JP6259271B2 - ケーソン沈設方法及び地中柱体群 - Google Patents

Description

本発明は、ケーソンを地盤中に沈設するケーソン沈設方法及びこの方法に用いる地中柱体群に関する。

建築構造物の基礎工事や、地下構造物の築造の工法の一つとして、ケーソン沈設工法がある。この工法は、有底筒状に形成され筒底の下部に地盤掘削用の作業室を備えたニューマチックケーソンや無底筒状に形成されたオープンケーソン等のケーソン（函）を地盤上に配置し、このケーソンの周壁内側の地盤及び周壁下端の刃先部下方の地盤を掘削しつつ、その自重により又は荷重を加える等して、ケーソンを所定の深さまで徐々に沈下させて設置し、地盤中に基礎及び地下構造物を構築する工法である。

この種の工法におけるケーソンの沈設方法では、ケーソンを沈下させる力である沈下力（主にケーソンの自重）を、この沈下力に抵抗する力である沈下抵抗力より高くなるようにすることにより、ケーソンを沈下させている。つまり、このケーソン沈設方法においては、主にケーソンの周壁（特に刃先部における周壁）と周壁周りの地盤との間の摩擦力や地盤の粘着力等の沈下抵抗力に抗してケーソンを沈下させている。

この種のケーソン沈設方法としては、例えば、特許文献１に開示されたケーソン沈設方法が知られている。特許文献１に記載されたケーソン沈設方法では、ケーソンの沈下領域の地盤の支持力を均一化することを目的として、ケーソン沈下前に、沈下領域における刃先部下方の地盤を、砂柱又は砂利柱が互いに連接してなる地中柱体群に置き換えている。

特公昭５８−０４３５３２

しかしながら、特許文献１に記載されたケーソン沈設方法では、刃先部下方の地中柱体群を構成する土質材料は単なる砂や砂利であるため、特にこの地中柱体群の上側部においては支持力が低くケーソン沈設作業中に大重量のケーソンを安定して支持しつつ沈下させることが困難であった。

ここで、地中柱体群の支持力を高めるべく、地中柱体群を構成する土質材料としてベントナイト等の強度の高い土質材料を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、粘土層等の粘着力の高い土質の地盤でケーソンを沈下させる場合と同様に、ケーソンが急激に沈下（急沈）することが想定される。これは、粘着力の高い土質材料の場合、ケーソンの静止状態からケーソンの沈下開始後のごく初期までの間においては、ケーソンの周壁に粘着力の高い土質材料が粘着した状態で非常にゆっくりと沈下していくところ、ある程度沈下すると粘性に起因する沈下抵抗力が急激に低下することが想定されるためである。

本発明は、このような実状に着目してなされたものであり、大重量のケーソンを安定して支持しつつ、ケーソンを急沈させることなく沈設することが可能なケーソン沈設方法及びこの方法に用いる地中柱体群を提供することを目的とする。

上記課題に対して、本発明に係るケーソン沈設方法は、その一態様として、刃先部を備える円筒状のケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置する構成とした。

また、本発明に係る地中柱体群は、その一態様として、刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下されて設置される円筒状のケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、予め構築される地中柱体群であって、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する構成とした。

本発明に係るケーソン沈設方法の上記一態様によると、円筒状のケーソンの刃先部下方地盤に、粘着力及び強度を相互に異ならせた複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、刃先部を地中柱体群の上端面上に据え付け、その後、地中柱体群のうちの刃先部の下方部分を除去して、ケーソンを刃先部下方向に沈下させている。これにより、例えば、ケーソン自重に応じた支持力を有するように地中柱体群の一部を強度の高い柱体として、主にこの柱体によりケーソンを支持し、地中柱体群の残りの部分を粘着力の低い柱体として、ケーソン自重に応じて地中柱体群全体の粘着力を低減させることで粘性の高い土質に起因するケーソンの急沈を抑制することができる。その結果、刃先部下方地盤を全体として支持力がありかつ適度な粘着力を有した土質に置換することができるため、例えば、大重量のケーソンであっても、ケーソンを安定して支持しつつ、適度な粘着力によりケーソンを徐々に沈下させることができる。

このようにして、大重量のケーソンを安定して支持しつつ、ケーソンを急沈させることなく沈設することが可能なケーソン沈設方法及びこの方法に用いる地中柱体群を提供することができる。

また、このようにケーソンを急沈させることなく地盤中に沈設することができるため、刃先部と掘削地盤の底部との衝突による振動及び騒音の発生を抑制することができ、ケーソンの沈設施工の周辺に悪影響を及ぼすことなく沈設施工が可能である。そのため、鉄道の線路、振動を嫌う重要構造物、民家等が近接している場所においても、ケーソン沈設工法を採用して建築構造物の基礎工事等を行うことができる。また、急沈抑制により、沈設施工の安全性を向上することもできる。そして、ケーソンを徐々に沈下させることができるため、ケーソンの地盤中への建込精度を向上させることができる。また、ニューマチックケーソンを利用する場合であっても、作業室内の急激な気圧上昇の発生を防止することができると共に、作業室内の圧気がケーソン外に漏れて、沈設施工の周辺の地表等から噴出するエアブローを抑制することができる。

