JP6423045B1 - ケーソン刃口 - Google Patents

Abstract

【課題】地中への沈設の際の抵抗をより軽減すること。
【解決手段】地中に沈設される沈設構造物（１００）の下端部を構成するケーソン刃口（４）であって、沈設構造物の沈設方向に直交する厚さが上端よりも薄く形成された薄肉部（６）を有し、沈設構造物の内面側における薄肉部の表面（６１）は、当該薄肉部の上端及び下端を含む仮想平面（Ｓ）に対して少なくとも一部が沈設構造物の外面側となる位置に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中に沈設される沈設構造物の下端部を構成するケーソン刃口に関する。

立坑や橋脚補強等の沈設構造物を地中に構築するために、複数のセグメントを連結、または、現場打ち躯体でリング体を構築し、リング体をその軸線方向に重ねて複数連結した沈設体を地中に沈設する沈設工法が知られている。
沈設体を地中に沈設する際には、施工場所の地表面上にケーソン刃口を設け、ケーソン刃口の内側の地盤を掘削した後、ケーソン刃口の上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、ケーソン刃口を地中に沈設していく。ある程度の深さまでケーソン刃口を沈設させた後、ケーソン刃口の上端に別のリング体を連結し、リング体の内側を掘削し、リング体の上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、リング体を地中に沈設していく。このように、複数のリング体の連結による沈設体の組み立てと、地盤の掘削及び沈設体の押圧とを順に繰り返すことで、沈設体を地中に沈設することができる。
図７に示すように、沈設構造物の下端部に存在するケーソン刃口１１０，１２０は、下端部（先端部）１１０ａ，１２０ａに向かうにつれて徐々に厚さが小さくなるように、一又は複数の傾斜部１１０ｂ，１２０ｂが形成されている（例えば、特許文献１参照）。これは、ケーソン刃口１１０，１２０の下端部１１０ａ，１２０ａの厚さを小さくすることで地中に沈設する際の抵抗を軽減し、沈設をより容易に行うためである。

特許第４０２５４６４号公報

しかし、図７（ａ）に示すようなケーソン刃口１１０においては、下端部（先端部）１１０ａに向かって厚さが小さくなっていくものの、途中までは上端部と厚さがそれ程変わらないため、沈設する際の抵抗を軽減する効果が低かった。また、図７（ｂ）に示すようなケーソン刃口１２０においては、下端部（先端部）１２０ａが尖って厚さが殆どないため、厚さを小さくするためにこれ以上傾斜部１２０ｂの傾斜をきつくすることはできなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、地中への沈設の際の抵抗をより軽減することができるケーソン刃口を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、地中に沈設される沈設構造物の下端部を構成するケーソン刃口であって、前記沈設構造物の沈設方向に直交する厚さが上端よりも薄く形成された薄肉部を有し、前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、当該薄肉部の上端及び下端を含む仮想平面に対して少なくとも一部が前記沈設構造物の外面側となる位置に形成されていることを特徴とする。

また、前記薄肉部は、下端部に向かうにつれて、徐々にまたは段階的に厚さが薄くなることが好ましい。

また、前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、少なくとも一部に一又は複数の曲面部を有することが好ましい。

また、前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、少なくとも一部に一又は複数の平面部を有することが好ましい。

また、前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、複数の平面部が連続する段部を有することが好ましい。

また、前記段部は、前記沈設構造物の沈設方向に直交する厚さ方向に延在する横平面部と、前記横平面部に隣接し、前記沈設構造物の沈設方向に延在する縦平面部と、を有することが好ましい。

本発明によれば、地中への沈設の際の抵抗をより軽減することができる。

地中に沈設された沈設構造物の概略を示す正面図である。 ケーソン刃口の断面図である。 ケーソン刃口を沈設する際の抵抗の軽減について説明する図である。 ケーソン刃口に作用する力を説明する図である。 従来のケーソン刃口に作用する力を説明する図である。 ケーソン刃口の変形例を示す一部断面図である。 従来のケーソン刃口の一部断面図である。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとり得る。

図１に示すように、沈設構造物１００は、例えば、立坑に適用されており、シールド工法等によって地中に構築されるトンネルＴの掘削開始地点や中間地点等に設けられ、沈設構造物１００の内側の空間Ｓがシールドマシンの搬送路や換気口となる。
図１に示すように、沈設構造物１００は、地中に沈設された沈設体１と、沈設体１の内側の底部に設けられた底盤部２と、沈設体１を地中に沈設する際に用いる沈設アンカー３と、を備えている。

（沈設体）
図１に示すように、沈設体１は、円筒状に構築されており、その軸線が鉛直方向に沿うように地中に沈設される。沈設体１は、平面視円環状のリング体をその軸線方向に複数連結して組み立てたものである。沈設体１を構成するリング体は、最下段のケーソン刃口４と、本リング７とが上下方向に積み上げられて構成されている。
ケーソン刃口４は、沈設体１の最下端に設けられるリング体であり、その下端に刃口を有している。ケーソン刃口４は、その歯先（先端）を外側に有している。本リング７は、ケーソン刃口４の上に複数段にわたって積み重ねられている。

