JP7311460B2 - 基礎の撤去方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎の撤去方法に関するものである。

従来、地中に埋設された鉄筋コンクリート製の杭基礎を撤去する場合、杭の内部に低温液化ガスを充填し気化させて杭を加圧して亀裂を発生させ、杭の内部に注水した水を亀裂から杭の外部に排出して、杭周囲の地盤を軟弱化させるとともに杭の周囲に空隙を発生させて杭を引き抜く方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、洋上風力発電設備を撤去する際には、一般的に図７に示す撤去方法が用いられている。図７に示す方法では、まず図７（ａ）に示すようにウォータージェット等を用いて上部の風車を撤去する。次に、図７（ｂ）に示すように外挿管１０９をバイブロハンマ等によって地盤１０３に打ち込み、モノパイル１０１と地盤１０３との縁を切る。そして、図７（ｃ）に示すように地盤１０３からモノパイル１０１を引き抜く。その後、地盤１０３から外挿管１０９を引き抜く。

特許第３２２０７６４号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法は、亀裂を杭の内外に連通させるために液化ガスを繰り返し充填して加圧する必要がある。また、洋上風力発電設備のモノパイル１０１の撤去に図７に示す方法を用いると、手順が複雑であるため時間やコストがかかるうえ、周囲に大きな振動が生じ、二酸化炭素の排出量も大きい。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、環境に負荷を与えずに短期間で経済的に基礎を撤去できる基礎の撤去方法を提供することである。

前述した目的を達成するために本発明は、構造物の基礎に配置された凍結部材に循環させる冷却液の温度を上下させて、前記基礎の周囲の地盤の凍結と解凍とを繰り返す工程ａと、前記基礎を前記地盤から引き抜く工程ｂと、を具備することを特徴とする基礎の撤去方法である。

本発明では、基礎の周囲の地盤の凍結と解凍とを繰り返すことで地盤を乱して基礎と周囲の地盤との摩擦力を低減することができる。これにより基礎の引き抜き抵抗力が小さくなり、環境に負荷を与えずに短期間で経済的に基礎を撤去することができる。
構造物が洋上風力発電設備である場合、前記基礎は例えばモノパイルである。
構造物が洋上風力発電設備であれば、他の電源を準備しなくても基礎の周囲の地盤の凍結と解凍とを繰り返すことができる。

前記構造物が洋上風力発電設備であり、前記基礎が水底の地盤に設置され、前記洋上風力発電設備の供用期間後に、前記冷却液の温度を上下させてもよい。

前記工程ａで、前記基礎の前記地盤より上方の位置の変位を計測し、計測結果に基づいて前記工程ａの終了を決定してもよい。
変位を計測すれば基礎と周囲の地盤との摩擦力の大きさを把握することができるので、摩擦力が十分に低減されたことを確認してから基礎を引き抜くことができる。変位計測は、波力といった自然由来の力での変位を確認するか、ジャッキなどで強制的に載荷させて変位を確認する。

本発明では、例えば、前記構造物の構築時に前記凍結部材を前記基礎に配置し、前記構造物の供用期間が終了した後、前記工程ａを実施する。
または、前記構造物の供用期間が終了した後、前記工程ａの前に前記凍結部材を前記基礎に配置してもよい。
構造物の構築時に凍結部材を配置しておけば、供用期間の終了後に速やかに基礎を撤去することができる。また、供用期間の終了後に凍結部材を配置すれば、既存の構造物の基礎を容易に撤去することができる。

前記基礎の内側に前記凍結部材を配置することが望ましい。
これにより、基礎の全体がむらなく冷却され、基礎の外側の地盤に水平断面が略円形の凍土を形成することができる。

本発明によれば、環境に負荷を与えずに短期間で経済的に基礎を撤去できる基礎の撤去方法を提供できる。

モノパイル１の構築および撤去方法を示す図。 モノパイル１の鉛直断面図。 モノパイル１の水平断面図。 モノパイル１の撤去準備のための各工程を示す図。 凍結管１１が他の位置に配置された例を示す図。 他の洋上風力発電設備５ａ、５ｂを示す図。 洋上風力発電設備の撤去方法を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。

