JP6457871B2 - 杭基礎の撤去方法、杭基礎、及び杭基礎の設置方法 - Google Patents
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Description
洋上風力発電設備は、風が強く波が高い沖合(外洋)に設置されることが多く、風力発電設備を支持するために用いられる杭基礎は、水底地盤に強固に打ち込まれる。
また、一般的な既設杭の撤去方法としては、特許文献2(特に0002段落)に、「ウォータジェットにより杭の周囲地盤を掘り緩めて杭周面の摩擦を無くし、バイブロハンマーまたはクレーンで杭を直接引き抜く方法」が開示されている。
しかしながら、洋上風力発電設備の杭基礎の撤去方法は未だ確立されていない。また、特許文献2に記載のようなウォータジェットを用いる方法は水中では有効ではない。
本発明は、更に、将来的な撤去を容易にするための、杭基礎、及び、杭基礎の設置方法を提供することを課題とする。
前記杭基礎の内部の土砂を排出する工程と、
前記杭基礎の水底以深の地中部に位置する筒状部にその内外を連通する複数の小孔を形成する工程と、
前記土砂が排出された前記小孔を有する前記杭基礎の頭部に閉塞用のキャップを取付ける工程と、
前記キャップにより閉塞された前記杭基礎の内部に圧縮空気を供給して前記小孔から外部へ噴出させつつ、前記杭基礎を引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする。
前記杭基礎の打ち込み前に、前記杭基礎の水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数形成する工程と、
前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込む工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る杭基礎及び杭基礎の設置方法によれば、将来的な撤去時の孔開けが不要となり、杭基礎の撤去(撤去方法の実施)が容易となる。
図1は本発明の一実施形態として示す洋上風力発電設備の概略図である。また、図2は図1の要部拡大図であり、杭基礎の設置状態(撤去前の状態)を示している。
トランジッションピース7は鋼管杭6より大径であり、トランジッションピース7の下部内周が鋼管杭6の上部外周に嵌合した状態で固定される。また、トランジッションピース7の内周面の所定位置にブラケット8(図2)が固定され、このブラケット8が鋼管杭6の上端に当接して上下方向の位置決めがなされる。鋼管杭6とトランジッションピース7との嵌合部にはグラウト(図示せず)が充填される。
トランジッションピース7の上端部にはまた、タワー2設置用又は発電設備維持管理用のデッキ(足場施設)9が設けられる。
小孔10は、例えば直径5.3mの鋼管杭に対し、直径25mm程度の大きさで、応力集中を避けるため、分散させて配置する。図示の例では、らせん状に配列した。配列のピッチは、円周方向に1m程度、鉛直方向に3m程度とする。
鋼管杭6への小孔10の形成は、鋼管杭6を洋上の設置場所へ搬送する前に、工場にて行うのが簡便である。
(1)杭基礎5の打ち込み前に、杭基礎5の水深以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔10を複数形成する工程
(2)前記小孔10を有する杭基礎5を水底地盤に打ち込む工程
(1)鋼管杭6の打ち込み前に、鋼管杭6の水深以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔10を複数形成する工程
(2)前記小孔10を有する鋼管杭6を水底地盤に打ち込む工程
(3)前記鋼管杭6の上部にトランジッションピース7を取付ける工程
耐用年数経過後などに、洋上風力発電設備を全撤去する際は、風力発電設備1を、ブレード4、ナセル3、タワー2の順で、撤去し、その後に、杭基礎5を撤去する。
図2は杭基礎の撤去前の状態を示している。杭基礎5の鋼管杭6はその内外を連通する小孔10を複数有している。鋼管杭6の中空部には、水底BWとほぼ同じ高さまで土砂が入り込み、また水面DLとほぼ同じ高さまで水が入り込んでいる。
