(57)【要約】【課題】工数及び工費を抑制してケーソンを沈設可能なケーソン沈設方法を提供する。【解決手段】刃先部６を備えるケーソン１を地盤の地表面ＧＬ側から所定の深さＤｃまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸びる立坑壁体２０を形成すると共に、近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布を測定し、強度分布の測定結果に基づいて、刃先部下方地盤に、強度が所定の強度範囲を超える沈下不適合領域Ｇ１ａがあるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定し、沈下不適合領域Ｇ１ａがある場合は、立坑壁体２０内の空間に地盤強度調整手段３０を配置し、この地盤強度調整手段３０により、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を所定の強度範囲内に収まるように調整した状態で、ケーソン１を所定の深さＤｃまで沈下させて設置する。【選択図】図３
2018059343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃先部を備えるケーソンを、その刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定の深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法であって、
前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸びる立坑壁体又は鉛直ボーリング孔を形成すると共に、前記近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布を測定し、
前記強度分布の測定結果に基づいて、前記刃先部下方地盤に、強度が所定の強度範囲を超える沈下不適合領域があるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定し、
前記沈下不適合領域がある場合は、前記立坑壁体内又は前記鉛直ボーリング孔内の空間に地盤強度調整手段を配置し、この地盤強度調整手段により、前記沈下不適合領域の強度を前記所定の強度範囲内に収まるように調整した状態で、前記ケーソンを前記所定の深さまで沈下させて設置するケーソン沈設方法。
【請求項２】
前記沈下不適合領域の判定は、同一の前記深度において、前記沈下領域の周方向について区別してなされる、請求項１に記載のケーソン沈設方法。
【請求項３】
前記地盤強度調整手段は、前記空間から前記沈下不適合領域に至るガイドホールを形成し、前記ガイドホールの端部にて所定の液体を噴射して、前記沈下不適合領域の強度を調整する、請求項１又は２に記載のケーソン沈設方法。
【請求項４】
前記近傍領域は、前記刃先部下方地盤の内側の領域であり、
前記立抗壁体は、前記内側の領域の中心部に設けられ、
前記強度調整手段は、前記立坑壁体内の前記空間から前記沈下不適合領域に向けて前記ガイドホールを放射状に形成し、各ガイドホールの端部にて前記所定の液体を噴射する、請求項３に記載のケーソン沈設方法。
【請求項５】
前記ケーソンは、その下部にて作業室を区画すると共に貫通孔が開口された区画壁を有するニューマチックケーソンであり、
前記ケーソンの沈下の際に、前記ケーソンの前記貫通孔に前記立坑壁体を挿通させることにより、前記ケーソンの沈下をガイドすることを含む、請求項４に記載のケーソン沈設方法。
【請求項６】
前記区画壁の貫通孔形成壁面と前記立坑壁体の外周面との間にシール部材を設けることを含む、請求項５に記載のケーソン沈設方法。
【請求項７】
前記立坑壁体は、前記中心部に建て込まれる鋼製部材である、請求項４〜６のいずれか一つに記載のケーソン沈設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーソンを地盤中に沈設するケーソン沈設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造物の基礎工事や地下構造物の築造の工法の一つとして、ケーソン沈設工法が知られている。この工法は、有底筒状に形成され下部に地盤掘削用の作業室を備えたニューマチックケーソンや上下両端部が開口された筒体からなるオープンケーソン等のケーソンを地盤上に配置し、ケーソンの周壁内側の地盤及び周壁下端の刃先部下方の地盤を掘削しつつ、その自重により又は荷重を加える等して、ケーソンを所定の深さまで徐々に沈下させて設置し、地盤中に基礎や地下構造物を構築する工法である。
