JP2020023838A

JP2020023838A - サクション基礎構造体

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Publication number: JP2020023838A
Application number: JP2018149183A
Authority: JP
Inventors: 悠紀粕谷; Yuki Kasuya; 政人伊藤; Masato Ito; 祐樹山田; Yuki Yamada; 卓栗本; Taku Kurimoto
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: JP7163661B2

Abstract

【課題】設置時に充填材を間詰め注入しても、注水によって簡単に撤去することができるサクション基礎構造体を提供する。【解決手段】頂版部３と、スカート部４とを備えたサクション基礎構造体１であって、頂版部３、スカート部４及び水底地盤によって画成された画成領域Ａに連通された設置用排水管５と、スカート部４を水底地盤の所定深度まで沈設した設置状態において、画成領域Ａに充填材Ｇを間詰め注入する充填管７と、頂版部３の下面から下方に向け、設置状態において先端が水底地盤に貫入される長さで突出した撤去用注水管６とを備え、設置状態において水底地盤に貫入される撤去用注水管６の周面には、複数の注水孔が形成され、注水孔には、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止する機能を有する目詰まり防止部材が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、スカート部を備えたサクション基礎構造体に関する。

水中に基礎構造物を構築する工法の一種として、サクション基礎工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。サクション基礎工法では、洋上風車等の上部構造物と接続される頂版部と、頂版部から下方に向けて一体に延設された筒状のスカート部とを備えたサクション基礎構造体を用いる。スカート部の先端を水底地盤中に貫入させた状態で、頂版部とスカート部と水底地盤とで画成された領域（以下、画成領域と称す）から水を排出し、サクション荷重を作用させ、サクション基礎構造体を所定深度まで沈設する。その後、画成領域にグラウトやモルタルなどの充填材を間詰め注入する。これにより、充填材の硬化後は、上部構造物の荷重が水底地盤に伝達され、サクション基礎構造体の安定化が図られる。

特開２００４−３３９６９５号公報

しかしながら、供用期間が経過した後に撤去することが前提である場合、画成領域に充填材を間詰め注入できないという問題点があった。すなわち、サクション基礎構造体は、画成領域にポンプを用いて注水し、正圧状態とすることで、無振動・無騒音で撤去することが可能である。特許文献１のように画成領域に充填材を間詰め注入した場合、この撤去手法を用いることができない。

画成領域に充填材を間詰め注入しない場合、波浪や強風により上部構造物に対して水平方向に大きな繰返し荷重が作用しても、画成領域内の水の体積は、圧縮されずに移動するだけなので、繰返し荷重に対する面的な抵抗力として期待できない。従って、スカート部の根入れ長及び水平抵抗幅を大きくして、繰返し荷重が極限先端支持力や極限周面摩擦力を超えないようにする必要があるが、スカート部の寸法・構造を大規模にしなければならず、経済的でない。

なお、スカート部に水平変位が発生し、回転して一部持ち上げられて初めて負圧（サクション圧）が作用し引抜き抵抗力が増大する。しかし、サクション圧を基礎の抵抗力として機能させるには、水平変位を許容することになり、危険である。すなわち、繰返し荷重が作用し、サクション基礎構造体に水平変形が生じると、水平変位が累積してしまう。これにより、基礎としての性能（スカート部の周面摩擦力や先端支持力）が低下し、最悪の場合、上部構造物が傾斜して倒壊してしまう虞がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、設置時に充填材を間詰め注入しても、注水によって簡単に撤去することができるサクション基礎構造体を提供することにある。

