JP6744638B1 - 海上陸地の構築工法 - Google Patents

Abstract

【課題】変動する浮力に対して浮き上がりを防止する地盤アンカーの緊張力を定めた海上陸地の構築方法を提供する。【解決手段】海底地盤の所要深さまで打ち込んだ杭基礎１２の頭部に中空部２を設けてある複数のセグメント１を連結部材１０を用いて連結して海面に所要広さの空洞体２４の平面を形成し、空洞体平面の連結部を貫通して、地盤アンカーの緊張材を海底地盤１３の所定深さまで配置し、定着してアンカー体長部１５を形成すると共に、セグメント１の最上面に緊張材を緊張定着し、各緊張材の緊張力の合計を空洞体２４の自重より小さくし、空洞体２４に浮力が作用する時に、緊張材に生じる伸びに伴い張力を増加させ、伸び量が所定値に達した時に、各緊張材に生じる総張力（初期緊張力＋張力増分）の合計が最大浮力に等しく、且つ、夫々の総緊張力が０．６Ｐｕ以下になるように緊張材を定める構成とした。【選択図】図３

Description

本発明は、海上に所要広さの陸地を構築する工法に関するものである。

多くの場合に、海上に陸地を構築しようとする場所に囲いを造り、その内側に土砂又は建設工事の残土や廃棄物等を投入し陸地化して所要広さの土地を造成する工法が知られている。しかし、この工法によると莫大なコストが掛るばかりでなく、海洋汚染という環境問題も懸念される。
また、箱状に区分して製造した沈埋函を海中に沈め、順次接続して海底トンネルを構築する方法、即ち沈埋工法も知られている。この沈埋工法の場合は、沈埋函体に浮力が作用されるのに対して浮き上がり防止策を講じる必要がある。これについては複数の技術が公知になっている。

第１の公知技術は、シールド機械内で新たにセグメントリングを組み立てると共に、この新設セグメントリングを既設セグメントリングに連結する工程と、該セグメントリングの組み立て・連結工程の後にシールド機械を掘進する工程と、該シールド機械掘進工程に前後して、地山に当接するセグメントリングに作用する浮力に対抗するため、該セグメントリングの上に仮設の浮力対抗手段を配置する工程と、仮設の浮力対抗手段の配置により浮力に対抗しながら、該セグメントリングに、本設の浮力対抗手段を配置する工程と、本設の浮力対抗手段を設けた後にシールド機械掘進方向へ、仮設の浮力対抗手段を移動する工程とを含む、浮力対抗型シールドトンネルの施工方法、である（特許文献１参照）。

上記第１の公知技術による施工方法では、仮設及び本設の浮力対抗手段を用いてシールドトンネルを構築するので、河川又は海等の水底下の地盤中においてシールドトンネルに作用する浮力にも対抗することができて、従来のシールドトンネルよりも薄い土被り、例えば、沈埋函トンネルのように２ｍ程度の土被りのシールドトンネルを構築することができ、したがって、接岸地点から地上出口までのシールドトンネルの長さを、従来のシールドトンネルよりも短くすることができる、というものである。

第２の公知技術については、海上埋立地に地下空間として用いられる構造物を埋設する際に用いられる埋設構造物の構築方法であって、中空の水密ケーソン本体と、該水密ケーソン本体から径方向外側に張り出す張出部とを有する水密ケーソン内に海水を注入して、前記水密ケーソンを海底に沈設する第１のステップと、前記水密ケーソンの周囲を埋め立てた後、前記水密ケーソン内の海水を排水し、前記水密ケーソンを埋設して、埋設構造物とする第２のステップとを有し、前記海上埋立地における埋立土の含水比重をｐ、前記張出部の張出量をＬ、前記海上埋立地表面と前記張出部までの深さをｄ、前記海上埋立地の地下残留水位面から前記水密ケーソンの最低面までの深さをＤ、前記水密ケーソンの内径をＢとした際、ｄ×Ｌ×ｐ＞Ｂ×Ｄの関係に規定するようにしたことを特徴とする埋設構造物の構築方法、である（特許文献２参照）。

上記第２の公知技術による埋設構造物の構築方法では、張出部に掛かる土圧によって埋設構造物に加わる浮力相殺でき、水密ケーソン本体中にコンクリート等のバラスト配設しなくとも、埋設構造物が浮き上がることができない。その結果、内部空間体積を減少させることなく、埋設構造物を埋め立て地に設置できる、というものである。

