JP4073082B2 - 海洋構造物の構築工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーソン等の海洋構造物の下面に配置し、捨石基礎の上での摩擦を増大させるためのマット部材を配置する海洋構造物の構築工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
防波堤や岸壁、埋立地等の仕切り護岸等のような海洋構造物を構築するに際しては、一般に海底の地盤を均してから、その上に所定の高さの基礎マウンドを構築し、その基礎マウンドの上面にケーソン等のような構造物を設置して構築することが行われている。前記構造物は、一般にコンクリート製の箱型のもの、鋼製のものや、鋼製の構造物の表面に所定の厚さのコンクリートを被覆したハイブリッドケーソンと呼ばれるもの等が用いられる。また、前記ケーソンは陸上で構成されたものを、海上に浮かべて構築箇所まで搬送したり、台船に載せて搬送することや、クレーンなどにより吊り下げた状態で搬送され、構造物構築現場で海底に沈めて基礎マウンドの上に載置される。
【０００３】
前記構造物はその底部がコンクリートまたは鋼板であるために、基礎マウンドを構成する石との間での摩擦係数が小さく、波浪の圧力等により、基礎マウンドの上で構造物が移動することが懸念される。そこで、前記構造物の滑動の問題を解消するために、構造物の底部にアスファルトマットやゴムマット等のマット部材を配置し、前記マット部材を構造物により押圧することにより、マット下面を基礎マウンドの石の表面の凹凸に応じて変形させる。そして、マット部材の上面に置かれる構造物と基礎マウンド表面との間で、マット部材を圧縮することにより摩擦係数を増大させ、構造物の安定性を向上させることが行われている。
【０００４】
例えば、一般的な海洋構造物として例示する防波堤は、図３に示すように構成されるもので、海底地盤３の上に捨石マウンド５を構築し、その上面を平らに均してからケーソン１のような構造物を載置して、海洋構造物を構築している。前記捨石マウンド５の上面とケーソン等の構造物１の底版２との間には、摩擦増大用のマット１０を配置しているもので、前記マット１０はケーソンを製作する際に、そのケーソンの底版２の下面に一体に取り付けて構成することが多い。
【０００５】
また、前記ケーソンの下面に取り付けるマットとしては、アスファルトマットを用いることが多く、前記アスファルトマットは、図４に示されるように、厚さＴ１を８cmとして設定したものを規格品として一般に使用している。そして、前記アスファルトマットの弾・塑性により、捨石マウンドの表面の凹凸に対して、マット下面１１が容易に変形するが、残存厚さＴａ＝３cmに設定して、捨石マウンドの表面とケーソン底面との間に隙間が形成されずに、ケーソンの滑動等を防止して安定保持できるという特徴がある。また、前記アスファルトマットの厚さＴ１が８cmのものを用いる場合には、基礎マウンド５の表面の凹凸の均し精度Ｓａを±５cm以内になるように、基礎レベル６に対する石の突出部７と凹部８の高さＳ２が、それぞれ５cm以内となるように基礎マウンドの表面を均す作業を行い、その基礎マウンドの上にアスファルトマットを介して構造物を載置する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記捨石マウンドを基礎部材として構築する場合に、水深が１０ｍ以下の海底等の比較的浅い場所では、潜水作業員の活動が容易である。また、捨石マウンドの表面を平らに均す作業も、比較的容易に行うことができ、構造物を設置する基礎の表面に対する均し精度を小さい値に構築することが可能である。ところが、水深が２０ｍもある海底で基礎マウンドを構築して、その上に構造物等を載置する場合に、基礎マウンドの均し精度Ｓａが±５cm程度になるようにその表面を均すことは、潜水作業員が海底で作業を行うものであることから、潜水作業員の負担が大きく、作業能率が良くないという問題がある。