JP6616959B2 - 洗掘防止材の敷設方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭基礎周辺の洗掘防止材の敷設方法および杭打設用のテンプレートに関する。

洋上風力発電設備の構築時には、海洋の地盤に杭基礎を打設する。しかし、杭基礎の周辺では、海域に発生する波（波浪、うねり）、長周期波（高潮、津波など）、および流れ（海流、潮流）によって地盤の洗掘現象が発生し、杭基礎の安定性低下、固有周期の変化による杭基礎の疲労特性の変化の原因になる。また地盤に埋設した送電・通信用のケーブルの露出、フリースパン化等が生じ、結果としてケーブルの破損につながる恐れがある。

地盤の洗掘を抑制するため、アスファルトマット等の洗掘防止材を地盤上に敷設するケースがある。杭基礎の場合、洗掘防止材は杭基礎の打設とは別工程で敷設される。一方、特許文献１にはケーソン等の据付に用いる工事用マットを鋼製枠に取付けた状態で沈設することが記載されている。また特許文献２、３に示すように、洗掘防止用のマット等を下部周縁に予め取付けた沈設構造物を沈設する例も知られている。

特開昭59-161506号公報 特開平06-276882号公報 特公平07-65303号公報

洗掘防止材を杭基礎の打設とは別工程で敷設する場合、工期が延び、洗掘防止材の設置精度も低くなりがちである。またダイバー作業の負担が大きく作業の安全性においても課題があり、これらの面から合理化が求められている。特許文献１の例も工事用マットの敷設とケーソン据付が別工程となり同様の問題がある。特許文献２、３の例では、沈設構造物を沈設すれば手間を掛けずに洗掘防止用のマット等の敷設ができるが、杭基礎を打設する場合には適用できない。

本発明は、杭基礎周辺に洗掘防止材を好適に敷設可能な洗掘防止材の敷設方法等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、水底の地盤に打設する杭基礎周辺の洗掘防止材の敷設方法であって、マット状の洗掘防止材を下面に取付けた杭打設用のテンプレートを水底に沈設する工程と、前記テンプレートにより杭基礎を位置決めして水底の地盤に杭基礎を打設する工程と、前記洗掘防止材を前記テンプレートから離脱させ、前記テンプレートを引き上げる工程と、を有することを特徴とする洗掘防止材の敷設方法である。

本発明では、杭打設用のテンプレートにマット状の洗掘防止材を予め取付けておき、このテンプレートを用いて杭基礎の打設を行うことで、杭基礎の打設と洗掘防止材の敷設作業を同時に行うことができる。結果、工期が短縮でき、洗掘防止材の設置精度も向上する。またダイバー作業等も軽減できるので作業の安全性の面でも好ましい。

前記洗掘防止材が、前記テンプレートに設けた孔に通した取付材によって前記テンプレートに取付けられることが望ましい。前記取付材は、例えば、回転させることにより前記洗掘防止材に設けたキー孔と嵌合可能なロックキーである。
テンプレートの孔に通した取付材により、洗掘防止材をテンプレートの下面に好適に取付けることができる。また回転により洗掘防止材のキー孔と嵌合可能なロックキーを用いる場合、洗掘防止材の取付けが容易にでき、また嵌合の解除により洗掘防止材の離脱が可能になる。

前記ロックキーを前記孔から取外し、前記孔に挿入した押さえ材により前記洗掘防止材を押えつつ、前記テンプレートを引き上げることが望ましい。また、前記テンプレートと前記洗掘防止材との間に剥離層が設けられることが望ましい。
これにより、テンプレートから洗掘防止材を好適に離脱できる。

前記洗掘防止材は、下面にアンカーを備えることが望ましい。また、杭基礎の打設に伴って、前記洗掘防止材の前記杭基礎側の端部が水底の地盤に折込まれることが望ましい。
これにより、洗掘防止材を水底の地盤に好適に固定できる。

本発明により、杭基礎周辺に洗掘防止材を好適に敷設可能な洗掘防止材の敷設方法等を提供することができる。

アスファルトマット２の敷設方法を示す図 テンプレート１、アスファルトマット２を示す図 アスファルトマット２の取付けを示す図 ロックキー４を示す図 ロックキー４の回転を示す図 杭基礎２００の打設を示す図 テンプレート１の引き上げを説明する図 アスファルトマット２ａを示す図 テンプレート１ａを示す図 テンプレート１ｂ、１ｃを示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．アスファルトマット２の敷設方法の概略）
まず、図１を参照して本発明の実施形態に係るアスファルトマット２の敷設方法の概略を説明する。本実施形態では、マット状の洗掘防止材であるアスファルトマット２を、洋上風力発電設備の杭基礎２００の周辺に敷設する例を説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態では、杭打設用のテンプレート１の下面にアスファルトマット２を取付けた状態で、このテンプレート１を水底に沈設し、水底の地盤１００上に配置する。

