JP6570067B2

JP6570067B2 - ケーソンの着底方法

Info

Publication number: JP6570067B2
Application number: JP2016010785A
Authority: JP
Inventors: 康夫小竹; 亮司傅; 章子松村
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: JP2017128983A

Description

本発明は、防波堤等に用いられるケーソンを、海底に構築した基礎マウンド上の所定位置に着底させるケーソンの着底方法に関するものである。

従来では、浮遊した状態で係留されているケーソンに対して、ワイヤーロープ等の係留索を連結して、これをウィンチ操作することで所定位置に移動させると同時に、ケーソン内に注水して全体の重量を増加させて、所定の据付位置に着底させていた。
しかしながら、この従来の方法では、ケーソンを着底させる際該ケーソンに作用する波浪によって、当該ケーソンが動揺することで、係留索に過大な張力が作用して該係留索が破断したり、また、着底直前でケーソンが動揺することで、据付位置の精度が低下するなどの問題が発生していた。

そこで、ケーソンの動揺低減装置として、特許文献１には、水面上に浮かべたケーソンの両側面沿いに、下端が該ケーソンの側面下縁下方に垂下される一対の吊り材と、各吊り材の下端に吊り下げた錘と、両吊り材のケーソンより下側の自由垂下長部の回動中心をケーソン側面下縁部とする移動規制部材とを備えた動揺低減装置が開示されている。

特開２０１１−１８４９２３号公報

しかしながら、特許文献１の発明に係る動揺低減装置では、構成部材が多く、取り扱いが非常に煩雑であり、しかも、ケーソンを着底させた後、動揺低減装置を回収する必要もあり、余計な作業が必要で採用することは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、作業を複雑化させず、ケーソンを、波浪による動揺を抑制しながら着底させるケーソンの着底方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、ケーソンを着底させる際の波浪周期に基づいて、該ケーソン内を区画して設けた複数の隔室への注水量をそれぞれ設定して、該ケーソンを沈降させることを特徴とするものである。
請求項１の発明では、ケーソンを着底させる際には、施工時の波浪周期に基づいて、ケーソン内の各隔室への注水量、すなわち、各隔室に対応する圧送ポンプ（水中ポンプ）からの単位時間当たりの注水量を各隔室毎に適切に設定して、波浪周期の如何に関わらず、沈降時のケーソンの動揺を抑制させた状態で、該ケーソンを沈降させることができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、前記ケーソンを、前記各隔室への注水量をそれぞれ設定して着底直前まで沈降させることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、ケーソン内の各隔室への注水量を各隔室毎に適切に設定して、該ケーソンを着底直前まで沈降させた後、ウィンチ操作により、動揺が抑制された状態のケーソンの据付位置を微調整するものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した発明において、前記ケーソンへの注水量を、該ケーソンの波浪方向中心線に対して、その波浪方向両側の注水量が同じになるように設定することを特徴とするものである。
請求項３の発明では、ケーソンの沈降時の、波浪による動揺をさらに抑制することができる。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した発明において、ケーソン内を、該ケーソンが着底したときの沖側から陸側に向かう方向に沿って少なくとも３分割に区画した隔室を設け、中央に位置する隔室に対して、沖側に位置する隔室への注水量と、陸側に位置する隔室への注水量とを同じにして、中央に位置する隔室への注水量を、沖側及び陸側の隔室への注水量よりも大きくすることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、ケーソンの大きさなど他の条件も関わってくるが、例えば、波浪周期６秒のときに、ケーソンの動揺を抑制するに適したものである。

本発明に係るケーソンの着底方法によれば、ケーソンを着底させる際の波浪周期に基づいて、ケーソン内の各隔室への注水量を適切に設定してケーソンを沈降させるので、沈降時（着底直前まで）の、波浪による動揺を抑制することができ、その結果、係留索に作用する張力を低下させることができ、しかも、ケーソンの据付位置精度を向上させることができる。

