JP3773331B2 - 小判形沈設体沈設工法及びそれに用いる小判形沈設体用セグメントピース - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中構造物の構築に使用する断面が少なくとも一対の直線部と一対の半円部とを備える小判形沈設体用セグメントピース及びそれを用いた小判形沈設体沈設工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都会地の建築物等の根切りを行なう場合、親杭や鋼矢板を腹起し材で支持することにより土圧や水圧に耐える土留め工事が行なわれている。一般に、建築物の土台等は長方形が多いので、土留め工事も長方形に行なわれる場合が多い。その際、鋼矢板や腹起し材の直線部分を補強するために切梁を、また、鋼矢板や腹起し材の偶角部を補強するために火打ち梁を用いる必要があった。しかし、掘削空間内に縦横に切梁を設けることは、機械掘削が難しくなり、従って工期が長くかかる等の問題があった。これに対し、特公昭５１ー１２３２９として、腹起し材にプレストレスを導入する事により、切梁を用いる事なく土圧に抵抗する土留め工法が提案されている。この「プレストレス土留め工法」に付いて図５を参照して説明する。図５は「プレストレス土留め工法」に用いる構造材の平面図である。
【０００３】
まず、プレストレス導入について説明する。プレストレスは従来、コンクリートに対して用いる技術であり、コンクリートが圧縮強度に比べて引張強度が非常に小さいことに対応して考案された。すなわち、コンクリートの使用に先立ち圧縮応力度を加えることにより、構造部材としての利用範囲を広げようとするものである。プレストレス導入の方法としては、高強度の鋼棒や鋼線を引張って両端をコンクリートに固定して圧縮応力度を加えるのが一般的である。このとき用いられる鋼棒や鋼線は高炭素鋼の冷間加工や焼入れ、焼戻しなどの熱処理をして強度を高めた物であり、プレストレストコンクリートの略のＰＣを用いてＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼線、あるいはそれらをまとめてＰＣ鋼材と呼ばれている。
【０００４】
次に、図５を参照して、「プレストレス土留め工法」を説明する。図５に示すように、この工法は、平面矩形状根切り面周囲に鋼矢板６１を連続して打ち込み、上部所定深さだけ根切りを行なった後、腹起し材６２を矩形枠状に取り付け、偶角部に火打梁６３を入れる。この状態で偶角部を除き、腹起し材６２に別の腹起し材６４を重ね梁状にボルト６５で継ぎ合わせて合成桁とし、重ね合わせた腹起し材６４の断面内又は断面外にＰＣ鋼材６６を配置する。このＰＣ鋼材６６を重ね合わせた腹起し材６４の端部６７で偶角部の空間部６８を作業空間として緊張、定着を行なって、合成された腹起し材６２、６４にプレストレスを導入する。この工法によれば、腹起し材の土圧に対する曲げ抵抗力は数倍に増大し、腹起し材の支持間隔も数倍となる。従って、一辺２０〜４０ｍの長方形根切りの場合には切梁は不必要となり、掘削の効率が良好となる。
【０００５】
しかし、上記「プレストレス土留め工法」は土留めのための工法であるため、縦方向へ連続して行うことは考慮されていない。また、作業員が内部に入って作業する必要があるため、地中深くに設置することは危険が大きく、地下深度が大きいときには使用できない。そのため、このまま地中構造物の構造体として使用することには無理があった。
【０００６】
一方、従来の地中構造物の構築工法としては、地中に沈設体として、円形、長方形などの中空箱を地中の支持地盤まで潜掘沈下させ構造物を支えるケーソン工法がある。ケーソンとしては、鉄筋コンクリート製あるいは鋼製が一般的に使用されている。
【０００７】
ここで、ケーソン工法の１つである、圧入式ケーソン工法について図６を参照して説明する。図６は圧入式ケーソン工法の説明図である。この工法は、まず地中内にグラウンドアンカー５１を設置し、ケーソン５０を地上で構築し、内部を水中掘削する。さらに、グラウンドアンカー５１の反力をとって圧入桁５２を介してジャッキ５３にてケーソン５０を押圧して沈設し、それを繰り返して所望の深度まで地中に圧入する。その後、底版コンクリートを打設し、内部にコンクリートの２次巻きを行なうことにより立坑としたり、あるいは鉄筋カゴを挿入しコンクリートを打設することにより基礎としたりする。
【０００８】
圧入式ケーソン工法によれば、地盤改良の必要がなく経済性に優れている、圧入の途中でコンクリートの躯体養生がなく、連続施工が可能なので工期が短縮できる、等の利点がある。また、ケーソン５０は地上で構築し圧入するので、作業員が坑内に入る必要が無く、安全に地中深くに使用できる工法である。
【０００９】