特開平９−３０３０８２号の公告公報 特開２００４−１５６３２０号の公告公報

前記特許文献１では、アンカーにより浮力対応手段を構成したことが示されているが、河川または海の水底下の地盤中にシールドトンネルを構築することによって、セグメントに作用する浮力が一定であるため、セグメントを海上に浮かべて造成される海上埋立地に作用する浮力が潮汐（潮の干満）によって変動することは想定外であり、浮力に対応するアンカーの合理的且つ経済的に定めることについては一切言及されていないのである。

前記特許文献２では、埋設構造物に掛かる浮力に対処する方法として、地盤改良杭に固定部材とするケーブルアンカーを埋め込むことが示されておりますが、ケーブルアンカーと浮力との関係について、式Ｆ−Ｗ＜ｎ×Ｐで規定されている。しかしながら、浮力が変動する場合に、どのように対応するのかについては、一切言及されていないのである。
また、固定部材とするケーブルアンカーの破断荷重（Ｐ）をもって浮力に対抗するという力関係を示しているが、破断荷重前にケーブルが先に降伏荷重に達してしまうため、降伏したケーブルはその後に潮汐（潮の干満）による繰り返し作用する浮力に対して使用不能となるという問題点を有する。

さらに、ケーブルアンカーを地盤改良杭に埋め込むだけであり、ケーブルに初期緊張力を導入していないため、セット時の緩みが除去されていないので、浮力が作用する際に、ケーブルの緩み分で直ぐに対抗できず、埋設構造物の浮上を正確にコントロールして抑制することもできないという問題点も有する。

そこで、本発明は、前記従来技術における問題点を解決し、変動する浮力に対して合理的且つ経済的な浮き上がり防止する地盤アンカーに用いる緊張材の張力を定め、海上陸地（埋立地）の構築方法を提供することを目的とするものである。

前述の従来例の課題を解決する具体的手段として、本発明は、海上に陸地を構築する方法において、杭基礎の頭部に載置して中空部を設けてある複数のセグメントを連結部材で連結して海面に所要広さの陸地とする空洞体を形成し、該空洞体の少なくとも連結部を貫通して浮き上がりを防止する緊張材からなる複数の地盤アンカーを設置し、該地盤アンカーは、アンカー頭部とアンカー自由長部とアンカー体長部とで形成され、前記緊張材を海底地盤に定着してアンカー体長部を形成すると共に、前記空洞体の最上面に当該緊張材を緊張定着してアンカー頭部を形成し、前記各緊張材の緊張力を０．２〜０．３Ｐｙ（Ｐｙは当該緊張材の規格降伏荷重）とし、それらの合計を前記空洞体の自重より小さくし、前記空洞体に浮力が作用する時に、各緊張材に生じる伸びに伴い張力を増加させ、該伸び量が所定値に達した時に、前記各緊張材に生じる総張力（緊張力＋張力増分）の合計が空洞体の最大浮力に等しく、且つ、夫々の総張力が０．６Ｐｕ（Ｐｕは当該緊張材の規格引張荷重）以下になるように緊張材を定めることを特徴とする海上陸地の構築工法を提供するものである。

上記発明において、前記地盤アンカーに用いる緊張材を複数のＰＣ鋼より線で形成することとし、前記伸び量の所定値を１ｍｍとしたこと、を付加的な要件として含むものである。

本発明に係る海上陸地の構築工法によれば、以下の効果を奏することができる。
１、地盤アンカーに用いる緊張材の（初期）緊張力を小さくすることによって、杭に負担をさせないので、杭の本数を減らして大幅なコストの削減を図ることができる。
２、空洞体に浮力が作用するときだけに、地盤アンカーの緊張材に生ずる総張力（初期緊張力＋伸びによる張力増分）の合計が浮力に対抗するようにしたことによって、地盤アンカーの緊張材を合理的且つ経済的に定めることができる。
３、地盤アンカーの緊張材の伸び量が所定値に達した時に、アンカー力（各緊張材に生じる総張力の合計）が最大浮力に等しくなるようにしたことによって、地盤アンカーの緊張材の本数や長さによる伸び量の違いを正確にコントロールさせることができ、海上陸地の利用価値が高められる。

