JP4043380B2 - 浮き基礎の浮体を沈下させる方法、およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤にアンカーが取付けられ、浮体がアンカーに接続されたケーブルまたはロッドによって保持される、水面から突出する建造物を支持する浮き基礎の浮体を、水面下にあるその最終位置に沈下させ、最終位置に固定するための方法、およびこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば海上掘削基地で使用されるような浮き基礎が知られている。このような浮き基礎は浮力体を備えている。この浮力体は水面から突出する建造物の重量を支持する。建造物は水面下にある部分と、水面から突出する部分を有する。この水面から突出する部分は海上掘削基地の場合にはボーリング塔を含んでいる。浮き基礎の浮力体の浮力と建造物の水面下部分によって生じる浮力の合計は、全体構造物の重量に一致している。すなわち、構造物全体が水の中で浮いている。この場合、浮き基礎の浮力体は水面の下方にある。海底の上方の設定位置を維持するために、浮き基礎はケーブルまたはロープまたは鋼索を介して地盤と相対的に水平に移動しないように固着される。その際、このケーブルまたはロープは浮き基礎から垂線に対して例えば約４５°の角度をなして地盤まで延び、慣用のいわゆるアンカーによってこの地盤に固定されている。
【０００３】
このようなアンカーは地盤に応じて異なるように形成され、例えば岩盤用の岩盤アンカーや砂礫地盤用の引張りアンカーが知られている。慣用の実施形では、ケーブルを形成するストランドがケーブルの端部で開放している（ほぐれて房状になっている）。ケーブルは地盤に穿設された穴に挿入される。この場合、注入管がケーブルの前端まで延び、この注入管によってモルタルが圧入される。このモルタルは地盤内で固着を行う。このようなアンカーの他の実施形が知られており、この実施形は折畳み機構等によってこのアンカーを純機械的に固着する。
【０００４】
地盤に固定されたアンカーに取付けられたケーブルまたは鋼索によって保持される、水面下に配置された浮体を備えた浮き基礎は公知である（例えば特許文献１参照）。更に、水面から突出する構造体が知られている（例えば特許文献２参照）。この構造体のベースは水面下にある。構造体は同様にケーブルまたは鋼索によってその位置を保持されている。ケーブルまたは鋼索は地盤の中に固着されたアンカーに固定されている。
【０００５】
更に、水面から突出する建造物のための浮き基礎が提案されている（例えば特許文献３参照）。この浮き基礎は地盤内に固着された締付け固定装置によって、少なくとも１個の浮力体の浮力に抗して下方に、水面下にあるその最終位置に付勢されている。この場合、浮体の浮力は、浮体の最終位置で構造体全体の浮いた状態を維持するために必要な浮力よりも大きい。すなわち、浮力体はその浮力の大きさに基づいて締付け固定装置に抗して付勢されている。これは浮き基礎の安定性を向上させることになる。浮き基礎によって支持された建造物と共に浮き基礎は浮かべた状態で使用場所まで搬送される。その次に行われる、最終位置への浮き基礎の沈下の際に、かなりの水中作業が必要である。これには膨大なコストがかかる。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，９６４，５５０号明細書
【０００７】
【特許文献２】
特開平０６−２５５５７３号公報
【０００８】
【特許文献３】
欧州特許出願第０２０１５３９５．３号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、先ず最初に水面に浮かぶ浮き基礎を、浮体の浮力に抗して水面下にあるその最終位置まで沈下させることができ、その際必要な潜水作業員の作業が大幅に低減される、冒頭に述べた方法、およびこの方法を実施するための装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、請求項１記載の方法、および請求項１４の装置によって解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の他の効果および詳細を、添付の図に基づいて説明する。
【００１２】