本発明の一実施形態におけるケーソンの概略構成を示す図であり、ケーソン沈設後の状態を示している。 図１に示すＡ−Ａ線矢視断面図である。 本実施形態におけるケーソン沈設工法の施工手順を説明するための概念図であり、第１柱体用のボーリング工程を示す図である。 図３に示すＢ−Ｂ線矢視の拡大断面図である。 図３に続く第１柱体構築工程を示す図である。 第１柱体構築工程完了後の地中柱体群の斜視イメージ図である。 図５に続く第２柱体用のボーリング工程を説明するための断面図であり、第２柱体用のボーリング工程後における図４と同一位置での断面図である。 図７に続く第２柱体構築工程を説明するための断面図である。 第２柱体構築工程完了後の地中柱体群の斜視イメージ図である。 図８に続く第１ロットケーソンの設置工程を示す図である。 図１０の第１ロットケーソンの刃先部と地中柱体群との位置関係を示す部分拡大断面図である。 図１０に続く第１ロットの掘削沈下工程を示す図である。 図１２に示すＣ−Ｃ線矢視断面図である。 第２ロットケーソンの設置工程を示す図である。 第１〜第５ロットケーソンを設置した状態を示す図である。 ケーソン内部への中埋めコンクリートの打設工程を示す図である。 図１６に続く頂版設置工程を示す図である。 沈設が完了したケーソン上に橋脚を配置した状態を示す図である。

以下、添付図面参照して本発明に係るケーソン沈設方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態におけるケーソンの概略構成を説明するためのイメージ図である。本実施形態においては、ケーソンとしてニューマチックケーソン１を利用し、このニューマチックケーソン１を沈設させて橋脚１００の基礎を構築するケーソン沈設工法に、本発明に係るケーソン沈設方法を適用した場合について、以下に説明する。

本実施形態における地盤は、地表側から、上層Ｇ１、中間層Ｇ２、下層Ｇ３及び支持層層Ｇ４の順で層をなして構成されているものとする。そして、上層Ｇ１と中間層Ｇ２との境界面、中間層Ｇ２と下層Ｇ３との境界面は地表面に対して傾斜しているものとする。例えば、上層Ｇ１は砂礫層であり、中間層Ｇ２は沖積粘土層等の軟弱粘土層であり、下層Ｇ３は固結シルト等の比較的粘着力及び強度の高い硬質粘土層である。また、支持層Ｇ４は、例えば、泥岩層からなり、ニューマチックケーソン１及び橋脚１００を支持可能な地耐力を有しているものとし、図１に示すように、ニューマチックケーソン１の後述する刃先部６の先端を、支持層Ｇ４に貫入させた状態で地盤中に沈設させるものとする。

前記ニューマチックケーソン１は、全体的には、上下方向に延びる円筒形状又は角筒形形状をなし、周壁２を有している。なお、本実施形態では、ニューマチックケーソン１は、図２に示すように、円筒形状であるものとする。
ニューマチックケーソン１は、沈設された状態で、下から順に、ケーソン基部３と、ケーソン中間部４と、ケーソン頂部５とにより構成されている。

前記周壁２は、ケーソン基部３、ケーソン中間部４及びケーソン頂部５の外周壁からなる。例えば、ケーソン中間部４及びケーソン頂部５の外周壁は、それぞれケーソン基部３の外周壁から外方にはみ出さないような形状で形成されている。周壁２の下端側、すなわち、ケーソン基部３における周壁２の下端側には、刃先部６が形成されている。

また、本実施形態において、周壁２（特に刃先部６の周囲）は、図２に示すように、地盤中への沈下中に、その外周面が後述する第１柱体２１と第２柱体２２とからなる地中柱体群２３で完全に覆われている。

図１に戻って、前記ケーソン基部３は、周壁２の下端側に刃先部６を備えてなるものであり、この刃先部６の内側に地盤掘削用の作業室７が形成されている。
具体的には、ケーソン基部３は、円筒状の刃先部６と、この円筒の上端を覆い作業室７の天井となる作業天井壁８とからなる。以下において、このケーソン基部３を、第１ロットケーソン１１と呼ぶ。

前記刃先部６は、ケーソン沈下時に地中柱体群２３に貫入するものであり、この刃先部６における周壁２は、ケーソン中間部４及びケーソン頂部５の外周壁より外方に、例えば数センチ程度はみ出すように形成されている。これにより、ケーソン沈下時におけるケーソン中間部４及びケーソン頂部５の周壁２と地中柱体群２３との間の摩擦抵抗を、軽減するようにしている。

前記作業室７は、作業員や掘削機等により地盤を掘削するための地盤掘削用の空間である。作業室７内には外部から空気等が供給されており、作業室７内は圧気状態になっている。これにより、地盤から作業室７内への地下水、泥及びガス等の流入を防止して、掘削作業の安全及び効率化を図っている。

