JP2020172822A

JP2020172822A - Suction foundation and installation method for the same

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Publication number: JP2020172822A
Application number: JP2019076330A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎木村; Yuichiro Kimura; 泰明小野; Yasuaki Ono; 大輔松原; Daisuke Matsubara; 修東谷; Osamu Higashiya; 武俊岡村; Taketoshi Okamura
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: JP7282579B2

Abstract

To easily insert a partition wall using suction loads.SOLUTION: A suction foundation 100 comprises: a partition wall 10 that has a ceiling section 11 and a peripheral wall section 12 that is connected to the ceiling section 11, that is formed so that a bottom is opened, and for which the peripheral wall section 12 is inserted into an underwater ground G; a drain part 30 that applies suction loads to the partition wall 10 by sucking water in the partition wall 10; and a water supply part 40 that supplies water with positive pressure into the ground G from a lower end of the peripheral wall section 12.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

ここに開示された技術は、サクション基礎及びその設置方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to suction foundations and their installation methods.

従来より、水中の地盤に設置されるサクション基礎が知られている。例えば、特許文献１には、天井部と周壁部とを有して底が開放された隔壁を備えたサクション基礎が開示されている。周壁部が水底地盤中に貫入されることにより、隔壁が地盤に支持される。隔壁には、躯体等の構造体が設置される。 Conventionally, suction foundations installed on the ground underwater have been known. For example, Patent Document 1 discloses a suction foundation having a ceiling portion and a peripheral wall portion and having a partition wall having an open bottom. The partition wall is supported by the ground by penetrating the peripheral wall portion into the bottom ground. A structure such as a skeleton is installed on the partition wall.

特開平１１−１４０８８０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-140880

ところで、前述のような隔壁を水底地盤に貫入させる際には、隔壁内を減圧することで生じるサクション荷重を利用する場合がある。しかしながら、隔壁内の減圧には限界があるため、地盤の強度が大きすぎると、隔壁の貫入が困難となる場合がある。 By the way, when the partition wall as described above is penetrated into the bottom ground, the suction load generated by depressurizing the inside of the partition wall may be used. However, since there is a limit to the decompression inside the partition wall, if the ground strength is too high, it may be difficult to penetrate the partition wall.

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サクション荷重を用いた隔壁の貫入を容易に行うことにある。 The technique disclosed herein has been made in view of this point, and an object thereof is to easily penetrate a partition wall using a suction load.

ここに開示されたサクション基礎は、天井部と前記天井部に接続された周壁部とを有して底が開放されるように形成され、前記周壁部が水中の地盤に貫入される隔壁と、前記隔壁の内部の水を吸引することによって前記隔壁にサクション荷重を作用させる排水部と、前記周壁部の下端部から地盤中に正圧の水を供給する注水部とを備えている。 The suction foundation disclosed herein is formed so as to have a ceiling portion and a peripheral wall portion connected to the ceiling portion so that the bottom is open, and the peripheral wall portion penetrates into the ground underwater. It is provided with a drainage portion that applies a suction load to the partition wall by sucking water inside the partition wall, and a water injection portion that supplies positive pressure water into the ground from the lower end portion of the peripheral wall portion.

ここに開示された、天井部と前記天井部に接続された周壁部とを有して底が開放されるように形成された隔壁を備えたサクション基礎の設置方法は、前記隔壁を水中の地盤へ沈降させる工程と、前記隔壁の内部の水を吸引することによって前記隔壁にサクション荷重を作用させて、前記隔壁を地盤へ貫入させる工程とを備え、前記隔壁を地盤へ貫入させる工程は、前記周壁部の下端部から地盤中に正圧の水を供給する工程を含む。 The method of installing a suction foundation having a ceiling portion and a peripheral wall portion connected to the ceiling portion and having a partition wall formed so as to open the bottom, which is disclosed here, is a method of installing the partition wall in the underwater ground. The step of penetrating the partition wall into the ground is provided with a step of causing the partition wall to penetrate into the ground by applying a suction load to the partition wall by sucking water inside the partition wall. It includes a step of supplying positive pressure water from the lower end of the peripheral wall into the ground.

前記サクション基礎によれば、サクション荷重を用いた隔壁の貫入を容易に行うことができる。 According to the suction foundation, the partition wall can be easily penetrated by using the suction load.

前記サクション基礎の設置方法によれば、サクション荷重を用いた隔壁の貫入を容易に行うことができる。 According to the method of installing the suction foundation, it is possible to easily penetrate the partition wall using the suction load.

図１は、サクション基礎の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a suction foundation. 図２は、周壁部の下端部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the lower end portion of the peripheral wall portion. 図３は、サクション基礎の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the suction foundation. 図４は、サクション基礎の設置方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the installation method of the suction foundation. 図５は、ステップＳ１においてサクション基礎を沈設する前の状態を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state before the suction foundation is laid in step S1. 図６は、ステップＳ３において注水を開始するときのサクション基礎の状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of the suction foundation when water injection is started in step S3.

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、サクション基礎１００の模式図である。図２は、周壁部１２の下端部の拡大断面図である。図３は、サクション基礎１００の底面図である。 FIG. 1 is a schematic view of a suction foundation 100. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the lower end portion of the peripheral wall portion 12. FIG. 3 is a bottom view of the suction foundation 100.

サクション基礎１００は、水上又は水中に構造体を設置するための基礎であり、水中の地盤Ｇに沈設される。図１の例では、サクション基礎１００は、風車５０を洋上に設置するための基礎である。サクション基礎１００は、隔壁１０と排水部３０と注水部４０とを備えている。隔壁１０には、構造体の一例として風車５０が設置されてもよい。 The suction foundation 100 is a foundation for installing a structure on or under water, and is sunk in the ground G underwater. In the example of FIG. 1, the suction foundation 100 is a foundation for installing the wind turbine 50 at sea. The suction foundation 100 includes a partition wall 10, a drainage section 30, and a water injection section 40. A wind turbine 50 may be installed on the partition wall 10 as an example of the structure.

