JP5278828B2 - ジャケットの据え付け方法 - Google Patents

Description

本発明は海上や湖上などの洋上に設置される構造物を支持するための基礎構造体、特に風力発電を行う洋上風力発電装置を支持するための基礎構造体の据え付け方法に関する。

近年、風力発電はクリーン・エネルギー、エコ・エネルギーとして注目されており、各地に風力発電装置が建設されている。従来、我が国では風力発電装置は陸上に設置されているが、常時安定した風力が得られること、人口密集地から離れていること等の立地条件の観点及び施設建設の経費等の観点から洋上に風力発電装置を設けることが模索されている。

一般に、水上に構造物を建設するためには、まず水底地盤に基礎構造体を設ける。この基礎構造体としては、水底地盤に大型のコンクリートブロックを打設して基礎構造体とするもの、水底地盤に杭を打ち込んでこの杭を基礎構造体とするもの、地上で構築したケーソンを沈下させてケーソン本体を基礎構造体とするもの、杭として鋼管を用いこれを基礎構造体とするもの、鋼管と鋼管の内部を軸方向に貫通させた杭とからなるものを基礎構造体とするもの（ジャケット基礎）等がある。
上記の基礎構造体を構築した後、基礎構造体の上方に下端部が構造体と１体化されるか、又は下端部がボルト、ナット等で固着された支柱部を立設して、その上方に目的とする構造物を設置するようにしている。

ジャケット基礎を用いた洋上構造物（ジャケット式洋上構造物）は、主として海底石油・ガス開発用の海上プラットフォームの下部構造として開発、建設されてきた。ジャケット基礎としては種々の形状・構造のものがあるが、水深が深く、気象条件の厳しい海域で、洋上での建設作業を極力少なくし建設期間を短くするために、あらかじめ陸上で製作された複数本の鋼管（レグ）と両端を前記鋼管に固着して複数本の鋼管を一体化し集合体とする連結材（ブレース）とからなる平面または立体の鋼管トラス構造物（ジャケット）を設置水域に据え付け、そのレグ内に鋼管杭を打ち込んで水底地盤に固定し、杭とジャケットとを溶接するか、または杭とジャケットとの間隙にグラウトを注入して杭とジャケットとを固定し一体化させることによって施工される（特許文献１、２参照）。

ところで、ジャケットの設置時（杭の打設前）においては水底地盤の表層が軟らかい場合には不等沈下が起こってジャケットの安定性を保つことが難しくなる。このため、従来は、例えばジャケット下端部にマッドマットと称する広幅の面板を設けて載荷圧を低減させる方法や、仮受け杭を打設してこの杭上にジャケット構造体を据付けてから本設基礎杭を打設したりする方法が採用されている。

しかしながら、前者の方法では、マッドマットを設ける必要があるためにその分経費がかさむという問題があり、また、ジャケットが若干傾くことは避けられず、施工途中の杭を支えに傾きを補正するとともに、ジャケット上部に傾き補正構造を設けて、上載設備構造の傾斜を防止する必要がある。

また、後者の方法では、仮受け杭の打設のために工費がかさみ、工期も伸びるという問題がある他、ジャケットの傾きを防止することはできるが、水深５０ｍ程度の外洋では仮受け杭の打設と海底におけるレベル確保そのものが困難であり、また、仮受け杭はジャケット1 基につき一般には４本必要であるため、現地の作業が膨大になるという問題がある。
また、これに加えていずれの方法も、施工時の波浪に対して非常に敏感であり、設置直後のジャケットの滑動や転倒のおそれがあるという問題がある。

特許文献３には、多角形状フレームに鋼管杭が挿通する孔とこの孔に同心に取り付けられたスリーブとを設け、前記孔を貫通して鋼管杭を海底に打ち込んで鋼管杭を海底に固定すると共に鋼管杭相互を固定するようにしたものであって、施工時における基礎構造体の傾きをジャッキアップによって調整するようにしたものが記載されている（特許文献３）。

図６は特許文献３に記載されている図であるが、この図に基づいて特許文献３に記載の据え付け方法について以下説明する。
海底Ｇに複数のジャッキ８を配置し、この上に基礎受けフレーム２を載置し、基礎受けフレーム２が水平になるようにジャッキ８の高さを調節する。次に鋼管杭１を基礎受けフレーム２に設けた孔２ａを通して先端を海底Ｇに着地させて打設する。打設後に鋼管杭１の杭頭１ａと基礎受けフレーム２とをピン２ｃによって固定する。次に基礎ブロック３を基礎受けフレーム２上に載置して基礎受けフレーム２と基礎ブロック３とをピン２ｃによって固定する。次に基礎ブロック３上に風力発電部５の支柱６を、鋼管杭１の中心線が形成する正６角形の中心に位置させて立設する。

