JP5426795B1 - ケーソンおよびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常法により圧入・沈設して構築するだけでケーソン躯体の浮き上がりに十分に対抗することができるようにしたケーソンを提供する。
【解決手段】 地中に圧入・沈設されたケーソン躯体１の下端に刃口部１３を設けてあるとともに、刃口部１３の枠体１３ａには複数の縦リブ状のフィン１４を放射状に設けてある。また、枠体１３ａの外周面はスカート状のテーパ面となっている。各フィン１４の下端は刃口部１３の下端よりも下方に位置しているとともに、各フィン１４はその板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成してある。これにより、隣り合うフィン１４同士のなす対向間隙Ｑが上方から下方に向かって漸次小さくなる形状となっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、地中に圧入・沈設することで構築したオープンケーソンおよびその施工方法に関し、特に沈設・構築後のケーソンの浮き上がりを考慮したケーソンおよびその施工方法に関する。

例えばＲＣ、ＰＣウェルあるいは鋼製セグメント等にて構築されたオープンケーソンの浮き上がり対策としては、ケーソン躯体そのものの自重で浮き上がりに対抗するようにしたもののほか、例えば鋼製セグメントを組み立てながら積み上げたケーソン躯体そのものの自重が不足すると想定される場合には、特許文献１に記載されているように、圧入・沈設時に使用したアンカーを有効利用することで構築後のケーソン躯体の浮き上がりを防止するようにしたものが提案されている。

特開平８−１０５０５４号公報

しかしながら、ＲＣ、ＰＣウェルタイプのケーソンに代表されるように、ケーソン躯体そのものの自重で浮き上がりに対抗しようとすると、ケーソン躯体の外径とともに躯体ボリュームが大きくなり、結果として掘削土量が多くなって、工費の増大と工期の冗長化を招くことになる。

また、特許文献１に記載された技術では、鋼製セグメントからなるケーソン躯体の圧入・沈設後に、そのケーソン躯体の地上部にブラケットを取り付けた上で、ブラケットと圧入・沈設時に使用したアンカーの鋼線とを接続する必要があり、工数増加が余儀なくされることとなって好ましくない。

その上、多くの場合に圧入・沈設時に使用したアンカーは恒久的には撤去する必要があり、そのアンカーの撤去に伴って、ケーソン躯体の重量が浮力に対抗できなくなる可能性がある。その場合には、鋼製セグメントからなるケーソン躯体の内周側に必要な厚さのコンクリートを打設する必要があり、工数の増加と工期の冗長化を招くことになって好ましくない。特に、上記のように鋼製セグメントからなるケーソン躯体の内周側に必要な厚さのコンクリートを打設することを前提として内径寸法を確保しようとすると、上記ＲＣ、ＰＣウェルタイプのケーソンの場合と同様に、ケーソン躯体の外径とともに躯体ボリュームが大きくなり、結果として掘削土量が多くなって、工費の増大と工期の冗長化を招くことになる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、常法により圧入・沈設して構築するだけでケーソン躯体の浮き上がりに十分に対抗することができるようにしたケーソンとその施工方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、ケーソンの構造として、地中に圧入・沈設されたケーソン躯体の下端に刃口部を設けてあるとともに、上記刃口部の外周には複数の突起部を間歇的に設けてあり、上記刃口部の周方向において隣り合う突起部同士のなす対向間隙の上部寸法を下部寸法よりも大きく設定してあることを特徴とする。

この場合において、ケーソン躯体とは、例えばＲＣ、ＰＣウェルのほか、鋼製あるいはコンクリート製の分割式セグメント等にて構築されたものを想定している。

望ましくは、請求項２に記載のように、上記隣り合う突起部同士のなす対向間隙が上方から下方に向かって漸次小さくなるように設定してあるものとし、また請求項３に記載のように、上記各突起部の下端は刃口部の下端よりも下方に位置しているものとする。

より望ましくは、請求項４に記載のように、上記ケーソン躯体の平面視において、隣り合う突起部同士の先端を結んだ線が刃口部の外周面と接しないように、当該刃口部の径方向外側への各突起部の突出量を設定してあるものとする。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、例えば刃口部の外周側であって且つ隣り合う突起部同士が対向することで形成される間隙が、下方よりも上方側が広がる形状となっていさえすれば、上記突起部同士の間の空間に収容される土砂は、いわゆる「くさび効果」によって刃口部１３の周方向での圧縮力を与えられながら周方向および下方に向かって圧密されようにして拘束保持されることになり、さらに各突起部の設置位置よりも上方側にある土砂の重量が、上記隣り合う突起部得同士の対向間隙にある土砂に対しさらなる上載荷重として作用することになる。

