JP6453165B2 - 底版構築方法および底版構造 - Google Patents

Description

本発明は、オープンケーソンの底版構築方法および底版構造に関する。

立坑等を構築する際に、ケーソンと呼ばれるコンクリート製または鋼製の箱型（筒状）部材を地中に沈設するケーソン工法が採用される場合がある。
ケーソン工法には、主にオープンケーソン工法とニューマチックケーソン工法とがある。このうちオープンケーソン工法は、筒状のケーソン底部の開口において地盤を掘削しつつ、ケーソンを連続して沈設する工法である。オープンケーソン工法により、所定の深さまで掘削が完了したら、立坑（ケーソン）の底部にコンクリートを打設して底版を形成する。

水中や地下水位が高い箇所においてオープンケーソン工法を採用する場合には、掘削時および沈設時の地下水圧に対して、ケーソン内の滞水重量で抵抗する。また、オープンケーソン工法では、所定の深さまで掘削が完了したら、刃口において水密性の高い刃口コンクリートを水中打設したのち、刃口コンクリートの上面に底版コンクリートを打設することで底版を形成するのが一般的である。刃口コンクリートの打設は、立坑の水密性を確保するために、１回の打設で所定の厚みに打ち上げる必要がある。
ところが、１日に打設可能なコンクリート量には制約があるため、立坑が大口径の場合には１回の打設で刃口コンクリートを打ち上げるのは困難であった。

そのため、特許文献１には、格子状に分割された鋼製の蓋材を沈設することによりケーソンの底部を覆った後、コンクリートを打設する底版構築方法が開示されている。この方法によれば、格子により複数に分割された各領域にコンクリートを打設することで、１回の打設で所定の厚さにコンクリートを打ち上げることが可能となる。また、各領域に打設されたコンクリートは、格子状の蓋材を介して一体性を確保することができる。

特開２００６−１８３２７６号公報

特許文献１の蓋材は、ケーソンの底部を全面的に覆うように形成されているため、重量（鋼材量）が過大となる。蓋材の重量が大きいと、架設および沈設の作業に手間がかかるため工期短縮化の妨げになるとともに、工費低減化の妨げとなる。
また、蓋材の安定性を確保するためには、蓋材を載置する掘削底面を平滑にする必要があるが、大深度の立坑では底面（掘削面）の平滑性を確保するのが困難であった。さらに、品質の確保を目的として、掘削底面に堆積するスライムを除去する必要があるが、蓋材を載置した状態での掘削底面のスライム除去は困難であった。

このような観点から、本発明は、簡易に施工することが可能で、なおかつ高品質な施工を可能とした底版構築方法および底版構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の底版構築方法は、オープンケーソン工法により立坑を形成する立坑構築工程と、複数の箱状部材を組み合わせることにより環状の鋼製枠材を形成する枠材構築工程と、前記鋼製枠材を沈降させて、当該鋼製枠材を前記立坑の掘削底面に載置する枠材沈設工程と、前記鋼製枠材の内部および周囲にコンクリートを打設する打設工程とを備えることを特徴としている。
かかる底版構築方法によれば、中央部に開口部（中央開口部）を有する環状の鋼製枠材を使用しているため、鋼材量を低減させることができる。そのため、施工時の手間および材料費を低減させることができる。
鋼製枠材に中央開口部が形成されているため、鋼製枠材で掘削底面全体を覆う場合に比べて、掘削底面の不陸を吸収しやすい。また、中央開口部の底面に釜場を形成することも可能となる。釜場を形成すれば、掘削底面のスライム除去を行うことができ、高品質施工が可能となる。

なお、前記打設工程では、前記鋼製枠材の内部にコンクリートを注入した後、前記鋼製枠材により囲まれた中央開口部にコンクリートを打設し、その後、刃口と前記鋼製枠材との間にコンクリートを打設すればよい。
こうすることで、コンクリート打設時に鋼製枠材が移動することを防止でき、その結果、高品質施工が可能となる。

