JP2006144387A - ケーソンの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーソンの壁面の真下を、作業員の勘にたよるのではなく、自動的に掘削量の管理を行って安全にケーソンを沈下させることができる。
【解決手段】ケーソンの壁面２の直下の位置に、螺旋状の刃が壁面２の底面に沿って往復移動する回転刃を設置する。多角形の隅部には鉛直の回転軸の下端に水平方向に向けて設けた羽根からなる水平回転刃４を設置する。検知ロープ５１と、このロープを時間当たり一定量だけ送り出すドラムと、ロープの緊張度を測定する測定器５３とによって沈下量の制御部５を構成する。ある制御部５の検知ロープ５１が緊張した場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を停止する。検知ロープ５１がゆるんだ場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を継続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーソンの構造に関するものである。

ケーソンａとは図６に示すように、周囲にコンクリート製の壁面ｂを設けた底無しの容器である。
そして周囲を壁面ｂで保護した状態でその底の地盤ｃを掘削すると、自重によってケーソンａは沈下する。
その沈下量に応じてケーソンａの上部にコンクリートの追加壁面ｄを打ち継いでさらに底部ｃを掘削して沈下を促す。
こうして沈下と打ち継ぎを繰り返して、地中深くにコンクリート製の容器を沈めて、例えばビルの地下部分や橋梁の橋脚の基礎などを構築する。
特開平６−１０８４７３号公報 特開２００１−１６４５７８ 特開２００４−４４２４２

前記した従来のケーソンの構造にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞ ケーソンａは、一辺が数十メートルの巨大なコンクリート製の容器であり、壁面ｂの厚さも数十センチもあるから、均等に沈下させることが難しい。
＜ロ＞ ケーソンａの内部に置いたショベル系掘削機ｅによって、ケーソン壁面ｂの真下を掘削してケーソンの壁面ｂの下の抵抗を減らして沈下させる工法である。そのために、掘削機ｅを操作する作業員の経験にたよって掘削量を調整し、沈下量を調整することになる。
＜ハ＞ 壁面ｂの真下の掘削が過剰であったり、壁面ｂの外側の摩擦が大きすぎると均等な沈下が行えず、ケーソンが不均衡な姿勢になって沈下する可能性がある。
＜ニ＞ あるいは沈下が不足している壁面ｂの真下を掘削しすぎると、急激な沈下が起こってケーソンａが傾き危険な状態にもなったり、あるいはそれ以降の沈下が困難な状況にもなりかねない。
＜ホ＞ そのような理由から上記の特許文献のように、ケーソンの姿勢制御方法や、過沈下防止の装置が多数提案されている。

上記のような従来の装置の課題を解決した本発明のケーソンの構造は、周囲を壁面で囲んだ、中空の多角形の筒体であるケーソンにおいて、その壁面の直下の位置に、螺旋状の刃が、壁面の底面に沿って往復移動する回転刃を設置し、多角形の隅部には、鉛直の回転軸の下端に水平方向に向けて設けた水平羽根からなる水平回転刃を設置し、検知ロープと、このロープを時間当たり一定量だけ送り出すドラムと、ロープの緊張度を測定する測定器とによって沈下量の制御部を構成し、この制御部はケーソンの複数の箇所に配置して各制御部からの信号は一定の関連する範囲の回転刃の駆動源に入力するように構成し、ある制御部の検知ロープが緊張した場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を停止し、検知ロープがゆるんだ場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を継続するように構成したケーソンの構造を特徴としたものである。

本発明のケーソンの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞ 周囲の壁面の真下を、作業員の勘にたよるのではなく、往復する掘削装置によって自動的に掘削することができる。
＜ロ＞ したがって、作業員の勘に頼るのではなく、壁面の真下を往復移動する掘削機の回転速度や移動速度を調整することによって、自動的に掘削量の管理を行うことができる。
＜ハ＞ ケーソンの壁面の真下を掘削する掘削量は、ケーソンの沈下量に応じて自動的に調整することができるので、作業員の勘に頼らず、安全に沈下させることができる。
＜ニ＞ 地盤が柔軟で、ケーソンの過剰な沈下が発生する可能性があれば、各所に設けた水平掘削刃の回転を止めて抵抗体として作用させることができるので、過剰な沈下を阻止することができる。