図１は洋上風力発電設備５のモノパイル１の構築および撤去方法を示す図である。図１（ａ）はモノパイル１を設置する工程を示す図、図１（ｂ）は上部構造７を設置する工程を示す図、図１（ｃ）はモノパイル１の周囲の地盤３に凍土９を形成する工程を示す図、図１（ｄ）はモノパイル１を引き抜く工程を示す図である。

洋上風力発電設備５を構築するには、まず図１（ａ）に示すように水底の地盤３にモノパイル１を設置する。モノパイル１は、例えば鋼管杭である。モノパイル１は例えば中掘り工法によって地盤３に設置され、内部には水が満たされる。

図２はモノパイル１の鉛直断面図、図３はモノパイル１の水平断面図である。図３は図２のＡ－Ａ線断面図である。図２、図３に示すように、モノパイル１の内周面にはあらかじめ凍結管１１が貼付される。凍結管１１はモノパイル１の軸方向に延伸するように、モノパイル１の周方向に一定の間隔をおいて配置される。凍結管１１は例えばアルミ製のマイクロチャネルであり、図示しないセメント系材料で防護してもよい。凍結管１１の海底より上に位置する部分は、図示しない断熱材で被覆される。

モノパイル１を設置したら、図１（ｂ）に示すようにモノパイル１上に上部構造７を設置して洋上風力発電設備５を完成し、使用する。洋上風力発電設備５の供用期間が終了したら、モノパイル１の撤去準備を開始するため、図１（ｃ）に示すように冷凍設備１３を設置する。冷凍設備１３には、冷却液の送り出しや制御に係わる装置が搭載される。

図４は、モノパイル１の撤去準備のための各工程を示す図である。撤去準備では、まず、凍結管１１に循環させる冷却液の温度を低下させる（Ｓ１０１）。Ｓ１０１では冷却液を例えば－４５度にする。すると、図１（ｃ）に示すようにモノパイル１の周囲の地盤３に凍土９が形成される。上記したようにモノパイル１は熱伝導率の高い鋼製であり凍結管１１はその内周面に貼付されているので、モノパイル１の全周は略均等に冷却される。そのため、モノパイル１の外側の地盤３には水平断面が略円形の凍土９が形成される。

次に、凍結管１１に循環させる冷却液の温度を上昇させる（Ｓ１０２）。Ｓ１０２では冷却液を例えば２０度にする。すると、図１（ｃ）に示す凍土９が解凍される。Ｓ１０１およびＳ１０２で、冷却液は冷凍設備１３により温度制御されて凍結管１１に送り出される。冷凍設備１３は遠隔での運転制御が可能である。Ｓ１０１、Ｓ１０２では、水底に設置した図示しない温度計測手段を用いて地盤３の温度をモニタリングすることによって、凍土９の形成状況やＳ１０２での凍土９の解凍状況を確認してもよい。温度計測手段は光ファイバや海底温度計などである。温度解析と組み合わせることで、冷却液の温度制御に必要な日数の目安を把握できる。

Ｓ１０１で凍土９を形成すると、地盤３が膨張する。また、Ｓ１０２で凍土９を解凍すると、地盤３が収縮する。このようにモノパイル１の周囲の地盤３の膨張と解凍とを繰り返すと、地盤３が乱れて地盤３とモノパイル１との摩擦力が低下し、モノパイル１の引き抜き抵抗力が小さくなる。例えば、モノパイル１を設置後、時間の経過とともに、周囲の地盤３は硬化してモノパイル１の外周に付着した状態となる。これに対し、周囲の地盤３の膨張と収縮とを繰り返すことで、地盤３の部分的な崩壊が生じ、モノパイル１への付着状態も緩む。この結果、凍結・解凍を繰り返す前の状態と比較して、モノパイル１と地盤３とが縁切られた状態となる。