本工程では、杭基礎5を短くするため、切断装置(図示せず)を用いて、鋼管杭6の上端付近で、トランジッションピース7を切断・除去する。これにより、図4のように、ほぼ鋼管杭6のみの状態となる。図中7’はトランジッションピース7のうち切断後に残された部分である。
本工程では、グラブ21などを用いて、切断後の杭基礎5(鋼管杭6)の中空部内の土砂を排出する。図中GLは本工程終了時の杭基礎5(鋼管杭6)内の残土面を示している。尚、排出した土砂は杭基礎5の撤去後に埋め戻しに使用する。
本工程では、切断後の杭基礎5の頭部に閉塞用のキャップ22を取付ける。
キャップ22は、耐高圧形状である上に凸のドーム部22aと、ドーム部22aの外縁のフランジ部22bと、ドーム部22aを囲む円筒部22cと、ドーム部22aの中央に取付けられた圧縮空気導入用バルブ22dと、を含んで構成される。
切断後の杭基礎5の頭部にキャップ22を取付ける際は、切断後の杭基礎5(トランジッションピース7’)の上端部外周にフランジ23を溶接し、これにキャップ22外周のフランジ22bをボルトなどで接合する。このとき、十分な気密性を確保する。
尚、フランジ23は、鋼管杭6の上部のブラケット8などを利用して、鋼管杭6の上端部に設置することも可能である。
本工程では、キャップ22の圧縮空気導入用バルブ22dに、圧縮空気源(図示せず)からのエアホース24を接続する。また、キャップ22の円筒部22cに、引抜き用のワイヤ25に吊り下げられたバイブロハンマー26を取付ける。
本工程では、キャップ22により閉塞された杭基礎5(鋼管杭6)の内部に圧縮空気を供給して小孔10から外部へ噴出させつつ、杭基礎5を引き抜く。また同時に、バイブロハンマー26により杭基礎5を上下方向に振動させつつ、杭基礎5を引き抜く。
また同時に、バイブロハンマー26により、杭基礎5を上下方向に振動させつつ、引き抜くことにより、縁切りをより確実なものとして、引き抜きを更に容易にすることができる。
図8の例では、杭基礎5内の土砂排出後、キャップ22の取付前に、杭基礎5内に排水パイプ31を設置する。排水パイプ31の下端は杭基礎5内の残土面GL付近の位置で水中に開口させ、上端は水面DLより高い位置で杭基礎5の壁部を貫通させ外部に開口させる。尚、排水パイプ31には必要により杭基礎5の外部に開閉バルブを取付ける。
こうしておくことにより、図7の引抜き工程で、圧縮空気を供給すると、杭基礎5内の水を排水パイプ31より効率的に排出でき、水の排出後に小孔10から縁切り用の圧縮空気を排出することができる。
排水パイプ31を用いずに、杭基礎5内の水を小孔10から排出しようとすると、圧縮空気源の能力がかなり必要になるが、排水パイプ31を用いて、杭基礎5内の水を排出することで、圧縮空気源の能力を低減することが可能となる。
図9に示す撤去方法では、図3の切断工程を省略し、杭基礎5の上部(トランジッションピース7)を切断することなく、杭基礎5の内部の土砂を排出し、トランジッションピース7の頭部に閉塞用のキャップ22を取付ける。その後は、このキャップ22に対し、図6と同様に、エアホース24及びバイブロハンマー26を装着して、引き抜きを行う。
(1)杭基礎5の内部の土砂を排出する工程
(2)杭基礎5の水底BW以深の地中部に位置する筒状部(円筒部)にその内外を連通する複数の小孔10を形成する工程
(3)前記土砂が排出された前記小孔10を有する杭基礎5の頭部に閉塞用のキャップ22を取付ける工程
(4)前記キャップ22により閉塞された杭基礎5の内部に圧縮空気を供給して前記小孔10から外部へ噴出させつつ、杭基礎5を引き抜く工程
但し、小孔を有していない既設の杭基礎を撤去する際は、杭基礎5の内部の土砂を排出した後、キャップ22を取付ける前に、杭基礎5の内部に孔開け用のロボットマシンを入れるなどして、孔開け作業を行わせるようにしてもよい。
従って、上記(2)の小孔10を形成する工程は、杭基礎5の設置前、又は、土砂を排出する工程の後になされる。
