JP4310128B2 - ケーソン工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーソン工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニューマチックケーソン工法は、図５（ａ）に示すように、地盤１０に函状のケーソン躯体３０を沈下させるとき、気密作業室Ｓの気圧を高めて地下水の間隙水圧と均衡させることで、気密作業室Ｓ内への地下水の流入を防ぎながら掘削し、ケーソン躯体３０を沈設する工法である。
【０００３】
地盤を深く掘削する際には、図５（ｂ）に示すように、深度とともに間隙水圧が大きくなるので、気密作業室Ｓの気圧もそれに伴い上昇させる必要がある。しかし、高気圧下では作業員が高気圧障害を起こす恐れがあり、大深度での作業は困難であった。
【０００４】
気密作業室の気圧を下げるために、ニューマチックケーソン躯体の直下に止水壁を形成し、止水壁に囲まれた地盤にケーシング管を埋設し、内部を排水することで間隙水圧を低下させるディープウェル工法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ディープウェル工法では、地下水を内部に浸透するストレーナ部を有するケーシング管を埋設し、このケーシング管内に排水ポンプを取り付け、内外の水位差を利用して排水する。また、バキューム装置を備え、ケーシング管内の水を強制排水させることにより、地下水位の更なる低下を図ったバキュームディープウェル工法も知られている。
【０００６】
しかし、バキュームディープウェル工法では、図６に示すように、地下水位Ｗがケーシング管１００のストレーナ部１０１の上端よりも下に下がると、ケーシング管１００内に空気が流入し、バキューム効果が低下してしまう。また空気が流入しないようにストレーナ部１０１の上端を低い位置に設けると、ストレーナ部１０１が短くなり集水面積が縮小されて、集水能力が低下してしまう。
【０００７】
ストレーナ部１０１から流入する空気を分離して集水能力を低下させずにバキューム効果を維持する方法がある（例えば、特許文献２参照）。図７に示すように、ストレーナ部１０１を有するケーシング管１００内に、上端がケーシング管１００と接し、下端が開口された内筒１１０を設け、内筒１１０内部に設けた排水ポンプ１１１で排水すると、ストレーナ部１０１から流入した空気をケーシング管１００と内筒１１０との隙間ａに分離することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１３１２０２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７１７０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述の方法では、ケーシング管１００に内筒１１０が固定されているので、ニューマチックケーソン工法のように掘削地盤面が下降する場合、それに伴い内筒１１０を降下させることができないという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、掘削地盤面付近の間隙水圧を局所的に低下させることで、気密作業室の気圧を大気圧に近づけて作業することができるケーソン工法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明は、例えば図１（ａ）に示すように、作業室スラブ３２下に気密作業室Ｓを形成して地盤１０を掘削するケーソン工法であって、予め地盤１０にケーシング管４０を埋設しておき、下部に集水口（切欠き部５２）を有する集水管５１を前記ケーシング管４０内に挿入し、前記集水管５１内の空気を吸引しながら前記集水管５１内の水を揚水する状態下で地盤１０を掘削する工程を、前記集水管５１を前記ケーシング管５１内に沿って下降させる毎に繰り返して行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、集水管５１内の空気を吸引することで、地盤１０中の地下水が気密作業室Ｓの気圧に押し下げられ、ケーシング管４０内から気圧の低い集水管５１内部に流入させて揚水することができる。集水管５１内の気圧が低いので、気密作業室Ｓの気圧を大気圧に近づけた状態で、図１（ｂ）に示すように、掘削地盤面２０付近の間隙水圧を局所的に低下させて掘削することができる。また掘削に伴い集水管５１を下降させることで、常に掘削地盤面２０付近の間隙水圧を低下させることができる。
【００１３】
本発明は、ケーソン工法であって、前記集水管５１の下降に伴い、前記気密作業室Ｓ内において、前記ケーシング管４０の上端部を分解していくことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、掘削による掘削地盤面２０の下降に合わせて、狭い気密作業室Ｓ内でケーシング管４０を分解するので、ケーシング管４０が作業室スラブ３２の下降の妨げとならない。
【００１５】
本発明は、ケーソン工法であって、前記ケーシング管をケーソンの外周に沿って埋設し、前記集水管の下降に伴い、前記集水口よりも上側部分の前記ケーシング管の外周を止水することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、掘削による掘削地盤面２０の下降に合わせて、集水口５２よりも上側部分のケーシング管４０の外周を止水するので、掘削地盤面２０よりも上側の間隙水圧を下げず、掘削地盤面２０付近の間隙水圧のみを局所的に低下させて掘削することができる。また掘削に伴ってケーシング管４０を解体する手間がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態例について詳細に述べる。