前記枠材構築工程では、前記鋼製枠材を前記立坑内の水面で一旦浮体させ、前記枠材沈設工程では、前記鋼製枠材の内部に注水することにより当該鋼製枠材を沈降させればよい。
鋼製枠材を立坑内の水面で浮体させた状態で形成すれば、地上部で組み立てた鋼製枠材を立坑の上方に移動させて沈設する場合に比べて、作業の手間を大幅に削減することができる。
なお、前記鋼製枠材に複数本のトレミー管を取り付けた状態で、当該鋼製枠材を沈降させれば、コンクリート打設時のトレミー管の配管作業を省略することが可能となる。

また、本発明の底版構造は、複数の箱状部材を組み合わせることにより環状に形成された鋼製枠材と、ケーソン刃口と前記鋼製枠材との隙間に充填された刃口コンクリートと、前記環状の鋼製枠材の中央開口部に打設された中央コンクリートと、前記鋼製枠材の内部に注入された内部コンクリートとを備えることを特徴としている。
かかる底版構造によれば、鋼製枠材が中央に中央開口部を有しているため、鋼材量を低減することが可能となる。そのため、施工時の手間および施工費の低減化が可能となる。
また、中央開口部を利用してスライム除去を行えば、立坑の品質を向上させることができる。

なお、前記底版構造が、中央コンクリート内に埋め込まれた格子状の鉄筋と、前記中央コンクリートと前記内部コンクリートとに跨って配筋された接続筋とを備えていれば、大深度の立坑に適用する場合であっても、地下水圧に抵抗する曲げ部材として十分な耐力を発現する底版構造となる。

本発明の底版構築方法および底版構造によれば、簡易かつ安価にオープンケーソンの底版を施工することが可能となり、なおかつ高品質な立坑を構築することが可能となる。

本発明の実施形態の立坑を示す縦断図である。 図１の立坑の底版を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 鋼製枠材の一部を示す拡大図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 他の形態に係る鋼製枠材の一部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は枠材構築工程を示す縦断図、（ｂ）底版の配筋図である。 枠材沈設工程を示す図であって、（ａ）は縦断図、（ｂ）は平面図である。 打設工程を示す縦断図である。

本実施形態では、オープンケーソン工法により形成された立坑１の底版２について説明する。
立坑１は、図１に示すように、複数のケーソン１１，１１，…を鉛直方向に連続して沈設することにより形成されている。本実施形態の立坑１は、平面視円形を呈しているが、立坑１の形状は限定されない。また、立坑１の深さも限定されるものではなく、立坑１の用途等に応じて適宜決定すればよい。
立坑１は、比較的地下水位が高い地盤に形成されている。そのため、立坑１の下部は、地下水圧および土圧に対して十分な耐力を発現するように、壁厚（ケーソン１１の部材厚）が増加されている。
立坑１の側壁部分（ケーソン１１）には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、上端からケーソン刃口１２に至る鉛直管１３が配管されている。

底版２は、立坑１の下端（ケーソン刃口１２の下端）から所定の厚みを有して形成されている。
本実施形態の底版２は、図１に示すように、底版上部２１と底版下部２２とを備えている。
底版上部２１は、底版下部２２の上面にコンクリートを打設することにより形成された部分である。
本実施形態では上下２層に分けて底版上部２１のコンクリートを打設するが、底版上部２１は１層でもよいし、３層以上でもよい。

底版下部２２は、水が貯留された立坑内に水中コンクリートを打設することにより形成された部分である。
底版下部２２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、鋼製枠材３と、内部コンクリート４と、中央コンクリート５と、刃口コンクリート６と、上面コンクリート７とにより一体に形成されている。