隔壁１０は、天井が閉塞され且つ底が開放された容器状に形成されている。具体的には、隔壁１０は、天井部１１と天井部１１に接続された周壁部１２とを有して底が開放されるように形成されている。例えば、天井部１１は、略円盤状に形成されている。周壁部１２は、天井部１１の周縁に接続された略円筒状に形成されている。天井部１１には、支柱１５が設けられている。支柱１５は、天井部１１の中心Ｘに配置され、鉛直方向の上方に延びている。支柱１５の上端は、隔壁１０が地盤Ｇに沈設された状態において、水面よりも上方に位置している。支柱１５に、風車５０が設置され得る。隔壁１０は、鋼板で形成されている。 The partition wall 10 is formed in the shape of a container in which the ceiling is closed and the bottom is open. Specifically, the partition wall 10 has a ceiling portion 11 and a peripheral wall portion 12 connected to the ceiling portion 11, and is formed so that the bottom is open. For example, the ceiling portion 11 is formed in a substantially disk shape. The peripheral wall portion 12 is formed in a substantially cylindrical shape connected to the peripheral edge of the ceiling portion 11. A support column 15 is provided on the ceiling portion 11. The support column 15 is arranged at the center X of the ceiling portion 11 and extends upward in the vertical direction. The upper end of the support column 15 is located above the water surface in a state where the partition wall 10 is sunk in the ground G. A wind turbine 50 may be installed on the support column 15. The partition wall 10 is made of a steel plate.

周壁部１２は、水中の地盤Ｇに貫入される。このとき、隔壁１０の内部には地盤Ｇを構成する土粒子が充填されている。ここで、「充填」とは、隔壁１０の内部が土粒子で完全に満たされた状態だけでなく、土粒子の上方に水が残留した状態も含む意味である。地盤Ｇに設置されたサクション基礎１００においては、周壁部１２に摩擦力が作用する。これにより、サクション基礎１００は、地盤Ｇに強固に固定されている。それに加えて、サクション基礎１００に外力が作用した場合には、隔壁１０の内部に負圧が発生し、引き抜き抵抗が増加する。これにより、サクション基礎１００の安定性が確保される。 The peripheral wall portion 12 penetrates into the underwater ground G. At this time, the inside of the partition wall 10 is filled with soil particles constituting the ground G. Here, "filling" means not only a state in which the inside of the partition wall 10 is completely filled with soil particles, but also a state in which water remains above the soil particles. In the suction foundation 100 installed on the ground G, a frictional force acts on the peripheral wall portion 12. As a result, the suction foundation 100 is firmly fixed to the ground G. In addition to that, when an external force acts on the suction foundation 100, a negative pressure is generated inside the partition wall 10 and the pull-out resistance increases. As a result, the stability of the suction foundation 100 is ensured.

排水部３０は、隔壁１０の内部の水を吸引することによって隔壁１０にサクション荷重を作用させる。ここで、「サクション荷重」とは、隔壁１０と地盤Ｇとによって閉じられた系内の圧力とその系外の圧力との差に、隔壁１０の水平断面積を乗じることで算出される鉛直方向の荷重である。排水部３０は、水を吸引する排水ポンプ３１と、排水ポンプ３１と隔壁１０の内部空間とを連通させる排水管３２とを有している。排水ポンプ３１を作動させて、排水管３２を介して隔壁１０の内部の水を排水することによって隔壁１０にサクション荷重が作用する。隔壁１０は、サクション荷重によって地盤Ｇへの貫入が促進される。 The drainage unit 30 applies a suction load to the partition wall 10 by sucking water inside the partition wall 10. Here, the "suction load" is a vertical direction calculated by multiplying the difference between the pressure inside the system closed by the partition wall 10 and the ground G and the pressure outside the system by the horizontal cross-sectional area of the partition wall 10. Is the load of. The drainage unit 30 has a drainage pump 31 for sucking water and a drainage pipe 32 for communicating the drainage pump 31 and the internal space of the partition wall 10. A suction load acts on the partition wall 10 by operating the drainage pump 31 to drain the water inside the partition wall 10 through the drainage pipe 32. Penetration of the partition wall 10 into the ground G is promoted by the suction load.

排水ポンプ３１は、例えば、電動ポンプであり得る。排水ポンプ３１は、隔壁１０に設置されている。詳しくは、排水ポンプ３１は、支柱１５のうち水面よりも上方の部分に取り付けられている。 The drainage pump 31 can be, for example, an electric pump. The drainage pump 31 is installed on the partition wall 10. Specifically, the drainage pump 31 is attached to a portion of the support column 15 above the water surface.

排水管３２は、隔壁１０を貫通している。排水管３２は、一端が隔壁１０の内部に開口し、他端が隔壁１０の外部において排水ポンプ３１に接続されている。排水管３２のうち隔壁１０の外部に露出する部分は、支柱１５に沿って延び、支柱１５に支持されている。 The drain pipe 32 penetrates the partition wall 10. One end of the drain pipe 32 opens inside the partition wall 10, and the other end is connected to the drainage pump 31 outside the partition wall 10. The portion of the drain pipe 32 that is exposed to the outside of the partition wall 10 extends along the support column 15 and is supported by the support column 15.

