JP2022076730A - 杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】杭を立て起こす際に杭の荷重を制御し、杭の緩やかで安全な立て起こし作業を実現することができる、杭の施工方法を提供する。【解決手段】中空の本体部１を備え、前記本体部１の下端には前記本体部１よりも小径の下側のバルブ５を有している杭１０を水底１００に打設する杭１０の施工方法であって、水１０１の上に横たわる杭１０を、下側のバルブ５を通して本体部１内に水を流入させながら水１０１の上で立て起こす注水工程を備える。【選択図】図６

Description

この発明は、固定式洋上風力発電機のモノパイル基礎等に用いられる杭の施工方法に関する。

現在、洋上固定式風力発電機の基礎構造の一例としてモノパイル（杭）を設置する方法が用いられている。杭は洋上の設置場所まで輸送船または作業船上に寝かせた状態で輸送し、設置場所にて立て起こす。その後、作業船上に取付けたパイルグリッパーに固定させ、海底面下に打設する方法が採られている。
モノパイルを洋上にて立て起こす際、比較的重量が小さく、短い杭の場合は輸送船または作業船上でクレーンによって立て起こすことができる。しかし、杭重量が重く、長尺である場合、クレーン吊り能力及び揚程の制約により、輸送船または作業船上で立て起こすことが出来ないことがある。
その場合、次のような施工法が用いられる。（１）杭の上端および下端に止水板を取り付ける、（２）設置場所まで輸送した杭を一度吊上げる、（３）吊上げた杭を海面に降し、浮遊状態とする、（４）杭上端をクレーンで保持する、（５）杭下端の止水板を取り外して杭内部に水を流入させることで杭を鉛直に立て起こす、（６）この時、上端の止水板に設置したバルブにより内圧を抜くことで姿勢を制御する（下記特許文献１参照）。
また、浮体式洋上風力発電機の設置では、洋上の設置場所に浮遊状態で輸送した後、風車基礎内部に水または海水を注入することにより、クレーンを使用せず、自立させる工法が用いられている（下記特許文献２参照）。

英国特許出願公開第２５６０００６号明細書 特開２０１２－２０１２１７号公報

しかしながら、従来のようにモノパイル（杭）に設けられた止水板を取り外す方法では、杭内部に急激に海水が流れ込み、杭下端が勢いよく沈む。その際、杭を保持しているクレーンに衝撃的な荷重が作用する。このとき、クレーン吊り能力が杭重量および衝撃的な荷重に対して十分でない場合、クレーンが損傷する可能性がある。更に、立て起こし中の杭の挙動の制御が出来ず、杭に設置されている機器および施工治具などを損傷させる可能性がある。また、クレーンの吊り能力に余裕がない場合、作業半径が短い位置での立て起こしが必要となり、立て起こし直後の杭の慣性力によって杭がクレーンブームと接触し、クレーンが損傷する可能性がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、杭を立て起こす際にクレーンに作用する荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる施工方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る方法は、中空の本体部を備え、前記本体部の下端には前記本体部よりも小径の流入口を有している杭を立て起こし、水底に打設する杭の施工方法であって、水上に横たわる前記杭を、前記流入口を通して前記本体部内に水を流入させながら水上で立て起こす注水工程を備える。

この発明によれば、杭の下端に本体部よりも小径の流入口を有している。これにより、杭に流入口を設けず、杭の径全体を開口した場合と比較して、杭内への注水初期における立て起こし速度を緩和することで、杭を緩やかに立て起こすことができる。また、杭を緩やかに立て起こすことによって、例えば、立て起こした後の杭を打設位置に合わせる際の慣性力を低減させることができる。したがって、例えば、杭を立て起こすときに衝撃的な荷重がクレーンに作用することを防ぐことができる。更に、杭を立て起こす時に、例えば、クレーンに対する杭の見かけの重量を減少させることができる。これらのことによって、クレーンで杭を立て起こす際、クレーンにかかる杭の荷重を最小限に抑えることができる。すなわち、杭を立て起こす際に杭の荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる施工方法を提供することができる。

また、前記流入口を、外部操作により開閉してもよい。

この発明によれば、流入口を外部操作により開閉する。これにより、杭内に流入させる水の量を随時管理することができる。これにより、より効率的に杭からクレーンに伝わる荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる。

また、前記注水工程では、前記流入口から水を流入させながら、前記本体部から空気を排出してもよい。

この発明によれば、流入口から水を流入させながら、本体部から空気を排出する。ここで、本体部から空気を排出することには、本体部に穴を設けてその穴から本体部の空気を排出することも含まれるし、本体部とは別途設けられた止水板（後述する）のバルブなどから本体部の空気を排出することも含まれる。よって、例えば、本体部から空気を排出させない方法と比較して流入口から空気を逃がす必要がなく、より効率的に杭内部に水を流入させることができる。

また、前記注水工程では、前記杭を鉛直に立て起こした状態で、前記杭内の水面が外の水面より低くなるように、前記流入口からの水の流入量を制御してもよい。

この発明によれば、杭を鉛直に立て起こした状態で、杭内の水面が外の水面より低くなるように、流入口からの水の流入量を制御する。つまり、この状態の杭は外側と内側との水面の差の分だけ浮力を有している。これにより、杭内の水面と外の水面を同じにした場合と比較して、杭を立て起こす時に杭を引き上げるクレーンに作用する杭の荷重（杭の見かけの重量）を浮力の分減少させることができる。よって、杭を吊り上げる際のクレーンにかかる負担を減らすことができる。
さらに、クレーンに作用する杭の荷重が軽くなることで、クレーン能力に余裕ができる。そのため、吊り上げ時にクレーンのブームを倒すことができる。よって、立て起こし時のクレーン作業半径を延ばし、クレーンブームと杭との距離を拡大することができる。これにより、クレーンブームと杭との安全距離を拡大し、杭の立て起こし完了直後に慣性力により杭が作業船側に傾く、または接近した場合でも、杭と作業船またはクレーンとが接触することを回避することができる。

