JP6537183B2 - 水中重錘落下締固め工法用重錘およびこの重錘を用いた水中重錘落下締固め工法 - Google Patents
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Description
(1)重錘が大型となるため構成部材が多く、運搬コストが高くなる。
(2)重錘構成部材を現地で組み立てなければならず、締固め以外の作業にも時間を要する。
(3)重錘が大型のため、クレーン船には高いスペックが要求される(例えば、吊り能力)。
(4)重錘が大型のため、打撃位置の移動が容易でない。
(5)支柱部があるような構造は、水上で風の影響を受けやすく動揺が大きくなる。
次に、本実施形態による図1の重錘10が水中落下による締め固めに適した重錘形状を有することを模型実験により確認した。
重錘の水中落下実験を実施し、打撃効率の良い重錘形状を確認した。実験では、2種類の重錘(重錘1、重錘2)を用いた。重錘2は、図1(a)〜(d)に示す構成の重錘10とし、寸法等は、上述の例のとおりである。重錘1は、比較例として、図1(a)〜(d)の重錘10から各整流板14a〜14dを省略した構成とし、平面寸法X×Zを1720mm×1720mm、高さYを2290mmとし、質量を30.0トンとした。
E=(1/2)Mw2 (1)
ここに、w:重錘の鉛直方向の落下速度、M:重錘の質量、である。
・重錘模型の幾何学的縮尺は1/16.7
・水槽は、アクリル製で、サイズが、L:0.5m × B:0.5m × H:2m
・落下高さHpは1.3m,0.7m
・落下開始から着底までの時間Δtを計測し落下速度を推定
・ビデオ撮影により落下姿勢を確認
水中における物体の落下運動は、(2)式で与えられる(鉛直下向きを正)。
ここに、km:仮想質量係数、V:物体の体積、A:物体の移動する方向への投影面積、ρw:海水密度、CD:抗力係数(0.5〜2.0程度の値)である。
(2)式を差分法で解くと次式となる。
ここで、上付き文字のnおよびn+1は解析における時間ステップを意味する。また、落下距離Dfallは落下速度の時刻歴を数値積分することで求めることができる。上記(2)、(3)式において、抗力係数CDは、流体中を移動する物体が受ける抵抗の大きさを示すパラメータであり、物体の形状に依存する。したがって、任意の形状をもつ重錘を安定した姿勢で落下させることができれば、縮尺模型実験により抗力係数を決定することができ、この抗力係数の値と(3)式により、実際の重錘の落下挙動を推定することが可能となる。
図4に高さHp1.3mから水中落下させた重錘1(比較例),重錘2の落下姿勢を示す。図4より、重錘1,2のいずれの形状においても安定した落下姿勢を示すことが確認された。落下姿勢の安定には、本実施形態のように重錘内部を格子構造とするなどにより、水の抵抗を低減することが重要であるといえる。
抗力係数CDの値を試行錯誤的に与えながら上記(3)式を用いて実験中の重錘の落下挙動を計算し、実験結果に対する再現性が最も高いCDの値を逆解析的に決定した。この分析の結果を図5に示す。図中の破線の交点(・印)は、実験条件として与えた落下高さHpと、その結果得られた落下開始から着底までの時間Δtの関係を示している。逆解析の結果、決定された抗力係数は、以下のとおりである。
・重錘1(比較例):CD=1.0
・重錘2:CD=1.3
上述のように決定した抗力係数、上記重錘の諸元、および上記(3)式に基づいて、重錘の実際の水中落下挙動をシミュレーションした。計算に用いたパラメータを図6に示す。図7にシミュレーション結果として重錘1(比較例)と重錘2の落下速度と落下高さとの関係を示す。図7から、落下速度はわずかに重錘1>重錘2となるがその差は小さく、重錘2は整流板が設置されているにもかかわらず、抵抗を受けにくい形状であることが確認できた。
重錘落下による締固め中に、重錘内部の格子構造に土塊が詰まったことを想定した水中落下実験を上述と同様に行い、重錘2の優位性を確認した。重錘1(比較例)、重錘2の格子構造の50%を樹脂板で閉塞した状態で水中落下させた場合の落下姿勢を図9(a)(b)に示し、その検討結果を図10に示す。図9の左には重錘1,2の下面部の状態を示す。本実験結果は、デジタルカメラで撮影した画像により評価したが、画像解像度に制約があることから、なるべく大きな変化を観測できるように落下高さは実物スケールで21.7mと大きな値に設定した。
11 下面部
12 上面部
13 外周部
14 整流部
14a〜14d 整流板
14e 下端部
15 貫通部
16 側面板
17,18 重量板(重量部)
19 吊部
G 水底地盤
G1 隆起部
Claims (6)
- 水底地盤を重錘落下により締固める工法に用いる重錘であって、
水底に着底する下面部と、
前記下面部と対向するように上端に位置する上面部と、
前記下面部と前記上面部との間の側面に構成された外周部と、
重錘重量を得るために内部に配置された重量部と、
前記重量部を前記下面部から前記上面部に向けて貫通するように設けられた貫通部と、を備え、
前記重錘が水中落下するとき前記外周部において相対的に生じる水の流れを整えるための整流部を前記外周部に設けたことを特徴とする水中重錘落下締固め工法用重錘。 - 前記整流部は、前記外周部から突き出るように設けられた複数の整流板から構成される請求項1に記載の水中重錘落下締固め工法用重錘。
- 前記複数の整流板の下端部は、水平方向に延びかつ前記下面部から所定高さだけ上方に位置する請求項2に記載の水中重錘落下締固め工法用重錘。
- 前記重錘の全体形状が直方体であり、前記外周部を構成する四面にそれぞれ複数の前記整流板が設けられている請求項2または3に記載の水中重錘落下締固め工法用重錘。
- 複数の前記貫通部が、前記下面部または前記上面部から見たとき、格子状となるように前記重量部に形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の水中重錘落下締固め工法用重錘。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の水中重錘落下締固め工法用重錘を用いて水底地盤を重錘落下により締固めることを特徴とする水中重錘落下締固め工法。
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