JP2019214900A - 刃口部貫入幅測定装置、及び、ケーソン沈設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】刃口部の地盤への貫入幅をリアルタイムに測定可能な刃口部貫入幅測定装置及びこれを利用したケーソン沈設方法を提供する。【解決手段】刃口部貫入幅測定装置１００は、センサー部１０と本体部２０とを含む。センサー部１０は、ニューマチックケーソン１の刃口部４の内周面４ａに取り付けられ且つ内周面４ａに沿って少なくとも上下方向に延在し、刃口部４が地盤Ｇに貫入すると、内周面４ａにおける地盤Ｇに貫入している部位についての刃口部先端４ｂからの高さ範囲Ｈを識別可能な識別信号Ｓを出力する。本体部２０は、センサー部１０からの識別信号Ｓに基づいて刃口部４の地盤Ｇへの貫入幅Ｂを測定する。ケーソン沈設方法は、刃口部貫入幅測定装置１００の測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで沈下させて設置する。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーソンの刃口部における地盤への貫入幅を測定する刃口部貫入幅測定装置及びケーソン沈設方法に関する。

建築構造物の基礎工事や地下構造物の築造等のための工法の一つとして、例えば、特許文献１等に開示されたケーソン沈設工法がある。この工法は、有底筒状に形成され筒底の下部に地盤掘削用の作業室を備えたニューマチックケーソンや無底筒状に形成されたオープンケーソン等のケーソン（函）を地盤上に配置し、このケーソンの周壁内側の地盤及び周壁下端の刃口部の下方地盤を掘削しつつ、その自重により又は荷重を加える等して、ケーソンを所定の深さまで徐々に沈下させて設置し、地盤中に基礎や地下構造物等を構築する工法である。

この種の工法におけるケーソンの沈設方法では、ケーソンを沈下させる力である沈下力（主にケーソンの自重）とこの沈下力に抵抗する力である地盤等からの沈下抵抗力とがバランスしている状態では、ケーソンは沈下することなく静止している。この沈下抵抗力は、主に、ケーソンの周壁の外面に作用する周面摩擦力と、ケーソンの刃口部の内周面に作用する地盤からの反力（地盤反力）とからなる。詳しくは、刃口部の内周面は刃口部先端から上方に向かうほどケーソンの中心軸側に近づくように傾斜したテーパー状に形成されており、この傾斜した内周面に、地盤からの反力が作用している。そして、ケーソンの沈設方法では、例えば、ケーソンがその刃口部を地盤内に貫入させて静止した状態で、刃口部の内周面の下方地盤の一部をケーソンの内側から掘削することにより、ケーソンに作用する地盤からの反力を適度に低減させる。その結果、沈下抵抗力が沈下力より低くなり、ケーソンが沈下し始める。

特開平１０−３７２０３号公報

ここで、この種のケーソンの沈設方法において、ケーソンの刃口部の地盤への貫入幅は、地盤からの反力がケーソンに作用する幅、つまり地盤反力の作用幅（作用面積）を表すものといえるため、ケーソン沈下の施工管理上重要なパラメーターの一つである。

本発明は、このような実状に着目してなされたものであり、刃口部の地盤への貫入幅をリアルタイムに測定可能な刃口部貫入幅測定装置、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することを目的とする。

上記課題に対して、本発明に係る刃口部貫入幅測定装置は、その一態様として、ケーソンの刃口部における傾斜した内周面に取り付けられ、当該内周面に沿って少なくとも上下方向に延在するセンサー部であって、前記ケーソンの地盤内への沈下に伴って前記刃口部が前記地盤に貫入すると、前記内周面における前記地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力するセンサー部と、前記センサー部からの前記識別信号に基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を演算して測定する本体部と、を含む。

また、本発明に係るケーソン沈設方法は、その一態様として、前記刃口部貫入幅測定装置の測定結果を利用して前記刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、前記ケーソンを前記地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する。

