JP6568875B2 - 管状基礎部材、組立体、及び、管状基礎部材の地盤内への設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤内に設置される管状基礎部材、特には杭、例えばジャケット杭に関し、この場合、該管状基礎部材は、アンビルを備えた杭打ち機の該管状基礎部材内への挿入を可能とする少なくとも一つの開口端、通常は開口両端を有する。本発明はさらに、管状基礎部材、特に杭、例えばジャケット杭を地盤内に設置するための組立体に関し、該組立体が杭打ち機及びアンビルを備える。さらに本発明は、杭打ち機を用いて管状基礎部材、特に杭、例えばジャケット杭を地盤内に設置する方法に関する。

杭打ちは、杭に差し込まれるスリーブを備えたハンマーによりなされることは知られている。該ハンマーは杭を１回あるいはそれよりも多く打撃し、杭を地盤内に打ち込んでいく。

欧州特許出願公開第２３１２０６０号公報 (EP 2 312 060) 中国特許出願公開第２０１０６８５６９号公報 (CN 201068569) 米国特許第３，８２４，７９７号明細書 (US 3,824,797) 特開平０３−６５７３７号公報 (JPH0365737)

本発明の目的は、土壌物質の除去を必要としない、あるいはその必要性をより少なくする管状基礎部材を提供することである。

そのため、現在提供されている管状基礎部材は内部に支持手段を有しており、この支持手段は、管状基礎部材の設置中に、前記アンビルからのエネルギーを管状基礎部材に直接伝達するように構成されている。

管状基礎部材の設置中、管状基礎部材の内部に設けられた前記支持手段上に杭打ち機が載置され、かつ、管状基礎部材は地盤、特に水中地盤、の土壌物質を貫通し、そして、土壌物質は管状基礎部材内に入り込む。管状基礎部材の打込みの間の所定の時点で、前記アンビル及び前記支持手段が前記土壌物質を打撃し、土壌物質を下方に移動させる。結果、管状基礎部材における前記支持手段より上部には土壌物質が存在しないか、存在しても僅かとなる。

さらに、管状基礎部材の内部の前記土壌物質は該管状基礎部材の設置中に圧縮され、これによりさらに密度が高くなる。もし更なる部材、例えばジャケットのジャケット脚部が前記管状基礎部材内に装入されると、グラウトが該更なる部材の周囲、及び前記管状基礎部材の内部に供給され、該更なる部材は該管状基礎部材に固定される。土壌物質の密度がより高くなっていることにより、グラウトと土壌物質とが交じることが防止、あるいは低減され、グラウト施工は向上する。

本願明細書において、直接的との語は、方向が変わらないこと、並びに、間に何も存在しないことを意味する。従って、前記アンビルから前記管状基礎部材へ伝達されるエネルギーは、伝達中に方向自体が変わることはない。

好ましい実施形態において、支持手段は、管状基礎部材の上部半分内の部分、特に上部四分の一内の部分に設けられている。ここで、管状基礎部材の「上部」は、管状基礎部材が垂直状態にある場合について述べている。より詳細な実施形態では、管状基礎部材の長さは２０〜１２０ｍ、好ましくは４０〜７０ｍである。前記支持手段は、少なくとも一つの前記開口端から所定の距離に置かれ、その距離は、４〜１０ｍ、特には６〜８ｍ、及び／又は、管状基礎部材の全長の７〜３０％、特には１０〜２５％である。この実施形態において、管状基礎部材の上部、すなわち前記支持手段の上方部分は、該管状基礎部材の設置中きれいな状態を保っている。この上方部分において、ジャケット脚部が挿入され、かつ、グラウトによって該管状基礎部材に固定される。管状基礎部材の上部がきれいであるため、グラウト施工前に土壌物質を除去する作業は不要である。

前記支持手段は管状基礎部材の内面に固定されたフランジを有する。該フランジは、例えば溶接あるいはボルト留めにより前記内面、特に前記管状基礎部材の内壁にに固定されている。

前記支持手段は、管状基礎部材のつま先に向かって長手方向に実質的にテーパ状とされている。ここで、「つま先」とは、前記管状基礎部材の最下端を言う。支持手段の、管状基礎部材の該つま先に向かうこのテーパ形状によって、アンビルを介して該支持手段に与えらえるエネルギーが効率的に該管状基礎部材の前記壁部に伝わる。

