JP2006029011A - ケーソン沈下方法及び沈下用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多関節腕や伸縮腕をもつ掘削バケットを用いてケーソン刃口下の地盤に掘削空間を形成する従来技術では、掘削位置や掘削範囲を把握しながら制御することは困難であった。これを改善し、高能率なケーソン沈下技術を提供する。
【解決手段】ケーソン１０の内壁にリング状レール１６を設け、このレール１６にケーソン１０内を旋回するフレーム３０を懸架し、このフレーム３０に、鉛直垂下位置とケーソン刃口下間を揺動する撹拌機４０を装着し、ケーソン１０の刃口１１下の地盤を撹拌し、軟弱化させつつケーソン１０を沈下させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーソン沈下方法及び沈下用装置に関する。

ケーソンを地中に沈下させる場合に、水中掘削機械でケーソンの刃口下の地盤を掘削し、ケーソンを押下げ装置にて沈下させながら、ケーソン上部で鉄筋組立及びコンクリート打設を同時に行う技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

この技術は掘削排土と駆体構築とを同時に進行させて工期を短縮することを目的とし、ケーソンに作用する刃口反力や周面摩擦等を常時検出して刃口下の地盤の掘削形状を場所により変化させ、ケーソンの沈下と同時にケーソンの姿勢、位置制御を行うようにしている。また、ケーソン刃口背面側にフリクションカッタを設け、さらに刃口背面の土砂を削り取る高圧ジェットパイプノズルを備えている。

この技術では、水中掘削機械として多関節腕をもつバケット掘削機を用い、ケーソン駆体下部内壁に固定したレールに沿ってこの掘削機を移動させて掘削を行うようになっている。この移動操作は地上から行っている。

また、ケーソンの内面に沿って昇降する昇降枠をケーソン内面の任意の高さ位置に保持するロック機構を備え、この昇降枠に沿って移動する支持体に掘削機を支持させた立坑掘削装置がある（例えば、特許文献２参照。）。

この技術は、固定レールに昇降フレームを取付けた従来技術に対して、掘削機の昇降可能距離を大きくして掘削制御性を向上し、掘削土質の変化に広く対応することができ、さらに容易に地上に引上げ可能にしたものである。

この技術においても多関節腕又は伸縮腕をもつバケット掘削機を用いてケーソンの刃口下に空間を形成するように掘削する技術が示されている。

これらの従来のケーソン沈下方法では、ケーソンの刃口下にケーソンが下降する空間を形成するように、その部分の掘削排土を行いながらケーソンを沈下させる。

このため、掘削機の掘削位置、掘削範囲を制御する必要があるが、これを精密に行うためには、掘削部の状態の検出、この検出に基づく掘削機の制御が必要となり、例えば、キャブ干渉防止装置などを応用した複雑な制御装置を用いる必要がある。キャブ干渉防止装置は、地上で用いる多関節腕をもつミニショベル掘削装置に用いられるもので、バケットが運転席にぶつかるのを防止するため、各関節の角度と長さによってコンピュータ演算により腕の運動範囲を自動制御する装置である。ケーソンの刃口下にこのような複雑な装置を配置することは容易ではない。

また、ケーソンが急に沈下した場合に、掘削機がケーソンと地盤の間に挟まれ、掘削作業が不可能となる問題がある。

また、竪型スクリューを用いて地上から地下連続壁を形成する技術において、連続壁を横断する工作物がある場合に、竪型スクリュー軸を水平に回動させて、その工作物の下方を掘削して連続壁を形成する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。
特許第２７１７８７４号公報（第２−６頁、図１） 実開昭６０−１７２８９６号公報（第２−６頁、図３） 特公平２−５７１６２号公報（第２−３頁、図３）

従来のケーソン沈下方法では、ケーソン刃口下の地盤を掘削排土してケーソンが下降する空間をあけて沈下させていた。この場合、多関節腕や伸縮腕をもつ掘削バケットで空間を形成していたが、これらの掘削機の掘削位置や掘削範囲を把握しながら制御することは困難であり、ケーソンの沈下工程を短縮することは容易ではなかった。

また、上述のように、地盤の状況によっては、ケーソンが急に沈下し、従来の掘削機はケーソンと地盤の間に挟まれ、掘削作業が不可能となる問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、このような問題点を解決し、高能率なケーソン沈下技術及びこれに用いる装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする。すなわち、本発明は、ケーソンの刃口下の地盤を撹拌して軟弱化させつつケーソンを沈下させることを特徴とするケーソン沈下方法である。

