１７を、凹部７に固定されたＵ字型鉄筋９に回転させて通しつつ、凹部７を対向させて形成された空間１４に挿入する。さらに、溝５にゴム型枠１９を設置した後、ゴム型枠１９と側面１０とに囲まれた部分にコンクリート２３を打設して、隣接するケーソン１同士を一体化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーソンの連結方法およびケーソン構造に関するものである。

従来、港湾施設や、火力・原子力発電所埋立護岸、洋上空港、洋上廃棄物処分場などの洋上インフラ施設のうち、延長の長い護岸や防波堤の構築には、ケーソンが用いられてきた。ケーソンは、陸上で製作したものを現場海域まで曳航した後、据付けが行われるが、通常は設置後も独立したままである。そのため、ケーソンの設計は、各ケーソンに等しく最大波力が作用するとして行われている。

各ケーソンに最大波力が作用するとして設計を行う場合、施工範囲が広く製作函数が多い時にはコストがかかる。また、独立したケーソンを埋立護岸として用いる場合、防砂シートや防砂板を設置しても、波による摩耗や隣接するケーソンの据付け時のずれの影響により、背面の埋立て用いる土砂の流出を、長期間にわたって確実に防ぐことは難しい。

そのため、ケーソンを長大化する試みが行われている。図９は、一方向不規則波を用いた実験における、防波堤相対長さと波力平滑化係数との関係を示す図である。曲線２３および曲線２５は計算値を、点２７および点２９は実測値を示す。図９から、防波堤長さが長くなるほど波力平滑化効果が大きくなることがわかる。この効果は、多方向不規則波に対しても同様である。

ケーソンを長大化することにより、波力平滑化効果を利用したケーソン製作のコストダウンが可能となる。また、埋立護岸として用いた場合に土砂の流出を確実に防ぐことができるようになる。しかし、各ケーソンを長くすると、曳航・据付け時の安全性や据付け精度の低下など、施工面でのマイナスが生じる。これらのマイナス要因を解消するため、長さ１０〜２０ｍ程度のケーソンを用い、ケーソン据付け後に隣接するケーソン同士をＰＣ用鋼材で緊結する工法や、補強筋とコンクリートで連結する工法（例えば、特許文献１参照）が考案されている。

特許第２８４７６９４号

しかしながら、従来の連結工法では、各ケーソンを所定の位置に精度よく据付ける必要があり、起重機船による海上作業では施工が難しい。また、隣接するケーソン間を作業空間として補強筋の配筋等の作業を行うため、ケーソン間の水を排水し、長時間にわたって止水する必要がある。しかし、不等沈下などによりケーソンが傾いた場合には、確実な止水が困難となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ケーソンの据付け精度の影響をあまり受けず、複雑な作業なしに経済的かつ安全に構造物を構築できるケーソンの連結方法およびケーソン構造を提供することにある。

前述した目的を達成するための第１の発明は、本体の側面の両側部付近に鉛直方向の溝が設けられ、前記側面の中央部付近に前記溝に略平行な凹部が設けられた複数のケーソンを、前記溝および前記凹部が対向するように並設する工程（ａ）と、スパイラル材を、前記凹部に固定された曲部を有する継手に通しつつ、対向する前記凹部の間に挿入する工程（ｂ）と、対向して配置された前記溝に、可撓性を有する型枠を設置する工程（ｃ）と、前記型枠と前記側面とに囲まれた部分にコンクリートを打設する工程（ｄ）とを具備することを特徴とするケーソンの連結方法である。

曲部を有する継手とは、例えば、略鉛直方向に配置されたＵ字型鉄筋である。曲部を有する継手は、凹部内に固定される。継手の設置位置は、ケーソンを据付けた際に、隣接するケーソンの対向する凹部に設置された継手が同じ高さになるように設定される。コンクリートには、水中不分離性コンクリートを用いる。

第２の発明は、側面の両側部付近に鉛直方向に設けられた溝、および、前記側面の中央部付近に前記溝に略平行に設けられた凹部が対向するように並設された複数のケーソンと、前記凹部に固定された前記曲部を有する継手に通されつつ、対向する前記凹部の間に挿入されたスパイラル材と、対向して配置された前記溝に設置された、可撓性を有する型枠と、前記型枠と前記側面とに囲まれた部分に打設されたコンクリートとを具備することを特徴とするケーソン構造である。

曲部を有する継手とは、例えば、隣接するケーソンの対向する凹部において同じ高さに固定され、略鉛直方向に配置されたＵ字型鉄筋である。コンクリートには、水中不分離性コンクリートが用いられる。