このことは、ケーソン躯体の平面視において各突起部の先端同士を結んだ線とケーソン躯体の外周面との間に位置する土砂であって、且つケーソン躯体の全圧入・沈設量に相当する土砂の重量は、各突起部および刃口部を介してケーソン躯体に及ぶことから、結果としてそれらの土砂の重量はケーソン躯体の自重の一部とみなすことができることにほかならない。

そのため、見かけ上のケーソン躯体の重量増加が図られ、それをもって圧入・沈設後のケーソン躯体の浮き上がりを防止することができるようになる。

本発明によれば、ケーソン躯体の下端の刃口部の外周には複数の突起部を間歇的に設けてあり、上記刃口部の周方向において隣り合う突起部同士のなす対向間隙の上部寸法を下部寸法よりも大きく設定してあることによって、実質的に刃口部の周方向において隣り合う突起部同士の間に挟まれた土を、上記周方向に圧縮力を与えることで拘束していることから、それらの突起部に上方から作用する土砂圧はケーソン躯体の自重とともに浮力に対向できることになる。その結果として見かけ上のケーソン躯体の重量増加が図れるため、それをもって圧入・沈設後のケーソン躯体の浮き上がりを防止または抑制することができるようになる。そして、ＲＣ、ＰＣウェルタイプのケーソンであるか分割式セグメントタイプのケーソンであるかにかかわらず、ケーソン躯体の外径とともに躯体ボリュームを相対的に小さくでき、結果として掘削土量が少なくなって、工費の低減と工期の短縮化が図れる。

オープンケーソン工法の概略を示す説明図。 本発明に係るケーソンの第１の実施の形態を示す断面説明図。 図２の平面説明図。 図２に示したケーソンの斜視図。 図２に示した突起部としてのフィン周りの要部拡大説明図。 突起部としての隣り合うフィン同士の機能説明図。 本発明に係るケーソンの第２の実施の形態を示す平面説明図。 本発明に係るケーソンの第３の実施の形態を示す平面説明図。 比較例に係るケーソンの平面説明図。

図１〜６は本発明に係るケーソンとその施工方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１はＰＣウェルを用いたオープンケーソン工法の施工概略を示している。

図１において、１は圧入・沈設による構築途中のケーソン躯体、２は加圧桁３を介してケーソン躯体１上に設置されたグリップジャッキ（圧入ジャッキ）、４はいわゆる重量型のクラムシェル５を吊り下げ支持しているクローラクレーンをそれぞれ示している。

ケーソン躯体１の周りには予めグラウンドアンカー６が打ち込まれていて、このグラウンドアンカー６はアンカーケーブル７とロッド８を介してグリップジャッキ２に接続されている。ケーソン躯体１は、例えばＰＣウェルと称される円形コンクリート製のセグメント１ａ（図２参照）を積み上げて構築したものである。

そして、周知のようにグリップジャッキ２を伸長動作させると、そのグリップジャッキ２とグラウンドアンカー６との間に引っ張り力がはたらき、その反力が圧入・沈設力として加圧桁３および支圧桁９を介してケーソン躯体１に伝達され、ケーソン躯体１は徐々に圧入・沈設されることになる。

このような圧入・沈設とケーソン躯体１となるべきセグメント１ａの継ぎ足し、およびクラムシェル５によるケーソン躯体１の中に内底部（底盤部）の掘削・排土（いわゆる床掘り）を繰り返すことにより、例えば図２に示すように所定深度までケーソン躯体１が構築される。ここで、地盤の早期回復、すなわち地盤とケーソン躯体１との間の摩擦力の早期回復を図りたい場合には、所定深度までケーソン躯体１を圧入・沈設した後に、そのケーソン躯体１の周囲の空隙にコンタクトグラウトを注入・打設することが望ましい。なお、図１の１０はグリップジャッキ２に付帯する油圧制御装置、１１は姿勢制御装置である。

図２はケーソン躯体１を所定深度まで圧入・沈設した上で、そのケーソン躯体２の内底部に底盤コンクリート１２を打設して構築したケーソンを示している。さらに、図３は図１の拡大平面図を、図４は図２のケーソンを透視図的にみた斜視図を示している。

