JP2020007744A - 鋼製セル構造物およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】建設重機を省力化して、製作ヤードを不要とし、経済性および施工性に優れ、構造的にも安定した鋼製セル構造物、および鋼製セル構造物の施工方法を提供する。【解決手段】内部に中詰材を充填してなる円筒状の鋼製セル構造物１で、鋼製セル１ａを水平断面が弧状のアーク部材とアーク部材どうしを連結する継手部材４とで構成する。アーク部材として、鋼製セル構造物１の前面側および背面側の外殻を構成する外部アーク部材２と鋼製セル構造物の内部を仕切る内部アーク部材３とを用い、前面側と背面側の外部アーク部材２と内部アーク部材３とで形成される円筒状の鋼製セル１ａが、隣り合う円筒状の鋼板セル１ａどうしの間で互いにオーバーラップしている。オーバーラップさせた部分が隣り合う円筒状の鋼製セル１ａを構成する隣り合う内部アーク部材３に挟まれた閉空間（小島部５ａ）となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、護岸、ドルフィン、係船岸などの海洋・港湾構造物あるいは砂防ダムなどの陸上構造物に使用される鋼製セル構造物およびその施工方法に関するものである。

一般的な鋼製セルは、主に鋼板セルと鋼矢板セルとがあり、鋼板セルは円筒体のセルとそれをつなぐ円弧状のアークからなる鋼製外殻に土砂を中詰めして構成される壁体で、あらかじめ一体化されたセルを海底の地盤中に打ち込んで中詰めする根入れ式鋼板セルと、海底地盤状にセルを設置して中詰めを施す置き鋼板セルがあり、岸壁や護岸構造に用いられている。その他、砂防ダムなどにも用いられている。また、鋼矢板セルは、直線型鋼矢板を円形または円弧状に組立てて外殻を構成するものである。

中詰め土圧に対しては、外殻の鋼板が引っ張り力で抵抗する合理的な構造であるため、経済性の高い構造であるが、セル体が非常に大きいため、分割された部材からなる鋼製セルに関する発明が種々なされており、例えば特許文献１〜５に開示された発明がある。

特許文献１には、複数の鋼製部材を周方向に連設させた鋼製セルが記載されている。材軸方向に連結するための縦継部が各々に掲載された５枚以上の鋼製部材を備え、その鋼製部材は、周方向で所定の箇所に連続して設けられており、各々の縦継部が材軸方向の位置をすべて異ならせて配置されている。

特許文献２には、上下に分割された鋼板セル・アークの設置工法が記載されている。第１セルを形成する筒状の第１銅板を胴軸心方向に沿って地盤中に打ち込み、第１セルの上方から第２セルを吊り下ろし、第１銅板の上端部で内周面または外周面に取り付けられた接続部材に、第２セルを形成する筒状の第２銅板を嵌め合わせて、第１セル上に第２セルを接続し、第１銅板の上端部と第２銅板の下端部とを周方向溶接により接合する。

特許文献３には、円筒状鋼板セルが、円筒軸方向に延長する分割を有する複数の鋼板セル構成ユニットと、隣り合う鋼板セル構成ユニットの対向部分に設けられて円筒軸方向に延長している嵌合継手とにより構成されている。

特許文献４には、複数枚の鋼矢板セグメントの端部を集合して連結し鋼矢板セル構造物を構築するための鋼矢板セル構造物用のセグメント継手が記載されている。

特許文献５には、ガイドパイルとエレメントセルからなる多角形筒状セルが記載されている。左右の側面に継手を有するガイドパイルが、構築するセルの外周に沿って所定の間隔で水底地盤に打設され、側面に継手を備えた幅広の平板状鋼板からなるエレメントセルがガイドパネル間に継手を係合されて水底地盤に打設される。

特開２０１７−０６１７８０号公報 特許第５７６９６０８号公報 実開昭６０−０９１６２３号公報 特開２００１−１５２４４１号公報 特開平１０−０５４０１８号公報

港湾の施設の技術上の基準・同解説、日本社団法人日本港湾協会、平成１１年４月、下巻、pp.718、726、729 才村幸生・森本清洋・高瀬幸紀、根入れ式鋼板セル中詰土の現場計測結果、土木学会第３６回年次学術講演会講演概要集、第3部、pp.562−563、1981

