JP6586342B2 - 水中締固め工法 - Google Patents

Description

本発明は、水中に投下した粒状体を締固める、水中締固め工法に関する。

従来より、水中に砂質材料や捨石等の粒状体を投下し、盛土地盤の造成や埋立・埋戻しを行う場合には、投下した粒状体を締固めて密度を増大させ、硬固な地盤に改良することが知られている。

例えば特許文献１では、水中に築造する盛土地盤あるいは埋立地盤の支持力を増大させるべく、ワイヤに吊着されるとともに重錘が取り付けられた積載板を自由落下させることにより生じる、自重による静的エネルギーと落下による衝撃エネルギーにて、盛土地盤あるいは埋立地盤を構成する水中の撒き出し層を締固める方法が開示されている。

また、特許文献２では、水中構造物の基礎となるマウンドの耐震性・耐久性を向上させるべく、砂杭造成用中空管の下端に装着したタンパーを、水底地盤に築造した捨石よりなるマウンドに押し当て、中空管の頭部に設置されたバイブロハンマーによりタンパーを振動させて、マウンドの締固めを行う方法が開示されている。

特開昭６３−３１２４１２号公報 特開２０１１−１２７２８７号公報

上述した方法はいずれも、隣接する構造物がない広大な水中領域において、効率よく締固めを行うことが可能な方法である。しかし、粒状体を水中投下する投下領域が、構造物と隣接するような狭隘な領域である場合には、水中投下した粒状体に上記の締固め方法を採用すると、締固めに使用する装置が構造物と接触することのないよう締固め作業を行う必要があり、作業効率に劣る。このため、投下領域のなかでも構造物と隣接する領域は、その他の領域と比較して十分な締固め作業を行えず、必要な締固め度を水中投下した粒状体全体に対して確実に付与することが困難となる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、粒状体を投下する水中の投下領域が、構造物と隣接するような狭隘な領域であっても、投下した粒状体にて形成された粒状体層全域にわたって、必要な締固め度を確実に付与することの可能な、水中締固め工法を提供することである。

かかる目的を達成するため本発明の水中締固め工法は、水中に投下した砂質材料よりなる粒状体を締固める水中締固め工法であって、構造物に隣接する水中の投下領域に前記粒状体を投下して、粒状体層を形成する第１の工程と、該粒状体層における前記構造物に近接する近接部に、振動ロッドを挿入するとともに起振させて、前記粒状体層の内部を直接的に締固めた後、該粒状体層における前記近接部を除く一般部の表面に、バイブロタンパーを押しあてるとともに起振させ、前記粒状体層の表層を締固める第２の工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の水中締固め工法は、第１の工程と第２の工程を繰り返し、複数の前記粒状体層を積層することを特徴とする。

上記の水中締固め工法によれば、粒状体層を、構造物に近接する近接部と当該近接部を除く一般部とに区分けし、構造物に近接する近接部には、狭隘領域の締固めに適した振動ロッドによる締固め工を行う。このため、粒状体層が構造物と隣接する狭隘な水中領域に形成されたものであっても、構造物に損傷させる等の影響を与えることなく安全に締固め作業を行うことが可能となる。

また、粒状体層における構造物に近接する近接部に対して振動ロッドによる締固め工を行った後、粒状体層の一般部にバイブロタンパーによる締固め工を行う。これにより、粒状体層における近接部から粒状体層の内部を振動ロッドにより直接的に締固め、また、粒状体層における一般部から粒状体層の表層をバイブロタンパーにより締固める。これにより、粒状体層には、平面方向だけでなく、表層から内部に至る深さ方向にも振動エネルギーが作用するため、必要な締固め度を確実に付与することが可能となる。

本発明の水中締固め工法は、前記振動ロッドおよび前記バイブロタンパー各々を吊持する走行体を、構造物上に配備することを特徴とする。

上記の水中締固め工法によれば、構造物と隣接する狭隘な水中領域に形成された粒状体層の締固め工を、陸上からの作業にて実施できるため、水中における締固め工の作業効率を大幅に向上することが可能となる。