【０００３】
この種の工法におけるケーソンの沈設方法としては、例えば、特許文献１に開示されたケーソン沈設方法が知られている。特許文献１に記載されたケーソン沈設方法では、ケーソンの沈下領域の地盤の支持力を均一化することを目的として、ケーソン沈下前に、沈下領域における刃先部下方地盤を、砂又は砂利柱が互いに連接してなる連続壁体に置き換えている。これにより、ケーソン沈下時におけるケーソンの傾きを抑制して、ケーソンを沈設可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５８−０４３５３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたケーソン沈設方法では、ケーソンの刃先部下方地盤を、地表面からケーソンの沈下領域の下端まで砂等に置換している。したがって、前記刃先部下方地盤における地表面から沈下領域の下端までの間に、ケーソンを適切に沈下可能な強度を有する領域があったとしても、地表面から沈下領域の下端まで砂等に置換することになる。したがって、置換不要な領域についても一律に砂等に置換することになり、無駄な工数及び工費を負担する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、工数及び工費の負担を抑制してケーソンを沈設可能なケーソン沈設方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に対して、本発明の一側面によるケーソン沈設方法は、刃先部を備えるケーソンを、その前記刃先部を下方に向けて地盤の地表面側から所定の深さまで沈下させて設置する。前記ケーソン沈設方法では、前記ケーソンの沈下領域における刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸びる立坑壁体又は鉛直ボーリング孔を形成すると共に、前記近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布を測定する。また、前記ケーソン沈設方法では、前記強度分布の測定結果に基づいて、前記刃先部下方地盤に、強度が所定の強度範囲を超える沈下不適合領域があるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定する。そして、前記ケーソン沈設方法では、前記沈下不適合領域がある場合は、前記立坑壁体内又は前記鉛直ボーリング孔内の空間に地盤強度調整手段を配置し、前記地盤強度調整手段により、前記沈下不適合領域の強度を前記所定の強度範囲内に収まるように調整した状態で、前記ケーソンを前記所定の深さまで沈下させて設置する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面による前記ケーソン沈設方法によると、刃先部下方地盤の近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布の測定結果に基づいて、刃先部下方地盤に、沈下不適合領域があるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定することができるため、地表面からケーソンの沈下領域の下端までの間において、沈下適合領域と沈下不適合領域とを区別することができる。そして、所定の深度に沈下不適合領域がある場合には、前記近傍領域に形成された立坑壁体内又は鉛直ボーリング孔内の空間に配置した地盤強度調整手段により、刃先部下方地盤における地表面から沈下領域の下端までの間のうち、沈下不適合領域があると判定された深度部分だけその強度を調整することができる。したがって、刃先部下方地盤における地表面から沈下領域の下端までの間に、ケーソンを適切に沈下可能な強度を有する領域がある場合には、その深度部分については強度調整を施すことなく、ケーソンを沈下させることができる。その結果、無駄な工数及び工費の負担を抑制することができる。
このようにして、工数及び工費の負担を抑制してケーソンを沈設可能なケーソン沈設方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるケーソン（ニューマチックケーソン）の概略構成を示す図であり、ケーソン沈設後の状態を示している。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１に示すケーソンの沈設の施工手順を説明するための概念図である。