前記作業天井壁８には、貫通孔８ａが形成されている。この貫通孔８ａは、ケーソン沈設施工時に作業天井壁８の上面に設置される筒状のマンロック及びマテリアルロック（図示省略）の内部空間と連通する。図１では、貫通孔８ａは、図の簡略化のため１つのみ示したが、実際には、マンロック内部との連通用、マテリアルロック内部との連通用、作業室７の圧気用の配管及び作業室７内のガスモニタリング用等の孔がそれぞれ、適宜の位置に形成されている。なお、マンロックには、上方開口部から下方開口部を経て作業室７まで到達する階段が形成されており、この階段を通って、作業員が作業室７内に入室可能とされている。また、マンロックには、途中に減圧室が設けられており、作業員は圧気された作業室７での作業終了後、この減圧室を経由して地表側に出るようになっている。そして、図示省略のマテリアルロックは、作業室７において掘削した土砂をクレーン等によって排出する際等に利用される。

前記ケーソン中間部４は、第１ロットケーソン１１の上部に構築され、例えば、円筒状に形成されケーソン沈設深さに応じて適宜個数に分割されている。
本実施形態において、ケーソン中間部４は、例えば、３分割されているものとして、下側から第２ロットケーソン１２、第３ロットケーソン１３、第４ロットケーソン１４と呼ぶものとする。各ケーソン１２，１３，１４は、後述するように第１ロットケーソン１１が上層Ｇ１内を沈下するに従って鉛直方向に順次設置される。

前記ケーソン頂部５は、ケーソン中間部４の上部に構築されものであり、例えば、円筒状ケーソン５１と、この円筒状ケーソン５１の開口を閉塞する頂版となる円柱状の頂版５２とを含んで構成される。円筒状ケーソン５１は、例えば、その周壁２（外周壁）の外径をケーソン中間部４と合せて形成され、内径をケーソン中間部４の内径より大きくして形成される。以下において、この円筒状ケーソン５１を、第５ロットケーソン１５と呼ぶ。

次に、本発明に係るケーソン沈設方法の一実施形態を、ケーソンとして上記ニューマチックケーソン１を用いた場合について、図３〜図１８を参照して説明する。図３及び図４は第１柱体用のボーリング工程、図５及び図６は第１柱体構築工程、図７は第２柱体用のボーリング工程、図８及び図９は第２柱体構築工程、図１０及び図１１は第１ロットケーソン１１の設置工程、図１２及び図１３は第１ロットの掘削沈下工程、図１４は第２ロットケーソン１２の設置工程、図１５は第１〜第５ロットケーソン１１〜１５の設置状態、図１６は中埋めコンクリートの打設工程、図１７は頂版設置工程、図１８はケーソン上に橋脚を配置した状態をそれぞれ示す。
なお、図３〜図１８において、前述したマンロック及びマテリアルロックや、圧気用等の配管等については、図の簡略化のため図示省略している。さらに、図３〜図１８においては、図１に示した上層Ｇ１〜下層Ｇ３の各層の境界は、図の簡略化のため図示省略すると共に、Ｇ１〜Ｇ３をまとめて符号Ｇで略して示す。

本実施形態におけるケーソン沈設方法は、ニューマチックケーソン１を、刃先部６を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する方法であって、ニューマチックケーソン１の沈下領域における刃先部６下に位置する刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる２種類の柱体（２１，２２）を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群２３を予め構築し、刃先部６をこの地中柱体群２３の上端面上に据え付けた後、地中柱体群２３のうち刃先部６の下方部分を除去して、ニューマチックケーソン１を刃先部下方向に上記所定深さまで沈下させて設置するように構成され、具体的には、以下に詳述する、「ボーリング工程」、「地中柱体群構築工程」、「ケーソン設置工程」及び「ケーソン掘削沈下工程」を含んで構成される。本実施形態において、前記２種の柱体（２１，２２）は、第１の土質材料２１ｂからなる第１柱体２１と、第１の土質材料２１ｂより粘着力が低い第２の土質材料２２ｂからなりかつ第１柱体２１より強度の低い第２柱体２２と、からなる。

まず、図３及び図３に示すＢ−Ｂ線矢視断面図である図４に示すように、ニューマチックケーソン１の沈下領域における刃先部下方地盤Ｇ（Ｇ１〜Ｇ３）に、複数の孔２１ａを、互いに連通しないように間隔を空けて、該地盤の地表から下方に向かって、例えば、泥岩層からなる支持層Ｇ４の手前まで削孔する。各孔２１ａは、それぞれの孔中心が、例えば、図４に示すように、刃先部６周りの周壁２の輪郭線Ｌの線上に沿うようにして、削孔されている。孔２１ａは、例えば、周方向に等角度のピッチ（例えば、３０°）で削孔されている。この孔（以下「第１孔」と言う。）２１ａ内に、後述するようにして第１柱体２１が延設される。以下において、この工程を第１柱体用ボーリング工程と言う。この第１柱体用ボーリング工程と、後述する第２柱体用ボーリング工程とが、前述の「ボーリング工程」に相当する。
なお、第１孔２１ａ及び後述する第２孔２２ａの角度ピッチは、例えば、ニューマチックケーソン１の自重等に基づいて適宜定めればよい。この第１柱体用ボーリング工程の前に、ニューマチックケーソン１の沈下領域及び第１孔２１ａ及び後述する第２孔２２ａを囲むように、所定深さまでシートパイル（鋼矢板）ＳＰを予め地盤中に建て込み、ニューマチックケーソン１の沈設施工時における地表側での土留めを行っている。

