JP2016199874A - 杭基礎の撤去方法、杭基礎、及び杭基礎の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】洋上風力発電設備などを支持するために水底地盤に設置された杭基礎の撤去方法を提供する。
【解決手段】中空筒状の杭基礎５の内部の土砂を排出する。杭基礎５には設置前又は土砂排出後にその内外を連通する複数の小孔１０を形成する。杭基礎５の頭部に閉塞用のキャップ２２を取付ける。この状態で、杭基礎５の内部に圧縮空気を供給して小孔１０から外部へ噴出させ、同時にバイブロハンマー２６により振動させつつ、杭基礎５を引き抜く。
【選択図】図７

Description

本発明は、水上構造物（例えば洋上風力発電設備）を支持するために水底地盤に設置された杭基礎の撤去方法に関し、更には、撤去の容易な杭基礎及び杭基礎の設置方法に関する。

洋上風力発電設備は、近年、我が国における再生可能エネルギーによる発電設備として注目されている。
洋上風力発電設備は、風が強く波が高い沖合（外洋）に設置されることが多く、風力発電設備を支持するために用いられる杭基礎は、水底地盤に強固に打ち込まれる。

洋上風力発電設備の杭基礎の設置方法は、特許文献１（特に００２４〜００２６段落）に開示されている。
また、一般的な既設杭の撤去方法としては、特許文献２（特に０００２段落）に、「ウォータジェットにより杭の周囲地盤を掘り緩めて杭周面の摩擦を無くし、バイブロハンマーまたはクレーンで杭を直接引き抜く方法」が開示されている。

特開２０１２−１１２２３９号公報 特開２０００−３５２０５３号公報

ところで、洋上風力発電設備の耐用年数は２０年程度であり、耐用年数の経過後は、全撤去、すなわち、杭基礎上に設置された風力発電設備（タワー、ナセル及びブレード）の撤去の他、杭基礎の撤去が求められる。
しかしながら、洋上風力発電設備の杭基礎の撤去方法は未だ確立されていない。また、特許文献２に記載のようなウォータジェットを用いる方法は水中では有効ではない。

本発明は、このような実状に鑑み、洋上構造物を支持するために水底地盤に設置された杭基礎の好適な撤去方法を提供することを課題とする。
本発明は、更に、将来的な撤去を容易にするための、杭基礎、及び、杭基礎の設置方法を提供することを課題とする。

本発明に係る杭基礎の撤去方法は、水上構造物を支持するために水底地盤に設置された中空筒状の杭基礎の撤去方法であって、
前記杭基礎の内部の土砂を排出する工程と、
前記杭基礎の水底以深の地中部に位置する筒状部にその内外を連通する複数の小孔を形成する工程と、
前記土砂が排出された前記小孔を有する前記杭基礎の頭部に閉塞用のキャップを取付ける工程と、
前記キャップにより閉塞された前記杭基礎の内部に圧縮空気を供給して前記小孔から外部へ噴出させつつ、前記杭基礎を引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする。

ここにおいて、前記小孔を形成する工程は、前記土砂を排出する工程の後でもよいが、前記杭基礎の設置前になされ、前記杭基礎の設置時に、前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込んでいるとよい。

本発明に係る撤去の容易な杭基礎は、水上構造物を支持するために水底地盤に設置される杭基礎であって、中空筒状で、水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数有することを特徴とする。

また、本発明に係る撤去の容易な杭基礎の設置方法は、水上構造物を支持するための中空筒状の杭基礎の設置方法であって、
前記杭基礎の打ち込み前に、前記杭基礎の水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数形成する工程と、
前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込む工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、中空筒状の杭基礎の内部に圧縮空気を導入して浮力を作用させながら引き抜くこと、及び、中空筒状の杭基礎の表面の小孔から圧縮空気を噴出させて杭基礎の表面と水底地盤とを縁切りさせること、により、杭基礎の撤去（全撤去）が可能又は容易となる。
また、本発明に係る杭基礎及び杭基礎の設置方法によれば、将来的な撤去時の孔開けが不要となり、杭基礎の撤去（撤去方法の実施）が容易となる。

本発明の一実施形態として示す洋上風力発電設備の概略図 杭基礎の設置状態（撤去前の状態）を示す図 杭基礎の撤去工程１を示す図 杭基礎の撤去工程２を示す図 杭基礎の撤去工程３を示す図 杭基礎の撤去工程４を示す図 杭基礎の撤去工程５を示す図 杭基礎内の水の排出方法を示す図 杭基礎の撤去方法の他の例を示す図 引き抜きを補助する方法を説明するための平面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として示す洋上風力発電設備の概略図である。また、図２は図１の要部拡大図であり、杭基礎の設置状態（撤去前の状態）を示している。