ケーソン工法で用いられる鋼製ケーソンとしては、従来、円形が一般的である。その理由としては、円形のケーソンは、周囲の地盤からの土圧に対する耐力が大きく、切梁が不要なので機械掘削を利用でき、掘削が容易であること、また、ケーソンを複数のセグメントで構成する場合、各セグメントが同一の形状であることが挙げられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円形の鋼製ケーソンを利用するケーソン工法は、地下構造物の内空を利用する場合、一般に平面が長方形状に利用することが多いので、空間の無駄が非常に大きく、コスト的にも無駄が大きい。また、円形ケーソンでは必要な内空を得るためにはかなり余計に広く掘削する必要があるので、施工ヤードに余裕が無い場合には利用できない。
【００１１】
そのため、最近では、小判形の鋼製ケーソンに対するニーズが大きくなっている。小判形は、両端に略（注：略半円部または円弧部）半円部（以下、単に半円部と称する。）を持ち、その中間を直線でつないだ形状である。小判形ケーソンは、円形ケーソンに比べて内空の無駄が少ないことや、長方形ケーソンのように角部が無いため、一点に土圧が集中することもない点が主な理由である。
【００１２】
しかし、小判形には直線部分があり、直線部は円形部に比べて土圧に対する耐力が小さい。円形部と同程度の耐力を得るためには直線部を特別堅固な構造としなくてはならない。すなわち、例えば直線部のセグメントピースに使用する鋼板を非常に厚いものにする、あるいは、直線部のセグメントピースには数多くの補強部材を使用する等が必要となる。その場合、円形部のセグメントピースに比べて非常にコストがかかる、あるいは、直線部のセグメントピースが非常に重くなるため、大型重機が必要となり、そのためさらにコストアップし、また、施工ヤードも大きく必要となるなど問題点が多い。
【００１３】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、小判形沈設体に使用する、直線部分のセグメントを特別堅固にしたり、また、コストアップする事なく、円形部と同程度の耐力を得られる小判形沈設体用セグメントピース及びそれを用いた小判形沈設体沈設工法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明によれば、鉛直方向で地中に構築され、筒状の構造体であって、水平断面が一対の直線部と一対の半円部とを備える縦型の小判形沈設体を構成するものであって、所定の間隔をおいて平行に配置される一対の主桁と、該一対の主桁の両端を連結して平行に配置される一対の継手板と、該主桁、該継手板の外側に連結され地盤に面する外殻板とを有する小判形沈設体用セグメントピースを、地中に沈設する小判形沈設体沈設工法において、沈設させる以前に、前記直線部の両端の前記継手板に設けられた緊張部材を用いて、前記直線部の両端の前記継手板に所定の予圧で引っ張り力を付加する工程を備えたことを特徴とする。
【００１５】
緊張部材によって直線部のセグメントピースに所定の予圧で引っ張り力を付加するので、直線部においても半円部と同程度の耐力を持ち、外部からの土圧あるいは水圧に耐えることができる。予め、直線部のセグメントピースの両端の継手板に予圧を付加することにより、直線部のセグメントピースの外殻板を外側へたわませる方向の力が働く。一方、外部からの土圧あるいは水圧は、外部から外殻板を内側へ押す力となる。従って、予圧と土圧あるいは水圧が打ち消し合うことにより、さらに大きな土圧あるいは水圧にも耐えることが可能となる。従って、円形部と同程度の耐力を持たせることが可能であり、非常に使用しやすい小判形沈設体を構築することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば上記問題点を解決するために、請求項１に記載する小判形沈設体沈設工法において、前記継手板の間に配置され両端が前記一対の主桁に連結し、前記緊張部材を貫通させる貫通部が形成された複数の縦リブを有するとともに、前記継手板に前記緊張部材に引っ張り力を付加するための定着部が形成され、前記貫通部に前記緊張部材を貫通させ、前記定着部において前記緊張部材を定着させることより、前記小判形沈設体に予圧を導入することを特徴とする。
【００１７】
継手板に定着部が、また縦リブに貫通部が形成されることにより、特にコストアップすることなく緊張部材を取り付け、予圧をかけることが可能である。また、沈設体内部の空間に部材が突出しないので、内空を圧迫することが無く、内空を利用する場合にも容易に利用できる。
【００１８】
請求項３の発明によれば上記問題点を解決するために、請求項１または請求項２に記載する小判形沈設工法に用いる小判形沈設体用セグメントピースにおいて、前記直線部の両端の前記継手板に所定の予圧で引っ張り力を付加する緊張部材を備えたことを特徴とする。
