JP4504166B2 - 反力装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中に埋設される構造体内で生じた反力を構造体で受けるための反力装置に関するものである。

現在施工されているケーソン工事のうち、特にオープンケーソン工法（通常のオープンケーソンの他、圧入ケーソン等も含む）の施工上の問題点として刃口下の掘削が困難なことがある。特に粘性土系の硬質地盤では刃口下の掘削が一段と困難になる。

この対策として、例えば特開２０００−３１９８９７号公報（特許文献１）では、ケーソンの刃口部近傍の内周に周回状にレールガイドを固定し、レールに沿って台車を旋回させると共に、台車に刃口部近傍の地盤を掘削するオーガスクリュ等の回転式掘削機本体を設けた提案がなされている。この場合、掘削に伴う反力は、掘削機、さらにはレールを介してケーソンで受けられることになる。
特開２０００−３１９８９７号公報

しかしながら、この工法では、レールがケーソンに固定されているため、地中への埋設完了後にこれを回収することができず、不経済である。また、レールがケーソンに固定されるので、刃口直下の掘削を行わない場合でも、レールがケーソン内壁に突出した状態となり、この突出したレールがバケット等と干渉して掘削排土の障害となるおそれもある。さらには、掘削中に突然ケーソンが自然沈下した場合、掘削機が地盤と衝突して破損するおそれがある。

一方、オープンケーソン工法においては、ケーソンの沈設後に水中コンクリートを打設して底盤を構築する際、水中下で底盤中の補強材（鉄筋・鉄骨等）をケーソン函体に結合することは困難であるため、通常、底盤は、補強材のない無筋構造とされる場合が多い。この場合、底盤に作用する仰圧力に対抗するために水中コンクリートを大量に打設する必要があり、底盤厚さの増大から、空間容積の減少・掘削深度の増大等を招く不具合がある。

本発明では、ケーソン函体等の構造体に予め反力点を確保しておくことにより、これらの課題を解決することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、地中に埋設される構造体としてのケーソン函体内で生じた反力を構造体で受けるための反力装置あって、構造体側および反力発生側のうちの何れか一方に設けられた雌部材と、他方に設けられ、前記雌部材に対して上下方向に挿脱可能で、かつ雌部材への挿入後の脱出が抜け止めによって規制されていない雄部材とを備え、反力発生側に、ケーソン函体の刃口真下の地盤を掘削する掘削機が配置され、ワイヤで吊り下ろした掘削機により刃口直下の掘削が行われ、かつケーソン函体の自然沈下時に、掘削機を前記ワイヤで上方に牽引しあるいは定位置に保持することにより、雄部材を雌部材から脱出させることを特徴とするものである。

この構造であれば、反力発生側となる掘削機等で生じた反力の作用方向が雌部材および雄部材相互間の挿脱方向と平行である場合を除き、当該反力を簡易な構造により構造体で受けることが可能となる。また、雄部材が雌部材に対して挿脱可能であるから、挿脱方向を上下方向とすれば、掘削機を吊り下しあるいは吊り上げるだけで、掘削機と構造体の結合および分離を行うことができる。従って、掘削機の据付および回収が簡単に行え、さらに構造体が自然沈下した場合でも、掘削機を上方に牽引しあるいは定位置に保持するだけで、雄部材を雌部材から脱出させて掘削機を構造体から分離することができ、掘削機の地盤への衝突等を回避することが可能となる。

以上のように本発明によれば、反力発生側で生じる反力を簡易な構造により構造体で受けることが可能となるので、何らかの理由で反力を構造体で受ける必要がある場合、施工コストの抑制を図ることができる。

反力発生側に掘削機を配した場合、雌部材に対して雄部材を挿脱させることにより、掘削機やこれを案内するガイドレールの据付、回収を容易に行うことができ、経済性を高めることができる。また、構造体が自然沈下した際にも掘削機やガイドレールを容易に脱出させることができ、これらの破損を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１（Ａ）は、本発明にかかる反力装置をオープンケーソン工法に適用した例を示す断面図、同図（Ｂ）は（Ａ）図中のＸ部の拡大断面図である。

