JP5562715B2

JP5562715B2 - 水中基礎の構築方法および外殻部構造

Info

Publication number: JP5562715B2
Application number: JP2010110104A
Authority: JP
Inventors: 直樹曽我部; 慎一山野辺; 耕輔古市; 利通一宮
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: JP2011236675A

Description

本発明は、水中基礎の構築方法および外殻部構造に関するものである。

従来、水上に橋梁等の構造物を建設する場合には、水底に橋桁や橋脚等を支えるための基礎を構築する必要があった。基礎には、重力式のケーソンが多く用いられてきた。例えば、特許文献１の従来技術や特許文献２に示すように、施工時には、陸上のドックで円形の器状または中空構造の基礎本体を製作し、ドックから建設現場へ浮体構造として曳航して、設置場所で中詰め砂の投入や注水を行うことにより基礎本体を沈設していた。

但し、現場沈設後に重力式の基礎として機能するために必要とされる底版や側壁の厚さでは、曳航時に重心位置が水面から浅くなってしまい、浮体として安定しなかった。曳航時に安定した浮体として機能するためには、基礎本体の側壁や床版の厚さを大きくして重量を増加させ、重心位置を水面から深くするなどの対策が必要であった。

特開２００９−２０３６６４号公報特開２００５−３３０７１８号公報

しかしながら、基礎本体の重量を増加させると、側壁や床版の厚さが基礎として機能するために必要な厚さよりも大きくなり、不経済となる場合があった。また、揚重機などのグレードを上げなければならず、施工費の増大に繋がっていた。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、水中基礎の側壁や床版の重量を必要以上に増やすことなく、曳航時に安定した浮体となるように重心位置が調節できる水中基礎の構築方法および外殻部構造を提供することである。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンを沈設させることにより水中基礎を構築する水中基礎の構築方法であって、前記ケーソンの前記側壁の上面に、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造を設ける工程（ａ）と、水面へ移動させた前記ケーソンの内部に重量体を配置し、重心位置の調整を行う工程（ｂ）と、前記ケーソンを設置予定位置の上方まで曳航し、中詰材を投入して前記ケーソンを前記設置予定位置に沈設し、前記中詰材の上方に上床を構築する工程（ｃ）と、前記外殻部材を前記ケーソンから撤去する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする水中基礎の構築方法である。

第２の発明は、底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンを沈設させることにより水中基礎を構築する水中基礎の構築方法であって、前記ケーソンの前記側壁の上面に、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造を設ける工程（ａ）と、水面へ移動させた前記ケーソンの内部に重量体を配置し、重心位置の調整を行う工程（ｂ）と、前記ケーソンを設置予定位置の上方まで曳航し、前記ケーソンを前記設置予定位置に沈設する工程（ｃ）と、前記外殻部材を前記ケーソンから撤去する工程（ｄ）と、を具備し、前記ケーソンの側壁は、上面の側壁厚さ方向の中央部に凸部を有し、前記外殻部材は、下面の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、前記工程（ａ）において、前記凸部と前記凹部を嵌合させて前記外殻部材を配置し、前記外殻部材を高さ方向に貫通する孔部に挿入され、前記側壁の定着部に一端が、前記外殻部材の頂部の定着部に他端が取り付けられたＰＣ鋼材によりプレストレスを導入し、前記外殻部材の孔部は前記凹部に対応する位置で設けられることを特徴とする水中基礎の構築方法である。
外殻部材は、ケーソンの沈設時にその頂部が水面上となるように設けられる。そして、工程（ｄ）において、ケーソンの外殻部材を撤去する前に、ケーソンの内部に注水する。

第２の発明では、工程（ｄ）において、他端でＰＣ鋼材によるプレストレスを開放し、外殻部材を撤去した後、側壁から突出したＰＣ鋼材を撤去することが望ましい。

外殻部構造は、例えば、側壁に沿って連続して配置された、プレキャスト部材による複数の外殻部材により構成され、外殻部材の基部に拡幅部を有し、外殻部材は、一方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凸部を有し、他方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、連続する外殻部材は、側部の凸部と凹部を嵌合して配置される。

第１、第２の発明では、ケーソンの側壁の上面に、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造を設け、水面へ移動させたケーソンの内部に海水、砂、バラスト等の重量体を投入等して配置する。これにより、側壁や床版の重量を必要以上に増やすことなく、曳航時に安定した浮体となるように重心位置が調節できる。