本発明に係る刃口部貫入幅測定装置の上記一態様によると、ケーソンの地盤内への沈下に伴ってその刃口部が地盤に貫入すると、刃口部における傾斜した内周面に取り付けられ且つ内周面に沿って少なくとも上下方向に延在するセンサー部によって、内周面における地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力し、本体部によって、センサー部からの識別信号に基づいて刃口部の地盤への貫入幅を演算して測定している。これにより、ケーソンの沈設の際に、刃口部の地盤への貫入幅の測定結果を常時取得できるため、ケーソンの刃口部の内周面における地盤からの反力の作用する作用幅（作用面積）を簡易な構造（構成）によりリアルタイムにモニタリングできる。そして、この貫入幅の測定結果に基づいて、地盤からの反力の合計をリアルタイムに推定するなどすることにより、ケーソン沈下の施工管理をより確実且つ安全に行うことができる。

本発明に係るケーソン沈設方法の上記一態様によると、前記刃口部貫入幅測定装置の測定結果を利用して刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、ケーソンを地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する構成である。したがって、例えば、刃口部貫入幅測定装置により得られた刃口部の地盤への貫入幅の測定結果に基づいて現時点における地盤からの反力の合計をリアルタイムに推定し、主にこの推定した地盤からの反力の合計とケーソンの周壁に作用する周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力（主にケーソンの自重）よりも適度に低くなるように、刃口部の下方地盤の掘削量を調整して、ケーソンの沈下を開始させることができる。その結果、ケーソンを地盤の地表面側から所定深さまで、安全に沈下させて設置させることができる。

このようにして、刃口部の地盤への貫入幅を測定可能な刃口部貫入幅測定装置、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る刃口部貫入幅測定装置の概略構成及び刃口部貫入幅測定装置の測定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための概念図である。 図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。 前記刃口部貫入幅測定装置の概略構成を説明するための概念図である。 前記刃口部貫入幅測定装置のセンサー部を含む要部拡大断面図の一例である。 前記刃口部貫入幅測定装置の測定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための別の概念図である。 前記センサー部の変形例を説明するための要部拡大断面図である。 前記センサー部の別の変形例を説明するための要部拡大断面図である。

以下、添付図面参照して、本発明に係る刃口部貫入幅測定装置及びケーソン沈設方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る刃口部貫入幅測定装置１００の概略構成及び刃口部貫入幅測定装置１００の測定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための概念図である。図２は図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。本実施形態においては、ケーソンとしてニューマチックケーソン１を利用し、このニューマチックケーソン１を沈設させて橋脚等の基礎を構築するケーソン沈設工法に、本発明に係る刃口部貫入幅測定装置１００の測定結果を利用したケーソン沈設方法を適用した場合について、以下に説明する。

まず、ニューマチックケーソン１の概略の構造等について説明する。

ニューマチックケーソン１は、円筒、角筒等の所定の断面形状を有し、筒形状をなして上下方向に延びる周壁２を有するものである。本実施形態では、ニューマチックケーソン１は、全体として、概ね円筒形状であり、鉛直方向に所定個数に分割されており、下から順に、ケーソン基部３と、図示省略したケーソン中間部と、同じく図示省略したケーソン頂部とにより構成される。図１では、ニューマチックケーソン１の構築途中の状態が示されている。詳しくは、ニューマチックケーソン１のうちのケーソン基部３の大半が地盤Ｇ内に沈下して静止している状態が示されている。

周壁２は、ケーソン基部３、前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部の外周壁からなる。例えば、前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部は、それぞれケーソン基部３の最大外径より若干小さい外径を有して形成される。

ケーソン基部３は、ニューマチックケーソン１の最下端部を構成するものであり、円筒部３ａと隔壁部３ｂとからなる。

円筒部３ａは、円筒状に形成され上下方向に延び、ニューマチックケーソン１の周壁２の下端部を構成する。円筒部３ａの径方向内側の内部空間は、隔壁部３ｂにより上下方向に二分されており、下側の空間が地盤掘削用の後述する作業室Ｒを構成する。円筒部３ａの下端部は、刃口部４を構成する。刃口部４は、図１に示すように、ケーソン沈下時に地盤Ｇ（詳しくは、後述する下方地盤Ｇ２）に貫入する部位であり、概ね円筒状に形成されている。刃口部４の内周面４ａは、刃口部先端４ｂから上方（言い換えると、隔壁部３ｂ側）に向かうほどニューマチックケーソン１の中心軸Ｚ側に近づくように傾斜したテーパー状に形成されている。詳しくは、刃口部４の最下端部における内周面４ａの傾斜角（つまり、中心軸Ｚに対する内周面４ａの傾斜角）は、例えば、その上側の内周面４ａにおける前記傾斜角よりも大きくなるように設定されている。