本発明によれば、ケーソンの据付け精度の影響をあまり受けず、複雑な作業なしに経済的かつ安全に構造物を構築できるケーソンの連結方法およびケーソン構造を提供することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、ケーソン１の水平断面図および垂直断面図を示す。図１の（ａ）図はケーソン１の水平断面図、図１の（ｂ）図はケーソン１の垂直断面図である。図２は、ケーソン１の斜視図を示す。

ケーソン１の構造設計を行う際には、ケーソン式構造物を延長の長い一体構造と考え、設計波高、周期、波向きに基づいて推定した波力の平滑化効果（平滑化曲線）を考慮して、１函のケーソン１に作用する最大波力を算定する。なお、衝撃波力の作用する条件（波形勾配大、急勾配地形など）や、多方向性の強い条件（水深大）では、水理実験を実施して波力特性の評価を行う。

図１、図２に示すように、ケーソン１の本体３は、直方体である。本体３の、隣り合わない２つの側面１０には、鉛直方向の溝５および凹部７が２条ずつ設けられる。溝５は、側面１０の両側部付近に配置される。凹部７は、側面１０の溝５に挟まれた部分、すなわち、側面１０の中央部付近に配置される。凹部７、溝５は、略平行に配置される。凹部７の幅は、ケーソン１の連結時に困難が生じないように設定される。

凹部７内には、曲部を有する継手であるＵ字型鉄筋９が固定される。Ｕ字型鉄筋９は、鉛直方向に所定の間隔をおいて、複数箇所に固定される。Ｕ字型鉄筋９は、鉄筋の両端部が本体３内に埋設され、曲部１２が凹部７側に配置される。Ｕ字型鉄筋９は、十分なせん断耐力を有する径のものとする。また、腐食に強い材質のものを用いる。

Ｕ字型鉄筋９の固定位置は、複数のケーソン１を並設した際に、隣接するケーソン１の対向する凹部７に設けられたＵ字型鉄筋９が同じ高さとなるように設定される（図５の（ｂ）図）。また、Ｕ字型鉄筋９の鉛直方向の長さ１４（図１の（ｂ）図）は、ケーソン１の連結時に困難が生じないように設定される。水平方向の露出長さ１６（図１の（ｂ）図）は、Ｕ字型鉄筋９が凹部７から出ないように設定される。

図３は、護岸１５の斜視図である。本実施の形態では、ケーソン１を用いて、図３に示すような護岸１５を構築する。護岸１５を構築するには、水底１１にマウンド１３を形成した後、図１、図２に示すようなケーソン１を作業船等で曳航し、マウンド１３上に複数のケーソン１を据付ける。ケーソン１の曳航・据付けを行う際には、Ｕ字型鉄筋９を損傷させないように注意する。また、ケーソン１の据付精度は、護岸１５の法線方向、法線直角方向ともに、１０ｃｍ以内とするのが望ましい。

ケーソン１の長さは、曳航・据付作業を容易に行うため、最大でも２０ｍ程度とする。ケーソン１を小型化することにより、ケーソン１の製作ヤード、フローティングドックが小さくてすむ。また、ケーソン１の曳航や据付けに用いる作業船についても、大型のものは不要となる。

ケーソン１を据付けた後、隣接するケーソン１同士を一体化する。図４は、ケーソン１を一体化するための各工程を示す図である。図５から図７は、隣接するケーソン１の連結部の平面図および垂直断面図を示す。

図４の（ａ）図、図５の（ａ）図、図５の（ｂ）図は、それぞれ、マウンド１３上にケーソン１を据付けた状態での連結部の斜視図、平面図、垂直断面図を示す。図５の（ｂ）図は、図５の（ａ）図のＣ−Ｃによる断面図である。

図５に示すように、ケーソン１は、隣接するケーソン１の溝５や凹部７が対向するように配置される。前述したように、ケーソン１のＵ字型鉄筋９は、ケーソン１を据付けた際に、隣接するケーソン１のＵ字型鉄筋９が同じ高さとなるように固定されている。Ｕ字型鉄筋９は凹部７内に配置されているため、ケーソン１の据付時にＵ字型鉄筋９に損傷が生じることはない。隣接するケーソン１を一体化するには、図４の（ａ）図に示すように、まず、隣接するケーソン１の凹部７を対向させて形成された空間１４の上方にスパイラル鉄筋１７を準備する。ケーソン１は、凹部７にスパイラル鉄筋１７が入るような精度で据付けられる。

図４の（ｂ）図は、空間１４にスパイラル鉄筋１７を挿入している状態での連結部の斜視図である。図４の（ａ）図に示すようにスパイラル鉄筋１７を準備した後、矢印Ａに示すようにスパイラル鉄筋１７を回転させて、図４の（ｂ）図に示すように、空間１４にスパイラル鉄筋１７を挿入していく。