図２〜４に示すように、複数のセグメント１ａからなるケーソン躯体１の最下部（最深部）には周知のようにリング状の刃口部１３が付帯していて、この刃口部１３はコンクリート製あるいは鋼製のものとなっている。そして、この刃口部１３のうち最も外側の円環状の枠体１３ａの外周には、円周方向に沿って突起部として鋼製の複数のフィン１４を等ピッチであるいは間歇的に装着してある。それぞれのフィン１４は下端１４ａが尖った先鋭状で且つ板状のものであり、刃口部１３の径方向外側を指向するように放射状に取り付けてあり、各フィン１４の下端部は刃口部１３そのものの下端よりもさらに下方側に位置している。

上記刃口部１３の枠体１３ａに関して、図５に拡大して示すように、その枠体１３ａの外周円筒面は上方に向かって漸次直径が小さくなるように角度θのスカート状のテーパ面に形成されている。同様に、上記それぞれのフィン１４に関して、展開形状をもって図６に拡大して示すように、それぞれのフィン１４の縦壁面である表裏両面は傾斜面となっていて、フィン１４の板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成されている。そのために、刃口部１３の円周方向において、隣り合うフィン１４同士のなす対向間隙が上方から下方に向かって漸次小さくなる形状となっている。つまり、図５に示すように、枠体１３ａが角度θのテーパ面となっているのに加えて、図６に示すように、隣り合うフィン１４同士のなす上端の距離Ｗ２と下端の距離Ｗ１の関係として、Ｗ１＜Ｗ２となっている。

このように、枠体１３ａの外周面がテーパ面となっているのに加えて、それぞれのフィン１４の板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成されていることにより、図６に示すように、枠体１３ａとそれに装着された隣り合う二つのフィン１４との三者で囲まれた領域（空間）Ｑは、上方から下方に向かって漸次小さくなるかまたは漸次狭められるような形状となっている。その結果として、枠体１３ａとそれに装着された隣り合う二つのフィン１４との三者で囲まれた領域（空間）Ｑの形状は、三次元的にはほぼ逆角錐台形状のものとなっている。

したがって、このように構成されたケーソンの構造によれば、図３，４および図６に示すように、刃口部１３の外周において、枠体１３ａとそれに装着された隣り合う二つのフィン１４との三者で囲まれた領域（空間）Ｑに保有されている土砂は、空間Ｑ自体が先に述べたように逆角錐台形状のものとなっているために、いわゆる「くさび効果」によって刃口部１３の周方向に圧縮力を与えられながら周方向および下方に向かって圧密されようにして拘束保持され、その土砂圧（土砂の重量）は枠体１３ａの外周円筒面であるテーパ面のほか各フィン１４の傾斜面を介して、刃口部１３ひいてはケーソン躯体１を押し下げる力として作用する。さらに、ケーソン躯体１の外周側の土砂であって且つ各フィン１４の設置位置よりも上方側にある土砂、すなわち図３のようにケーソン躯体１の平面視において各フィン１４の先端同士を結んだ線Ｍとケーソン躯体１に外周面とのなす幅Ｗ３で深さＨの土砂全体の重量が隣り合うフィン１４同士の間に保有されている土砂の上載荷重として加わることになる。

このことは、ケーソン躯体１のうち各フィン１４の設置位置およびその上方側にある全ての土砂の重量が刃口部１３を介してケーソン躯体１を押し下げる力として作用し、言い換えるならば、ケーソン躯体１のうち各フィン１４の設置位置およびその上方側にある全ての土砂の重量はケーソン躯体１の自重の一部とみなすことができることにほかならない。そのために、見かけ上のケーソン躯体１の重量増加が図られ、それをもって圧入・沈設後のケーソン躯体１の浮き上がりを防止または抑制することができることになる。

ここで、図６から明らかなように、本発明の目的からすれば、突起部としては先に例示した板状のフィン１４に必ずしも限定されるものではない。要は、刃口部１３の周囲にフィン１４と同様の突起部として機能するものが間歇的に存在していて、それらの隣り合う突起部同士のなす対向間隙に着目した場合に、その対向間隙の上部寸法が下部寸法よりも大きく設定してあれば良いことになる。

