(57)【要約】【課題】船舶の大型化、耐震強化に対応すべく、係留機能と護岸機能を構造的に一体化した立体ラーメン構造の桟橋及び施工方法を提供する。【解決手段】基礎杭５の上部の円筒柱４と横梁及び斜壁で、係留機能、護岸機能を構造的に一体化した階層の立体ラーメン構造体を形成し、これに地中壁を組込みこみ、水平耐力の増加を図る。また、立体ラーメン構造体を浮体とし、沈設据付は円筒柱４または基礎杭５の内部空気を放出して行う。その後、基礎杭５を打設し、円筒柱４との接合は円筒柱４の内部をドライの状態で行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
港湾の桟橋構造において、桟橋の単位ブロックごとに、基礎杭５の上部となる円筒柱４を垂直横梁６、平行横梁７及び斜材で、海底面までの階層の立体ラーメン構造体を形成し、必要に応じて、桟橋の立体ラーメン構造体に地中壁９ａ及び９ｂを組込みこむことにより、立体ラーメン構造体の剛性に見合う水平地盤反力を確保し、水平耐力の増加を図ることを特徴とする桟橋の立体ラーメン構造体。
【請求項２】
請求項１の桟橋の立体ラーメン構造体において、護岸となる斜壁８ａ及び斜壁支保材８ｂを立体ラーメン構造体に組込み、立体ラーメン構造体の剛性に寄与すると共に係留機能と護岸機能を構造的に一体化させることを特徴とする桟橋の立体ラーメン構造体。
【請求項３】
請求項１及び請求項２の立体ラーメン構造体の運搬、据付の施工方法において、円筒柱４または基礎杭５の天端に密閉蓋４ａを取り付け、円筒柱４、垂直横梁６及び平行横梁７の対象となる内部空間を利用して、立体ラーメン構造体を浮体として、施工現場まで曳航し、沈設据付は排気バルブ４ｂを通して円筒柱４または基礎杭５の内部空気を放出しながら行うことを特徴とする立体ラーメン構造体の桟橋の施工方法。
【請求項４】
請求項１及び請求項２の円筒柱４と基礎杭５の接合の施工方法において、予め円筒柱４と基礎杭５をラップさせる部分に間詰めコーティング材５ａを塗布しておき、円筒柱４と基礎杭５の接合作業時の水密性を確保し、円筒柱４の内部をドライにして気中で接合作業することを特徴とする立体ラーメン構造体の桟橋の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、港湾の係留施設において、単位ブロックを立体ラーメン構造とした桟橋の構造体とこれの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  港湾の係留施設は、平坦な地盤と異なり、巨大な段差を持つ人工地盤である。また、我が国の主要都市は沖積平野に発達し、これを背後地とする主要港も軟弱な海底地盤上に建設されていることが多い。このため、港湾施設は兵庫県南部地震に見られるように、地震被害の受けやすい施設となっている。【０００３】  従来の桟橋は、杭を一本一本海上打設して、海上に一定配列した杭構造を海面上で桁組みし、床版を乗せて一体化した構造物である。桟橋は、重力式の係船岸に比べて軽量であり、地震時の慣性力が小さい。軟弱地盤上でも重力式係船岸よりは対策が容易である。背面護岸の壁高はマウンドすることで低くし、護岸の土圧を小さくできるなどの利点があるとされていた。しかし近年、船舶の大型化に伴い、係船岸の水深が大きくなると、従来の桟橋は、地震時や船舶接岸時において水平耐力に不足をきたすようになった。特にレベル２地震動の対応は極めて困難である。【０００４】  この水平耐力不足の解決策として、ジャケット工法が杭構造の係船岸に使われるようになった。係留施設の構造は、延長方向にブロック単位に分かれている。従来の桟橋は、ブロック単位の杭群の一体化は海面上の平面のみである。これに対してジャケット工法は、単位ブロックの杭群の一体化を海中まで広げて立体的に実現している。ジャケット工法の構造はデッキ部分の上部構造部、脚柱のジャケット部、基礎杭部の三つの構造部によって構成される。