JP5460349B2

JP5460349B2 - 杭基礎の施工方法

Info

Publication number: JP5460349B2
Application number: JP2010010523A
Authority: JP
Inventors: 明牛腸; 英明矢嶋
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011149182A

Description

本発明は、沿岸水域にモノパイル式基礎を構築する場合等に用いられる杭基礎の施工方法に関するものである。

近年、地球環境にやさしいクリーンなエネルギー源として風力発電が注目されており、洋上にも風力発電所が設置されている。この洋上風力発電所では、風車のタワーを支持するために沿岸水域の海底に基礎が構築される。この基礎工事の施工過程において、例えば、内管と外管等、２部材間に形成された空隙部に、モルタルなどの経時硬化性材料を充填することが行われることがあり、この場合、経時硬化性材料が空隙部から海中に漏洩しないように配慮することが求められる。

従来のこの種の漏洩防止技術としては、例えば、外管の内面に上下に間隔を置いて固着したシール材把持用突設部材の間でシール材を把持し、シール材が内管の外表面に密接することで、内管と外管の間に充填する経時硬化性材料の漏洩を防止するための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２８８７６６号公報

しかしながら、上記した従来の漏洩防止装置では、内管と外管との間に充填する経時硬化性材料の量が多いとシール材が捲れて充填材である経時硬化性材料が下方に漏れ出すおそれがあった。

また、外管の内面に上下に間隔を置いて固着したシール材把持用突設部材の間でシール材を把持させる必要があり、部品点数が増え、施工に手間が掛かるため、工期の短縮化や施工コストの低減化が図り難いといった問題があった。

本発明は、上記した各課題を解決すべくなされたものであり、充填材の漏出を確実に防止することができると共に、工期の短縮化や施工コストの低減化が可能な杭基礎の施工方法において使用される接合管を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明に係る杭基礎の施工方法は、下端内周に沿ってパッキンが設けられた接合管を、打設した基礎杭の上端部に被嵌し、該基礎杭の外面に前記パッキンを接触させ、前記接合管と前記基礎杭との隙間の下端面を閉塞する工程と、前記隙間のパッキンの上方に一層目部分のグラウトを充填する工程と、前記一層目部分のグラウトの凝固後、前記一層目部分のグラウトの上方に二層目部分のグラウトを充填する工程とを備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る杭基礎の施工方法において、前記一層目部分のグラウトは前記パッキンの上方２０ｃｍの高さまで充填するのが好ましい。

さらに、本発明に係る杭基礎の施工方法において、前記一層目部分のグラウトが接触する前記基礎杭の外面と前記接合管の内面の少なくともいずれか一方の面は凹凸状に形成されているのが好ましい。

本発明によれば、充填材であるグラウトの漏出を確実に防止することができると共に、工期の短縮化や施工コストの低減化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される仮導枠を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される本導枠を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される接続管を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される接続管を示す底面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される接続管の下端部分を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される接続管を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を用いるモノパイル式基礎施工方法において使用される仮導枠を示す平面図、図２は同モノパイル式基礎施工方法の一工程を示す側面図、図３は同モノパイル式基礎施工方法において使用される本導枠を示す平面図、図４は同モノパイル式基礎施工方法の次の一工程、図５は同モノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図、図６は同モノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図、図７は同モノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図、図８は同モノパイル式基礎施工方法において使用される接続管を示す側面図、図９は同接続管を示す底面図、図１０は同接続管の下端部分を示す側面図、図１１は同接続管を示す平面図、図１２は同モノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図、図１３は同モノパイル式基礎施工方法のさらに次の一工程を示す側面図である。なお、以下の説明では、本発明の実施の形態に係る杭基礎の施工方法を洋上風力発電所のモノパイル式基礎施工方法に使用した場合について例示して説明する。

先ず、準備作業として、陸上において仮導枠１の組立てを行う。この仮導枠１は、図１に示されているように、Ｈ鋼２を箱型に接合することにより形成されており、例えば、外径寸法が８．０ｍ×８．０ｍ×８．０ｍの立方体形状を成している。この仮導枠１の中央には直方体形状の基礎杭打設空間３が形成され、基礎杭打設空間３の周囲の四隅にはそれぞれ直方体形状の導杭打設空間４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが形成されている。

次に、図２に示すように、沿岸陸地に設置した第１のクローラクレーン５（例えば、４５０ｔ）を使用して、この仮導枠１を吊り上げ、沿岸水域の海底の所定位置に設置する。この時、海底が平坦でない場合には、海底と仮導枠１との間にＨ鋼等を介装して仮導枠１が水平姿勢となるようにレベル調整する。