図４の（ｃ）図、図６の（ａ）図、図６の（ｂ）図は、それぞれ、空間１４にスパイラル鉄筋１７を挿入し終えた状態での連結部の斜視図、平面図、垂直断面図を示す。図６の（ｂ）図は、図６の（ａ）図のＤ−Ｄによる断面図である。図４の（ｂ）図に示す状態から、矢印Ｂに示すようにスパイラル鉄筋１７を回転させて、図４の（ｃ）図および図６に示すように、空間１４にスパイラル鉄筋１７の全長を挿入する。

なお、スパイラル鉄筋１７は、回転によってＵ字型鉄筋９に下端部を通しつつ、空間１４に挿入される。複数のＵ字型鉄筋９にスパイラル鉄筋１７を通すことにより、隣接するケーソン１同士が連結される。スパイラル鉄筋１７の螺旋の直径、Ｕ字型鉄筋９の鉛直方向の長さ１４及び水平方向の露出長さ１６（図１の（ｂ）図）は、隣接するケーソン１同士を連結できるように設定する。護岸１５を混成堤とする場合には、ケーソン１の据付け直後にマウンド１３の沈下が生じるため、沈下が落ち着いてからスパイラル鉄筋１７を挿入する。

図４の（ｄ）図、図７の（ａ）図、図７の（ｂ）図は、それぞれ、空間１４にコンクリート２３を打設している状態での連結部の斜視図、平面図、垂直断面図を示す。図７の（ｂ）図は、図７の（ａ）図のＥ−Ｅによる断面図である。図４の（ｃ）図および図６に示すようにスパイラル鉄筋１７を挿入し終えた後、図４の（ｄ）図および図７に示すように、隣接するケーソン１の溝５に、ゴム型枠１９を設置する。そして、空間１４にトレミー管２１を挿入し、トレミー管２１を用いて、側面１０とゴム型枠１９とに囲まれた部分にコンクリート２３を打設する。

ケーソン１に設けられる凹部７の寸法は、凹部７を対向させて形成される空間１４に、スパイラル鉄筋１７とトレミー管２１とを挿入できるように設定される。コンクリート２３には、水中不分離性コンクリートを用いる。

図４の（ｅ）図は、コンクリート２３を打設した後の連結部の斜視図である。図４の（ｄ）図および図７に示す状態から、さらにコンクリート２３の打設を続け、図４の（ｅ）図に示すように、ケーソン１の天端までコンクリート２３を充填する。ケーソン１の天端までコンクリート２３を充填することにより、隣接するケーソン１同士がＲＣ構造物として確実に一体化される。

このように、本実施の形態によれば、Ｕ字型鉄筋９とスパイラル鉄筋１７を用いることにより、特別な機械や作業を必要とせずにケーソン１を連結できる。また、Ｕ字型鉄筋９とスパイラル鉄筋１７を用い、Ｕ字型鉄筋９の水平方向の露出長さ１６、スパイラル鉄筋１７の螺旋の直径、凹部７の幅を最適に設計することで、ケーソン１の据付け精度が従来のように高くなくても、容易にケーソン１同士を連結できる。さらに、ケーソン１に設けた溝５に、可撓性のあるゴム型枠１９を設置するため、ケーソン１の据付け精度が従来のように高くなくても、確実に止水を行える。

本実施の形態では、スパイラル鉄筋１７の挿入、ゴム型枠１９の設置、コンクリート２３の打設等、ケーソン１の連結に係わる作業をケーソン１の据付け後に天端上から行うことができるため、安全である。また、コンクリート２３に水中不分離性コンクリートを用いることにより、施工中に隣接するケーソン１間の水を排水する必要がない。

さらに、コンクリート２３を用いて複数のケーソン１を一体化することにより、隣接するケーソン１同士の間が止水され、ケーソン１の連結体を埋立護岸に使用した場合に、背面の土砂の流出を防げる。小型のケーソン１を用いることにより、ケーソン１の連結体を混成堤に使用した場合に、マウンドが不等沈下しても、その変化に追従できる。