このような切断工程を入れて、引き抜く杭基礎5を短くすることで、引き抜き用のクレーン等を小型化できる利点がある。
また、上記実施形態では、中空円筒状の鋼管杭6とその上部に接続されるトランジッションピース7とからなる杭基礎について説明したが、本発明にこれに限らず、トランジッションピースを有しない杭基礎にも適用できる。
また、上記実施形態では、杭基礎は円筒状として説明したが、中空部を有しているものであれば、角筒状のものにも適用できる。
また、上記実施形態では、構造物を1本の杭基礎により支持するモノパイル方式の場合について説明したが、構造物を複数本の杭基礎(例えばトリパイル)により支持する方式において、各杭基礎を撤去する場合にも適用できる。
これは、図10の平面図に示すように、杭基礎5(鋼管杭6)の外周部と、水底地盤との間に、複数本の補助パイプ32を挿入する。この補助パイプ32の上端部には圧縮空気源からのエアホースを接続し、補助パイプ32の噴出口から圧縮空気を噴出可能とする。圧縮空気の噴出口は、補助パイプ32の下端部に形成されるが、必要により中間部の表面に1〜複数形成される。このような補助パイプ32を追加的に用いて、縁切りを補助することで、杭基礎5の撤去に必要な引抜き力を更に低減することができる。
2 タワー
3 ナセル
4 ブレード
5 杭基礎
6 鋼管杭
7 トランジッションピース
8 ブラケット
9 デッキ(足場施設)
10 小孔
21 グラブ
22 キャップ
22a ドーム部
22b フランジ部
22c 円筒部
22d 圧縮空気導入バルブ
23 フランジ
24 エアホース
25 ワイヤ
26 バイブロハンマー
31 排水パイプ
32 補助パイプ
Claims (6)
- 水上構造物を支持するために水底地盤に設置された中空筒状の杭基礎の撤去方法であって、
前記杭基礎の内部の土砂を排出する工程と、
前記杭基礎の水底以深の地中部に位置する筒状部にその内外を連通する複数の小孔を形成する工程と、
前記土砂が排出された前記小孔を有する前記杭基礎の頭部に閉塞用のキャップを取付ける工程と、
前記キャップにより閉塞された前記杭基礎の内部に圧縮空気を供給して前記小孔から外部へ噴出させつつ、前記杭基礎を引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする、杭基礎の撤去方法。 - 前記小孔を形成する工程は、前記杭基礎の設置前になされ、
前記杭基礎の設置時に、前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込んでいることを特徴とする、請求項1記載の杭基礎の撤去方法。 - 前記杭基礎を短くするために前記杭基礎の上部を切断する工程を更に含み、
前記キャップを取付ける工程、及び、前記杭基礎を引き抜く工程は、前記杭基礎の上部を切断する工程の後になされることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の杭基礎の撤去方法。 - 前記杭基礎を引き抜く工程は、前記キャップに振動装置を取付けて、振動させつつ引き抜くことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の杭基礎の撤去方法。
- 前記水上構造物は、洋上風力発電設備であることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の杭基礎の撤去方法。
- 水上構造物を支持するための中空筒状の杭基礎の設置及び撤去方法であって、
前記杭基礎の打ち込み前に、前記杭基礎の水底以深の地中部に打ち込まれる筒状部に、その内外を連通する小孔を複数形成する工程と、
前記小孔を有する杭基礎を水底地盤に打ち込む工程と、
前記杭基礎の打ち込み後、前記杭基礎を撤去する際に、前記杭基礎の内部に圧縮空気を供給して前記小孔から外部へ噴出させつつ、前記杭基礎を引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする、杭基礎の設置及び撤去方法。
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