本発明では、ケーソン刃口下の地盤の必要かつ充分な範囲を撹拌して軟弱化させる。また、従来のように、掘削によって刃口下に空間を形成することはせず、ケーソンが沈下するように地盤を軟弱化するのみである。ケーソンは地盤の軟弱化に伴ない、確実に徐々に降下する。ケーソンの降下に伴って、軟弱化した土砂はケーソン刃口下のテーパによってケーソン内の中心側に押し出される。押出された軟弱化した土砂はクラムシエル、グラブバケット等により揚荷され、地上に排出される。

本発明では、ケーソンは徐々に沈下し、掘削のアンバランスや、掘削制御の困難性を克服することができ、結局、沈設全工程の迅速施工を達成することができる。

上記本発明方法を好適に実施することができる本発明の装置は、ケーソンの内壁にリング状レールを設け、このレールにケーソン内を旋回するフレームを懸架し、このフレームに、鉛直垂下位置からケーソン刃口下に揺動する撹拌機を装着したことを特徴とするケーソン沈下用装置である。複数台の撹拌機をレールに同時に装着して、作動させることもできる。

上記ケーソン沈下用装置において、前記撹拌機としては形式を問わないが、回転スクリュー羽根を備えた装置とすれば、地層の切削、混練、撹拌を容易に、能率よく行うことができ、掘削した土砂を排出方向に移動させる作用も僅か有するので好適である。また、前記撹拌機は先端がケーソンの羽先端と一致する長さを備えた装置とすれば、自動的に、過不足なく適切な範囲の地盤を撹拌し、軟弱化することができ、複雑な計測装置や制御装置を必要としない。

また、前記撹拌機は圧力水を噴射する多数の噴射ノズルを備えることによって、地盤の撹拌、軟弱化を容易にすることができる。

なお、前記リング状レールは着脱自在にケーソン内径に固定する固定装置を備えたものとすれば、撹拌機の不使用時にケーソン内側に突出したレールなどの障害物がなく、これによるグラブバケット等のトラブルや損傷がなく好ましい。この固定装置としては、ケーソン内径に反力を支持させるようにした多数のジャッキをリング状レールに取付ければよい。この固定装置により、ケーソン内の最も適切な高さ位置にレールを固定して、撹拌機を最も効率よく作動させることができる。

本発明のケーソン沈下用装置は前記撹拌機の代りに清掃機を装着し、ケーソン沈下工程の最終段階においてケーソン刃口の下面を清掃することもできる。清掃機としては、前記撹拌機の回転機構、揺動機構、高圧水噴射機構等をすべて利用し、回転スクリュー羽根等に代えて例えば回転ブラシ等を用いたものとすればよい。この清掃機によって、ケーソン刃口の下面を清浄化することにより、ケーソン底部に打設されるコンクリートとケーソン刃口の下面との付着が確実となり、この部分の止水性を著しく高めることができる。

本発明方法によれば、ケーソンの刃口下の地盤を掘削するのではなく、地盤を撹拌して軟弱化させ、ケーソンを沈下させる。軟弱化した地盤はケーソンの刃口によってケーソンの中央部に押し出され、クラムシエル等によって地上に排出される。従って、掘削機の掘削制御を要することなく、ケーソンを徐々に正確に沈下させることができ、排土も容易となった。

なおケーソンを下降させる技術として、地上にケーソン下降装置等を設けることは従来と同様である。

本発明のケーソン沈下用装置は以上のように構成されているので、本発明方法を容易に実施することができ、ケーソンの急な沈下によりケーソンと地盤との間に挟まれて作動不能となることもなく、ケーソンを連続的に沈下させることができ、ケーソンの高能率施工に寄与するという優れた効果を奏する。

またこのケーソン沈下用装置はケーソン刃口の下面を清浄化する装置として好適に利用することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施例のケーソン沈下方法を示す縦断面図である。

本発明のケーソン沈下方法では、図１に示すように、ケーソン１０の刃口１１の下の地盤１２を撹拌するケーソン沈下用装置２０を用いてこの地盤１２の部分を軟弱化させつつケーソン１０を沈下させる。

ケーソン１０は沈下予定線１３に沿って地上から地盤１００中に沈設され、水位レベル１５より下方に深く沈下される。ケーソン沈下用装置２０は地上からクレーン９２のワイヤ９３によって吊下されている。ケーソン沈下用装置２０はケーソン１０の下端近傍に固定されたリング状レール１６に懸架するフレーム３０と、このフレーム３０に取付けられた撹拌機４０とから構成されている。

ケーソン沈下用装置２０は地上に設けた油圧装置９０から油圧供給管９１を通って高圧の油圧が供給され、フレーム３０のケーソン内の旋回、撹拌機４０の揺動、撹拌機４０の回転駆動が行われる。