鋼製枠材３は、複数の箱状部材３１，３１，…を組み合わせることにより平面視リング状に形成されている。なお、鋼製枠材３の形状は限定されるものではなく、立坑１の形状に応じて適宜設定すればよい。
箱状部材３１は、平面視扇状を呈している。本実施形態では、８個の箱状部材３１を連結することにより環状の鋼製枠材３を形成するが、箱状部材３１の数は限定されない。

箱状部材３１は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように鋼材３１ａ〜３１ｃと鋼板３１ｄとを組み合わせることにより箱型に形成されている。各鋼材を構成する材料は限定されるものではないが、例えば、Ｈ形鋼等の鋼材により構成すればよい。
箱状部材３１の骨組は、複数の横材３１ａを組み合わせることにより形成された４段の枠と、上下の枠を連結する縦材３１ｂとにより扇状に形成されている。なお、枠の角部には、斜材３１ｃにより補強されている。骨組みの外周囲は、鋼板３１ｄにより覆われている。
各箱状部材３１には、コンクリート打設用の注入孔３２が形成されている。なお、注入孔３２の数、配置および形状等は、適宜設定すればよい。

なお、鋼製枠材３の構成は限定されるものではない。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、上面が開放された箱状部材３１を使用してもよい。
かかる箱状部材は、鋼材（横材３１ａ、縦材３１ｂおよび斜材３１ｅ）を箱型に組み合わせることにより形成されている。鋼製枠材３の外周に面する縦材３１ｂに、内周側の縦材３１ｂよりも長い鋼材を使用し、底版下部２２に必要な高さを確保する。外周側の縦材３１ｂの上端と内周側の縦材３１ｂ上端は、斜材３１ｅにより連結されている。また、横方向に隣り合う縦材３１ｂ同士は、横材３１ａにより連結されている。
箱状部材３１の側面および底面は、鋼板（せき板３１ｄ）により遮蔽されている。なお、箱状部材３１の上面は開放されている。

内部コンクリート４は、鋼製枠材３の内部に充填されたコンクリートの硬化体である。
本実施形態では、箱状部材３１の注入孔３２を利用してコンクリートを注入するが、内部コンクリート４のコンクリート打設方法は限定されない。
本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、中央コンクリート５と内部コンクリート４との間に跨って接続筋５２が配筋されている。なお、接続筋５２の配筋ピッチや鉄筋径等は限定されるものではなく、想定される応力や、格子状鉄筋５１との位置関係等に応じて適宜設定すればよい。

中央コンクリート５は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、環状の鋼製枠材３の中央開口部（鋼製枠材３の中央部に形成された空間）３３に打設されたコンクリートの硬化体である。
本実施形態の中央コンクリート５には、図５（ｂ）に示すように、格子状鉄筋５１が埋め込まれている。格子状鉄筋５１の鉄筋径や配筋ピッチ等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、中央コンクリート５には、格子状鉄筋５１に代えて鉄筋籠を配筋してもよい。なお、格子状鉄筋５１は、必要に応じて接続筋５２と連結する。

刃口コンクリート６は、図２（ｂ）に示すように、ケーソン刃口１２の内面と鋼製枠材３の外面との隙間に充填されたコンクリートの硬化体である。
刃口コンクリート６の外周面（ケーソン刃口１２側の面）は、ケーソン刃口１２の形状に応じて、上に向うに従って縮径するように傾斜している。一方、刃口コンクリート６の内周面（鋼製枠材３側の面）は、垂直に立設している。すなわち、刃口コンクリート６は、断面視台形を呈している。なお、刃口コンクリート６の形状は限定されるものではなく、立坑１や鋼製枠材３の形状に応じて、適宜形成すればよい。
上面コンクリート７は、図２（ｂ）に示すように、ケーソン刃口１２よりも上方に打設されたコンクリートの硬化体であり、底版上部２１の上面を覆うように版状に形成されている。

底版２の構築は、立坑構築工程、枠材構築工程、枠材沈設工程および打設工程により行う。
立坑構築工程は、オープンケーソン工法により立坑１を形成する工程である。
立坑１は、地盤を掘削するとともに、地上からケーソン１１を地中に沈設することにより行う。
ケーソン１１は、地上部において形成する。