図１、図２に示すように、ケーソン刃口４は、平面視円弧状に形成された複数のセグメントが環状に連結されて構成されている。ケーソン刃口４は、鋼製、コンクリート製のいずれであってもよい。

ケーソン刃口４は、その内周面側に、厚さが上端部よりも薄くなるように形成された薄肉部６を有している。ここで、ケーソン刃口４の厚さは、沈設体１の沈設方向に直交するケーソン刃口４の径方向に沿った長さ、すなわち、ケーソン刃口４の内面から外面までの長さをいう。薄肉部６は、ケーソン刃口４の高さ方向の途中から下端部（先端部）にわたって形成されている。薄肉部６は、その表面６１が、当該薄肉部６の上端（上方の始点）Ａ及び下端（下方の終点）Ｚを含む一つの仮想平面Ｓに対して少なくとも一部が沈設体１の外面側となる位置に形成されている。なお、図２に示すように、薄肉部６の上端に、ケーソン刃口４の厚さ方向に沿って延在する平面が形成されている場合には、仮想平面Ｓは、上端に形成されている平面におけるケーソン刃口４の外側の端部と下端（下方の終点）を含む一つの平面とする。薄肉部６の表面６１は、沈設された際の下端部に向かうにつれて、段階的に厚さが薄くなるように階段状に形成されている。

薄肉部６の表面６１は、階段状に形成され、複数の平面が連続する段部６２を有している。段部６２は、ケーソン刃口４の厚さ方向（ケーソン刃口４の沈設方向に直交する方向）に沿って延在する横平面部６３と、横平面部６３に隣接し、ケーソン刃口４の沈設方向に沿って延在する縦平面部６４とを有している。段部６２において、横平面部６３と縦平面部６４はケーソン刃口４の高さ方向に交互に形成されている。横平面部６３と縦平面部６４は、互いの面同士が直交している。薄肉部６は、沈設された際の下端部に向かうにつれて、形成されている横平面部６３の長さの分だけ段階的に厚さが薄くなっている。

（底盤部）
図１に示すように、底盤部２は、沈設構造物１００の基礎になると共に、地中の地下水が沈設体１の内側に湧き出すことを防止する。
底盤部２は、例えば、水中コンクリートによって構築されている。底盤部２は、その上面がほぼ水平面に沿うように構築されている。

（沈設アンカー）
図１に示すように、沈設アンカー３は、沈設体１を地中に沈設する工程において、最上端のリング体の上方からそのリング体に力を加えて地中に押し込む際に、地盤に反力をとるものである。図１に示すように、沈設アンカー３は、沈設体１の沈設位置の外側かつ下方に掘削された地盤に埋設、固定される定着部３１と、定着部３１に連結され、沈設体１の外壁面に沿って地表まで延び、リング体を押し込む沈設装置（図示略）の不動部分（基礎部等）に連結される連結部３２とを有している。
定着部３１は、例えば、掘削された地盤に流し込まれたグラウトによって形成されている。定着部３１は、沈設体１の最下端のケーソン刃口４よりも外側において、ケーソン刃口４よりも深い位置に構築されている。
連結部３２は、例えば、鋼線（ワイヤロープ）によって形成されている。連結部３２の下端部は、グラウトの固化により定着部３１に埋設、固定されており、上端部は、沈設装置の不動部分に連結、固定されている。
定着部３１及び連結部３２は、地表面に対して垂直な方向に沿って同一軸線上に延びるように形成されている。

以上のように、ケーソン刃口４は、沈設体１の沈設方向に直交する厚さが上端部よりも薄く形成された薄肉部６を有しており、薄肉部６の内側の表面６１は、当該薄肉部６の上端Ａ及び下端Ｚを含む一つの仮想平面Ｓに対して少なくとも一部が沈設体１の外面側（ケーソン刃口４の外周面側）となる位置に形成されているので、図３に示すように、ケーソン刃口４と従来のケーソン刃口５０とを地盤に同じ深さまで沈設させて比較した際に、地盤に沈設されているケーソン刃口４の最大幅Ｂがケーソン刃口５０の幅ｂよりも小さくなっている。この幅Ｂは、沈設体１を沈設させる際の地盤からの抵抗力に大きな影響を及ぼすため、ケーソン刃口４の幅Ｂがケーソン刃口５０の幅ｂより小さくなった分だけ沈設時の抵抗を軽減することができる。これにより、従来よりも少ない力で沈設体１を沈設することができるので、硬質な地盤への沈設が可能となる。また、同じ力でケーソン刃口４を押圧した場合、従来よりも沈設量を増やすことができるので、作業効率が向上する。
その一方で、ケーソン刃口４の上端部の厚さＴは従来のケーソン刃口５０の厚さｔと変わらないので、薄肉部６を設けても沈設後にケーソン刃口４の剛性不足で沈設体１が不安定になることがない。
また、薄肉部６の表面６１は、階段状の段部６２として形成されているので、沈設体１の内側の土砂を掘削する際に、薄肉部６の内側に存在する土砂が崩れやすくなるので、沈設体１の内側の土砂の掘削効率が向上する。