また、円筒部３ａは、具体的には、その上端側の外径が下端側の外径よりも若干小さくなるように、段付き状の外周面を有して形成されている。前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部の外周壁は、円筒部３ａにおける上端側の外径に合せた外径で形成されている。なお、円筒部３ａの外周面は段付き状に限らず、同一外径を有していてもよい。この場合、ニューマチックケーソン１に対する沈下抵抗力の一部を構成する円筒部３ａ（周壁２）に作用する周面摩擦力は段付き状の場合よりも大きくなる。

作業室Ｒは、作業員や後述する掘削機５等により地盤を掘削するための地盤掘削用の空間であり、刃口部４の内周面４ａと隔壁部３ｂとにより区画されている。作業室Ｒ内には外部から空気等が供給されており、作業室Ｒ内は圧気状態になっている。これにより、地盤から作業室Ｒ内への地下水、泥及びガス等の流入を抑制又は防止して、掘削作業の安全及び効率化を図っている。なお、この作業室Ｒ内の圧気により生じる揚圧力はニューマチックケーソン１の沈下力に抗する沈下抵抗力の一部を構成する。

隔壁部３ｂは、前述したように、円筒部３ａの径方向内側の内部空間を上下方向に二分し、作業室Ｒの天井壁となる部位である。本実施形態では、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面（下面）には、掘削機５の走行ガイド用のガイドレール６が取り付けられている。掘削機５は、地盤Ｇのうちの、刃口部４の内側の地盤Ｇ１や、刃口部４の下方に位置する下方地盤Ｇ２を掘削するものであり、例えば、作業室Ｒ外からの遠隔操作により、ガイドレール６に沿って走行して掘削対象領域の近傍まで移動し、地盤Ｇ１及び下方地盤Ｇ２を掘削可能に構成されている。なお、刃口部４の内側の地盤Ｇ１と下方地盤Ｇ２との境は厳密に区分けされるものではない。また、図示省略したが、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面には、作業室Ｒ内を監視するための撮像カメラが取り付けられている。掘削機５の操作者等は、地上側で、例えば、この撮像カメラにより撮像された画像をモニタリングしながら、掘削機５を遠隔操作する。

また、隔壁部３ｂには、貫通孔３ｂ１がガイドレール６と干渉しない位置に開口されている。この貫通孔３ｂ１は、ケーソン沈設施工時に隔壁部３ｂの上側の壁面に設置される筒状のマンロック７及びマテリアルロック８の内部空間と作業室Ｒとの間を連通する。図１では、マンロック７の内部空間との連通用の貫通孔３ｂ１と、マテリアルロック８の内部空間との連通用の貫通孔３ｂ１が示されている。図示省略したが、作業室Ｒの圧気用の配管及び作業室Ｒ内のガスモニタリング用等の貫通孔がそれぞれ、適宜の位置に形成されている。なお、マンロック７には、上方開口部から下方開口部を経て作業室Ｒまで到達する階段が形成されており、この階段を通って、作業員が作業室Ｒ内に入室可能とされている。また、マンロック７には、途中に減圧室が設けられており、作業員は圧気された作業室Ｒでの作業終了後、この減圧室を経由して地上側に退出可能になっている。そして、マテリアルロック８は、作業室Ｒにおいて掘削した土砂をクレーン等によって排出する際等に利用される。

ここで、ケーソン沈設施工の際に、ケーソン基部３の刃口部４は、図１に示すように、下方地盤Ｇ２に貫入する。この刃口部４の内周面４ａは傾斜しているため、刃口部４における下方地盤Ｇ２へ貫入している幅である貫入幅Ｂは、刃口部４の下方地盤Ｇ２への貫入深さが深くなるほど（言い換えると後述する高さ範囲Ｈが高くなるほど）広くなる。貫入幅Ｂとは、詳しくは、刃口部４のうち下方地盤Ｇ２に接触している内周面４ａについての水平方向（つまり、ニューマチックケーソン１の中心軸Ｚと直交する方向）の幅をいう。また、貫入幅Ｂは、下方地盤Ｇ２からの反力がケーソン基部３に作用する幅、つまり沈下抵抗力の一部を構成する地盤反力の作用幅（作用面積）を表すものともいえ、その意味においてケーソン沈下の施工管理上重要なパラメーターの一つである。貫入幅Ｂが狭くなるほど、刃口部４に作用する地盤反力の合計が小さくなり、沈下抵抗力が小さくなる。