また、前記杭の前記本体部の下端に止水板を有し、前記注水工程の完了後、前記杭から前記止水板を取り外す取り外し工程を含んでいてもよい。

この発明によれば、注水工程の完了後、杭から止水板を取り外す。すなわち、位置合わせ工程の後に杭内への注水を再開し、完了した後、止水板を本体部から取り外す。これにより、杭の位置合わせを行う際、クレーン能力に余裕を持たせることができる。

また、前記取り外し工程の前に、前記杭を水底に吊り降ろす工程を含んでいてもよい。

この発明によれば、止水板の取り外し工程の前に、杭を水底に吊り降ろす。すなわち、杭を水底に吊り降ろすときに、止水板を取り外さないことで杭内の空気を抜かず、杭の浮力を維持したまま杭を水底に吊り降ろす。これにより、例えば、杭の重さに対してクレーン能力が不足している場合であっても、浮力を利用して杭を水底まで吊り降ろすことができる。

また、前記杭の前記本体部に注水開始マーキングが設けられ、前記注水開始マーキングが水面と重なったときに前記注水工程を開始してもよい。

この発明によれば、注水開始マーキングが水面と重なったときに注水工程を開始する。これにより、水の流入の開始のタイミングを目視により容易に判断することができる。

また、前記杭の前記本体部に注水可否判断マーキングが設けられ、前記注水可否判断マーキングと水面との位置関係によって前記注水工程の開始可否を判断してもよい。

この発明によれば、注水可否判断マーキングと水面との位置関係によって前記注水工程の開始可否を判断する。これにより、例えば、杭の吊り上げ工程中にクレーンの故障などの理由により杭の吊り上げ工程の継続が困難となった場合に、予定していた吊り上げ高さに達していないまま注水を開始しても、クレーンの能力を超えず、また杭が海底に接触することなく立て起こしが可能であるかを目視により容易に判断することができる。

また、前記杭の上端をクレーンで吊り上げる吊り上げ工程を含み、前記注水工程では、前記クレーンを用いて前記杭を立て起こしてもよい。

この発明によれば、杭の上端をクレーンで吊り上げる工程を含む。これにより、杭の下端を積極的に水面下に沈めることができる。よって、より効率的に杭内に水を流入させることができる。

また、前記注水工程において、前記クレーンの荷重に応じて前記流入口を開閉して、前記杭内への注水量を管理することで前記杭の挙動を制御してもよい。

この発明によれば、クレーンの荷重に応じて杭内への注水量を管理することによって、杭の挙動を制御する。これにより、より精密に杭の状態を管理することができる。すなわち、より安全に杭を立て起こすことができる。

また、前記注水工程の途中に、前記杭が鉛直に立て起こされたときに注水を一度中断し、前記クレーンを起こすことで前記杭の位置を所定の打設位置に調整する位置合わせ工程を含んでいてもよい。

この発明によれば、注水工程の途中に、杭が鉛直に立て起こされたときに注水を一度中断し、クレーンを起こすことで前記杭の位置を所定の打設位置に調整する。すなわち、注水工程において、クレーンを用いて杭を鉛直に立て起こす。その後、流入口を閉じて注水作業を中断する。その後、クレーンを起こし、杭の位置を所定の打設位置に調整する。その後、杭内への注水を再開する。
これにより、位置合わせ工程の時に杭に作用する浮力を維持することができる。すなわち、クレーン能力に余裕を持たせることができる。よって、風および潮流などによる杭の動揺により、クレーンに動的荷重が作用した場合でも、クレーン能力を超えることなく安全に作業を行うことができる。
また、杭の位置合わせをする際に風および潮流によって杭が動揺しても、作業船と杭との間に十分安全な離隔を確保しつつ、動揺が収まるまで待機することができる。これにより、周辺設備に杭が接触することなく、安全に杭の位置合わせを行うことができる。

また、前記吊り上げ工程において、前記杭の高さが前記クレーンの揚程に達したときに、前記注水工程を開始してもよい。

この発明によれば、クレーンに吊り上げられた杭の高さがクレーンの揚程に達したときに、注水工程を開始する。すなわち、杭に水を流入させる前にある程度杭の上部を持ち上げることで、杭の下部が水面下に沈んだ状態となる。このような状態から流入を開始することで、杭の上部を持ち上げる前から注水を開始する場合と比較して、流入口にかかる水圧を高くすることができる。すなわち、同じ大きさの流入口から流入する流量を増加させることができる。したがって、より短時間で杭に水を流入させることができる。

また、前記吊り上げ工程では、前記クレーンの定格荷重を超える質量を有する前記杭を、浮力を利用して吊り上げてもよい。

この発明によれば、クレーンの定格荷重を超える質量を有する杭を、杭に作用する浮力を利用して吊り上げる。このことによって、水上など使用することができるクレーンの性能が限られている場合においても、クレーンによって杭を立て起こすことができる。よって、杭に作用する浮力を使用しない場合と比較してクレーンに求められる性能が低くなり、施工中の安全性を向上させ、さらに施工にかかる費用を削減することができる。

