JP4837618B2 - ケーソンの圧入工法 - Google Patents

Description

本発明は、橋脚等の構造物の基礎やシールド縦坑などを形成するケーソンの圧入工法に関するものである。

プレキャストコンクリート部材からなる、あるいは据付位置で構築した中空筒状のケーソンを水底や地盤中に沈設して大型の塔や橋脚等の基礎を形成する技術としてケーソン工法があり、さらに、ケーソン工法の一つとして、地面より反力をとってケーソンを圧入する圧入ケーソン工法が下記特許文献１、２等に記載されている。
特開２０００−２０４５６３号公報 特開平８−１７７０５５号公報

前記特許文献１にあるように、圧入ケーソン工法は図１２に示すように、地中に打ち込んだグランドアンカー１にグリッパロッド２を連結し、刃口を有する筒状のケーソン躯体３を構築し、そのケーソン躯体３の上面に支圧盤４を介して反力桁５を載置し、ケーソン躯体３の内部地盤を掘削しながら反力桁５に取付けた圧入ジャッキ６でグリッパロッド２を引張り、前述のグランドアンカー１で反力を取って刃先抵抗と周面摩擦力に打ち勝ってケーソン躯体３を地中に圧入（沈設）する。

ケーソン躯体３を所定長さ圧入した後に圧入したケーソン躯体３の上部に次のケーソン躯体３を構築して前述と同様にしてケーソン躯体３を地中に圧入する。この作業を複数回繰り返して所定の深さまでケーソン躯体３を圧入する。

ケーソン躯体３の圧入と同時に掘削機械、例えばクラムシェルのバケットでケーソン躯体３内部の地盤を掘削する。

このようなケーソン躯体３の圧入において、Ｎ値０に近い超軟弱地盤にケーソン躯体３を圧入するとき、地盤支持力が不足し、過沈下ないしは自沈するおそれがある。その対処として、従来は地盤改良により、Ｎ値を上げるようにしていた。

なお、圧入ケーソン工法ではないが、軟弱地盤等であっても、躯体の沈下を任意に制御可能としたケーソンの沈下制御方法として、下記特許文献がある。
特開２００４−４４２４２号公報 特開２００１−１６４５７８号公報

特許文献３は、ニューマチックケーソン工法において、躯体の外周面部に、外方向に拡縮自在の膨縮マット体を設置し、地盤種別に応じて前記膨縮マット体を膨縮制御することにより地盤との周面摩擦力を調整するものである。

特許文献４は、オープンケーソン工法で、ケーソンの上端部に設けられ、かつ該ケーソンの軸方向に長尺な複数の支持柱と、前記支持柱の上端部間に亙って設けられて、端部がケーソンより外側に突出しているストッパビームとを備えたことを特徴とするケーソン過沈下防止装置を用いた。

特許文献３の膨張マット体の材質は、例えば可撓性を有するとともに、耐摩耗性に優れたゴム材、具体的には、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム等の合成ゴム、または再生ゴム等を好適に使用することができるとされる。膨張マット体の膨縮操作は、躯体側壁内に埋設してある作動流体用管路を介して、エア、水又は油等の作動流体を膨張マット体内部に供給し、或いは引抜くことにより制御される。

特許文献４では、端部がケーソンより外側に突出しているストッパビームとを備えているので、ケーソンを地盤中に沈設するに際し、ケーソンの上端部にこの過沈下防止装置を設置しておくことで、ストッパビームが地盤表面に当接するまで、前記ケーソンを地盤中に沈下させることができる。言い換えれば、前記ストッパビームが地盤表面に当接することで、前記ケーソンの沈下を停止させ、前記ケーソンがそれ以上沈下することを防止することができる。