また、薄肉部６の表面６１には、沈設体１の沈設方向に直交する横平面部６３と、沈設体１の沈設方向に沿う縦平面部６４とを有する段部６２が形成されているので、図４に示すように、沈設体１の底盤部２のコンクリートを打設後、底盤部２から作用する押圧力（揚圧力）Ｆは、沈設方向に沿って地表面に向かって発生するが、この押圧力Ｆは横平面部６３に正面から作用し、縦平面部６４には作用しない。これにより、図５に示すように、内面側に傾斜部５１を有する従来のケーソン刃口５０と異なり、沈設方向に交差し、ケーソン刃口４を外側に向けて押し出そうとする力ｆ（フープテンションｆ）がケーソン刃口４に作用することがないので、フープテンションｆでケーソン刃口４が広がることもなく、ケーソン刃口４の損壊やこの損壊による沈設体１内部への地下水の流入を防ぐことができる。

＜変形例＞
ケーソン刃口４の形状は、上記の形態に限られず、沈設時の抵抗を軽減するという目的を達成する限りにおいて、変更可能である。
例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、薄肉部６ａ，６ｂは、段階的に厚さが小さくなるものに限らず、ケーソン刃口４ａ，４ｂの下端部に向かうにつれて徐々に厚さが小さくなるものでもよい。薄肉部６ａ，６ｂの表面は、一つの曲面部６２ａ，６２ｂを有している。なお、薄肉部６ａ，６ｂの表面は、複数の曲面部を有していてもよいし、一部だけに曲面部を有していてもよい。図６（ａ）と図６（ｂ）との違いは、ケーソン刃口４ａ，４ｂの下端面が傾斜面か水平面かの違いである。
図６（ｃ）に示すように、薄肉部６ｃは、ケーソン刃口４ｃの下端部に向かうにつれて徐々に厚さが小さくなるものであり、薄肉部６ｃの表面は、二つの平面部６２ｃを有している。なお、薄肉部６ｃの表面は、複数の平面部から形成されていてもよいし、一部だけに平面部が形成されていてもよい。
図６（ｄ）に示すように、薄肉部６ｄは、ケーソン刃口４ｄの下端部に向かうにつれて徐々に厚さが小さくなるものであり、薄肉部６ｄの表面は、一つの曲面部６２ｄとこの曲面部６２ｄに連続する一つの平面部６２ｅとを有している。なお、薄肉部６ｄの表面は、複数の曲面部及び平面部を有していてもよいし、一部だけに曲面部及び平面部を有していてもよい。
図６に示されたいずれの場合も、全ての薄肉部６ａ〜６ｄの各表面６２ａ〜６２ｅは、その上端Ａから下端Ｚを含む一つの仮想平面Ｓに対して少なくとも一部（各表面６２ａ〜６２ｅについては全て）が沈設体１の外周面側の位置に形成されている。

１ 沈設体
２ 底盤部
３ 沈設アンカー
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ ケーソン刃口
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 薄肉部
６１ 表面
６２ 段部
６２ａ，６２ｂ，６２ｄ 曲面部
６２ｃ，６２ｅ 平面部
６３ 横平面部
６４ 縦平面部
１００ 沈設構造物
Ｓ 仮想平面

Claims (4)

1. 地中に沈設される沈設構造物の下端部を構成するケーソン刃口であって、
   前記沈設構造物の沈設方向に直交する厚さが上端よりも薄く形成された薄肉部を有し、
   前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、前記沈設構造物の沈設方向に直交する厚さ方向に延在する横平面部と、前記横平面部に隣接し、前記沈設構造物の沈設方向に延在する縦平面部と、を有し、
   前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、前記横平面部における前記沈設構造物の外面側の端部及び前記薄肉部の下端を含む仮想平面に対して少なくとも一部が前記沈設構造物の外面側となる位置に形成されていることを特徴とするケーソン刃口。
2. 前記薄肉部は、下端部に向かうにつれて、徐々にまたは段階的に厚さが薄くなることを特徴とする請求項１に記載のケーソン刃口。
3. 前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、少なくとも一部に複数の前記横平面部又は複数の前記縦平面部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のケーソン刃口。
4. 前記沈設構造物の内面側における前記薄肉部の表面は、前記横平面部と前記縦平面部が連続する段部を複数有することを特徴とする請求項３に記載のケーソン刃口。

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