従来の鋼製セルは、従来の鋼製セルは、海底に打込む前に円筒に組み立てるため、大規模な製作ヤードが必要であり、運搬や打込みには大型の建設重機を使用しなければならない。セル体は求められる壁高さに応じて直径も非常に大きくなるため、これを組み立て、ストックしておくために広大な敷地と巨大な重機が必要になる欠点も持っている。

施工時の波浪などに対しては、鋼殻構造のみでは抵抗できない薄肉鋼殻であるため、安定性を確保するためには円形セル鋼殻を地中に打ち込むあるいは埋め込んで、早期に中詰めをすることが必要である。ただし、円形セルは巨大なため、中詰めを一気にすることも困難である。

特許文献１〜５には、鋼製セルの製作過程あるいは運搬における種々の分割形態が示されているが、現場に施工される鋼製セル構造物の形態としては円筒状の鋼製セルと鋼製セルどうしをつなぐアークとから構成され、特に鋼製セル内部の中詰めにおいては一回の中詰め量が膨大で、鋼製セルが中詰め材から受ける土圧も非常に大きなものとなる。

非特許文献１には、鋼製セルの肉厚はセル殻に作用する最大水平方向張力などに基づいて決定すべきことが述べられており、一方、アークに生じる最大水平方向張力の算定において、セルの中心間隔とセル直径の比が１．５以下なら、アーク部の中詰土圧係数はセル本体の１／２とすればよいことが述べられている。

本発明は、上述のような背景のもと、建設重機を省力化して、製作ヤードを不要とし、経済性および施工性に優れ、構造的にも安定した鋼製セル構造物、および鋼製セル構造物の施工方法を提供することを目的としたものである。

本発明は、内部に中詰材を充填してなる円筒状の鋼製セル構造物において、前記鋼製セルを水平断面が弧状のアーク部材と前記アーク部材どうしを連結する継手部材とで構成し、前記アーク部材として前記鋼製セル構造物の前面側および背面側の外殻を構成する外部アーク部材と前記鋼製セル構造物の内部を仕切る内部アーク部材とを用い、前記前面側と背面側の外部アーク部材と前記内部アーク部材とで形成される円筒状の鋼製セルが、隣り合う円筒状の鋼板セルどうしの間で互いにオーバーラップしており、オーバーラップさせた部分が隣り合う円筒状の鋼製セルを構成する隣り合う内部アーク部材に挟まれた閉空間となっていることを特徴とするものである。

本発明の鋼製セル構造物では、巨大なセルを作り上げるために、外部アーク部材と内部アーク部材を組み合せ、弧状のアーク部材と継手部材だけで円筒状の鋼製セルを構成し、この鋼製セルを隣り合う円筒状の鋼製セルについてオーバーラップさせた形態とし、かつ内部が内部アーク部材で仕切られることで円筒に作用する土圧を低減する構造となっている。

すなわち、従来のセル構造物においても、上述した非特許文献１の記載にあるように、円筒状のセル本体に対し、アーク部については、セル本体の中心間隔とセル直径の比が１．５以下であれば、中詰土圧係数はセル本体の１／２とすればよいとされているが、本発明の構造においてはオーバーラップさせた部分について円筒の内部が内部アーク部材で仕切られるため、円筒部分に作用する土圧自体が低減されることになる。

また、アーク部材と継手部材だけであれば、製作に必要な重機もそれほど大きくなくて済むうえ、アーク部材は段積も可能なのでストックに広大な敷地を必要とせず、輸送もしやすい。さらに、従来行なっていた溶接作業が不要となり、急速施工が可能である。

外部アーク部材および内部アーク部材は、弧状鋼板を主体とするものであるが、従来の鋼製セルあるいはアークと同様に補剛リブを設け、構造的に安定した経済的な構造とすることができる。また、従来のアークと同様、弧状鋼板の両端に継手部を形成しておくことで、アーク部材どうしを連結する継手部材に直接連結することができる。