図１は、ケーソンを基礎マウンド上の所定位置へと着底させる様子を示す斜視図である。図２は、ケーソンを基礎マウンド上に着底させるフロー図である。図３は、ケーソン内の各隔室への第１の実施形態に係る注水形態を説明するための断面図である。図４は、ケーソン内の各隔室への第２の実施形態に係る注水形態を説明するための断面図である。図５は、ケーソン内の各隔室への第３の実施形態に係る注水形態を説明するための断面図である。図６は、ケーソン内の各隔室への第４の実施形態に係る注水形態を説明するための断面図である。図７は、ケーソン内の各隔室への第５の実施形態に係る注水形態を説明するための断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、防波堤を構成するケーソン１〜３は、基礎マウンド５上に設置される。基礎マウンド５は波浪方向（沖側から陸側に向かう方向又はその反対方向）と直交する方向に延びる。基礎マウンド５上には、複数のケーソン１〜３が基礎マウンド５の延びる方向に沿って連続して設置される。ケーソン１〜３は、内部が空洞である函体で形成される。ケーソン１〜３内は、複数の補強リブ９、９により区画されて複数の隔室８ａ〜８ｃが設けられている。

次に、基礎マウンド５の天端面上に、既設されたケーソン（以下、既設ケーソンという）２、３に隣接するように、新規のケーソン（以下、新設ケーソンという）１を着底させる場合を例示して、図１及び図２に基づいて説明する。
まず、浮上ステップＳ１及び曳航ステップＳ２が実施される。すなわち、浮上ステップＳ１にて、製作ヤードで製作された新設ケーソン１を海上に浮かせて、曳航ステップＳ２にて、新設ケーソン１を設置場所まで曳航する。なお、浮上ステップＳ１では、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃ内は排水されて基本的に空洞であるが、曳航ステップＳ２における曳航時の安定性等を考慮して、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃ内に若干量注水される場合もある。

次に、曳航ステップＳ２にて、第１既設ケーソン２の側方に新設ケーソン１が誘導、曳航されると、新設ケーソン１を第１既設ケーソン２からのワイヤーロープ１１ａ、１１ｂで係留する係留ステップＳ３が実施される。すなわち、該係留ステップＳ３では、第１既設ケーソン２の上面に配置された複数のウィンチ１０ａ、１０ｂからの複数のワイヤーロープ１１ａ、１１ｂを新設ケーソン１の上端にそれぞれ係留する。具体的に説明すると、本実施形態では、４台のウィンチ１０ａ、１０ｂが第１既設ケーソン２上の略中央に配置されている。例えば、このうち、２台のウィンチ１０ｂ、１０ｂが新設ケーソン１寄りに配置され、２台のウィンチ１０ａ、１０ａが第１既設ケーソン２と隣接する第２既設ケーソン３寄りに配置される。なお、４台のウィンチ１０ａ、１０ｂの配置は、４台のウィンチ１０ａ、１０ｂが波浪方向に沿って一列に並ぶように配置される場合もあり、この限りではない。第２既設ケーソン３寄りの２台のウィンチ１０ａ、１０ａからの２本のワイヤーロープ１１ａ、１１ａは、第１既設ケーソン２上の、第２既設ケーソン３側の２箇所の角部に設けた各案内シーブ１２、１２をそれぞれ経由して、新設ケーソン１に向かって略平行に案内されて、新設ケーソン１上の、沖側及び陸側の端部で第１既設ケーソン２から遠い側にそれぞれ配置される各係留部１４、１４にそれぞれ係留される。一方、新設ケーソン１寄りの２台のウィンチ１０ｂ、１０ｂからの２本のワイヤーロープ１１ｂ、１１ｂは、第１既設ケーソン２上の、新設ケーソン１側の２箇所の角部に設けた各案内シーブ１３、１３をそれぞれ経由して、新設ケーソン１に向かってＸ字状に交差するように案内されて、新設ケーソン１上の、沖側及び陸側の端部で第１既設ケーソン２に近い側にそれぞれ配置される各係留部１５、１５にそれぞれ係留される。