以下図面を参照しながら本発明のケーソンの構造の実施例を説明する。

＜１＞全体の構成
本発明のケーソン本体は、一般にコンクリート製であって、周囲を壁面２で囲んだ、中空の多角形の筒体である。
ケーソン１の壁面２の真下には、往復回転刃３を、壁面２が交差する隅部には、水平回転刃４を備えている。
さらにケーソン１の沈下量を検知して、検知量に応じた信号を発信する制御部５を備えている。
この制御部５からの信号によって、往復回転刃３と水平回転刃４の回転を行わせたり,あるいは停止させる。

＜２＞往復回転刃（図２）
往復回転刃３は、数十センチの厚さのある壁面２の底に設けてある。
この往復回転刃３は、複数本の螺旋状の螺旋刃３１によって構成する。
この往復回転刃３の回転軸３２は水平に、かつケーソン１の内部から外側に向けた方向、すなわちケーソン１の壁面２を横断する方向に設けてある。
さらに往復回転刃３は、回転しつつ、ケーソン１の壁面２の底面に沿って往復移動する。
そのためにはケーソン１の壁面２の底面に設けたラック３３に、往復回転刃３側のピニオン３４を噛み合わせる構成を採用すればよい。
こうして、往復回転刃３の水平回転軸３２の回転、および往復回転刃３の底面に沿った往復移動によって、壁面２の真下の土砂を連続して掘削することができる。
さらに往復回転刃３の刃が螺旋状に設けてあることから、掘削した土砂は壁面２の真下からケーソン１の内部に向けて排出される。
前記したように従来のケーソン１であれば、ケーソン１の内部に配置したショベル系掘削機によってケーソン１の内部から壁面２の真下を掘削する工法を採用していた。しかし本発明の構成であれば、壁面２の真下に設置して、往復動する掘削機を使用し、連続して掘削することができるので、一定の時間内に、計画した土量を正確に掘削させることができる。

＜３＞水平回転刃（図３）
水平回転刃４は壁面２の交わる隅部に設けた掘削用の刃である。
この水平回転刃４は、鉛直軸４１とその下端に水平方向に放射方向に向けて設けた複数枚の水平羽根４２から構成する。
この鉛直軸にモータの回転を伝えることによって水平羽根４２を回転してその下の土砂を掘削する。
水平回転刃４の水平羽根４２には一定の水平投影面積があるから、鉛直軸を停止することによって、水平羽根４２がケーソン１の沈下に対する抵抗となる。
すなわち、ケーソン１の急激な沈下が予想される場合には、鉛直軸の回転を停止して水平羽根４２による抵抗を得ることができる。
この水平羽根４２の「水平」とは、「鉛直」に対する意味であり、羽根のすべてが完全に水平面であっては掘削ができないから、実際には一部を、あるいは全体を多少傾斜させてある。

＜４＞沈下量の制御部５
ケーソン１の沈下量を検知するための制御部５は、たとえば検知ロープ５１と、送り出しドラム５２と緊張検知器５３によって構成する。
この制御部５は、ケーソン１の複数個所に設置する。
各制御部５には担当する回転刃３、４を決めておき、制御部５からの信号は、関連する範囲の回転刃３、４の駆動源に入力するように構成する。
このように各制御部５ごとに、その信号によって関連する一定の範囲の回転刃３、４の駆動や停止を行うことができるように構成する。

＜５＞検知ロープ５１
検知ロープ５１は、その一端をケーソン１に固定する。
そしてその他端は後述する送り出しドラム５２に巻き取る。
検知ロープ５１はその中間を、ケーソン１の地上高よりも高い位置にある第１シーブ５４と、低い位置にある第２シーブ５５とを通し、その他端を送り出しドラム５２へ巻き取る。
この第１シーブ５４、第２シーブ５５は、ケーソン１の沈下とは独立した地盤上に設置してあるからケーソン１の沈下の影響を受けない。

＜６＞送り出しドラム５２
送り出しドラム５２は、サーボモーター５６の回転によって回転する。
したがって送り出しドラム５２は、サーボモーター５６の回転数に応じて、検知ロープ５１を設定時間当たり一定量だけ送り出すことができる。
この送り出しドラム５２もまた、ケーソン１の沈下とは独立した地盤に設置してあるからケーソン１の沈下の影響を受けない。

＜７＞緊張検知器
緊張検知器５３は、検知ロープ５１の緊張程度を測定する装置である。
緊張の程度を測定するために、検知ロープ５１の第一シーブ５４と第二シーブ５５との間に検知用のローラー５３ａを一定の圧力によって圧しつけておく。この押し付け状態が初期の設定値となる。
この緊張検知器５３は、例えばケーソン１の隅部など、複数の位置に配置しておく。
するとケーソン１の複数の個所においてその周辺の沈下状態を検知することができる。
なお緊張検知器５３は上記のような構成に限らず、検知ロープ５１をシーブに巻きつけ、このシーブに加わる重量を直接測定する方法など、公知の方法を採用することができる。