本発明の鋼製セル構造物では、継手部材を介して、外部アーク部材および内部アーク部材を順次連結して行き、内部に中詰め材を充填することによって、護岸、岸壁などとしての鋼板セル構造物が構築される。

このとき、外部アーク部材および内部アーク部材に囲まれた部分に、順次、中詰め材を充填しながら、次のアーク部材を連結して行くことで、構造的に常に安定した状態で施工を進めることができる。

本発明の鋼製セル構造物の施工方法は、上述のような本発明の鋼製セル構造物の施工手順に関するものであり、
（１）鋼製セルの設置位置に継手部材を複数先行して設置固定する工程と、
（２）継手部材間に外部アーク部材および内部アーク部材を順次連結しながら設置する工程と、
（３）外部アーク部材および内部アーク部材で区画された空間に、順次中詰材を充填する工程と、
を順次繰り返すことを特徴とするものである。

施工においては、継手部材がアーク部材に対するガイド部材の役目をするため、継手部材を先に根入れし、もしくは置いた状態で、弧長を調整した各アーク部材を順次差し込んでいけばよい。

（３）の外部アーク部材および内部アーク部材で区画された空間に、順次中詰材を充填する工程に関しては、鋼板セル構造物の一方向に、順次、充填する方法と、円筒状の鋼製セルをオーバーラップさせた部分の内部アーク部材で挟まれた閉空間に先行して中詰材を充填して小島部を形成し、その後に両側の小島部で挟まれる空間に充填する方法とが考えられる。

前者の場合、一方向に順次充填していくため工程が煩雑にならないという利点があり、後者のオーバーラップさせた部分に先行して充填する場合、小島部の充填は中詰材の量が少ないため、早期に構造体の安定が図れるという利点がある。

本発明は、以上のような構成からなり、次のような効果が得られる。

（１）主要な構造体は外部アーク部材および内部アーク部材と継手部材のみからなるため、各部材を段積することができ、ストックや運搬がしやすくなる。アーク部材だけであれば、鋼製セルを構築する際の建設重機もそれほど大きくなくて済む。

（２）アーク部材と継手部材をそのまま海底地盤などに設置することができるため、従来のようにあらかじめ組立てをする必要がなく、大規模な製作ヤードが不要になる。また、大組立て時に行っていた溶接作業がなくなり、溶接する際の品質管理も不要となる。これらの効果は、作業の省力化に繋がり、建設コストが抑制され、結果的にトータルコストを抑制することができる。

（３）ガイド部材の役目となる継手部材を先に根入れ、もしくは置いて、弧長を調整して各アーク部材を順次差し込んでいくだけで鋼製セル構造物を構築することができ、構造的に安定した鋼製セルを従来よりも容易に構築することが可能となる。

（４）外部アーク部材で構成される外殻内に内部アーク部分で囲まれた小島部があることで、小島部間に挟まれる中詰め土が拘束されるため、外部アークを押し出す土圧が軽減され、その効果でアーク板厚が低減でき、経済性を高めることができる。

（５）鋼板セルの壁のせん断抵抗性は、小島部に内部アーク部材が２枚あることから、通常の鋼製セル構造よりも大きくなる。

（６）内部アーク部分で挟まれた小島部を先に中詰めする場合、小島部に一度に必要とされる土量は少なく、また、小島部を先に中詰めした時点で早期に安定が得られるメリットがある。

本発明の鋼製セルの構造を概略的に示したものであり、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 (a)、(b)は本発明で用いる継手部材の一実施形態を示す平面図である。 (a)、(b)はそれぞれ本発明で用いる継手部材の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の鋼製セル構造物の施工方法の一実施形態における施工手順を示す斜視図である。 図４に続く施工手順を示す斜視図である。 図５に続く施工手順を示す斜視図である。 図６に続く施工手順を示す斜視図である。 図７に続く施工手順を示す斜視図である。 図８に続く施工手順を示す斜視図である。 図９に続く施工手順を示す斜視図である。 図１０に続く施工手順を示す斜視図である。 図１１に続く施工手順を示す斜視図である。 図１２に続く施工手順を示す斜視図である。 図１３に続く施工手順を示す斜視図である。 図１４に続く施工手順を示す斜視図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明における鋼板セル構造物１の一実施形態を示したものであり、(a)は概要図、(b)は平面図である。