ジャケットは単位ブロックを一体とした鋼管の立体トラス構造で、工場で制作する。そして、現地で単位ブロックの杭群にジャケットの脚柱を覆い被せるように設置し、杭群と結合一体化する。ジャケットの設置方法は、鋼管杭を打設した後にジャケットを据え付ける杭先行法と、仮受け杭の上にジャケットを据え付けてから、鋼管杭を打設する杭後行法がある。杭先行法は杭打設の高い精度が要求される。杭後行法は仮受け杭の工種が余計にかかる。また、先行杭の一部を仮受け杭とする折衷法がある。【０００５】  ジャケット工法による立体的桟橋と従来の桟橋と比較すると、立体鋼管トラス構造により構造の剛性が増加し耐震性に優れている。施工で海象条件に左右される工事は、ジャケットの曳航、杭の打設とジャケットの架設の３工種で、工期は短縮され、工程の調整がしやすいなどの利点がある。また、ブロック単位を大型にすることで、さらに効率良く一括施工ができ、経済的であるとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  現在の港湾施設整備において、最も大きな課題は、船舶の大型化に伴う係船岸の水深の増大と兵庫県南部地震を契機とする耐震強化対策である。重要且つ緊急の課題であるが、膨大な事業費を必要としている。【０００７】  前記、ジャケット工法は従来の桟橋構造をジャケットによって立体的に強化した構造といえる。ジャケット工法は大水深の海底油田の採掘櫓の工法を係船岸に応用したもので、前記の利点は従来の桟橋工法と比較したものである。従って、係留施設としての構造的、機能的要素を踏まえて、さらに施設の安全安定、事業費の縮減に向けて発展させる必要がある。【０００８】  まず、係留施設は、巨大な段差を持つ人工地盤である。重力式岸壁は護岸と係船施設を兼ねた構造である。これに対して、桟橋は係留機能の桟橋と護岸が分離した係留施設である。桟橋の耐震強化は、係留機能の桟橋も人工地盤を形成する護岸も同じレベルで耐震強化されなければならない。従来の桟橋の耐震強化の考え方は、一つは、桟橋、護岸それぞれを独立に必要な耐震強化を図る。今一つは護岸の不足する水平耐力を桟橋に持たせる。いずれにしても、レベル２地震動対策は厳しい課題である。【０００９】  ジャケット工法はジャケットを据え付けに対して、杭先行法であれ、杭後行法であれ、ジャケットを吊り上げて杭群に被せて設置する方法で、ジャケットの吊り上げ作業時の正確な水平、鉛直移動の制御が重要で、吊り上げ能力に余裕のある巨大起重機船を必要とする。【００１０】  レベル２地震動対応のジャケット工法は、桟橋法線の垂直方向に延長した単位ブロックの拡大で解決が図れる。ジャケット工法の巨大化は、受け持つ水平耐力の増大に対処するもので、それはジャケットの基礎杭を支える軟弱地盤対策も、必然と大規模となる。また、ジャケット工法の巨大化は、巨大起重機船等の作業船の大型化となり、これも事業費の増大につながる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  立体ラーメン構造の桟橋において、問題解決の基本１は、桟橋の単位ブロックの拡大をせずに水平耐力の増加を図る。基本２は、係留施設全体に作用する水平外力の減少を図る。基本３は、施工の確実性と効率を高めることで工期の短縮を図る。【００１２】  解決の基本１の手段は、桟橋の単位ブロックごとに、基礎杭の上部となる円筒柱を水平材、斜材で接合して階層の立体ラーメン構造体とする。そして、この立体ラーメン構造体を海底面まで拡大する。また、必要に応じて、桟橋の立体ラーメン構造体に地中壁を組込む。【００１３】  解決の基本２の手段は、桟橋下の海中部を含めた空間を利用し、護岸となる斜壁を立体ラーメン構造体に組込む、斜壁勾配は護岸の裏込め材の安定勾配よりもゆるくして係留機能と護岸機能を構造的に一体化させる。斜壁の支保材は立体ラーメン構造の主たる斜材として活用する。【００１４】  解決の基本３の手段は、桟橋の立体ラーメン構造体は主たる鋼材が鋼管となることから浮体機能を持たせる。原則として、本発明の立体ラーメン構造体は着底式とし、基礎杭の打設は、立体ラーメン構造体を所定の海底位置に沈設、据付けてから行う。
