JP6769751B2 - 躯体沈設工法 - Google Patents

Description

本発明は、躯体沈設工法に関する。

立坑や構造物基礎を構築する工法として、筒状の躯体を地中に圧入するケーソン工法やＰＣウェル工法等（以下、単に「躯体沈設工法」という）が知られている。
このような躯体沈設工法の施工対象地盤が硬質土層を含んでいる場合には、躯体を安定して圧入することができないおそれがある。そのため、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、硬質土層に対して先行削孔を行い、躯体１０１の直下（躯体１０１の刃口１０３が接触する箇所）の原地盤を砂等に置き換えて置換体１０２を形成してから躯体１０１を圧入する場合がある。また、特許文献１には、躯体の直下の地盤を掘削手段により掘削することで、躯体の周方向に沿って複数の掘削孔を形成しておき、この掘削孔の集合体に躯体を圧入する沈設工法が開示されている。
なお、原地盤が軟弱地盤の場合には、躯体の周方向に沿って先行掘削を行い、躯体直下の原地盤を砂等に置き換えることで、躯体の支持力を確保しつつ、躯体を圧入する場合がある。

特許第３９６７４９４号公報

躯体１０１の沈設箇所に応じて地盤を砂等によって置き換えて置換体１０２を形成すると、躯体１０１の外周囲の地盤も含めて砂等に置換することになる。そのため、躯体１０１の外周囲の地盤が乱された状態になり、躯体１０１の外周囲に補強材を注入する等の対策工を施す場合がある。躯体１０１の外周囲への補強対策には、手間と費用がかかる。
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、躯体の外周囲の原地盤を乱すことなく、安定して躯体を沈設することが可能な躯体沈設工法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、第一の発明は、原地盤よりも軟質な複数本の置換体を形成する置換工程と、筒状の躯体を沈設する沈設工程とを備える躯体沈設工法であって、前記複数本の置換体を、前記躯体の断面形状に応じて筒状に配置するとともに、前記躯体の外面よりも内側に位置するように形成し、前記沈設工程では、前記躯体を圧入して前記躯体の直下の地盤を破砕しつつ、当該地盤を前記置換体に押し込むことを特徴としている。
また、第二の発明は、原地盤よりも硬質な複数本の置換体を形成する置換工程と、筒状の躯体を沈設する沈設工程と、を備える躯体沈設工法であって、前記複数本の置換体を、前記躯体の断面形状に応じて筒状に配置するとともに、前記躯体の外面よりも内側に位置するように形成し、前記沈設工程では、前記躯体の直下の地盤を掘削することを特徴としている。
かかる躯体沈設工法によれば、躯体の外側の原地盤が乱されることがない。そのため、躯体の外周囲に対して補強する必要がない。また、硬質土層を含む地盤に躯体を沈設する際は、躯体直下の硬質土層の一部が置換体側に押し込められるため、躯体圧入時の先端抵抗力の低減化が可能となり、ひいては、躯体の安定的な圧入が可能となる。一方、軟弱地盤に躯体を沈設する場合は、躯体の直下の地盤が躯体の外面よりも内側に位置するように形成された置換体により支持されるので躯体の圧入が安定する。
ここで、「筒状に配置」には、置換体の一部が隣接する他の置換体と重なる場合、隣り合う置換体同士が重なることなく当接している場合および隣り合う置換体同士の間に隙間が形成されている場合を含むものとする。
また、本明細書における「躯体」には、コンクリート製部材や鋼製部材を含むとともに、本設部材として使用する場合や仮設部材として使用する場合も含むものとする。

前記躯体沈設工法は、前記置換体よりも前記躯体の中心側に、第二の置換体を形成する工程を備えていてもよい。
かかる躯体沈設工法によれば、第二の置換体を利用することで、クラムシェル等による躯体の内側の地盤掘削が容易となり、施工性の向上を図ることが可能となる。
なお、前記置換体は、地盤を柱状に削孔するとともに掘削孔の内部に砂を充填することにより形成すればよい。