構造体としてのケーソン函体１は、両端を開口させた任意形状の筒型をなし、図１（Ａ）に示すように刃口にはテーパ面１ａが形成されている。このケーソン函体１は、内部地盤の掘削と地中にアンカーをとったジャッキ３の圧入力との併用で地中に沈設される。内部地盤の掘削は、クラムシェルバケット等の種々の掘削手段（図示せず）で中央部を掘削すると共に、ケーソン函体１の壁面に設置した掘削機５で刃口直下を掘削することにより行われる。

ケーソン函体１の刃口内周には、後述する反力装置７を介してガイドレール９が周回状に設置される。ガイドレール９上では掘削機５の台車５ａのローラ５ａ１が転動し、これにより台車５ａがガイドレール９に支持されつつ移動可能となる。台車５ａは、図示しないモータ等の出力で自走させることにより、あるいは図示しないワイヤ等を介して地上側から牽引することにより、ガイドレール９に案内されて函体１の内壁を周回移動する。もちろんガイドレール９の形状は図示例には限られず、種々の形状を選択することができる。

台車５ａには、オーガカッター等の掘削部５ｂ１を揺動可能に有する掘削機本体５ｂが装着される。掘削機本体５ｂとしては、オーガカッター以外にも種々の構成の掘削装置を使用することができ、例えばバックホウ、ウオータージェット等も使用することができる。なお、この掘削機５による掘削は通常水中で行われるので、掘削機５には十分な耐水圧性を持たせる必要がある。

図１（Ｂ）に示すように、本発明の反力装置７は、雌部材７１と、雌部材７１に対して上下方向に挿入かつ抜脱可能の雄部材７２とを具備する。本実施形態では、雌部材７１として複数の孔７１ａを有する有孔部材を例示し、雄部材７１として孔７１ａに挿脱可能のピンを例示している。有孔部材７１はケーソン函体１にその一部を埋め込んで固定され、ピン７２は適当なブラケット７３を介してガイドレール９の背面に固定される。

有孔部材７１は、ケーソン函体１に確実に固定でき、かつ函体１の内部に軸心を上下方向に向けた孔７１ａが形成される限りその形状は特に問わない。図２（Ａ）では、その一例として、アンカー付き板状部材の複数個所（図面では２箇所）に孔７１ａを穿設し、そのアンカー部分を函体１中に埋め込むと共に、板状部分を函体１の内側に突出させた構造を例示している。

この有孔部材７１は、函体１の内壁の複数箇所にほぼその全周にわたって設置され、これにより函体１の内壁全周に沿って複数の孔７１ａが配列される。函体１の周方向だけでなく、函体１の高さ方向に有孔部材１７を配列することにより、高さ方向に複数段の孔７１ａを形成してもよい。図２（Ａ）では、隣接する有孔部材７１間に隙間を設けることなく、連続設置した有孔部材７１を例示しているが、隣接する有孔部材７１間に隙間を設けてもよい。

ピン７２は、孔７１ａへの挿入性を高めるべく先端をテーパ状に形成した円柱状をなし、その中心軸を上下方向に向けてブラケット７３に固定される。ピン７２の外径寸法は有孔部材７１の孔７１ａにスムーズに挿脱可能な寸法とする。図２（Ａ）に示すように、レール９は複数のセグメント９ａに分割され、各レールセグメント９ａにブラケット７３を介してピン７２が取り付けられる。各レールセグメント９ａに取り付けるピン７２の数は二本以上とするのが望ましい。

図２（Ｂ）に有孔部材７１の他の実施形態を示す。この有孔部材７１は、棒鋼の一端をリング状に折り曲げて孔７１ａを形成すると共に、他端に函体１に埋め込むアンカーを形成したものである。この有孔部材７１も同様にケーソン函体１の周方向の複数箇所、さらに必要に応じて高さ方向の複数箇所に設置される。図２（Ｂ）に示す有孔部材７１を、図２（Ａ）に示す有孔部材７１と併用することもできる。