次に、図５及び図６に示すように、第１柱体用ボーリング工程で削孔された各第１孔２１ａ内に、後に詳述する第２の土質材料２２ｂより粘着力が高い第１の土質材料２１ｂをそれぞれ充填して、第１の土質材料２１ｂから成る第１柱体２１を複数構築する。この第１の土質材料２１ｂは、ケーソン１に対して沈下抵抗力を作用させる粘着力とケーソン１を主に支持する強度（支持力）を有するように、ケーソン自重に応じて選定される。このようにして、第１の土質材料２１ｂからなる第１柱体２１を地盤上下方向に複数延設する。以下において、この工程を第１柱体構築工程と言う。この第１柱体構築工程と、後述の第２柱体構築工程とが、前述の「地中柱体群構築工程」に相当する。

また、本実施形態において、第１の土質材料２１ｂは、泥水に固化材を混練させてなる流動化処理土である。この流動化処理土は、第１孔２１ａ内に充填（打設）された後、徐々に硬化し、所定期間経過すると、目標の設計強度を有する第１柱体２１となる。この流動化処理土（２１ｂ）からなる第１柱体２１は、高い粘着力と強度を有するため、ケーソン沈下の際に、ニューマチックケーソン１の周壁２（特に刃先部６の周壁２）に対して沈下抵抗力を作用させると共に、ニューマチックケーソン１を安定して支持することができる。

そして、図７に示すように、各第１柱体２１の間のそれぞれにおいて、地盤の地表から下方に向かって、孔（以下「第２孔」と言う。）２２ａを、例えば泥岩層からなる支持層Ｇ４の手前まで削孔する。各第２孔２２ａは、第１孔２１ａと同様に、それぞれの孔中心が刃先部６周りの周壁２の輪郭線Ｌの線上に沿うように削孔されている。この第２孔２２ａ内に、後述するようにして第２柱体２２が延設される。以下において、この工程を第２柱体用ボーリング工程と言う。
本実施形態においては、第２孔２２ａは、第２柱体２２が第１柱体２１と隣接すると共に、第１孔２１ａの孔径と同じ孔径で、かつ、周方向に等角度のピッチ（例えば、３０°）で削孔されている。つまり、本実施形態においては、各孔（２１ａ、２２ａ）は、それぞれ、同径、同角度のピッチ（例えば、１５°）で、かつ、互いに間隔を空けずに、例えば、互いに接するようにして削孔されている。

次に、図８及び図９に示すように、第２柱体用ボーリング工程で削孔された各第２孔２２ａ内に、第１の土質材料２１ｂより粘着力が低い第２の土質材料２２ｂをそれぞれ充填し、第２の土質材料２２ｂから成る第２柱体２２を複数構築する。この第２の土質材料２２ｂは、第２孔２２ａ内に充填されて柱体となったときの強度が第１柱体２１より低くなり、かつ、ケーソン自重に応じて地中柱体群全体の粘着力を低減するように選定される。このようにして、第２の土質材料２２ｂからなり第１柱体より粘着力及び強度の低い第２柱体２２を地盤上下方向に複数延設する。以下において、この工程を第２柱体構築工程と言う。

このようにして、ケーソン沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる第１柱体２１と第２柱体２２とを、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群２３を予め構築する。
また、本実施形態においては、地中柱体群２３は、各柱体（２１，２２）の間隔を空けずに連続して構築される。具体的には、第１柱体２１と第２柱体２２は、図８及び図９に示したように、周方向について、交互に、かつ、互いに隣接するように配置されている。これにより、ケーソン沈下の際に周壁２と接する第１柱体２１の接触面積と、周壁２と接触する第２柱体２２の接触面積とを略同一にしている。

例えば、各柱体（２１，２２）の間隔が空いていない場合であって、第１柱体２１より強度の低い第２柱体２２がそれ自体だけで自立困難な場合に、第２柱体２２を第１柱体２１より先に構築し、その後に、第２柱体２２に接するように第１孔２１ａを削孔すると、第２の土質材料２２ｂが第１孔２１ａ側に崩れ込む可能性があるため、第２柱体の構築が困難となる。本実施形態においては、第１柱体２１を延設した後に第２柱体２２を延設しているため、第２柱体を容易に構築することができる。