本発明に係る中空部を有するセグメントの斜視図である。 同セグメントを複数個連結して海上に設置した状態の一部を示した平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の実施例に使用されるＰＣ鋼より線の緊張材である地盤アンカーの構成を示すもので、図（ａ）はアンカー頭部を示す側面図で、図（ｂ）はアンカー自由長部とアンカー体長部を示す側面図で、図（ｃ）はＰＣ鋼より線の断面図である。

本発明を図示の実施の形態に係る具体例について説明する。まず、図１について説明する。
海上陸地を形成する長方形の多数のセグメント１が使用される。このセグメント１は鉄筋コンクリート製とし、中空部２を有する軽量化されたものであり、該中空部２に出入りできる進入孔３が設けられ、該進入孔３には開閉できる蓋部材４が取り付けられている。そして、セグメント１を幅方向に連結できるように側面に複数の連結部材挿入孔となるシース５が設けられると共に、長さ方向に連結できるように複数の連結部材挿入孔となるシース６が上下壁及び両側壁添いに近接して後述する仕切壁８に設けられ、また、両側壁面には地盤アンカーに用いられる緊張材挿通用シース７が所要間隔をもって複数設けられ、さらに、セグメント１の前後両端部には所要高さで所要厚みの連結を兼ねた仕切壁８が形成され、該仕切壁８に止水材用の切込み９が設けられている。なお、中空部２には、電気、水道、空調等の設置スペース及び各種用具の収納スペースとして利用できる。

このように形成されたセグメント１は、図２〜図５に示したように、例えば、形成する海上陸地の形状および面積に合わせて、複数個を横幅方向と長手方向に繋ぎ合わせて（連結して）使用される。その繋ぎ合わせ（連結）については、横幅方向において、セグメント１を隣接させ、隣接同士の対応する各シース５の一方から他方に連結部材としてＰＣ鋼材１０を挿通して端部を緊張固定する。ＰＣ鋼材１０は、セグメント１の側壁の厚みを考慮してＰＣ鋼棒を用いてナットで定着することが好ましい。このようにＰＣ鋼材１０を緊張定着することによってセグメント１同士が連結部２２にて圧着接合され一体的に形成される。その後、シース５にグラウトを充填して硬化させることによって止水処理を兼ねてＰＣ鋼材の防錆処理とする。また、長手方向においては、前記と同様に、連結部材としてＰＣ鋼材１１が使用され、前後のセグメント１における仕切壁８の切込み９にゴム等のパッキン材２６を嵌め込み、各シース６に夫々連結部材であるＰＣ鋼材１１を挿通してナットで緊張定着し、順次同様に複数個のセグメント１を一体的に連結する。その後、シース６にグラウトを充填して硬化させることによって止水処理を兼ねてＰＣ鋼材１１の防錆処理とする。

セグメント１を陸運で設置場所へ搬送することが可能であるが、このように横幅方向及び／又は長手方向に繋ぎ合わせた（連結）大型化したセグメント１を海上に浮かべ、適宜の船で曳航して設置場所へ搬送することも可能である。一体的に連結されたセグメント１の前後の端部はコンクリート板で気密状態に塞がれ、両側面に位置するセグメント１の側板のシース５も内側から、例えば、ゴム栓等で塞がれているので、連結された複数のセグメント１は、内部が中空であるので全体を海上に浮かせた状態で設置場所まで曳航して搬送できるのである。なお、個別のセグメント１自体は中空部２を有するので、前後を塞げばそれ自体が個別に浮遊できるので、設置場所に曳航して設置場所において繋ぎ合わせることができるので、いずれを選択しても良いのである。

海上における設置場所には、予めセグメント１を支持するための複数本の杭基礎１２が海底地盤１３に打ち込んで設置されている。そして、セグメント１の底部が杭基礎１２の頭部に当接するように設置する。
前述したように、複数のセグメント１を横方向及び／又は長手方向に連結部材を用いて一体化された後に、浮き上りを防止のために、所要の緊張材１６である地盤アンカー１４を隣接するセグメント１の間、つまりセグメント１の連結部２２に貫通して設けた各シース７にそれぞれ挿通すると共に、所要広さの空洞体２４に接続（連結）した周縁部のセグメント１においては、セグメント１の周縁部の上面に上端部を定着して、地盤アンカー１４のアンカー体長部１５を海底地盤１３に定着させて緊張する。