本発明によれば、粒状体層を構造物に近接する近接部と、近接部を除く一般部に区分けし、近接部に対して振動ロッドによる締固め工を行った後、一般部にバイブロタンパーによる締固め工を行うことから、粒状体層が構造物と隣接する狭隘な水中領域に形成されたものであっても、構造物に接触することなく安全に締固め作業を行うことができるだけでなく、粒状体層に対して平面方向だけでなく、表層から内部に至る深さ方向に振動エネルギーを作用させることができ、必要な締固め度を確実に付与することが可能となる。

重力式護岸の背面における開放部の概略を示す図である。 開放部に築造される埋戻し層の詳細を示す図である。 埋戻し層の水中部に水中締固め工法を適用した場合の築造方法を示す図（その１）である。 埋戻し層の水中部に水中締固め工法を適用した場合の築造方法を示す図（その２）である。 埋戻し層の水中部における締固め度を示すグラフである。

本発明の水中締固め工法は、構造物と隣接する水中の投下領域に、粒状体を投下して形成した粒状体層を締固めるための締固め工法であり、粒状体は、山砂や海砂等の自然砂質材料や石炭灰等からなる人工砂質材料等の砂質材料が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものでなく、締固め性能と排水性能に優れた粒状体であれば、いずれを採用することもできる。なお、本実施の形態では、石炭灰からなる人工砂質材料を採用している。

また、本実施の形態では、構造物に隣接する水中の投下領域として、護岸背面の埋戻し領域を例に挙げて、水中締固め工法を説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、接岸施設や防波堤の脇におけるマウンド築造予定領域や、護岸にて周囲を囲われた埋立予定領域等、粒状体を水中に投下しようとする投下領域は、いずれの構造物に隣接するものであってもよい。また、粒状体層にて構築される築造物も、いずれであってもよい。

以下に、本実施の形態の水中締固め工法を図１〜図５を用いて説明する。
図１で示すように、水中締固め工法にて埋戻しを実施する開放部１は、捨石マウンド２上に据え付けられたケーソン３と、ケーソン３の背面側に造成された腹付層４とにより重力式護岸５を形成するものであり、重力式護岸５にて外水域から締め切られた内水域には、廃棄物処理場６が設けられている。また、開放部１と腹付層４の内水域側には遮水シート７が敷設されており、廃棄物処理場６にて生じた汚染水における外水域側への漏れ出しを防止している。

このような構成の重力式護岸５は、捨石マウンド２が透水性を有するため、外水域に大きな波浪が生じると、その波圧にて海水が捨石マウンド２および腹付層４を透過して遮水シート７を押圧する。このため、これら透過した海水にて遮水シート７が浮き上がることのないよう、被覆モルタル８にて遮水シート７の押さえつけを行うとともに、開放部１をケーソン３の背面であって腹付層４の上部に設置し、波圧を開放している。

上述する機能を有する開放部１は、図２（ａ）の断面図および図２（ｂ）の平面図で示すように、ケーソン３の背面に接して配置される一方の壁構造物９１と、遮水シート７を介して被覆モルタル８と接して配置される他方の壁構造物９２と、これら壁構造物９１、９２間に設置した切梁１０にて形成された空間に設けられるものである。そして、開放部１は図１で示すように、腹付層４と面する底部に敷設される吸出し防止シート１１と、その上部に敷設されるサンドマット１２と、さらにその上部に配置される埋戻し層１９と、により構成されている。

ここで、開放部１を構成する埋戻し層１９は、図２（ａ）で示すように、上半が気中に位置する気中部１９２であるとともに、下半が水中に位置する水中部１９１であることから、この水中に位置する水中部１９１の築造を、水中締固め工法にて実施する。
以下に、水中締固め工法を採用して、埋戻し層１９の水中部１９１を築造する方法を詳述する。

〈第１の工程〉
まず、図３（ａ）で示すように、サンドマット１２の上面であって、一方の壁構造物９１が接するケーソン３と他方の壁構造物９２に囲まれた投下領域に粒状体１３を投下し、粒状体層１４を形成する。

本実施の形態では、ケーソン３に配置したクレーン１５に装備したグラブバケット１６を介して粒状体１３を投下したが、投下方法はこれに限定されるものではなくいずれによる方法であってもよい。