＜８＞ロープの送り出しと沈下量
検知ロープ５１は、初期に設定した量（例えば毎分８０ミリ）で送り出しドラム５２からケーソン１側に送り出される。
それを模式図で表すと図４の中央の図のようになる。
すなわち、検知用のローラー５３ａに一定の重量を与えておき、このローラー５３ａを検知ロープ５１に押し付ける。
こうして検知ロープ５１の送り出し量とケーソンの沈下量が等しいときに、検知ロープ５１に一定の圧力を加えておく。
もし検知ロープの送り出し量よりもケーソン１の沈下量が大きい場合には検知ロープ５１が緊張する。
するとロープの初期の設定状態よりも直線状態に近づき、加圧状態の検知ローラー５３ａを、押し付け圧力に反して初期の状態から図では左側に押し出すことになる。（図４の左図）
したがって検知ローラー５３ａの、初期の設定状態からの押し戻し状態を検知すれば、ケーソン１の沈下量は、設定してあるドラム５２からの一定の送り出し量よりも大きいことが分かり、これはケーソン１が沈下しすぎている状態であることを知ることができる。
反対に沈下量が、検知ロープ５１の送り出しドラム５２からの送り出し量よりも小さい場合は検知ロープ５１が緩む。
すると検知ローラー５３ａは図において左側へ押し出されるから、ケーソン１の沈下が不足状態であることを知ることができる。（図４の右図）

＜９＞ケーソン１の沈下
次に実際のケーソン１の沈下について説明する。
基本的な沈下工程は従来のケーソン１と同様である。
すなわち中央部分が開放され、周囲を壁面２で包囲したコンクリート製の容器を（ケーソン１）を、予備掘削した溝の内部に設置する。
そしてケーソン１の内部の地盤は、内部に設置したショベル系掘削機などによって掘削するが、この掘削は通常の地表面の掘削と同じである。
地下水はポンプでくみ上げる。
場合によっては水中掘削機を使用し、地上からの遠隔操作によって水中掘削を行う。
あるいは途中に床を作ってその下に圧縮空気を供給して圧気下で掘削を行う。
壁面２の直下の地盤は、壁面２の底部に取りつけた往復回転刃３の回転と往復駆動によって掘削し、往復回転刃３の及ばない隅部においては水平回転刃４によって掘削し、掘削土砂はケーソン１の内部に排出する。
壁面２の直下の地盤が消滅すれば、ケーソン１は自重によって徐々に沈下をはじめる。
ケーソン１が沈下すると、地上部分の高さが不足してしまうから、従来と同様に地上部分に鉄筋を配置して型枠を組み、その中にコンクリートを打設して地上部分を延長する。
ケーソン１の上部の延長によってケーソン１の自重が増加するから、その重量が沈下重量となる。
なお,沈下重量が不足する場合には、壁面２と土との間に石鹸水のような滑材を流し込んだり、追加荷重を搭載したり、あるいはアンカーに反力を取って沈下を促進させるなど、公知の技術を利用することもできる。

＜１０＞ケーソン１の沈下量の調整
次にケーソン１の沈下量を調整する構成を説明する。
この調整は基本的には沈下量の制御部５からの信号を、往復回転刃３、および水平回転刃４を駆動するモータに入力することによって行う。
前記したように、制御部５は図５に示すように複数箇所に設置してあり、各制御部５が担当する往復回転刃３、水平回転刃４を決めておく。
したがってある制御部５が検知した信号は、担当範囲だけの回転刃３、４の駆動モータに入力して、掘削を継続させ、あるいは中止させる。

＜１１＞過剰沈下の場合
ある検知ロープ５１の緊張の程度が、初期の設定量よりも大きい場合には、その検知ロープ５１の付近では、部分的に地盤が弱いなど理由で、ケーソン１は予定量よりも大きく沈下している。
したがって、緊張検知器５３によって検知ロープ５１の緊張の程度が大きい状態が検知されたときには（図４の左図）、そのロープ付近のケーソン１の掘削を停止しなければならない。
そこでその制御部５に担当させている範囲の往復回転刃３、水平回転刃４のモーターに信号を出して、その駆動を停止させ、掘削を中断させる。
特に水平回転刃４の回転を停止することによって、平面寸法の大きい水平回転刃４が大きな抵抗となって急激な沈下を阻止する。
ただし担当範囲以外の回転刃３、４の駆動には影響を与えない。