そして、この仮導枠１を目安にして所要箇所（例えば、図１の黒丸部分）にＨ鋼（例えば、Ｈ−３００）を海底に打込み、障害物の探査を行った後、第１のクローラクレーン５を使用して仮導枠１の導杭打設空間４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにそれぞれ導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ（例えば、φ８００ｍｍの鋼管）を建込み、油圧バイブロハンマ７で各導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを打設する。

次に、沿岸陸地に設置した第２のクローラクレーン８（例えば、７５０ｔ）を使用して、仮導枠１を吊り上げ、海底から撤去する。そして、図３に示すように、この仮導枠１の各導杭打設空間４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの上部を横切るように鋼材２６（例えば、Ｈ−４００）をそれぞれ掛け渡すと共に、基礎杭打設空間３に臨む部分の上部にローラ２７を取り付け、下部にガイド（図示省略）を取り付けることにより、仮導枠１を本導枠９に加工し直す。その後、図４に示すように、第２のクローラクレーン８を使用して、本導枠９を吊り上げ、導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの上に各鋼材２６を載せ、振れ止め用専用金具で導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを各鋼材２６に固定して、本導枠９を前記海底の所定位置に設置する。

次に、図５に示すように、第２のクローラクレーン８を使用して、基礎杭１０（例えば、φ３５００ｍｍの鋼管）を吊り上げ、本導枠９の中央の基礎杭打設空間３に建込む。この時、本導枠９の基礎杭打設空間３に臨む部分にはローラ２７及び前記ガイドが取り付けられているため、基礎杭１０の建込み作業を容易且つ円滑に行うことができる。

次に、図６に示すように、第２のクローラクレーン８を使用して、基礎杭１０にヤットコ１４を載せ、さらにヤットコ１４に第１の油圧ハンマー１５を載せて、基礎杭１０を打設する。その後、本導枠９を吊り上げ、海底から撤去すると共に、海側の２本の導杭６ａ，６ｂを引き抜く。なお、この時、陸側の２本の導杭６ｃ，６ｄは、風力発電所の完成後にメンテナンスで使用する管理橋（図示せず）の基礎として利用するため、引き抜かずに残しておく。

次に、図７に示すように、第２のクローラクレーン８を使用して、打設した基礎杭１０の上端部に接合管１７を被嵌する。この接合管１７は、鋼管製であり、図８〜図１１に示されているように、基礎杭１０の上端部に被嵌される円筒形状の下側部分１８（例えば、φ３８００ｍｍ）と、下側部分１８から基礎上に固定される風車のタワー（図示せず）の直径（例えば、φ４２００ｍｍ）まで拡幅される上側部分１９とにより構成されている。そして、接合管１７の内面であって下側部分１８と上側部分１９との間には、例えばＨ鋼（Ｈ−４００）から成るレベル調整部２０が３個放射状に突設されているため、基礎杭１０の上端部に接合管１７を被嵌する際に、このレベル調整部２０と基礎杭１０の上端面との間に鉄板等を介装することにより接合管１７を水平に取り付けることができる。

図１０に良く示されているように、接合管１７の下側部分１８の下端には、その内周に沿って弾性を有する環状の（例えば、ゴム製）パッキン２１が、フランジ状の固定部材２９で挟持することにより取り付けられており、接合管１７を基礎杭１０の上端部に被嵌する際に、パッキン２１の内周部が基礎杭１０の外面に沿って上方に屈曲し、基礎杭１０と接合管１７との隙間２２の下端面をパッキン２１が閉塞するようになっている（図１０の二点鎖線部分を参照）。

また、接合管１７の下側部分１８の内面には、ガイド２３が突設されており、ガイド２３の内側端部２４は湾曲して形成されている。そして、このガイド２３の内側端部が、接合管１７を基礎杭１０の上端部に被嵌する際に基礎杭１０の外面に接触することにより、接合管１７の基礎杭１０への被嵌作業を円滑且つ確実に行うことができるようになる。

次に、図１２に示すように、第１のクローラクレーン５を使用して、陸上で組立てた歩廊橋３０を陸上と接合管１７上に設置した作業構台３１との間に掛け渡す。そして、この歩廊橋３０上にグラウトホースを配管し、陸上で錬り混ぜたグラウト（例えば、水中不分離性高流動無収縮モルタル）を、先ず、接合管１７と基礎杭１０との隙間２２のパッキン２１の上方２０ｃｍ程度の高さの一層目部分２９までホース２８を介して充填する（図１３参照）。その後、作業員が棒状のゲージ（図示省略）を隙間２２に上方から挿入すると、そのゲージの下端が一層目部分２９のグラウトに接触した時にゲージに対して抵抗が掛かるため、作業員はその抵抗を感じた時の前記ゲージの挿入深さを測定することによりグラウトの充填位置を把握することができる。

