JP2022019177A

JP2022019177A - 洗掘防止構造および洗掘防止方法

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Publication number: JP2022019177A
Application number: JP2020122856A
Authority: JP
Inventors: 聡稲垣; Satoshi Inagaki; 雄二新原; Yuji Niihara; 英広藤田; Hidehiro Fujita; 一星梅津; Issei Umezu
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: JP6986119B1

Abstract

【課題】砕石ユニットを効率的に設置することができる洗掘防止構造および洗掘防止方法を提供する。【解決手段】モノパイル１の周囲の地盤３上にフィルター層５を形成する。そして、複数の砕石ユニット７をモノパイル１の外周面に接するように環状に並べて配置する。次に、水平投影面積が砕石ユニット７より大きい複数の砕石ユニット９を砕石ユニット７の外周に平面視で略六角形状となるように隙間なく並べて配置する。砕石ユニット７と砕石ユニット９とは寸法が異なるため、砕石ユニット７と砕石ユニット９との間には隙間が生じる。その後、水平投影面積が砕石ユニット７より大きい砕石ユニット１１を砕石ユニット７と砕石ユニット９との隙間を塞ぐように配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、袋体に砕石類を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止構造および洗掘防止方法に関するものである。

従来、洋上風力発電設備などの基礎を水中に設置する構造物では、水の流れによって水底面に発生する洗掘現象から構造物を保護するために構造物の周囲に洗掘防止工を設置している。洗掘防止工としては、袋体の中に砕石などの塊状物を充填した砕石ユニットが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

砕石ユニットは水底面に設置すると平面が円形に近い形となるため、隣り合う砕石ユニット同士の間に隙間ができる。隙間があると洗掘防止工としての役割を十分に果たさない恐れがあり、一般的には砕石ユニットを水底面に複数層に重ねて設置し上段と下段の砕石ユニットを噛み合わせて隙間を解消している。

特許第５５７０９６５号公報

しかしながら、砕石ユニットを複数層に重ねて設置しようとすると、良質な石材等が大量に必要であり、施工時間も長くかかる。近年はより大型の洋上風力発電設備が採用されており、基礎も大きくなることが予想されるため、砕石ユニットを必要最小設置範囲に効率的に設置することが課題となっている。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、砕石ユニットを効率的に設置することができる洗掘防止構造および洗掘防止方法を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、袋体に砕石類を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止構造であって、水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように配置された第１の砕石ユニットと、前記第１の砕石ユニットの外周に配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第２の砕石ユニットと、前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットと、を具備することを特徴とする洗掘防止構造である。

第１の発明によれば、第２の砕石ユニットより水平投影面積の小さい第１の砕石ユニットを用いることで、洗掘が生じやすい基礎の外周付近に砕石ユニットをなるべく隙間なく配置することができる。これにより、基礎設置直後の初期の洗掘発生を軽減することができる。また、大きさの異なる第１の砕石ユニットと第２の砕石ユニットとを並べることで生じた隙間を第３の砕石ユニットで塞ぐことができる。第３の砕石ユニットは、洗掘の危険性が特に高い基礎の近傍において、洗掘防止効果を高めることが期待できる。また、面積の小さい、従って重量の小さい第１の砕石ユニットの移動・飛散防止にも働く。

前記第２の砕石ユニットの袋体の容量および前記第３の砕石ユニットの袋体の容量は、前記第１の砕石ユニットの袋体の容量よりも大きいことが望ましい。例えば、前記第２の砕石ユニットの袋体と前記第３の砕石ユニットの袋体とは同じ容量である。
第２の砕石ユニットと第３の砕石ユニットとを同じ容量とすれば、使用する砕石ユニットが２種類となり、砕石ユニットの調達が容易になる。

前記第２の砕石ユニットが、平面視で略六角形状となるように並べて配置されることが望ましい。さらに好ましくは、前記第２の砕石ユニットは変形可能であり、一つの前記第２の砕石ユニットと隣接する他の前記第２の砕石ユニットとが隙間が生じないように重なり部分を設けて配置される。
これにより、第２の砕石ユニットを確実に隙間なく配置することができるので、第１および第２の砕石ユニットを１層で構成し、第１の砕石ユニットと第２の砕石ユニットとの隙間を第３の砕石ユニットで塞ぐだけの効率的な配置が実現できる。

前記第２の砕石ユニットの平面視での設置範囲の外接円の径と内接円の径との平均値が、前記基礎の径の３倍から５倍であることが望ましい。
これにより、洗掘防止効果を確保しつつ、砕石ユニットの設置範囲を縮小することができる。

前記第２の砕石ユニットと前記水底の地盤との間にフィルター層が配置されてもよい。
これにより、水底の地盤の砂の吸出しを防ぎ、砕石ユニットによる洗掘防止効果を高めることができる。