【図４】図３（ｂ）の要部拡大図である。
【図５】図３（ｃ）の要部拡大図である。
【図６】図３（ｄ）に示すＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図７】図３に続く施工手順を説明するための概念図である。
【図８】上記施工手順の変形例を説明するための概念図である。
【図９】上記施工手順の別の変形例を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の第２実施形態におけるケーソン（オープンケーソン）の概略構成を示す図であり、ケーソン沈設後の状態を示している。
【図１１】図１０に示すケーソンの沈設の施工手順を説明するための概念図である。
【図１２】図１１（ｄ）に示すＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面参照して本発明に係るケーソン沈設方法の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態におけるケーソンの概略構成を説明するための概念図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線矢視断面図である。本実施形態においては、ケーソンとしてニューマチックケーソン１を採用し、このニューマチックケーソン１を地盤の地表面ＧＬ側から所定の深さＤｃまで沈下させて設置し、橋脚等の基礎を構築するケーソン沈設工法に、本発明に係るケーソン沈設方法を適用した場合について、以下に説明する。
【００１２】
本実施形態において、ニューマチックケーソン１の沈下領域における地盤は、例えば、地表側の上層Ｇ１と、この上層Ｇ１の下方に隣接し上層Ｇ１より地耐力の高い支持層Ｇ２とを含む地盤で構成されているものとする。この上層Ｇ１の地盤は、地表面ＧＬから所定の深さＤｃまでに亘り、概ねニューマチックケーソン１を適切に沈下させることができる所定の強度範囲の強度を有する土層（つまり、所定の下限値以上であり、且つ、所定の上限値以下である強度を有する土層）からなるものとする。但し、上層Ｇ１の地盤の一部に、沈下に不適合な軟弱な領域又は硬い領域（以下において、「沈下不適合領域」という）Ｇ１ａが存在しているものとする。
【００１３】
詳しくは、本実施形態では、例えば、沈下不適合領域Ｇ１ａが上層Ｇ１において地表面ＧＬから深さＤ１と深さＤ２の間の深度領域に含まれており、その深度領域の地盤は前記所定の強度範囲の下限値より小さい強度を有する軟弱な地盤であるものとする。つまり、上層Ｇ１のうちの沈下不適合領域Ｇ１ａ以外の領域（詳しくは、地表面ＧＬから深さＤ１までの領域と深さＤ２から深さＤｃまでの領域）はニューマチックケーソン１の沈下に適合する領域（以下において、「沈下適合領域」という）Ｇ１ｂである。また、支持層Ｇ２は、例えば、泥岩層からなり、ニューマチックケーソン１及び橋脚等を支持可能な地耐力を有しているものとし、ニューマチックケーソン１の後述する刃先部６の先端を、支持層Ｇ２に貫入させた状態で地盤中に沈設させるものとする。
【００１４】
前記ニューマチックケーソン１は、全体的には、上下方向に延びる円筒状又は角筒状の筒形状をなし、周壁２を有している。なお、本実施形態では、ニューマチックケーソン１は、図２に示すように、概ね円筒状であるものとする。ニューマチックケーソン１は、沈設された状態で、下から順に、ケーソン基部３と、ケーソン中間部４と、ケーソン頂部５とに、適宜に深さ方向に分割され、これらが一体となって構成されている。
【００１５】
前記周壁２は、ケーソン基部３、ケーソン中間部４及びケーソン頂部５からなる。また、図１及び図２に示すように、周壁２は、地盤中に沈設される際に、沈下適合領域Ｇ１ｂにおいては上層Ｇ１の現地盤で覆われ、沈下不適合領域Ｇ１ａにおいては地盤改良体１０で覆われている。この地盤改良体１０は、前記所定の強度範囲内の強度を有するように形成されたものである。地盤改良体１０の形成方法については、後に詳述する。
【００１６】