そして、前述したような深海底での作業を行うことにより、均しのためのコストが非常に高価になり、作業期間も長くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、前述したような問題を解消するために、例えば、均し精度を±５ｃｍ以上の大きな値に設定し、海底での均し作業の負担を軽減することが考えられている。例えば、水深が２０ｍ程度の深海底で基礎マウンドを構築する際に、均し精度の値を±２０〜３０ｃｍに設定できれば、潜水作業によるマウンドの表面の均し作業を簡素化することが可能となる。ところが、従来の海洋構造物の設置のための基準では、均し精度が±５ｃｍに対応させてマット部材の厚さを５〜８ｃｍに設定することのみが実証されているだけで、前記均し精度の値をそれ以上大きくすることは考慮もされていない。そして、前記均し精度を大きな値（粗い値）とした場合に、マットの厚さをどの程度に設定したら良いのかも考えられていないのが現状である。
【０００８】
本発明は、前述したような従来の海洋構造物の構築の際の問題を解消するもので、基礎表面の均し精度を大きい値に設定することに対応させて、基礎表面の凹凸を解消するためにマット部材の厚さを増大させ、構造物の安定支持作用を良好に行わせるとともに、構築コストを低減可能な工法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、深い海の海底地盤上に基礎マウンドを構築し、前記基礎マウンドの上面に載置して立設する構造物に対して、少なくとも前記構造物の底面全体をカバーする広さにアスファルトマットを配置して、構造物を支持する構築工法に関する。
本発明において、前記基礎マウンドの表面の均し精度を、水深に比例させた値の凹凸の差が大きい荒いものとして形成し、
前記基礎マウンドの上面に敷設したアスファルトマットを、構造物の重量により押圧する作用を加えることにより、前記マウンド表面に均し精度に対応して形成される凹凸に応じて、前記アスファルトマットの下面が前記凹部を埋めて、構造物の重量を前記基礎マウンドの上面全体が負担するように大きく変形させ、
前記アスファルトマットの上面には平らな構造物の底面が押圧されて、構造物とアスファルトマットとの間での滑動を防止する作用を発揮させるようにして、前記構造物に加えられる横応力をも、基礎マウンドの表面に上からの押圧力として作用させるとともに、
前記基礎マウンドの表面の均し精度±Ｓ１に対して、厚さＴを０．５Ｓ１〜２Ｓ１の値に形成したアスファルトマットを用いることを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本発明は、水深１０ｍ以上の深い海の現場で構造物を構築する場合に対応させて、工事期間を短くして、工事を容易に行い得るようにすることを目的としている。本発明が対象とする施工区域では、海底地盤が、水深１０ｍ以上の深い海の現場で、前記基礎マウンドの上面に敷き込むアスファルトマット（以下マット部材と呼んで説明するマットは、アスファルトマットを指している）の上に、構造物を設置して支持させる工法である。
本発明では、前記基礎マウンドの表面の均し精度Ｓを、例えば±１０cmに設定し、厚さが１０cmのマット部材を介して、構造物を基礎マウンド上に載置する手段を用いるものであり、前記マット部材としては、残存厚さが一定の厚さに維持可能なアスファルトマットで構成することが良いのである。
前述したように、基礎マウンドの表面の均し精度Ｓを大きな値（凹凸の差の大きい）のものとして構成し、その均し精度に対応させて厚いマット部材を配置する場合でも、構造物を基礎マウンド上で支持する作用を良好に行わせることができ、構造物の安定性を維持することが可能である。また、基礎マウンドの均し精度Ｓを大きな値（荒い表面）として構築する場合には、基礎マウンド表面の均し作業に要するコストを、大幅に低下させることが可能となり、基礎マウンド構築の作業期間を短くして、構造物構築のためのコストを大幅に低下させることが可能になる。そして、均し精度の値に対して、厚いマットを使用する場合でも、マット部材が構造物の重さにより押圧されるとともに、マウンド表面の大きく突出した石の突部が食い込んだ状態の場合でも、マット部材の残存厚さを一定に維持できるようにすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、本発明の工法を説明する。