この動作により、ケーソン１０の刃口下の地盤１２が撹拌され軟弱化される。地盤１２の軟弱化に伴い、ケーソン１０が沈下し、軟弱化した地盤１２はケーソン内の中央底部１４の方に向って押し出され、図示しないクラムシエルやグラブバケット等によって地上に排出される。

ケーソン１０は、従来と同様に、頂部にセグメントブロックを継ぎ足すか、又は鉄筋コンクリートを現場打ち継ぎする。また図示しない下降装置によって地中に押し込まれる点も従来技術と差はない。

次に本発明のケーソン沈下用装置の実施例について図２〜図７を参照して説明する。

図２は本発明のケーソン沈下用装置２０の側面図である。

本発明のケーソン沈下用装置２０はケーソン１０の内壁にリング状レール１６を設け、このレール１６にケーソン内を旋回するフレーム３０を懸架し、このフレーム３０に、鉛直垂下位置とケーソン刃口下との間を揺動する撹拌機４０を装着してある。

なお、図２では、ケーソン１０の内壁にＨ形鋼から成るリング状レール１６が予め埋込み施工されたものを示している。このリング状レール１６は、図７に示すように、上下のレール１６を縦つなぎ材７０で結合すると共に、ケーソン内壁面に圧着されるジャッキ７１を装着し、ケーソン内壁面に着脱自在な構造とし、ジャッキ７１がケーソン１０の内壁に反力をとってリング状レール１６を固定するようにしてもよく、この方が、さらにすぐた特性を有する。

これは、図２に示すように、ケーソン内に埋設されて一部が露出した固定レールにしておくと、グラブバケット等がこのレールに接触、衝突等を起し、損傷を生ずることがあるので好ましくない。また、固定レールでは、ケーソン沈下用装置２０の上下位置を適切に定めることができない。従って、着脱自在とし、ケーソン沈下用装置を用いるときに固定位置を適切に選定することができるように、自由度をもたせる方がよい。

ケーソン沈下用装置２０は、フレーム３０と撹拌機４０とから構成されている。

フレーム３０は、上下のレール１６に懸架する上下４個の車輪３１を備えてケーソン内周に沿って走行し、フレーム３０の上端にクレーンワイヤ結合部３２を備えている。フレーム３０の下端に撹拌機４０をブラケット４８、ピン４４で吊下している。

フレーム３０はＨ形鋼等のフレーム部材３３，３４，３６及び側板等によって強固に形成されており、連結部の必要な部分はピン３５等により可撓性をもたせている。また、撹拌機４０を揺動させる油圧シリンダ５０、緩衝装置５３などを備えている。

撹拌機４０は、例えば回転スクリュー羽根を備えた装置などを用いるとよく、その長さは、ケーソン刃口下の刃先までの部分の地盤１２を過不足なく撹拌することができるように、長さを定めておく。このことにより、撹拌機４０の揺動角を定めるだけで他の制御装置を用いることなく、撹拌範囲内を、無駄なく適切に軟弱化させることができる。

この実施例では撹拌機４０として、スクリュー羽根４２を備えた回転軸（スクリュー羽根軸）４１を有する装置が示されている。なお、回転軸４１には放射方向に高圧水を噴射する多数の高圧水噴射ノズル４３が設けられている。

撹拌機４０の型式はこの実施例に限るものではなく、切削、撹拌、混練作用を有するものであればよい。例えば、スクリュー羽根の代りに多数の突棒や刃物等を取付けた回転軸をもつ装置、プロペラ又はインペラをもち、回転と往復運動をする装置、高圧流体による掘削撹拌装置、これらの組合せ装置などでもよい。

回転駆動部４６はスクリュー羽根軸４１を回転させる。

撹拌機４０はブラケット４８及び偏心した結合ピン４４によってフレーム３０に結合され吊下されている。撹拌機４０の揺動駆動は、フレーム３０に取付けた油圧シリンダ５０によって駆動される。油圧シリンダ５０のラムは撹拌機４０の頭部ピン４５に結合されている。油圧シリンダ５０のラムの伸縮により、撹拌機４０の揺動駆動がなされる。

図３は、図２の撹拌機４０が結合ピン４４を中心に矢印５４で示すように揺動した状態を示したものである。図３では油圧シリンダ等の図示は省略してある。

撹拌機４０は、図２に示す鉛直に垂下された姿勢から、図３に示す揺動位置まで揺動運動しながらケーソン内を旋回し、ケーソン刃口下の地盤を軟弱化させる。揺動角度をケーソン１０の刃口下のテーパ角度に合致させることによって、適切な範囲の地盤を過不足なく軟弱化させることができる。