そして、第１既設ケーソン２上の各ウィンチ１０ａ、１０ｂを操作することにより、各ワイヤーロープ１１ａ、１１ｂを引っ張り、新設ケーソン１を第１既設ケーソン２に引き寄せる。この時、第１既設ケーソン２上に配置された、新設ケーソン１寄りの２台のウィンチ１０ｂ、１０ｂからの２本のワイヤーロープ１１ｂ、１１ｂが、新設ケーソン１に向かってＸ字状に交差するように案内されて、新設ケーソン１の、沖側及び陸側の端部で第１既設ケーソン２に近い側にそれぞれ配置される各係留部１５、１５にそれぞれ係留されることで、新設ケーソン１の波浪による（波浪方向に沿う）動揺を抑制するようにしている。
なお、本実施の形態では、第１既設ケーソン２上に複数のウィンチ１０ａ、１０ｂを配置して、これらのウィンチ１０ａ、１０ｂからのワイヤーロープ１１ａ、１１ｂを新設ケーソン１上の各係留部１４、１５に係留しているが、新設ケーソン１の上端に蓋本体を被せて、新設ケーソン１の蓋本体上に複数のウィンチを配置して、これらのウィンチからのワイヤーロープを第１既設ケーソン２上に配置した各係留部に係留してもよい。この形態の場合、後述する新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水は、蓋本体に設けた各隔室８ａ〜８ｃに対応する開閉蓋を開けて注水するようになる。

次に、新設ケーソン１の動揺を各ウィンチ１０ａ、１０ｂにより抑制しながら第１既設ケーソン２側に引き寄せる間に第１注水ステップＳ４が実施される。該第１注水ステップＳ４では、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃに対応する圧送ポンプ（図示略）から、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへ注水を開始して、新設ケーソン１を、その底面が基礎マウンド５の天端面から５０ｃｍ程度（着底直前）浮いた位置を目標（以下、目標水深位置という）に沈降させる。具体的には、その時の波浪周期に基づいて、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水量をそれぞれ相違させる等、適切に設定して、すなわち、各隔室８ａ〜８ｃへ圧送する各圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量をそれぞれ設定することで、新設ケーソン１を目標水深位置まで沈降させる。なお、圧送ポンプ（水中ポンプ）は海水を吸い上げて、対応する、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへ注水するものである。

そこで、第１注水ステップＳ４における、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水量をそれぞれ設定した（相違させた）具体的な注水形態は、新設ケーソン１の大きさ、新設ケーソン１の周壁部の厚み、補強リブ９の厚み、隔室８ａ〜８ｃの数量や新設ケーソン１の係留形態等を前提として、波浪周期に基づく新設ケーソン１の動揺の大きさをデータベース化しておき、このデータベースから施工時の波浪周期に基づいて、新設ケーソン１の動揺を最大限抑制することのできる最適な注水形態を選択するようにしている。
これにより、新設ケーソン１を目標水深位置まで沈降させる際、新設ケーソン１の動揺をさらに抑制することができる。なお、第１注出ステップＳ３にて実施される、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水量をそれぞれ設定した具体的な注水形態は後で詳述する。

次に、第１注水ステップＳ４により、新設ケーソン１を目標水深位置まで沈降させた時点で新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水を一旦停止する。この時、新設ケーソン１の動揺は収まった状態であり、その後、位置調整ステップＳ５が実施される。該位置調整ステップＳ５では、第１既設ケーソン２上の各ウィンチ１０ａ、１０ｂを操作することにより、新設ケーソン１の据付位置を微調整する。