風力発電設備１は、タワー２と、タワー２の頂部に取付けられるナセル（発電部）３と、ナセル３の前方に回転可能に取付けられる複数のブレード４、とを含んで構成される。

杭基礎５は、本実施形態では、水底ＢＷ以深の地盤（水底地盤）に打ち込まれる中空円筒状の鋼管杭６と、鋼管杭６の上部に接続固定される鉛直度調整用の中空円筒状のトランジッションピース７と、を含んで構成される。

鋼管杭６の上端は水面ＤＬより上方に位置させてある。
トランジッションピース７は鋼管杭６より大径であり、トランジッションピース７の下部内周が鋼管杭６の上部外周に嵌合した状態で固定される。また、トランジッションピース７の内周面の所定位置にブラケット８（図２）が固定され、このブラケット８が鋼管杭６の上端に当接して上下方向の位置決めがなされる。鋼管杭６とトランジッションピース７との嵌合部にはグラウト（図示せず）が充填される。

風力発電設備１のタワー２は、杭基礎５のトランジッションピース７の上端部に設置される。
トランジッションピース７の上端部にはまた、タワー２設置用又は発電設備維持管理用のデッキ（足場施設）９が設けられる。

ここにおいて、本発明に係る杭基礎５（鋼管杭６）には、将来的な撤去を容易とするため、図２に示されるように、水底ＢＷ以深の地中部に打ち込まれる筒状部（円筒部）に、その内外を連通する小孔１０が複数形成される。
小孔１０は、例えば直径５．３ｍの鋼管杭に対し、直径２５ｍｍ程度の大きさで、応力集中を避けるため、分散させて配置する。図示の例では、らせん状に配列した。配列のピッチは、円周方向に１ｍ程度、鉛直方向に３ｍ程度とする。
鋼管杭６への小孔１０の形成は、鋼管杭６を洋上の設置場所へ搬送する前に、工場にて行うのが簡便である。

従って、将来的な撤去を容易とするための、杭基礎の設置方法は、次の（１）、（２）の工程を含む。
（１）杭基礎５の打ち込み前に、杭基礎５の水深以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔１０を複数形成する工程
（２）前記小孔１０を有する杭基礎５を水底地盤に打ち込む工程

杭基礎５が鋼管杭６とトランジッションピース７とから構成されることを前提とする場合、将来的な撤去を容易とするための、杭基礎の設置方法は、次の（１）〜（３）の工程を含む。
（１）鋼管杭６の打ち込み前に、鋼管杭６の水深以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔１０を複数形成する工程
（２）前記小孔１０を有する鋼管杭６を水底地盤に打ち込む工程
（３）前記鋼管杭６の上部にトランジッションピース７を取付ける工程

上記の方法で設置された杭基礎５に対しては、風力発電設備１を、タワー２、ナセル３、ブレード４の順で設置する。

次に、洋上風力発電設備の撤去について説明する。
耐用年数経過後などに、洋上風力発電設備を全撤去する際は、風力発電設備１を、ブレード４、ナセル３、タワー２の順で、撤去し、その後に、杭基礎５を撤去する。

杭基礎の撤去方法については、その一例を、図２〜図７により説明する。
図２は杭基礎の撤去前の状態を示している。杭基礎５の鋼管杭６はその内外を連通する小孔１０を複数有している。鋼管杭６の中空部には、水底ＢＷとほぼ同じ高さまで土砂が入り込み、また水面ＤＬとほぼ同じ高さまで水が入り込んでいる。

図３は杭基礎の撤去工程１（頭部切断工程）を示している。
本工程では、杭基礎５を短くするため、切断装置（図示せず）を用いて、鋼管杭６の上端付近で、トランジッションピース７を切断・除去する。これにより、図４のように、ほぼ鋼管杭６のみの状態となる。図中７’はトランジッションピース７のうち切断後に残された部分である。

図４は杭基礎の撤去工程２（土砂排出工程）を示している。
本工程では、グラブ２１などを用いて、切断後の杭基礎５（鋼管杭６）の中空部内の土砂を排出する。図中ＧＬは本工程終了時の杭基礎５（鋼管杭６）内の残土面を示している。尚、排出した土砂は杭基礎５の撤去後に埋め戻しに使用する。

図５は杭基礎の撤去工程３（キャップ取付工程）を示している。
本工程では、切断後の杭基礎５の頭部に閉塞用のキャップ２２を取付ける。
キャップ２２は、耐高圧形状である上に凸のドーム部２２ａと、ドーム部２２ａの外縁のフランジ部２２ｂと、ドーム部２２ａを囲む円筒部２２ｃと、ドーム部２２ａの中央に取付けられた圧縮空気導入用バルブ２２ｄと、を含んで構成される。
切断後の杭基礎５の頭部にキャップ２２を取付ける際は、切断後の杭基礎５（トランジッションピース７’）の上端部外周にフランジ２３を溶接し、これにキャップ２２外周のフランジ２２ｂをボルトなどで接合する。このとき、十分な気密性を確保する。
尚、フランジ２３は、鋼管杭６の上部のブラケット８などを利用して、鋼管杭６の上端部に設置することも可能である。