次に、図１（ｂ）に示すように、テンプレート１により杭基礎２００を位置決めして水底の地盤１００に杭基礎２００を打設する。杭基礎２００の打設は水上の杭打船３００から行われ、水底の地盤１００に杭基礎２００の下部が埋入される。

その後、図１（ｃ）に示すようにアスファルトマット２をテンプレート１から離脱させ、テンプレート１を上方へ引き上げる。

（２．テンプレート１とアスファルトマット２）
図２（ａ）はテンプレート１の概略を示す図である。テンプレート１は、底盤１１に支持材１２を設け、この支持材１２によって底盤１１上の筒体１３を支持したものである。

筒体１３は杭の位置決め用のものであり、杭基礎２００の打設時（図１（ｂ）参照）に杭基礎２００を通して配置する。また、テンプレート１の引き上げ時（図１（ｃ）参照）には、支持材１２を外側へと回転させて筒体１３を二分して開くことが可能である。

底盤１１において筒体１３に対応する位置には杭基礎２００を通すための開口１１１が設けられる。さらに、底盤１１にはアスファルトマット２の取付けの際に用いられる取付機構として孔１１２が設けられる。

また、本実施形態では底盤１１の下面に剥離層３が設けられる。剥離層３には例えば路盤紙が用いられる。剥離層３は、底盤１１の開口１１１や孔１１２の位置を避けて設けられる。

図２（ｂ）はアスファルトマット２を示す図である。アスファルトマット２は水底の地盤１００の洗掘を防止するものであり、内部にはワイヤ等の芯材２１、２２が縦横に格子状に設けられる。また、底盤１１の開口１１１、孔１１２に対応する位置ではそれぞれ孔２０、キー孔２３が設けられる。芯材２１、２２は孔２０の周辺を避けて設けられる。アスファルトマット２の側方にはアスファルトマット２の持ち運び用のループ部２４が露出している。ループ部２４は芯材２２から連続するようにして設けられる。

キー孔２３は、例えば筒状の金物をアスファルトマット２に埋込むなどして形成される。図２（ｃ）はキー孔２３を上から見たものである。本実施形態では、キー孔２３が、長孔２３１の下方に円形平面の孔２３２（以下、円孔という）が連続した構成となっている。円孔２３２の幅すなわち直径は長孔２３１の幅より大きい。

なお、テンプレート１の底盤１１やアスファルトマット２の平面形状は特に問わないが、例えばアスファルトマット２の平面形状は円形であり、底盤１１の平面形状はこれに近似した八角形などの多角形状とする。

（３．アスファルトマット２の取付け）
本実施形態では、地上や船上にてテンプレート１へのアスファルトマット２の取付けが行われる。この際、図３（ａ）に示すようにテンプレート１の底盤１１の下面に剥離層３を挟んでアスファルトマット２を配置する。

アスファルトマット２の取付けには図４（ａ）に示すロックキー４を取付材として用いる。図４（ａ）はロックキー４を側方から見た図である。図４（ａ）に示すように、ロックキー４は、ハンドル４１に軸４４を取付け、軸４４の先端に直方体状の嵌合キー４２を設けたものである。軸４４の途中には押さえ板４３が取付けられる。

ロックキー４は、ハンドル４１を回転させると嵌合キー４２の長軸方向が水平面内で回転するようになっており、図４（ａ）の例では嵌合キー４２の長軸方向が横方向であるが、ハンドル４１を回転させることで図４（ｂ）に示すように嵌合キー４２の長軸方向を９０°回転できる。

アスファルトマット２の取付時には、ロックキー４をテンプレート１の底盤１１の孔１１２に通し、嵌合キー４２の長軸方向を図５（ａ）に示すようにアスファルトマット２のキー孔２３の長孔２３１の長軸方向に合わせ、嵌合キー４２をキー孔２３の円孔２３２まで挿入する。図３（ａ）はこの状態を示した図であり、ロックキー４の押さえ板４３が底盤１１の上面に沿って配置される。

その後、ロックキー４のハンドル４１（図４（ａ）参照）を回し、図５（ｂ）に示すように円孔２３２内で嵌合キー４２の長軸方向を回転（例えば９０°回転）させると、図３（ｂ）に示すようにロックキー４がアスファルトマット２のキー孔２３に嵌合し、アスファルトマット２がテンプレート１の底盤１１の下面に仮固定される。

（４．杭基礎２００の打設）
前記したように、本実施形態ではアスファルトマット２を下面に取付けたテンプレート１を水底に沈設し、このテンプレート１によって杭基礎２００を位置決めして杭基礎２００の打設を行う。