次に、新設ケーソン１の据付位置を微調整した後、第２注水ステップＳ６が実施される。該第２注水ステップＳ６では、新設ケーソン１内の全隔室８ａ〜８ｃ内の全域が満水となるように注水することで、新設ケーソン１をさらに沈降させて、最終的に、新設ケーソン１を基礎マウンド５の天端面に着底させる。なお、第２注水ステップＳ６では、新設ケーソン１内の全隔室８ａ〜８ｃが略同時にその全域に満水できるように、各隔室８ａ〜８ｃに対応する各圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量を適宜設定したほうが新設ケーソン１の安定性の観点から好ましいが、新設ケーソン１を目標水深位置まで沈降させた時の、各隔室８ａ〜８ｃに対応する各圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量のままでもよいし、各隔室８ａ〜８ｃに対応する各圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量を全て同じに設定してもよい。
次に、着底後、新設ケーソン１の各隔室８ａ〜８ｃ内の海水を捨石などに置き換えて、新設ケーソン１を安定させる。

そこで、上述した第１注水ステップＳ４では、その時の波浪周期に基づいて、新設ケーソン１内の複数の隔室８ａ〜８ｃへの注水量をそれぞれ設定しているが、その具体的な実施形態を図３〜図７に基づいて説明する。
例えば、新設ケーソン１内を複数の補強リブ９により、波浪方向に沿って３分割に区画して３つの隔室８ａ〜８ｃを設けた場合、新設ケーソン１内の各隔室８ａ〜８ｃへの注水形態は、以下に説明する第１〜第５の実施形態が採用される。これら第１〜第５の実施形態は、施工時の波浪周期に基づいて適宜選択される。なお、図１を参照して、新設ケーソン１内で、基礎マウンド５の延びる方向に沿って複数の補強リブ９で区画されている場合、基礎マウンド５の延びる方向に沿って隣接する隔室８ａ、８ａ（８ｂ、８ｂ）（８ｃ、８ｃ）への注水量は互いに相違することはない。

第１の実施形態は、図３（ａ）に示すように、沖側に位置する隔室８ａへの注水量と、陸側に位置する隔室８ｃへの注水量とを同じにして、中央に位置する隔室８ｂへの注水量を、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃへの注水量よりも大きくする形態である。すなわち、施工時において、沖側に位置する隔室８ａへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量と、陸側に位置する隔室８ｃへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量とを同じにして、中央に位置する隔室８ｂへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量を、沖側及び陸側に位置する隔室８ａ、８ｃへ圧送する圧送ポンプから単位時間当たりの注水量よりも大きく設定する形態である。なお、沖側及び陸側に位置する隔室８ａ、８ｃへの注水量（圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量）と、中央に位置する隔室８ｂへの注水量（圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量）との比率は、波浪周期に基づいて適宜設定される。

なお、この第１の実施形態では、中央に位置する隔室８ｂへの注水量が、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃへの注水量よりも大きくなるので、図３（ｂ）に示すように、各補強リブ９が中央の隔室８ｂ内の水圧によって沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃに向かって傾倒する虞があることから、予め、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃ内に波浪方向に沿う切梁１８（腹起し）を配置したほうが好ましい。
この第１の実施形態は、発明者らの鋭意研究によれば、新設ケーソン１の大きさが、基礎マウンド５が延びる方向の長さ寸法が２０ｍ、波浪方向に延びる長さ寸法が１２ｍ及び高さ寸法が１６ｍであり、基礎マウンド５が延びる方向に沿って４つの隔室（全１２の隔室）を備えている場合、波浪周期が６秒であるとき、新設ケーソン１の波浪による動揺を抑制することができるものである。

第２の実施形態は、図４（ａ）に示すように、第１の実施形態と類似するが、沖側及び陸側に位置する隔室８ａ、８ｃ内が空洞になる形態である。なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、図４（ｂ）に示すように、予め、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃ内に波浪方向に沿う切梁１８を配置したほうが好ましい。