また、前記注水工程では、前記クレーンの揚程を超える長さを有する前記杭を、前記杭の下部を水中に沈めることで立て起こしてもよい。

この発明によれば、クレーンの揚程を超える長さを有する杭を、杭の下部を水中に沈めることで立て起こす。このことによって、水上など使用することができるクレーンの性能が限られている場合においても、クレーンによって杭を立て起こすことができる。よって、杭に作用する浮力を使用しない場合と比較してクレーンに求められる性能が低くなり、施工中の安全性を向上させ、さらに施工にかかる費用を削減することができる。

また、前記注水工程の後、前記本体部内に空気を圧入し、前記流入口から水を排出する排水工程を含んでいてもよい。

この発明によれば、本体部内に空気を圧入し、流入口から水を排出する排水工程を含む。
ここで、杭の施工中にクレーンの故障や急激な気象悪化等が発生したとき、注水工程の中断ややり直しが必要となることがある。このとき、本体部内に空気を圧入し、流入口から水を排出する。このことによって、必要に応じて施工作業の中断及びやり直しをすることができる。よって、より施工作業の安全性を向上することができる。

本発明によれば、杭を立て起こす際に、クレーンに作用する荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる施工方法を提供することができる。

本発明に係る実施形態の杭を水底に打設した状態を示す図である。 本発明に係る実施形態の杭の図である。 図２の杭を載せた輸送台船を作業船に接舷している図である。 図３の杭をタグボートによって移動している図である。 図４の杭を立て起こす前に回転防止の対策を施している図である。 図５の杭を水上で立て起こしている状態を示す図である。 図６において、杭内部に水を流入させている図である。 図６の杭が鉛直となった状態を示す図である。 図８の杭をパイルグリッパーに設置している図である。 図９の杭を油圧ハンマーにより水底に打設している図である。 図２の杭にマーキングを施した変形例である。 杭を立て起こしている最中の角度の管理方法の変形例を示す図である。 本実施形態に係る杭の上端が台形状になっている変形例である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る杭及び杭の施工方法を説明する。

図１及び図２に示すように、杭（モノパイル）１０は、本体部１と、上側の止水板２と、上側のバルブ３と、下側の止水板４と、下側のバルブ５と、を備えている。杭１０は、海等をはじめとする水上において、風車などを設置するための基礎として用いられる。このとき、杭１０は本体部１のみによって構成され、本体部１から止水板２、４及びバルブ３、５は取り外されている。そして、杭１０の下端は水底１００に打設される。杭１０の上端は水１０１から突出している。なお、杭１０の内部にも水１０２が充填されている。杭１０の内部の水１０２の水面は、杭１０の外部の水１０１の水面と同等の高さである。

本体部１は、例えば円柱状に形成されている。本体部１の内部は中空となっている。本体部１の打設後には、例えば、本体部１の上端部に風車が設置される。従って風や波等の外力に対して十分耐えうる大きさを有する必要がある。本体部１は、一例として、直径１０ｍ、板厚７０ｍｍ、高さ８５ｍ、重さ１９００トンのものが挙げられる。
また、図１３に示すように、本体部１は、上部が台形状となっていてもよい。

上側の止水板２は、本体部１の上端に取り外し可能に配置されている。上側の止水板２は、中空の本体部１の上端を密閉する。上側の止水板２は、例えば、円板形状を有する。上側の止水板２の外径は本体部１の内径と同程度である。上側の止水板２は、本体部１の内圧変動に耐えうる強度を有する。上側の止水板２の詳細の寸法は適宜決定される。上側の止水板２は、円柱状の本体部１の内側に嵌め込まれる。その際、本体部１との隙間は、例えば、油圧を駆動源とする機構によって、密閉及び開放が切り替え可能となっている。

また、上側の止水板２は、吊り治具としての用途を兼ねていてもよい。吊り治具は、水上に浮遊している杭１０を立て起こす時（後述する）に杭１０を引き上げる設備に用いられる。

上側のバルブ３は、上側の止水板２を上下方向に貫通する。上側のバルブ３は、本体部１の外径よりも小径である。上側のバルブ３は、例えば、本体部１内の圧力管理を可能とする耐圧ホース（不図示）を備えている。上側のバルブ３は、例えば、油圧を用いた遠隔操作によって開閉される。上側のバルブ３は、水上に浮遊している杭１０を立て起こす時、必要に応じて開閉することで、本体部１内部の空気を抜く、いわゆるエアー抜きの役割を有する。本実施形態においては、エアー抜きの役割を上側の止水板２に設けられた上側のバルブ３により行う。しかしながら、本体部１に穴を設けてその穴から本体部１の空気を排出してもよい。

下側の止水板４は、本体部１の下端に取り外し可能に配置されている。下側の止水板４は、中空の本体部１の下端を密閉する。下側の止水板４は、例えば、円板形状を有する。下側の止水板４の外径は本体部１の内径と同程度である。下側の止水板４は、本体部１の内圧変動に耐えうる強度を有し、詳細の寸法は適宜決定される。下側の止水板４は、円柱状の本体部１の内側に嵌め込まれる。その際、本体部１との隙間は、例えば、油圧を駆動源とする機構によって、密閉及び開放が切り替え可能となっている。

上側の止水板２と下側の止水板４によって中空の本体部１を密閉することで、杭１０を水上で自然浮遊可能な浮力体とする。また、上側の止水板２と下側の止水板４は、水上に浮遊している杭１０を垂直に立て起こした後は本体部１から取り外される。上側の止水板２と下側の止水板４は、本体部１に離脱可能に取り付けられている。