図６は杭基礎の撤去工程４（引抜き準備工程）を示している。
本工程では、キャップ２２の圧縮空気導入用バルブ２２ｄに、圧縮空気源（図示せず）からのエアホース２４を接続する。また、キャップ２２の円筒部２２ｃに、引抜き用のワイヤ２５に吊り下げられたバイブロハンマー２６を取付ける。

図７は杭基礎の撤去工程５（引抜き工程）を示している。
本工程では、キャップ２２により閉塞された杭基礎５（鋼管杭６）の内部に圧縮空気を供給して小孔１０から外部へ噴出させつつ、杭基礎５を引き抜く。また同時に、バイブロハンマー２６により杭基礎５を上下方向に振動させつつ、杭基礎５を引き抜く。

このように、引き抜こうとする杭基礎５の内部に圧縮空気を導入して浮力を作用させながら引き抜くこと、及び、杭基礎５の表面の小孔１０から圧縮空気を噴出させて杭基礎５の表面と水底地盤とを縁切りさせること、により、杭基礎５の撤去が可能又は比較的容易となる。
また同時に、バイブロハンマー２６により、杭基礎５を上下方向に振動させつつ、引き抜くことにより、縁切りをより確実なものとして、引き抜きを更に容易にすることができる。

引き抜き作業の終了後、キャップ２２は杭基礎５から取外して、他の杭基礎の引き抜き作業に転用することができる。すなわち、洋上風力発電設備は、通常、複数基まとめて設置されることから、複数基まとめて撤去することが予想される。このような場合に１つのキャップ２２を転用することで、撤去に要する費用を削減することができる。

次に、杭基礎内の水の排出方法について、図８により説明する。
図８の例では、杭基礎５内の土砂排出後、キャップ２２の取付前に、杭基礎５内に排水パイプ３１を設置する。排水パイプ３１の下端は杭基礎５内の残土面ＧＬ付近の位置で水中に開口させ、上端は水面ＤＬより高い位置で杭基礎５の壁部を貫通させ外部に開口させる。尚、排水パイプ３１には必要により杭基礎５の外部に開閉バルブを取付ける。
こうしておくことにより、図７の引抜き工程で、圧縮空気を供給すると、杭基礎５内の水を排水パイプ３１より効率的に排出でき、水の排出後に小孔１０から縁切り用の圧縮空気を排出することができる。
排水パイプ３１を用いずに、杭基礎５内の水を小孔１０から排出しようとすると、圧縮空気源の能力がかなり必要になるが、排水パイプ３１を用いて、杭基礎５内の水を排出することで、圧縮空気源の能力を低減することが可能となる。

次に、杭基礎の撤去方法の他の例について、図９により説明する。
図９に示す撤去方法では、図３の切断工程を省略し、杭基礎５の上部（トランジッションピース７）を切断することなく、杭基礎５の内部の土砂を排出し、トランジッションピース７の頭部に閉塞用のキャップ２２を取付ける。その後は、このキャップ２２に対し、図６と同様に、エアホース２４及びバイブロハンマー２６を装着して、引き抜きを行う。

上記の実施形態から理解できるように、本発明に係る杭基礎の撤去方法は、下記（１）〜（４）の工程を含む。
（１）杭基礎５の内部の土砂を排出する工程
（２）杭基礎５の水底ＢＷ以深の地中部に位置する筒状部（円筒部）にその内外を連通する複数の小孔１０を形成する工程
（３）前記土砂が排出された前記小孔１０を有する杭基礎５の頭部に閉塞用のキャップ２２を取付ける工程
（４）前記キャップ２２により閉塞された杭基礎５の内部に圧縮空気を供給して前記小孔１０から外部へ噴出させつつ、杭基礎５を引き抜く工程

上記の実施形態では、上記（２）の小孔１０を形成する工程は、杭基礎５の設置前になされ、杭基礎５の設置時には、小孔１０を有する杭基礎５を水底地盤に打ち込んでいる。これにより、撤去時の孔開け作業を省略でき、撤去が簡便となる。
但し、小孔を有していない既設の杭基礎を撤去する際は、杭基礎５の内部の土砂を排出した後、キャップ２２を取付ける前に、杭基礎５の内部に孔開け用のロボットマシンを入れるなどして、孔開け作業を行わせるようにしてもよい。
従って、上記（２）の小孔１０を形成する工程は、杭基礎５の設置前、又は、土砂を排出する工程の後になされる。