注水部４０は、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給する。ここで、「正圧」とは、地盤Ｇ中の水が供給される位置における水頭圧を基準とした正圧を意味する。注水部４０は、水を圧送する給水ポンプ４１と、隔壁１０の下端部から地盤Ｇに水を流出させる流出部４２と、給水ポンプ４１から流出部４２へ水を流通させる給水管４３とを有している。給水ポンプ４１から圧送される水は、給水管４３を流通し、流出部４２から地盤Ｇ中に流出する。給水ポンプ４１は、流体機械の一例である。 The water injection unit 40 supplies positive pressure water into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12. Here, the "positive pressure" means a positive pressure based on the head pressure at the position where water is supplied in the ground G. The water injection section 40 includes a water supply pump 41 for pumping water, an outflow section 42 for flowing water from the lower end of the partition wall 10 to the ground G, and a water supply pipe 43 for flowing water from the water supply pump 41 to the outflow section 42. are doing. The water pumped from the water supply pump 41 flows through the water supply pipe 43 and flows out from the outflow portion 42 into the ground G. The water supply pump 41 is an example of a fluid machine.

給水ポンプ４１は、例えば、電動ポンプであり得る。給水ポンプ４１は、隔壁１０に設置されている。詳しくは、給水ポンプ４１は、支柱１５のうち水面よりも上方の部分に取り付けられている。給水ポンプ４１は、隔壁１０が沈設される水中から水を吸い上げ、圧送する。 The water supply pump 41 can be, for example, an electric pump. The water supply pump 41 is installed on the partition wall 10. Specifically, the water supply pump 41 is attached to a portion of the support column 15 above the water surface. The water supply pump 41 sucks up water from the water in which the partition wall 10 is sunk and pumps it.

給水管４３は、周壁部１２の下端縁に設けられた分配管４３ａと、給水ポンプ４１と分配管４３ａとを接続する送水管４３ｂとを有している。分配管４３ａは、周壁部１２の下端縁の全周に亘って設けられている。分配管４３ａは、例えば略Ｌ字状の断面を有する形鋼、いわゆるアングルを略円環状に形成し、周壁部１２の下端縁に溶接することによって形成されている。送水管４３ｂの一端は、給水ポンプ４１に接続されている。送水管４３ｂは、給水ポンプ４１から支柱１５に沿って下方へ延び、天井部１１の上面に沿って周壁部１２の近傍まで延びた後、天井部１１を貫通して隔壁１０の内側へ延びている。送水管４３ｂのうち隔壁１０の内側の部分は、周壁部１２の内周面に沿って周壁部１２の下端縁まで延び、分配管４３ａに接続されている。 The water supply pipe 43 has a distribution pipe 43a provided at the lower end edge of the peripheral wall portion 12, and a water supply pipe 43b for connecting the water supply pump 41 and the distribution pipe 43a. The distribution pipe 43a is provided over the entire circumference of the lower end edge of the peripheral wall portion 12. The branch pipe 43a is formed by, for example, forming a shaped steel having a substantially L-shaped cross section, a so-called angle, in a substantially annular shape and welding it to the lower end edge of the peripheral wall portion 12. One end of the water pipe 43b is connected to the water supply pump 41. The water pipe 43b extends downward from the water supply pump 41 along the support column 15, extends along the upper surface of the ceiling portion 11 to the vicinity of the peripheral wall portion 12, and then penetrates the ceiling portion 11 and extends inward of the partition wall 10. There is. The inner portion of the partition wall 10 of the water pipe 43b extends along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 12 to the lower end edge of the peripheral wall portion 12 and is connected to the distribution pipe 43a.

流出部４２は、隔壁１０の下端部に設けられている。詳しくは、流出部４２は、分配管４３ａを貫通する開口によって形成されている。分配管４３ａには、複数の流出部４２が形成されている。複数の流出部４２には、周壁部１２よりも半径方向外側へ向かって水を流出させる第１流出部４２ａと、周壁部１２よりも半径方向内側へ向かって水を流出させる第２流出部４２ｂとが含まれている。第１流出部４２ａと第２流出部４２ｂとを区別しない場合には、単に「流出部４２」と称する。複数の第１流出部４２ａは、周壁部１２の周方向へ間隔を空けて配列されている。好ましくは、複数の第１流出部４２ａは、等間隔に配置されている。同様に、複数の第２流出部４２ｂは、周壁部１２の周方向へ間隔を空けて配列されている。好ましくは、複数の第２流出部４２ｂは、等間隔に配置されている。さらに、周壁部１２の周方向において、第１流出部４２ａと第２流出部４２ｂとは交互に等間隔で配置されている。 The outflow portion 42 is provided at the lower end portion of the partition wall 10. Specifically, the outflow portion 42 is formed by an opening penetrating the branch pipe 43a. A plurality of outflow portions 42 are formed in the distribution pipe 43a. The plurality of outflow portions 42 have a first outflow portion 42a that allows water to flow out radially outward from the peripheral wall portion 12, and a second outflow portion 42b that causes water to flow out radially inward from the peripheral wall portion 12. And are included. When the first outflow portion 42a and the second outflow portion 42b are not distinguished, they are simply referred to as "outflow portion 42". The plurality of first outflow portions 42a are arranged at intervals in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12. Preferably, the plurality of first outflow portions 42a are arranged at equal intervals. Similarly, the plurality of second outflow portions 42b are arranged at intervals in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12. Preferably, the plurality of second outflow portions 42b are arranged at equal intervals. Further, in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12, the first outflow portion 42a and the second outflow portion 42b are alternately arranged at equal intervals.

このように構成された注水部４０では、隔壁１０が沈設される水域から給水ポンプ４１が水を汲み上げて、給水管４３へ圧送する。水は、送水管４３ｂを流通して、分配管４３ａまで送られる。水は、分配管４３ａを介して周壁部１２の周方向へ拡がり、複数の第１流出部４２ａ及び第２流出部４２ｂから地盤Ｇへ流出する。 In the water injection unit 40 configured in this way, the water supply pump 41 pumps water from the water area where the partition wall 10 is sunk and pumps it to the water supply pipe 43. Water circulates through the water pipe 43b and is sent to the branch pipe 43a. The water spreads in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12 via the branch pipe 43a, and flows out to the ground G from the plurality of first outflow portions 42a and the second outflow portion 42b.