よって、上記と同様の効果を奏する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る小判形沈設体用セグメントピースについて、具体化した実施の形態を挙げ、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の小判形沈設体用セグメントピースの一実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は小判形沈設体用直線部セグメントピースの斜視図、図２は円形部セグメントピースの斜視図、図３、図４は図１の小判形沈設体用直線部セグメントピースと図２の円形部セグメントピースの使用方法の説明図である。
【００２０】
図１に示すように、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０のすべての面は厚さ３〜２５ｍｍの鋼板で構成され、各部材は溶接により接続されている。一対の主桁１１，１１は、例えば長さ２〜３ｍの長方形状であり、約１ｍの間隔をおいて平行位置に対置されている。主桁１１，１１の両端に長方形の継手板１２，１２が連結され、長方形の枠状を構成している。さらに、主桁１１，１１と継手板１２，１２の構成する枠内に、継手板１２，１２に平行に、長方形状の複数の縦リブ１３，１３，…が設けられ、それぞれ両主桁１１，１１に溶接されている。さらに、主桁１１，１１と継手板１２，１２の構成する枠内に、長方形状の外殻板（スキンプレート）１４が主桁１１，１１、継手板１２，１２、縦リブ１３，１３…のすべてに溶接して構成される。
【００２１】
さらに、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０には、主桁１１，１１、継手板１２，１２にそれぞれ複数の接合孔１１ａ，１２ａ，…が設けられる。これは、他のセグメントピースと連結して沈設体を構築するために使用される。また、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０の縦リブ１３，１３…にはＰＣ鋼材４０（緊張部材）を取り付けるためのＰＣ鋼材取付孔１３ｂ、１３ｂ…が、継手板１２，１２にはＰＣ鋼材を定着するためのＰＣ鋼材定着孔１２ｂ、１２ｂが設けられている。ＰＣ鋼材取付孔１３ｂは、ＰＣ鋼材定着孔１２ｂに比べて充分大きく、ＰＣ鋼材４０がＰＣ鋼材取付孔１３ｂ内部である程度移動できるように構成されている。一方、ＰＣ鋼材定着孔１２ｂは、使用するＰＣ鋼材の貫通を妨げない程度の大きさに構成される。
【００２２】
次に、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０と接続して小判形沈設体３０を構成するための、円形部セグメントピース２０に付いて図２を参照して説明する。図２に示すように、円形部セグメントピース２０は小判形沈設体用直線部セグメントピース１０と同様に全ての面は厚さ３〜２５ｍｍの鋼板で構成され、各部材は溶接により接続されている。一対の主桁２１，２１は、直径３〜６（注：最大外径のイメージ）ｍの半円形をなし、その両端に長方形の継手板２２，２２が連結され、さらに、主桁２１，２１と継手板２２，２２の外側に接して半円筒形の外殻板２４が溶接され、全体で半円筒形のセグメントを構成する。さらに、主桁２１，２１と外殻板２４に接して、長方形の縦リブ２３，２３，…が一定の間隔をおいて溶接される。
【００２３】
さらに、円形部セグメントピース２０には、主桁２１，２１、継手板２２，２２にそれぞれ複数の接合孔２１ａ，２２ａ，…が設けられ、他の円形部セグメントピース２０、あるいは、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０と連結されて、沈設体の構築に用いられる。また、円形部セグメントピース２０の継手板２２，２２にはＰＣ鋼材を定着するためのＰＣ鋼材定着孔２２ｂ，２２ｂが設けられている。なお、ＰＣ鋼材定着孔２２ｂは、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０に設けられたＰＣ鋼材定着孔１２ｂと同程度の大きさに構成される。
【００２４】
小判形沈設体３０を構築する際には、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０の接合孔１２ａと円形部セグメントピースの接合孔２２ａとを貫通させてボルト締めする事により両セグメントピースを接合する。小判形沈設体用直線部セグメントピース１０と円形部セグメントピース２０とを交互に接続することにより、図３に示すような小判形沈設体３０を構成することが出来る。さらに、小判形沈設体３０同士を各セグメントピースの主桁１１、２１に形成された接合孔１１ａ、２１ａでボルト締めする事により接続して、必要な深さの断面小判形の筒状沈設体を構築することが出来る。
【００２５】