ケーソン函体１は、予め地上で内壁に有孔部材７１を取り付けた上で、ジャッキ３の圧入力を利用して掘削沈設される。ケーソン函体１の刃口が硬質地盤に突き当たる等して刃口直下の掘削が必要となる場合、掘削機５の据付が行われる。この据付に際しては、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、先ずワイヤ８でレールセグメント９ａを吊り下ろし、各セグメント９ａのピン７２を有孔部材７１の孔７１ａに挿入する。この時、ピン７２がスムーズに孔７１ａに挿入されるよう、予め孔７１ａに図示しないワイヤ（ガイドワイヤ）を挿入してその両端を地上に引き出し、ガイドワイヤの一端をピン７２の先端に取り付けた状態でガイドワイヤの他端を牽引してセグメント９ａを降下させるのが望ましい。このようにして各セグメント９ａを順次吊り下し、有孔部材７１の孔７１ａにピン７２を挿入することにより、函体１の内壁に沿って連続したレール９が形成される。その後、ワイヤ６で台車５ａおよび本体５ｂからなる掘削機５を吊り下してレール９上にセットし、レール９上で移動させながら刃口直下の掘削を行う。なお、据付後は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、ワイヤ６で掘削機５を、ワイヤ８で各レールセグメント９ａを高さ方向の定位置に吊り下げておく。

掘削機５による刃口直下の掘削中は、掘削機本体５ｂに、図１（Ａ）中の矢印で示すように掘削部５ｂ１の傾斜角度に応じて斜め方向の反力Ｐが作用する。この斜め方向の反力Ｐによりピン７２が孔７１ａの内周に強く押し付けられるため、反力Ｐによってピン７２が孔７１ａから抜けることはなく、反力発生源である掘削機５、さらにはレール９が高さ方向で定位置に保持される。掘削終了後には、ワイヤ６を地上に設置したクレーン等で上方に牽引することにより掘削機５を回収することができ、さらにワイヤ８を同じくクレーン等で上方に牽引することにより、ピン７２を孔７１ａから脱出させてレール９を回収することができる。このように刃口直下の掘削が不要の時には、掘削機５のみならず、レール９も撤去できるので、従来工法のように内壁に固定されたレールによって掘削障害を招くことはない。

掘削機５による掘削中にケーソン函体１が自然沈下しても、ワイヤ６で吊り下げた掘削機５およびワイヤ８で吊り下げたガイドレール９の高さ位置は変わらない。従って、ケーソン函体１の自然沈下に伴って、ピン７２を孔７１ａから自然に脱出させ、これによりガイドレール９および掘削機５をケーソン函体１と分離することができる。そのため、地盤との衝突等によるガイドレール９や掘削機５の破損を防止することができる。自然沈下を検知すると同時に、ワイヤ６、８を巻き上げてガイドレール８や掘削機５を上方に牽引するようにしてもよい。

図３は、反力装置７の他の実施形態を示すものである。この実施形態は、雌部材７１および雄部材７２を内壁に沿って延ばし、雌部材７１の函体１内側に突出する部分に、内壁に沿う溝７１ｂを形成すると共に、雄部材７２に、雌部材７１の溝７１ｂに対して挿脱可能の突条７２ｂを形成したものである。

なお、この実施形態では、雄部材７２に枠体１１を固定し、この枠体１１内に設けたガイドレール（図示せず）で案内して掘削機５を周回移動させる場合を例示している。枠体１１を、その内側に順次枠体を配置した多重枠体として構成し、各枠体を異なる方向に移動可能とする（例えば外枠を周方向に移動可能とし、内枠を外枠に対して上下方向に移動可能とする）ことにより、最も内側の枠に配した掘削機５を３次元方向に移動させることが可能となる。この他、枠体１１を用いることなく、図１（Ａ）（Ｂ）に示す実施形態と同様に、雄部材７２にガイドレール９を固定してもよい。