下側のバルブ（流入口）５は、下側の止水板４を上下方向に貫通する。下側のバルブ５は、例えば、油圧を用いた遠隔操作によって開閉される。下側のバルブ５は、水上に浮遊している杭１０を立て起こす時、必要に応じて開閉することで、本体部１内部に水を流入させ、あるいは流入量を制御する役割を有する。下側のバルブ５を解放した時に、本体部１内部に急激に水が流入することが無いよう、下側のバルブ５の大きさは、本体部１の外径よりも小径に設定されている。

本実施形態において、杭１０を設置場所まで曳航し、立て起こすまでには、作業船２０、輸送台船２１、クレーン３０、タグボート４０、回転防止ロープ５０、パイルグリッパー６０、油圧ハンマー７０と、を用いる。

図３に示すように、杭１０は、洋上の設置場所まで輸送台船２１によって曳航される。輸送台船２１は、前述の杭１０を輸送可能な程度の大きさを有する。図３では、一度に複数の杭１０を設置できるように、輸送台船２１に杭１０を２本積載した場合を想定している。あるいは、杭１０を海上に浮かべた状態で曳航索を取付け、タグボート４０で施工現場まで曳航してもよい。

また、作業船２０は、杭１０の立て起こし作業を行うためのもので、クレーン３０を有する。杭１０は、輸送台船２１によって設置場所まで曳航された後、作業船２０に備えられたクレーン３０を用いて立て起こされる。

クレーン３０は、本実施形態において、杭１０を立て起こす際に用いる。クレーン３０は、本実施形態においては一般的なジブクレーンである。クレーン３０によって杭１０を立て起こす時は、杭１０の上側の止水板２に備えられた吊り治具（不図示）を、クレーン３０に備えられた吊りフック（不図示）に掛けることで立て起こす。
また、輸送台船２１から立て起こす前の杭１０を降ろすときは、クレーン３０は、杭１０に横持用ワイヤ（不図示）を取付けることで持ち上げる。

クレーン３０は、本実施形態においては、作業船２０の艫（とも）部に設置されている。そのため、杭１０が大型の場合は杭１０の重量がクレーン３０のクレーン容量を上回ることがある。その際は、杭１０を水上に浮遊させることで生じる浮力により補う。また、このような場合はクレーン３０によって輸送台船２１から杭１０を降ろすことができない。そのため、上述のような、海上に浮かべた杭１０をタグボート４０で曳航する方法が好適に用いられる。
また、杭１０の高さがクレーン３０の揚程を上回ることがある。その際は、杭１０を立て起こす際に杭１０の下端を沈めることで補う。例えば、クレーン３０によって杭１０を持ち上げる際、杭１０の高さの１／３程度を沈めることが考えられる。

図４及び図５に示すように、タグボート４０は、輸送台船２１によって輸送した杭１０をクレーン３０によって立て起こし可能の位置に移動させる。また、クレーン３０によって杭１０を立て起こす時、タグボート４０と杭１０とを回転防止ロープ５０を介して接続し、杭１０が軸方向に回転することを防止する。
回転防止ロープ５０は、タグボート４０と杭１０とを接続する。回転防止ロープ５０は、例えば、ナイロン製のワイヤーロープなどが挙げられる。回転防止ロープ５０は、設置場所までの輸送のしやすさやタグボート４０と杭１０との接続のしやすさなどによって適宜選択される。

図９に示すように、パイルグリッパー（グリッパーフレーム）６０は、クレーン３０によって立て起こされた杭１０を、水底１００へ打設する際に保持する。パイルグリッパー６０は、杭１０の垂直荷重を受け持つものではなく、杭１０の水平方向の位置を案内するガイドの役割を有する。パイルグリッパー６０は、作業船２０において、クレーン３０の根元部に配置される。パイルグリッパー６０は、クレーン３０によって立て起こされた杭１０を水平方向に挟む。

図１０に示すように、油圧ハンマー７０は、杭１０を垂直に立て起こした後、水底１００に打設する際に用いる。油圧ハンマー７０は、例えば、ＩＨＣ社製のＳ－３０００が用いられる。

次に、本実施形態における、水上に浮遊している杭１０を立て起こし、水底１００に打設する施工手順を、図３から図１０を用いて説明する。

まず、図３に示すように、杭１０を設置場所まで曳航した輸送台船２１を、作業船２０の艫部に接舷させる。このとき、輸送台船２１の進行方向（杭１０の長手方向）が、作業船２０の進行方向に対して直角となるように接舷させる。
このとき、杭１０の重心を、クレーン３０によって吊り上げ可能となる作業半径内に配置する。
また、後述するように杭１０を浮力体とするため、上側の止水板２及び下側の止水板４は、本体部１に組込まれている状態となっている。

その後、杭１０に横持用ワイヤを取付け、クレーン３０により横持ち用ワイヤを巻き上げることで杭１０を垂直に吊り上げる。輸送台船２１から杭１０が完全に離れた後、輸送台船２１を作業船２０から離舷させる。この時、杭１０の長手方向と作業船２０の進行方向とは直角である。
輸送台船２１が作業船２０から離舷した後、杭１０をクレーン３０から降ろすことで、杭１０を水上に浮遊させる。

図４に示すように、杭１０を水上に浮遊させた後、タグボート４０によって杭１０を図４に示すように９０°回転させる。例えば、杭１０を上面視したときに、杭１０の長手方向の中央を中心となるように旋回させる。
そうすることで、上側の止水板２がクレーン３０の吊りフックの真下に来るように杭１０を移動させる。この時、杭１０の回転前後のいずれかにおいて、上側の止水板２の吊り治具とクレーン３０の吊りフックとを接続する。