本発明はさらに、杭打ち機による管状基礎部材の地盤への設置方法に関する。該方法は、内部に支持手段を備えた管状基礎部材を準備する工程と、アンビルを前記支持手段上に設置する工程と、杭打ち機を前記アンビル上に設置する工程と、前記管状基礎部材を前記地盤内に打ち込む工程であって、設置中、前記支持手段が前記アンビルから前記管状基礎部材にエネルギーを直接伝達する前記打ち込む工程と、を備える。

前記支持手段は、前記管状基礎の上部半分内の部位、特に上部四分の一内の部位に設けることができる。ここで、「上部」は、垂直姿勢における管状基礎部材について述べている。

一実施形態において、前記杭打ち機及び／又はアンビルは、打込み工程中、前記管状基礎部材によって保持されている。

好ましい実施形態においては、前記管状基礎部材は前記地盤上に直接置かれ、かつ該地盤内に打ち込まれる。より詳細な実施形態では、前記アンビルは、管状基礎部材の設置工程の少なくとも一部において、前記地盤の土壌物質を前記管状基礎部材の内部に圧縮する。通常、地盤の上層、特に水中地盤は、該地盤内に前記管状基礎部材が設置される前に掘削される必要がある。

従って、上述したように、該管状基礎部材の設置後は、前記管状基礎部材の上部、すなわち前記支持手段よりも上方部分は、土壌物質が全く、あるいはほとんど付着していない。従って、該管状基礎部材の設置後に前記管状基礎部材の上部を空にする必要がない。さらに、管状基礎部材の内部の土壌物質は、管状基礎部材の設置の間に圧縮されている。地盤の土壌物質のこの圧縮により、該地盤の土壌物質、特に上層は、設置後さらに高密度になる。

設置中の前記土壌物質の圧縮により、前記管状基礎部材は、前記地盤上、特に柔らかい上層に、地盤の該上層を掘ることなく載置され得る。

本発明による方法はさらに、特に管状基礎部材を前記地盤上に載置する前に、該管状基礎部材を前記地盤上でガイドするための少なくとも二つのガイドを有したテンプレートを設置する工程を備える。

一実施形態において、前記管状基礎部材が水中地盤内に設置される場合、水は、前記管状基礎部材を前記水中地盤内に設置する間に、管状基礎部材から、特に少なくとも前記水中地盤と前記支持手段との間の部分から、排出され得る。

本発明はさらに、提供されている管状基礎部材を地盤内に設置するための、杭打ち機及びアンビルを備えた組立体に関し、該組立体では、該管状基礎部材の設置中において、前記管状基礎部材の内部の前記支持手段は、アンビルからのエネルギーが前記管状基礎部材に直接伝達されるよう構成されている。前記杭打ち機は液圧式杭打ち機であるのが好ましい。

該組立体は、管状基礎部材をガイドするための少なくとも二つのガイドを有したテンプレートを備えていてもよい。該テンプレートは、少なくとも管状基礎部材の設置工程中、前記水中地盤上に載置される。

完全を期すため、以下の先行技術にも留意されたい。

欧州特許出願公開第２３１２０６０号公報 (EP 2 312 060) は水中地盤内に複数の管状基礎部材を設置するためのシステム及び方法に関し、該システムは、液圧式杭打ち機と、アンビルと、前記管状基礎部材の内部に固定され、前記アンビルからのエネルギーを当該基礎部材のつま先に伝えるためのアダプタと、を備える。該基礎部材の前記内壁には、該基礎部材のつま先、あるいはその近傍に、前記アダプタのための支持手段が設けられている。

中国特許出願公開第２０１０６８５６９号公報 (CN 201068569) は ラムと、杭と、内部スリーブと、引き揚げ装置と、を備えた杭打ち装置に関する。前記内部スリーブは外部スリーブの下部内に位置している。前記ラムは外部スリーブ内で上下動可能とされ、これにより内部スリーブを直接打撃する。前記ラムからは複数のラグが突出しており、これらラグが前記外部スリーブの頂部の打撃し、該外部スリーブを下方に移動させる。