図６（ａ）に示すように、杭基礎２００は、テンプレート１の筒体１３に通すことで位置決めされる。アスファルトマット２の孔２０の幅は、底盤１１の開口１１１の幅や杭基礎２００の幅よりも小さく、孔２０の内周面が杭基礎２００の外周面よりもやや内側に位置するようになっている。

図６（ｂ）は杭基礎２００の打設について示す図である。図６（ａ）で説明したようにアスファルトマット２の孔２０の内周面は杭基礎２００の外周面より内側にあり、且つ前記したように孔２０の周辺には芯材２１、２２が設けられないので、杭基礎２００を地盤１００に打設するとアスファルトマット２の杭基礎２００側の端部が地盤１００内に折込まれる。これによりアスファルトマット２が地盤１００に固定される。この折込箇所は、テンプレート１の引き上げ後、特開2011-137365号公報に記載されたような透水性の袋体の内部に砕石等の塊状物を詰めたフィルタユニットで保護したり、杭基礎２００に結び付けて固定したりすることが可能である。

（５．テンプレート１の引き上げ）
本実施形態では、杭基礎２００の打設後、アスファルトマット２をテンプレート１から離脱させ、テンプレート１を引き上げる手順となる。この際、まずロックキー４のハンドル４１を先程とは逆に回転させ、アスファルトマット２のキー孔２３への嵌合を解除し、ロックキー４を抜き取ってテンプレート１の底盤１１の孔１１２から取り外す。

そして、図７（ａ）に示すように、押さえ材であるダボピン５をテンプレート１の底盤１１の孔１１２に挿入する。これによりアスファルトマット２を水底へと押さえつつ、図７（ｂ）に示すようにテンプレート１を引き上げると、アスファルトマット２がテンプレート１から離脱する。テンプレート１はそのまま船上まで引き上げられる。アスファルトマット２は杭基礎２００の周辺で水底の地盤１００に敷設された状態であり、以上のようにして杭基礎２００の打設とアスファルトマット２の敷設を同時に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、杭打設用のテンプレート１にアスファルトマット２を予め取付けておき、このテンプレート１を用いて杭基礎２００の打設を行うことで、杭基礎２００の打設とアスファルトマット２の敷設作業を同時に行うことができる。結果、工期が短縮でき、アスファルトマット２の設置精度も向上する。またダイバー作業等も軽減できるので作業の安全性の面でも好ましい。

また、テンプレート１の底盤１１に設けた孔１１２に通したロックキー４を回転させ、アスファルトマット２のキー孔２３に嵌合させることで、アスファルトマット２をテンプレート１の底盤１１の下面に好適に取付けることができる。ロックキー４を逆回転させることにより、アスファルトマット２のキー孔２３への嵌合が解除されるので、アスファルトマット２の離脱が可能になる。

ロックキー４の嵌合を解除して底盤１１の孔１１２から取り外し、代わりに孔１１２に挿入したダボピン５によりアスファルトマット２を押えつつ、テンプレート１を引き上げることで、アスファルトマット２をテンプレート１から好適に離脱できる。またテンプレート１とアスファルトマット２との間に剥離層３が設けられるので、テンプレート１とアスファルトマット２が縁切りされ離脱が容易である。

さらに、杭基礎２００の打設に伴って、アスファルトマット２の杭基礎２００側の端部が水底の地盤１００に折込まれるので、アスファルトマット２を水底の地盤１００に好適に固定できる。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、本実施形態では洗掘防止材としてアスファルトマット２の例を説明したが、洗掘防止材はマット状のものであればよく、例えばゴムマットなども使用可能である。さらに、図８のアスファルトマット２ａに示すように、マット下面にアンカー２５を設けてもよい。テンプレート１の沈設時にアンカー２５が地盤１００に埋入されるので、アスファルトマット２ａが水底の地盤１００にしっかりと固定される。さらに、テンプレート１の沈設前に、テンプレート１の沈設箇所の地盤１００上に砕石等を予め配置しておくことも可能である。

また、剥離層３としては、路盤紙の他、ビニールシートなども用いることができる。あるいは、砂や礫などをアスファルトマット２上にまいて剥離層３としてもよい。さらに、テンプレート１の引き上げ時には、ダボピン５の代わりにその他の押さえ材を用いてアスファルトマット２を押えておくこともできる。あるいは、底盤１１に網目状等の透水孔（不図示）を設けておき、水圧によりアスファルトマット２が押えられるようにしてもよい。

加えて、アスファルトマット２のキー孔２３は、アスファルトマット２の敷設後にも各種の用途に用いることができ、例えば洋上風力発電設備に引き込む送電・通信用のケーブルやケーブルの保護管を固定するための固定具を、ロックキー４と同様の機構にて取付けるために用いることも可能である。