本発明の躯体沈設工法によれば、躯体の外周囲の原地盤を乱すことなく、安定して躯体を沈設することが可能となる。

第一の実施形態に係る躯体沈設工法を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第一の実施形態に係るケーソン構造の構築方法の各施工段階を示す横断面図である。 （ａ）および（ｂ）は他の形態に係る躯体沈設工法の平面図である。 躯体圧入時の躯体の刃口を模式的に示す断面図である。 第二の実施形態に係る躯体沈設工法を示す断面図である。 従来の躯体沈設工法を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は躯体圧入時の躯体の刃口を模式的に示す断面図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、硬質土層（例えば、泥岩、軟岩、巨礫、Ｎ＞５０以上の粘土混じり砂礫層等）を有する地盤に躯体（ケーソン）を圧入する場合について説明する。本実施形態の躯体１は、図１に示すように、複数のセグメント１１，１１，…を組み合わせることにより平面視円形に形成されている。躯体１は、セグメント１１によりセグメントリング１２を形成し、このセグメントリング１２を上下方向に連設することにより形成されている。本実施形態では鋼製セグメントを使用する。なお、セグメントを構成する材料は限定されるものではなく、例えばコンクリート製であってもよい。また、躯体１は、筒状の部材により形成してもよい。さらに、躯体１は必ずしも円筒状である必要はなく、例えば、角筒状であってもよい。
なお、躯体１の下端の刃口１３は、下に向うに従って厚みが小さくなるように、内面側がテーパ状を呈している。
躯体１の沈設作業は、地盤に対して置換体２を形成した状態で行う。

次に図面を参照して本実施形態の躯体沈設工法を説明する。
本実施形態の躯体沈設工法は、躯体の沈設とともに躯体の内空部の地盤掘削を行ういわゆるオープンケーソン工法であって、アンカー設置工程、第一置換工程、第二置換工程、沈設工程および掘削工程を備えている。
アンカー設置工程は、図２（ａ）に示すように、躯体１の沈設予定地の周囲に所定数のアンカー４１を設置する工程である。
アンカー４１は、躯体１の沈設時において、ジャッキ４２（図２（ｃ）参照）による圧入力に対して十分な耐力を発現することが可能となるように、本数や定着長等が設定されている。アンカー４１の先端には、定着体４３が形成されている。なお、アンカー４１の形式や構成等は限定されるものではなく、適宜公知のアンカーから選定すればよい。また、アンカー４１の本数や配置も限定されるものではなく、想定される躯体１の圧入力に応じて適宜設定すればよい。また、アンカー設置工程は、躯体１の圧入方法（圧入装置４の形式）によっては省略してもよい。

第一置換工程は、図２（ｂ）に示すように、複数本の第一置換体２，２，…を形成する工程である。
第一置換体２は、オールケーシング工法により掘削孔を形成した後、当該掘削孔の内部に砂を充填するとともにケーシングを抜き出すことにより形成されている。本実施形態の第一置換体２は円柱状を呈している。ここで、第一置換体２の長さ（深さ）は、躯体１の高さ（深さ）と同等に形成する。なお、第一置換体２の構築方法はオールケーシング工法に限定されるものではない。例えば、アースオーガ等により乱した土砂に改良材を撹拌混合することにより構築してもよい。また、第一置換体２の長さ（深さ）は、地盤状況に応じて適宜決定すればよい。例えば、部分的に硬質土層を有する地盤の場合には、硬質土層のみに対して第一置換体２を形成すればよい。さらに、第一置換体２は、必ずしも砂により形成する必要はなく、例えば、砂利や再生材などで形成してもよいし、掘削孔内に流動化処理土を充填することにより形成してもよい。
第一置換体２，２，…は、図１（ｂ）に示すように、躯体１の内周面に沿うように、円筒状（平面視円形）に配置する。第一置換体２は、隣接する他の第一置換体２と部分的に重ね合わされた状態で形成されている。