その後、杭１０をクレーン３０によって立て起こす前に、図５に示すように、タグボート４０と杭１０とを回転防止ロープ５０により接続する。これにより、杭１０の立て起こし作業中に杭１０が軸方向に回転することを防ぐ。

その後、図６に示すように、クレーン３０の吊りフックを巻き上げ、上側の止水板２に備えられた吊り治具を吊り上げることで、杭１０の立て起こしを開始する。このとき、上側のバルブ３及び下側のバルブ５は開放させない。すなわち、杭１０の内部は密封された状態のままとする。また、杭１０を立て起こした際に、杭１０が動揺した場合でも作業船２０及びクレーン３０と杭１０とが接触することがないよう、クレーン３０の作業半径を十分に確保する。
このとき、図６に示すように、杭１０の上端及び上側の止水板２がクレーン３０によって吊り上げられた状態となる。また、上側の止水板２から杭１０の下側に向かうにつれて杭１０の高さは下がる。そして、杭１０の下端及び下側の止水板４が水１０１の中に沈んだ状態となる。

杭１０の内部が密封された状態のまま、クレーン３０によって上側の止水板２を事前に決定した高さまで巻き上げる。事前に決定した高さとは、クレーン３０の吊りフックを巻き上げた際の杭１０の角度、クレーン３０に作用する杭１０の荷重、設置場所の水深などの条件や、クレーン３０の容量及び揚程等の条件を考慮し、解析によって定められる。例えば、本実施形態においては、作業船２０の甲板とクレーン３０の吊りフックまでの距離が６４ｍとなるまで巻き上げる。

その後、図７に示すように、下側のバルブ５を開放し、本体部１の内部に水１０２を流入させる。同時に、上側のバルブ３を開放し、本体部１の内部の空気を排出する。この時、杭１０の内部に勢いよく水１０２が流れ込み、杭１０が急激に沈むと、クレーン３０に対して衝撃的な荷重が発生する。このようなことが無いよう、必要に応じて上側のバルブ３と下側のバルブ５の開閉を管理する。この操作によって本体部１内部に少しずつ流入させ、徐々に沈めていく。

ここで、杭１０の施工中にクレーン３０の故障や急激な気象悪化等が発生したとき、注水工程の中断ややり直しが必要となることがある。この場合は、本体部１内に空気を圧入し、下側のバルブ５から水１０２を排出することで、施工作業の中断及びやり直しをしてもよい。

本体部１へ流入させる水１０２の量は、図８に示すように杭１０が鉛直となる為に必要な最小限の量とする。例えば、本実施形態においては、杭１０が鉛直となった時の本体部１内部と外部との水面差が７ｍになるようにする。本実施形態においては、この状態に至るまでの注水量は約１２００ｍ^３である。これによって、杭１０に浮力を残し、次の作業を行いやすくする。
また、本体部１に流入する水１０２の量は、事前に解析によって求めた結果をもとに、クレーン３０に作用している杭１０の荷重及び杭１０の姿勢によって管理する。
杭１０が鉛直となった後、上側のバルブ３及び下側のバルブ５を閉じ、水１０２の流入を止める。その後、杭１０に接続された回転防止ロープ５０を取り外す。

その後、図９及び図１０に示すように、クレーン３０の吊りフックの高さが変わらないように管理しつつ、クレーン３０のアームを引き起こす。それによって作業船２０側に杭１０を引き寄せ、杭１０をパイルグリッパー６０に挟む。この時、上述のように杭１０に対して浮力を作用させることで、クレーン３０に作用する杭１０の見かけの重量を減少させる。これにより、クレーン３０と杭１０との間に安全な離隔を確保する作業半径とし、海象が急変した場合でも海象が落ち着くまで安全に待機することが可能となる。よって、杭１０の引き寄せを安全に行うことが可能となる。

杭１０をパイルグリッパー６０に挟んだ後、パイルグリッパー６０を閉じる。その後、再度上側のバルブ３及び下側のバルブ５を開放し、本体部１内部と外部との水面差がなくなるまで水１０２を流入させる。
その後、下側の止水板４、上側の止水板２を本体部１から取り外し回収する。両止水板の回収完了後、クレーン３０の吊りフックを降下させ、杭１０を水底１００まで自沈させる。

その後、図１０に示すように、杭１０を水底１００に打設する。杭１０の打設は、油圧ハンマー７０をクレーン３０に設置して行う。その際、必要に応じて騒音計を装着する。
設計深さまで杭１０を打設した後、油圧ハンマーを回収する。

以上説明したように、本実施形態の施工方法によれば、杭１０の下端に本体部１よりも小径の下側のバルブ５を有している。これにより、杭１０に下側のバルブ５を設けず、杭１０の径全体を開口した場合と比較して、杭１０内への注水初期における立て起こし速度を緩和することで、杭１０を緩やかに立て起こすことができる。また、杭１０を緩やかに立て起こすことによって、例えば、立て起こした後の杭１０を打設位置に合わせる際の慣性力を低減させることができる。したがって、例えば、杭１０を立て起こすときに衝撃的な荷重がクレーン３０に作用することを防ぐことができる。更に、杭１０を立て起こす時に、例えば、クレーン３０に対する杭１０の見かけの重量を減少させることができる。これらのことによって、クレーン３０で杭１０を立て起こす際、クレーン３０にかかる杭１０の荷重を最小限に抑えることができる。すなわち、杭１０を立て起こす際に杭１０の荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる施工方法を提供することができる。