枠材構築工程は、図５（ａ）に示すように、複数の箱状部材３１，３１，…を組み合わせることにより環状の鋼製枠材３を形成する工程である。
まず、地上において、箱状部材３１の下部を組み立てる。箱状部材３１の下部（本実施形態では、横材３１ａの枠を２段分）を組み立てたら、クレーンを利用して、立坑１内に配置する。このとき、立坑１内には水Ｗが貯留されていて、箱状部材３１はこの水面に浮体させておく。
水面に箱状部材３１の下部を配設したら、水上で箱状部材３１の中間部および上部を形成して、鋼製枠材３を水上で形成する。

続いて、鋼製枠材３の中央開口部３３に跨る鋼殻接続材３４を平面視十字状に横架させるとともに、鉄筋５１，５２を配筋する。なお、鋼殻接続材３３を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、Ｈ形鋼を使用すればよい。
なお、鋼製枠材３は、地上で組み立てたものを立坑１内に配置してもよい。この場合には、鋼殻接続材３４の設置および鉄筋５１，５２の配筋を地上で行ってもよい。

鋼製枠材３の組み立てとともに、鋼製枠材３には、トレミー管（打設管）３５を取り付けておく。トレミー管３５は、箱状部材３１の注入孔３２に挿通して、鋼製枠材３の内部に到達させる。また、本実施形態では、鋼製枠材３の外面および鋼製枠材３の中央開口部３３にもそれぞれトレミー管３５を設けておく。なお、中央開口部３３へ至るトレミー管３５は、鋼殻接続材３４に固定すればよい。

枠材沈設工程は、鋼製枠材３を沈降させて、立坑１の掘削底面に載置する工程である。
鋼製枠材３の沈設は、図６（ａ）に示すように、懸下ジャッキ１６を利用して行う。懸下ジャッキ１６は、立坑１の上端部に形成された架台１４に設置する。架台１４は、立坑１の上端において、内側に張り出すように形成されている。
材料沈設工程では、鋼製型枠３の内部に注水を行い、鋼製型枠３の浮力を低下させる。なお、鋼製型枠３内への注水は、必要に応じて行えばよい。
また、鋼製枠材３を沈設する際には、トレミー管３５を適宜延長させる。トレミー管３５の上端は、常に水面よりも上方に突出した状態とする。
本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、複数の覆工板１５により立坑１の上面を覆った状態で鋼製枠材３を沈設するが、覆工板１５は必要に応じて敷設すればよい。

打設工程は、鋼製枠材３の内部および周囲にコンクリートを打設する工程である。
打設工程では、図７に示すように、ポンプにより圧送されたコンクリートをトレミー管３５に流し込むことにより、立坑１の底部にコンクリートを輸送する。
打設工程は、鋼製枠材３の内部にコンクリート（内部コンクリート４）を注入する第一ステップと、鋼製枠材３により囲まれた中央開口部３３にコンクリート（中央コンクリート５）を打設する第二ステップと、ケーソン刃口１２と鋼製枠材３との間にコンクリート（刃口コンクリート６）を打設する第三ステップと、鋼製枠材３の上方にコンクリート（上面コンクリート７）を打設する第四ステップと、立坑１内の水を揚水する第五ステップと、底版上部２１のコンクリートを打設する第六ステップとを備えている。

なお、コンクリートの打設に先立ち、鉛直管１３から水を噴射することにより、立坑底部（掘削底面）に堆積するスライムを除去する。鉛直管１３から噴射された水およびスライムは、立坑１の底部中央（中央開口部３３）に形成された釜場からサンドポンプによりポンプアップして排出する。
立坑１の底部のスライム除去は、鉛直管１３（図２参照）からエアを噴出することにより行ってもよい。また、スライム除去は、必要に応じて実施すればよい。さらに、釜場は必要に応じて形成すればよい。