前記ケーソン基部３は、周壁２の下端側に刃先部６を備えてなるものであり、この刃先部６の内側に地盤掘削用の作業室７が形成されている。具体的には、ケーソン基部３は、円筒状の刃先部６と、この円筒の上端を覆い作業室７の天井となって作業室７を区画する区画壁８とを含む。ケーソン基部３は、ケーソン沈下時にその刃先部６を地盤に貫入させてニューマチックケーソン１全体を支持するものである。この刃先部６における周壁２は、ケーソン中間部４及びケーソン頂部５における周壁２より外方に、例えば数センチ程度はみ出すように形成されている。これにより、ケーソン沈下時におけるケーソン中間部４及びケーソン頂部５の周壁２と上層Ｇ１の地盤や地盤改良体１０との間の摩擦抵抗を、軽減するようにしている。また、作業室７は、作業員や掘削機等により地盤を掘削するための地盤掘削用の空間である。作業室７内には外部から空気等が供給されており、作業室７内は圧気状態になっている。これにより、地盤から作業室７内への地下水、泥及びガス等の流入を防止して、掘削作業の安全及び効率化を図っている。そして、区画壁８には、図１に示すように、貫通孔８ａが形成されている。
【００１７】
前記ケーソン中間部４は、ケーソン基部３の上部に構築され、例えば、円筒状に形成されケーソン沈設深さＤｃに応じて適宜個数に分割されている。各ケーソン中間部４は、ケーソン基部３が上層Ｇ１内を沈下する際に、鉛直方向に順次継ぎ足されて、ケーソン基部３と共に沈下される。
【００１８】
前記ケーソン頂部５は、ケーソン中間部４の最上部に構築されものであり、例えば、円筒状に形成され、その上部に橋脚等が載置される。
このように、ニューマチックケーソン１は、刃先部６を備え、その下部にて作業室７を区画すると共に貫通孔８ａが開口された区画壁８を有し、刃先部６を下方に向けて地盤の地表面ＧＬ側から所定の深さＤｃまで沈下されて設置されている。
【００１９】
また、本実施形態では、ニューマチックケーソン１の沈下に先立って、ニューマチックケーソン１の内径よりも小さい外径を有するパイロットケーソン２０がニューマチックケーソン１の沈下領域に建て込まれている。そして、ニューマチックケーソン１の沈下の際に、区画壁８に開口された貫通孔８ａに、パイロットケーソン２０を挿通させることにより、ニューマチックケーソン１の沈下をガイドするように構成されている。なお、本実施形態において、このパイロットケーソン２０が、本発明に係る「立坑壁体」に相当する。
【００２０】
本実施形態では、パイロットケーソン２０は、円筒状の鋼製部材からなり、ニューマチックケーソン１の沈下領域における刃先部６の下方の地盤（以下において、刃先部下方地盤という）の内側の領域の中心部（径方向中心部）に建て込まれている。本実施形態において、パイロットケーソン２０は、ニューマチックケーソン１の沈下をガイドする機能を有すると共に、ニューマチックケーソン１の作業室７において掘削した土砂をクレーン等によって排出したり、各種の機材を搬入搬出したりするためのマテリアルロックとしての機能も有する。このパイロットケーソン２０は、その長手方向に適宜間隔で小ロットに分割（図中、分割位置については図の簡略化のため省略されている）されており、各小ロットを順次継ぎ足して地盤内に建て込まれる。また、本実施形態では、各小ロットには、図２に示すように、内側に開閉可能な作業用扉２１が設けられていると共に、後述する地盤強度調整手段３０のロッド３２を挿通可能なロッド孔２０ａが周方向に等間隔の角度ピッチで複数開口されている。作業用扉２１は、地盤内への建て込み時には閉じられており、パイロットケーソン２０の内側の地盤が掘削されて空間が確保された状態で開閉可能となる。
【００２１】
なお、作業用扉２１は、図１、後述する図３から図５、図７から図９では、図の簡略化のため図示を省略されている。また、ロッド孔２０ａは、図１、後述する図３から図５、図７から図９では、図の簡略化のため、周方向の開口個数を減らして図示されている。そして、図示を省略したが、区画壁８の上面には、作業員の入退室用の立坑となるマンロックが設置される。また、図示を省略したが、区画壁８には、貫通孔８ａ以外に、前記マンロックの内部空間と連通する孔、作業室７の圧気用の配管用の孔及び作業室７内のガスモニタリング用等の孔が、適宜の位置に開口されている。前記マンロックは、円筒状に形成され、その内部には、上方開口部から下方開口部を経て作業室７まで到達する階段が形成されており、この階段を通って、作業員が作業室７内に入室可能とされている。
【００２２】
また、本実施形態では、図１に示すように、区画壁８の貫通孔形成壁面とパイロットケーソン２０の外周面との間にシール部材９が設けられている。このシール部材９は、区画壁８における貫通孔８ａが形成されている壁面に、この壁面に沿うように取り付けられている。これにより、作業室７内の圧気状態を確実に確保できるように構成されている。