また、下側のバルブ５を外部操作により開閉する。これにより、杭１０内に流入させる水１０２の量を随時管理することができる。これにより、より効率的に杭１０からクレーン３０に伝わる荷重を制御し、安全な立て起こしを実現することができる。

また、下側のバルブ５から水１０２を流入させながら、本体部１から空気を排出する。ここで、本体部１から空気を排出することには、本体部１に穴を設けてその穴から本体部１の空気を排出することも含まれるし、本体部１とは別途設けられた上側の止水板２の上側のバルブ３などから本体部１の空気を排出することも含まれる。よって、例えば、本体部１から空気を排出させない方法と比較して下側のバルブ５から空気を逃がす必要がなく、より効率的に杭１０内部に水１０２を流入させることができる。

また、杭１０を鉛直に立て起こした状態で、杭１０内の水１０２の水面が外の水１０１の水面より低くなるように、下側のバルブ５からの水１０２の流入量を制御する。つまり、この状態の杭１０は外側と内側との水面の差の分だけ浮力を有している。これにより、杭１０内の水１０２の水面と外の水１０１の水面を同じにした場合と比較して、杭１０を立て起こす時に杭１０を引き上げるクレーン３０に作用する杭１０の荷重（杭１０の見かけの重量）を浮力の分減少させることができる。よって、杭１０を吊り上げる際のクレーン３０にかかる負担を減らすことができる。
さらに、クレーン３０に作用する杭１０の荷重が軽くなることで、クレーン３０の能力に余裕ができる。そのため、吊り上げ時にクレーン３０のブームを倒すことができる。よって、立て起こし時のクレーン３０の作業半径を延ばし、クレーンブームと杭１０との距離を拡大することができる。これにより、クレーンブームと杭１０との安全距離を拡大し、杭１０の立て起こし完了直後に慣性力により杭１０が作業船２０側に傾く、または接近した場合でも、杭１０と作業船２０またはクレーン３０とが接触することを回避することができる。

また、注水工程の完了後、杭１０から下側の止水板４を取り外す。すなわち、位置合わせ工程の後に杭１０内への注水を再開し、完了した後、下側の止水板４を本体部１から取り外す。これにより、杭１０の位置合わせを行う際、クレーン３０の能力に余裕を持たせることができる。

また、下側の止水板４の取り外し工程の前に、杭１０を水底に吊り降ろす。すなわち、杭１０を水底に吊り降ろすときに、下側の止水板４を取り外さないことで杭１０内の空気を抜かず、杭１０の浮力を維持したまま杭１０を水底に吊り降ろす。これにより、例えば、杭１０の重さに対してクレーン３０の能力が不足している場合であっても、浮力を利用して杭１０を水底まで吊り降ろすことができる。

また、第１のマーキング６ａ（注水開始マーキング）が水１０１の水面と重なったときに注水工程を開始する。これにより、水１０２の流入の開始のタイミングを目視により容易に判断することができる。

また、第１のマーキング６ａ（注水可否判断マーキング）と水１０２の水面との位置関係によって前記注水工程の開始可否を判断する。これにより、例えば、杭１０の吊り上げ工程中にクレーン３０の故障などの理由により杭１０の吊り上げ工程の継続が困難となった場合に、予定していた吊り上げ高さに達していないまま注水を開始しても、クレーン３０の能力を超えず、また杭１０が水底１００に接触することなく立て起こしが可能であるかを目視により容易に判断することができる。

また、杭１０の上端をクレーン３０で吊り上げる工程を含む。これにより、杭１０の下端を積極的に水１０１の水面下に沈めることができる。よって、より効率的に杭１０内に水１０２を流入させることができる。

また、クレーン３０の荷重に応じて杭１０内への注水量を管理することによって、杭１０の挙動を制御する。これにより、より精密に杭１０の状態を管理することができる。すなわち、より安全に杭１０を立て起こすことができる。

また、注水工程の途中に、杭１０が鉛直に立て起こされたときに注水を一度中断し、クレーン３０を起こすことで前記杭１０の位置を所定の打設位置に調整する。すなわち、注水工程において、クレーン３０を用いて杭１０を鉛直に立て起こす。その後、下側のバルブ５を閉じて注水作業を中断する。その後、クレーン３０を起こし、杭１０の位置を所定の打設位置に調整する。その後、杭１０内への注水を再開する。
これにより、位置合わせ工程の時に杭１０に作用する浮力を維持することができる。すなわち、クレーン３０の能力に余裕を持たせることができる。よって、風および潮流などによる杭１０の動揺により、クレーン３０に動的荷重が作用した場合でも、クレーン３０の能力を超えることなく安全に作業を行うことができる。
また、杭１０の位置合わせをする際に風および潮流によって杭１０が動揺しても、作業船２０と杭１０との間に十分安全な離隔を確保しつつ、動揺が収まるまで待機することができる。これにより、周辺設備に杭１０が接触することなく、安全に杭１０の位置合わせを行うことができる。

また、クレーン３０に吊り上げられた杭１０の高さがクレーン３０の揚程に達したときに、注水工程を開始する。すなわち、杭１０に水１０２を流入させる前にある程度杭１０の上部を持ち上げることで、杭１０の下部が水１０１の水面下に沈んだ状態となる。このような状態から流入を開始することで、杭１０の上部を持ち上げる前から注水を開始する場合と比較して、下側のバルブ５にかかる水圧を高くすることができる。すなわち、同じ大きさの下側のバルブ５から流入する流量を増加させることができる。したがって、より短時間で杭１０に水１０２を流入させることができる。