【発明の効果】
【００１５】  解決の基本１の効果は、桟橋構造を単位ブロックごとに、海底面から上を対象として斜材を組み入れた階層の立体ラーメン構造体としている。これにより、立体ラーメン構造体の剛性は増加し、それだけ軽量化が図れる。また、必要に応じて、立体ラーン構造体に地中壁を組込む。立体ラーメン構造体の水平耐力の増加は、剛性が増加しただけでは発揮しない。剛性の増加に見合った地盤の水平反力が必要である。これは立体ラーメン構造体に組込まれた地中壁が確保する。また、地中壁の取り付けにより、地盤の単位面積あたりの水平反力は軽減される。従って、軟弱地盤対策はそれだけ小規模となり、場合によっては省くことができる。【００１６】  解決の基本２の効果は、護岸となる斜壁勾配を護岸の裏込め材の安定勾配よりもゆるくする。これにより、裏込め材の勾配は安定であり、立体ラーメン構造体が斜壁と一体になっていても、裏込め材の勾配のとり方で斜壁から水平外力を受けることはない。また、斜壁の支保材は立体ラーメン構造の主たる斜材として活用し、構造体の剛性に寄与する。本発明の立体ラーメン構造の桟橋は、合理的な係留機能と護岸機能の構造的一体化で、工種の簡略化、工期の短縮を促進する。【００１７】  解決の基本３の効果その１は、立体ラーメン構造体に浮体機能を持たせる。本発明の桟橋の施工は、ジャケット工法による桟橋の施工順序とほぼ同じである。立体ラーメン構造体の据付までの概略は、▲１▼立体ラーメン構造体の工場製作、▲２▼立体ラーメン構造体の着水、曳航、▲３▼立体ラーメン構造体の所定の施工位置での沈設、据付けである。従って、立体ラーメン構造体の仮受け杭など必要としない。立体ラーメン構造体の吊上げを必要とするのは、特別な吊り上げ制御を必要としない工場からの搬出、着水時のみである。あとは所定の施工位置での立体ラーメン構造体の沈設、据付時に補助的に起重機船を使う程度で、巨大起重機船は必要としない。立体ラーメン構造体の沈設据付は、各円筒柱の沈設速度の調整、一時停止および再浮上を個別に行える機能を持たせたもので、微調整が容易であり施工は正確である。また、特別の作業船を必要としないので、並行して複数の立体ラーメン構造体の沈設据付も可能である。従って、単位ブロックは必要以上に大型化せず、総合的に施工効率の良い大きさとして工期の短縮を図り、事業費の縮減化を促進する。【００１８】  解決の基本３の効果その２は、基礎杭の打設は、立体ラーメン構造体を所定の海底位置に据付けてから行う。従って、基礎杭の打設は、円筒柱をガイドとするので打設精度は当初から保障されている。本発明の桟橋の施工で、立体ラーメン構造体の据付以降の概略は、▲４▼基礎杭の打設、基礎杭と立体ラーメン構造体との接合、▲５▼立体ラーメン構造体に斜壁の取付け、▲６▼護岸の裏込め材投入、▲７▼床版設置等上部工である。基礎杭と立体ラーメン構造体の円筒柱との接合は、円筒柱内部をドライにして溶接接合で行う。従って、溶接作業は気中で行われ、品質の信頼度が高い。また、波浪の影響を受ける作業は立体ラーメン構造体の曳航、沈設据付のみの２工種で、基礎杭の打設は影響を受けない。このため、工期はさらに短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  以下、本発明の立体ラーメン構造の桟橋の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。【００２０】  図１は本発明の桟橋の側面図である。符号１は海底地盤、２は硬土地盤、３は海水、４は円筒柱、５は基礎杭である。