図１に示される例は、前記図３に示したように、ケーソン等の構造物の下面にアスファルトマット１０を配置して、基礎マウンド５の上面とケーソン底面２との間での摩擦係数を増大させるために使用する場合を示している。本実施例において、基礎マウンド５の表面には大きな石の突部７と石の間の凹部８とがランダムに形成されているが、前記基礎マウンド５の表面に対しては、前記突部と凹部により形成される均し精度Ｓを、従来の施工規格Ｓａ＝±５cmよりも大きな値（±１０cm）として設定する。本実施例に示す基礎マウンド５においては、従来の基礎部材を構築する工法と同様に、作業船から大きな石等を投下しながら、設計された頂部の巾と斜面の形状および、全体の高さを規定した基礎マウンド５を構築する。その後で、基礎マウンド５の上面の凹凸等を潜水作業員が補修する作業を行って、大きな石の突部が設計値よりも大きく突出させないようにするとともに、凹部に小さな石等を埋める等の処理を行って、基礎マウンド表面の均し精度を±１０cm以下に均す作業を行う。
【００１２】
前記図１に示されるように、均し精度を±１０cmに設定する場合には、基礎マウンド５の設計上のレベル６に対して、Ｓ１を１０cmに設定が可能であることから、石の突出部７の調整のために、大きな石を若干動かす作業を行うのみで良くなる。また、凹部８の調整のためには、若干の小さな石を凹部に埋め込む作業のみで十分に対処させることができ、海底での潜水作業員の負担を軽減することができる。前述したようにして構築した基礎マウンド５の上には、アスファルトマット１０を介して構造物を載置するが、前記アスファルトマット１０の厚さＴを１０cmの厚さを有するものとして構成している。本発明のアスファルトマットにおいても、基礎マウンド５と構造物１のケーソン底面との間でアスファルトマットを圧縮し、アスファルトマットの最終的な残存厚さを３cmに設計する場合には、アスファルトマットが基礎マウンドの石の突出部により押圧されて変形可能な厚さが７cmあるということになる。
【００１３】
前記図１に示されるように構成された基礎マウンド５の上に構造物を載置して、前記構造物の重量によりアスファルトマット１０を圧縮すると、アスファルトマット１０は図２に示されるように、粘・弾性により変形する。つまり、基礎マウンドの石の突出部７が大きく突出している部分では、石の突出部がマット下面から食い込む状態となる。また、前記石の突出部により食い込まれた部分のマット材料は、凹部８に対応する位置で下面に向けて突出される状態となるので、マット下面１１は基礎マウンドの表面の凹凸に対応する凹凸部として形成される。したがって、アスファルトマット１０のマット下面１１が石の突出部を広く覆う状態で、基礎マウンドの表面との間に大きな接触面積を確保することができるために、アスファルトマットが構造物により横移動されるような力が加えられた場合にも、アスファルトマットが基礎マウンド表面に対して移動することはない。また、前記基礎マウンドの表面に配置されるアスファルトマットに対して、大きな押圧力を発揮できるように載置されている構造物においては、ケーソン底面とアスファルトマットとの間での押圧力とアスファルトマット表面の摩擦力とにより、構造物が大きな波浪の力を受けた場合でも、アスファルトマット上で移動することはない。
【００１４】
【実施例】
前述したように、基礎レベルに対して均し精度Ｓ１＝±１０cmに設定した基礎マウンドを構築する場合に、均し精度を設定するための作業コストと、厚さＴを１０cmとして作成する際のアスファルトマットの製造コスト、および、従来の基礎マウンドとアスファルトマットとのコストを比較すると、表１に示されるようになる。
【００１５】
【表１】