そして、本実施形態において、第２の土質材料２２ｂは、単粒度（単一の粒度）の砕石であり、第２柱体２２は、第１柱体２１より通気性が高くなるように構成されている。

次に、図１０及び刃先部６周辺の拡大図である図１１に示すように、地中柱体群２３の上端面上に刃先部６を据え付けて、ニューマチックケーソン１の第１ロットケーソン１１を設置する。具体的には、第１ロットケーソン１１の周壁２の輪郭線Ｌが、各孔２１ａの孔中心に合うように配置する。
なお、この第１ロットケーソン１１の上述した設置工程と、図１４及び図１５で示した各ロットのケーソン１２，１３，１４，１５の設置工程とが、前述の「ケーソン設置工程」に相当する。

図１０及び図１１のように、第１ロットケーソン１１を地盤上に設置した後、周壁２の内側の地盤Ｇ（上層Ｇ１）と、刃先部６の下方部分を順次掘削除去して、図１２に示すように、第１ロットケーソン１１を刃先部下方向に沈下させる。

例えば、第１ロットケーソン１１の設置後、作業室７内を圧気し、その後、マンロックから作業者が作業室７内に入り、第１ロットケーソン１１の設置前に沈下領域の地盤上に配置した掘削機械等により、地盤等を掘削する。なお、掘削は、これに限らず、例えば、作業天井壁８に天井走行式ケーソン及び監視カメラ（図示省略）を設置して、作業室７外から遠隔操作にて掘削可能に構成してもよい。

具体的には、本実施形態においては、周壁２の内側の地盤Ｇを掘削すると共に、第１柱体２１のうち刃先部６の下方部分（例えば、刃先部６が貫入している部分の直下）の第１の土質材料２１ｂを掘削して空間を形成して、第２柱体２２のうち前記空間に隣接する部分の第１の土質材料２２ｂをケーソン自重によりケーソン内側に崩し落とすことで、地中柱体群２３のうち刃先部６の下方部分を除去して、ニューマチックケーソン１を沈下させる。これにより、地中柱体群２３については、第１柱体２１のみを掘削することによりニューマチックケーソン１を沈下させることができる。
なお、例えば、周壁２の外周側に吐出口が開口するように周壁２内に予め配管を埋め込んでおき、沈下作業中に、この配管を介して摩擦低減材を周壁２と地中柱体群２３との間に適宜注入して、沈下をより円滑に行うようにしてもよい。

より具体的には、図１２に示すＣ−Ｃ矢視断面図である図１３に示すように、刃先部６下の所定の各角度位置における第１柱体２１の掘削及びその第１柱体２１に隣接する両隣の第２柱体２２の第１柱体２１側部分を自然崩落させることを１つの作業単位とし、この作業単位の掘削を周方向に一つ飛ばしで順次行っていき（（２）〜（６））、一周したところで残りの掘削を上記同様に１つ飛ばしで順次行っていく（（７）〜（１２））。これにより、刃先部６が地中柱体群２３に貫入している部分が徐々に少なくなって、ケーソン支持力が徐々に少なくなり、自重等の沈下力が粘着力等の沈下抵抗力に抗して、ニューマチックケーソン１が沈下し始める。これを所定深さまで繰り返すことによって、第１ロットケーソン１１を刃先部下方向に徐々に沈下させる。なお、掘削順はこれに限らず、例えば、対角をなす領域毎（例えば、（１）−（４）、（９）−（１２）等）に順次行っていく等、適宜決めることができる。
このようにして、地盤（上層Ｇ１）及び地中柱体群２３の上記順次掘削により、第１ロットケーソン１１を所定の深さまで沈下させ、第１ロットケーソン１１の掘削沈下工程が完了する。その後、図１４に示すように、第１ロットケーソン１１の上部に第２ロットケーソン１２を設置する。

次に、図１４において、第１ロットケーソン１１の第１ロット掘削沈下工程と同様にして、第２ロット掘削沈下工程を行い、その後、更に、第３〜第５ロットのケーソン（１３，１４，１５）の設置及びそれぞれに対応する第３〜第５ロット掘削沈下工程を行い、図１５に示すように、第１ロットケーソン１１の刃先部６を支持層Ｇ４に貫入させる。そして、作業室７内の設備、マンロック、マテリアルロック及び各種配管等を撤去する。
なお、前述の第１ロット掘削沈下工程と、図１４及び図１５で示した第２ロット〜第５ロットケーソン（１２，１３，１４，１５）にそれぞれ対応する第２ロット掘削沈下工程〜第５ロット掘削沈下工程とが、前述した「ケーソン掘削沈下工程」に相当する。

そして、図１６に示すように、作業室７内への中埋めコンクリート１６ａを打設すると共に、第２ロットケーソン１２〜第４ロットケーソン１４の内部へ同様に中埋めコンクリート１６ｂを打設する。なお、第２ロットケーソン１２〜第４ロットケーソン１４の内部へは、中埋めコンクリート１６ｂに替って水を投入するようにしてもよいし、埋戻土を投入するようにしてもよいし、何も投入せず空洞にしてもよい。