本実施形態において、鋼板セル構造物１は、前面側および背面側の外殻を構成する外部アーク部材２と、内部を仕切る内部アーク部材３と、これら外部アーク部材２および内部アーク部材３どうしを連結する継手部材４と、内部に充填した中詰材５を主要な構成要素としている。

外部アーク部材２と、内部アーク部材３は、基本的には従来の鋼板セル構造物におけるアーク部材と同様の弧状の鋼板からなる構造部材であり、アークの内側に縦方向および周方向の補剛リブを設けたものなどが用いられる。

本実施形態では、図１に示すように、鋼板セル構造物１の前面側と背面側の２枚の外部アーク部材２と、その円弧に連続する円弧を描く２枚の内側アーク部材３とが４つの継手部材４を介して円筒状のセルを形成し、かつ隣り合う円筒状のセルどうしが内側アーク部材３部分でオーバーラップし、オーバーラップした部分に内側アーク部材３で挟まれる平面形状が紡錘状の小断面の閉空間を形成し、両側の紡錘状の小断面の閉空間に挟まれる部分に平断面が鼓状の大断面の閉空間を形成している。

そのため、各継手部材４は４つアーク部材の端部を連結する必要があり、図１の実施形態では継手部材４として十字継手４ａを用いている。

セル内に中詰材５を充填することで、紡錘状の小断面の閉空間が小島部５ａとなり、間に鼓状の一般部５ｂを有する鋼板セル構造物１が構築される。

このような構成において、鋼板セル構造物１の内部が内部アーク部材２で仕切られることで、前述のようにセルの円筒に作用する土圧を低減する構造となっている。

図２(a)、(b)は、それぞれ本発明で用いる継手部材４の一実施形態を示したものである。図２(a)に示した十字継手４ａは、例えば直線鋼矢板を使用したものでもよく、１つの直線鋼矢板を縦に分割し、それをもう１つの直線鋼矢板に対して、交差するように溶接することで製造することができる。

図に示すように直線鋼矢板を用いた十字継手４ａであれば、端部が一般的なＣ字型の継手形状となっており、内部アーク部材２と外部アーク部材３の端部を十字継手４ａと同様のＣ字型の形状としておけば、十字継手４ａの端部に内部アーク部材２もしくは外部アーク部材３の端部を嵌め込むだけで連結することができる。

図２(a)に示したアーク兼用継手４ｂは、円弧状部材１２に半切の直線鋼矢板１１を溶接したものである。図に示すように円弧状部材１２を用いた継手であれば、継手をアークの一部とすることができる。

図３(a)、(b)はそれぞれ本発明で用いる継手部材の他の実施形態を示したものである。
図３(a)に示した継手部材４ｃは、鋼管１３に約９０度ごと半切の直線鋼矢板１１を溶接したものである。

図３(b)に示した継手部材４ｄは、鋼管１３に約９０度ごとアーク継手を溶接したもの、すなわちＬ字部材を向かい合わせて隙間を作り、その中に内部アーク部材２と外部アーク部材３の端部に形成したＴ字の継手を嵌合させ、隙間にモルタルを充填するようにしたものである。

図４〜図１５は、本発明の鋼板セル構造物の施工方法の一実施形態における施工手順を示したものである。

まず、１つ目の鋼板セル１ａを構築するために、整地した海底地盤に波浪抵抗の少ない（波の流体力の当たる面積が少ない）の十字継手４ａを４か所に打設する（図４参照）。ここでは継手部材として十字継手４ａを示しているが、複数継手部材を組んだフレームを沈設、着底してもよい。また、置きセルの場合は十字継手４ａだけ根入れすればよい。

十字継手４ａを設置した後、十字継手４ａの間に２つの外部アーク部材２と２つの内部アーク部材３を順次打設して行き（図５参照）、１つの円筒状の鋼板セル１ａの外殻を構築する（図６参照）。