なお、表１に示す基礎マウンド表面の均しコストは、本願の出願時点での平均コストで示しており、水深１０ｍの場合で示しているものである。また、前記表１に示されるように、基礎マウンドに対する均し作業のコストは低下すると考えられる。そこで、マットのコストが厚さにしたがって上昇したとしても、総合的には均し精度Ｓ１＝±１０cmの場合には、Ｓａ＝±５cmの場合と比較してもマットのコストの上昇分を含めても低い値となる。さらに、基礎マウンドの均しに要する作業員の能率の面では、Ｓａ＝±５cmの場合には１日あたり１０．９平方ｍであったものに対して、Ｓ１＝±１０cmの場合には１日あたり１６平方ｍであるから、作業能率は１．４７倍に向上する。したがって、本発明の実施例に示したように、Ｓ１＝±１０cmとして基礎マウンドを構成する場合には、基礎マウンドの構築に要する工期を大幅に短縮することが可能になる。そして、アスファルトマットの厚さが増大することによるマット部材の製造コストの上昇分以上に、基礎マウンドの構築コストを引き下げることによって、全体のコストを低下させ、作業期間をも短縮することが可能になる。
【００１６】
【実施例２】
前記実施例では、水深が１０ｍ程度の海底で基礎マウンドを構築し、そのマウンドの上面を平らに均してからマット部材を介して構造物を構築する場合の例で示した。これに対して、水深が２０ｍまたはそれ以上深い海底での作業を行う場合には、均しコストは水深に比例して上昇する。また、水深が１５〜２０ｍの深い海底では、潜水作業員の作業能率は大幅に低下するものであり、作業時間も短くしなければならない。したがって、マウンドの均し精度の値を±１０ｃｍに設定したとしても、総合的なコストは水深に比例して上昇するものと考えられる。そこで、マット部材としてアスファルトマットを使用する場合に、均し精度の値を大きくした時に、マット部材の厚さとの関係を計算すると、表２のような値に設定することが最低の条件と考えられる。
【００１７】
【表２】

前記表２において、マット部材の残存厚さを３ｃｍとし、構造物の重量（荷重）による歪みの値を２ｃｍ、製作誤差を０．５ｃｍとして考えた場合に、現在一般に使用されているアスファルトマットを対象として考えると、前記表２に示すような厚さに形成することが必要となる。なお、前記表２は、構造物を安定して支持するための最低のマット厚さを示しているものであり、実際には、各均し精度の値に対応するマットよりは、厚いものとして構成することが求められる。また、構造物が設置される海域の波浪の強さの条件と、波浪に対抗させるための構造物の重量等を考慮して、マット厚さを設定することが必要となる。例えば、波が荒くて構造物に大きな力が付与されるような海域では、マット厚さを均し精度の値の絶対値（±３０ｃｍの場合には６０ｃｍ）に設定することが必要とされる場合も考えられる。
【００１８】
前記厚いマット部材を使用する場合に、均し精度を±２０ｃｍとし、マット厚さを２０ｃｍとして同一の値に設定すると、マットの残存厚さを３ｃｍと仮定すれば、マットのマウンド上での変形可能厚さは１７ｃｍとなる。前記マットの可能変形量を図１の例について考えると、石の突部７が食い込むことにより、マット下面が石の凹部に向けて突出される量を含めると、マウンド表面とマット下面との接触面積を非常に大きな値とすることが可能になる。さらに、前記均し精度が±２０ｃｍの場合に、厚さが４０ｃｍのマット部材を用いると、石の突部が大きくマットに食い込んだとしても、最終的には、マウンド表面の石の凹凸に追従させる形状にマットの下面が変形することになるので、マット下面全体がマウンド表面に一体に貼り付けられる状態となって、構造物の支持を行うことが可能となる。したがって、前記表２に示す値よりも、マットの厚さを大きい値とする場合には、波浪等による影響を大きく受ける海域でも、構造物の安定性を向上させることが可能になる。
【００１９】
前述したように、基礎マウンドの均し精度の値を変化させ、前記均し精度に対応させてマットの厚さを変更する場合の総合的なコストは、表３に示すように計算される。前記表３は前記表１のコスト計算の例に比較して、水深が１５ｍ程度の海域での平均的な工事のコストを計算したものであり、前記表１の実施例の場合と同様に、５０〜２００kg程度の大きさの石を用いてマウンドを構築する場合を想定している。
【００２０】
【表３】