この方法は、ジャッキ８の上に仮置きした基礎受けフレーム２が杭打ちのテンプレートとして使用できるので、杭の打ち込みの相対的位置の厳密な正確性が保証されて据付が容易であるという利点がある。
しかしながら、この方法ではジャッキそのものが海底にもぐり込まないような工夫が必要であり、また、設置後のレベルコントロールもかなり大がかりなものとなるという問題がある。

特開２００３−２０６８５２号公報 特開２００４−３０８５２１号公報 特開２００５−１９４７９２号公報

本発明は洋上の施工現場における施工手間を最小としながらジャケット基礎の鉛直度を精度よく確保することを可能としたジャケットの据え付け方法を提供することを目的とする。

本発明者は、ジャケットの中央レグ内部に傾き調整・保持装置を設けることにより、ジャケット基礎の鉛直度を精度よく確保することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載するとおりのジャケットの据え付け方法に係るものである。

［１］水域に設置して構造物を建設するための基礎構造体となるジャケットの据え付け方法であって、
該ジャケットが中央レグとその周囲に配置された複数本の周囲レグと前記レグ間を結合するブレースと、中央レグ内部に設けられた傾き調整・保持装置を備えており、
前記周囲レグは筒状部材と該筒状部材内を摺動可能で筒状部材から突出可能な回転拘束部材とからなる回転拘束装置を設けており、
該ジャケットを次の（１）〜（６）の工程によって据え付け、
かつ、下記（２）と（３）の工程の間に前記筒状部材から回転拘束部材を突出させて回転拘束部材が海底に突き刺さることによりジャケットの中央杭周りの回転を防ぐ工程を設ける
ことを特徴とするジャケットの据え付け方法。
（１）水底地盤に中央杭を打設する工程
（２）打設した中央杭にジャケットの中央レグを挿通させてジャケットを水底に配置する工程、
（３）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によって中央レグと中央杭とを仮連結する工程
（４）周囲レグに杭を挿入し打設する工程
（５）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する工程
（６）レグと杭とを接合する工程
［２］水域に設置して構造物を建設するための基礎構造体となるジャケットの据え付け方法であって、該ジャケットが中央レグとその周囲に配置された複数本の周囲レグと前記レグ間を結合するブレースと、中央レグ内部に設けられた傾き調整・保持装置とを備えており、
前記中央レグに挿通される中央杭は、中央レグに挿通されたとき、中央杭の天端がジャケットの重心位置より上方に位置するような杭長さであり、
前記ジャケットを次の（１）〜（６）の工程によって据え付けることを特徴とするジャケットの据え付け方法。
（１）水底地盤に中央杭を打設する工程
（２）打設した中央杭にジャケットの中央レグを挿通させてジャケットを水底に配置する工程、
（３）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によって中央レグと中央杭とを仮連結する工程
（４）周囲レグに杭を挿入し打設する工程
（５）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する工程
（６）レグと杭とを接合する工程
［３］前記傾き調整・保持装置が、中央レグ壁面において中央レグの軸方向に二段に設けられた複数個のジャッキからなり、各段には中央レグの周方向に間隔を置いて複数個のジャッキが中央杭を中央レグの径方向に押圧するようにしたものであることを特徴とする（１）又は（２）に記載のジャケットの据え付け方法。
［４］前記ジャッキが流体作動式ジャッキであることを特徴とする（３）に記載のジャケットの据え付け方法。
［５］前記（６）の工程を周囲レグと該周囲レグ内の杭との間においてのみ行うことを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のジャケットの据え付け方法。
［６］前記（６）の工程を、レグと杭との間隙にグラウト材を充填し固化することによって行うことを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載のジャケットの据え付け方法。

本発明によれば、現場施工の手間を最小としながら、ジャケットの鉛直度を精度よく確保することができ、ジャケットを洋上風力発電装置等の基礎に供することができる。

本発明におけるジャケットの構造の一例を示す図である。 本発明における傾き調整・保持装置の一例を示す図である。 本発明における回転拘束装置及びその動作を示す図である。 ジャケットの中央レグに中央杭を挿通させる工程を示す図である。 ジャケットの周囲レグに杭を挿通して杭を水底地盤に打設した状態を示す図である。 ジャケットの傾きを調整する従来の方法の例を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて以下説明する。
図１は本発明の据え付け方法において用いるジャケットの一例を示す図である。
ジャケットＡは中央レグ１と、その周囲の４本のレグ２と、レグ同士を結合するブレース３とから構成されている。ジャケットは、ジャケット重心位置が中央レグ位置となるように、レグとブレースの部材配置及びサイズを調整しておく。なお図に示したものは周囲のレグが４本の場合を示したが、これを３本としても良く、４本より多くしても良い。
また、中央レグ内には後述する傾き調整・保持装置が装備されており、周囲レグ２には後述する回転拘束装置４が装備されている。