第２の発明は、袋体に石材を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止方法であって、水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように第１の砕石ユニットを配置する工程と、前記第１の砕石ユニットの外周に、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第２の砕石ユニットを配置する工程と、前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットを配置する工程と、を具備することを特徴とする洗掘防止方法である。

第２の発明によれば、第２の砕石ユニットより水平投影面積の小さい第１の砕石ユニットを用いることで、洗掘が生じやすい基礎の外周付近に砕石ユニットをなるべく隙間なく配置することができる。また、大きさの異なる第１の砕石ユニットと第２の砕石ユニットとを並べることで生じた隙間を第３の砕石ユニットで塞ぐことができる。第３の砕石ユニットは、洗掘の危険性が特に高い基礎の近傍において、洗掘防止効果を高めることが期待できる。また、面積の小さい、従って重量の小さい第１の砕石ユニットの移動・飛散防止にも働く。

本発明によれば、砕石ユニットを効率的に設置することができる洗掘防止構造および洗掘防止方法を提供することができる。

洗掘防止構造３１の鉛直方向の断面を示す図。洗掘防止構造３１を上方から見た図。砕石ユニットの概要を示す図。砕石ユニット９付近の拡大図。砕石ユニット９の設置範囲を示す図。砕石ユニット７、９を配置する工程を示す図。設置用治具２５を示す図。設置用治具２５ａを示す図。砕石ユニット９の設置範囲をさらに縮小した例を示す図。フィルター層の働きを内在した砕石ユニットを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は洗掘防止構造３１の鉛直方向の断面を示す図である。図２は洗掘防止構造３１を上方から見た図であり、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は砕石ユニットの概要を示す図である。図４は図１に示す砕石ユニット９付近の拡大図である。

図１、図２に示すように、洗掘防止構造３１は、水底の地盤３に設置された基礎であるモノパイル１の周囲に構築される。洗掘防止構造３１は、フィルター層５、第１の砕石ユニット７、第２の砕石ユニット９、第３の砕石ユニット１１等からなる。

フィルター層５はモノパイル１の周囲の地盤３上に砕石を敷設して形成される。第１の砕石ユニット７は、フィルター層５上にモノパイル１の外周面に接するように配置される。第２の砕石ユニット９は、フィルター層５上の砕石ユニット７の外周側に平面視で略六角形状となるように並べて配置される。第３の砕石ユニット１１は、砕石ユニット７と砕石ユニット９との境界上に配置される。ケーブル３３は、砕石ユニット１１同士の間、砕石ユニット７と砕石ユニット９との間に通される。フィルター層５は、少なくとも砕石ユニット７および砕石ユニット９が設置される範囲に設置されればよい。

図３に示すように、砕石ユニット７、９、１１は、いずれもラッセル網等を用いた袋体２７に砕石類を充填し縫合したものである。砕石ユニット７、９、１１は、袋体の２７の底部であって、平面視の略中央付近に線材２９が接合される。線材２９は、波浪による袋体２７内での砕石類の移動を抑制し、砕石類の移動による袋体２７の摩耗を防止する。

砕石ユニット９、１１の袋体２７の容量は砕石ユニット７の袋体２７の容量よりも大きい。例えば、砕石ユニット９、１１の袋体２７内には８ｔの砕石類が充填され、砕石ユニット７の袋体２７内には４ｔの砕石類が充填される。平坦な場所に置かれた砕石ユニット７、９、１１は上方から見ると略円形であり、砕石ユニット９、１１の水平投影面積は砕石ユニット７の水平投影面積より大きい。

図４に示すように平坦な場所に置かれた砕石ユニット９の径Ｌ１と高さＨ１との比Ｌ１／Ｈ１は、砕石ユニット９が容易に変形可能である程度に大きい（例えば図に示す例では比が２．５以上）ものとする。砕石ユニット７、１１についても同様である。このような扁平な砕石ユニット７、９、１１を用いることにより、図４に示す砕石ユニット９の例のように、砕石ユニット７、９、１１を、隣接する他の砕石ユニット７、９、１１との間に隙間が生じないように重なり部分を設けて配置することができる。

図５は、砕石ユニット９の設置範囲を示す図である。図５に示す例では、砕石ユニット９の平面視での設置範囲の外接円１５の径１９と内接円１７の径２１との平均値を径２３としたとき、径２３がモノパイル１の径１３の５倍である。ここで、外接円１５とは平面視で砕石ユニット９の設置範囲の全体を含む最小円であり、内接円１７とは砕石ユニット９の設置範囲に全体が含まれる最大円である。フィルター層５は、例えば、水が透過可能なアスファルトマット等で構成され、少なくとも砕石ユニット９および砕石ユニット１１が設置される範囲に形成される。