米国特許第３，８２４，７９７号明細書 (US 3,824,797) は、排出されたチューブ内に生じた液体ラム又は液体槍によって長尺の杭を水中の陸地に打ち込むことの発明に関する。一実施形態では、杭自体が水槌 (water hammer) の少なくとも一部分として使用される。

特開平０３−６５７３７号公報 (JPH0365737) は、杭を地盤内に設置するための打込み組立体に関する。

以下、本発明の特徴を添付の図面に示した実施形態を参照してより詳細に説明する。

地盤内に管状基礎部材お設置する所定の段階を示した図である。 地盤内に管状基礎部材お設置する、図１とは異なる段階を示した図である。 図１及び図２に示した管状基礎部材内にジャケット脚部を設置するところを示した図である。

実際には、ジャケット、例えば風力発電機のためのジャケットの設置は、何本かのジャケット杭を地盤、例えば水中地盤に設置することから開始される。それらジャケット杭の設置後、ジャケットのジャケット脚部がそれらジャケット杭の内部に置かれる。ジャケット脚部はジャケット杭の上方部分において延在する。前記ジャケット脚部を前記ジャケット杭に固定するために、グラウトをジャケット杭、特にジャケット杭の上方部分に付加してもよい。

そのために、図１は管状基礎部材１の一実施形態を示している。この実施形態において、ジャケット杭１は、水中地盤４内に設置されるものとしている。該管状基礎部材１は水中地盤４の上面に置かれ、かつテンプレート６のガイド３によって支持されている。本実施形態では、ジャケット杭１は円形断面を有し、その径は１．５ｍ〜３．５ｍの範囲である。

該ジャケット杭１には支持手段が設けられている。支持手段はこの場合、ジャケット杭１の内壁に設けられたフランジ２である。該フランジ２は、例えば、溶接、ボルト留め、あるいはその他の適宜な方法にて、ジャケット杭１の内壁に取り付けられている。

本実施形態において、前記フランジ２には、該フランジ２の下方である該ジャケット杭１の下部から上がってくる水を出すための複数の開口（図示せず）が形成されていてもよい。これにより 前記フランジ２に 打撃を与える杭打ち機７、特に液圧式杭打ち機によりジャケット杭１を打ち込んだときに、ジャケット杭１の下部の内部の水圧が所定の値を超えないようすることができる。本実施形態において、杭打ち機による上記の打撃は、フランジ２の上側、すなわち上面に直接与えられる。

他の実施形態にとして、管状基礎部材１における前記支持手段２より下方の下部からの水を出すために、複数の開口（図示せず）が管状基礎部材１及び／又はアンビル８に設けられていてもよい。

図３に示すように、ジャケット杭１が水中地盤４内に設置された状態では、前記フランジ２は水中地盤４の面よりも下に位置する。

図２に示すように、アンビル８を備えた杭打ち機７が前記支持手段２の上部に設置され、管状基礎部材１の設置中は、前記アンビル８から管状基礎部材１にエネルギーが直接伝えられる。前記杭打ち機７及びアンビル８が前記フランジ２に、すなわち管状基礎部材１に打撃を与え、該管状基礎部材１を前記水中地盤４内に設置する。該管状部材１を設置していくと、やがて、前記フランジ２及び前記アンビル８は水中地盤４の上面に至る。

管状基礎部材１の設置は続き、前記フランジ２及び該フランジに打撃を与えるアンビル８は、該管状部材の内部の土壌物質を打撃する。その結果、管状基礎部材１の内部の前記土壌物質、少なくとも前記アンビル８及び前記フランジ２の直下の土壌物質は、圧縮されてより密度が高まる。

アンビル８を備えた前記杭打ち機７は、クレーン（図示せず）といった揚重装置によって支持することができる。この場合、クレーンは、例えば、ジャッキアップバージ (jack-up barge) （図示せず）といった水上艦艇上に据えられる。杭打ち機は液圧式杭打ち機であってよく、例えば、水上艦艇（図示せず）上に設けられた電源ユニットに接続されたIHC Hydrohammer S-シリーズとして提供されているものであってよい。