図７，８は本発明に係るケーソンの他の実施の形態を、図９は比較例をそれぞれ示していて、いずれも図３と同じ拡大平面図である。

先の第１の実施の形態である図３と比較すると明らかなように、図７では、刃口部１３の外周に設定されるフィン１４の数を図３のものと同じとした上で、刃口部１３の径方向外側へのフィン１４の突出量を図３のものよりも短くしたものである。また、図８では、刃口部１３の径方向外側への各フィン１４の突出量を図３のものと同じとした上で、フィン１４の数を図３のものよりも減らしたものである。

これらの図３の構造のほか、図７および図８の構造では、平面視において隣り合うフィン１４の先端同士を結んだ線Ｍがケーソン躯体１の外周面と接しないように設定してあるので、この条件を満たす限りにおいて図７および図８の場合でも図３とほぼ同等の効果を得ることができる。

これに対して、図９の比較例に示すように、刃口部１３の外周に設定されるフィン１４の数を図３のものよりも少なくし、且つ刃口部１３の径方向外側へのフィン１４の突出量を図３のものよりも短くすると、図９の隣り合うフィン１４同士の対向間隙Ｑに拘束されつつ保有される土砂が極端に少なくなり、所期の目的を達成できなくなる。

ここで、上記実施の形態では、ＰＣウェルと称される円形コンクリート製のセグメント１ａを組み立てながら積み上げることで構築されたケーソン躯体１を例にとって説明したが、ＲＣ、ＰＣウェルまたは鋼製もしくはコンクリート製の分割式セグメントを用いて構築されたケーソン躯体であっても同様に本発明を適用することができる。

１…ケーソン躯体
１ａ…セグメント
１３…刃口部
１３ａ…枠体
１４…フィン（突起部）

Claims (13)

1. 地中に圧入・沈設されたケーソン躯体の下端に刃口部を設けてあるとともに、
   上記刃口部の外周には複数の突起部を間歇的に設けてあり、
   上記刃口部の周方向において隣り合う突起部同士のなす対向間隙の上部寸法を下部寸法よりも大きく設定してあることを特徴とするケーソン。
2. 上記隣り合う突起部同士のなす対向間隙が上方から下方に向かって漸次小さくなるように設定してあることを特徴とする請求項１に記載のケーソン。
3. 上記各突起部の下端は刃口部の下端よりも下方に位置していることを特徴とする請求項２に記載のケーソン。
4. 上記ケーソン躯体の平面視において、隣り合う突起部同士の先端を結んだ線が刃口部の外周面と接しないように、当該刃口部の径方向外側への各突起部の突出量を設定してあることを特徴とする請求項３に記載のケーソン。
5. 上記刃口部の外周には突起部として縦リブ状のフィンを放射状に設けてあり、
   上記各フィンはその板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成してあることを特徴とする請求項２に記載のケーソン。
6. 上記各フィンはその表裏両面が傾斜面となっていることにより、板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成してあることを特徴とする請求項５に記載のケーソン。
7. 上記各フィンの下端は刃口部の下端よりも下方に位置していることを特徴とする請求項６に記載のケーソン。
8. 上記ケーソン躯体の平面視において、隣り合うフィン同士の先端を結んだ線が刃口部の外周面と接しないように、当該刃口部の径方向外側への各フィンの突出量を設定してあることを特徴とする請求項７に記載のケーソン。
9. 上記刃口部の外周面は上方に向かって漸次直径が小さくなるようにテーパ状のものとして形成してあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のケーソン。
10. 上記ケーソン躯体は分割されたセグメントを組み立てながら積み重ねたものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のケーソン。
11. 地中に圧入・沈設されたケーソン躯体の下端に刃口部を設けてあるとともに、
    上記刃口部の外周には複数の突起部を間歇的に設けてあり、
    上記刃口部の周方向において隣り合う突起部同士のなす対向間隙の上部寸法を下部寸法よりも大きく設定してあり、
    上記複数の突起部が付帯する刃口部を最深部としてケーソン躯体を地中に圧入・沈設することを特徴とするケーソンの施工方法。
12. 地中に圧入・沈設されたケーソン躯体の下端に刃口部を設けてあるとともに、
    上記刃口部の外周には複数の縦リブ状のフィンを放射状に設けてあり、
    上記各フィンはその板厚が上方に向かって漸次小さくなる断面くさび状のものとして形成してあり、
    上記複数のフィンが付帯する刃口部を最深部としてケーソン躯体を地中に圧入・沈設することを特徴とするケーソンの施工方法。
13. 上記圧入・沈設後のケーソン躯体の周囲の空隙にグラウトを注入・打設することを特徴とする請求項１１または１２に記載のケーソンの施工方法。

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