第３の発明は、底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンの、前記側壁の上面に設けられる、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造であって、前記外殻部材を高さ方向に貫通する孔部に挿入され、前記側壁の定着部に一端が、前記外殻部材の頂部の定着部に他端が取り付けられたＰＣ鋼材によりプレストレスが導入され、前記外殻部材は、下面の外殻厚さ方向の中央部に、前記ケーソンの側壁の上面の側壁厚さ方向の中央部の凸部と嵌合する凹部を有し、前記外殻部材の孔部は前記凹部に対応する位置で設けられることを特徴とする外殻部構造である。

外殻部構造は、例えば、プレキャスト部材による複数の外殻部材を側壁に沿って連続して配置して構成され、外殻部材の基部に拡幅部を有し、外殻部材は、一方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凸部を有し、他方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、連続する外殻部材は、側部の凸部と凹部を嵌合して配置される。

第３の発明の外殻部構造は、底版と、底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンの、側壁の上面に設けられる。これにより、外殻部構造と底版と側壁とで囲まれた空間が形成され、基礎を浮体とするために必要な浮力を確保しつつ、曳航時に安定した浮体となるように海水、砂、バラスト等の重量体を投入等して配置し重心位置の調節を行うことができるようになる。また、ＰＣ鋼材によりプレストレスを導入することで、ケーソンと外殻部材との一体性を高めるほか、外殻部材自体の曲げ剛性や曲げ耐力の向上に有効となり、安定した曳航が可能になる。

本発明によれば、水中基礎の側壁や床版の重量を必要以上に増やすことなく、曳航時に安定した浮体となるように重心位置が調節できる水中基礎の構築方法および外殻部構造を提供できる。

外殻部構造１４が設置されたケーソン１の垂直方向の断面図図１に示す範囲Ａの拡大図外殻部構造１４の水平方向の断面図図３に示す範囲Ｃの拡大図ケーソン１を構築して外殻部材７を配置する工程を示す図外殻部材７をケーソン１に固定する工程を示す図ケーソン１の内部３７に重量体３９を配置し、重心位置の調整を行う工程を示す図ケーソン１を曳航して設置予定位置に沈設する工程を示す図ケーソン１の内部４９に注水する工程を示す図外殻部材７をケーソン１から撤去する工程を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、外殻部構造１４が設置されたケーソン１の垂直方向の断面図を示す。図２は、図１に示す範囲Ａの拡大図である。図３は、外殻部構造１４の水平方向の断面図を示す。図３は、図１に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図である。図４は、図３に示す範囲Ｃの拡大図である。

図１に示すように、ケーソン１は、底版３、側壁５等からなる。底版３は、例えば円形であり、側壁５は底版３の外周に設けられる。ケーソン１の側壁５の上面２５には、外殻部構造１４が設置される。

図３に示すように、外殻部構造１４は、複数の外殻部材７からなる。図１、図３に示すように、外殻部構造１４は、ケーソン１の側壁５の上面２５に、複数の外殻部材７を側壁５に沿って連続して配置して構成される。外殻部材７は、例えば、超高強度繊維補強コンクリート製のプレキャスト部材とする。ここで、超高強度繊維補強コンクリートとは、圧縮強度が高いコンクリート、モルタル内に鋼繊維、炭素繊維、ガラス繊維、あるいはビニロン繊維などが混入された材料であり、例えば、圧縮強度が１００〜２５０Ｎ／ｍｍ^２、曲げ引張強度が１０〜４０Ｎ／ｍｍ^２、引張強度が５〜１５Ｎ／ｍｍ^２のものである。

図２に示すように、外殻部材７と側壁５との境界部２１には、せん断キー１７が設けられる。せん断キー１７は、嵌合部である、側壁５の上面２５に設けられる凸部１７ａと、外殻部材７の下面２７に設けられる凹部１７ｂとからなる。せん断キー１７では、凸部１７ａと凹部１７ｂとが嵌合される。せん断キー１７は、境界部２１の全長にわたって設けてもよいし、所定の間隔で設けてもよい。

図２に示すように、境界部２１では、せん断キー１７を挟んで外殻部構造１４（外殻部材７）の内側と外側に止水構造２３が設けられる。止水構造２３は、境界部２１の全長にわたって設置される。止水構造２３は、膨潤ゴム等である。

図３に示すように、外殻部材７同士が連続する連続部すなわち縦目地２９の部分には、せん断キー３３が設けられる。図４に示すように、縦目地２９の部分では、外殻部材７の一方の側部３０ａと、連続して配置される他の外殻部材７の側部３０ｂとが対向している。せん断キー３３は、嵌合部である、側部３０ａに設けられる凸部３３ａと、側部３０ｂに設けられる凹部３３ｂとからなる。せん断キー３３では、凸部３３ａと凹部３３ｂとが嵌合される。せん断キー３３は、縦目地２９の全長にわたって設けてもよいし、所定の間隔で設けてもよい。