一層部分２９のグラウトの充填から所定時間（例えば、９時間以上）経過し、該グラウトが凝固したのを確認後、接合管１７と基礎杭１０との隙間２２の一層目部分２９の上方にさらに二層目のグラウトを充填する。この時、一層目部分２９のグラウトは既に凝固しており、基礎杭１０と接合管１７との隙間２２の下端面はパッキン２１及び一層目部分２９のグラウトにより確実に閉塞されているため、隙間２２の下端からグラウトが海中に漏出することはない。なお、この場合、一層目部分２９のグラウトが接触する基礎杭１０の外面と接合管１７の内面の少なくともいずれか一方の面は凹凸状に形成されているのが好ましく、これにより、一層目部分２９のグラウトと基礎杭１０又は接合管１７との摩擦力が増大するため、グラウトの漏出をより確実に防止することができる。

次に、陸上にコンクリートポンプ車を設置し、歩廊橋３０上に配設したコンクリート配管を介して、基礎杭１０及び接合管１７の中に生コンを打設する。この時、図８及び図１１に示されているように、接合管１７の上側部分１９の上端には内周に沿ってフランジ部２５が内鍔状に形成されているため、生コンの打設はこのフランジ部２５から所定長（例えば８０ｃｍ程度）下方のレベルまでとする。これにより、その後に前記風車のタワーを接合管１７のフランジ部２５にボルト等の締結具で接続する際の作業スペースを形成することができるため、前記風車のタワーの接続作業を容易且つ円滑に行なうことができるようになる。

最後に、基礎杭１０と陸側の２本の導杭６ｃ，６ｄについて、電気防食を行い、モノパイル式基礎の施工を完了する。

このように本発明の実施の形態に係るモノパイル式基礎施工方法によれば、接合管１７と基礎杭１０との隙間２２にグラウトを二回に分けて充填しているため、例え、この隙間２２が均一に形成されていなくとも、グラウトが隙間２２の下端面から海中に漏出することはない。したがって、施工管理がし易くなり、工期の短縮化が可能となる。

また、仮導枠１や本導枠９を使用して導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄや基礎杭１０を打設しているため、導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄや基礎杭１０の打設時に個々に測量することなく、高精度の施工を効率的に行うことができる。したがって、工期の短縮化を図ることができると共に、施工品質の向上を図ることができる。

さらに、陸上に設置したクローラクレーンを使用して施工を行うことができるため、天候や海象の影響を受け難く、工程の管理が容易となり、工期の短縮化が可能となる。さらに、水深の浅い場所にも施工することができると共に、高価な大型クレーン船をリースする必要がないため、施工コストの低減化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態では、仮導枠１を使用して導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを打設した後、仮導枠１を本導枠９に加工し直した上で基礎杭１０を打設しているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、仮導枠１を使用せずに最初から本導枠９を使用して導杭６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと基礎杭１０を打設してもよい。

また、仮導枠１や本導枠９の平面形状は上記した正方形に限定されるものではなく、例えば、三角形や六角形等の多角形、或いは円形とすることもできる。

さらに、上記した実施の形態では、本発明を洋上風力発電所の基礎工事に適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は他の構造物の基礎工事に適用することも可能である。

１０基礎杭
１７接合管
２１パッキン
２２隙間
２９一層目部分

Claims

内面にレベル調整部が突設されると共に下端内周に沿ってパッキンが設けられた接合管を、打設した基礎杭の上端部に被嵌する際に、該基礎杭の上端面と前記レベル調整部との間に鉄板を介装することにより前記接合管の上面が水平になるようにレベル調整を行うと共に、該基礎杭の外面に前記パッキンを接触させ、該パッキンの内周部を上方に屈曲させ、前記接合管と前記基礎杭との隙間の下端面を閉塞する工程と、
前記隙間のパッキンの上方に一層目部分のグラウトを充填する工程と、
前記一層目部分のグラウトの凝固後、前記一層目部分のグラウトの上方に二層目部分のグラウトを充填する工程と、
を備えていることを特徴とする杭基礎の施工方法。
前記一層目部分のグラウトは前記パッキンの上方２０ｃｍの高さまで充填する請求項１に記載の杭基礎の施工方法。
前記一層目部分のグラウトが接触する前記基礎杭の外面と前記接合管の内面の少なくともいずれか一方の面は凹凸状に形成されている請求項１又は２に記載の杭基礎の施工方法。