６は桟橋法線に垂直方向の垂直横梁で、上段垂直横梁が６ａ、中段垂直横梁が６ｂ、下段垂直横梁が６ｃ、７は桟橋法線に平行方向の平行横梁で、上段平行横梁が７ａ、中段平行横梁が７ｂ、下段平行横梁が７ｃである。８ａは斜壁、８ｂは斜壁支保材、９ａは前面地中壁、９ｂは背面地中壁である。１０は上段垂直横梁６ａを巻きこむコンクリート桁、１１は床版、１２は裏込め材、１３は埋立て地盤である。【００２１】  図１の側面図には桟橋法線に垂直方向の円筒柱４が４本あり、これを１列とする。実施例の単位ブロックの円筒柱４の本数は、２列８本としている。８本の円筒柱４は垂直横梁６、平行横梁７の３段で階層の立体ラーメン構造を形成している。また、斜壁支保材８ｂは立体ラーメン構造の斜材も兼ねている。本発明の桟橋をコンテナバースで計画する場合、ガントリークレーンの軌条幅が３０ｍ程度なので、基礎杭５をこれに合わせてクレーン基礎杭を兼ねるのが好適である。【００２２】  裏込め材１２の石材は一般に内部摩擦が４０度、海中施工でのり勾配は１割２分程度のものが使われる。今、本発明の桟橋を計画水深１５ｍのコンテナバースで計画する。係船岸の天端高は＋４ｍとすると裏込め石の高さ１９ｍに対しのり水平幅３０ｍで、のり勾配は１割６分確保でき十分に余裕がある。【００２３】  立体ラーメン構造体には、前面地中壁９ａと背面地中壁９ｂが組込まれている。地中壁９ａ，９ｂによって地盤の水平反力を受ける面積を拡大している。背面地中壁９ｂはこの他に下段横梁７ｃの機能を持たせてある。従って背面地中壁９ｂの両端は、ダブルの噛み合わせの爪を設け、相手の円筒柱４にも同様に設けてある。この理由はこの位置に固定の下段横梁７ｃを取付けると、裏込め石の重量がもろにかかるので、不必要な荷重が立体ラーメン構造体に加わらないように沈下を許容したものである。【００２４】  図２は図１のＡ−Ａ断面における正面図ある。図には桟橋法線に垂直方向の４列の円筒柱４の最前部の４本が図示されている。実施例の単位ブロックの円筒柱４の本数は、２列８本で、図示されている立体ラーメン構造体は２基である。２基の立体ラーメン構造体の離れは、立体ラーメン構造体の幅と同じ長さとしているので、円筒柱４の間隔は等しい。【００２５】  図３は図１のＢ−Ｂ断面の平面図である。図３は図２と同様に２基の立体ラーメン構造体の平面を表している。独立している立体ラーメン構造体を相互に連結する主たる部材は桟橋の上部工であるが、この他に斜壁８ａ及び地中壁９ａ，９ｂがこれの役目をする。【００２６】  図４は斜壁８ａ及び斜壁支保材８ｂの断面図で、図３のＣ−Ｃ断面における拡大図ある。図において、斜壁支保材８ｂは、２本のＨ鋼を１組として所定の勾配で４本の円筒柱４を両側から抱き合わせて接合したものである。接合方法はＨ鋼の上下のフランジの一部を円筒柱４の傾斜断面形状で正確に切り欠き、この部分で円筒柱４と斜壁支保材８ｂを溶接接合する。また下フランジ外側には斜壁８ａ��ズレ止めプレートを取り付けてある。【００２７】  斜壁８ａ及び斜壁支保材８ｂは護岸機能と立体ラーメン構造体の剛性機能を担う。剛性機能の役割分担は、鉛直面のせん断変位は斜壁支保材８ｂが拘束し、水平面のせん断変位は斜壁８ａが拘束する。これにより、立体ラーメン構造体の剛性の増加が図られている。従って、立体ラーメン構造体の内部の斜壁８ａ及び斜壁支保材８ｂの組込み余裕は厳しくし、立体ラーメン構造体を相互に連結する斜壁８ａは護岸機能のみであるから、斜壁支保材８ｂとの組込み余裕を十分にとって施工性を良くする。【００２８】  図５は円筒柱４を密閉状態として、立体ラーメン構造体を海上に浮かべた状況図である。立体ラーメン構造体の浮力に余裕がある場合は、円筒柱に予め基礎杭を挿入しておくと現場作業の効率が良い。図において、４ａは密閉蓋である。円筒柱４の密閉状態は、頂部は密閉蓋４ａで底部は水圧で確保される。