【００２３】
次に、本発明に係るケーソン沈設方法の第１実施形態を、ケーソンとして上記ニューマチックケーソン１を用いた場合について、図３から図７を参照して説明する。図３（ａ）はパイロットケーソン形成工程、図３（ｂ）はガイドホール形成工程、図３（ｃ）は薬液注入工程、図３（ｄ）は地盤改良体１０の形成状態をそれぞれ示す。図４、図５はそれぞれ図３（ｂ）、図３（ｃ）の要部拡大図、図６は図３（ｄ）に示すＢ−Ｂ線矢視断面図である。図７（ａ）はケーソン設置工程、図７（ｂ）は掘削沈下工程、図７（ｃ）はニューマチックケーソン１の設置状態をそれぞれ示す。なお、以下の説明では、上層Ｇ１内のうちの地表面ＧＬから深さＤ１までの深度領域の地盤の強度と、深さＤ２から深さＤｃまでの深度領域の地盤の強度は、前記所定の強度範囲内に収まっているものの、深さＤ１から深さＤ２までの深度領域の地盤の強度は、前記所定の強度範囲の下限値より小さいものとする。
【００２４】
本実施形態におけるケーソン沈設方法は、ニューマチックケーソン１を、その刃先部６を下方に向けて地盤の地表面側から所定の深さＤｃまで沈下させて設置する工法である。前記ケーソン沈設方法では、ニューマチックケーソン１の沈下領域（図３から図５では２点鎖線で示す）における刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸びる立坑壁体としてのパイロットケーソン２０を形成すると共に、前記近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布を測定する。また、前記ケーソン沈設方法では、前記強度分布の測定結果に基づいて、前記刃先部下方地盤に、強度が所定の強度範囲を超える沈下不適合領域Ｇ１ａがあるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定する。そして、前記ケーソン沈設方法では、沈下不適合領域Ｇ１ａがある場合は、ニューマチックケーソン１内の空間に地盤強度調整手段３０を配置し、この地盤強度調整手段３０により、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を前記所定の強度範囲内に収まるように調整した状態で、ニューマチックケーソン１を所定の深さＤｃまで沈下させて設置する。前記ケーソン沈設方法は、具体的には、以下に詳述する、「パイロットケーソン形成工程」、「ガイドホール形成工程」、「薬液注入工程」、「ケーソン設置工程」及び「掘削沈下工程」を含んで構成される。
【００２５】
まず、前記パイロットケーソン形成工程では、図３（ａ）に示すように、ニューマチックケーソン１の沈下に先立って、ニューマチックケーソン１の沈下領域における刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸びるパイロットケーソン２０を形成する。パイロットケーソン２０は、例えば、全旋回杭打機等により回転されつつ地盤内に圧入される。この工程において、パイロットケーソン２０は、その下端が支持層Ｇ２に貫入するように建て込まれている。また、本実施形態では、パイロットケーソン２０を形成する前記近傍領域は、刃先部下方地盤の内側の領域に設定されている。そして、パイロットケーソン２０内の土砂は、図３（ｂ）に示すように、掘削されてクレーン等によって排出される。この掘削された土砂は、それぞれ深さ毎に適宜にサンプリングされて、土質や性状が確認されると共にその強度が測定される。これにより、前記近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布のデータが、パイロットケーソン２０内の掘削が進むにしたがって蓄積される。このようにして、前記近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布が測定される。
【００２６】