次に、図１７に示すように、頂版５２を第５ロットケーソン１５の内部に配置して、第５ロットケーソン１５の開口を閉塞し、ニューマチックケーソン１の躯体が完成する。このようにして、ニューマチックケーソン１をその刃先部６が支持層Ｇ４に貫入する深さまで沈下させて設置し、橋脚の基礎を構築する工事が完了する。その後、図１８に示すように、頂版５２の上に橋脚が設置され橋脚下端を土砂等で埋戻すと共にシートパイルＳＰを撤去し、橋脚の設置が完了する。

本実施形態によるケーソン沈設方法によれば、ニューマチックケーソン１の刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる２種類の柱体（２１，２２）を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群２３を予め構築し、刃先部６を地中柱体群２３の上端面上に据え付け、その後、地中柱体群２３のうち刃先部６の下方部分を除去して、ニューマチックケーソン１を刃先部下方向に沈下させている。これにより、ケーソン自重に応じた支持力を有するように地中柱体群２３の一部を強度の高い第１柱体２１として、主にこの第１柱体２１によりニューマチックケーソン１を支持し、地中柱体群２３の残りの部分を粘着力の低い第２柱体２２として、地中柱体群２３全体の粘着力を低減させることで粘性の高い土質に起因するケーソンの急沈を抑制することができる。その結果、刃先部下方地盤を全体として支持力がありかつ適度な粘着力を有した土質に置換することができるため、例えば、大重量のケーソンであっても、ケーソンを安定して支持しつつ、適度な粘性によりケーソンを徐々に沈下させることができる。
このようにして、大重量のケーソンを安定して支持しつつ、ケーソンを急沈させることなく沈設することが可能なケーソン沈設方法及びこの方法に用いる地中柱体群を提供することができる。

また、このようにケーソンを急沈させることなく地盤中に沈設することができるため、刃先部６と掘削地盤の底部との衝突による振動及び騒音の発生を抑制することができ、ケーソンの沈設施工の周辺に悪影響を及ぼすことなく沈設施工が可能である。そのため、鉄道の線路、振動を嫌う重要構造物、民家等が近接している場所においても、ケーソン沈設工法を採用して建築構造物の基礎工事等を行うことができる。また、急沈抑制により、沈設施工の安全性を向上することもできる。そして、ケーソンを徐々に沈下させることができるため、ケーソンの地盤中への建込精度を向上させることができる。また、ニューマチックケーソン１の作業室７内の急激な気圧上昇の発生を防止することができると共に、作業室７内の圧気がケーソン外に漏れて、沈設施工の周辺の地表等から噴出するエアブローを抑制することができる。

ここで、ケーソンを支持可能な地耐力を有する支持層Ｇ４が地盤の比較的深い位置にあり、ケーソンをより深い位置まで沈下させなければならない沈設施工現場が多くなっている。このように、ケーソンの大深度沈設の場合、図１に示したように、地盤Ｇが粘土層や砂礫層等の強度や性質の異なる幾層もの地層で構成され、さらに、その地層がケーソンの沈下方向に対して斜めに層をなしていることが多いため、地盤Ｇの土質がケーソン沈下方向及びケーソン周方向に不均一な場合が多い。
このような場合、ケーソンを円滑に沈設することがより困難となるが、本実施形態においては、地中柱体群２３は各柱体（２１，２２）の間隔を空けずに連続して構築されているため、ケーソンの沈設領域の地盤Ｇがどのような土質であっても、ケーソンを円滑に沈設することができる。

また、本実施形態においては、第１の土質材料２１ｂとして泥水に固化材を混練させてなる流動化処理土を用いた。この流動化処理土からなる第１柱体２１は、掘削面が平滑であり崩れることがない。そのため、沈下掘削時における第１柱体２１の掘削を容易に行うことができる。また、流動化処理土は、高い粘着力と高い支持力（強度）とを兼ね備えており、ケーソンを主に支持すると共に、沈下抵抗を発生させる土質として好適である。

さらに、本実施形態においては、第２の土質材料２１ｂとして単粒度の砕石を用いたが、これに限らず、単粒度の砂利を用いてもよい。第２の土質材料２１ｂとして単粒度の砕石や単粒度の砂利を用いることにより、周壁２に作用する沈下抵抗力を効果的に低減することができる。なお、第２の土質材料２１ｂは、単粒度の砕石や砂利に限らず、第１の土質材料２１ｂより粘着力が低く、かつ、その第２の土質材料２２ｂからなる第２柱体２２の強度が第１柱体２１の強度より低くなるものであればよい。

さらにまた、本実施形態においては、第２の土質材料２２ｂは、単粒度の砕石であり、第２柱体２２は、第１柱体２１より通気性が高くなるように構成されている。これにより、ケーソン沈設施工中に、作業室７内の圧気が作業室７外に漏れることがあったとしても、通気性の高い第２柱体２２を通じて地表側へ圧気を排出することができる。したがって、ケーソンの沈設施工領域から離れた場所の地上に、圧気が排出されることをより効果的に防止することができる。なお、第２の土質材料２２ｂは、前述したように、単粒度の砕石に限らず、単粒度の砂利であってもよい。
また、このようなニューマチックケーソン１の沈設施工は、同時期に、隣接して複数個所で行われることがあると共に、地盤に砂層が含まれている場合があり、この場合、作業室７内の圧気が砂層を貫流して砂層内のガス等を隣接するニューマチックケーソン１側の作業室７に流入させてしまうことがある。したがって、地中柱体群２３を、地盤に含まれる砂層よりも通気性が高くなるように構成することにより、沈設施工が隣接して複数個所で行われている場合であっても、上記のような貫流を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