本発明のサクション基礎構造体は、上部構造物と接続される頂版部と、前記頂版部から下方に向けて延設されたスカート部とを備えたサクション基礎構造体であって、前記頂版部、前記スカート部及び水底地盤によって画成された画成領域に連通された設置用排水管と、前記スカート部を前記水底地盤の所定深度まで沈設した設置状態において、前記画成領域に充填材を間詰め注入する充填管と、前記頂版部の下面から下方に向け、前記設置状態において先端が前記水底地盤に貫入される長さで突出した撤去用注水管と、を具備し、前記設置状態において前記水底地盤に貫入される前記撤去用注水管の周面には、複数の注水孔が形成され、前記注水孔には、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止する機能を有する目詰まり防止部材が設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、前記目詰まり防止部材は、前記注水孔を内側から覆うドレーン材であっても良い。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、
前記目詰まり防止部材は、前記注水孔を外側から覆い、前記撤去用注水管の先端側に位置する下端部が固定され、上端側が開くように取り付けられている弁部材であっても良い。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、
前記撤去用注水管の周面には、前記設置状態において水底に当接する鍔部が設けられていても良い。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、前記撤去用注水管は、先端が尖鋭型の閉塞構造であっても良い。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、前記頂版部の下面には、下方に向けて突出する差筋が設置されていても良い。
さらに、本発明のサクション基礎構造体において、前記設置用排水管と前記撤去用注水管とは、２重管として一体化されていても良い。

本発明によれば、設置時に充填材を間詰め注入しても、撤去用注水管６から注水することで、充填材と水底との間に注水圧を作用させることができ、簡単にサクション基礎構造体を撤去することができるという効果を奏する。

本発明に係るサクション基礎構造体の実施形態の構成を示す側断面図である。図１に示すサクション基礎構造体を水底地盤の所定深度まで沈設した状態を示す側断面図である。図１に示すサクション基礎構造体の構成を示す下面図である。図１に示す撤去用注水管の構成を示す図である。図４に示す目詰まり防止部材の構成例を示す図である。図１に示すサクション基礎構造体の設置工法を説明する説明図である。図１に示すサクション基礎構造体の設置工法を説明する説明図である。図１に示すサクション基礎構造体の撤去工法を説明する説明図である。図１に示す設置用排水管と撤去用注水管とをまとめた２重管の構成例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態のサクション基礎構造体１は、図１及び図２を参照すると、洋上風車等の上部構造物２と接続される頂版部３と、頂版部３から下方に向けて一体に延設されたスカート部４を備えたコップ状の凾体である。なお、頂版部３は、上部構造物２の底版であっても良い。また、図２は、サクション基礎構造体１を水底地盤の所定深度まで沈設した状態（以下、設置状態と称す）である。なお、設置状態において、頂版部３の下部に充填材Ｇ（例えば、コンクリート、グラウト、モルタル）が間詰め注入される。そして、硬化した充填材Ｇがサクション基礎構造体１の一部として機能することになる。

スカート部４は、頂版部３の下端外周縁から下方に向けて一体に延設された筒状の外周部４１と、外周部４１の内側に架け渡された隔壁部４２とを備えている。

本実施形態において、図３に示すように、頂版部３は円板状であり、外周部４１は円筒状である。これにより、頂版部３及び外周部４１によって上方及び外周が画成され、下方が解放された円柱状の画成領域Ａが形成されている。なお、頂版部３は矩形等の多角形であっても良い。この場合、外周部４１は、頂版部３の形状に応じた多角形筒状に構成される。

また、本実施形態において、図３に示すように、隔壁部４２は、下方から見て十字状に構成されている。従って、画成領域Ａは、隔壁部４２によって４つの画成小領域ａに区画される。なお、隔壁部４２は、サクション基礎構造体１の強度を確保するために設けたものであり、外周部４１のみで強度が確保される場合には、省略しても良い。また、隔壁部４２によって、３以下もしくは５以上の画成小領域ａに区画するようにしても良い。

頂版部３には、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）とそれぞれ連通する設置用排水管５、撤去用注水管６、充填管７及び水抜き管８が配管されている。

設置用排水管５は、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）内の水を強制排水するための配管である。設置用排水管５は、図２に示す設置状態においても４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）とそれぞれ連通するように、頂版部３の下面側から４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）にそれぞれ開口している。

撤去用注水管６は、頂版部３の下面から突出し、図２に示す設置状態において、突出した先端が水底地盤に貫入される。

撤去用注水管６は、図４を参照すると、先端が尖鋭型で閉塞構造となっており、設置状態において、先端から所定長Ｌ_１が水底地盤に貫入される長さに設定されている。そして、撤去用注水管６において、先端から所定長Ｌ_１以内には、撤去用注水管６の軸方向を長手とするスリット状の注水孔６１が複数形成されていると共に、先端から所定長Ｌ_１の周面には、鍔部６３が設けられている。従って、設置状態において、撤去用注水管６の注水孔６１は、水底地盤中に位置し、鍔部６３は、水底に当接する。