風車５０は、サクション基礎１００に設置される構造体の一例である。風車５０は、タワー５１と、タワー５１に設けられたロータ５２とを有している。タワー５１は、隔壁１０の支柱１５に設置されている。ロータ５２は、タワー５１の先端部に回転自在に設けられている。 The wind turbine 50 is an example of a structure installed on the suction foundation 100. The wind turbine 50 has a tower 51 and a rotor 52 provided in the tower 51. The tower 51 is installed on the support column 15 of the partition wall 10. The rotor 52 is rotatably provided at the tip of the tower 51.

続いて、サクション基礎１００の設置方法について説明する。図４は、サクション基礎１００の設置方法の手順を示すフローチャートである。図５は、ステップＳ１においてサクション基礎１００を沈設する前の状態を示す説明図である。図６は、ステップＳ３において注水を開始するときのサクション基礎１００の状態を示す説明図である。 Subsequently, a method of installing the suction foundation 100 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the installation method of the suction foundation 100. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state before the suction foundation 100 is sunk in step S1. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of the suction base 100 when water injection is started in step S3.

ステップＳ１において、図５に示すように、風車５０が設置されていない状態のサクション基礎１００が設置現場まで曳航される。その後、サクション基礎１００の地盤Ｇへの沈設が開始される。詳しくは、隔壁１０が水中の地盤Ｇへ沈降させられる。隔壁１０は、自重又はバラスト荷重によって海底に沈んでいく。周壁部１２の下端部は、隔壁１０の自重又はバラスト荷重によって地盤Ｇに或る程度貫入する。ステップＳ１は、隔壁を水中の地盤へ沈降させる工程の一例である。 In step S1, as shown in FIG. 5, the suction foundation 100 in the state where the wind turbine 50 is not installed is towed to the installation site. After that, the sinking of the suction foundation 100 to the ground G is started. Specifically, the partition wall 10 is submerged in the ground G in the water. The partition wall 10 sinks to the seabed due to its own weight or ballast load. The lower end of the peripheral wall portion 12 penetrates into the ground G to some extent by the weight of the partition wall 10 or the ballast load. Step S1 is an example of a step of submerging the partition wall into the ground in water.

続いて、サクション荷重による地盤Ｇへの隔壁１０の貫入が開始される。まず、ステップＳ２において、排水部３０により隔壁１０内の水を隔壁１０外へ吸引することによって隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる。このとき、注水部４０による周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中への水の供給は行われない。詳しくは、排水部３０の排水ポンプ３１を作動させ、隔壁１０の内部の水を排水する。これにより、隔壁１０にサクション荷重が作用し、周壁部１２は、地盤Ｇにさらに貫入していく。周壁部１２が地盤Ｇに貫入していくのに従って、隔壁１０の内部は、地盤Ｇを構成する土粒子によって下方から満たされていく。このとき、地盤Ｇより上方の水や土粒子間の間隙水は、排水ポンプ３１によって排出されたり、隔壁１０の下端から隔壁１０の外部へ排出されていく。ステップＳ２は、周壁部の下端部から地盤中に水を供給することなく、隔壁の内部の水を吸引する工程の一例である。 Subsequently, the penetration of the partition wall 10 into the ground G by the suction load is started. First, in step S2, the drainage portion 30 sucks the water inside the partition wall 10 to the outside of the partition wall 10 to penetrate the partition wall 10 into the ground G. At this time, the water injection portion 40 does not supply water from the lower end portion of the peripheral wall portion 12 into the ground G. Specifically, the drainage pump 31 of the drainage section 30 is operated to drain the water inside the partition wall 10. As a result, a suction load acts on the partition wall 10, and the peripheral wall portion 12 further penetrates into the ground G. As the peripheral wall portion 12 penetrates into the ground G, the inside of the partition wall 10 is filled from below by the soil particles constituting the ground G. At this time, the water above the ground G and the interstitial water between the soil particles are discharged by the drainage pump 31 or discharged from the lower end of the partition wall 10 to the outside of the partition wall 10. Step S2 is an example of a step of sucking water inside the partition wall without supplying water into the ground from the lower end of the peripheral wall portion.

隔壁１０が地盤Ｇに貫入する際には、土粒子と隔壁１０（詳しくは、周壁部１２）との間に摩擦力が作用する。隔壁１０の貫入が進むにつれて、隔壁１０と土粒子との接触面積が大きくなるので摩擦力も大きくなる。一方、サクション荷重の最大値は、ボイリングを引き起こさない程度に制限される。最大サクション荷重よりも摩擦力が大きくなると、隔壁１０の貫入が困難又は不可能となる。 When the partition wall 10 penetrates into the ground G, a frictional force acts between the soil particles and the partition wall 10 (specifically, the peripheral wall portion 12). As the penetration of the partition wall 10 progresses, the contact area between the partition wall 10 and the soil particles increases, so that the frictional force also increases. On the other hand, the maximum value of the suction load is limited to the extent that it does not cause boiling. If the frictional force becomes larger than the maximum suction load, it becomes difficult or impossible to penetrate the partition wall 10.