〈第２の工程〉
次に、図３（ｂ）で示すように、他のクレーン１５に枠体１７１を介して吊持された振動ロッド１７を粒状体層１４内部に挿入しつつ起振させ、粒状体層１４を締固める。このとき、振動ロッド１７は、図２（ｂ）の平面図で示す一方の壁構造物９１が接するケーソン３に近接する近接部１４１、および他方の壁構造物９２に近接する近接部１４２の両者それぞれに挿入する。なお、近接部１４１、１４２の幅Ｌは振動ロッド１７にて生じる振動エネルギーや粒状体１３の性状等に応じて適宜設定すればよい。

本実施の形態では、振動ロッド１７にコンクリートを締固める際に用いる高周波バイブレーターを採用し、これを図３（ｂ）で示すように枠体１７１の下端に複数設け、枠体１７１を介してクレーン１５にて吊持させている。そして、枠体１７１の自重と振動ロッド１７の自重および振動により、振動ロッド１７を近接部１４１、１４２における粒状体層１４の内部に挿入する。ただし、振動ロッド１７は、必ずしもこれに限定されるものではなく、水中での使用が可能で、振動装置を備えた棒材よりなり、粒状体層１４内に挿入して振動エネルギーを付与可能なものであれば、気中の締固め工にて実施される振動棒工法に用いられる装置等、いずれを採用してもよい。

このように、粒状体層１４における近接部１４１、１４２各々に対して、狭隘領域の締固めに適した振動ロッド１７による締固め工を採用するため、ケーソン３および壁構造物９１、９２等の構造物に振動ロッド１７が接触して損傷する等の影響を与えることなく、安全に締固め作業を行うことが可能となる。

この後、振動ロッド１７を振動させつつ粒状体層１４内部から引き抜き、図３（ｃ）で示すようなクレーン１５に装備したバイブロタンパー１８を、近接部１４１、１４２を除く一般部１４３の表面に押しあてるとともに起振させ、粒状体層１４を締固める。

本実施の形態では、バイブロタンパー１８として、クレーン１５にて吊持したＨ形鋼１８１と、その下端に設置したタンパー１８２と、Ｈ形鋼１８１の頭部に設置したバイブロハンマー１８３とにより構成され、バイブロハンマー１８３にてタンパー１８２を振動させるものを使用した。ただし、バイブロタンパー１８は、必ずしも上記の構成に限定されるものではなく、水中での使用が可能で、タンパー１８２に起振装置が備えられていれば、気中の締固め工にて実施されるバイブロタンパー工法に用いられる装置等、いずれを採用してもよい。

また、タンパー１８２は、粒状体層１４における一般部１４３の面積に応じて、その大きさを適宜調整するとよい。

このように水中締固め工法は、振動ロッド１７にて、粒状体層１４における近接部１４１、１４２における粒状体層１４の内部を直接的に締固めた後、バイブロタンパー１８にて、粒状体層１４における一般部１４３から粒状体層１４の表層を締固めるため、粒状体層１４は、平面方向だけでなく、表層から内部に至る深さ方向にも振動エネルギーが作用されることとなり、粒状体層１４全体を確実に締固めることが可能となる。

こうして締め固められた粒状体層１４の上面に、第４図（ａ）で示すように新たな粒状体１３を投下する第１の工程と、第４図（ｂ）（ｃ）で示すように粒状体層１４を締固める第２の工程を繰り返し、締め固められた粒状体層１４を気中に達するまで複数積層し、埋戻し層１９の水中部１９１を築造する。

水中締固め方法にて築造された埋戻し層１９における水中部１９１の上部には、気中部１９２が築造されることとなる。これら気中部１９２は、水中部１９１の上面に粒状体１３を投下してブルドーザーで敷均し、振動ローラにて転圧締固めて、図２（ａ）で示すような転圧締め固めされた粒状体層２０を構築し、これを所望の厚さになるまで積層すればよい。

上述する方法にて築造した埋戻し層１９の水中部１９１における締固め度を、図５に示す。なお、水中部１９１の高さ範囲は、管理用基準面から０．６ｍ〜−４．９ｍの高さ範囲であり、締固め度の算定には、大規模な盛土工事等において締固め管理をする際に広く用いられているＲＩ計器による土の密度試験を採用した。