図４に示すように、縦目地２９の部分では、せん断キー３３を挟んで外殻部構造１４（外殻部材７）の内側と外側に止水構造３１が設けられる。止水構造３１は、縦目地２９の全長にわたって設置される。止水構造３１は、膨潤ゴム等である。

図１、図２に示すように、側壁５の上端付近には、デッドアンカー方式の定着部１５が設けられる。定着部１５には、定着具１３ａが埋設され、その下方に空間が設けられる。側壁５には、上面２５の凸部１７ａを高さ方向に貫通して定着具１３ａまで達するシース管９ｂが設けられる。シース管９ｂ、定着部１５は、側壁５の周方向に所定の間隔をおいて設けられる。なお、これらは凸部１７とは別に設けることも可能である。

図１等に示すように、外殻部材７は、基部に、拡幅部であるハンチ１９が設けられる。また、頂部１６に定着具１３ｂが配置される。外殻部材７には、高さ方向に貫通する孔部であるシース管９ａが設けられる。シース管９ａは、外殻部構造１４の周方向に所定の間隔をおいて設けられる。

図１、図３に示すように、外殻部構造１４は、凹部１７ｂを側壁の凸部１７ａの位置に合わせ、外殻部材７に設けられたシース管９ａと、側壁５に設けられたシース管９ｂとが連通するように、ケーソン１の側壁５の上部に設置する。連通したシース管９ａおよびシース管９ｂには、ＰＣ鋼材１１が挿入される。ＰＣ鋼材１１は、側壁５に埋設された定着具１３ａに一端が取り付けられる。また、外殻部材７の頂部１６に配置された定着具１３ｂに他端が取り付けられる。ＰＣ鋼材１１にはプレストレスが導入されており、ケーソン１と外殻部構造１４とは、ＰＣ鋼材１１のプレストレスにより一体化される。

次に、図１に示すケーソン１を沈設させて水中基礎を構築する方法について説明する。図５は、ケーソン１を構築して外殻部材７を配置する工程を示す図である。図５に示す工程では、まず、陸上のドックで図５に示す状態のケーソン１を製作する。また、図５に示す状態の外殻部材７をドックに搬入する。

次に、ドックにて、外殻部材７を、側壁５の凸部１７ａと外殻部材７の凹部１７ｂとを嵌合させつつ、側壁５の上面２５に配置する。このとき、図２に示すように、外殻部材７に設けられたシース管９ａと、側壁５に設けられたシース管９ｂとを連通させる。また、側壁５と外殻部材７との境界部２１に、止水構造２３を設ける。

図５に示す工程では、図３に示すように、複数の外殻部材７を、側壁５の上面２５に沿って連続して配置する。このとき、図４に示すように、外殻部材７の側部３０ａの凸部３３ａと、連続する外殻部材７の側部３０ｂの凹部３３ｂとを嵌合させる。また、縦目地２９の部分に、止水構造３１を設ける。

図６は、外殻部材７をケーソン１に固定する工程を示す図である。図６に示す工程では、まず、シース管９ａおよびシース管９ｂにＰＣ鋼材１１を挿入し、ＰＣ鋼材１１の下端部をデッドアンカー方式の定着具１３ａに定着する。そして、ＰＣ鋼材１１によるプレストレスを導入し、ＰＣ鋼材１１の上端部に取り付けた定着具１３ｂを外殻部材７の頂部１６に圧着する。外殻部材７と側壁５とは、ＰＣ鋼材１１により導入されたプレストレスにより固定される。図６に示す工程では、全ての外殻部材７を側壁５に固定することにより、外殻部構造１４のケーソン１への設置を完了する。

外殻部材７を構成する超高強度繊維補強コンクリートは、緻密性が高いため、海水中で使用する際にも耐塩害性に優れた部材となる。また、超高強度繊維補強コンクリートは圧縮強度が大きいため、薄肉部材でありながらＰＣ鋼材１１によって高いプレストレスを導入することができる。ＰＣ鋼材１１によるプレストレスは、ケーソン１と外殻部材７との一体性を高めるほか、外殻部材７自体の曲げ剛性や曲げ耐力の向上に有効となる。

図７は、ケーソン１の内部３７に海水や砂、バラスト等の重量体３９を投入等して配置し、重心位置の調整を行う工程を示す図である。図７に示す工程では、外殻部構造１４が設置されたケーソン１を水面へ移動させる。そして、ケーソン１の内部３７に海水や砂、バラスト等の重量体３９を投入等して配置し、重心位置が水面から深くなるように調整を行う。なお、図７は内部３７に注水を行った例である。これにより、水３５の中でケーソン１が安定した浮体として機能する。そして、ケーソン１が浮体として安定した状態で、設置予定位置の上方まで曳航する。