次に、刃口部貫入幅測定装置１００について、図１から図４を参照して説明する。図３は刃口部貫入幅測定装置１００の概略構成を説明するための概念図であり、図４は刃口部貫入幅測定装置１００の要部拡大断面図の一例である。

刃口部貫入幅測定装置１００は、ニューマチックケーソン１の沈設施工の際における刃口部４の地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）への貫入幅Ｂを測定する装置であり、図１及び図３に示すように、センサー部１０と本体部２０とを含んで構成されている。

センサー部１０は、図１に示すように、ニューマチックケーソン１の刃口部４における傾斜した内周面４ａに取り付けられ、内周面４ａに沿って少なくとも上下方向に延在している。そして、センサー部１０は、図１に示すようにニューマチックケーソン１の地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）内への沈下に伴って刃口部４が地盤Ｇに貫入すると、内周面４ａにおける地盤Ｇに貫入している部位についての刃口部先端４ｂからの高さ範囲Ｈを識別可能な識別信号Ｓを出力するものである。

本実施形態では、センサー部１０は、図２に示すように、内周面４ａの周方向に離間した複数の箇所（図では１２箇所）にそれぞれ設けられる。具体的には、センサー部１０は、内周面４ａの周方向（つまり中心軸Ｚ回り）に等角度ピッチで配置されている。また、各センサー部１０は、それぞれ、内周面４ａに形成された凹溝内に埋め込まれ、内周面４ａから作業室Ｒ側に突出しないように取り付けられている。そして、前記凹溝内に埋め込まれた状態の各センサー部１０は、内周面４ａと面一な感知面を有し、それぞれ識別信号Ｓを出力する。より具体的には、センサー部１０は、２段階に傾斜した内周面４ａのうち、刃口部先端４ｂの部位を避けた上側の部位に取り付けられている。

本実施形態では、各センサー部１０は、それぞれ、内周面４ａに作用する地盤Ｇからの圧力に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する圧力センサー群１１からなるものである。圧力センサー群１１は、例えば、複数の素子からなり、各素子はそれぞれ圧力に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する。圧力センサー群１１としては、具体的には、複数の圧電素子が上下方向の一方向に間隔を空けて一列に配置されて一体に形成されたセンサアレイからなるものとして以下説明する。なお、圧力センサー群１１は、前記センサアレイに限らず、複数の圧電素子が上下方向及び周方向に間隔を空けて平面的（二次元的）にアレイ配置されて一体に形成された面圧センサー等の適宜のセンサーを用いることができる。

例えば、図４に示すように、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入しているとする。この状態において、圧力センサー群１１における前記複数の圧電素子のうち下方地盤Ｇ２に貫入して下方地盤Ｇ２（堀残し残土）に接触している素子（以下では、これらの素子をそれぞれ適宜に接触素子という）には、下方地盤Ｇ２からの反力が作用する。そのため、これらの接触素子は、地盤反力に応じた信号を識別信号Ｓとしてそれぞれ出力する。一方、圧力センサー群１１における前記複数の圧電素子のうち作業室Ｒに露出している素子（以下では、これらの素子をそれぞれ適宜に露出素子という）には、下方地盤Ｇ２からの反力は作用していない。そのため、これらの露出素子は、圧力ゼロを示す基準レベルの信号を識別信号Ｓとして出力する。したがって、圧力センサー群１１における複数の圧電素子のそれぞれから出力される識別信号Ｓの信号レベル（例えば電圧値）の大きさは、前記接触素子と前記露出素子との間において急激に変化しており、前記露出素子からの信号レベルの大きさが前記接触素子からの信号レベルの大きさよりも急激に下がることになる。

本体部２０は、センサー部１０からの識別信号Ｓに基づいて、刃口部４の地盤Ｇへの貫入幅Ｂを演算して測定するものであり、メモリ等からなる記憶部とＣＰＵ等からなる演算部とを含んで構成される。本体部２０には、各圧力センサー群１１における複数の圧電素子のそれぞれからの識別信号Ｓが一つの圧力センサー群１１毎に常時入力される。