次に、２つ目の鋼板セル１ａを構築するため、十字継手４ａを２か所に打設する（図７参照）。そして、前の鋼板セル１ａを構築する時に打設した２か所の十字継手４ａと合わせて４か所の十字継手４ａの間に２つの外部アーク部材２と２つの内部アーク部材３を打設する。

２つの内部アーク部材２のうち１つは、前に構築した鋼板セル１の内側に打設することになる（図８参照）。図８のように内部アーク部材２で囲まれて形成された小断面の閉空間を介して、隣接する２つの鋼板セル１ａが重なって構築されることになる。

２つめの鋼板セル１ａの外殻まで構築した後、１つ目の鋼板セル１ａを中詰めする（図９参照）。内部アーク部材２で囲まれた小島部５ａから先行して中詰めする手順とした場合、構造的にも早期に安定し、一度に大量の土を用意する必要がなくなり、作業性も向上する。

１つ目の鋼板セル１に中詰めした後、３つ目の鋼板セル１を構築するための十字継手４ａを２つ打設し（図１０参照）、その後外部アーク部材２と内部アーク部材３を打設して、３つ目の鋼板セル１ａの外殻を構築する（図１１参照）。

その後、２つ目の鋼板セル１ａの内部を中詰めする（図１２参照）。それ以降は同じ作業の繰り返しであり、複数の鋼板セル１ａを重ねて構築して行く（図１３〜図１５参照）。

これとは異なる施工手順として、十字継手４ａを施工した後、内部アーク２枚を先行して打設して、２枚の内部アーク部材３で囲まれた小島部５ａを中詰めすることで、小さな安定部分を作り出し、それを基準にして、外部アーク部材２を順次嵌め込んで、その中に土を中詰めしてもよい。

なお、施工手順は、波向き、既設ケーソンとの取り合いなどを考慮して検討する必要がある。

１…鋼板セル構造物、１ａ…鋼板セル（単位）、２…外部アーク部材、３…内部アーク部材、４…継手部材、４ａ…十字継手、４ｂ…アーク兼用継手、４ｃ…鋼管利用継手部材、４ｃ…鋼管利用継手部材、５…中詰材、５ａ…小島部、５ｂ…一般部、
１０…直線鋼矢板、１１…半切の直線鋼矢板、１２…円弧状部材、１３…鋼管、１４…Ｌ字部材

Claims (4)

1. 内部に中詰材を充填してなる円筒状の鋼製セル構造物において、前記鋼製セルを水平断面が弧状のアーク部材と前記アーク部材どうしを連結する継手部材とで構成し、前記アーク部材として前記鋼製セル構造物の前面側および背面側の外殻を構成する外部アーク部材と前記鋼製セル構造物の内部を仕切る内部アーク部材とを用い、前記前面側と背面側の外部アーク部材と前記内部アーク部材とで形成される円筒状の鋼製セルが、隣り合う円筒状の鋼製セルどうしの間で互いにオーバーラップしており、オーバーラップさせた部分が隣り合う円筒状の鋼製セルを構成する隣り合う内部アーク部材に挟まれた閉空間となっていることを特徴とする鋼製セル構造物。
2. 請求項１記載の鋼製セル構造物において、前記外部アーク部材および前記内部アーク部材は、主体となる前記弧状鋼板と、該弧状鋼板を補剛する補剛リブと、該弧状鋼板の両端に設けた継手部とを構成要素とすることを特徴とする鋼製セル構造物。
3. 請求項１または２記載の鋼製セル構造物において、前記継手部材は、水平断面を十字状とした鋼材の各端部に継手部を形成した継手部材であることを特徴とする鋼製セル構造物。
4. 請求項１、２または３記載の鋼製セル構造物の施工方法であって、
   前記鋼製セルの設置位置に前記継手部材を複数先行して設置固定する工程と、
   前記継手部材間に前記外部アーク部材および前記内部アーク部材を順次連結しながら設置する工程と、
   前記外部アーク部材および前記内部アーク部材で区画された空間に、順次中詰材を充填する工程と、
   を順次繰り返すことを特徴とする鋼製セル構造物の施工方法。