なお、第一置換体２は、図３（ａ）に示すように、間欠的に配置することで、隣り合う第一置換体２，２との間に隙間を形成してもよい。また、第一置換体２は、躯体１の外面よりも外側に突出しないように、躯体１の外面よりも内側に配置されていれば、必ずしも躯体１の内周面に沿う位置に形成する必要はない。また、異なる直径により形成された第一置換体２を円筒状に配置してもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、直径が大きな大径置換体２１と、大径置換体２１よりも直径が小さい小径置換体２２とを交互に配置してもよい。さらに、第一置換体２の配置は、躯体１の形状に応じて適宜設定すればよく、円筒状である必要はない。

第二置換工程は、図１（ｂ）に示すように、円形に配置された第一置換体２，２，…の中心側（躯体1の中心側）に、第二置換体３を形成する工程である。
本実施形態では、躯体１の中心部に４本の第二置換体３，３，…を形成する。第二置換体３同士の間には所定の隙間が形成されている。また、第二置換体３は、躯体１の半径方向に隣接する第一置換体２との間にも第二置換体３同士の隙間と同等の隙間が形成されている。なお、第二置換体３は必要に応じて形成すればよい。また、第二置換体３の外径、本数および配置は限定されるものではなく、躯体１の形状寸法や地盤状況等に応じて適宜決定すればよい。また、第二置換体３の施工方法は、第一置換体２と同様とする。
なお、第二置換体は、必ずしも砂により形成する必要はなく、例えば、砂利や再生材などで形成してもよいし、掘削孔内に流動化処理土を充填することにより形成してもよい。また、第二置換体は、必要に応じて形成する。

沈設工程は、図２（ｃ）に示すように、躯体１を圧入（沈設）する工程である。
沈設工程では、アンカー設置工程において配置されたアンカー４１を利用してジャッキ４２の圧入力により躯体１を圧入する。
なお、躯体１の圧入は、躯体１の上端に梁部材４４を横設し、この梁部材４４の両端部に設置されたジャッキ４２により梁部材４４に圧入力を付与することで行う。すなわち、躯体１の圧入は、アンカー４１を介してジャッキ４２により梁部材４４を下方向に押し込むことにより行う。なお、圧入装置４（アンカー４１、ジャッキ４２等）の構成は限定されるものではない。
躯体１を圧入すると、図４に示すように、刃口１３の直下の地盤Ｇ_０が破砕されるとともに、原地盤よりも軟質な第一置換体２側（躯体１の内側）に押し込められて、削ぎ取られた状態となる。そのため、躯体１の圧入が安定する。

掘削工程は、図２（ｄ）に示すように、躯体１の圧入後、躯体１内空側を地盤掘削して立坑を形成する工程である。本実施形態では、クラムシェル（図示せず）を利用して、地上部から掘削を行う。具体的には、クラムシェルを広げた状態で、クラムシェルの歯の部分を置換体（第一置換体２または第二置換体３）に挿入し、クラムシェルを引き上げることで、置換体２，３とともに置換体２，３同士の間の未置換部分の掘削を行う。
沈設工程と掘削工程とを繰り返すことにより、所定の深さの立坑を形成する。

本実施形態の躯体沈設工法によれば、躯体１の外側の原地盤が乱されることがないため、躯体１の外周囲に対して補強する必要がない。そのため、従来の躯体沈設工法に比べて、施工の手間および施工費の低減化を図ることができる。
また、躯体１の内面に沿って原地盤よりも軟質な第一置換体２，２，…が形成されているため、掘削が困難な（躯体の圧入が困難な）硬質土層を含む地盤であっても、刃口１３が接する躯体１の直下の地盤を崩しやすく、躯体圧入時の先端抵抗力の低減化が可能となり、ひいては、躯体１の安定的な圧入が可能である。
また、躯体１の外面側を原地盤に当接させた状態で形成することができるため、原地盤との摩擦抵抗による地下構造物（立坑）の安定性を見込むことができる。
また、躯体１の内側に間欠的に第二置換体３を形成すると、第二置換体３によって、刃口１３の圧入に伴って崩された地盤を吸収しやすくなる。また、躯体１の内側空間の地盤が崩しやすくなり、地盤掘削の施工性が向上する。また、第二置換体によって地盤の一部が砂などで置換されるので、上部（地上部）からのクラムシェルバケット等による掘削が容易となる。
第一置換体２および第二置換体３は、地盤に形成した掘削孔の内部に、入手しやすい砂を充填することにより形成しているため、比較的安価である。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、軟弱地盤に躯体（ケーソン）を圧入する場合について説明する。本実施形態では、円筒状に形成されたコンクリート製の躯体１を使用する。図５に示すように、躯体１の下部には作業室１５が形成されている。作業室１５は、躯体１の直下の地盤を掘削するための空間であって、躯体１の底版１４と刃口と地盤とに囲まれている。なお、躯体１を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼製部材であってもよい。また、躯体１は必ずしも円筒状である必要はなく、例えば、角筒状であってもよい。