図４（Ａ）（Ｂ）は、ケーソン函体１の一方の対向内壁間に枠体１１を配置し、その両端と他方の対向内壁との間にそれぞれ上記反力装置７を介在させることにより枠体１１を函体１に取り付けた例である。枠体１１内には、図示しないガイドレールが配置され、このガイドレールに案内されて掘削機５が函体内壁に沿う周方向に移動可能になっている。上記と同様に枠体１１を多重枠体で構成することにより、掘削機５を三次元方向に移動可能としてもよい。

図４（Ａ）（Ｂ）に示す実施形態において、反力装置７に代えて、あるいは反力装置７と併用して、枠体１１の両端とこれに対向する函体内壁間にジャッキ等の支圧手段を配置すれば、枠体１１はさらに高い支持反力を保持することができ、従って、例えば刃口直下に岩石等が出現した場合にも掘削機５でこれを掘削することが可能となる。

図５（Ａ）（Ｂ）は、反力装置の他の構成を示すもので、同図（Ｂ）は同図（Ａ）中のＹ部の拡大断面図である。

この反力装置７’は、図５（Ｂ）に示すように、有孔部材７１の孔７１ａに対してピン７２の挿入のみが可能で、その脱出が抜け止め機構１９によって規制される点が図１（Ａ）（Ｂ）に示す反力装置７と異なる。抜け止め機構１９は、有孔部材７１とピン７２の何れか一方に設けた部材を他方の部材に係合させてピンの抜け止めを行う機構であり、図示例では、ピン７２に段部７２ａを形成すると共に、この段部７２ａに上から係合する係合部材１９ａを有孔部材７１に取付けた構造を例示している。係合部材１９ａは破線位置と実線位置との間で揺動可能であり、かつ図示しない弾性部材により閉じ方向（実線位置）に常時付勢されている。従って、ピン７２を有孔部材７１の孔７１ａに上から挿入すると、ピン７２先端のテーパ面によって係合部材１９ａが破線位置まで押し広げられ、段部７２ａが係合部材１９ａを通過すると同時に係合部材１９ａが弾性的に閉じて段部７２ａと上下方向で係合する。そのため、ピン７２に作用する上方向の反力をケーソン函体１で受けることが可能となる。

このように係合部材１９ａを有孔部材７１側に設置してピン７２と係合させる他、係合部材１９ａと同等の機能を有する部材をピン７２側に設置し、これを有孔部材７１とピン７２の抜け方向で係合させることもできる。

この反力装置７’は、図５（Ａ）に示すように、ケーソン函体１の底盤１ｄを構築する際、底盤１ｄ中の補強材１７の反力受けとして使用することができる。補強材１７は、同図（Ｂ）に示すように多数の鉄筋１７ｂ（鉄骨でもよい）を組み立てたユニットで、その両端の端板１７ａにブラケット７３を介してピン７２が取り付けられている。この補強材１７を上記と同様の手順でケーソン函体１の内部に吊り下ろし、ピン７２を孔７１ａに挿入し、さらに抜け止め機構１９によってピン７２をロックしてから、水中コンクリートを打設して底盤１ｄを構築する。なお、補強材１７は、高さ方向に複数段積み上げることもできる。

底盤１ｃの構築後は、補強材１７が仰圧力を受けて反力の発生側となるが、この上方向の反力は反力装置７’を介して函体１で受けられる。従って、補強材１７に仰圧力に対する対抗力を付与することができ、これにより少ないコンクリート量でも十分な強度を有する底盤１ｃの構築が可能となる。そのため、水中コンクリートの打設量を大幅に減じることができ、掘削深度の削減と相俟ってオープンケーソン工法の施工コストを大幅に削減することが可能となる。

なお、大スパンのケーソン函体１に上記補強材１７を使用する場合には、図６に示すように、補強材１７の中間部分に、地中にアンカーをとったジャッキ２１を設置するのが望ましい。