ただ、これら特許文献３も、特許文献４も圧入ケーソンの圧入時に支持力増大を図るのには適さない。けだし、特許文献３の場合は、ニューマチックケーソン工法において適用されるものであり、ケーソンの外周面を適宜膨張拡大させてケーソンと周辺地盤との摩擦を増大させているときに、圧入沈下させるのは膨張マット体に無理な力をかけることになり、必要とされる摩擦抵抗が得られず、また、破損させるおそれもある。

特許文献４では、ストッパビームはケーソンを地盤中に沈下させる際にはこれを作用させることができず、圧入ケーソンの圧入時に支持力増大を図ることはできない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地盤改良することなく、軟弱な土を平板により押さえることで、その反力としてケーソン躯体に支持力を持たせることができ、地盤支持力不足による過沈下ないしは自沈するおそれをなくすことができるケーソンの圧入工法を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカーを反力として、圧入ジャッキでケーソン躯体を圧入沈設するケーソンの圧入工法において、ケーソン躯体に形成したガイド溝に沿って鋼板等の平板をケーソン躯体の内方先端の掘削盤に向けて落とし込み、この平板を固定して圧入沈下するケーソン躯体の支持をなさしめることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、平板をケーソン躯体の内方先端の掘削盤に向けて落とし込み、この平板を固定することにより、ケーソン躯体圧入時に底から盛り上がってくる軟弱土を平板がおさえ、その反力としてケーソン躯体が支持力を持つことになる。

請求項２記載の本発明は、平板を固定は、ケーソン躯体に形成したガイド溝に沿って棒状体を落とし込み、ガイド溝内の平板支持部を上から押さえ込むことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、平板を固定するのに、ケーソン躯体に形成したガイド溝に沿って棒状体を落とし込み、ガイド溝内の平板支持部を上から押さえ込むことにより、上方からの作業で地中下で簡単かつ確実に行うことができる。

請求項３記載の本発明は、平板には、強度を持たせるため、補強フレームを添設することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、平板自体に強度を持たせるには平板の厚みが増し、重量も重くなるが、補強フレームを添設することにより、平板自体を厚いものとせずに強度を向上させることができる。

請求項４記載の本発明は、平板とケーソン躯体との間、または／および、平板相互間に開口を有し、この開口を介して土砂を掘削することを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、ケーソン躯体を圧入沈設する時の掘削は、平板とケーソン躯体との間、または／および、平板相互間に開口を有し、この開口を介して土砂を掘削するので、固定した平板を引き上げることなく行うことができる。

請求項５記載の本発明は、ケーソン躯体の沈設は、ケーソン躯体１ロッド分を１回又は複数回に分けて行い、掘削盤に向けて落とし込む平板の設置位置は、１回の沈設予定高さ分だけ沈設完了位置より高い位置に設置しておき、掘削後の１回の沈設高さを、掘削盤に平板が当接する沈設完了位置まで制御することを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、沈設作業のとき、平板を底部掘削盤より一定だけ高く設置固定しておくことにより、１回の沈設高さ（沈設量）を制御することができる。平板の固定高さは、棒状体の挿入深さで調整できる。

以上述べたように本発明のケーソンの圧入工法は、地盤改良することなく、軟弱な土を平板により押さえることで、その反力としてケーソン躯体に支持力を持たせることができ、地盤支持力不足による過沈下ないしは自沈するおそれをなくすことができるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のケーソンの圧入工法の第１実施形態を示す平面図、図２は同上縦断側面図であるが、先に、本発明の前提となる圧入ケーソン工法について説明する。

図４に示すように、ボーリングマシン９等を用いて圧入反力用のグランドアンカー１を設置する。グラウトの養生後、引張試験を行い耐力の確認をする。

図５に示すように、第１ロットの躯体荷重で不等沈下しないように施工基礎面の床拵えを行い、皿板８を設置する。

図６に示すように、所定の位置に刃口金物７を設置し、図７に示すように、ケーソン躯体３の第１ロット構築として、足場・鉄筋・型枠の組立後、コンクリートを打設し、養生期間を待って脱枠する。