次に、洗掘防止構造３１の構築方法について説明する。図６は砕石ユニット７、９を配置する工程を示す図である。

洗掘防止構造３１を構築するには、まず、モノパイル１の周囲の地盤３上にフィルター層５を形成する。また、フィルター層５の形成と前後して、モノパイル１からフィルター層５上に延伸するケーブル３３（図２）を配置する。その後、図６（ａ）に示すように、複数の砕石ユニット７をモノパイル１の外周面に接するように環状に並べて配置する。砕石ユニット７は、例えばクレーンで１個ずつ吊り下げて水底に配置されてもよいが、装置や治工具等を用いて複数個の砕石ユニット７を一括して設置してもよい。例えば、モノパイル１から離した状態で、モノパイル１に沿って、複数の砕石ユニット７を吊り降ろし、設置の際に、モノパイル１側に移動させて、砕石ユニット７をモノパイル１に接触するように配置してもよい。

次に、図６（ｂ）に示すように、複数の砕石ユニット９を砕石ユニット７の外周に平面視で略六角形状となるように隙間なく並べて配置する。砕石ユニット７と砕石ユニット９とは寸法が異なるため、砕石ユニット７と砕石ユニット９との間には隙間が生じる。この隙間を塞ぐため、図２に示すように砕石ユニット１１を砕石ユニット７と砕石ユニット９との境界部に配置する。

図７は設置用治具２５を示す図、図８は設置用治具２５ａを示す図である。砕石ユニット９は、鋼製の設置用治具２５、２５ａ等にフック（図示せず）を用いて複数個ずつ吊り下げて水底に配置される。

設置用治具２５を用いて砕石ユニット９を設置する場合には、例えば、図７（ａ）に示すように、設置用治具２５に、複数の砕石ユニット９を、隣接する砕石ユニット９同士の高さを変えて、適切な重なりが得られるような間隔をおいて一列に吊り下げる。そして、水中に砕石ユニット９を沈下させて同時にフック（図示せず）を外す。これにより、図７（ｂ）に示すように複数の砕石ユニット９を重なり部分を設けて１列に配置することができる。

設置用治具２５ａを用いて砕石ユニット９を場合する際には、例えば、図８（ａ）に示すように、設置用治具２５ａに、複数の砕石ユニット９を、隣接する砕石ユニット９同士の高さを変えて、適切な重なりが得られるような間隔をおいて２列に吊り下げる。そして、水中に砕石ユニット９を沈下させて各列毎にフックを外す。これにより、図８（ｂ）に示すように複数の砕石ユニット９を重なり部分を設けて２列に配置することができる。

このように、本実施形態では、砕石ユニット９より水平投影面積の小さい砕石ユニット７を用いることにより、モノパイル１の外周付近に砕石ユニット７をなるべく隙間なく配置することができる。また、砕石ユニット７の外側に砕石ユニット９を平面視で略六角形状となるように重なり部分を設けて並べることにより、砕石ユニット９を確実に隙間なく配置することができる。さらに、砕石ユニット１１を配置することにより、大きさの異なる砕石ユニット７と砕石ユニット９とを並べることで生じた隙間を塞ぐことができる。これにより、砕石ユニット７、９を１層で構成して砕石ユニット７と砕石ユニット９との隙間を砕石ユニット１１で塞ぐだけの効率的な配置が実現され、石材の使用量の削減や工期の短縮が可能となる。

本実施形態では、砕石ユニット９の平面視での設置範囲の外接円１５の径１９と内接円１７の径２１との平均の径２３をモノパイル１の径１３の５倍とすることにより、洗掘防止効果を確保しつつ砕石ユニット９の設置範囲を縮小することができる。

但し、砕石ユニット９の平面視での設置範囲は上記した範囲に限らず、砕石ユニット９の平面視での設置範囲の外接円の径と内接円の径との平均の径２３がモノパイル１の径１３の３倍から５倍であればよい。図９は、砕石ユニット９の設置範囲をさらに縮小した例を示す図である。図９（ａ）は平均の径２３ａをモノパイル１の径１３の４倍とした例である。図９（ｂ）は平均の径２３ｂをモノパイル１の径１３の３倍とした例である。フィルター層は少なくとも砕石ユニット９および砕石ユニット１１が設置される範囲に形成されればよく、図９（ａ）（ｂ）に示す例ではフィルター層５ａ、５ｂは砕石ユニット９および砕石ユニット１１が設置される範囲より広い範囲に形成される。このように砕石ユニット９およびフィルター層の平面視での設置範囲をさらに縮小した場合でも洗掘防止効果を得ることができる。これら３～５倍の範囲で洗掘防止工が機能することは、波浪を対象とした縮尺１／３０スケールの水理模型実験にて確認されている。