地盤アンカー１４は、アンカー体長部１５とアンカー自由長部１７とアンカー頭部（定着部）１８とから形成されている。地盤アンカー１４に使用される緊張材１６は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように、例えば、全体がポリエチレン樹脂で被覆２１されたＰＣ鋼撚り線２５が複数使用され、アンカー自由長部１７では、ＰＣ鋼撚り線２５はアンボンドタイプとして使用され、アンカー体長部１５では、被覆２１を除去してボンドタイプとして使用される。アンカー頭部（定着部）１８は、所要大きさで形成された切欠部に定着具を配置して緊張材を緊張定着できる構成とする。

そして、地盤アンカー１４の緊張材１６を海底地盤１３に定着させるためには、セグメント１間の各シース７と同じ位置に海底地盤１３の支持地盤１３ａに所要深さまで削孔１９すると共に、各シース７から削孔１９した孔内まで届く鋼管２３を配設し、該鋼管２３を通して削孔１９内に緊張材１６を挿入してから鋼管２３内にグラウト２０を注入し削孔１９内及び鋼管２３の内部空間全部に充填し、グラウト２０が硬化することにより、アンカー体長部１５が削孔１９内で支持地盤１３ａに固定され、アンカー自由長部１７はアンボンドであるから、アンカー頭部１８にて所要の定着具を用いて緊張材１６を緊張定着する。

このようにして、地盤アンカー１４がアンカー自由長部１７とアンカー体長部１５及びアンカー頭部（定着部）１８とから形成され、緊張材１６がアンカー体長部１５内で海底の支持地盤１３ａに定着されると共に、空洞体２４の連結部２２を貫通して空洞体２４の最上面に緊張定着され、浮き上がりを防止する地盤アンカー１４になる。なお、緊張材１６を連結部２２を貫通して設置することによって、一側面で隣接して連結された二つのセグメント１を抑えることができるばかりでなく、セグメント１の外周面が連結部２２になるから、その接続外周面の止水工事を省くことができるというメリットもある。
また、アンカー頭部１８を空洞体２４の最上面に設けることによって、緊張工事だけでなく、日常の点検やメンテナンスも容易に行えるのである。

地盤アンカー１４に用いる緊張材に導入される（初期）緊張力（初期アンカー力ともいう）は、杭基礎１２に極力負担を掛けないように小さくし、少なくとも各緊張材の初期緊張力の合計はセグメント１で形成された空洞体２４の杭基礎１２への載置重量（空洞体２４の自重）より小さくし、そして、各緊張材の（初期）緊張力を０．２〜０．３Ｐｙ（Ｐｙは緊張鋼材の規格降伏荷重）程度とすることが好ましい。

満潮時にセグメント１で形成された空洞体２４に浮力が作用する時に、アンカー自由長部分１７に伸びが生じ、その伸びに伴い地盤アンカー１４の緊張材１６に（初期）緊張力に新たな張力（張力増分）が付加される。つまり、浮力が作用する時に、地盤アンカー１４の緊張材１６に生じる総張力は（初期）緊張力と浮力による新たな張力（張力増分）との合計した張力となり、この合計した張力（総張力）が浮力に対抗する地盤アンカー力になる。干潮から満潮まで浮力が増え続けることになるが、季節によって干満の差があるので、最大の干満差を考慮して、伸び率が所定値に達した時に、各緊張材に生じる総張力の合計が最大浮力（満潮時）に等しくなるように緊張材を定めることによって、合理的且つ経済的に地盤アンカー１４を設置することができる。なお、杭基礎１２には浮力の影響は全く受けない。

特に、セグメント１を海上に設置後においては、複数のセグメント１で形成された海上陸地の上面は所定広さの建設用地になるのであり、例えば、空港として利用する場合は、滑走路として使用できるし、さらに、格納庫、給油エリア、燃料施設等の空港施設として利用できる。

特に、地盤アンカー１４の緊張材１６を複数のＰＣ鋼より線２５で形成することとし、伸びの設定値を１ｍｍとすることによって、１ｍｍ程度の浮上は、建設された施設の使用に影響を及ぼすことはないし、ＰＣ鋼より線２５に生じる張力の合計は弾性範囲内に留まり降伏することなく、浮力の繰り返しによる変動に対抗することが確実に確保される。因みに、最大浮力が作用する際に、緊張材の伸びの所定値を１ｍｍとし、各ＰＣ鋼より線２５に生ずる総張力（初期緊張力＋張力増分）を０．６Ｐｕ（Ｐｕは当該ＰＣ鋼より線の規格引張荷重）以下として緊張材を定めることが好ましい。なお、本願で示す浮力とは、空洞体２４全体に掛かる浮力である。