浮き基礎の浮体１をその上に建てられる建造物と共に使用現場に運ぶために、浮体１は図１から明らかなように水面に浮かんでいる。浮体１は複数の浮力室３を備えている。この浮力室は図示した実施の形態の場合下側が開放している。しかし、閉鎖された浮力室も使用可能である。図示した実施の形態の場合、浮体１は円形のカバープレート４を備えている。このカバープレートの外側エッジに沿って、リング状の側壁５が延びている。個々の浮力室３は半径方向に延びる中間壁６と、リング状に延びる内側の中間壁７によって互いに画成されている。しかし、カバープレートの輪郭形状およびまたは浮力室３の形状を異なるように形成してもよい。図に示した浮体は単に象徴的なものであり、図示した壁厚は縮尺どおりに示されていない。
【００１３】
浮き基礎によって支持される建造物２は例えば風力エネルギー装置の風タワーである。図にはこの風タワーの下側部分だけが示してある。
【００１４】
浮体１の外周に沿って、側壁５を貫通する複数の貫通孔８が設けられている。浮体１上に配置されたボーリング機械９と、各々の貫通孔８を通過する穿孔装置１０とによって、ボーリング穴が地盤、特に海底に穿孔され、続いてこのボーリング穴内にアンカー１２、例えば岩盤アンカーまたは引張りアンカーが設けられる。
【００１５】
このアンカー１２には可撓性のケーブル１３（または鋼索、大綱）または多少堅牢なロッドが固定される。このケーブルは図２〜４において一点鎖線で示してある。ケーブルは同様に可撓性の被覆管によって取り囲むことができる。
【００１６】
浮体１上に配置されたボーリング機械９によるアンカー１２の図示した取付けの代わりに、このアンカー１２は浮体１に関係なく取付け可能である。例えば浮体１をその使用個所に運ぶ前に取付け可能である。
【００１７】
各々の貫通孔８の上方において、上向きに突出する管１４が浮体に固定される。これは例えば図７に概略的に示すように行うことができる。各々の貫通孔８（管１５によって画成可能である）の上方に、組立てブラケット１６がカバープレート４に固定される。この組立てブラケット１６はカバープレート４に固定するために、ボルト１７によってカバープレート４に固定されるフランジ板１８を備えている。このフランジ板１８には、上方に突出する支柱１９が溶接されている。この支柱の上端には、中央の切欠きを有するフランジ円板２０が固定されている。このフランジ円板２０には管１４が、この管の下端に溶接された基板２１と、フランジ円板２０と基板２１を貫通するボルト２２とによって固定されている。支柱１９の間には組立て穴２３が設けられている。
【００１８】
浮体１から上方に突出する管１４の上端の範囲において、各々１個の作業台２４が管１４に固定されている（図６参照）。アンカー１２に連結されたケーブル（鋼索またはロープ）１３またはロッドが管１４を通過し、管の上端の上方まで延びている。そのために、例えば、管１４を浮体１に固定する前に、ケーブル１３またはロッドが管１４に挿通される。管１４の上端にはそれぞれ、特に油圧装置２６によって操作可能な引張り装置２５が設けられている。このような引張り装置２５は例えば“プレテンションプレス”または“昇降油圧装置”の名称で知られており、市販されている。この引張り機器２５によって、ケーブル１３またはロッドは管１４から引き出すことができる。その結果、ケーブル１３を同時に引っ張ると、浮体１は水面２７の下方に引っ張られ、しかも浮体１の浮力に抗して、図３に示した最終位置に達するまで引っ張られる。
【００１９】
下方への浮体１の引張りを容易にするために、この工程の間、浮体の浮力を低下させることができる。これは、浮力室３内の空気容積を縮小することによって行われる。しかし、沈下は必ず、構造体の重量を上回る浮体１の浮力に抗して行われる（沈下の他の進行過程では、少なくとも水面の下方にある建造物部分と関連して）。浮力室内の水位は図において線２８によって概略的に示してある。浮体１がその浮力に抗して沈下させられるので、沈下時に浮体は或る程度安定させられる。
【００２０】
図３に示した浮体の最終位置では、管１４の上端が必ず水面２７から上方に突出している。従って、浮体１の沈下は水面２７の上方で作業台２４から行うことができる。
【００２１】
次に、ケーブル１３またはロッドが図７に概略的に示したクランプ装置２９によって浮体１に対して固定される。このクランプ装置によって、組立てブラケット１６内の組立て穴２３はケーブル１３のクランプ止めのために閉鎖可能である。ケーブル１３またはロッドはクランプ装置２９の上方で切断され、管１４は組立てブラケットから取り外される。次に、ケーブル１３の上端を水密に封止するために、組立て穴２３と、組立てブラケット１６のフランジ円板２０内の貫通孔を閉鎖し、組立てブラケット１６に発泡材が充填される。これらの作業は潜水作業員によって行われる。