図１には、地盤１０に沈設途中のケーソン躯体３０が示されている。ケーソン躯体３０は筒状の壁３１と、作業室スラブ３２と気密作業室Ｓとからなる。壁３１の下部には刃口３３が設けられている。作業室スラブ３２は気密作業室Ｓの天井となっている。また作業室スラブ３２にはフランジ管が埋設されており、内部を吸引管５３または排水管６３が貫通している。吸引管５３、排水管６３とフランジ管との間はＯリング等を利用して気密が保たれている。
【００１８】
ケーソン躯体３０と掘削地盤面２０とに囲まれる空間が、気密作業室Ｓとなる。気密作業室Ｓは、圧力調整装置により間隙水圧相当に気圧が高く維持され、気密作業室Ｓ内への地下水の流入を防いでいる。
ケーソン躯体３０直下の地盤１０には、ケーシング管４０が埋設されている。
【００１９】
ケーシング管４０は、高さ約２ｍ程度の狭い気密作業室Ｓで分割できるように複数の管部材４１からなる。管部材４１としては、例えば図２に示すように、直径５００ｍｍ、内径４００ｍｍの長さ２ｍ以下（例えば０．５ｍまたは１ｍ）の鋼管を使用することができる。管部材４１同士の間にパッキン４２を挟んでボルト４３で締結してケーシング管４０を組み立てることができる。
【００２０】
ケーシング管４０には内部に地下水を流入させるストレーナ部４４が設けられている。ストレーナ部４４を構成する管部材４１としては、例えば、上述の管部材４１の外周に小孔を多数設けたものを使用することができる。
また、ケーシング管４０の外周には、砂利などが充填されたフィルター層を設けてもよい。フィルター層を設けた場合には、周囲の地盤１０中の地下水はフィルター層を透過してストレーナ部４４からケーシング管４０内部に流入する。
【００２１】
ケーシング管４０内には排水装置５０が挿入されている。排水装置５０はワイヤー等で吊られ、ケーシング管４０内を上下に移動可能である。排水装置５０には吸引管５３が設けられており、ケーソン躯体３０の作業室スラブ３２を貫通し地上に設けられた真空ポンプ５４に接続されている。また排水装置５０には排水管６３が設けられており、ケーソン躯体３０の作業室スラブ３２を貫通し地上に設けられたゲートバルブ６４に接続されている。
【００２２】
ここで本発明のケーソン工法に用いる排水装置５０について説明する。排水装置５０は例えば図３に示すように、集水管５１と、排水ポンプ６１とから構成されている。
【００２３】
集水管５１は、例えば、鋼管等の非透水性のものから出来ていて、上端は遮蔽され、下端が開口されたものである。集水管５１は、その開口された下端の端面から切り込まれた切欠部５２を側部に有する。この下端の開口部及び切欠部５２からケーシング管４０内部の水が吸引される。
【００２４】
集水管５１の上端には、地上の真空ポンプ５４から延設された吸引管５３が接続される。集水管５１の内部空間は吸引管５３を介して真空ポンプ５４に連通し、真空ポンプ５４により吸引される。集水管５１の内部には図示しない気圧計や水位計が設置されている。また、集水管５１の上端のほぼ中央には、排水管６３が貫通している。
【００２５】
排水ポンプ６１は、集水管５１との間に隙間をあけて上下移動自在に設置されている。排水ポンプ６１は、例えば、ポンプ本体とモーター部が一体化されたものであり、集水管５１上端を貫通する排水管６３の下端に接続されている。
なお、排水ポンプ６１の吸込口６２は、図では集水管５１の切欠部５２の上端よりもさらに高い位置にあるが、切欠部５２の上端よりも低い位置に位置させても良い。
【００２６】
次に本発明のケーソン工法について説明する。
まず、ケーソン躯体３０を沈設する地盤１０に地表面からケーシング管４０を埋設する。次に、掘削地盤面２０を覆うようにケーソン躯体３０を沈設する。また、ケーソン躯体３０周辺に、あらかじめ調査ボーリングを行い、深さ約５ｍ毎に間隙水圧計を設け、掘削地盤面２０周辺の間隙水圧を計測する。
【００２７】
ケーソン躯体３０を沈設したら、吸引管５３、排水管６３を作業室スラブ３２に埋設されたフランジ管３４に貫通させる。吸引管５３、排水管６３とフランジ管との間はＯリング等を利用して気密を保つ。吸引管５３、排水管６３の気密作業室Ｓ内部側の端を排水装置５０と接続するとともに、他端を地上に設置した真空ポンプ５４、ゲートバルブ６４にそれぞれ接続する。
【００２８】
次に、一体に組み立てられた排水装置５０をケーシング管４０に挿入し、少なくとも切欠部５２上端まで内部の水に浸水させる。その上で、真空ポンプ５４を作動させ、集水管５１内を吸引すると、地盤１０中の地下水が気密作業室Ｓの気圧に押し下げられ、ケーシング管４０内から気圧の低い集水管５１内に流入する。
【００２９】
集水管５１内の水位が排水ポンプ６１の吸込口６２上端よりも上まで達したら、排水ポンプ６１を作動させ、ゲートバルブ６４を開き、排水を開始する。
【００３０】
このように強制的に地下水を排水することで、図１（ｂ）に示すように、間隙水圧をケーシング管４０付近のみ局所的に下降させることができる。
【００３１】
上述のように排水しながら、作業室スラブ３２下面の掘削装置で掘削地盤面２０を掘削し、ケーソン躯体３０を沈設する。その際、間隙水圧計で掘削地盤面２０周辺の間隙水圧を観測し、気密作業室Ｓの気圧をコントロールする。なお掘削地盤面２０を掘削するにつれて、排水装置５０は下降させるとともに、ケーシング管４１の掘削地盤面２０よりも上に突出した部分は分割して除去する。掘削に伴い排水装置５０を下降させることで、常に掘削地盤面２０付近の間隙水圧を低下させることができる。
【００３２】
以上のケーソン工法によれば、図１（ｂ）に示すように、掘削地盤面２０付近の間隙水圧を局所的に低下させることができ、気密作業室Ｓの気圧を大気圧に近づけて作業することができ、作業員が高気圧障害を起こすことを防ぐことができる。