図８に示すように、圧入機材を設置し、各ジャッキの圧入力をコントロールして姿勢制御すると共に、内部土砂を掘削排土してケーソン躯体３の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６で圧入することでケーソンン躯体３を沈設する。

かかるケーソン躯体３の圧入沈設・掘削は、グランドアンカー１にグリッパロッド２を直接または間接的に連結し、刃口を有する筒状のケーソン躯体３を構築し、そのケーソン躯体３の上面に支圧盤４を介して反力桁５を載置し、反力桁５に取り付けた圧入ジャッキ６でグリッパロッド２を引張り、前述のグランドアンカー１で反力を取って刃先抵抗と周面摩擦力に打ち勝ってケーソン躯体３を地中に圧入（沈設）する。図中、１０は掘削を行うためのクラムシェルのバケットである。

１ロッドの圧入沈設完了後は、図示は省略するが、グリッパロッド２、圧入ジャッキ６、反力桁５等は撤去し、ブラケット・ステージ設置、内外足場組立などでケーソン躯体３の第２ロットを構築する準備を行い、鉄筋組立、型枠組立、コンクリート打設、型枠・足場解体を行い、再度、圧入機材を設置して圧入を行う。

以降、図９に示すように、構築と沈設を繰り返してケーソン躯体３を沈設する。

図１０に示すように、最終ロットの圧入掘削でケーソン躯体３を所定の深度まで沈設し、掘削底面の不陸整正・刃先部の残土除去を確認する。（ケーソン沈設完了）

図１１に示すように、坑内底面に堆積したスライムを処理して、水中底版コンクリート１１を打設する。

工事の一例としては、計画河床を阻害することなく河川内に構造物を設置するために、鋼矢板閉切による囲いの中に盛土をおこない築島し、ケーソンにより橋脚基礎を地中の計画河床所定深さに設置する場合である。

前記のようなケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカーを反力として、圧入ジャッキでケーソン躯体を圧入沈設するケーソンの圧入工法において、本発明は図１に示すように、ケーソン躯体３にガイド溝１２を形成する。

このガイド溝１２はケーソン躯体３が隔壁３ａを有する場合は、これに直接形成するように設けてもよく、また、ケーソン躯体３は隔壁３ａ内に形成する場合のほか、外表面に鋼製等のレール部材を取り付けてこれで形成してもよい。いずれにせよ、袋溝的なもので、後述の平板１３の支持部１４を上方から落とし込んで係合させることで、この支持部１４が抜け出さないような幅狭なスリット開口を有する上下に連続したものが望ましい。

前記ガイド溝１２に沿って支持部１４を有する平板１３をケーソン躯体３の内方先端の掘削盤に向けて落とし込み、この平板１３を沈設完了位置αより高い適宜位置で固定して圧入沈下するケーソン躯体３の支持をなさしめる。

平板１３は厚さによりある程度の強度を有するものであれば鋼製またはコンクリート等材質は問わないが、平板１３には強度を持たせるためにトラス構造その他の補強フレーム１５を添設してもよい。

平板１３の支持部１４はガイド溝１２の断面に応じてＴ字形の膨大頭部を有する継手であり、平板１３の固定はガイド溝１２に沿って棒状体１６を落とし込み、これでガイド溝１２内の前記支持部１４を上から押さえ込むものとする。該棒状体１６には断面が支持部１４の形状と同じＴ字形の型鋼材が好適である。

このように平板１３を固定して、この平板１３で盛り上がってくる軟弱土を押さえることで、圧入沈下するケーソン躯体３の支持をなさしめ、過沈下ないしは自沈を防止できる。

なお、平板１３とケーソン躯体３体との間に開口１７を有するので、前記内部土砂を掘削排土してケーソン躯体３の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６で圧入することでケーソンン躯体３を沈設する際の掘削排土は、この開口１７を介して土砂を掘削する。