第一ステップでは、注入孔３２に接続されたトレミー管３５を介して、箱状部材３１毎に水中コンクリート（内部コンクリート４）を打設する。箱状部材３１同士は、せき板により仕切られているため、箱状部材３１毎にコンクリートを充填することができる。コンクリートの打設は、トレミー管３５により下側から打設するものとし、トレミー管３５は、打設コンクリートの上面の上昇に伴って上昇させる。
なお、第一ステップにおいて、箱状部材３１の下部のみにコンクリートを打設し、その他の部分については、中央開口部３３のコンクリート打設と同時に実施してもよい。

第二ステップでは、鋼殻接続材３４に取り付けられたトレミー管３５を利用して、中央開口部３３に水中コンクリート（中央コンクリート５）を打設する。コンクリートの打設は、トレミー管３５により下側から打設するものとし、トレミー管３５は、打設コンクリートの上面の上昇に伴って上昇させる。
第三ステップでは、鋼製枠材３の側面に取り付けられたトレミー管３５を利用して水中コンクリート（刃口コンクリート６）を打設する。コンクリートの打設は、トレミー管３５により下側から打設するものとし、トレミー管３５は、打設コンクリートの上面の上昇に伴って上昇させる。刃口コンクリート６の打設範囲は、鋼製枠材３とケーソン刃口１２との隙間に限定されているため、１回の打設により所望の高さ（鋼製枠材３の上面）まで打設することができる。

第四ステップでは、トレミー管３５を利用して、鋼製枠材３の上方に水中コンクリート（上面コンクリート７）を打設する。コンクリートの打設は、トレミー管３５により下側から打設するものとし、トレミー管３５は、打設コンクリートの上面の上昇に伴って上昇させる。
第五ステップでは、底版下部２２により立坑１の底面が遮蔽された状態で立坑１内の水を排出する。水の排水は、水中ポンプを利用して行う。
第六ステップは、立坑１内がドライな状態で、コンクリートを打設することにより底版上部２１を形成する。底版上部２１は、立坑１の床面を形成する。

本実施形態の底版２および底版構築方法の作用効果は、次の通りである。
１日に打設可能なコンクリート量となるように底版２がブロック分け（内部コンクリート４、中央コンクリート５、刃口コンクリート６）されているため、ブロック毎に必要な厚さまでコンクリート打設を行うことができる。
また、内部コンクリート４、中央コンクリート５および刃口コンクリート６は、鋼製枠材３を介して一体化されている。そのため、打ち継ぎ等の界面がなく、漏水を最小限に抑えることができるとともに、立坑１に側壁に作用する地下水圧および土圧に対して十分な耐力を発現する。

鋼製枠材３は、大規模な構造体であるものの、比較的軽量な複数の箱状部材３１に分割されているため、組立作業性に優れている。
また、鋼製枠材３の組立作業は、立坑１内の水面で行うため、地上で組み立てたものを搬入する場合に比べて、搬入時の手間を大幅に削減することができる。また、揚重機（クレーン）等の仕様を小さくすることもできる。
なお、鋼製枠材３は、環状に形成されているため、鋼材量を低減することで、費用の低減化を図ることができる。
鋼製枠材３の沈設は、内部に注水して重量を増加させながら行うため、懸下ジャッキの負荷を小さくし、効率的な施工を可能としている。

中央開口部３３に鉄筋（格子状鉄筋５１および接続筋５２）を配筋しているため、底版２の曲げ耐力が大きい。
また、中央開口部３３からスライムを除去しているので、品質がよい。
鋼製枠材３は環状に形成されていて、掘削底面との設置面積が小さいため、掘削底面全体を鋼製枠材で覆う場合に比べて、掘削底面の不陸を吸収しやすい。