本体部２０の前記記憶部には、ニューマチックケーソン１の寸法等の構造データや各圧力センサー群１１の取り付け位置を特定可能なデータ等が記憶されている。詳しくは、前記記憶部には、圧力センサー群１１の取り付け位置のデータとして、一つの圧力センサー群１１毎に、内周面４ａにおける中心軸Ｚ回りの取り付け角度データと、複数の圧電素子それぞれについての刃口部先端４ｂを基準とした中心軸Ｚの延伸方向の高さ位置の座標データとが記憶されている。そして、各識別信号Ｓは、どの取り付け角度位置の圧力センサー群１１におけるどの高さ位置の圧電素子からの信号であるのかを判別可能に、本体部２０に入力される。

本体部２０の前記演算部は、一つの圧力センサー群１１毎に貫入幅Ｂを演算して測定する。前記演算部は、例えば、圧力センサー群１１から常時入力される識別信号Ｓを所定サンプリング時間毎にサンプリングする。そして、前記演算部は、このサンプリングデータに基づいて、圧力センサー群１１の取り付け角度位置における貫入幅Ｂを、各圧力センサー群１１について同時並行的に、サンプリング時間毎に演算する。

例えば、図４に示す所定角度位置に取り付けられた一つの圧力センサー群１１からの識別信号Ｓに基づく貫入幅Ｂの演算について説明すると、前記演算部には、圧力センサー群１１における複数の圧電素子のうちの下側の複数の前記接触素子から地盤反力に応じた信号レベルの識別信号Ｓが入力されると共に、これら複数の前記接触素子の上方の複数の前記露出素子から圧力ゼロを示す基準レベルの識別信号Ｓが入力される。そして、前記演算部は、例えば、入力された各識別信号Ｓについてのサンプリングデータに基づいて、複数の圧電素子のうち予め定めた所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があるか否かを判定する。図４に示す状態では、前記演算部は、複数の前記接触素子と複数の前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。そして、前記演算部は、例えば、複数の前記接触素子のうちの高さ位置の座標データが一番大きい前記接触素子としての圧電素子の座標データと内周面４ａの傾斜角度のデータとを前記記憶部から読み出し、この傾斜角度のデータと座標データとから貫入幅Ｂを演算し、図４に示す所定角度位置における貫入幅Ｂの測定結果として出力する。この演算は各圧力センサー群１１について同時並行的に、サンプリング時間毎に実行され、図１に示すように、ケーソン基部３が傾くことなく沈下していると、各圧力センサー群１１についての貫入幅Ｂの測定結果は略等しい値となる。その結果、刃口部４の貫入幅Ｂが図２に示すように内周面４ａの周方向に亘って略等しい状態を示す測定結果を得ることができる。

ここで、ケーソン沈設施工の際に、ケーソン基部３の上部に沈設深さに応じた所定個数の前記ケーソン中間部が鉛直方向に順次積み重ねて構築されると、ケーソン基部３が前記ケーソン中間部と共に地盤Ｇ内に沈下する。そして、さらに、前記ケーソン中間部の最上部に前記ケーソン頂部が積み重ねられると、ケーソン基部３が前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部と共に地盤Ｇ内に沈下する。これにより、地表面側から所定の沈設深さまで延びるニューマチックケーソン１が地盤Ｇ内に構築される。そして、ニューマチックケーソン１の上部（つまり、前記ケーソン頂部）に、橋脚等が設置されることになる。詳しくは、作業室Ｒにおける内側の地盤Ｇ１及び下方地盤Ｇ２の掘削とこの掘削によるケーソン沈下とが、ニューマチックケーソン１の沈設深さまで順次繰り返される。つまり、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入して静止している状態において、作業室Ｒ内にて下方地盤Ｇ２等が掘削されて沈下抵抗力が沈下力より低くなると、ケーソン基部３は沈下し始め、予測される所定量だけ沈下したところで静止する。その後、再び掘削を行って所定量だけ沈下させ、これを複数回繰り返すと共に、途中で前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部を順次積み重ねていく。