本実施形態の躯体沈設工法は、作業室１５において地盤を掘削するとともに躯体１の沈設を行ういわゆるニューマチックケーソン工法であって、置換工程と、沈設工程とを備えている。

置換工程は、複数本の置換体２，２，…を形成する工程である。
置換体２は、原地盤（軟弱地盤）よりも硬質となるように、地盤内にセメント系固化材を噴射撹拌することにより円柱状に形成する。なお、置換体２の施工方法は限定されるものではなく、例えば、アースオーガ等により鉛直方向に掘削孔を削孔した後、当該掘削孔の内部に砂や砕石等を充填することにより形成してもよい。置換体２の長さ（深さ）は、躯体１の高さ（深さ）と同等となるように形成する。置換体２の強度（固化材の配合等）は、地盤状況や躯体１の重量等に応じて適宜決定する。
置換体２，２，…は、躯体１の外周面よりも突出することがないように、躯体１の外面に沿って円筒状（平面視円形）に配置する。この他の置換体２の詳細は、第一の実施形態で示した第一置換体２と同様なため、詳細な説明は省略する。

沈設工程は、躯体１を圧入（沈設）する工程である。
沈設工程では、作業室１５内において躯体１の直下の地盤を掘削するとともに、躯体１を沈設する。
躯体１の外周囲に沿って周囲の地盤よりも硬質な置換体２が形成されているため、躯体１の過沈下および不等沈下が防止されている。その結果、躯体１の圧入が安定する。
本実施形態の躯体沈設工法によれば、躯体の直下の地盤に隣接して置換体を形成することで、躯体の支持力を向上させて、ひいては、躯体の圧入が安定する。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

硬質土層を含む地盤に本発明の躯体沈設工法を採用する場合には、硬質土層（原地盤）よりも強度が低い置換体を形成する。一方、軟弱地盤に本発明に躯体沈設工法を採用する場合には、軟弱地盤（原地盤）以上の強度の置換体を形成すればよい。
前記実施形態では、躯体が円筒状の場合について説明したが、躯体の平面形状は限定されるものではなく、例えば矩形状、他の多角形状、楕円状等であってもよい。

１ 躯体
１１ セグメント
１２ セグメントリング
１３ 刃口
２ 第一置換体（置換体）
３ 第二置換体（第二の置換体）
４ 圧入装置

Claims (4)

1. 原地盤よりも軟質な複数本の置換体を形成する置換工程と、 筒状の躯体を沈設する沈設工程と、を備える躯体沈設工法であって、
   前記複数本の置換体を、前記躯体の断面形状に応じて筒状に配置するとともに、前記躯体の外面よりも内側に位置するように形成し、
   前記沈設工程では、前記躯体を圧入して前記躯体の直下の地盤を破砕しつつ、当該地盤を前記置換体に押し込むことを特徴とする、躯体沈設工法。
2. 前記置換体よりも前記躯体の中心側に、第二の置換体を形成する工程を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の躯体沈設工法。
3. 地盤を柱状に削孔するとともに掘削孔の内部に砂を充填することにより前記置換体を形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の躯体沈設工法。
4. 原地盤よりも硬質な複数本の置換体を形成する置換工程と、 筒状の躯体を沈設する沈設工程と、を備える躯体沈設工法であって、
   前記複数本の置換体を、前記躯体の断面形状に応じて筒状に配置するとともに、前記躯体の外面よりも内側に位置するように形成し、
   前記沈設工程では、前記躯体の直下の地盤を掘削することを特徴とする、躯体沈設工法。

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