実際には、図３に示す前記ジャケットの脚部の長さＢは５ｍとすることができる。設置された状態では、管状基礎部材１は水中地盤４の上面から距離Ｄだけ延出していてもよく、この場合、Ｄは１．５ｍである。長さＣは、本例では４〜１０ｍ、特には６〜８ｍ、及び／又は、該管状基礎部材１の全長の７〜３０％，特には１０〜２５％である。

管状基礎部材１の打込み中に、前記アンビル８が杭打ち機７と共に土壌物質を下方に移動させるので、管状基礎部材１の設置後に、管状基礎部材１におけるフランジ２の上方の部分を空にする必要がない。管状基礎部材１内部の土壌物質を圧縮するため、土壌物質はより密度が高められ、前記ジャケット脚部を前記ジャケット杭１に固定するのに用いられるグラウトと良好に適合する。すなわちグラウト作業に係る品質は高まる。

本実施形態では、前記ジャケット脚部９が溶接ビード１０を複数有しており、これら溶接ビードは、前記ジャケット脚部９の管状基礎部材１への固定に貢献する。ジャケット脚部９は、矢印Ａで示すように、管状基礎部材１に部分的に挿入される。

その結果更に、圧縮された土壌物質はより密なものとなる。より高密度化された土壌物質によって、グラウトと土壌物質とが混じること阻止され、あるいは減少し、これが、前記ジャケット脚部の管状基礎部材１への固定の信頼性を高める。

このような前記管状基礎部材の更なる優位点は次の通りである。管状基礎部材１は、該管状基礎部材１の内部を打つことによって地盤に設置される。そのため、管状基礎部材１は騒音低減要素として機能する。さらに、打込みによって管状基礎部材１の径が拡張することはない。従って、管状基礎部材１は、前記基礎部材の外側に更なる構造要素を付加することなく、かつ／あるいは、前記テンプレート６の前記ガイド３を調整することなく、設置される。

更なる優位点は、管状基礎部材１の打込み中、杭打ち機７が管状基礎部材１内に挿入されることで低重心となることである。

さらに、管状基礎部材１の打込みの間、前記アンビル８は前記支持手段２上に位置するため、例えばアンビル８から支持手段に付与されるエネルギーは管状基礎部材の壁部に伝達される。このように伝達されたエネルギーは、特には下方に、すなわち特に前記支持手段２から管状基礎部材１の前記壁部を通じて管状基礎部材の前記つま先に向かって、伝達される。その結果、管状基礎部材１において騒音の発生源となる部分が減少する。

上記説明した実施形態は本発明のための保護の範囲を限定するものでないことを理解すべきである。

図面は概略を示したものであって、必ずしも縮尺は実物通りではなく、かつ本発明を理解するに不要な詳細な説明は省略してあることに留意されたい。「上方」「下方」「下」「上」といった用語は、特に断りのない限り、実施形態の図示した方向について示したものである。また、少なくとも実質的に同じ部材、あるいは少なくとも実質的に同じ機能を有する部材に対しては同一符号を付してある。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々変更可能である。例えば、前記管状基礎部材の設置中に騒音低減装置を用いることも可能である。この騒音低減装置は、管状基礎部材の打込み中に、該管状基礎部材の周囲に設置可能な管状スリーブを備える。該管状スリーブが、管状基礎部材の打込み中の騒音を低減する。該騒音低減装置は上述のテンプレートと組み合わせて使用しても良い。

別の実施形態として、前記管状基礎部材は複数のパーツ、特に互いの頂部上に載置された複数の円筒状パーツから構成されている。これらパーツの一つは、５〜２５ｃｍｍの、特には１０〜１５ｃｍの長さを有した支持手段を備えていてもよい。

１ 管状基礎部材
２ フランジ（支持手段）
４ 水中地盤
６ テンプレート
７ 杭打ち機
８ アンビル

Claims (24)