また、砕石ユニット９を水底に配置するための設置用治具は、上記したものに限らない。設置用治具に吊り下げる砕石ユニット９の列数、１列あたりの砕石ユニット９の数は、砕石ユニット９の配置計画に応じて決定すればよい。また、各砕石ユニット９の吊り下げ高さやフックを外すタイミングは、一部の砕石ユニット９のフックを外した時の設置用治具の位置ずれや回転を考慮して決定すればよい。

さらに、フィルター層５の設置は必須ではない。図１０は、フィルター層の働きを内在した砕石ユニットを示す図である。図１０（ａ）に示す砕石ユニット１３ａは袋体２７の底にフィルター層程度の小さい粒径の石２８ａを入れたものであり、図１０（ｂ）に示す砕石ユニット１３ｂは、袋体２７の底にフィルター層と同程度の砂の目詰まりが見込める網状のシート２８ｂを敷いたものである。フィルター層５を設置しない場合は、図１０に示すような砕石ユニットを用いてもよい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、水底の地盤に設置されたジャケット式基礎のアンカー杭などに本発明を適用してもよい。

１………モノパイル
３………地盤
５、５ａ、５ｂ………フィルター層
７、９、１１、１３ａ、１３ｂ………砕石ユニット
１９、２１、２３、２３ａ、２３ｂ………径
１５、１７………円
２５、２５ａ………設置用治具
２７………袋体
２８ａ………石
２８ｂ………シート
２９………線材
３１………洗掘防止構造
３３………ケーブル

前述した目的を達成するために第１の発明は、袋体に砕石類を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止構造であって、水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように環状に並べて配置された複数の第１の砕石ユニットと、複数の前記第１の砕石ユニットの外周の全周に配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい複数の第２の砕石ユニットと、前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットと、を具備することを特徴とする洗掘防止構造である。

複数の前記第２の砕石ユニットが、平面視で略六角形状となるように並べて配置されることが望ましい。さらに好ましくは、前記第２の砕石ユニットは変形可能であり、一つの前記第２の砕石ユニットと隣接する他の前記第２の砕石ユニットとが隙間が生じないように重なり部分を設けて配置される。
これにより、第２の砕石ユニットを確実に隙間なく配置することができるので、第１および第２の砕石ユニットを１層で構成し、第１の砕石ユニットと第２の砕石ユニットとの隙間を第３の砕石ユニットで塞ぐだけの効率的な配置が実現できる。

複数の前記第２の砕石ユニットの平面視での設置範囲の外接円の径と内接円の径との平均値が、前記基礎の径の３倍から５倍であることが望ましい。
これにより、洗掘防止効果を確保しつつ、砕石ユニットの設置範囲を縮小することができる。

複数の前記第２の砕石ユニットと前記水底の地盤との間にフィルター層が配置されてもよい。
これにより、水底の地盤の砂の吸出しを防ぎ、砕石ユニットによる洗掘防止効果を高めることができる。

第２の発明は、袋体に石材を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止方法であって、水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように環状に並べて複数の第１の砕石ユニットを配置する工程と、複数の前記第１の砕石ユニットの外周の全周に、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい複数の第２の砕石ユニットを配置する工程と、前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットを配置する工程と、を具備することを特徴とする洗掘防止方法である。

Claims

袋体に砕石類を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止構造であって、
水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように配置された第１の砕石ユニットと、
前記第１の砕石ユニットの外周に配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第２の砕石ユニットと、
前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように配置された、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットと、
を具備することを特徴とする洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットの袋体の容量および前記第３の砕石ユニットの袋体の容量が、前記第１の砕石ユニットの袋体の容量よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットの袋体と前記第３の砕石ユニットの袋体とが同じ容量であることを特徴とする請求項２記載の洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットが、平面視で略六角形状となるように並べて配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットは変形可能であり、一つの前記第２の砕石ユニットと隣接する他の前記第２の砕石ユニットとが隙間が生じないように重なり部分を設けて配置されたことを特徴とする請求項４記載の洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットの平面視での設置範囲の外接円の径と内接円の径との平均値が、前記基礎の径の３倍から５倍であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の洗掘防止構造。
前記第２の砕石ユニットと前記水底の地盤との間にフィルター層が配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の洗掘防止構造。
袋体に石材を充填した砕石ユニットを用いた洗掘防止方法であって、
水底の地盤に設置された基礎の外周面に接するように第１の砕石ユニットを配置する工程と、
前記第１の砕石ユニットの外周に、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第２の砕石ユニットを配置する工程と、
前記第１の砕石ユニットと前記第２の砕石ユニットとの隙間を塞ぐように、前記第１の砕石ユニットよりも水平投影面積の大きい第３の砕石ユニットを配置する工程と、
を具備することを特徴とする洗掘防止方法。