かかる平板１３によるケーソン躯体３の内方先端の掘削盤の閉塞は、ケーソン躯体３の沈下のバランスを確保するため、ケーソン躯体３の中心に対称に行う。その結果、平板１３がないケーソン躯体３の内方先端の前記開口１７の部分も対称となり、沈下のバランスが得られる。

また、図３に示すように平板１３を複数としてケーソン躯体３の内方先端の掘削盤全面をいくつかに分割し、全体に押さえの平板１３を取り付けられるように設計することで、必要に応じて平板１３のカバー範囲を決定するようにしてもよい。

このように平板１３を複数としてケーソン躯体３の内方先端の掘削盤全面をいくつかに分割する場合も、平板１３とケーソン躯体３体との間と、平板１３の相互間に開口１７が形成されるので、前記内部土砂を掘削排土してケーソン躯体３の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６で圧入することでケーソンン躯体３を沈設する際の掘削排土は、この開口１７を介して土砂を掘削する。

ケーソン躯体３の上部に構築する反力桁５による次ロッド荷重の支持力を得るには、予定位置にケーソンを沈設した後、圧入ジャッキ６で必要な荷重まで圧入力を加え、その荷重を開放しておく。

また、沈設作業のとき、ケーソン躯体３の１ロッド分の沈設を１回又は複数回に分けて行い、この掘削盤に向けて落とし込む押さえ平板１３を底部沈設完了位置αより一定分だけ高い設置位置βに固定しておくことで、１回の沈設高さ（沈設量）の制御に利用するようにしてもよい。平板１３の固定高さは、棒状体１６の挿入深さで調整できる。

このようにこの押さえ平板１３を底部沈設完了位置αより一定だけ高く設置固定しておき、かつ、開口１７を介して土砂を掘削することで、１回の沈設高さ（沈設量）を掘削盤と平板の接合する沈設完了位置まで制御することができる。

本発明のケーソンの圧入工法の第１実施形態を示す平面図である。 本発明のケーソンの圧入工法の第１実施形態を示す縦断側面図である。 本発明のケーソンの圧入工法の第２実施形態を示す平面図である。 圧入ケーソン工法の第１工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第２工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第３工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第４工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第５工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第６工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第７工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の第８工程を示す縦断側面図である。 圧入ケーソン工法の説明図である。

符号の説明

１…グランドアンカー ２…グリッパロッド
３…ケーソン躯体 ３ａ…隔壁
４…支圧盤
５…反力桁 ６…圧入ジャッキ
７…刃口金物 ８…皿板
９…ボーリングマシン １０…クラムシェルのバケット
１１…水中底版コンクリート １２…ガイド溝
１３…平板 １４…支持部
１５…補強フレーム １６…棒状体
１７…開口

Claims (5)

1. ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカーを反力として、圧入ジャッキでケーソン躯体を圧入沈設するケーソンの圧入工法において、ケーソン躯体に形成したガイド溝に沿って鋼板等の平板をケーソン躯体の内方先端の掘削盤に向けて落とし込み、この平板を固定して圧入沈下するケーソン躯体の支持をなさしめることを特徴とするケーソンの圧入工法。
2. 平板の固定は、ケーソン躯体に形成したガイド溝に沿って棒状体を落とし込み、ガイド溝内の平板支持部を上から押さえ込む請求項１記載のケーソンの圧入工法。
3. 平板には、強度を持たせるため、補強フレームを添設する請求項１または請求項２記載のケーソンの圧入工法。
4. 平板とケーソン躯体との間、または／および、平板相互間に開口を有し、この開口を介して土砂を掘削する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のケーソンの圧入工法。
5. ケーソン躯体の沈設は、ケーソン躯体１ロッド分を１回又は複数回に分けて行い、掘削盤に向けて落とし込む平板の設置位置は、１回の沈設予定高さ分だけ沈設完了位置より高い位置に設置しておき、掘削後の１回の沈設高さを、掘削盤に平板が当接する沈設完了位置まで制御する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のケーソンの圧入工法。

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