JP4664636B2 - モノパイル式基礎の構築方法 - Google Patents
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Description
風力発電施設1などを支持するモノパイル式基礎2を、沿岸域の埋め立て地又は海底地盤3に構築する方法であって、
(A)前記支持層4上に軟弱層5が堆積して成る地盤3の前記軟弱層5のうち、モノパイル6が根入れされる部位を未改良地盤7として残し、その周辺の軟弱層5を、水平方向の範囲は、予め設定した改良地盤8の滑動抵抗力、抵抗モーメント、支持力、端し圧が下記(I)〜(IV)を満たすように地盤改良すること、
(I)改良地盤8の滑動抵抗力は、下記の[数1]によって求める、
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤に作用する水平力、Rは改良地盤の滑動抵抗力、
(II)改良地盤8の抵抗モーメントは、下記の[数2]によって求める、
[数2] M<MR/Fs
但し、Fsは安全率、Mは改良地盤に作用する転倒モーメント、MRは改良地盤の抵 抗モーメント、
(III)改良地盤8の支持力は、以下の[数3]によって求める、
[数3] t<q/Fs
但し、Fsは安全率、tは支持層の地盤反力、qは改良地盤の支持力、
(IV)改良地盤8の端し圧は、以下の[数4]によって求める、
[数4] t<qu/Fs
但し、Fsは安全率、tは改良地盤の端し圧、quは改良地盤の設計基準強度、
(B)地盤3の深さ方向には前記軟弱層5の深さ全域の範囲を地盤改良すること、
(C)その後、前記地盤改良した部分に残した未改良軟弱層7の部位を掘削し、その掘削部分へモノパイル6を根入れしてモノパイル6を構築すること、をそれぞれ特徴とする。
地盤改良部分に残した未改良軟弱層7の部位を掘削し、同掘削部分へモノパイルとして鋼管杭9を根入れし、同鋼管杭9と改良地盤8との隙間へコンクリートを充填して一体化しモノパイル6を構築することを特徴とする。
地盤改良部分8に残した未改良軟弱層7の部位を掘削し、同掘削部分へモノパイルとしてプレキャストコンクリート杭12の輪切り状分割片12aを鉄筋13へ通して積み重ね、前記鉄筋13を利用してプレストレスを導入したプレキャストコンクリート杭12を形成して、同プレキャストコンクリート杭12と改良地盤との隙間にコンクリートを充填して一体化しモノパイル6を構築することを特徴とする。
地盤改良部分8に残した未改良軟弱層7の部位を掘削し、同掘削部分へ鉄筋篭15を配置しコンクリート16を打設し、場所打ち杭14を形成すると共に改良地盤8と一体化してモノパイル6を構築することを特徴とする。
モノパイル6の中空内部に掘削土を埋め戻し、又はコンクリートを充填する工程を含むことを特徴とする。
モノパイルとして根入れする鋼管杭9の直径、肉厚は、予め設定された応力度、支持力、根入れ長さが下記(V)〜(VII)の条件を満たすように施工すること、
(V)モノパイルの応力度は、以下の[数5]によって求める、
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
但し、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Aはモノパイルの断面積、Mpはモノパ イルに作用する最大モーメント、Zはモノパイルの断面係数、σaは許容応力度、
(VI)モノパイルの支持力は、以下の[数6]によって求める、
[数6] P<Ru/Fs
但し、Fsは安全率、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Ruはモノパイルの支持 力、
(VII)モノパイルの根入れ長さは、以下の[数7]によって求める、
[数7] L>3/β
但し、Lはモノパイルの根入れ長さ、βは仮想固定点、
を特徴とする。
本実施例の構築方法は、風力発電施設1の支持手段であるモノパイル式基礎2を、沿岸域の埋め立て地の地盤(以下、単に地盤と云う場合がある。)3へ構築する場合で、特に、前記地盤3の支持層4上に軟弱層5が厚く堆積している場合に好適に実施される。
具体的には、前記掘削部分に十分な支持力が発現する深さまで鋼管杭9を根入れ(挿入)する。そして、前記鋼管杭9の外周と改良地盤8の内周との隙間にコンクリート10を充填して両者を一体化しモノパイル6に形成する(以上、請求項1、2の発明)。改良地盤8は弾性係数が大きいので、モノパイル6の根入れ長さを短くでき、モノパイル6を支持層4の深くまで根入れしなくても風力発電施設1を堅固に支持できる。そのため、モノパイル6の根入れ長さが短くて済み、根入れ作業が容易で、工期の短縮を図ることもできる。しかも、根入れ長さが短くて済む分、モノパイル6の全長を短くできるので、コストの削減を図れる。