傾き調整・保持装置を図２に示す。
図２（ａ）は中央レグ１に杭５が挿通された状態を示している。
中央レグ１の上部内壁には傾き調整・保持装置６が上下２段に一組ずつ設けられている。
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
傾き調整・保持装置６の上段部及び下段部はそれぞれ４つの流体作動式ジャッキから構成されている。この傾き調整・保持装置には配管１１によって作動流体（液体又は気体）を供給することによってジャッキが作動しジャッキストロークが中央レグの径方向に押出されるようになっている。例えば図２（ｂ）に示す上段のジャッキαと図２（ｃ）に示す下段のジャッキβをそれぞれ作動させると図２（ｄ）に示すように杭５に偶力Ｆ１、Ｆ２が作用し、その反力によってジャケットの傾斜を修正することができる。そして、各ジャッキへの作動流体の供給量を調整することによってジャケットの傾斜を微調整し中央レグの正確な鉛直度を確保するようになっている。
図では各段のジャッキを４個とした例を示したが、各段のジャッキの数は４〜６個とすることが好ましい。
なお、鉛直度の確保はジャケット頂部の台座プラットフォームに設置された傾斜計で台座プラットフォームの水平度を判定することによって行うことができる。

図２（ｅ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図である。
杭５は中央レグ１の下部に設けられたテーパ状の開口を備えたガイド管７によって案内されて中心レグ１内に挿通される。ガイド管７は図２（ｅ）に示すようにその外周面を複数本の板状のガイド管支持部材８によって支持されている。

周囲のレグに設けられる回転拘束装置を図３に示す。
図３（ａ）は回転拘束装置の作動前の状態を示し、図３（ｂ）は回転拘束装置の作動後の状態を示す。
図に示すように回転拘束装置は筒状部材９と該筒状部材９内を摺動可能な回転拘束部材１０と図示しない作動流体供給手段とからなり、流体圧によって筒状部材９から回転拘束部材１０が突き出されることによって突き出された回転拘束部材が水底地盤中に貫入することによってジャケットの回転を防止するようになっている。
上記以外の方法として、流体圧にて保持しておいた回転拘束部材１０を、流体圧を制御することにより開放し、自重により回転拘束部材１０を水底地盤中に貫入させてジャケットの回転を防止してもよい。
図では回転拘束装置を周囲レグの個数分設ける例を示したが、1個設置するだけでもよい。

図４は水底地盤に打設した中央杭に中央レグを覆いかぶせるようにして中央杭を中央レグに挿通させる工程を示す図である。
杭の天端がジャケットの重心位置より上方となるように杭長さを選定しておくことにより、中央杭にてジャケット重心位置が支持されジャケット鉛直度が保たれる。
このようにすることにより、中央の杭１本によってジャケットの重心位置を保持し傾きを防止するとともに波浪に対する初期安定性を確保することができる。

図５は周囲レグに杭を挿通して周囲杭を打設した状態を示す図である。
周囲杭を打設した後で、中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する。
この後に杭とレグとを接合する。接合方法としては、杭とレグとの間隙にレグの下方からグラウト材を注入し、水をグラウト材と置換させて排除し充填したグラウト材を固化させることによって接合する方法及びスエージ・システム（Ｓｗａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：レグ内面に窪みをつけておき、杭を塑性変形させてレグの窪みとかみ合うようにするシステム）によって行う方法をあげることができる。
上記により簡便な方法で中央レグの正確な鉛直度を確保することができ、ジャケット上部の傾き補正構造なしで、洋上風力発電などの基礎に供することができる。

レグと杭との接合は、周囲レグと周囲杭との間についてのみ行ない、中央レグとその内部の杭とは接合しないようにすることもできる。後述するが、このようにすることにより、将来解体作業を行う場合に作業が容易となる。

ジャケットの据え付けは以下の工程によって行うことができる。
＜工程１＞
水底地盤に中央の杭をほぼ鉛直になるように打設する。
＜工程２＞
中央レグを中央杭に覆いかぶせるようにして、打設した中央の杭を中央レグの孔に挿通しジャケットを水底に配置する。
＜工程３＞
中央レグ内の傾き調整・保持装置を流体圧（液体又は空気）で作動させて中央杭と中央レグとを仮連結する。
＜工程４＞
周囲のレグに杭を挿通して杭を打設する。
＜工程５＞
中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する。
＜工程６＞
周囲のレグと杭との間の間隙にグラウトを注入してレグと杭とを接合する。