立体ラーメン構造体が浮体として成立するためには、立体ラーメン構造体の全質量と立体ラーメン構造体が海中に没した内空容積の海水の質量の比較で決まる。内空容積の対象は、円筒柱４，垂直横梁６，平行横梁７である。特に中段垂直横梁６ｂは浮体機能を重視したもので、浮体としての取り付け位置、直径が決定される。下段垂直横梁６ｃは浮体の安定として重心を下げる必要がある場合には、内空断面の一部にグラウトが検討される。【００２９】  図６は立体ラーメン構造体の円筒柱４の頭部の断面図である。図において、４ｂは排気バルブ、５ａは間詰めコーティング材である。基礎杭５を予め円筒柱４に挿入しておく場合、基礎杭５が円筒柱４よりも長い場合には突出する。このとき、円筒柱４の密閉蓋４ａは基礎杭５の頭部に取り付けられる。間詰めコーティング材５ａは、円筒柱４と基礎杭５の密閉状態を確保するための対策である。間詰めコーティング材５ａは、基礎杭５の頭部の所定の位置及び幅で厚みに余裕代を持たせて塗布されている。基礎杭５が円筒柱４に挿入されるとき、余裕代は削ぎ落とされながら挿入され、基礎杭５が所定の位置まで打設されても密閉状態は保たれる。【００３０】  図７は立体ラーメン構造体を所定の施工位置で沈設、据付けたところの施工状況図である。沈設は各排気バルブ４ｂから、内部空気を放出して行う。沈設速度は空気放出量を調節することで容易に行える。途中沈設停止は内部空気の放出停止である。また、再浮上は排気バルブ４ｂからコンプレッサーで圧気を逆送する。【００３１】  図８は基礎杭５を硬土地盤２までの打設、前面地中壁９ａ、背面地中壁９ｂを所定の位置までの打ち下げを完了したところの施工状況図である。基礎５と立体ラーメン構造体の円筒柱４との接合は、円筒柱４の内部をドライにして溶接接合で行う。円筒柱４と基礎杭５の水密性は、間詰めコーティング材５ａで確保されている。通常、基礎杭５は鋼管杭が使われる。基礎杭５内部には海底地盤１の土砂が詰まり、先端部は硬土地盤に到達しているので、基礎杭５が長尺であれば、それだけで水密性が確保される。危険性があれば基礎杭５の杭頭内部にコンクリートの打設等の対策が行われる。【００３２】  また、斜壁８ａの裏込め材１２の施工において、最後列の円筒中４を水密性のあるフレキシブル��長方形の袋体で巻き込み、これに水等の液体で満たし、数ｃｍ膨張させる。この状態で裏込め材１２を投入施工し、投入完了後、袋体の液体を抜き取る。これにより、の裏込め材１２の水平アーチ作用による円筒柱４の応力集中を解消する。これは、立体ラーメン構造体に余計な水平外力がかからないようにするためである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  本発明の桟橋の側面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面における正面図ある。
【図３】  図１のＢ−Ｂ断面の平面図である。
【図４】  斜壁８ａ及び斜壁支保材８ｂの断面図である。
【図５】  円筒柱４を密閉状態として、立体ラーメン構造体を海上に浮かべた状況図である。
【図６】  立体ラーメン構造体の円筒柱４の頭部の断面図である。
【図７】  立体ラーメン構造体を所定の施工位置で沈設、据付けたところ施工説明図である。
【図８】  基礎杭５を硬土地盤２までの打設、前面地中壁９ａ、背面地中壁９ｂを所定の位置までの打ち下げを完了した施工説明図である。
【符号の説明】
【００３３】１  海底地盤
４  円筒柱
４ａ密閉蓋
４ｂ排気バルブ
５  基礎杭
５ａ間詰めコーティング材
６  桟橋法線に垂直方向の垂直横梁
７  桟橋法線に平行方向の平行横梁
８ａ斜壁
８ｂ斜壁支保材
９ａ前面地中壁
９ｂ背面地中壁
１２裏込め材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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