第３の実施形態は、図５（ａ）に示すように、沖側に位置する隔室８ａへの注水量と、陸側に位置する隔室８ｃへの注水量とを同じにして、中央に位置する隔室８ｂへの注水量を、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃへの注水量よりも小さくする形態である。すなわち、施工時において、沖側に位置する隔室８ａへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量と、陸側に位置する隔室８ｃへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量とを同じにして、中央に位置する隔室８ｂへ圧送する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量を、沖側及び陸側に位置する隔室８ａ、８ｃへ圧送する圧送ポンプから単位時間当たりの注水量よりも小さく設定する形態である。なお、第３の実施形態においても、図５（ｂ）に示すように、各補強リブ９が沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃ内の水圧によって中央の隔室８ｂに向かって傾倒する虞があることから、予め、中央の隔室８ｂ内に波浪方向に沿う切梁１８を配置したほうが好ましい。
この第３の実施形態は、新設ケーソン１の大きさが、基礎マウンド５が延びる方向の長さ寸法が２０ｍ、波浪方向に延びる長さ寸法が１２ｍ及び高さ寸法が１２ｍであり、基礎マウンド５が延びる方向に沿って４つの隔室（全１２の隔室）を備えている場合、波浪周期が１２秒であるとき、新設ケーソン１の波浪による動揺を抑制することができるものである。

第４の実施形態は、図６（ａ）に示すように、第３の実施形態と類似するが、中央に位置する隔室８ｂ内が空洞になる形態である。なお、第４の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、図６（ｂ）に示すように、予め、中央の隔室８ｂ内に波浪方向に沿う切梁１８を配置したほうが好ましい。
以上のごとく、図３〜図６に示す第１〜第４の実施形態は、新設ケーソン１の波浪方向に沿う断面形状が、波浪方向中心線ＣＬに対して対称となる場合であり、この種のケーソン１の場合は、新設ケーソン１への注水量を、新設ケーソン１の波浪方向中心線ＣＬに対して、その波浪方向両側の注水量が略同じになるように設定するものである。

第５の実施形態は、図７に示すように、新設ケーソン１の波浪方向に沿う断面形状が、波浪方向中心線ＣＬに対して非対称となる場合であり、この種のケーソン１の場合は、新設ケーソン１自体の波浪方向に沿う重量バランスを考慮して、各隔室８ａ〜８ｃへの注水量（各隔室８ａ〜８ｃにそれぞれ対応する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量）が設定される。例えば、沖側に位置する隔室８ａへの注水量を、陸側に位置する隔室８ｃへの注水量よりも大きく、中央に位置する隔室８ｂへの注水量を、沖側及び陸側の隔室８ａ、８ｃへの注水量よりも大きくするように設定する。

以上説明したように、本実施形態では、新設ケーソン１を基礎マウンド５上に着底させる際、波浪周期に基づいて、該新設ケーソン１内を区画して設けた複数の隔室８ａ〜８ｃへの注水量（各隔室８ａ〜８ｃにそれぞれ対応する圧送ポンプからの単位時間当たりの注水量）をそれぞれ設定して、新設ケーソン１を目標水深位置（着底直前）まで沈降させる。これにより、作業を複雑化させることなく、新設ケーソン１の沈降時（着底直前まで）の動揺を抑制することができ、その結果、ワイヤーロープ１１ａ、１１ｂに作用する張力を低下させることができ、しかも、新設ケーソン１の据付位置精度を向上させることができる。

１新設ケーソン，５基礎マウンド，８ａ〜８ｃ隔室

Claims

ケーソンを着底させる際の波浪周期に基づいて、該ケーソン内を区画して設けた複数の隔室への注水量をそれぞれ設定して、該ケーソンを沈降させることを特徴とするケーソンの着底方法。
前記ケーソンを、前記各隔室への注水量をそれぞれ設定して着底直前まで沈降させることを特徴とする請求項１に記載のケーソンの着底方法。
前記ケーソンへの注水量を、該ケーソンの波浪方向中心線に対して、その波浪方向両側の注水量が同じになるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載のケーソンの着底方法。
ケーソン内を、該ケーソンが着底したときの沖側から陸側に向かう方向に沿って少なくとも３分割に区画した隔室を設け、
中央に位置する隔室に対して、沖側に位置する隔室への注水量と、陸側に位置する隔室への注水量とを同じにして、
中央に位置する隔室への注水量を、沖側及び陸側の隔室への注水量よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のケーソンの着底方法。