具体的には、改良地盤8の水平方向範囲は、予め設定した改良地盤8の滑動抵抗力R、抵抗モーメントMR、支持力q、端し圧tを満たすように設定する(図5を参照、但し、図5は陸上及び海上の双方の場合を想定している。)。
なお、以下に示す[数1]〜[数4]に用いられている記号の説明に関しては重複した記載を省略している。
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤8に作用する水平力を表す。
ここで、改良地盤8の滑動抵抗力Rは、R=(Wupper+Wpile+Wdm)×tanφ+Ppで定義される。
また、改良地盤8に作用する水平力Hは、暴風時がH=Fwind+Fwave+Pa、地震時がH=Eupper+Epile+Paで定義され、算出した両値を満たすように設定する。
安全率Fsは、一例として暴風時を1.2、地震時を1.0に設定し、両値を満たすように設定する。
因みに、Wupperは風力発電施設1の自重、Wpileはモノパイル6の自重、Wdmは改良地盤8の自重、φは内部摩擦角、Fwindは風荷重、Fwaveは波荷重(本実施例は陸上であるため考慮しない。)、Paは主働土圧、Eupperは風力発電施設1に作用する地震荷重、Epileはモノパイル6に作用する地震荷重を表す。
[数2] M<MR/Fs
ただし、Mは改良地盤8に作用する転倒モーメントを表す。
ここで、改良地盤8の抵抗モーメントMRは、MR=(Wupper+Wpile+Wdm)×r+Pa×y7で定義される。また、改良地盤8の転倒モーメントMは、暴風時がM=Fwind×y1+Fwave×y2+Pa×y3、地震時がM=Eupper×y4+Epile×y5+Edm×y6+Pa×y3で定義され、算出した両値を満たすように求める。
安全率Fsは、一例として暴風時を1.2、地震時を1.1に設定し、両値を満たすように求める。
因みに、Edmは改良地盤8に作用する地震荷重、y1は地盤3の軟弱層5底面から風荷重Fwindの作用点までの高さ、y2は地盤3の軟弱層5底面から波荷重Fwaveの作用点までの高さ(本実施例では陸上であるため考慮しない。)、y3は地盤3の軟弱層5底面から主働土圧Paの作用点までの高さ、y4は地盤3の軟弱層5底面から風力発電施設1に作用する地震荷重Eupperの作用点までの高さ、y5は地盤3の軟弱層5底面からモノパイル6に作用する地震荷重Epileの作用点までの高さ、y6は地盤3の軟弱層5底面から改良地盤8に作用する地震荷重Edmの作用点までの高さを表す。
[数3] t<q/Fs
但し、tは支持層4の地盤反力を表す。
安全率Fsは、一例として暴風時を2.5、地震時を1.5に設定し、両値を満たすように求める。
[数4] t<qu/Fs
ただし、quは改良地盤8の設計基準強度を表す。
安全率Fsは、一例として暴風時を3.0、地震時を2.0に設定し、両値を満たすように求める。
なお、以下に示す[数5]〜[数7]に用いられる記号の説明は、上記[数1]〜[数4]と共通するので、重複した記載を省略している。
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
ただし、Pはモノパイル6に作用する鉛直力、Aはモノパイル6の断面積、Mpはモノパイル6に作用する最大モーメント、Zはモノパイル6の断面係数、σaは許容応力度を表す。
ここで、モノパイル6に作用する鉛直力Pは、P=Wupper+Wpileで定義される。 また、許容応力度σaは、一例として暴風時を190N/mm2、地震時を285N/mm2に設定し、両値を満たすように求める。
[数6] P<Ru/Fs
ここで、モノパイル6の支持力Ruは、Ru=c×Asc+2N×Assで定義される。
cは軟弱層5の粘着力(c=qu/2で定義される。)、Ascはモノパイル6の改良地盤8内の全表面積、Assはモノパイル6の支持層4内の全表面積を表す。
[数7] L>3/β
但し、βは仮想固定点(β={Es/(4EI)}1/4で定義される。)、Esは改良地盤8の弾性係数、Eはモノパイル6の弾性係数、Iはモノパイル6の断面二次モーメントを表す。
具体的には、前記プレキャストコンクリート杭12は、所定の高さで輪切りにされた複数個(本実施例では3個)の分割片12a‥で構成しており、プレストレスを導入するための鉄筋13を通す穴(図示を省略)を有する。この分割片12a‥を上記未改良地盤7を掘削した掘削穴部分に積み重ねると共に、同心配置とし前記掘削穴に用意した鉄筋13へ通し、同鉄筋13を利用してプレストレスを導入し、プレキャストコンクリート杭12を形成する。そして、前記プレキャストコンクリート杭12と改良地盤8との隙間にコンクリート10を充填し一体化してモノパイル6を形成する。
具体的には、上記未改良地盤7を掘削した掘削穴部分に、予め組み上げた鉄筋籠15を配置(挿入)してコンクリート16を打設し、場所打ち杭14を形成すると共に改良地盤8と一体化している。
