JP6960550B1 - 水上構造物の基礎の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】洗掘防止工の施工効率が高く、専用船の拘束時間が短いため施工コストが安価な水中構造物の基礎の施工方法を提供すること。【解決手段】本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、水上構造物１の設置場所の水底を面状体からなる洗掘防止材Ａで被覆する被覆工程Ｓ１と、基礎支柱２０の下端部を洗掘防止材Ａに貫通して水底に貫入し基礎支柱２０を水底に立設する立設工程Ｓ２と、を備え、洗掘防止材Ａの中央付近に周辺部より基礎支柱２０の貫通を容易に構成した脆弱部Ａ２を設けたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は水上構造物の基礎の施工方法に関し、特にモノパイル式の洋上風力発電施設等、水底に立設した支柱の上部に上部構造を設置してなる水上構造物の基礎の施工方法に関する。

近年、環境負荷の少ない再生可能エネルギーの供給源として、洋上風力発電施設が多数建設されている。
洋上風力発電施設には、着床式と浮体式があり、着床式には例えばモノパイル式、重力式、ジャケット式、トリポッド式等の種類が存在する。この内、モノパイル式の洋上風力発電施設は、海底に立設した支柱の上部にナセルやブレード等の上部構造を設置してなる。
モノパイル式の洋上風力発電施設は、支柱によって水流に乱れが生ずることにより、支柱の基礎周辺に洗掘が発生する。これは最大で支柱の径の２倍もの深さに達するため、施設の安定性に深刻な影響を与える。
そこで従来技術では、支柱の基礎を捨石や石詰袋体等の洗掘防止工で被覆することで、基礎の洗掘を防いでいる。
洗掘防止工を含めたモノパイル式洋上風力発電施設の施工は、（ａ）海底への支柱の打設、（ｂ）支柱基礎への洗掘防止工の設置、（ｃ）支柱上部への上部構造の設置、の順で行われる（図５）。
この内、（ａ）支柱の打設と、（ｃ）支柱上部への上部構造の設置には、自己昇降式作業台船（Ｓｅｌｆ Ｅｌｅｖａｔｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ：ＳＥＰ船）やクレーン船等の比較的大型の専用船を使用する。

特開２０１８−１３８７４５号公報 特開２００７−９２４０６号公報

従来技術には下記のような問題点がある。
＜１＞洗掘防止工は、支柱の基礎周辺に捨石等を積み上げてなるため、支柱の打設前には施工することができない。一方、支柱を打設すると、水流の乱れにより基礎の洗掘が急速に進むため、打設後は迅速に洗掘防止工を設置する必要がある。このため、複数基の洋上風力発電施設を建設する場合、支柱のみを連続して打設することができず、支柱の打設と洗掘防止工を１基ずつ施工しなければならない。よって、施工効率が非常に悪い。
＜２＞洗掘防止工には専用船は不要であるが、洗掘防止工の前工程である支柱の打設と、後工程である上部構造の設置に専用船を使用し、しかも支柱の打設と洗掘防止工を１基ずつ施工するため、洗掘防止工の施工時間を含めて専用船を施工海域に確保する必要がある。このため、専用船の傭船料や船舶損料が高額になり、施工コストが嵩む上、限られた台数の専用船を他の工事へ配船することができなくなる。
＜３＞洗堀防止工に捨石を用いる場合、捨石を薄層に設置し、敷均す必要があり施工に時間がかかる。このため、作業船の拘束期間が長期に及ぶ。また、捨石の設置時に支柱に損傷を与えるおそれがある。
＜４＞気象、海象等の要因により、支柱の打設後直ちに洗掘対策工の設置ができない場合、支柱の基礎周辺に洗掘が生じ、この洗掘部分を埋め戻すため捨石の分量が増加することで、施工コストが更に嵩む。

本発明は、上記のような課題を解決可能な、水上構造物の基礎の施工方法を提供することを目的とする。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、水上構造物の設置場所の水底を、面状体からなる洗掘防止材で被覆する被覆工程と、基礎支柱の下端部を、洗掘防止材を貫通して水底に貫入し、基礎支柱を水底に立設する立設工程と、を備え、洗掘防止材の中央付近に、周辺部より基礎支柱の貫通を容易に構成した脆弱部を設けたことを特徴とする。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、洗掘防止材が、透水性シートであってもよい。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、脆弱部が、洗掘防止材に刻設した切込みであってもよい。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、脆弱部が、洗掘防止材に刻設した放射状の切込みであってもよい。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、洗掘防止材が発信機を有し、立設工程において、発信機から得た位置情報に基づいて脆弱部の位置を特定してもよい。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、立設工程より後に、基礎支柱の上部に上部構造を設置する設置工程を備えていてもよい。