【００２２】
浮き基礎の安定性を更に高めるために、ほぼ垂直に延びるロッドまたはケーシング１３（垂線に対して１０°以下の角度をなす）のほかに、垂線に対して傾斜したロッドまたはケーブルが設けられる。この場合、傾斜角度は例えば２５〜４５°の範囲である。斜めに延びるこのロッドまたはケーブル３１（または大綱）のためのアンカー３０を取付けるために、建造物２の下側範囲においてケーソンのような水のない範囲が形成される。そのために、建造物２の外周壁３２は少なくともこの下側範囲において外周を閉鎖され、水密に形成され、そして更に水密または気密の中間天井３３が設けられている。この空間３４には、浮体１を貫通し、垂線に対して傾斜した貫通孔が開口している。この貫通孔は例えば浮体を通過する管３５の開口によって形成される。この管が浮体１の中間壁６に挿入されていると有利である。浮体１を水面下に沈下させる際、空間３４が完全にシールされていないときあるいは作業機器が中間天井３３の穴を通って降下されるときに、水の侵入を防止するために、管をシールすることができる。沈下した位置では管３５が開放され、気密の空間３４はその中の空気圧によって水が侵入することがない。
【００２３】
空間３４内のカバープレート４上で、１個または複数のボーリング機械を使用することができる。このボーリング機械はアンカー３０を取付けるために、この管３５を通って適当な穿孔装置によって地盤１１に穿孔する。アンカー３０にケーブル３１またはロッドが連結される。このケーブルまたはロッドは管３５を通って延び、浮体１に固定される。従って、アンカー３０とロッドまたはケーブル３１を取付けるための作業は、潜水作業員によって行う必要がない。潜水作業員によって行う作業が最小限に抑えられる。
【００２４】
図８には、貫通孔８の下側端部分の範囲の有利な形成が詳細に示してある。ケーブル１３を大切に扱うと共に浮体１の或る程度の運動を可能にするために、貫通孔の下端部分が外側に円錐状に広がるように形成されている。この場合、円錐状に広がる範囲３６は湾曲部（曲率半径部）３７を経て貫通孔８の上側の部分に接続し、円錐状に広がる範囲３６の開口範囲には、開口を広げる他の湾曲部３８が設けられている。
【００２５】
浮体の下側の最終位置で、浮力ひいてはロッドまたはケーブル１３，３１に対する付勢力を更に高めるために、空気を浮力室３に供給することができる。浮体１の浮力は最終位置で、浮体によって支持され水面から突出する建造物２を備えた浮体の浮いた状態を維持するために必要な浮力よりも、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％だけ大きいことが望ましい。これにより、きわめて安定した浮き基礎が形成される。
【００２６】
貫通孔８は他の実施の形態では浮体上の他の位置に設けることができ、異なる数だけ設けることができる。いかなる場合でも、少なくとも３つの、仮想の三角形の角に配置された貫通孔８が設けられるべきである。この仮想の三角形（仮想の多角形）は浮体１の中央の範囲を覆っていると有利である。更に、ケーブル１３またはロッドのための貫通孔を４つ、６つまたはそれ以上設けることができ、これら貫通孔の上方にそれぞれ１本の管１４が固定される。この場合、貫通孔８の数は浮体の大きさに依存する。アンカー３０に固定され貫通孔３５を通過する、垂線に対して傾斜したケーブル３１の数は任意である。このようなケーブル３１またはロッドを少なくとも３本設けることが望ましい。その際、ケーブルまたはロッドは仮想ピラミッドの側方エッジに沿って延びている。垂線に対して傾斜して延びるこのようなロッドを６本、８本またはそれ以上設けることができる。
【００２７】
次に、本発明の幾分変形された実施の形態を、図９〜１１に基づいて説明する。図９，１０は浮体１を通過する貫通孔８を形成するために浮体に挿入される管の一部を示している。管３９にはそれぞれ側方の接続管（接続シャフト）４０が取付けられている。この接続管は貫通孔８と浮力室３の間に接続口４１を形成する。接続管４０の自由端には固定フランジ４２が取付けられている。この固定フランジには穴が設けられ、それによって閉鎖板４３をボルト止めすることができる。
【００２８】
水面の下方の浮体の最終位置で、ケーブル１３または鋼索またはロッドを固定するために、先ず最初に貫通孔８が接続口４１の上方でシールされる（例えば発泡合成樹脂によって）。次に、後続の作業を行うそれぞれの浮力室３内の水面が、必要に応じて接続口４１の下方に位置するように下降させられる。隣接する両浮力室３内の水面は、釣り合わせのために適当に上昇させることができる。そして、閉鎖板４３を取り外すことによって接続口が開放されるので、貫通孔８を通って延びるケーブル１３に、浮力室３からアクセス可能である。