そこで、ステップＳ３において、注水部４０による注水を開始する。ステップＳ３は、注水の開始条件が成立したときに開始される。例えば、開始条件は、隔壁１０が図６に示すように所定の深さまで貫入されることである。所定の深さは、摩擦力が最大サクション荷重と同程度になると想定される、隔壁１０の貫入深さ又は当該貫入深さよりも少し浅い貫入深さに設定され得る。あるいは、開始条件は、隔壁１０の地盤Ｇへの貫入が不可能となること、又は、隔壁１０が地盤Ｇへ貫入しづらくなることであってもよい。 Therefore, in step S3, water injection by the water injection unit 40 is started. Step S3 is started when the water injection start condition is satisfied. For example, the starting condition is that the partition wall 10 is penetrated to a predetermined depth as shown in FIG. The predetermined depth can be set to the penetration depth of the partition wall 10 or a penetration depth slightly shallower than the penetration depth, where the frictional force is assumed to be about the same as the maximum suction load. Alternatively, the starting condition may be that the partition wall 10 cannot penetrate into the ground G, or that the partition wall 10 does not easily penetrate into the ground G.

ステップＳ３では、注水部４０の給水ポンプ４１を作動させ、流出部４２から地盤Ｇへ水を供給する。これにより、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が低減し、隔壁１０の貫入が促進される。注水部４０による注水と並行して、排水部３０による排水も行われる。例えば、注水部４０による注水量（注水流量）は、排水部３０による排水量（排水流量）より少ないことが好ましい。ステップＳ３は、周壁部の下端部から地盤中に正圧の水を供給する工程の一例である。 In step S3, the water supply pump 41 of the water injection unit 40 is operated to supply water from the outflow unit 42 to the ground G. As a result, the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 is reduced, and the penetration of the partition wall 10 is promoted. In parallel with the water injection by the water injection unit 40, drainage by the drainage unit 30 is also performed. For example, the water injection amount (water injection flow rate) by the water injection unit 40 is preferably smaller than the drainage amount (drainage flow rate) by the drainage unit 30. Step S3 is an example of a step of supplying positive pressure water into the ground from the lower end of the peripheral wall portion.

詳しくは、飽和土に応力σが作用するとき、土粒子が負担する応力をσ'、間隙水が負担する応力（即ち、間隙水圧）をｕとするとき、下式（１）が成り立つ。 Specifically, when the stress σ acts on the saturated soil, the following equation (1) holds when the stress borne by the soil particles is σ'and the stress borne by the pore water (that is, the pore water pressure) is u.

σ＝σ’＋ｕ・・・（１）
地盤Ｇでは、式（１）が成立している。この状態で、間隙水圧ｕが変化すると、応力σはほとんど変化せず、応力σ'が変化する。具体的には、間隙水圧ｕが増大すると、応力σ'が減少する。一方、間隙水圧ｕが減少すると、応力σ'が増大する。つまり、注水部４０が地盤Ｇに正圧の水を供給することによって、間隙水圧ｕが増大し、それに応じて応力σ'が減少する。その結果、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が減少する。摩擦力が減少すると、サクション荷重による隔壁１０の貫入が容易となる。 σ ＝ σ'＋ u ・・・ (1)
In the ground G, the equation (1) holds. In this state, when the pore water pressure u changes, the stress σ hardly changes, and the stress σ'changes. Specifically, as the pore water pressure u increases, the stress σ'decreases. On the other hand, when the pore water pressure u decreases, the stress σ'increases. That is, when the water injection unit 40 supplies positive pressure water to the ground G, the pore water pressure u increases, and the stress σ'decreases accordingly. As a result, the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 is reduced. When the frictional force is reduced, the partition wall 10 can be easily penetrated by the suction load.

ただし、サクション基礎１００においては隔壁１０が土粒子に強固に保持される必要があるので、注水部４０からの注水は、応力σ'が確保される程度に抑えられている。また、サクション基礎１００は、排水部３０によって隔壁１０の内部の水を吸引することでサクション荷重を付加することから、注水部４０からの注水量は少ない方が好ましい。詳しくは、注水部４０から注水された水はやがて徐々に消散し、それに伴い間隙水圧ｕも自然に低下するため、注水を停止すれば応力σ'も徐々に元の水準に回復する。このとき、消散する水の一部は、排水部３０によって吸引され、サクション荷重に影響を与え得る。そのため、注水部４０からの注水は、排水部３０によるサクション荷重を確保できる程度に抑えられている。 However, in the suction foundation 100, since the partition wall 10 needs to be firmly held by the soil particles, the water injection from the water injection unit 40 is suppressed to the extent that the stress σ'is secured. Further, since the suction foundation 100 applies a suction load by sucking the water inside the partition wall 10 by the drainage portion 30, it is preferable that the amount of water injected from the water injection portion 40 is small. Specifically, the water injected from the water injection unit 40 gradually dissipates, and the pore water pressure u naturally decreases accordingly. Therefore, when the water injection is stopped, the stress σ'is gradually restored to the original level. At this time, a part of the dissipated water is sucked by the drainage unit 30, which may affect the suction load. Therefore, the water injection from the water injection unit 40 is suppressed to the extent that the suction load by the drainage unit 30 can be secured.

周壁部１２が所定の深さ（例えば、天井部１１が地盤Ｇに接する深さ）まで地盤Ｇに貫入すると、ステップＳ４において、給水ポンプ４１による給水及び排水ポンプ３１による排水が停止される。ステップＳ２，Ｓ３は、隔壁の内部の水を吸引することによって隔壁にサクション荷重を作用させて、隔壁を地盤へ貫入させる工程の一例である。 When the peripheral wall portion 12 penetrates into the ground G to a predetermined depth (for example, the depth at which the ceiling portion 11 is in contact with the ground G), the water supply by the water supply pump 41 and the drainage by the drainage pump 31 are stopped in step S4. Steps S2 and S3 are examples of steps in which a suction load is applied to the partition wall by sucking water inside the partition wall to penetrate the partition wall into the ground.

その後、ステップＳ５において、隔壁１０に風車５０が設置される。詳しくは、支柱１５に風車５０が設置される。 Then, in step S5, the wind turbine 50 is installed on the partition wall 10. Specifically, the wind turbine 50 is installed on the support column 15.