＜１２＞沈下不足の場合
ある検知ロープ５１の緊張の程度が小さい場合には、その検知ロープ５１の付近ではケーソン１は予定量よりも沈下が遅れている。
したがって、緊張検知器５３によって検知ロープ５１の緩みの程度が検知されたときには（図４の右図）、そのロープ付近のケーソン１の掘削を継続させなければならない。
そこでその制御部５に担当させている範囲の往復回転刃３、水平回転刃４の駆動は停止せずに継続させる。

＜１３＞適正沈下の場合
ロープの緊張状態が初期の設定の範囲であれば、ケーソン１の沈下量がロープの送り出し量とほぼ等しいことを示している。（図４の中央図）
その場合には制御部５からの信号によって各駆動源は回転を続け、掘削を継続する。

＜１４＞沈下の停滞
壁面２の直下に岩などが存在している場合など、一定時間以上、沈下が進まない場合がある。
そのときにあまり長時間、掘削を継続すると回転刃３、４が磨耗、破損してしまう。
その場合には一定時間以上、検知ロープ５１の緊張が発生しないことになる。このように一定時間以上、ケーソン１の沈下が生じないことが判明したらブザー、光などの警報器を介して周囲に知らせるように構成する。
ケーソン１の壁面２で囲まれた内部の底面を掘削するために、壁面２の直下を掘削する回転刃３、４とは別にショベル系の掘削機などが用意してあるから、その掘削機によって、該当する付近の壁面２の直下の岩などの障害物を掘削して撤去する。

＜１５＞ケーソン１の均一の沈下
以上のように、複数の制御部５の付近で、掘削と停止を繰り返しつつ、調整を続けてケーソン１の沈下を行う。
したがって深い基礎を構築する場合のように、ケーソン１を地中深く沈下させる場合にも正確な姿勢を保たせた状態で、最後まで均一な沈下を行うことができる。

本発明のケーソンの構造の実施例の説明図。 往復回転刃の説明図。 水平回転刃の側面図。 検知ロープの検知状態の説明図。 制御系統の説明図。 従来のケーソンの掘削状態の説明図。

符号の説明

１：ケーソン
２：壁面
３：往復回転刃
４：水平回転刃
５：制御部
５１：検知ロープ
５３ａ：検知用ローラ

Claims (4)

1. 周囲を壁面で囲んだ、中空の多角形の筒体であるケーソンにおいて、
   その壁面の直下の位置に、
   螺旋状の刃が、壁面の底面に沿って往復移動する回転刃を設置し、
   多角形の隅部には、鉛直の回転軸の下端に水平方向に向けて設けた水平羽根からなる水平回転刃を設置し、
   検知ロープと、このロープを時間当たり一定量だけ送り出すドラムと、ロープの緊張度を測定する測定器とによって沈下量の制御部を構成し、
   この制御部はケーソンの複数の箇所に配置して各制御部からの信号は一定の関連する範囲の上記各回転刃の駆動源に入力するように構成し、
   ある制御部の検知ロープが初期の状態よりも一定量以上、緊張した場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を停止し、
   検知ロープが緊張していない場合には、関連する範囲の回転刃の回転駆動を継続するように構成した、
   ケーソンの構造。
   
2. 壁面の底面に沿って往復移動する回転刃は、
   その回転軸を水平に、かつケーソンの壁面の横断方向に設けてあり、
   回転軸の回転、および回転軸の底面に沿った往復移動によって、底面の下の土砂を掘削して、ケーソンの内部に排出するよう構成した、
   請求項１記載のケーソンの構造。
   
3. 多角形の隅部に設置した回転刃は、
   鉛直の回転軸の下端に水平方向に向けて設けた羽根からなる水平回転刃を設置し、
   鉛直軸の回転によって、羽根の下の土砂を掘削し、
   鉛直軸の停止によって、羽根がケーソンの沈下に対する抵抗となるように構成した、
   請求項１記載のケーソンの構造。
   
4. ロープの緊張度を測定して沈下量を検知する制御部は、
   検知ロープの送り出しドラムからの送り出し量よりも沈下量が大きい場合には検知ロープの緊張状態を検知し、
   検知ロープの送り出しドラムからの送り出し量よりも沈下量が小さい場合には検知ロープの緩み状態を検知して行う、
   請求項１記載の、ケーソンの構造。
   

Images