外殻部構造１４は、ケーソン１の側壁５の上面２５にリング状に設置される。そのため、図７に示すように、外殻部構造１４の内外で水位差が生じた場合に、外部からの水圧によるリング効果により、外殻部材７の連結部である縦目地２９の部分に圧縮力が作用し、外殻部材７同士の一体性および止水性の確保に有利となる。

図８は、ケーソン１を曳航して設置予定位置に沈設する工程を示す図である。図８に示す工程では、底版３と側壁５とに囲まれた部分に中詰砂４５を投入し、ケーソン１を水底４１の捨石４３上に沈設する。さらに、中詰砂４５の上方に上床コンクリート４７を打設し、水中基礎の本体を完成する。

図８に示すように、本実施の形態では、ケーソン１の沈設後も、外殻部構造１４の頂部１６は水上にある。図８に示す工程では、上床コンクリート４７を打設して水中基礎の本体を完成する。その後、図９に示すようにケーソン１の内部４９に注水して内外の水位を合わせ外部からの水圧を解消し、外殻部構造１４を撤去しやすい状態とする。

図１０は、外殻部材７をケーソン１から撤去する工程を示す図である。図１０に示す工程では、まず、油圧ジャッキ等を用いて外殻部材７の頂部１６の定着具１３ｂ（図８等）を取り外し、ＰＣ鋼棒１１によるプレストレスを開放する。そして、外殻部材７を順次上方に吊り上げて撤去する。さらに、側壁５から突出したＰＣ鋼棒１１を撤去し、水中基礎の構築を完了する。

このように、本実施の形態では、ケーソン１の側壁５の上面２５に、側壁５に沿った形状の外殻部構造１４を固定する。これにより、ケーソン１の底版３および側壁５と外殻部構造１４とで囲まれた空間で、ケーソン１を浮体とするために必要な浮力を確保できる。また、内部３７に海水、砂、バラスト等の重量体３９を配置することにより、ケーソン１の重心位置が調節でき、浮体全体として安定するための低重心を実現できる。また、ＰＣ鋼材１１によりプレストレスを導入することで、ケーソン１と外殻部材７との一体性を高めるほか、外殻部材７自体の曲げ剛性や曲げ耐力の向上に有効となり、安定した曳航が可能になる。

本実施の形態では、必要に応じて、外殻部材７の連続部である縦目地２９の部分にせん断キー３３や止水構造３１を設けておく。また、ケーソン１の側壁５と外殻部材７との境界部２１にせん断キー１７や止水構造２３を設けておく。せん断キーを設けることにより、外部からの水圧に対して外殻部構造１４が一体となって抵抗するとともに、側壁５上に外殻部材７を順次設置する際に、部材の位置合わせが容易となる。また、止水構造を設けることにより、縦目地２９や境界部２１からの漏水を防ぐことができる。さらに、外殻部材７の基部にハンチ１９を設けることにより、設置時や外力の作用時に外殻部材７が安定する。

本実施の形態では、ＰＣ鋼材１１を、シース管９ａおよびシース管９ｂに貫通させるだけとして、グラウト等を充填しないことにより、ケーソン１の内部４９に注水して内外の水位を同じとし外部からの水圧を解消した上でＰＣ鋼材１１の緊張を開放すれば、外殻部材７を抜き取って撤去できる。外殻部材７は、前述したように耐久性に優れているため、撤去後に繰り返して再利用が可能である。

なお、本実施の形態では、図５に示す工程で複数の外殻部材７を側壁５上に配置した後、図６に示す工程でＰＣ鋼材１１により固定したが、外殻部材７の配置作業とＰＣ鋼材１１による固定作業とは、並行して行ってもよい。また、側壁５および外殻部材７は、ＰＣ鋼材１１を挿入できる孔部を有する構造であればよく、シース管は必要に応じて設置される。外殻部材７のハンチ１９も、必要に応じて設けられる。

本実施の形態では、外殻部材７をプレキャスト部材で超高強度繊維補強コンクリート製としたが、外殻部材７は現場で施工することも可能ではあるし、材質として超高強度繊維補強コンクリート以外のものを用いることも考えられる。さらに、外殻部構造１４を複数の外殻部材７で形成したが、一の外殻部材で形成してもよい。