また、クレーン３０の定格荷重を超える質量を有する杭１０を、杭１０に作用する浮力を利用して吊り上げる。このことによって、水上など使用することができるクレーン３０の性能が限られている場合においても、クレーン３０によって杭１０を立て起こすことができる。よって、杭１０に作用する浮力を使用しない場合と比較してクレーン３０に求められる性能が低くなり、施工中の安全性を向上させ、さらに施工にかかる費用を削減することができる。

また、クレーン３０の揚程を超える長さを有する杭１０を、杭１０の下部を水１０１に沈めることで立て起こす。このことによって、水上など使用することができるクレーン３０の性能が限られている場合においても、クレーン３０によって杭１０を立て起こすことができる。よって、杭１０に作用する浮力を使用しない場合と比較してクレーン３０に求められる性能が低くなり、施工中の安全性を向上させ、さらに施工にかかる費用を削減することができる。

また、本体部１内に空気を圧入し、下側のバルブ５から水１０２を排出する排水工程を含む。
ここで、杭１０の施工中にクレーン３０の故障や急激な気象悪化等が発生したとき、注水工程の中断ややり直しが必要となることがある。このとき、本体部１内に空気を圧入し、下側のバルブ５から水１０２を排出する。このことによって、必要に応じて施工作業の中断及びやり直しをすることができる。よって、より施工作業の安全性を向上することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図１１に示すように、杭１０の立て起こし時の角度管理を目的として、本体部１にマーキング６を設けてもよい。
ここで、図１１に示す第１のマーキング６ａは、第１のマーキング６ａが水面と一致した時に、下側のバルブ５及び上側のバルブ３を開いて本体部１への水１０２の流入を開始するとしたものである（注水開始マーキング）。
また、第２のマーキング６ｂは、水１０１の水面が第２のマーキング６ｂより上方にある場合に注水した時に、杭１０が水底１００に接触することを意味するものである。

なお、マーキング６の位置は、事前の解析によって求められ、杭１０の製造時または出荷岸壁からの出荷前に施すものである。すなわち、マーキングの位置については杭１０の大きさにより変動する。
このように、マーキング６を設けることで、杭１０の施工作業時に本体部１への水１０２の流入を開始するかどうかの判別を目視にて行うことができる。また、マーキング６を設けていない場合は当該の判別について杭１０の角度や、クレーン３０に作用する荷重及び杭１０の高さにて代用することも可能であるが、目視での判別が難しい。すなわち、マーキング６を有する場合は、有していない場合と比較して施工作業を容易にすることができる。

ここで、杭１０の吊り上げ工程中に、クレーン３０の故障などの理由により杭１０の吊り上げ工程の継続が困難となることがある。その対策として、第１のマーキング６ａを、予定していた吊り上げ高さに達していないまま注水を開始しても、クレーン３０の能力を超えず、また杭１０が水底１００に接触することなく立て起こしが可能な位置関係であるかを判断するものとしてもよい（注水可否判断マーキング）。

また、図１２に示すように、杭１０を立て起こす際、杭１０の角度を管理するために本体部１に傾斜計８０を取付けてもよい。これにより、傾斜計８０を有していない場合と比較して杭１０の立て起こし中の角度についてより正確に把握することができる。

また、図１２に示すように、ＲＯＶ（遠隔操作型無人潜水機）などの遠隔操作装置９０によって傾斜計８０の監視を行ったり、下側のバルブ５の開閉操作を行ったりしてもよい。これにより、遠隔操作装置９０を用いない場合と比較して水中の施工現場の状況を映像によってより正確に把握できる。更に、下側のバルブ５の周辺に何らかの問題が生じた場合もより迅速に対応することができる。

また、本実施形態では、鉛直となった杭１０をパイルグリッパー６０に挟んだ後、上側のバルブ３及び下側のバルブ５を開放して本体部１内の水面が外側の水面と同じ高さになるまで水１０２を流入させることを説明したが、杭１０立て起こし時に作用する衝撃的な荷重に対してクレーン能力が十分である限りにおいて、下側のバルブ５の開放に代わって下側の止水板４を外してもよい。

また、本実施形態では、杭１０を垂直に立て起こした状態で、杭１０の本体部１内部の水面が外の水面より低くなるように下側のバルブ５からの水１０２の流入量を制御することを記述した。しかしながら、上述の制御を行わず、杭１０が垂直になると同時に杭１０本体部１内部の水面が外の水面と同じ高さになってもよい。
このことによって、水１０２の流入量を制御する場合と比較して作業に要する手間を省略することができる。

また、本実施形態では、杭１０の立て起こしにクレーン３０を用い、下側のバルブ５からの水１０２の流入量を、クレーン３０に作用する荷重と杭１０の姿勢によって制御することを記述した。しかしながら、杭１０への水１０２の流入量は、上述の方法によらなくてもよい。例えば、下側のバルブ５付近に流量計を設けて行ってもよい。このことによって、クレーン３０に作用する荷重と杭１０の姿勢によって制御する場合と比較してより正確に流入した水１０２の量を把握することができる。

また、本実施形態では、杭１０を立て起こす前に、杭１０の本体部１に止水板２、４を設け、杭１０を立て起こした後に止水板２、４を本体部１から取り外す作業を行うことについて記述した。しかしながら、杭１０の打設に影響がない場合は、止水板２は取り外さずに、そのまま自沈させてもよい。このことによって、止水板２、４を取り外す場合と比較して、より能力の低いクレーン３０での自沈作業を可能とする。