本発明に係る海上陸地の構築工法は、海上に陸地を構築する方法であって、海底地盤の所要深さまで打ち込んだ杭基礎１２の頭部に中空部２を設けてある複数のセグメント１を連結部材１０、１１を用いて連結して海面に所要広さの空洞体２４の平面を形成し、該空洞体平面の連結部２２を貫通して、及び所要広さの空洞体平面の周縁部では周縁部の上面に緊張材１６の端部を固定して浮き上がりを防止する地盤アンカー１４の緊張材１６を海底地盤１３の所定深さまで配置し、該地盤アンカー１４は、アンカー自由長部１７とアンカー体長部１５とアンカー頭部１８で形成され、緊張材１６を海底地盤１３に定着してアンカー体長部１５を形成すると共に、前記セグメント１の最上面に当該緊張材１６を緊張定着してアンカー頭部１８を形成し、前記各緊張材１６の緊張力の合計を前記セグメント１で形成された海上陸地とする空洞体２４の自重より小さくし、前記空洞体２４に浮力が作用する時に、前記緊張材１６に生じる伸びに伴い張力を増加させ、該伸び量が所定値に達した時に、前記各緊張材１６に生じる総張力（初期緊張力＋張力増分）の合計が最大浮力に等しく、且つ、夫々の総緊張力が０．６Ｐｕ以下になるように緊張材１６を定める構成としたので、地盤アンカー１に用いる緊張材１６の（初期）緊張力を小さくすることによって、杭基礎１２に負担をさせないので、杭の本数を減らして大幅なコストの削減を図ることができる。空洞体２４に浮力が作用するときだけに、地盤アンカー１４の緊張材１６に生じる総張力（初期緊張力＋伸びによる張力増分）の合計が浮力に対抗するようにしたことによって、地盤アンカー１４の緊張材１６を合理的且つ経済的に定めることができる。地盤アンカー１４の緊張材１６の伸び量が所定値に達した時に、各緊張材１６に生じる総張力の合計が最大浮力に等しくなるようにしたことによって、地盤アンカー１４の緊張材１６の本数や長さによる伸び量の違いを正確にコントロールさせることができ、海上陸地の利用価値が高められるので、この種陸地造成において広い範囲で使用可能である。

１ セグメント
２ 中空部
３ 進入孔
４ 蓋部材
５、６、７ シース
８ 仕切壁
９ 切込み
１０、１１ ＰＣ鋼材（連結部材）
１２ 杭基礎
１３ 海底地盤
１３ａ 支持地盤
１４ 地盤アンカー
１５ アンカー体長部
１６ 緊張材
１７ アンカー自由長部
１８ アンカー頭部（定着部）
１９ 削孔
２０ グラウト
２１ 被覆
２２ 連結部
２３ 鋼管
２４ 空洞体
２５ ＰＣ鋼撚り線
２６ パッキン材

Claims (2)

1. 海上に陸地を構築する方法において、
   杭基礎の頭部に載置して中空部を設けてある複数のセグメントを連結部材で連結して海面に所要広さの陸地とする空洞体を形成し、
   該空洞体の少なくとも連結部を貫通して浮き上がりを防止する緊張材からなる複数の地盤アンカーを設置し、
   該地盤アンカーは、アンカー頭部とアンカー自由長部とアンカー体長部とで形成され、前記緊張材を海底地盤に定着してアンカー体長部を形成すると共に、前記空洞体の最上面に当該緊張材を緊張定着してアンカー頭部を形成し、
   前記各緊張材の緊張力を０．２〜０．３Ｐｙ（Ｐｙは当該緊張材の規格降伏荷重）とし、それらの合計を前記空洞体の自重より小さくし、前記空洞体に浮力が作用する時に、各緊張材に生じる伸びに伴い張力を増加させ、該伸び量が所定値に達した時に、前記各緊張材に生じる総張力（緊張力＋張力増分）の合計が空洞体の最大浮力に等しく、且つ、夫々の総張力が０．６Ｐｕ（Ｐｕは当該緊張材の規格引張荷重）以下になるように緊張材を定めること
   を特徴とする海上陸地の構築工法。
2. 前記地盤アンカーに用いる緊張材を複数のＰＣ鋼より線で形成することとし、前記伸び量の所定値を１ｍｍとしたこと
   を特徴とする請求項１に記載の海上陸地の構築工法。

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