次に、この小判形沈設体用直線部セグメントピース１０を使用する方法について図３、図４を参照して説明する。まず、図３に示すように、図１のように構成された小判形沈設体用直線部セグメントピース１０の一方のＰＣ鋼材定着孔１２ｂから縦リブ１３，１３…に開けられたＰＣ鋼材取付孔１３ｂ，１３ｂ…を貫通して、他方のＰＣ鋼材定着孔１２ｂへとＰＣ鋼材４０を貫通させる。使用するＰＣ鋼材４０としては、φ１２．７ｍｍまたはφ１５．２ｍｍのＰＣ鋼棒またはＰＣ鋼線が適当である。ＰＣ鋼材４０の両端部は、定着のためのネジが形成されている。図４に示すように、ＰＣ鋼材４０は、各小判形沈設体用直線部セグメントピース１０に付き、上下２本ずつ挿入する。
【００２６】
さらに、ＰＣ鋼材４０の端部が円形部セグメントピース２０のＰＣ鋼材定着孔２２ｂを貫通するように、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０と、円形部セグメントピース２０とを交互に２個ずつボルト締めして固定することにより、全体で小判形沈設体３０を構築する。次に、円形部セグメントピース２０と小判形沈設体用直線部セグメントピース１０のＰＣ鋼材定着孔２２ｂと１２ｂとの重ね合わせ部分の、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０側に空回り止ナット、円形部セグメントピース２０側に定着用ナットを取り付ける。
【００２７】
さらに、貫通させた各ＰＣ鋼材４０の両端にはネジが形成されているので、ＰＣ鋼材定着孔１２ｂ、２２ｂにおいて、両側から一定のトルクで定着用のナットを締め付ける。この作業は、地上で、円形部セグメントピース２０内空間を作業空間として作業することができる。ここでは、ＰＣ鋼材４０に引っ張り力１０ton／本程度のプレストレスを導入する。従って、各小判形沈設体用セグメントピースには、ＰＣ鋼材４０が２本使用されているので全体で約２０tonの力が加えられる。この際、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０の外部から引っ張ること、すなわち、ＰＣ鋼材４０を所定のトルクで定着する作業を円形部セグメントピース２０側で行ない、プレストレスを導入することにより、小判形沈設体用セグメントピース１０の全体に均一にストレスを与えることができる。
【００２８】
なお、この引っ張り力、ＰＣ鋼材４０の太さ等については、この数値にこだわることなく、施工環境や使用するセグメントピースの材質等により適宜変化させることが可能である。例えば、地中浅い部分に使用するセグメントピースに関しては、周囲からの土圧、あるいは水圧がさほど大きくないので、プレストレスを小さく設定したり、あるいは、ＰＣ鋼材４０を１本のみ中央部に設けることによってコストダウンすることも可能である。また、より地中深くに使用する場合は、周囲からの土圧あるいは水圧に合わせてプレストレス値を大きく設定する必要があるが、地中に沈設する以前に沈設体に変形を起すほど大きくすることは適当でない。
【００２９】
上記のように、プレストレス導入を行なうと、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０には外殻板１４を外部へたわませる方向の力となる。あるいは、ＰＣ鋼材４０を沈設体内側へたわませる力となる。ＰＣ鋼材取付孔１３ｂは、ＰＣ鋼材４０の太さに比べて十分大きく形成し、余裕を持たせてあるので、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０あるいはＰＣ鋼材４０がたわんでも妨げるものでなく、ＰＣ鋼材４０と小判形沈設体用直線部セグメントピース１０とが抵触することはない。なお、ここではＰＣ鋼材取付孔１３ｂとしたが、必ずしも孔である必要はなく、縦リブに切り欠きを形成してＰＣ鋼材４０をはめ込むこともできる。その場合は、小判形沈設体３０を構築してから後にＰＣ鋼材４０をはめ込むこともできる。
【００３０】
上記の手順で、地上において小判形沈設体３０の直線部にプレストレスを導入した後、地中へ沈設する。地中深くに沈設されると外部地盤からの土圧を、あるいは水中沈設の場合は水圧を受ける。土圧あるいは水圧は小判形沈設体３０の外部から内側へ、沈設体をつぶす方向へ働く。小判形沈設体用直線部セグメントピース１０には片側２０tonの予圧を掛けて有るので外部から２０ton程度の圧力を受けると相殺される。さらに、小判形沈設体用直線部セグメントピース１０自身の耐力も有るので、地中深くに沈設した場合にも沈設体の変形を起すことが無い。
【００３１】
以上説明したように、本発明の小判形沈設体用直線部セグメントピース１０によれば、ＰＣ鋼材４０によって小判形沈設体用直線部セグメントピース１０に所定の予圧で引っ張り力を付加するので、小判形沈設体３０の直線部においても半円部と同程度の耐力を持ち、外部からの土圧あるいは水圧に耐えることができる。従って、非常に使用しやすい小判形沈設体３０を構築することができる。