【００２９】
好ましくは浮体の製造時に既に挿置されている、図９〜１１に示していないクランプ装置により、ケーブル（鋼索）１３またはロッドを挟持し、クランプ装置の上方で切断することができる。この範囲は例えば発泡合成樹脂によって水密にシール可能である。
【００３０】
従って、クランプ作業は乾燥した範囲で行うことができる。この場合、塩水が切断された付勢ケーブルに入ることができない。それによって、作業が容易であり、腐食の危険が低下する。
【００３１】
貫通孔８は接続口４１の下方でもシールすることができる。接続口４１からの作業を終了した後で、その隙間を閉鎖板４３によって再び閉鎖することができる。
【００３２】
同様に、斜めに延びるケーブル３１またはロッドのためのクランプ作業を、管３５内の接続口を経て浮力室から行うことができる。
【００３３】
本発明の範囲を逸脱することなく、図示した実施の形態のいろいろな変形が考えられかつ可能である。例えば、浮体１は互いに連結された（例えば棒によって）複数の部分によって形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 浮き基礎の沈下および固定の際の段階を示す概略的な断面図である。
【図２】 浮き基礎の沈下および固定の際の他の段階を示す概略的な断面図である。
【図３】 浮き基礎の沈下および固定の際の他の段階を示す概略的な断面図である。
【図４】 浮き基礎の沈下および固定の際の他の段階を示す概略的な断面図である。
【図５】 浮き基礎を下側から見た概略図である。
【図６】 図２のＡ部分の拡大図である。
【図７】 図２のＢ部分の拡大図である。
【図８】 図２のＣ部分の拡大図である。
【図９】 浮力室に通じる閉鎖可能な接続口を有する貫通孔を形成するための管の側面図である。
【図１０】 浮力室に通じる閉鎖可能な接続口を有する貫通孔を形成するための管の斜視図である。
【図１１】 貫通孔の接続口の範囲内の浮体の部分の概略的な横断面図である。
【符号の説明】
１ 浮体
２ 建造物
３ 浮力室
４ カバープレート
５ 側壁
６ 中間壁
７ 中間壁
８ 貫通孔
９ ボーリング機械
１０ 穿孔装置
１１ 地盤
１２ アンカー
１３ ケーブル
１４ 管
１５ 管
１６ 組立てブラケット
１７ ボルト
１８ フランジ板
１９ 支柱
２０ フランジ円板
２１ 基板
２２ ボルト
２３ 組立て穴
２４ 作業台
２５ 引張り装置
２６ 油圧装置
２７ 水面
２８ 水位
２９ クランプ装置
３０ アンカー
３１ ケーブル
３２ 外周壁
３３ 中間天井
３４ 空間
３５ 管
３６ 範囲
３７ 湾曲部
３８ 湾曲部
３９ 管
４０ 接続管
４１ 接続口
４２ 固定フランジ
４３ 閉鎖板

Claims (15)

1. 水面から突出する建造物（２）を支持する浮き基礎の浮体（１）を、水面（２７）の下方にあるその最終位置に沈下させ、この最終位置に固定するための方法であって、地盤（１１）にアンカー（１２）が取付けられ、浮体（１）がアンカー（１２）に接続されたケーブル（１３）またはロッドによって保持される上記方法において、
   先ず最初に、水面（２７）に浮く浮体（１）が、少なくとも３つの貫通孔（８）を有し、
   これら貫通孔（８）が、これら貫通孔（８）の数に相応する数の角を有する仮想の幾何学的な図形の角位置において設けられており、その際、これら貫通孔（８）によって形成されたこの仮想の幾何学的な図形がこの浮体（１）の中央の範囲を覆っており、
   この各貫通孔（８）の上方で、上向きに突出する管（１４）が浮体に固定され、ケーブル（１３）またはロッドが各貫通孔（８）とこの貫通孔（８）の上方に配置された管（１４）を通って案内され、このケーブルまたはロッドが、地盤（１１）に取付けられたアンカー（１２）に接続され、ケーブル（１３）またはロッドに作用する引張り装置（２５）が各々の管（１４）の上端の範囲に設けられ、浮体（１）がケーブル（１３）またはロッドに作用する引張り装置（２５）によって、浮体（１）の浮力に抗して水面（２７）の下方のその最終位置まで沈下され、浮体（１）の最終位置でケーブル（１３）またはロッドが浮体（１）に対して固定され、浮体（１）における固定部の上方にあるケーブル（１３）またはロッドの部分が除去され、貫通孔（８）の上方に突出する管（１４）が取り外されることを特徴とする方法。