図５（ａ）で示す粒状体層１４の一般部１４３の締固め度をみると、一般部１４３および近接部１４１、１４２ともにバイブロタンパー１８で締め固めた比較例では、９４〜１００％程度に分布していた締固め度が、本実施の形態における水中締固め方法では９６〜１０６％に達しており、近接部１４１、１４２から粒状体層１４の内部を振動ロッド１７にて十分締め固めたことにより、一般部１４３の締固め度も向上している。

また、図５（ｂ）で示す粒状体層１４の近接部１４１の締固め度をみると、一般部１４３および近接部１４１、１４２ともにバイブロタンパー１８で締め固めた比較例では、締固め度が９２〜９７％程度の分布にとどまっているが、本実施の形態における水中締固め方法では９５〜１０４％に分布するまで向上しており、近接部１４１が振動ロッド１７にて十分締め固められていることがわかる。

このように、埋戻し層１９は、締固め度９５％以上の液状化に対して強い土構造物となるため、外水域からの波圧が捨石マウンド２内を通過し、開放部１の内で大きな圧力変動が生じても、液状化現象を抑止することが可能となる。

上述する水中締固め方法によれば、粒状体層１４を図２（ａ）の平面図で示すような、ケーソン３および壁構造物９１、９２等の構造物に近接する近接部１４１、１４２と、一般部１４３とに区分けし、近接部１４１、１４２に対して振動ロッド１７による締固め工を行った後、一般部１４３に対してバイブロタンパー１８による締固め工を行う。これにより、粒状体層１４が狭隘な水中領域に形成されたものであっても、構造物を損傷する等の影響を与えることなく安全に締固め作業を行うことができるだけでなく、粒状体層１４に対して平面方向だけでなく、表層から内部に至る深さ方向に振動エネルギーを作用させることができ、必要な締固め度を確実に付与することが可能となる。

また、ケーソン３に配置したクレーン１５からの陸上作業にて、粒状体層１４に対する締固め工を実施できるため、作業効率を大幅に向上することが可能となる。なお、本実施の形態では、振動ロッド１７およびバイブロタンパー１８各々を吊持する走行体に、クレーン１５を採用したが、これに限定されるものではなく、振動ロッド１７およびバイブロタンパー１８を吊持可能な作業車両であれば、走行体にいずれを採用してもよい。

本発明の水中締固め方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ 開放部
２ 捨石マウンド
３ ケーソン
４ 腹付層
５ 重力式護岸
６ 廃棄物処理場
７ 遮水シート
８ 被覆モルタル
９１ 壁構造物
９２ 壁構造物
１０ 切梁
１１ 吸出し防止シート
１２ サンドマット
１３ 粒状体
１４ 粒状体層
１４１ 近接部
１４２ 近接部
１４３ 一般部
１５ クレーン
１６ グラブバケット
１７ 振動ロッド
１７１ 枠体
１８ バイブロタンパー
１８１ Ｈ型鋼
１８２ タンパー
１８３ バイブロハンマー
１９ 埋戻し層
１９１ 水中部
１９２ 気中部
２０ 粒状体層

Claims (3)

1. 水中に投下した砂質材料よりなる粒状体を締固める水中締固め工法であって、
   構造物に隣接する水中の投下領域に前記粒状体を投下して、粒状体層を形成する第１の工程と、
   該粒状体層における前記構造物に近接する近接部に、振動ロッドを挿入するとともに起振させて、前記粒状体層の内部を直接的に締固めた後、該粒状体層における前記近接部を除く一般部の表面に、バイブロタンパーを押しあてるとともに起振させ、前記粒状体層の表層を締固める第２の工程と、を備えることを特徴とする水中締固め工法。
2. 請求項１に記載の水中締固め工法において、
   第１の工程と第２の工程を繰り返し、複数の前記粒状体層を積層することを特徴とする水中締固め工法。
3. 請求項１または２に記載の水中締固め工法において、
   前記振動ロッドおよび前記バイブロタンパー各々を吊持する走行体を、前記構造物上に配備することを特徴とする水中締固め工法。