また、ケーソン沈設施工における掘削の際に、刃口部４の内周面４ａに接触している下方地盤Ｇ２を制限なく掘削すると、沈下抵抗力が急激に低下し、ケーソン基部３を意図せず沈下させたり予定以上の深さまで沈下（過沈下）させたりしてしまう可能性がある。そのため、ケーソン沈下を安全に開始又は再開させるためには、掘削後においても刃口部４の内周面４ａには、下方地盤Ｇ２の一部を適度に残して接触させる必要がある。したがって、刃口部４の下方地盤Ｇ２への現時点における貫入幅Ｂは、現時点における内周面４ａの下方に残されて接触している堀残し残土幅、言い換えると、地盤からの反力の大きさを把握可能なパラメーターでもある。この意味において、貫入幅Ｂは、刃口部４の下方地盤Ｇ２をあとどの程度掘削可能であるかについて、その掘削量等を定める際に有用な情報となる。前記堀残し残土は、下方地盤Ｇ２そのものであり、作業室Ｒ内において刃口部４の内周面４ａの全周に亘って接触して、刃口部４の内周面４ａの下方に存在する概ね環状の残土である。

次に、本発明に係るケーソン沈設方法の一実施形態を、ケーソンとしてニューマチックケーソン１を用いた場合について、図１及び図５を参照して説明する。図５は、本実施形態のケーソン沈設方法を説明するための刃口部４の拡大図の一例である。

前述したように、ケーソン沈設施工では、掘削と沈下が繰り返される。つまり、ケーソン基部３の沈下が停止して、ケーソン基部３が静止している場合に、その後、次の沈下を再開させるためには、再度、下方地盤Ｇ２を掘削する必要がある。そして、この掘削は適度な掘削量等で行う必要がある。

そのため、本実施形態におけるケーソン沈設方法では、前述した刃口部貫入幅測定装置１００の測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで沈下させて設置するように構成される。

具体的には、図５に示すように、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入して、ケーソン基部３が静止している状態で、刃口部貫入幅測定装置１００によって、現時点における貫入幅Ｂの測定結果を取得する。そして、この得られた貫入幅Ｂにより、現時点におけるケーソン基部３（刃口部４）に作用する地盤反力の作用幅が分かるため、刃口部４に作用する地盤反力の合計を推定できる。そして、主にこの推定した地盤反力の合計と予め推定可能な周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力よりも適度に低くなるような、刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を決定する。そして、決定した掘削量に応じて下方地盤Ｇ２（堀残し残土）における作業室Ｒ側に露出する法面を刃口部４の内周面４ａ側に向って掘削する。図５に網掛けされた領域が掘削領域である。図５に示す二点鎖線で示した部分が、掘削後の下方地盤Ｇ２の（堀残し残土）の法面である。この掘削後の貫入幅Ｂは掘削前の貫入幅Ｂよりも適度に狭くなっているため、沈下抵抗力が適度に低くなり、沈下がゆっくりと再開する。そして、この沈下中においても貫入幅Ｂの測定は継続され、沈下に伴い貫入幅Ｂは大きくなり、予測される所定量だけ沈下したところで沈下が再び停止する。これを複数回繰り返すと共に、途中で前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部を順次積み重ねることにより、地表面側から所定の沈設深さまで延びるニューマチックケーソン１を地盤Ｇ内に構築する。

また、この沈設施工の際に、ケーソン基部３を略鉛直方向に沈下させることが求められる。そのため、下方地盤Ｇ２の掘削量（言い換えると堀残し残土幅）が内周面４ａの周方向に亘って略均一になるように、下方地盤Ｇ２の一部が掘削される。この掘削により、ケーソン基部３が傾斜せずに略鉛直方向に沈下し、刃口部４の貫入幅Ｂは、図２に示すように、内周面４ａの周方向に亘って略等しくなっている。

かかる本実施形態による刃口部貫入幅測定装置１００によれば、ニューマチックケーソン１の地盤Ｇ内への沈下に伴ってその刃口部４が地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）に貫入すると、刃口部４における傾斜した内周面４ａに取り付けられ且つ内周面４ａに沿って少なくとも上下方向に延在するセンサー部１０によって、内周面４ａにおける地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）に貫入している部位についての刃口部先端４ｂからの高さ範囲Ｈを識別可能な識別信号Ｓを出力し、本体部２０によって、センサー部１０からの識別信号Ｓに基づいて刃口部４の貫入幅Ｂを演算して測定している。これにより、ケーソン沈設の際に、刃口部４の貫入幅Ｂの測定結果を常時取得できるため、刃口部４の内周面４ａにおける地盤反力の作用する作用幅（作用面積）を簡易な構造（構成）によりリアルタイムにモニタリングできる。そして、この貫入幅Ｂの測定結果に基づいて、地盤反力の合計をリアルタイムに推定するなどすることにより、ケーソン沈下の施工管理をより確実且つ安全に行うことができる。