図８は、ケーソン１の連結部で変形に対して働く力を示す図である。図８の（ａ）図は、護岸１５の法線直角方向の変形に対して働く力を示す。図８の（ａ）図に示すように、隣接するケーソン１間のずれ変形（法線直角方向すなわち矢印Ｆに示す方向の変形）に対しては、Ｕ字型鉄筋９がせん断補強鉄筋として働くので、Ｕ字型鉄筋９には引張力およびせん断力が発生する。この際、スパイラル鉄筋１７によって囲まれたコンクリートは、拘束効果により、ひび割れが進行しても破壊することはないので、スパイラル鉄筋１７およびスパイラル鉄筋１７に囲まれたコンクリートを介して、双方のケーソン１のＵ字型鉄筋９の引張力およびせん断力が伝達され、その結果、隣接するケーソン１間のずれ変形に抵抗することができる。また、凹部７を設けることで、凹部７内のコンクリート２３がシアキーとしても有効に働く。

図８の（ｂ）図は、護岸１５の法線方向の変形に対して働く力を示す。図８の（ｂ）図に示すように、隣接するケーソン１が離れようとする変形（法線方向すなわち矢印Ｈに示す方向の変形）に対しては、Ｕ字型鉄筋９が引張鉄筋として働く。この引張力は、Ｕ字型鉄筋９の先端のコンクリートの支圧を介してスパイラル鉄筋１７に伝達され、スパイラル鉄筋１７に引張力が発生する。この際、スパイラル鉄筋１７により拘束された内部のコンクリートは拘束効果により破壊することはないので、スパイラル鉄筋１７の引張力が他方のケーソン１のＵ字型鉄筋９に伝達され、その結果、隣接するケーソン１が離れようとする変形に抵抗することができる。

なお、スパイラル鉄筋１７を通す継手には、Ｕ字型鉄筋９以外に、他の形状の曲部を有する鉄筋を用いてもよい。継手は、スパイラル鉄筋１７を介して、隣接するケーソン１を連結できるような形状であればよい。また、継手やスパイラル材の材質は鉄筋に限らず、所定の強度を有し、腐食に強い材質であればよい。また、溝５に設置する型枠は、ゴム型枠１９でなくてもよい。ゴム以外の可撓性を有する部材、例えば、袋詰め砕石（フィルターユニット）等を型枠として用いてもよい。さらに、ケーソン１の本体３に設ける凹部７の数は２条に限らない。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるケーソンの連結方法およびケーソン構造の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

ケーソン１の水平断面図および垂直断面図 ケーソン１の斜視図 護岸１５の斜視図 ケーソン１を一体化するための各工程を示す図 隣接するケーソン１の連結部の平面図および垂直断面図 隣接するケーソン１の連結部の平面図および垂直断面図 隣接するケーソン１の連結部の平面図および垂直断面図 ケーソン１の連結部で変形に対して働く力を示す図 一方向不規則波を用いた実験における、防波堤相対長さと波力平滑化係数との関係を示す図

符号の説明

１………ケーソン
３………本体
５………溝
７………凹部
９………Ｕ字型鉄筋
１０………側面
１４………空間
１７………スパイラル鉄筋
１９………ゴム型枠
２１………トレミー管
２３………コンクリート

Claims (6)

1. 本体の側面の両側部付近に鉛直方向の溝が設けられ、前記側面の中央部付近に前記溝に略平行な凹部が設けられた複数のケーソンを、前記溝および前記凹部が対向するように並設する工程（ａ）と、
   スパイラル材を、前記凹部に固定された曲部を有する継手に通しつつ、対向する前記凹部の間に挿入する工程（ｂ）と、
   対向して配置された前記溝に、可撓性を有する型枠を設置する工程（ｃ）と、
   前記型枠と前記側面とに囲まれた部分にコンクリートを打設する工程（ｄ）と、
   を具備することを特徴とするケーソンの連結方法。
2. 前記曲部を有する継手が、略鉛直方向に配置されたＵ字型鉄筋であることを特徴とする請求項１記載のケーソンの連結方法。
3. 前記曲部を有する継手が、隣接するケーソンの対向する前記凹部において、同じ高さに設置されることを特徴とする請求項１記載のケーソンの連結方法。
4. 側面の両側部付近に鉛直方向に設けられた溝、および、前記側面の中央部付近に前記溝に略平行に設けられた凹部が対向するように並設された複数のケーソンと、
   前記凹部に固定された前記曲部を有する継手に通されつつ、対向する前記凹部の間に挿入されたスパイラル材と、
   対向して配置された前記溝に設置された、可撓性を有する型枠と、
   前記型枠と前記側面とに囲まれた部分に打設されたコンクリートと、
   を具備することを特徴とするケーソン構造。
5. 前記曲部を有する継手が、略鉛直方向に配置されたＵ字型鉄筋であることを特徴とする請求項４記載のケーソン構造。
6. 前記曲部を有する継手が、隣接するケーソンの対向する前記凹部において同じ高さに固定されたことを特徴とする請求項４記載のケーソン構造。

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