注水孔６１には、目詰まりを防止する目詰まり防止部材６２が設けられている。目詰まり防止部材６２は、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止する機能を有する。

目詰まり防止部材６２として、例えば、図５（ａ）に示すように、ドレーン材６２ａを用いることができる。図５（ａ）では、目詰まり防止部材６２を、２枚のドレーン材６２ａをそれぞれ金網Ｘで挟んだ二重サンドイッチ構造で構成し、注水孔６１を内側から覆うように設けた例が示されている。

また、ドレーン材６２ａは、図５（ｂ）に示すように、注水孔６１が形成されている箇所の管内全域に詰めるようにしても良い。

目詰まり防止部材６２として、例えば、図５（ｃ）に示すように、注水孔６１を外側から覆うように取り付けられた弁部材６２ｂを用いることができる。弁部材６２ｂは、撤去用注水管６の先端側に位置する下端部が固定され、図５（ｃ）に点線で示すように、上端側が開くように取り付けられている。

充填管７は、図２に示す設置状態において、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）内に充填材Ｇを間詰め注入するための配管である。充填管７は、図２に示す設置状態においても４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）とそれぞれ連通するように、頂版部３の下面側から４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）にそれぞれ開口している。

水抜き管８は、充填材Ｇを間詰め注入に際し、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）内に満たされている水を凾体の外側に排出するための配管である。水抜き管８は、頂版部３を貫通して４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）を凾体の外側と連通する。なお、水抜き管８は、外周部４１に配管しても良い。

また、頂版部３の下面には、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）に向けて突出する差筋９が設置されている。差筋９の本数は、画成領域Ａの大きさに応じて適宜設定される。

次に、サクション基礎構造体１の設置工法について図６乃至図７を参照して詳細に説明する。
ドック等で製作したサクション基礎構造体１を設置地点まで曳航船などにより運搬する。そして、設置用排水管５に設けられたバルブ５０と、撤去用注水管６に設けられたバルブ６０と、充填管７に設けられたバルブ７０と、水抜き管８に設けられたバルブ８０とを開けた状態で、スカート部４の下端部を水底に接地させる。なお、バルブ８０は、水中で開閉することになるため、リモート操作可能な電磁弁で構成すると良い。

これにより、図６（ａ）に示すように、サクション基礎構造体１の自重によって、スカート部４の下端部が水底地盤に貫入され、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）は、内部に水が満たされた状態で下方が水底地盤によって塞がれる。なお、カウンターウエイトの載置等によってバラスト荷重を作用させ、スカート部４の下端部を水底地盤に貫入させても良い。また、上部構造物２の全部もしくは一部を接続した状態で、スカート部４の下端部を水底地盤に貫入させても良い。

次に、図６（ｂ）に示すように、撤去用注水管６に設けられたバルブ６０と、充填管７に設けられたバルブ７０と、水抜き管８に設けられたバルブ８０とを閉じ（設置用排水管５に設けられたバルブ５０は開）、図示しないポンプによって設置用排水管５を介して４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）内の水を強制排水する。すると、強制排水によりサクション基礎構造体１の内外に圧力差が発生する。この圧力差に伴うサクション荷重を作用させて、図７（ａ）に示すように、サクション基礎構造体１を水底地盤中の所定深度まで沈設する。

サクション基礎構造体１が水底地盤中の所定深度まで沈設された設置状態では、撤去用注水管６の先端が水底地盤に貫入され、撤去用注水管６の注水孔６１が水底地盤中に位置し、鍔部６３が水底に当接した状態になる。

なお、強制排水による圧力差で、サクション基礎構造体１内の水底地盤にも負圧が作用し、上向きの浸透流が発生する。従って、サクション基礎構造体１の先端抵抗及び周面抵抗より大きな押込力を確保しつつ、浸透流によって水底地盤が破壊しないようにサクション荷重を管理しながら、サクション基礎構造体１を沈設する。