また、かかる本実施形態によるケーソン沈設方法によれば、刃口部貫入幅測定装置１００の測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで沈下させて設置する構成である。したがって、例えば、刃口部貫入幅測定装置１００により得られた貫入幅Ｂの測定結果に基づいて現時点における地盤反力の合計をリアルタイムに推定し、主にこの推定した地盤反力の合計と周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力よりも適度に低くなるように、刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整して、ケーソン沈下を開始させることができる。その結果、ニューマチックケーソン１を地盤の地表面側から所定深さまで、安全に沈下させて設置させることができる。

このようにして、刃口部４の貫入幅Ｂを測定可能な刃口部貫入幅測定装置１００、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することができる。

また、本実施形態では、センサー部１０は、内周面４ａの周方向に離間した複数の箇所にそれぞれ設けられるものとした。これにより、貫入幅Ｂについて周方向に離間した複数の箇所でモニタリングすることができ、例えば、傾斜せずに沈下しているか否かをより確実に確認することができる。

なお、本実施形態では、複数のセンサー部１０は、それぞれ圧力センサー群１１からなるもの、つまり、一種類のセンサーからなるものとしたが、これに限らず、図６及び図７に示すように、複数の種類のセンサーの組み合せからなるものとしてもよい。

例えば、図６に示すように、センサー部１０は、圧力センサー群１１と、照度に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する照度センサー群１２との組み合わせからなるものとしてもよい。照度センサー群１２は、圧力センサー群１１における複数の前記圧電素子に替って複数の照度検知素子１２ａを配置させたものである。この場合、例えば、図６に示すように、圧力センサー群１１を、内周面４ａにおける上下方向についての下側部位に設け、照度センサー群１２を、内周面４ａにおける上下方向についての上側部位に設けるとよい。具体的には、圧力センサー群１１と照度センサー群１２とを一列に並べて全体として上下方向に延伸するように配置する。そして、圧力センサー群１１における複数の圧電素子間での信号レベルの大きさの変化についての前記閾値とは別に、照度センサー群１２における複数の照度検知素子間での信号レベルの大きさの変化についての閾値を設定すればよい。つまり、刃口部４の下方地盤Ｇ２（堀残し残土）への貫入が内周面４ａのうち圧力センサー群１１の取り付け位置で止まっている場合には、前記演算部は、複数の圧電素子のうちの前記接触素子と前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。仮に、図６に示すように、刃口部４の下方地盤Ｇ２（堀残し残土）への貫入が内周面４ａのうち照度センサー群１２の取り付け位置にまで及んでいる場合には、前記演算部は、複数の照度検知素子のうちの前記接触素子と前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。これにより、地盤反力が常に作用し得る内周面４ａの下側部位では、圧力センサー群１１により地盤反力の変化を確実に検知し、地盤反力が作用する可能性が低い一方で照明のもと一定の照度のある作業室Ｒに露出する可能性の高い内周面４ａの上側部位では、照度センサー群１２により照度変化を確実に検知することで、貫入幅Ｂを確実に測定できる。

また、図７に示すように、センサー部１０は、圧力センサー群１１と、温度に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する温度センサー群１３との組み合わせからなるものとしてもよい。温度センサー群１３は、圧力センサー群１１における複数の前記圧電素子に替って複数の温度検知素子１３ａを配置させたものである。この場合も、例えば、図７に示すように、温度センサー群１３を、内周面４ａにおける上下方向についての上側部位に設け、圧力センサー群１１と温度センサー群１３とを一列に並べて全体として上下方向に延伸するように配置するとよい。そして、圧力センサー群１１における前記閾値とは別に、温度センサー群１３における複数の温度検知素子間での信号レベルの大きさの変化についての閾値を設定すればよい。これにより、地盤反力が常に作用し得る内周面４ａの下側部位では、圧力センサー群１１により地盤反力の変化を確実に検知し、地盤反力が作用する可能性が低い一方で作業室Ｒに露出して地盤Ｇ内よりも比較的低い温度を検知し得る内周面４ａの上側部位では、温度センサー群１３により温度変化を確実に検知することで、貫入幅Ｂを確実に測定できる。