例えば、本発明に係るケーソン沈設方法は、ニューマチックケーソン１を所定深さまで沈下させた後に、第２柱体２２内に固化材を注入して固化体を構築する固化体構築工程を備えてもよい。固化体構築工程では、例えば、各ロットのケーソン１１〜１５の設置及び掘削沈下工程の後、詳しくは、図１８に示すように、ニューマチックケーソン１の躯体が完成した後、前述した摩擦低減材注入用の配管を介して第２柱体２２内に、セメントミルク等の固化材（グラウト）を注入して固化体を構築する。固化材は、第２の土質材料２２ｂの隙間に徐々に注入され、第２の土質材料２２ｂと結合する。
ニューマチックケーソン１の周辺地盤Ｇが、強度の比較的低い第２柱体２２を含む地中柱体群２３に置換されたままでは、沈設施工前の現地盤より強度が弱くなってしまう場合であっても、上記のように、第２柱体２２に固化材を注入することによって第２柱体２２を固化させて強度を高めることができる。したがって、例えば、躯体完成後に、地盤を施工前の現地盤と同等以上の強度に復旧することが要求される場合であっても、固化材を適宜選択することによって、地中柱体群２３に置換した部分全体を、現地盤と同等以上の強度に復旧させることができる。

また、本実施形態においては、地中柱体群２３は、第１柱体２１と第２柱体２２とを互いに隣接させて形成されるものとして説明したが、これに限らず、この地中柱体２３の外周面の内方にケーソン１の外周面が確実に位置するように、例えば、第１柱体２１と第２柱体２２とを互いに重ならせて形成されてもよい。これにより、ケーソンの沈下中にケーソン１の外周面（刃先部６の周壁２）を、地中柱体２３の外周面の内方に位置させて完全に覆うことができる。
また、第１柱体２１と第２柱体２２とは、少なくとも互いに隣接するように、間隔を空けずに配置される場合で説明したが、間隔が空いていてもよい。例えば、第１孔２１ａ及び第２孔２２ａのボーリング精度不良等により、第１柱体２１及び第２柱体２２の下方等において互いに若干の間隔が空いて、刃先部６の周壁２が直接地盤（例えば粘性土質）に接する場合であっても、それによりケーソンの急沈を引き起こすおそれがない程度であれば、間隔が空いていてもよい。また、本実施形態においては、第１柱体２１と第２柱体２２は、同径で形成され、かつ、周方向について交互に配置されるものとしたが、これに限らず、地中柱体群２３の水平断面（例えば、図８に示す断面）において、第１柱体２１と第２柱体２２とが地中柱体群２３の中心点に対して点対称に配置されていれば、それぞれの径及び配置については、どのように構成であってもよい。各柱体（２１，２２）の径や配置、及び、これらに基づく周壁２への接触面積の比率等は、刃先部下方地盤Ｇの粘着力及び強度、並びに、ニューマチックケーソン１の自重及び沈設箇所の深さ等に基づいて適宜定めればよい。

そして、第１の土質材料２１ｂから成る第１柱体２１を複数構築する第１柱体構築工程が完了した後、第２柱体構築用の第２孔２２ａを第１柱体２１と接するように削孔し、該第２孔２２ａ内に第２の土質材料２２ｂを充填して第２柱体２２を構築するものとして説明したが、これに限らない。例えば、大口径ケーソン等の沈設現場のように、施工機械等の設置場所に余裕がある場合等は、第１柱体構築工程開始後、該第１柱体構築工程が完了するのを待たずに、第２孔２２ａのボーリング工程及び第２柱体構築工程を第１柱体構築工程と並行して行うようにしてもよい。これにより、工期を短縮することができる。この場合において、第１の土質材料２１ｂとして流動化処理土を用いる場合は、例えば、目標の設計強度に達した第１柱体２１に隣接する箇所から、順次、第２孔２２ａの削孔及び第２柱体２２の構築を行う。

また、本実施形態において、ボーリング工程において削孔する各孔（２１ａ，２２ａ）の中心は、刃先部６の輪郭線Ｌの線上に沿うものとしたが、これに限らず、例えば、輪郭線Ｌから一定距離だけ外方又は内方にオフセットした輪郭線上に沿うようにしてもよい。この場合、刃先部６が全周にわたって、少なくとも各孔（２１ａ，２２ａ）の開口部と重なるように、オフセット量を調整する。

また、本実施形態において、ニューマチックケーソン１の第１ロットケーソン１１を、各孔（２１ａ，２２ａ）の孔中心に合わせて配置するものとしたが、第１ロットケーソンの設置は、これに限らず、前述したように孔中心を輪郭線Ｌから外方又は内方のオフセットさせた場合は、孔（２１ａ，２２ａ）の開口と刃先部６の重複面積が刃先部６の周方向に沿って略均一になるように配置すればよい。