以上のように、サクション基礎１００は、天井部１１と天井部１１に接続された周壁部１２とを有して底が開放されるように形成され、周壁部１２が水中の地盤Ｇに貫入される隔壁１０と、隔壁１０の内部の水を吸引することによって隔壁１０にサクション荷重を作用させる排水部３０と、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給する注水部４０とを備えている。 As described above, the suction foundation 100 has a ceiling portion 11 and a peripheral wall portion 12 connected to the ceiling portion 11 and is formed so that the bottom is opened, and the peripheral wall portion 12 penetrates into the ground G underwater. The partition wall 10, the drainage section 30 that applies a suction load to the partition wall 10 by sucking the water inside the partition wall 10, and the water injection section 40 that supplies positive pressure water into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12. And have.

この構成によれば、排水部３０によって隔壁１０にサクション荷重が作用し、隔壁１０が地盤Ｇに貫入していく。その際に、注水部４０によって周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給することができる。水の供給により、地盤Ｇのうち隔壁１０が貫入している部分の間隙水圧ｕが増大し、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が低減する。その結果、サクション荷重を用いた隔壁１０の貫入を容易に行うことができる。 According to this configuration, a suction load acts on the partition wall 10 by the drainage portion 30, and the partition wall 10 penetrates into the ground G. At that time, the water injection portion 40 can supply positive pressure water into the ground G from the lower end portion of the peripheral wall portion 12. The supply of water increases the pore water pressure u in the portion of the ground G in which the partition wall 10 penetrates, and reduces the frictional force between the soil particles and the partition wall 10. As a result, the partition wall 10 can be easily penetrated by using the suction load.

また、注水部４０は、水を圧送する給水ポンプ４１（流体機械）と、隔壁１０の下端部から地盤Ｇに水を流出させる流出部４２と、給水ポンプ４１から流出部４２へ水を流通させる給水管４３とを有している。 Further, the water injection section 40 distributes water from the water supply pump 41 (fluid machine), the outflow section 42 that allows water to flow out from the lower end of the partition wall 10 to the ground G, and the outflow section 42 from the water supply pump 41. It has a water supply pipe 43.

この構成によれば、給水ポンプ４１が給水管４３を介して水を流出部４２へ圧送し、流出部４２から地盤Ｇに水が流出する。このように給水ポンプ４１により水が圧送されるので、流出部４２から地盤Ｇへ流出する水は正圧となる。その結果、前述の如く、地盤Ｇの間隙水圧ｕを増大させ、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力を低減することができる。 According to this configuration, the water supply pump 41 pumps water to the outflow portion 42 via the water supply pipe 43, and the water flows out from the outflow portion 42 to the ground G. Since the water is pumped by the water supply pump 41 in this way, the water flowing out from the outflow portion 42 to the ground G has a positive pressure. As a result, as described above, the pore water pressure u in the ground G can be increased, and the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 can be reduced.

さらに、流出部４２は、周壁部１２の周方向へ並んで複数形成されている。 Further, a plurality of outflow portions 42 are formed side by side in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12.

この構成によれば、周壁部１２の周方向の広範囲に亘って、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力を低減することができる。 According to this configuration, the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 can be reduced over a wide range in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12.

それに加えて、流出部４２は、周壁部１２の周方向へ等間隔で配列されている。 In addition, the outflow portions 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12.

この構成によれば、土粒子と隔壁１０との摩擦力を、周壁部１２の周方向に満遍なく低減することができる。その結果、隔壁１０を貫入させる際の隔壁１０の傾きを低減することができる。 According to this configuration, the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 can be evenly reduced in the circumferential direction of the peripheral wall portion 12. As a result, the inclination of the partition wall 10 when the partition wall 10 is penetrated can be reduced.

また、天井部１１と天井部１１に接続された周壁部１２とを有して底が開放されるように形成された隔壁１０を備えたサクション基礎の設置方法は、隔壁１０を水中の地盤Ｇへ沈降させる工程と、隔壁１０の内部の水を吸引することによって隔壁１０にサクション荷重を作用させて、隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる工程とを備え、隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる工程には、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給する工程が含まれている。 Further, in a method of installing a suction foundation having a ceiling portion 11 and a peripheral wall portion 12 connected to the ceiling portion 11 and having a partition wall 10 formed so that the bottom is opened, the partition wall 10 is used as an underwater ground G. A step of submerging the partition wall 10 into the ground G by applying a suction load to the partition wall 10 by sucking water inside the partition wall 10 is provided, and the step of penetrating the partition wall 10 into the ground G is provided. Includes a step of supplying positive pressure water into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12.

この構成によれば、隔壁１０にサクション荷重が作用し、隔壁１０が地盤Ｇに貫入していく。その際に、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給することができる。水の供給により、地盤Ｇのうち隔壁１０が貫入している部分の間隙水圧ｕが増大し、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が低減する。その結果、サクション荷重を用いた隔壁１０の貫入を容易に行うことができる。 According to this configuration, a suction load acts on the partition wall 10, and the partition wall 10 penetrates into the ground G. At that time, positive pressure water can be supplied into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12. The supply of water increases the pore water pressure u in the portion of the ground G in which the partition wall 10 penetrates, and reduces the frictional force between the soil particles and the partition wall 10. As a result, the partition wall 10 can be easily penetrated by using the suction load.

さらに、隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる工程では、正圧の水を供給する工程よりも前に、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に水を供給することなく、隔壁１０の内部の水を吸引する工程がさらに含まれている。 Further, in the step of penetrating the partition wall 10 into the ground G, the water inside the partition wall 10 is not supplied from the lower end portion of the peripheral wall portion 12 into the ground G before the step of supplying water of positive pressure. Further includes the step of sucking.