なお、図３には、スイベルジョイント４９の上部ニップルに高圧水ポンプ８０の配管８１が接続されている状態を示している。高圧水は必要に応じて供給され、分配装置４７を経て高圧水噴射ノズル４３から噴射される。

図４は図２のＡ−Ａ矢視図であって、フレーム３０がリング状レール１６に沿ってケーソン内を移動する機構を示している。Ｈ形鋼から成るレール１６上に両フランジ付の車輪３１が載っており、レール１６の側面に接する転動ローラ１７が示されている。レール１６の側面にラック１８が設けられており、このラック１８に噛み合うギヤ３７、及びこのギヤ３７を回転させるピニオン３８が示されている。ピニオン３８が駆動されると、フレーム３０はレール１６に沿ってケーソン内を旋回する。

図５は図２のＢ−Ｂ矢視を示すものでフレーム３０の上部の部分とレールとが転動ローラ１７によって支持されている状態を示している。

図６は油圧シリンダ５０とフレーム３０との結合を示すもので、フレーム３０に設けられたピン５１及びピン５１を支持する支持部５２を示している。

図８は本発明に係るケーソン沈下用装置２０の撹拌機のスクリューを取外し、その代りに清掃機６０を装着した状態を示した図である。フレーム３０及び撹拌機４０の揺動装置、回転駆動部４６等はそのまま用い、結合フランジ６１から先端側の部分に清掃ブラシを取付けて、清掃機６０を形成したものである。

ケーソン１０の沈下工程の最終段階で撹拌機４０を清掃機６０に取替えケーソン１０の刃口１１の下面６２を清浄化する。清掃機６０は鉛直に垂下した状態６０ａからケーソンの刃口１１の下面６２に沿う状態まで揺動させる。清掃機６０としては例えば回転ブラシ等を用いるとよい。

清浄化した後、ケーソン内にトレミー管等を用いてケーソン底板コンクリートを打設する。ケーソン刃口１１の下面６２は打設底板コンクリートと密着し、高い止水性を確保することができる。

実施例を示すケーソンの縦断面図である。 実施例のケーソン沈下用装置の側面図である。 実施例の装置の揺動したときの側面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 実施例の装置のジャッキの側面図である。 実施例の装置のレール着脱の説明図である。 実施例の装置をケーソン刃口の下面清掃機として適用した説明図である。

符号の説明

１０ ケーソン
１１ 刃口
１２ 地盤
１３ 沈下予定線
１４ 中央底部
１５ 水位レベル
１６ リング状レール
１７ 転動ローラ
１８ ラック
２０ ケーソン沈下用装置
３０ フレーム
３１ 車輪
３２ クレーンワイヤ結合部
３３，３４，３６ フレーム部材
３５ ピン
３７ ギヤ
３８ ピニオン
４０ 撹拌機
４１ 回転軸（スクリュー羽根軸）
４２ スクリュー羽根
４３ 高圧水噴射ノズル
４４ 結合ピン
４５ 頭部ピン
４６ 回転区動部
４７ 分配装置
４８ ブラケット
４９ スイベルジョイント
５０ 油圧シリンダ
５１ ピン
５２ 支持部
５３ 緩衝装置
５４ 矢印
６０ 清掃機
６０ａ 垂下した状態
６１ 結合フランジ
６２ 刃口の下面
７１ ジャッキ
８０ 高圧水ポンプ
８１ 配管
９０ 油圧装置
９１ 油圧供給管
９２ クレーン
９３ ワイヤ

Claims (7)

1. ケーソンの刃口下の地盤を撹拌して軟弱化させつつケーソンを沈下させることを特徴とするケーソン沈下方法。
2. ケーソンの内壁にリング状レールを設け、該レールにケーソン内を旋回するフレームを懸架し、該フレームに鉛直垂下位置とケーソン刃口下との間を揺動する撹拌機を装着したことを特徴とするケーソン沈下用装置。
3. 前記撹拌機は回転スクリュー羽根を備えた装置であることを特徴とする請求項２記載のケーソン沈下用装置。
4. 前記撹拌機は先端がケーソンの羽先端と一致する長さを備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のケーソン沈下用装置。
5. 前記撹拌機は圧力水を噴射する多数の噴射ノズルを備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のケーソン沈下用装置。
6. 前記リング状レールは着脱自在にケーソン内径に固定する固定装置を備えたことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のケーソン沈下用装置。
7. 前記撹拌機に代え、清掃機を装着したことを特徴とする請求項２記載のケーソン沈下用装置。

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