上記説明では、地中柱体群２３は、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体（２１，２２）からなるものとしたが、柱体は２種類に限らず、３種類以上であってもよい。例えば、地中柱体群２３は、第２柱体２２を単粒度の砕石からなるものと単粒度の砂利からなるものとの２種類構築し、第１柱体２３と合わせて３種類の柱体からなるものとしてもよい。
また、ニューマチックケーソン１を橋脚１００の基礎としたが、ニューマチックケーソン１は、橋脚に限らず他の建築構造物の基礎として用いることができる。また、ニューマチックケーソン１は、建築構造物の基礎に限らず、地下構造物として用いることもできる。また、ケーソンとして、ニューマチックケーソン１を利用した場合で説明したが、ケーソンの種類は、これに限らず、底無しの筒からなる一般的なオープンケーソンであってもよい。また、ケーソンの外形は、円形のみでなく、多角形状のあらゆる形状を適用することができる。

１・・・・ニューマチックケーソン（ケーソン）
６・・・・刃先部
７・・・・作業室
２１・・・第１柱体
２１ａ・・第１孔
２１ｂ・・第１の土質材料（流動化処理土）
２２・・・第２柱体
２２ａ・・第２孔
２２ｂ・・第２の土質材料（単粒度の砕石又は単粒度の砂利）
２３・・・地中柱体群
Ｇ・・・・地盤
ＳＰ・・・シートパイル

Claims (11)

1. 刃先部を備えるケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
   前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、
   前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置する構成とし、
   前記複数種の柱体は、第１の土質材料からなる第１柱体と、第１の土質材料より粘着力の低い第２の土質材料からなりかつ前記第１柱体より強度の低い第２柱体と、からなり、
   前記第１柱体を延設した後に前記第２柱体を延設する、ケーソン沈設方法。
2. 刃先部を備えるケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
   前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、
   前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置する構成とし、
   前記複数種の柱体は、第１の土質材料からなる第１柱体と、第１の土質材料より粘着力の低い第２の土質材料からなりかつ前記第１柱体より強度の低い第２柱体と、からなり、
   前記第１柱体のうち前記刃先部の下方部分を掘削して空間を形成し、前記第２柱体のうち前記空間に隣接する部分をケーソン自重によりケーソン内側に崩し落とすことで、前記ケーソンを沈下させて設置する、ケーソン沈設方法。
3. 刃先部を備えるケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
   前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、
   前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置する構成とし、
   前記複数種の柱体は、第１の土質材料からなる第１柱体と、第１の土質材料より粘着力の低い第２の土質材料からなりかつ前記第１柱体より強度の低い第２柱体と、からなり、
   前記第１柱体を延設した後に前記第２柱体を延設し、
   前記第１柱体のうち前記刃先部の下方部分を掘削して空間を形成し、前記第２柱体のうち前記空間に隣接する部分をケーソン自重によりケーソン内側に崩し落とすことで、前記ケーソンを沈下させて設置する、ケーソン沈設方法。
4. 刃先部を備えるケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
   前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、
   前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置する構成とし、
   前記複数種の柱体は、第１の土質材料からなる第１柱体と、第１の土質材料より粘着力の低い第２の土質材料からなりかつ前記第１柱体より強度の低い第２柱体と、からなり、
   前記第２の土質材料は、単粒度の砕石又は単粒度の砂利であり、
   前記第２柱体は、前記第１柱体より通気性が高くなるように構成されている、ケーソン沈設方法。
5. 刃先部を備える円筒状のケーソンを、該刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
   前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する地中柱体群を予め構築し、
   前記刃先部を前記地中柱体群の上端面上に据え付けた後、前記地中柱体群のうち前記刃先部の下方部分を除去して、前記ケーソンを刃先部下方向に前記所定深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法。
6. 前記地中柱体群は、各柱体の間隔を空けずに連続して構築される、請求項１〜５のいずれか一つに記載のケーソン沈設方法。
7. 前記地中柱体群は、該地中柱体群の外周面の内方に前記ケーソンの外周面が位置するように形成される、請求項６に記載のケーソン沈設方法。
8. 前記第１の土質材料は、泥水に固化材を混練させてなる流動化処理土である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のケーソン沈設方法。
9. 前記ケーソンを前記所定深さまで沈下させた後に、前記第２柱体内に固化材を注入して固化体を構築する、請求項４に記載のケーソン沈設方法。
10. 刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定深さまで沈下されて設置される円筒状のケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤に、予め構築される地中柱体群であって、
    粘着力及び強度が相互に異なる複数種の柱体を、それぞれ地盤上下方向に延設してなり、かつ、ケーソン自重に応じた粘着力及び強度を有する、地中柱体群。
11. 前記地中柱体群は、各柱体の間隔を空けずに連続して構築される、請求項１０に記載の地中柱体群。