本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、上述した構成により以下の効果のうち少なくとも１つを有する。
＜１＞基礎支柱の打設前に洗掘防止材を敷設する工法であるため、基礎支柱の立設に続けて洗掘防止工を行う必要がない。従って、洗掘防止工の設置と基礎支柱の打設とを１基ずつ行う必要がなく、洗掘防止材の敷設と基礎支柱の打設をそれぞれ連続して施工することができる。このため、施工効率が極めて高い。
＜２＞洗掘防止工の設置（被覆工程）を先行し、その後に専用船を用いる立設工程と設置工程を続けて施工するため、専用船の拘束時間が短く、傭船料や船舶損料が比較的安価である。また、専用船の拘束時間が短いため、専用船を他の工事へ配船して有効活用することができる。
＜３＞各工程を複数基連続して施工できるため、例えば気象、海象等の施工条件がよい時期に集中して被覆工程を完了させ、施工条件の悪い季節に上部構造物の組立等の陸上作業を行い、回復後に立設工程及び設置工程を行う、等の柔軟な施工が可能となる。
＜４＞洗掘防止材を吊り込んで海底に敷設するだけで洗掘防止工を設置できるため、施工が容易で作業効率が非常に高い。また、捨石を利用しないため基礎支柱を損傷させるおそれがない。

本発明に係る水上構造物の基礎の施工方法の説明図。 水上構造物の説明図。 洗掘防止材の説明図。 被覆工程の説明図。 立設工程の説明図。 設置工程の説明図。 従来技術の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の水上構造物の基礎の施工方法について詳細に説明する。

[補強工法]
＜１＞全体の構成（図１）。
本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、被覆工程Ｓ１と、立設工程Ｓ２と、を少なくとも備える。本例では立設工程Ｓ２の後に設置工程Ｓ３を備える。

＜１．１＞水上構造物（図２）。
本発明の施工対象となる水上構造物１は、水底から立設する基礎支柱２０と、基礎支柱２０の上部に設置する上部構造１０と、を備える構造物である。
本例では水上構造物１が、タワーやナセル、ブレード等からなる上部構造１０と、鋼管杭やコンクリート杭からなる基礎支柱２０の組合せからなる、モノパイル式の洋上風力発電設備である例について説明する。
ただし水上構造物１は、洋上風力発電設備に限らず、要は水底に立設した基礎支柱２０の上に上部構造１０を備える構造物であれば、どのような構造物にも適用できる。

＜１．２＞洗掘防止材（図３）。
洗掘防止材Ａは、基礎支柱２０周辺の洗掘を防止するための部材である。
洗掘防止材Ａは、面状の防止材本体Ａ１と、防止材本体Ａ１の中央付近に設けた脆弱部Ａ２と、を少なくとも有する。
防止材本体Ａ１は、水底の起伏に追従可能な柔軟性を備える面状体からなる。
本例では防止材本体Ａ１として、高強度ポリエステル繊維を多重織してなる、正方形の透水性シートを採用する。
防止材本体Ａ１が透水性であるため、洗掘防止材Ａにかかる揚圧力を低減して、洗掘防止材Ａのめくれを防ぐことができる。また、防止材本体Ａ１全体が水を透過するため、水流によるシート周辺部の局所的な洗掘を抑制することができる。
なお、防止材本体Ａ１の素材は高強度ポリエステル繊維に限らず、例えばポリウレタン繊維等であってもよいが、十分な耐久性、引張強度、及び耐摩耗性を備えた素材を採用するのが望ましい。
また、防止材本体Ａ１の形状は正方形に限らず、長方形、円形、その他の多角形であってもよい。
更に、防止材本体Ａ１は透水性シートに限らず、不透水性シート、マット体、板状体等であってもよい。

＜１．３＞脆弱部（図３）。
脆弱部Ａ２は、基礎支柱２０を貫通させるための部分である。
脆弱部Ａ２は、防止材本体Ａ１の中央付近に設ける。
本例では脆弱部Ａ２として、防止材本体Ａ１の中央に刻設した８状の放射状切込みを採用する。ただしこれに限らず、例えば十字状の切込み、円形の部分切込み、Ｖ字状の切込み等であってもよい。
また、脆弱部Ａ２は切込みに限らず、例えば周辺部より厚みが薄い薄肉構造、防止材本体Ａ１の中央に貫通孔を設けて貫通孔を脆弱部材で塞いだ構造、又はこれらの組合せ等であってもよい。要は防止材本体Ａ１上における周辺部より、基礎支柱２０を容易に貫通できる構成であればよい。