1. 地盤内に設置するための管状基礎部材であり、アンビルを備えた杭打ち機の該管状基礎部材の内部への挿入を可能とする少なくとも一つの開口端を有する管状基礎部材において、
   内部に支持手段を備え、該支持手段は、該管状基礎部材の設置中に、前記アンビルからのエネルギーを該管状基礎部材に直接伝達するよう構成されていることを特徴とする管状基礎部材。
2. 請求項１記載の管状基礎部材において、該管状基礎部材が杭である管状基礎部材。
3. 請求項２記載の管状基礎部材において、前記杭がジャケット杭である管状基礎部材。
4. 請求項１ないし３の何れか一項記載の管状基礎部材において、両端に前記開口端を有している管状基礎部材。
5. 請求項１ないし４の何れか一項記載の管状基礎部材において、前記支持手段が、該管状基礎部材の上部半分内の部位に位置してなる管状基礎部材。
6. 請求項５記載の管状基礎部材において、前記支持手段が、該管状基礎部材の上部四分の一内の部位に位置してなる管状基礎部材。
7. 請求項１ないし６の何れか一項記載の管状基礎部材において、管状基礎部材は、２０〜１２０ｍの長さを有している管状基礎部材。
8. 請求項７記載の管状基礎部材において、管状基礎部材は、４０〜７０ｍの長さを有している、管状基礎部材。
9. 請求項７又は８記載の管状基礎部材において、前記支持手段は少なくとも一つの前記開口端から所定の距離に位置しており、該距離が、４〜１０ｍ、及び／又は、管状基礎部材の全長の７〜３０％である、管状基礎部材。
10. 請求項９記載の管状基礎部材において、前記距離が、６〜８ｍ、及び／又は、管状基礎部材の全長の１０〜２５％である、管状基礎部材。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載の管状基礎部材において、前記支持手段が、該管状基礎部材の内面に固定されたフランジを備えてなる管状基礎部材。
12. 請求項１ないし１１の何れか一項に記載の管状基礎部材において、前記支持手段は、長手方向に沿って実質的に該管状基礎部材のつま先に向かうテーパが付与されてなる管状基礎部材。
13. 請求項１ないし１２の何れか一項に記載の管状基礎部材において、前記管状基礎部材が二つの開口端を備えてなる管状基礎部材。
14. 杭あるいはジャケット杭といった管状基礎部材を杭打ち機によって地盤中へ設置する方法であって、
    内部に支持手段を備えた管状基礎部材を準備する工程と、
    アンビルを前記支持手段上に設置する工程と、
    杭打ち機を前記アンビル上に設置する工程と、
    前記管状基礎部材を前記地盤内に打ち込む工程であって、設置中、前記支持手段が前記アンビルから前記管状基礎部材にエネルギーを直接伝達する打ち込む工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
15. 請求項１４記載の方法において、前記支持手段は前記管状基礎部材の上部半分内の部位、特に上部四分の一内の部位に設けられている、方法。
16. 請求項１４又は１５記載の方法において、前記杭打ち機及び／又はアンビルは、打込み中に前記管状基礎部材により保持されている、方法。
17. 請求項１４ないし１６の何れか一項記載の方法において、前記管状基礎部材を前記地盤上に直接載置し、その後該地盤内に設置する、方法。
18. 請求項１４ないし１７の何れか一項記載の方法において、前記管状基礎部材の設置工程の少なくとも一部において、前記地盤の土壌物質を前記アンビルが前記管状基礎部材の内部に圧縮してなる、方法。
19. 請求項１４ないし１８の何れか一項記載の方法において、前記管状基礎部材をガイドするための、少なくとも二つのガイドを有したテンプレートを前記地盤に設置する工程を有してなる、方法。
20. 請求項１９記載の方法において、前記管状基礎部材を前記地盤上に載置する前に前記テンプレートを前記地盤に設置する、方法。
21. 請求項１４ないし２０の何れか一項記載の方法において、前記管状基礎部材を水中の前記地盤内に打込み中に、該管状基礎部材から水が除去される、方法。
22. 請求項２１記載の方法において、水が、少なくとも地盤と前記支持手段との間の部分から除去される、方法。
23. 請求項１ないし１３の何れか一項記載の管状基礎部材を地盤内に設置するための、杭打ち機及びアンビルを備えた組立体において、前記管状基礎部材の内部の前記支持手段は、前記管状基礎部材の設置中に、前記アンビルからのエネルギーを前記管状基礎部材に直接伝達するよう構成されてなる組立体。
24. 請求項２３記載の組立体において、管状基礎部材をガイドするための少なくとも二つのガイドを有したテンプレートを備え、該テンプレートは、少なくとも前記管状基礎部材の設置中に水中の前記地盤上に載置される、組立体。

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