この構成によれば、地盤Ｇへの不必要な水の供給が抑制される。詳しくは、隔壁１０の内部の水は吸引され、それによって隔壁１０にサクション荷重が作用している。周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に供給された水は、隔壁１０の内部にも流入し得る。隔壁１０の内部の水が吸引されているにもかかわらず、周壁部１２の下端部から隔壁１０の内部に水が供給されると、サクション荷重が弱まり得る。隔壁１０を地盤Ｇに貫入させる際の序盤においては、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が小さいので、サクション荷重だけで隔壁１０を容易に貫入させることができる場合が多い。そこで、まずは隔壁１０の内部の水を吸引することだけで隔壁１０を地盤Ｇに貫入させ、その後、土粒子と隔壁１０との間の摩擦力が或る程度大きくなったときに、周壁部１２の下端部からの水の供給を行う。これにより、地盤Ｇへの不必要な水の供給が抑制され、サクション荷重による隔壁１０の貫入を効率よく行うことができる。 According to this configuration, the supply of unnecessary water to the ground G is suppressed. Specifically, the water inside the partition wall 10 is sucked, and a suction load acts on the partition wall 10. The water supplied into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12 can also flow into the inside of the partition wall 10. Even though the water inside the partition wall 10 is sucked, if water is supplied to the inside of the partition wall 10 from the lower end of the peripheral wall portion 12, the suction load may be weakened. In the early stage when the partition wall 10 is penetrated into the ground G, since the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 is small, it is often possible to easily penetrate the partition wall 10 only by the suction load. Therefore, first, the partition wall 10 is made to penetrate into the ground G only by sucking the water inside the partition wall 10, and then when the frictional force between the soil particles and the partition wall 10 becomes large to some extent, the peripheral wall portion 12 Water is supplied from the lower end of the. As a result, the supply of unnecessary water to the ground G is suppressed, and the partition wall 10 can be efficiently penetrated by the suction load.

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 << Other Embodiments >>
As described above, the above-described embodiment has been described as an example of the technology disclosed in the present application. However, the technique in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, etc. are made as appropriate. It is also possible to combine the components described in the above-described embodiment into a new embodiment. In addition, among the components described in the attached drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the above-mentioned technology. Can also be included. Therefore, the fact that these non-essential components are described in the accompanying drawings or detailed description should not immediately determine that those non-essential components are essential.

例えば、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 For example, the embodiment may have the following configuration.

隔壁１０の形状は、略円筒状に限られるものではない。隔壁１０は、天井部及び周壁部を有し且つ底を有さない形状であれば、任意の形状に形成することができる。例えば、隔壁１０は、断面が略四角形や略五角形等の角筒状に形成されていてもよい。また、隔壁１０は、天井部が湾曲したドーム状に形成されていてもよい。隔壁１０は、鋼板に限定されず、例えば、コンクリートで形成されていてもよい。 The shape of the partition wall 10 is not limited to a substantially cylindrical shape. The partition wall 10 can be formed in any shape as long as it has a ceiling portion and a peripheral wall portion and does not have a bottom. For example, the partition wall 10 may be formed in a square tubular shape having a substantially quadrangular cross section or a substantially pentagonal cross section. Further, the partition wall 10 may be formed in a dome shape having a curved ceiling. The partition wall 10 is not limited to the steel plate, and may be formed of, for example, concrete.

また、隔壁１０の内部は、複数の空間に仕切られていてもよい。隔壁１０には、支柱１５が設けられていなくてもよい。 Further, the inside of the partition wall 10 may be partitioned into a plurality of spaces. The partition wall 10 may not be provided with the support column 15.

さらに、サクション基礎１００に設置される構造体は、風車５０に限られるものではない。構造体は、風況観測塔又はケーソン等であってもよい。 Further, the structure installed on the suction foundation 100 is not limited to the wind turbine 50. The structure may be a wind condition observation tower, a caisson, or the like.

注水部４０の給水ポンプ４１は、電動ポンプに限定されず、電気的又は機械的な動力によって作動し、流体を圧送する流体機械であればよい。排水部３０の排水ポンプ３１も、電動ポンプに限定されず、電気的又は機械的な動力によって作動し、流体を圧送する流体機械であればよい。また、排水ポンプ３１と給水ポンプ４１とは、共通のポンプで形成されていてもよい。すなわち、排水ポンプ３１が給水ポンプ４１として機能してもよい。排水ポンプ３１は、隔壁１０の内部の水を吸引し、吸引した水を流出部４２へ圧送してもよい。排水ポンプ３１及び／又は給水ポンプ４１は、水上ではなく、水中に設けられていてもよい。 The water supply pump 41 of the water injection unit 40 is not limited to the electric pump, and may be a fluid machine that is operated by electric or mechanical power and pumps fluid. The drainage pump 31 of the drainage section 30 is not limited to the electric pump, and may be a fluid machine that operates by electric or mechanical power and pumps fluid. Further, the drainage pump 31 and the water supply pump 41 may be formed by a common pump. That is, the drainage pump 31 may function as the water supply pump 41. The drainage pump 31 may suck the water inside the partition wall 10 and pump the sucked water to the outflow portion 42. The drainage pump 31 and / or the water supply pump 41 may be provided in water instead of on water.

流出部４２は、分配管４３ａに形成された開口に限定されない。隔壁１０の下端部から地盤に水を流出させる限り、流出部４２は任意の構成を採用することができる。例えば、給水管４３は、送水管４３ｂだけを有し、分配管４３ａを有さず、送水管４３ｂの下流側の開口端が流出部４２を構成してもよい。その場合、送水管４３ｂは、複数設けられていてもよい。流出部４２は、周壁部１２の半径方向の内側及び外側に水を流出させているが、半径方向の何れか一方だけに水を流出させてもよい。 The outflow portion 42 is not limited to the opening formed in the distribution pipe 43a. As long as water flows out from the lower end of the partition wall 10 to the ground, the outflow portion 42 can adopt any configuration. For example, the water supply pipe 43 may have only the water supply pipe 43b, not the distribution pipe 43a, and the opening end on the downstream side of the water supply pipe 43b may form the outflow portion 42. In that case, a plurality of water pipes 43b may be provided. The outflow portion 42 allows water to flow out to the inside and the outside in the radial direction of the peripheral wall portion 12, but water may flow out to only one of the radial directions.