＜２＞被覆工程（図４Ａ）。
被覆工程Ｓ１は、水上構造物１の設置場所の水底を洗掘防止材Ａで被覆する工程である。被覆工程Ｓ１は、例えば以下のように施工する。
クレーン付き台船のクローラクレーンを用いて、洗掘防止材Ａを海底に吊り込み、設置場所に敷設する。
本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、面状の洗掘防止材Ａを海底に敷設するだけで洗掘防止工を設置できるため、潜水士による肉体労働が不要であり、施工効率が非常に高い。また、捨石によって基礎支柱２０を損傷させるおそれがない。
また、洗掘防止工である被覆工程Ｓ１を、立設工程Ｓ２の前に行うため、専用船を被覆工程Ｓ１の作業時間の間待機させる必要がない。このため、専用船の拘束時間を短縮して施工コストを節減できる上、台数が限られた専用船を他の工事に有効利用することができる。

＜３＞立設工程（図４Ｂ）。
立設工程Ｓ２は、基礎支柱２０を海底に立設する工程である。立設工程Ｓ２は、例えば以下のように施工する。
ＳＥＰ船のクローラクレーンによって、基礎支柱２０を海中に吊り込み、基礎支柱２０の下端部を、洗掘防止材Ａの脆弱部Ａ２に位置合わせして当接させる。
バイブロハンマによって基礎支柱２０の頭部に振動を与えることで、基礎支柱２０の下端部を洗掘防止材Ａの脆弱部Ａ２に貫通させて海底に貫入する。
なお、基礎支柱２０の立設はバイブロハンマに限らず、油圧ハンマによる打設や先端ビットを付設した基礎支柱２０による回転圧入等によってもよい。
本例では脆弱部Ａ２が放射状の切込みであるため、脆弱部Ａ２の貫通によって、脆弱部Ａ２の三角形状の切片が基礎支柱２０と共に海底の砂の中に押し込まれて基礎支柱２０の外周に密着する。これによって、基礎支柱２０の外周と脆弱部Ａ２の隙間からの砂の流失を防ぐことができる。
基礎支柱２０の立設後、基礎支柱２０の頭部に上部構造１０と連結するためのジョイントスリーブを連結する。
本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、洗掘防止工である被覆工程Ｓ１を立設工程Ｓ２前に施工するため、従来技術のように基礎支柱２０の立設から洗掘防止工の設置までの間の洗掘が発生しない。
このため、洗掘防止のために、支柱の打設と洗掘防止工の設置を１基ずつ行う必要がなく、複数の基礎支柱２０の打設を連続して行うことができる。

＜３．１＞洗掘防止材に脆弱部を設けた理由。
本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、洗掘防止材Ａの防止材本体Ａ１に脆弱部Ａ２を設けた点に一つの特徴を有する。
防止材本体Ａ１に脆弱部Ａ２を設けない場合、防止材本体Ａ１の貫通に大きな力を要するため施工の難度が上がり、施工性や施工精度が低下する。
また、基礎支柱２０によって押し込まれた防止材本体Ａ１が水底の砂を下向きに押圧することで、基礎支柱２０の周囲の砂が凹状に陥没し、基礎支柱２０の根入れ不足になるおそれがある。
さらに、基礎支柱２０を強力に押し込んで貫通させることで、洗掘防止材Ａの裂け目が大きくなり、基礎支柱２０の外周と裂け目の間から砂が吸い出されやすくなる。
一方、防止材本体Ａ１の中央に最初から貫通孔を設けておけば、防止材本体Ａ１を押し込んで貫通する必要はなくなるが、被覆工程Ｓ１から立設工程Ｓ２までの間に、貫通孔を通じて防止材本体Ａ１下方の砂が吸い出される。
特に水流によって防止材本体Ａ１が揺動してポンプ状に機能することによって、貫通孔から多量の砂が流失するおそれがある。
以上より、本発明の水上構造物の基礎の施工方法は、防止材本体Ａ１に貫通孔ではなく基礎支柱２０の貫通を容易にする脆弱部Ａ２を設けることで、施工性及び施工精度の向上と吸出し防止とを両立させる。