次に、設置用排水管５に設けられたバルブ５０を閉じると共に、充填管７に設けられたバルブ７０と、水抜き管８に設けられたバルブ８０とを開け（撤去用注水管６に設けられたバルブ６０は閉）、充填管７から４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）に充填材Ｇを間詰め注入する。

撤去用注水管６の外周には設置状態で水底に当接する鍔部６３が取付けられている。従って、充填材Ｇの間詰め注入に際し、鍔部６３は、撤去用注水管６の外周と水底地盤との間に充填材Ｇが浸入することを防止する。これにより、充填材Ｇが撤去用注水管６の外周に沿って注水孔６１に至り、注水孔６１を閉塞してしまうことを防止できる。

充填材Ｇの硬化後は、図７（ｂ）に示すように、波力や風力によって水平方向に大きな繰返し荷重が作用しても、サクション基礎構造体１の先端支持による抵抗及び受働抵抗に加えて、硬化した充填材Ｇが面的に支持して抵抗する。従って、繰返し荷重による累積変位を大幅に低減できる。さらに、大規模地震等による傾斜・転倒の抑制に大きく貢献する。

また、充填材Ｇの硬化により、頂版部３直下に、差筋９等によりサクション基礎構造体１と一体化された固化体がサクション基礎構造体１の一部として構築され、サクション基礎構造体１が補強される。これにより、頂版部３の外周部４１に作用する応力度も低減するため、サクション基礎構造体１の規模縮小・軽量化（頂版部３の厚さのスリム化等）により、製作費の低減だけでなく起重機船の小型化により、経済的となる。

次に、サクション基礎構造体１の撤去工法について図８を参照して詳細に説明する。
供用期間が経過すると、図８に示すように、撤去用注水管６に設けられたバルブ６０を開け、図示しないポンプによって撤去用注水管６を介して充填材Ｇが間詰め注入された４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）の下部に注水する。

撤去用注水管６の注水孔６１から放出された水は、頂版部３直下でサクション基礎構造体１と一体化された充填材Ｇと水底との間に侵入する。これにより、サクション基礎構造体１の内側断面積で注水圧を作用することができ、サクション基礎構造体１の撤去を容易に行うことができる。従って、注水設備は従来と同等のものを使用しても、サクション基礎構造体１の無振動・無騒音で撤去することができる。なお、硬化した充填材Ｇは、差筋９によりサクション基礎構造体１と一体化されているため、サクション基礎構造体１と共に撤去される。

なお、本実施の形態では、設置用排水管５と撤去用注水管６とを別々に設けたが、図９に示すように、設置用排水管５の中に撤去用注水管６を配した２重管１０として１つにまとめるようにしても良い。なお、図９は、設置状態を示している。

２重管１０は、設置用排水管５と、設置用排水管５の内部に配置された撤去用注水管６とを備えている。２重管１０は、頂版部３の下面から突出し、設置状態において、突出した先端が水底地盤に貫入され、撤去用注水管６の注水孔６１は、水底地盤中に位置し、鍔部６３は、水底に当接する。また、設置状態において、４つの画成小領域ａ（画成領域Ａ）に位置する２重管１０の外周には、設置用排水管５の排水孔５１が複数形成されている。

また、本実施の形態では、設置用排水管５と充填管７と別々に設けたが、設置用排水管５と充填管７とを兼用しても良い。

以上説明したように、本実施形態は、上部構造物２と接続される頂版部３と、頂版部３から下方に向けて延設されたスカート部４とを備えたサクション基礎構造体１であって、頂版部３、スカート部４及び水底地盤によって画成された画成領域Ａに連通された設置用排水管５と、スカート部４を水底地盤の所定深度まで沈設した設置状態において、画成領域Ａに充填材Ｇを間詰め注入する充填管７と、頂版部３の下面から下方に向け、設置状態において先端が水底地盤に貫入される長さで突出した撤去用注水管６とを備え、設置状態において水底地盤に貫入される撤去用注水管６の周面には、複数の注水孔６１が形成され、注水孔６１には、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止する機能を有する目詰まり防止部材６２が設けられている。
この構成により、設置時に充填材Ｇを間詰め注入しても、撤去用注水管６から注水することで、充填材Ｇと水底との間に注水圧を作用させることができ、簡単にサクション基礎構造体１を撤去することができる。また、注水孔６１の目詰まりを防止することができる。