本実施の形態では、図８等に示すように、ケーソン１の沈設後に外殻部構造１４の頂部１６が水面上となる場合について説明したが、ケーソン１の沈設後の外殻部構造１４の頂部１６の位置はこれに限らない。基礎の構築方法やその形態にもよるが、頂部１６の位置がより低い場合も考えられる。この場合には、沈設過程でケーソン１の内部に水３５が流入するので、図８に示す工程における内部への注水は不要となる。

本実施の形態では、略円形状のケーソン１を用いたが、本発明の水中基礎の構築方法は、他の形状のケーソンを用いる場合にも適用できる。また、水中基礎本体の構成は図８に示すものに限らず、図８に示す工程における中詰材４５の投入や上床コンクリート４７の打設は、必要に応じて実施される。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………ケーソン
３………底版
５………側壁
７………外殻部材
９ａ、９ｂ………シース管
１１………ＰＣ鋼材
１３ａ、１３ｂ………定着具
１７、３３………せん断キー
２１………境界部
２３、３１………止水構造
２５………上面
２９………縦目地
３７、４９………内部

Claims

底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンを沈設させることにより水中基礎を構築する水中基礎の構築方法であって、
前記ケーソンの前記側壁の上面に、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造を設ける工程（ａ）と、
水面へ移動させた前記ケーソンの内部に重量体を配置し、重心位置の調整を行う工程（ｂ）と、
前記ケーソンを設置予定位置の上方まで曳航し、中詰材を投入して前記ケーソンを前記設置予定位置に沈設し、前記中詰材の上方に上床を構築する工程（ｃ）と、
前記外殻部材を前記ケーソンから撤去する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とする水中基礎の構築方法。
底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンを沈設させることにより水中基礎を構築する水中基礎の構築方法であって、
前記ケーソンの前記側壁の上面に、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造を設ける工程（ａ）と、
水面へ移動させた前記ケーソンの内部に重量体を配置し、重心位置の調整を行う工程（ｂ）と、
前記ケーソンを設置予定位置の上方まで曳航し、前記ケーソンを前記設置予定位置に沈設する工程（ｃ）と、
前記外殻部材を前記ケーソンから撤去する工程（ｄ）と、
を具備し、
前記ケーソンの側壁は、上面の側壁厚さ方向の中央部に凸部を有し、前記外殻部材は、下面の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、
前記工程（ａ）において、前記凸部と前記凹部を嵌合させて前記外殻部材を配置し、前記外殻部材を高さ方向に貫通する孔部に挿入され、前記側壁の定着部に一端が、前記外殻部材の頂部の定着部に他端が取り付けられたＰＣ鋼材によりプレストレスを導入し、
前記外殻部材の孔部は前記凹部に対応する位置で設けられることを特徴とする水中基礎の構築方法。
前記外殻部材は、前記ケーソンの沈設時にその頂部が水面上となるように設けられ、
前記工程（ｄ）において、前記ケーソンの前記外殻部材を撤去する前に、前記ケーソンの内部に注水することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水中基礎の構築方法。
前記工程（ｄ）において、前記他端で前記ＰＣ鋼材によるプレストレスを開放し、前記外殻部材を撤去した後、前記側壁から突出した前記ＰＣ鋼材を切断することを特徴とする請求項２記載の水中基礎の構築方法。
前記外殻部構造は、前記側壁に沿って連続して配置された、プレキャスト部材による複数の外殻部材により構成され、前記外殻部材の基部に拡幅部を有し、
前記外殻部材は、一方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凸部を有し、他方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、連続する外殻部材は、側部の凸部と凹部を嵌合して配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水中基礎の構築方法。
底版と、前記底版の周囲に設けられた側壁とを有するケーソンの、前記側壁の上面に設けられる、外殻部材を側壁に沿って配置して構成される外殻部構造であって、
前記外殻部材を高さ方向に貫通する孔部に挿入され、前記側壁の定着部に一端が、前記外殻部材の頂部の定着部に他端が取り付けられたＰＣ鋼材によりプレストレスが導入され、
前記外殻部材は、下面の外殻厚さ方向の中央部に、前記ケーソンの側壁の上面の側壁厚さ方向の中央部の凸部と嵌合する凹部を有し、
前記外殻部材の孔部は前記凹部に対応する位置で設けられることを特徴とする外殻部構造。
プレキャスト部材による複数の前記外殻部材を前記側壁に沿って連続して配置して構成され、前記外殻部材の基部に拡幅部を有し、
前記外殻部材は、一方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凸部を有し、他方の側部の外殻厚さ方向の中央部に凹部を有し、連続する外殻部材は、側部の凸部と凹部を嵌合して配置されることを特徴とする請求項６に記載の外殻部構造。