また、テンプレートの構成も図２（ａ）等で説明したものに限らない。図９は別のテンプレート１ａの例である。図９（ａ）はテンプレート１ａの概略構成を示す図であり、図９（ｂ）はテンプレート１ａの井桁構造１５を上から見た図である。なお図９（ａ）は図９（ｂ）の線ａ−ａによる断面に対応している。

図に示すように、テンプレート１ａは、底盤１１上に、筒体１３（図２（ａ）等参照）の代わりに井桁構造１５を設けたものである。井桁構造１５は、Ｈ形鋼１５ａ、１５ｂを井桁状に組み合わせ、四隅に設けた鉛直方向のＨ形鋼１５ｃによって底盤１１上に支持したものである。Ｈ形鋼の代わりにその他の構造材を用いてもよい。またＨ形鋼１５ｃと底盤１１の間には斜め方向の支持材１６も取り付けられる。この例では、図９（ｂ）の点線で示すように杭基礎２００を井桁構造１５の内側に通して位置決めできる。また、テンプレート１ａの引き上げ時には、例えばＨ形鋼１５ａやＨ形鋼１５ｂなど、井桁構造１５の一部の構造材を取り外して引き上げ易くするといったことも可能である。

さらに、本実施形態ではテンプレート１の底盤１１の孔１１２にロックキー４を通し、これによりアスファルトマット２の取付けを行ったが、取付機構はこれに限らない。取付機構としては、例えばアスファルトマット２の外周部を底盤１１の下面との間でクリップ状に挟んで保持する機構や、アスファルトマット２のループ部２４（図２（ｂ）参照）に引掛けてアスファルトマット２を保持する機構をテンプレート１に設けてもよい。これらの場合も、アスファルトマット２の保持を解除すれば、アスファルトマット２を離脱させることができる。

その他、図１０（ａ）のテンプレート１ｂに示すように、底盤１１の側部にアスファルトマット２の取付部１１３を設けるとともに、アスファルトマット２の平面をテンプレート１ｂの底盤１１よりも大きいものとし、取付部１１３とアスファルトマット２のループ部２４をワイヤ５０により接続してアスファルトマット２の端部をたくしあげるように取り付けることも可能である。これによりアスファルトマット２のカバー領域をテンプレート１ｂの周囲に広げ、広範囲の洗掘を防止することが可能になる。

また広範囲の洗掘を防止するための方法としては、図１０（ｂ）のテンプレート１ｃに示すように、底盤１１の上部を側方に突出させ、この突出部１１４から底盤１１の側面近傍に前記したフィルタユニット６０を洗掘防止材としてぶら下げておく方法もある。このフィルタユニット６０は、テンプレート１ｃの離脱時に底盤１１の突出部１１４から切り離してアスファルトマット２の側方に配置することができ、これによっても広範囲の洗掘を防止することが可能になる。

また、本実施形態では、杭基礎２００を洋上風力発電設備の杭基礎としているが、本発明はこれに限らず、各種の構造物の杭基礎の打設時に同様の手法にて適用することが可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ；テンプレート
２、２ａ；アスファルトマット
３；剥離層
４；ロックキー
５；ダボピン
１１；底盤
１２；支持材
１３；筒体
２０、１１２；孔
２１、２２；芯材
２３；キー孔
２５；アンカー
１００；地盤
１１１；開口
２００；杭基礎

Claims (6)

1. 水底の地盤に打設する杭基礎周辺の洗掘防止材の敷設方法であって、
   マット状の洗掘防止材を下面に取付けた杭打設用のテンプレートを水底に沈設する工程と、
   前記テンプレートにより杭基礎を位置決めして水底の地盤に杭基礎を打設する工程と、
   前記洗掘防止材を前記テンプレートから離脱させ、前記テンプレートを引き上げる工程と、
   を有することを特徴とする洗掘防止材の敷設方法。
2. 前記洗掘防止材が、前記テンプレートに設けた孔に通した取付材によって前記テンプレートに取付けられることを特徴とする請求項１記載の洗掘防止材の敷設方法。
3. 前記取付材は、回転させることにより前記洗掘防止材に設けたキー孔と嵌合可能なロックキーであることを特徴とする請求項２記載の洗掘防止材の敷設方法。
4. 前記ロックキーを前記孔から取外し、前記孔に挿入した押さえ材により前記洗掘防止材を押えつつ、前記テンプレートを引き上げることを特徴とする請求項３に記載の洗掘防止材の敷設方法。
5. 前記テンプレートと前記洗掘防止材との間に剥離層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の洗掘防止材の敷設方法。
6. 前記洗掘防止材は、下面にアンカーを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の洗掘防止材の敷設方法。

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