また、継手板１２、２２にＰＣ鋼材定着孔１２ｂ，２２ｂが、また縦リブ１３にＰＣ鋼材取付孔１３ｂが形成されることにより、他の部材を必要としないので余分なコストを掛けることなく予圧をかけることが可能である。また、小判形沈設体３０内部の空間に部材が突出しないので、内空を圧迫することが無く、内空を利用する場合にも容易に利用できる。
また、これら部材の構築はすべて現場において、地上で行われる。従って、運搬や取り扱いが容易であり、大型重機を必要としないので、施工ヤードが狭い場合にも使用できる。
【００３２】
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限ることなく、色々な応用が可能である。
例えば本実施の形態では、直線部、円形部とも各２ピースで小判形を構成するとしたが、直線部を複数個連続させたり、また、円形部を複数の円弧ピースに分けるなどしてさらに大きな小判形沈設体を構成することも可能である。
また、例えば本実施の形態では、構造部材の外側面が平坦であるが、この外側面に突起を設ければ、押し込み・引抜きに対して強い地中構造物を構築することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の小判形沈設体用セグメントピースによれば、緊張部材によって直線部のセグメントピースに所定の予圧で引っ張り力を付加するので、直線部においても半円部と同程度の耐力を持ち、外部からの土圧あるいは水圧に耐えることができる。予め、直線部のセグメントピースの両端の継手板に予圧を付加することにより、直線部のセグメントピースの外殻板を外側へたわませる方向の力が働く。一方、外部からの土圧あるいは水圧は、外部から外殻板を内側へ押す力となる。従って、予圧と土圧あるいは水圧が打ち消し合うことにより、さらに大きな土圧あるいは水圧にも耐えることが可能となる。従って、円形部と同程度の耐力を持たせることが可能であり、非常に使用しやすい小判形沈設体を構築することができる。
【００３４】
また、継手板に定着部が、また縦リブに貫通部が形成されることにより、余分なコストを掛けることなく予圧をかけることが可能である。また、沈設体内部の空間に部材が突出しないので、内空を圧迫することが無く、内空を利用する場合にも容易に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る小判形沈設体用直線部セグメントピースの斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る円形部セグメントピースの斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る小判形沈設体用セグメントピースの使用方法の説明の上面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る小判形沈設体用セグメントピースの使用方法の説明の斜視図である。
【図５】「プレストレス土留め工法」に用いる構造材の平面図である。
【図６】圧入式ケーソン工法の施工方法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 小判形沈設体用直線部セグメントピース
１１ 主桁
１１ａ 主桁接続孔
１２ 継手板
１２ａ 継手板接続孔
１２ｂ ＰＣ鋼材定着孔
１３ 縦リブ
１３ｂ ＰＣ鋼材取付孔
１４ 外殻板
２０ 円形部セグメントピース
３０ 小判形沈設体
４０ ＰＣ鋼材

Claims (3)

1. 鉛直方向で地中に構築され、筒状の構造体であって、水平断面が一対の直線部と一対の半円部とを備える縦型の小判形沈設体を構成するものであって、所定の間隔をおいて平行に配置される一対の主桁と、該一対の主桁の両端を連結して平行に配置される一対の継手板と、該主桁、該継手板の外側に連結され地盤に面する外殻板とを有する小判形沈設体用セグメントピースを、地中に沈設する小判形沈設体沈設工法において、
   沈設させる以前に、前記直線部の両端の前記継手板に設けられた緊張部材を用いて、前記直線部の両端の前記継手板に所定の予圧で引っ張り力を付加する工程を備えたことを特徴とする小判形沈設体沈設工法。
2. 請求項１に記載する小判形沈設体沈設工法において、
   前記継手板の間に配置され両端が前記一対の主桁に連結し、前記緊張部材を貫通させる貫通部が形成された複数の縦リブを有するとともに、
   前記継手板に前記緊張部材に引っ張り力を付加するための定着部が形成され、前記貫通部に前記緊張部材を貫通させ、前記定着部において前記緊張部材を定着させることより、前記小判形沈設体に予圧を導入することを特徴とする小判形沈設体沈設工法。
3. 請求項１または請求項２に記載する小判形沈設工法に用いる小判形沈設体用セグメントピースにおいて、
   前記直線部の両端の前記継手板に所定の予圧で引っ張り力を付加する緊張部材を備えたことを特徴とする小判形沈設体用セグメントピース。

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