さらに、本実施形態において、目詰まり防止部材６２は、注水孔６１を内側から覆うドレーン材６２ａである。
この構成により、簡単な構成で、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止することができる。

さらに、本実施形態において、目詰まり防止部材６２は、注水孔６１を外側から覆い、撤去用注水管６の先端側に位置する下端部が固定され、上端側が開くように取り付けられている弁部材６２ｂであっても良い。
この構成により、簡単な構成で、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止することができる。また、注水孔６１から放出された水は、弁部材６２ｂによって充填材Ｇの下面に向かう方向に導かれる。従って、比較的小さい注水圧で充填材Ｇと水底との間に水を侵入させることができる。

さらに、本実施形態において、撤去用注水管６の周面には、設置状態において水底に当接する鍔部６３が設けられている。
この構成により、充填材Ｇが撤去用注水管６の外周に沿って注水孔６１に至り、注水孔６１を閉塞してしまうことを防止できる。なお、鍔部６３は、粘性土地盤等、透水性が低い地盤では用いなくても良い。

さらに、本実施形態において、撤去用注水管６は、先端が尖鋭型の閉塞構造である。
この構成により、撤去用注水管６の水底地盤への貫入が容易になり、注水孔６１が形成されてい先端箇所を水底地盤中に確実に位置させることができる。

さらに、本実施形態において、頂版部３の下面には、下方に向けて突出する差筋９が設置されている。
この構成により、硬化した充填材Ｇがサクション基礎構造体１と一体化されるため、硬化した充填材Ｇをサクション基礎構造体１と共に撤去することができる。

さらに、本実施形態において、設置用排水管５と撤去用注水管６とは、２重管１０として一体化されている。
この構成により、頂版部３への設置用排水管５及び撤去用注水管６の配管を容易に行うことができる。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１サクション基礎構造体
２上部構造物
３頂版部
４スカート部
５設置用排水管
６撤去用注水
７充填管
８水抜き管
９差筋
１０２重管
４１外周部
４２隔壁部
５０バルブ
５１排水孔
６０バルブ
６１注水孔
６２目詰まり防止部材
６２ａドレーン材
６２ｂ弁部材
６３鍔部
７０バルブ
８０バルブ
Ａ画成領域
Ｇ充填材
Ｘ金網
ａ画成小領域

Claims

上部構造物と接続される頂版部と、前記頂版部から下方に向けて延設されたスカート部とを備えたサクション基礎構造体であって、
前記頂版部、前記スカート部及び水底地盤によって画成された画成領域に連通された設置用排水管と、
前記スカート部を前記水底地盤の所定深度まで沈設した設置状態において、前記画成領域に充填材を間詰め注入する充填管と、
前記頂版部の下面から下方に向け、前記設置状態において先端が前記水底地盤に貫入される長さで突出した撤去用注水管と、を具備し、
前記設置状態において前記水底地盤に貫入される前記撤去用注水管の周面には、複数の注水孔が形成され、前記注水孔には、管内から管外への通水性を確保した状態で、管内への土砂の侵入を防止する機能を有する目詰まり防止部材が設けられていることを特徴とするサクション基礎構造体。
前記目詰まり防止部材は、前記注水孔を内側から覆うドレーン材であることを特徴とする請求項１記載のサクション基礎構造体。
前記目詰まり防止部材は、前記注水孔を外側から覆い、前記撤去用注水管の先端側に位置する下端部が固定され、上端側が開くように取り付けられている弁部材であることを特徴とする請求項１記載のサクション基礎構造体。
前記撤去用注水管の周面には、前記設置状態において水底に当接する鍔部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサクション基礎構造体。
前記撤去用注水管は、先端が尖鋭型の閉塞構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサクション基礎構造体。
前記頂版部の下面には、下方に向けて突出する差筋が設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のサクション基礎構造体。
前記設置用排水管と前記撤去用注水管とは、２重管として一体化されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のサクション基礎構造体。