即ち、海底地盤の支持層上に軟弱層が厚く堆積している場合に、モノパイルが根入れされる部位を未改良地盤として残し、その周辺の軟弱層を、水平方向に一定の範囲まで、深さ方向には前記軟弱層の高さ全域の範囲で地盤改良する。その後、前記未改良地盤の部位を掘削し、その掘削部分にモノパイルを構築する(請求項1記載の発明)。沿岸域の埋め立て地の地盤3、つまり陸上の場合と同様に、モノパイルを根入れする際に、大きな反力を確保する必要が無く、未改良地盤の部位を掘削し、その掘削部分にモノパイルを構築するので、モノパイルの根入れ作業は簡易な重機を用いて容易にできる。
2 モノパイル式基礎
3 沿岸域の埋め立て地の地盤
4 支持層
5 軟弱層
6 モノパイル
7 未改良地盤
8 改良地盤
9 鋼管杭
10 コンクリート
11 掘削土
12 プレキャストコンクリート杭
12a 分割片
14 場所打ち杭
15 鉄筋籠
16 コンクリート
Claims (6)
- 風力発電施設などを支持するモノパイル式基礎を、沿岸域の埋め立て地又は海底地盤に構築する方法であって、
(A)前記支持層上に軟弱層が堆積して成る地盤の前記軟弱層に、モノパイルが根入れされる部位を未改良地盤として残し、その周辺の軟弱層を、水平方向の範囲は、予め設定した改良地盤の滑動抵抗力、抵抗モーメント、支持力、端し圧が下記(I)〜(IV)を満たすように地盤改良すること、
(I)改良地盤の滑動抵抗力は、下記の[数1]によって求める、
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤に作用する水平力、Rは改良地盤の滑動抵抗力、
(II)改良地盤の抵抗モーメントは、下記の[数2]によって求める、
[数2] M<MR/Fs
但し、Fsは安全率、Mは改良地盤に作用する転倒モーメント、MRは改良地盤の抵 抗モーメント、
(III)改良地盤の支持力は、以下の[数3]によって求める、
[数3] t<q/Fs
但し、Fsは安全率、tは支持層の地盤反力、qは改良地盤の支持力、
(IV)改良地盤の端し圧は、以下の[数4]によって求める、
[数4] t<qu/Fs
但し、Fsは安全率、tは改良地盤の端し圧、quは改良地盤の設計基準強度、
(B)地盤の深さ方向には前記軟弱層の深さ全域の範囲を地盤改良すること、
(C)その後、前記地盤改良した部分に残した未改良軟弱層の部位を掘削し、その掘削部分へモノパイルを根入れして構築することを特徴とする、モノパイル式基礎の構築方法。 - 地盤改良部分に残した未改良軟弱層の部位を掘削して、同掘削部分へモノパイルとして鋼管杭を根入れし、同鋼管杭と改良地盤との隙間へコンクリートを充填して一体化しモノパイルを構築することを特徴とする、請求項1記載したモノパイル式基礎の構築方法。
- 地盤改良部分に残した未改良軟弱層の部位を掘削して、同掘削部分へモノパイルとしてプレキャストコンクリート杭の輪切り状分割片を鉄筋へ通して積み重ね、前記鉄筋を利用してプレストレスを導入したプレキャストコンクリート杭をモノパイルに形成し、同プレキャストコンクリート杭と改良地盤との隙間にコンクリートを充填して一体化しモノパイルを構築することを特徴とする、請求項1に記載したモノパイル式基礎の構築方法。
- 地盤改良部分に残した未改良軟弱層の部位を掘削して、同掘削部分へ鉄筋を配置しコンクリートを打設して場所打ち杭を形成すると共に改良地盤と一体化してモノパイルを構築することを特徴とする、請求項1に記載したモノパイル式基礎の構築方法。
- モノパイルの中空内部へ掘削土を埋め戻し、又はコンクリートを充填する工程を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載したモノパイル式基礎の構築方法。
- モノパイルとして根入れする鋼管杭の直径、肉厚は、予め設定された応力度、支持力、根入れ長さが下記(V)〜(VII)の条件を満たすように施工すること、
(V)モノパイルの応力度は、以下の[数5]によって求める、
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
但し、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Aはモノパイルの断面積、Mpはモノパイ ルに作用する最大モーメント、Zはモノパイルの断面係数、σaは許容応力度、
(VI)モノパイルの支持力は、以下の[数6]によって求める、
[数6] P<Ru/Fs
但し、Fsは安全率、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Ruはモノパイルの支持力、
(VII)モノパイルの根入れ長さは、以下の[数7]によって求める、
[数7] L>3/β
但し、Lはモノパイルの根入れ長さ、βは仮想固定点、
を特徴とする、請求項2に記載したモノパイル式基礎の構築方法。
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