内部コンクリート４を打設してから中央コンクリート５を打設するため、中央コンクリート５のコンクリート圧によって、鋼製枠材３が移動することを防止できるとともに、鋼製枠材３の下方からコンクリートが流出することも防止できる。
また、刃口コンクリート６は、内部コンクリート４および中央コンクリート５を打設した後に打設するめ、刃口コンクリート６のコンクリート圧による鋼製枠材３の位置ずれを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、立坑１の用途は限定されるものではない。
内部コンクリート４、中央コンクリート５および刃口コンクリート６の打設の順序は前記実施形態の順序に限定されるものではない。例えば、刃口コンクリート６を中央コンクリート５の前に打設してもよい。
前記実施形態では、トレミー管３５を延長させながら鋼製枠材３を沈設する場合について説明したが、トレミー管３５は、鋼製枠材３の沈設後に配管してもよい。例えば、鋼製枠材３に取り付けられたトレミー管３５にガイドワイヤーを連結しておき、このガイドワイヤーを利用してトレミー管３５を後から接続してもよい。

鋼製枠材３のせき板３１ａ（底面に配設される鋼板以外の鋼板）に有孔鉄板（いわゆるパンチングメタル）を採用すれば、さらなる重量の低減化を図ることができる。このとき、有孔鉄板の孔は、骨材の径以下の内径とする。
鋼製枠材３とコンクリートとの一体性を高めることを目的として、鋼製枠材３の側面にジベル等を配設してもよい。
中央開口部３３の格子状鉄筋５１および接続筋５２は必要に応じて配筋すればよく、必ずしも配筋する必要はない。
刃口コンクリート６は、立坑１の側壁（ケーソン１１）に設けられた鉛直管を介して打設してもよい。

１ 立坑
１１ ケーソン
１２ ケーソン刃口
１３ 鉛直管
１４ 架台
１５ 覆工板
１６ 懸下ジャッキ
２ 底板
２１ 底版上部
２２ 底板下部
３ 鋼製枠材
３１ 箱状部材
３２ 注入孔
３３ 中央開口部
３４ 鋼殻接続材
３５ トレミー管
４ 内部コンクリート
５ 中央コンクリート
５１ 格子状鉄筋
５２ 接続筋
６ 刃口コンクリート

Claims (6)

1. オープンケーソン工法により立坑を形成する立坑構築工程と、
   複数の箱状部材を組み合わせることにより環状の鋼製枠材を形成する枠材構築工程と、
   前記鋼製枠材を沈降させて、当該鋼製枠材を前記立坑の掘削底面に載置する枠材沈設工程と、
   前記鋼製枠材の内部および周囲にコンクリートを打設する打設工程と、を備えることを特徴とする、底版構築方法。
2. 前記打設工程は、
   前記鋼製枠材の内部にコンクリートを注入する第一ステップと、
   前記鋼製枠材により囲まれた中央開口部にコンクリートを打設する第二ステップと、
   刃口と前記鋼製枠材との間にコンクリートを打設する第三ステップと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の底版構築方法。
3. 前記枠材構築工程では、前記鋼製枠材を前記立坑内の水面で一旦浮体させ、
   前記枠材沈設工程では、前記鋼製枠材の内部に注水することにより当該鋼製枠材を沈降させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の底版構築方法。
4. 前記枠材沈設工程では、前記鋼製枠材に複数本のトレミー管を取り付けた状態で、当該鋼製枠材を沈降させることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の底版構築方法。
5. 複数の箱状部材を組み合わせることにより環状に形成された鋼製枠材と、
   ケーソン刃口と前記鋼製枠材との隙間に充填された刃口コンクリートと、
   前記環状の鋼製枠材の中央開口部に打設された中央コンクリートと、
   前記鋼製枠材の内部に注入された内部コンクリートと、を備えることを特徴とする底版構造。
6. 中央コンクリート内に埋め込まれた格子状の鉄筋と、
   前記中央コンクリートと前記内部コンクリートとに跨って配筋された接続筋と、を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の底版構造。

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