Ｓ１０２で凍土９を解凍したら、図１（ｃ）に示すモノパイル１の上端１５の位置の変位を計測する。そして、波や流れによる上端１５の変位が規定値より大きいかを判定する（Ｓ１０３）。計測対象とする変位は、波力といった自然由来の力による変位でもよいし、ジャッキなどで強制的に載荷させた変位でもよい。また、モノパイル１に加振器と加速度センサを取り付けて、加振器によってモノパイル１へ振動を付加し、加速度センサによってモノパイル１の加速度を測定（間接的に変位を測定）してもよい。この場合、例えば、モノパイル１へ水平方向に直交する２方向へ０．１～４Ｈｚ程度の加振を行うことで、周囲の地盤３からのモノパイル１の支持力を把握することができる。このように、上端１５の変位はモノパイル１と地盤３との摩擦力の大きさの把握に用いられる。Ｓ１０３では、変位が規定値より大きいかによって、モノパイル１と地盤３との摩擦力が十分に低下しているかを判断する。すなわち、モノパイル１と地盤３とが縁切られると、モノパイル１が地盤３によって十分に支持されなくなるため、モノパイル１がわずかに傾く。このため、モノパイル１の傾き（上端１５の変位）を確認することで、モノパイル１と地盤３との摩擦力（引抜力）が十分に下がったかどうかを把握することができる。

Ｓ１０３での規定値は例えばクレーンの揚重力に応じて設定される。この場合、Ｓ１０３では、上端１５の変位が規定値より大きいかによって、モノパイル１の引き抜き抵抗力がクレーンで揚重できる程度まで小さくなっているかを判断する。

Ｓ１０３で上端１５の変位が規定値より小さい場合は、モノパイル１と地盤３との摩擦力をさらに低下させるために、Ｓ１０１とＳ１０２を繰り返す。
Ｓ１０３で上端１５の変位が規定値より大きい場合は、モノパイル１と地盤３との摩擦力が十分に低下しているので、Ｓ１０１とＳ１０２の繰り返しを終了する。そして、上部構造７を撤去した後、図１（ｄ）に示すように地盤３からモノパイル１を引き抜く。このようにモノパイル１の上端１５の位置の変位を計測することにより、モノパイル１と周囲の地盤３との摩擦力が十分に低減されたことを確認してからモノパイル１を引き抜くことができる。

第１の実施形態によれば、モノパイル１の周囲の地盤３の凍結と解凍とを繰り返すことで、地盤３を乱してモノパイル１と周囲の地盤３との摩擦力を低減することができる。これによりモノパイル１の引き抜き抵抗力が小さくなるので、従来のようなケーシングによるモノパイルと地盤との縁切りが不要になり、環境に負荷を与えずに短期間で経済的にモノパイル１を撤去することができる。また、モノパイル１の内側に凍結管１１を配置することで凍土９が略円形に形成されるので、モノパイル１の全周において摩擦力をむらなく低下させることができる。

第１の実施形態では、洋上風力発電設備５の構築時にモノパイル１に凍結管１１を配置しておくことで、洋上風力発電設備５の供用期間が終了した後に速やかにモノパイル１の撤去に取り掛かることができる。

なお、第１の実施形態ではモノパイル１を中掘り工法によって地盤３に設置したが、設置方法はこれに限らず打撃工法等によって設置してもよい。また、図４に示すＳ１０３ではモノパイル１の上端１５の位置の変位を計測したが、変位は地盤３より上方の任意の位置で計測すればよい。

モノパイル１に配置される凍結管１１の位置は図２、図３に示すものに限らない。図５は、凍結管１１が他の位置に配置された例を示す図である。図５（ａ）に示す例では、凍結管１１がモノパイル１の外周面に沿って配置される。図５（ｂ）に示す例では、モノパイル１を地盤３に設置した後に凍結管１１がモノパイル１の内空に配置される。モノパイル１の内部は水で満たされており空気のような断熱層がないので、１本の凍結管１１を用いた場合でもモノパイル１の周囲の地盤３を凍結させることができる。