【００３３】
なお、ケーシング管４０を地盤１０に挿入してからケーソン躯体３０を沈設するものとしたが、例えばケーソン躯体を沈設してから気密作業室でケーシング管４０を挿入しても良い。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。図４には、地盤１０に沈設途中のケーソン躯体３０が示されている。第１の実施の形態と異なる点は、ケーシング管４０がケーソン躯体３０の外周に沿って埋設されている点である。
【００３５】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に排水しながら掘削地盤面を掘削するとともに、掘削地盤面２０よりも上側のケーシング管４０のストレーナ部４４を止水する。
止水方法としては、例えばケーシング管４０の外周に沿って薬液注入管を挿入し、ストレーナ部４４の外周のフィルター層にセメント系の薬液を注入し、固化させる方法がある。
【００３６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、掘削による掘削地盤面２０の下降に合わせて、掘削地盤面２０よりも上側部分のケーシング管４０のストレーナ部４４を止水するので、掘削地盤面２０よりも上側の間隙水圧を下げずに、掘削地盤面２０付近の間隙水圧のみを局所的に低下させて掘削することができる。また掘削に伴ってケーシング管４０を分解する手間がない。
【００３７】
なお、第１の実施の形態と同様に、ケーソン躯体３０直下の掘削地盤面２０にもケーシング管４０を埋設して排水しながら掘削してもよい。
また、ケーソン躯体３０やケーシング管４０、排水装置５０等の形状も任意とすることができ、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、集水管内の空気を吸引することで、地盤中の地下水が気密作業室の気圧に押し下げられ、ケーシング管内から気圧の低い集水管内部に流入させて揚水することができる。集水管内の気圧が低いので、気密作業室の気圧を大気圧に近づけた状態で、掘削地盤面付近の間隙水圧を局所的に低下させて掘削することができる。
【００３９】
本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、掘削による掘削地盤面の下降に合わせて、狭い気密作業室内でケーシング管を分解するので、ケーシング管が作業室スラブの下降の妨げとならない。
【００４０】
本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることに加えて、掘削による掘削地盤面の下降に合わせて、集水口よりも上側部分のケーシング管の外周を止水するので、掘削地盤面よりも上側の間隙水圧を下げず、掘削地盤面付近の間隙水圧のみを局所的に低下させて掘削することができる。また掘削に伴ってケーシング管を解体する手間がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のケーソン工法の第１の実施の形態例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の地下深度(縦軸）における間隙水圧を横軸に示したものである。
【図２】本発明のケーソン工法に用いるケーシング管の形態例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は垂直断面図である。
【図３】本発明のケーソン工法に用いる排水装置の形態例を示す垂直断面図である。
【図４】（ａ）は本発明のケーソン工法の第２の実施の形態例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の地下深度(縦軸）における間隙水圧を横軸に示したものである。
【図５】（ａ）は従来のニューマチックケーソン工法を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の地下深度(縦軸）における間隙水圧を横軸に示したものである。
【図６】従来のバキュームディープウェル工法を示す断面図である。
【図７】従来のバキュームディープウェル工法のバキューム効果を維持する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 地盤
２０ 掘削地盤面
３０ ケーソン躯体
３１ 壁
３２ 作業室スラブ
３３ 刃口
４０、１００ ケーシング管
４１ 管部材
４２ パッキン
４３ ボルト
４４、１０１ ストレーナ部
５０ 排水装置
５１ 集水管
５２ 切欠部
５３ 吸引管
５４ 真空ポンプ
６１、１１１ 排水ポンプ
６２ 吸込口
６３ 排水管
６４ ゲートバルブ
１１０ 内筒
Ｓ 気密作業室
Ｗ 地下水位
ａ 隙間

Claims (1)

1. 作業室スラブ下に気密作業室を作成して地盤を掘削するケーソン工法であって、
   予め地盤に複数の管部材からなるケーシング管を埋設しておき、
   下部に集水口を有し、前記集水口以外の部分は密閉された集水管を前記ケーシング管内に挿入し、
   前記集水管内に吸込口を有する排水ポンプを設け、
   前記集水管内の空気を吸引しながら前記集水管内の水を前記排水ポンプから揚水することにより前記気密作業室内の圧力を低下させ地盤を掘削する工程を、前記集水管を前記ケーシング管内に沿って下降させる毎に繰り返して行い、
   前記集水管の下降に伴い、前記気密作業室内において、前記ケーシング管の上端部を分解していくことを特徴とするケーソン工法。

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