前記表３に示すように、深い海底で基礎マウンドを構築する場合に、均し精度を粗く（大きな値に設定）して、マットを厚く形成したものを組み合わせると、一般的には均し精度の値およびマット厚さの値を比例させるようにして、各々の値を設定できる。また、深い海底になる程、均し精度を大きな値とすれば、工事費の上昇率は低くできることになると考えられるが、マットの安全率を大きく設定して、厚いものを使用する場合には、マットの製造コストの分だけ施工コストは上昇することになる。
【００２１】
前述したように、水深が大きい場合には、マウンド表面の均し精度の値を大きい値として設定し、その均し精度に対応させて厚いマットを使用すると、構造物の支持作用を安定させることができる。例えば、水深が２０ｍ以上の深海底で基礎マウンドを構築する際には、均し精度を±３０ｃｍ以上にして、厚さが３０cm以上のマットを使用すれば、外海に面した港湾の入り口のような荒い波が打ち付けられる防波堤に対しても、その構造物の安定性を良好に維持することができる。もちろん、前記外海に面した構造物では、防波堤を構成するケーソンは、重量の大きなコンクリート製のものを用い、ケーソン自体が耐波浪性を有するものとして構築することが求められる。そして、前述したような構造物に対しても、厚いマットを用いることによって、基礎マウンドの構築経費を高くすることなく、構造物の総合的な構築経費の上昇を抑制することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明においては、前述したように、基礎マウンドの表面の均し精度を大きな値として構成し、その均し精度に対応させて厚いマット部材を配置する場合でも、構造物を基礎マウンド上で支持する作用を良好に行わせることができ、構造物の安定性を維持することが可能である。また、基礎マウンドの均し精度を大きな値として構築する場合には、基礎マウンド表面の均し作業に要するコストを大幅に低下させることが可能となり、基礎マウンド構築の作業期間を短くして、構造物構築のためのコストを大幅に低下させることが可能になる。そして、均し精度の値に対して、厚いマットを使用する場合でも、マット部材が構造物の重さにより押圧されるとともに、マウンド表面の突部が食い込んだ場合でも、マット部材の残存厚さを一定に維持できるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のアスファルトマットと基礎マウンドの構成を示す説明図である。
【図２】 基礎マウンド上にアスファルトマットを介して構造物を載置した状態の説明図である。
【図３】 一般的な構造物の構築の説明図である。
【図４】 従来例の説明図である。
【符号の説明】
１ 構造物、 ２ ケーソン底面、 ３ 海底地盤、
５ 基礎マウンド、 ６ 基礎レベル、 ７ 石の突出部、
８ 凹部、 １０ アスファルトマット、 １１ マット下面。

Claims (1)

1. 深い海の海底地盤上に基礎マウンドを構築し、前記基礎マウンドの上面に載置して立設する構造物に対して、少なくとも前記構造物の底面全体をカバーする広さにアスファルトマットを配置して、構造物を支持する構築工法において、
   前記基礎マウンドの表面の均し精度を、水深に比例させた値の凹凸の差が大きい荒いものとして形成し、
   前記基礎マウンドの上面に敷設したアスファルトマットを、構造物の重量により押圧する作用を加えることにより、前記マウンド表面に均し精度に対応して形成される凹凸に応じて、前記アスファルトマットの下面が前記凹部を埋めて、構造物の重量を前記基礎マウンドの上面全体が負担するように大きく変形させ、
   前記アスファルトマットの上面には平らな構造物の底面が押圧されて、構造物とアスファルトマットとの間での滑動を防止する作用を発揮させるようにして、前記構造物に加えられる横応力をも、基礎マウンドの表面に上からの押圧力として作用させるとともに、
   前記基礎マウンドの表面の均し精度±Ｓ１に対して、厚さＴを０．５Ｓ１〜２Ｓ１の値に形成したアスファルトマットを用いることを特徴とする海洋構造物の構築工法。

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