また、図６や図７では、内周面４ａの周方向に離間した複数の箇所にそれぞれ設けられセンサー部１０のそれぞれが二種類のセンサーの組み合わせからなるものとしたが、これに限らず、内周面４ａの周方向に、圧力センサー群１１と照度センサー群１２とを交互に設けたり、圧力センサー群１１と温度センサー群１３とを交互に設けたりしてもよい。また、全てのセンサー部１０を、照度センサー群１２としてもよいし、温度センサー群１３としてもよい。また、センサー部１０は、上下方向に延在するものとしたが、これに限らず、例えば、内周面４ａの全周に亘って設けてもよい。この場合、例えば、センサー部１０として面圧センサーを内周面４ａの全周に貼り付ける等して敷設するとよい。また、センサー部１０は、複数の箇所に設けるものとしたが、これに限らず、内周面４ａの周方向の所定の角度の一箇所だけに設ける構成としてもよい。

また、上記説明では、ニューマチックケーソン１を橋脚の基礎としたが、ニューマチックケーソン１は、橋脚に限らず他の建築構造物の基礎として用いることができる。また、ニューマチックケーソン１は、建築構造物の基礎に限らず、地下構造物として用いることもできる。また、ケーソンとして、ニューマチックケーソン１を利用した場合で説明したが、ケーソンの種類は、これに限らず、隔壁部３ｂの無い筒からなる一般的なオープンケーソンであってもよい。また、ケーソンは、円筒状のみでなく、角筒状等のあらゆる形状を適用することができる。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。

１…ニューマチックケーソン（ケーソン）
４…刃口部
４ａ…内周面
４ｂ…刃口部先端
１０…センサー部
１１…圧力センサー群
１２…照度センサー群
１３…温度センサー群
２０…本体部
１００…刃口部貫入幅測定装置
Ｂ…貫入幅
Ｇ…地盤
Ｇ２…下方地盤
Ｈ…高さ範囲
Ｓ…識別信号

Claims (7)

1. ケーソンの刃口部における傾斜した内周面に取り付けられ、当該内周面に沿って少なくとも上下方向に延在するセンサー部であって、前記ケーソンの地盤内への沈下に伴って前記刃口部が前記地盤に貫入すると、前記内周面における前記地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力するセンサー部と、
   前記センサー部からの前記識別信号に基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を演算して測定する本体部と、
   を含む、刃口部貫入幅測定装置。
2. 前記センサー部は、前記内周面の周方向に離間した複数の箇所にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の刃口部貫入幅測定装置。
3. 前記センサー部は、前記内周面に作用する前記地盤からの圧力に応じた信号を前記識別信号として出力する圧力センサー群、照度に応じた信号を前記識別信号として出力する照度センサー群、及び、温度に応じた信号を前記識別信号として出力する温度センサー群のうちの少なくとも一つを含む、請求項１又は２に記載の刃口部貫入幅測定装置。
4. 前記センサー部は、前記内周面に作用する前記地盤からの圧力に応じた信号を前記識別信号として出力する圧力センサー群、照度に応じた信号を前記識別信号として出力する照度センサー群、及び、温度に応じた信号を前記識別信号として出力する温度センサー群のうちの少なくとも二つを含む、請求項１又は２に記載の刃口部貫入幅測定装置。
5. 前記センサー部は、前記圧力センサー群と前記照度センサー群とを含んで構成され、
   前記圧力センサー群は、前記内周面における上下方向についての下側部位に設けられ、
   前記照度センサー群は、前記内周面における上下方向についての上側部位に設けられている、請求項４に記載の刃口部貫入幅測定装置。
6. 前記センサー部は、前記圧力センサー群と前記温度センサー群とを含んで構成され、
   前記圧力センサー群は、前記内周面における上下方向についての下側部位に設けられ、
   前記温度センサー群は、前記内周面における上下方向についての上側部位に設けられている、請求項４に記載の刃口部貫入幅測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の前記刃口部貫入幅測定装置の測定結果を利用して前記刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、前記ケーソンを前記地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する、ケーソン沈設方法。