また、流出部４２の位置は、周壁部１２の下端縁に限定されない。流出部４２は、周壁部１２の下端部であれば任意の場所に設けることができる。例えば、流出部４２は、周壁部１２の外周面における下端部に設けられていてもよい。このような構成は、分配管４３ａを周壁部１２の外周面における下端部に溶接することによって実現できる。流出部４２は、周壁部１２の半径方向外側の土粒子に水を流出させる。あるいは、流出部４２は、周壁部１２の内周面における下端部に設けられていてもよい。このような構成は、分配管４３ａを周壁部１２の内周面における下端部に溶接することによって実現できる。流出部４２は、周壁部１２の半径方向内側の土粒子に水を流出させる。 Further, the position of the outflow portion 42 is not limited to the lower end edge of the peripheral wall portion 12. The outflow portion 42 can be provided at any location as long as it is the lower end portion of the peripheral wall portion 12. For example, the outflow portion 42 may be provided at the lower end portion on the outer peripheral surface of the peripheral wall portion 12. Such a configuration can be realized by welding the distribution pipe 43a to the lower end portion on the outer peripheral surface of the peripheral wall portion 12. The outflow portion 42 causes water to flow out to the soil particles on the outer side in the radial direction of the peripheral wall portion 12. Alternatively, the outflow portion 42 may be provided at the lower end portion on the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 12. Such a configuration can be realized by welding the distribution pipe 43a to the lower end portion of the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 12. The outflow portion 42 causes water to flow out to the soil particles inside the peripheral wall portion 12 in the radial direction.

分配管４３ａは、アングルで形成されるものに限定されない。分配管４３ａは、円管で形成されていてもよい。 The distribution pipe 43a is not limited to that formed by an angle. The branch pipe 43a may be formed of a circular pipe.

隔壁１０の内部の水を吸引することによって隔壁１０にサクション荷重を作用させて、隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる工程においては、まず、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に水を供給することなく、隔壁１０の内部の水を吸引する工程を行い、その後に、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給する工程を行っている。しかし、隔壁１０を地盤Ｇへ貫入させる工程の最初から、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給してもよい。 In the step of applying a suction load to the partition wall 10 by sucking the water inside the partition wall 10 to penetrate the partition wall 10 into the ground G, first, water is supplied into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12. Without doing so, a step of sucking water inside the partition wall 10 is performed, and then a step of supplying positive pressure water from the lower end portion of the peripheral wall portion 12 into the ground G is performed. However, positive pressure water may be supplied into the ground G from the lower end of the peripheral wall portion 12 from the beginning of the process of penetrating the partition wall 10 into the ground G.

また、周壁部１２の下端部から地盤Ｇ中に正圧の水を供給する工程においては、水の供給と並行して、隔壁１０の内部の水を吸引することによって隔壁１０にサクション荷重を作用させているが、これに限定されない。例えば、水の給水と水の吸引とを交互に行ってもよい。 Further, in the step of supplying positive pressure water from the lower end of the peripheral wall portion 12 into the ground G, a suction load is applied to the partition wall 10 by sucking the water inside the partition wall 10 in parallel with the water supply. However, it is not limited to this. For example, water supply and water suction may be alternately performed.

サクション基礎１００が設置される水域は、海水であっても淡水であってもよい。 The water area in which the suction foundation 100 is installed may be seawater or freshwater.

以上説明したように、ここに開示された技術は、サクション基礎及びその設置方法について有用である。 As described above, the techniques disclosed herein are useful for suction foundations and their installation methods.

１００サクション基礎
１０隔壁
１１天井部
１２周壁部
３０排水部
４０注水部
４１給水ポンプ（流体機械）
４２流出部
４３給水管 100 Suction foundation 10 Partition 11 Ceiling 12 Peripheral wall 30 Drain 40 Water injection 41 Water supply pump (fluid machine)
42 Outflow section 43 Water supply pipe

Claims

A partition wall having a ceiling portion and a peripheral wall portion connected to the ceiling portion and formed so that the bottom is open, and the peripheral wall portion penetrates into the underwater ground.
A drainage unit that applies a suction load to the partition wall by sucking water inside the partition wall.
A suction foundation including a water injection portion that supplies positive pressure water into the ground from the lower end portion of the peripheral wall portion.

In the suction basis according to claim 1,
The water injection section is a suction foundation having a fluid machine that pumps water, an outflow section that allows water to flow out from the lower end of the partition wall to the ground, and a water supply pipe that allows water to flow from the fluid machine to the outflow section.

In the suction basis according to claim 2,
The outflow portion is a suction foundation formed in plurality in the circumferential direction of the peripheral wall portion.

It is a method of installing a suction foundation having a ceiling portion and a peripheral wall portion connected to the ceiling portion and having a partition wall formed so that the bottom is open.
The step of submerging the partition wall into the ground in water
A step of applying a suction load to the partition wall by sucking water inside the partition wall to allow the partition wall to penetrate into the ground is provided.
The step of penetrating the partition wall into the ground is a method of installing a suction foundation including a step of supplying positive pressure water into the ground from the lower end of the peripheral wall portion.

In the method of installing the suction foundation according to claim 4,
In the step of penetrating the partition wall into the ground, the water inside the partition wall is sucked without supplying water from the lower end portion of the peripheral wall portion into the ground before the step of supplying water of the positive pressure. How to install a suction foundation that further includes the process.