2. 管（１４）の長さが、最終位置における浮体（１）と水面（２７）の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 管（１４）が浮体に固定された組立てブラケット（１６）に固定され、この組立てブラケットが組立て開口（２３）を有し、浮体（１）がその最終位置に沈下した状態で、ケーブル（１３）またはロッドを浮体（１）に固定するためのクランプ装置（２９）が前記組立て開口から操作可能であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 浮体（１）のエッジ範囲に配置された少なくとも４つ、好ましくは少なくとも６つの貫通孔（８）が、浮体（１）の外周に沿って設けられ、この貫通孔の上方に、上向きに突出する管（１４）が固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. アンカー（１２）を地盤（１１）に取付けるために、浮体（１）のカバープレート（４）に立設されたボーリング機械（８）が使用され、このボーリング機械が浮体（１）の貫通孔（８）を通って案内される穿孔装置（１０）によって、アンカー（１２）用のボーリング穴を地盤（１１）に形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. ほぼ垂直に延び、アンカー（１２）に連結されたケーブル（１３）またはロッドのほかに、垂線に対して傾斜したケーブル（３１）またはロッドが設けられ、この傾斜角度が好ましくは２５〜４０°であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 垂線に対して傾斜したケーブル（３１）またはロッドのアンカー（３０）のためのボーリング穴を地盤（１１）に形成するために、建造物（２）の下側範囲に、ケーソンが形成され、このケーソンからボーリング穴がボーリング機械によって形成され、ボーリング機械の穿孔装置が浮体（１）の貫通孔を通って案内されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. アンカー（３０）に連結された、垂線に対して斜めに延びるケーブル（３１）またはロッドの固定が、同様に前記ケーソンで行われることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 浮体（１）を沈めるために、浮体の浮力が最終位置の浮力よりも低下させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 浮体（１）の各々の貫通孔（８）と浮体（１）の浮力室（３）との間に、ケーブル（１３，３１）またはロッドを浮体（１）に固定する作業を行うための閉鎖可能な接続口（４１）が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
11. 貫通孔（８）が接続口（４１）の上方およびまたは下方でシールされ、各々のケーブル（１３，３１）または各々のロッドを固定する際に貫通孔（８）内の水位がクランプ装置の下方に下げられることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. ケーブル（１３，３１）またはロッドを固定するための作業を行うために、その都度作業を行うそれぞれの浮力室（３）内の水位が下げられ、好ましくは隣接する少なくとも１つの浮力室（３）内の水位が釣り合わせのために上昇させられることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
13. 浮体（１）の貫通孔（８）が浮体（１）内に入れられた管（３９）によって形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
14. 請求項１に記載の方法を実施するための装置において、
    浮体を通過するこれら貫通孔（８）の上方に、これら管（１４）が配置されており、
    これら管の上端に、それら引張り装置（２５）を用いて、これらアンカー（１２）に固定され且つこれら貫通孔（８）と管（１４）とを通って延びるこれらケーブル（１３）またはロッドがこれら管（１４）から引出し可能である、該引張り装置（２５）が設けられていることを特徴とする装置。
15. 管（１４）の上端の範囲にそれぞれ、この管によって支持された作業台（２４）が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の装置。

Images