図７は、ケーソン函体１の初期自然沈下を抑止するための工法を示すもので、特に超軟弱地盤での沈設作業に適合する。この工法でのケーソン函体１は、内側函体１ｂと外側函体１ｃからなる二重構造をなし、内側函体１ｂの内側空間は蓋体２３で閉鎖されている。蓋体２３上には、ジャッキ２５が設置され、そのアンカーは図５（Ｂ）に示す反力装置７’を介して函体１にとられている。

この工法では、内側函体１ｂと外側函体１ｃの間の空間で地盤を掘削しつつ、ジャッキ２５の駆動により蓋体２３を昇降させて過沈下制御が行われる。ジャッキ２５のアンカー２５ａ先端に図５（Ｂ）に示すピン７２を装着し、このピン７２を内側函体１ｂに装着した有孔部材７１の孔７１ａに挿入すると共に、抜け止め機構１９でピン７２の抜けを規制することにより、ジャッキ２５の支持反力を反力装置７’を介してケーソン函体１で受けることができる。

この場合、ケーソン函体１が所定深度まで沈降した後、蓋体２３およびジャッキ２５を撤去して底盤コンクリート工が行われるが、その場合でも、図５（Ａ）に示す場合と同様に、内側函体１ｂに残った反力装置７’を補強材１７の反力受けとして再利用することができる。これにより、底盤１ｄの有筋化が可能となり、水中コンクリートの使用量削減等を通じて施工コストの抑制を図ることができる。

なお、本発明は、以上に述べたオープンケーソンに限らず、地中に埋設するあらゆる構造物の反力装置として適用することが可能である。

また、以上に述べた反力装置７、７’は、掘削機５、補強材１７、およびジャッキ２５で生じる反力のみならず、函体１内に配置した他の部材や機器で生じる反力を受けることもできる。例えば図５（Ｂ）に示す反力装置７’で地質調査機の反力を受けることもでき、この場合、地質調査機は、より掘削地盤に近接した形で設置されるので、これをケーソン函体の地上側開口部に設置する場合に比べ、より一層正確な測定値が得られる。

（Ａ）図は、本発明にかかる反力装置を使用したケーソンの沈設工程を示す断面図であり、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＸ部を拡大した断面図である。 （Ａ）図は、図１（Ｂ）を上から見た平面図であり、（Ｂ）図は、雌部材７１の他の実施形態を示す平面図である。 （Ａ）図は、反力装置の他の実施形態を示す斜視図、（Ｂ）図は当該反力装置を使用した沈設工程を示す縦断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図中のｃ−ｃ線断面図である。 （Ａ）図は、刃口直下の掘削工程の他例を示す縦断面図、（Ｂ）図はその平面図である。 （Ａ）図は、本発明の反力装置を使用して沈設されたケーソンの縦断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＹ部の拡大断面図である。 （Ａ）図は、本発明の反力装置を使用して沈設されたケーソンの縦断面図である。 （Ａ）図は、本発明の反力装置を使用した沈設工程の他例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ケーソン函体（構造体）
３ ジャッキ
５ 掘削機
７ 反力装置
９ レール
９ａ レールセグメント
１１ 枠体
１７ 補強材
１９ 抜け止め機構
２１ ジャッキ
２３ 蓋体
２５ ジャッキ
７１ 有孔部材（雌部材）
７１ａ 孔
７２ ピン（雄部材）
７３ ブラケット

Claims (1)

1. 地中に埋設される構造体としてのケーソン函体内で生じた反力を構造体で受けるための反力装置あって、構造体側および反力発生側のうちの何れか一方に設けられた雌部材と、他方に設けられ、前記雌部材に対して上下方向に挿脱可能で、かつ雌部材への挿入後の脱出が抜け止めによって規制されていない雄部材とを備え、反力発生側に、ケーソン函体の刃口真下の地盤を掘削する掘削機が配置され、ワイヤで吊り下ろした掘削機により刃口直下の掘削が行われ、かつケーソン函体の自然沈下時に、掘削機を前記ワイヤで上方に牽引しあるいは定位置に保持することにより、雄部材を雌部材から脱出させることを特徴とする反力装置。

Images