上記の実施形態では、上記（１）〜（４）の工程の他、杭基礎５を短くするために杭基礎５の上部（トランジッションピース７）を切断する工程を含み、上記（３）のキャップ２２を取付ける工程、及び、上記（４）の杭基礎５を引き抜く工程は、杭基礎５の上部を切断する工程の後になされる。
このような切断工程を入れて、引き抜く杭基礎５を短くすることで、引き抜き用のクレーン等を小型化できる利点がある。

上記実施形態では、上記（４）の杭基礎を引き抜く工程は、キャップ２２に振動装置（バイブロハンマー２６）を取付け、振動させつつ引き抜くようにしている。このようにすることで、縁切りをより確実なものとして、引き抜きを更に容易にすることができる。

上記実施形態では、撤去対象の杭基礎は、洋上風力発電設備を支持する杭基礎としたが、本発明はこれに限らず、水上構造物（洋上構造物を含む）を支持するために水底地盤に設置された中空筒状の杭基礎に適用できる。
また、上記実施形態では、中空円筒状の鋼管杭６とその上部に接続されるトランジッションピース７とからなる杭基礎について説明したが、本発明にこれに限らず、トランジッションピースを有しない杭基礎にも適用できる。
また、上記実施形態では、杭基礎は円筒状として説明したが、中空部を有しているものであれば、角筒状のものにも適用できる。
また、上記実施形態では、構造物を１本の杭基礎により支持するモノパイル方式の場合について説明したが、構造物を複数本の杭基礎（例えばトリパイル）により支持する方式において、各杭基礎を撤去する場合にも適用できる。

最後に、本発明に係る杭基礎の撤去方法において、引き抜きを補助する方法について説明する。
これは、図１０の平面図に示すように、杭基礎５（鋼管杭６）の外周部と、水底地盤との間に、複数本の補助パイプ３２を挿入する。この補助パイプ３２の上端部には圧縮空気源からのエアホースを接続し、補助パイプ３２の噴出口から圧縮空気を噴出可能とする。圧縮空気の噴出口は、補助パイプ３２の下端部に形成されるが、必要により中間部の表面に１〜複数形成される。このような補助パイプ３２を追加的に用いて、縁切りを補助することで、杭基礎５の撤去に必要な引抜き力を更に低減することができる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 風力発電設備
２ タワー
３ ナセル
４ ブレード
５ 杭基礎
６ 鋼管杭
７ トランジッションピース
８ ブラケット
９ デッキ（足場施設）
１０ 小孔
２１ グラブ
２２ キャップ
２２ａ ドーム部
２２ｂ フランジ部
２２ｃ 円筒部
２２ｄ 圧縮空気導入バルブ
２３ フランジ
２４ エアホース
２５ ワイヤ
２６ バイブロハンマー
３１ 排水パイプ
３２ 補助パイプ

Claims (7)

1. 水上構造物を支持するために水底地盤に設置された中空筒状の杭基礎の撤去方法であって、
   前記杭基礎の内部の土砂を排出する工程と、
   前記杭基礎の水底以深の地中部に位置する筒状部にその内外を連通する複数の小孔を形成する工程と、
   前記土砂が排出された前記小孔を有する前記杭基礎の頭部に閉塞用のキャップを取付ける工程と、
   前記キャップにより閉塞された前記杭基礎の内部に圧縮空気を供給して前記小孔から外部へ噴出させつつ、前記杭基礎を引き抜く工程と、
   を含むことを特徴とする、杭基礎の撤去方法。
2. 前記小孔を形成する工程は、前記杭基礎の設置前になされ、
   前記杭基礎の設置時に、前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込んでいることを特徴とする、請求項１記載の杭基礎の撤去方法。
3. 前記杭基礎を短くするために前記杭基礎の上部を切断する工程を更に含み、
   前記キャップを取付ける工程、及び、前記杭基礎を引き抜く工程は、前記杭基礎の上部を切断する工程の後になされることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の杭基礎の撤去方法。
4. 前記杭基礎を引き抜く工程は、前記キャップに振動装置を取付けて、振動させつつ引き抜くことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の杭基礎の撤去方法。
5. 前記水上構造物は、洋上風力発電設備であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の杭基礎の撤去方法。
6. 水上構造物を支持するために水底地盤に設置される杭基礎であって、
   中空筒状で、水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数有することを特徴とする、杭基礎。
7. 水上構造物を支持するための中空筒状の杭基礎の設置方法であって、
   前記杭基礎の打ち込み前に、前記杭基礎の水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数形成する工程と、
   前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込む工程と、
   を含むことを特徴とする、杭基礎の設置方法。