＜追加的工程＞
前記の工程３を実施することによってもジャケットの回転をある程度防ぐことができるが、レグの周囲に回転拘束装置を設けておき、上記工程３と工程４との間で回転拘束装置を作動させる工程を追加することによってジャケットの中央杭回りの回転を防ぐようにしてもよい。
上記のステップによってジャケットの据え付けを行うことにより、現地施工手間を最小としながら、鉛直度を精度よく確保でき、ジャケットを洋上風力発電の基礎に供することができる。

上記の手順で設置したジャケットは、所定の機能を果たした後、例えば２０年後に下記手順にて容易に撤去することができる。
（１）風力発電設備などジャケット上部構造を撤去する。
（２）周囲の杭を、海底面より少し下で、杭内部より切断する。
（３）ジャケットを吊り上げて撤去する。
中央レグとその内部の杭とをグラウト接合させていないので、ジャケットを鉛直方向に吊り上げれば、撤去が可能となる。
ジャケットの重心位置を中央の杭が支えているので、（２）から（３）のステップでも構造系が不安定になることが少ない。

本発明のジャケット据え付け方法は、現場施工の手間を最小としジャケットの鉛直度を精度よく確保することができるので、洋上風力発電装置等の洋上構造物のジャケット基礎の施工方法として好適である。

（図１〜５について）
Ａ ジャケット
１ 中央レグ
２ 周囲レグ
３ ブレース
４ 回転拘束装置
５ 杭
６ 傾き調整・保持装置
７ ガイド管
８ ガイド管支持部材
９ 筒状部材
１０ 回転拘束部材
１１ 配管
１２ 海底面
α ジャッキ
β ジャッキ
Ｆ_１，Ｆ_２ 偶力
（図６について）
１ 鋼管杭
１ａ 杭頭
２ 基礎受けフレーム
２ａ 基礎受けフレームに設けた孔
２ｃ ピン
３ 基礎ブロック
４ ワッシャー状鋼板
５ 風力発電部
６ 支柱
８ ジャッキ
Ｇ 海底

Claims (6)

1. 水域に設置して構造物を建設するための基礎構造体となるジャケットの据え付け方法であって、
   該ジャケットが中央レグとその周囲に配置された複数本の周囲レグと前記レグ間を結合するブレースと、中央レグ内部に設けられた傾き調整・保持装置を備えており、
   前記周囲レグは筒状部材と該筒状部材内を摺動可能で筒状部材から突出可能な回転拘束部材とからなる回転拘束装置を設けており、
   該ジャケットを次の（１）〜（６）の工程によって据え付け、
   かつ、下記（２）と（３）の工程の間に前記筒状部材から回転拘束部材を突出させて回転拘束部材が海底に突き刺さることによりジャケットの中央杭周りの回転を防ぐ工程を設ける
   ことを特徴とするジャケットの据え付け方法。
   （１）水底地盤に中央杭を打設する工程
   （２）打設した中央杭にジャケットの中央レグを挿通させてジャケットを水底に配置する工程、
   （３）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によって中央レグと中央杭とを仮連結する工程
   （４）周囲レグに杭を挿入し打設する工程
   （５）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する工程
   （６）レグと杭とを接合する工程
2. 水域に設置して構造物を建設するための基礎構造体となるジャケットの据え付け方法であって、該ジャケットが中央レグとその周囲に配置された複数本の周囲レグと前記レグ間を結合するブレースと、中央レグ内部に設けられた傾き調整・保持装置とを備えており、
   前記中央レグに挿通される中央杭は、中央レグに挿通されたとき、中央杭の天端がジャケットの重心位置より上方に位置するような杭長さであり、
   前記ジャケットを次の（１）〜（６）の工程によって据え付けることを特徴とするジャケットの据え付け方法。
   （１）水底地盤に中央杭を打設する工程
   （２）打設した中央杭にジャケットの中央レグを挿通させてジャケットを水底に配置する工程、
   （３）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によって中央レグと中央杭とを仮連結する工程
   （４）周囲レグに杭を挿入し打設する工程
   （５）中央レグ内部の傾き調整・保持装置によってジャケットの傾きを微調整する工程
   （６）レグと杭とを接合する工程
3. 前記傾き調整・保持装置が、中央レグ壁面において中央レグの軸方向に二段に設けられた複数個のジャッキからなり、各段には中央レグの周方向に間隔を置いて複数個のジャッキが中央杭を中央レグの径方向に押圧するようにしたものであることを特徴とする請求項１又は２記載のジャケットの据え付け方法。
4. 前記ジャッキが流体作動式ジャッキであることを特徴とする請求項３に記載のジャケットの据え付け方法。
5. 前記（６）の工程を周囲レグと該周囲レグ内の杭との間においてのみ行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のジャケットの据え付け方法。
6. 前記（６）の工程を、レグと杭との間隙にグラウト材を充填し固化することによって行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のジャケットの据え付け方法。

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