また、本実施形態では、杭１０の立て起こしにクレーン３０を用い、杭１０を立て起こす過程で、杭１０の高さがクレーン３０の揚程に達したときに、下側のバルブ５からの水１０２の流入を開始することを記載した。しかしながら、水１０２の流入は、杭１０の立て起こし時に作用する衝撃的な荷重に対してクレーン能力が十分である限りにおいて、杭１０をクレーン３０によって吊り上げる作業と同時におこなってもよい。このことによって、クレーン３０揚程に達した後に水１０２の流入を開始する場合と比較して、作業に要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、杭１０の立て起こしにクレーン３０を用い、クレーン３０に作用する荷重と杭１０の高さに基づいて、下側のバルブ５からの水１０２の流入を開始するか否かを判別することについて記述した。しかしながら、水１０２の流入を開始するか否かの判別については、上述の方法によらなくてもよい。例えば、杭１０の下側のバルブ５付近水圧計または傾斜計を取付け、その情報によって水１０２の流入を開始するか否かを判別してもよい。このことによって、クレーン３０に作用する荷重と杭１０の高さに基づいて水１０２の流入を開始するか否かを判別する場合と比較して、より水１０２の流入の開始の判別を正確に行うことができる。

また、本実施形態では、杭１０の立て起こしにクレーン３０を用い、クレーン３０の定格荷重に近い重量を有する杭１０を、浮力を利用して立て起こし、吊り上げることについて記述した。すなわち、立て起こしなどの作業において杭に作用する慣性力等を考慮した場合に、クレーン３０の定格荷重を超える可能性がある場合を想定したものであった。しかしながら、比較的小径の杭１０において同様の工程を使用してもよい。これにより、十分なクレーン容量を持つクレーン３０を準備しなくても、必要最低限のクレーン容量を持つ小型のクレーン３０を用いて、よりクレーン３０の手配や準備に費用をかけずに施工することができる。

また、本実施形態では、杭１０の立て起こしにクレーン３０を用い、クレーン３０の揚程を超える長さを有する杭１０を、杭１０の下部を水中に沈めることで立て起こすことについて記述した。すなわち、長尺の杭１０であって、クレーン３０の揚程を上回っている場合を想定したものであった。しかしながら、比較的短尺の杭１０において同様の工程を使用してもよい。これにより、十分な揚程を持つクレーン３０を準備しなくても、必要最低限の揚程を持つ小型のクレーン３０を用いて、よりクレーン３０の手配や準備に費用をかけずに施工することができる。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 本体部
２ 上側の止水板
３ 上側のバルブ
４ 下側の止水板
５ 下側のバルブ
１０ 杭
３０ クレーン
１００ 水底
１０１ 水

Claims (15)

1. 中空の本体部を備え、前記本体部の下端には前記本体部よりも小径の流入口を有している杭を立て起こし、水底に打設する杭の施工方法であって、
   水上に横たわる前記杭を、前記流入口を通して前記本体部内に水を流入させながら水上で立て起こす注水工程を備える、
   杭の施工方法。
2. 前記流入口を、外部操作により開閉する、
   請求項１に記載の杭の施工方法。
3. 前記注水工程では、前記流入口から水を流入させながら、前記本体部から空気を排出する、
   請求項１または２に記載の杭の施工方法。
4. 前記注水工程では、前記杭を鉛直に立て起こした状態で、前記杭内の水面が外の水面より低くなるように、前記流入口からの水の流入量を制御する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
5. 前記杭の前記本体部の下端に止水板を有し、前記注水工程の完了後、前記杭から前記止水板を取り外す取り外し工程を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
6. 前記取り外し工程の前に、前記杭を水底に吊り降ろす工程を含む、
   請求項５に記載の杭の施工方法。
7. 前記杭の前記本体部に注水開始マーキングが設けられ、前記注水開始マーキングが水面と重なったときに前記注水工程を開始する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
8. 前記杭の前記本体部に注水可否判断マーキングが設けられ、前記注水可否判断マーキングと水面との位置関係によって前記注水工程の開始可否を判断する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
9. 前記杭の上端をクレーンで吊り上げる吊り上げ工程を含み、
   前記注水工程では、前記クレーンを用いて前記杭を立て起こす、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
10. 前記注水工程において、前記クレーンの荷重に応じて前記流入口を開閉して、前記杭内への注水量を管理することで前記杭の挙動を制御する、
    請求項９に記載の杭の施工方法。
11. 前記注水工程の途中に、前記杭が鉛直に立て起こされたときに注水を一度中断し、前記クレーンを起こすことで前記杭の位置を所定の打設位置に調整する位置合わせ工程を含む、
    請求項９または１０に記載の杭の施工方法。
12. 前記吊り上げ工程において、前記杭の高さが前記クレーンの揚程に達したときに、前記注水工程を開始する、
    請求項９から１１のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
13. 前記吊り上げ工程では、前記クレーンの定格荷重を超える質量を有する前記杭を、浮力を利用して吊り上げる、
    請求項９から１２のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
14. 前記注水工程では、前記クレーンの揚程を超える長さを有する前記杭を、前記杭の下部を水中に沈めることで立て起こす、
    請求項９から１３のいずれか１項に記載の杭の施工方法。
15. 前記注水工程の後、前記本体部内に空気を圧入し、前記流入口から水を排出する排水工程を含む、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の杭の施工方法。

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