＜４＞設置工程（図４Ｃ）。
設置工程Ｓ３は、基礎支柱２０の上部に上部構造１０を設置する工程である。設置工程Ｓ３は、例えば以下のように施工する。
ＳＥＰ船のクローラクレーンによって、基礎支柱２０頭部のジョイントスリーブ内に上部構造１０のタワーを鉛直に吊り込み、隙間にグラウト充填して固定する。
続いてタワーの頭部にハブ及びナセルを固定し、ナセルにブレードを取付ける。
なお、上部構造１０の組み立ては上記に限らず、例えばハブ、ナセル、ブレードを予め地組してユニット化し、このユニットを一括してタワー上に固定して組み立ててもよい。

[水中測位装置を用いる例]
本例では、立設工程Ｓ２において、水中測位装置を用いて脆弱部Ａ２の位置を特定する。
本例では水中測位装置として、船側のトランシーバと洗掘防止材Ａ側のトランスポンダ（発信機Ａ３）の組合せからなるＵＳＢＬ（Ｕｌｔｒａ Ｓｈｏｒｔ Ｂａｓｅ Ｌｉｎｅ）方式水中測位装置を採用する。
ＵＳＢＬ水中測位装置とは、ＧＮＳＳ測位座標に基づいてトランシーバとトランスポンダの相対位置をＵＳＢＬ方式によって三次元測位するシステムである。
防止材本体Ａ１の所定の位置に複数のトランスポンダを付設する。トランスポンダの付設位置は問わないが、複数のトランスポンダの位置から脆弱部Ａ２の位置を特定可能な位置とする（例えば直線上において脆弱部Ａ２を等距離に挟む両位置）。
立設工程Ｓ２において、船上のトランシーバから水中に音響信号を送り、この音響信号に対しトランスポンダが発する応答信号から、トランシーバと複数のトランスポンダとの相対位置を求める。続いて、複数のトランスポンダの相対位置と、防止材本体Ａ１上におけるトランスポンダと脆弱部Ａ２との相対位置から、トランシーバと脆弱部Ａ２の相対位置を求める。
本例では、船上から脆弱部Ａ２の位置を特定することで、基礎支柱２０を脆弱部Ａ２に正確に貫通させることができる。
なお、水中測位装置はＵＳＢＬ方式水中測位装置に限らず、ＳＢＬ（Ｓｈｏｒｔ ｂａｓｅ Ｌｉｎｅ）方式水中測位装置その他各種の水中測位装置を採用することができる。

１ 水上構造物
１０ 上部構造
２０ 基礎支柱
Ａ 洗掘防止材
Ａ１ 防止材本体
Ａ２ 脆弱部
Ａ３ 発信機
Ｓ１ 被覆工程
Ｓ２ 立設工程
Ｓ３ 設置工程

Claims (6)

1. 水底に立設した基礎支柱の上部に上部構造を設置してなる水上構造物に係る、水上構造物の基礎の施工方法であって、
   前記水上構造物の設置場所の水底を、面状体からなる洗掘防止材で被覆する被覆工程と、
   前記基礎支柱の下端部を、前記洗掘防止材を貫通して水底に貫入し、前記基礎支柱を水底に立設する立設工程と、を備え、
   前記洗掘防止材が、繊維製の透水性シートからなり、
   前記洗掘防止材の中央付近に、周辺部より前記基礎支柱の貫通を容易に構成した脆弱部を設けたことを特徴とする、
   水上構造物の基礎の施工方法。
2. 水底に立設した基礎支柱の上部に上部構造を設置してなる水上構造物に係る、水上構造物の基礎の施工方法であって、
   前記水上構造物の設置場所の水底を、面状体からなる洗掘防止材で被覆する被覆工程と、
   前記基礎支柱の下端部を、前記洗掘防止材を貫通して水底に貫入し、前記基礎支柱を水底に立設する立設工程と、を備え、
   前記洗掘防止材が、全体が水を透過する透水性シートからなり、
   前記洗掘防止材の中央付近に、周辺部より前記基礎支柱の貫通を容易に構成した脆弱部を設けたことを特徴とする、
   水上構造物の基礎の施工方法。
3. 前記脆弱部が、前記洗堀防止材に設けた切込みであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水上構造物の基礎の施工方法。
4. 前記脆弱部が、前記洗堀防止材に設けた放射状の切込みであることを特徴とする、請求項３に記載の水上構造物の基礎の施工方法。
5. 前記洗掘防止材が発信機を有し、前記立設工程において、前記発信機から得た位置情報に基づいて前記脆弱部の位置を特定することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水上構造物の基礎の施工方法。
6. 前記立設工程より後に、前記基礎支柱の上部に前記上部構造を設置する設置工程を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水上構造物の基礎の施工方法。
   

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