第１の実施形態では、洋上風力発電設備５の供用期間が終了した後、モノパイル１の周囲の地盤３の凍結と解凍とを繰り返してから上部構造７を撤去したが、作業の順序はこれに限らない。洋上風力発電設備５の供用期間が終了した後、上部構造７を撤去してからモノパイル１の周囲の地盤３の凍結と解凍とを繰り返してもよい。

次に第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。

第２の実施形態は、洋上風力発電設備５の供用期間が終了した後に凍結管１１を配置する点で第１の実施形態と主に異なる。

第２の実施形態では、図１（ａ）に示す工程で中掘り工法によってモノパイル１を地盤３に設置する。このとき凍結管１１は配置しない。次に、図１（ｂ）に示すように上部構造７を設置して洋上風力発電設備５を完成して使用する。そして、洋上風力発電設備５の供用期間が終了した後にモノパイル１に凍結管１１を挿入し、図３または図５（ｂ）に示すようにモノパイル１の内側に配置する。その後、第１の実施形態と同様に図４に示す各工程によって地盤３の凍結と解凍を繰り返してモノパイル１の撤去準備をする。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様にモノパイル１の周囲の地盤３の凍結と解凍とを繰り返すことで、地盤３を乱してモノパイル１と周囲の地盤３との摩擦力を低減することができる。また、洋上風力発電設備５の供用期間の終了後にモノパイル１の内側に凍結管１１を配置することで、既存の洋上風力発電設備５のモノパイル１を容易に撤去することができる。

第１、第２の実施形態では、洋上風力発電設備５のモノパイル１の撤去について説明したが、本発明の基礎の撤去方法は他の基礎にも適用可能である。

図６は、他の洋上風力発電設備５ａ、５ｂを示す図である。図６（ａ）に示す洋上風力発電設備５ａはジャケット式の基礎を有し、地盤にアンカー杭１ａが設置される。図６（ｂ）に示す洋上風力発電設備５ｂは浮体式であり、地盤にアンカー杭１ｂが設置される。本発明の基礎の撤去方法は、これらのアンカー杭１ａ、１ｂに適用してもよい。また、地上に構築される仮設構造物の基礎など、他の構造物の基礎に適用してもよい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかか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、各種の変更例又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、１０１………モノパイル
１ａ、１ｂ………アンカー杭
３、１０３………地盤
５、５ａ、５ｂ………洋上風力発電設備
７、１０７………上部構造
９………凍土
１１………凍結管
１３………冷凍設備
１５………上端
１０９………外挿管

Claims (7)

1. 構造物の基礎に配置された凍結部材に循環させる冷却液の温度を上下させて、前記基礎の周囲の地盤の凍結と解凍とを繰り返す工程ａと、
   前記基礎を前記地盤から引き抜く工程ｂと、
   を具備することを特徴とする基礎の撤去方法。
2. 前記構造物が洋上風力発電設備であり、前記基礎が水底の地盤に設置され、
   前記洋上風力発電設備の供用期間後に、前記冷却液の温度を上下させることを特徴とする請求項１記載の基礎の撤去方法。
3. 前記基礎がモノパイルであることを特徴とする請求項２記載の基礎の撤去方法。
4. 前記工程ａで、前記基礎の前記地盤より上方の位置の変位を計測し、計測結果に基づいて前記工程ａの終了を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基礎の撤去方法。
5. 前記構造物の構築時に前記凍結部材を前記基礎に配置し、前記構造物の供用期間が終了した後、前記工程ａを実施す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基礎の撤去方法。
6. 前記構造物の供用期間が終了した後、前記工程ａの前に前記凍結部材を前記基礎に配置す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基礎の撤去方法。
7. 前記基礎の内側に前記凍結部材を配置することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の基礎の撤去方法。

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