そして、前記強度分布の測定結果に基づいて、刃先部下方地盤に、強度が所定の強度範囲を超える沈下不適合領域Ｇ１ａがあるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定する。つまり、刃先部下方地盤の強度は、その近傍領域の強度と近似しているものと推定して、前記近傍領域の強度分布に基づいて刃先部下方地盤に沈下不適合領域Ｇ１ａがあるか否かを判定する。この判定は、例えば、パイロットケーソン２０内の土砂の掘削及び強度測定の際に同時並行的に行われるものとする。本実施形態では、地表面ＧＬから深さＤ１までの間の地盤の強度は、前記所定の強度範囲内に収まっており、この深度領域はいずれも沈下適合領域Ｇ１ｂであると判定される。一方、深さＤ１から深さＤ２までの間の地盤の強度は前記所定の強度範囲の下限値より小さいため、この深度領域は、いずれも軟弱な地盤であり、沈下不適合領域Ｇ１ａであると判定される。沈下不適合領域Ｇ１ａがあると判定された場合、例えば、パイロットケーソン２０内の土砂の掘削作業は適宜深度にて一端中止され、ガイドホール形成工程に進む。
【００２７】
次に、前記ガイドホール形成工程では、まず、図３（ｂ）に示すように、地盤強度調整手段３０をニューマチックケーソン１内の空間内の沈下不適合領域Ｇ１ａに対応する深さ位置に配置する。そして、図３（ｂ）から図３（ｄ）、及び、図４から図６に示すように、この地盤強度調整手段３０により、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を前記所定の強度範囲内に収まるように調整する。
【００２８】
本実施形態において、地盤強度調整手段３０は、パイロットケーソン２０内の空間から沈下不適合領域Ｇ１ａに至るガイドホールＧＨを形成し、ガイドホールＧＨの端部にて所定の薬液（液体）を噴射して、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を調整可能に構成された水平ボーリングマシンである。地盤強度調整手段３０は、例えば、図４及び図５に示すように、ニューマチックケーソン１内に配置されるベースマシン３１と、ベースマシン３１から概ね水平方向に進退すると共に回転可能に支持されるロッド３２とを備えている。ロッド３２は、例えば、その中心軸線Ｚ（図６参照）がパイロットケーソン２０内の空間の径方向中心位置から径方向外方に向かうように位置調整されている。
【００２９】
ガイドホール形成工程では、図３（ｂ）及び図４に示すように、ロッド３２の先端に掘削ビット３３が取り付けられ、このロッド３２を、ロッド孔２０ａを介して沈下不適合領域Ｇ１ａに向けて前進させつつ回転させることにより、概ね水平方向に伸びる小径のガイドホールＧＨが形成される。本実施形態では、ガイドホールＧＨは、パイロットケーソン２０の外周面から概ね水平方向に伸びるものとして図示したが、沈下不適合領域Ｇ１ａの深度とロッド孔２０ａの深さ方向の開口位置との関係に応じて、若干斜め上方や斜め下方に傾けて形成可能に、ロッド３２の進退方向と水平方向との傾斜角を適宜に調整可能に構成されている。また、ガイドホールＧＨは、その端部がニューマチックケーソン１の沈下領域（図中、二点鎖線で示す領域）を貫通するところまで削孔される。
【００３０】
そして、前記薬液注入工程では、図３（ｃ）及び図５に示すように、例えば、ロッド３２の先端から掘削ビット３３が取り外される。このロッド３２の先端部は、例えば、セメント系の固化材を含んだ固化材スラリー（いわゆるセメントミルク）等の所定の薬液（液体）を噴射可能に構成されている。また、ロッド３２の先端から基端部側に所定離間した部位には、適宜に収縮・膨張可能なパッカー３４が取り付けられる。この工程では、ロッド３２を、その先端がニューマチックケーソン１の壁厚の中心に相当する場所に位置するように、ベースマシン３１側に少し後退させる。そして、パッカー３４を膨張させて、パッカー３４をガイドホールＧＨの内面に圧着させる。この状態で、ロッド３２の先端部からその周囲に前記所定の薬液を噴射させて、ロッド３２の先端部回りの地盤に薬液を注入する。このときの薬液注入範囲は、ロッド３２の先端部を中心とする図示点線の球状となる。薬液注入時に、パッカー３４をガイドホールＧＨの内面に圧着させることにより、噴射された薬液がガイドホールＧＨの孔口側に向うことを阻止して、所望の注入範囲が確保されるようにする。前記所定の薬液の組成や濃度等は、例えば、沈下不適合領域Ｇ１ａの地盤の強度、土質及び性状等に基づいて決定される。本実施形態では、沈下不適合領域Ｇ１ａの地盤は軟弱な地盤であるため、前記所定の薬液の組成や濃度等は、薬液注入後、所定時間経過後の強度が上昇して前記所定の強度範囲内に収まるように決定されている。
【００３１】
本実施形態では、地盤強度調整手段３０は、平面視で、パイロットケーソン２０内の空間から沈下不適合領域Ｇ１ａに向けてガイドホールＧＨを放射状に形成し、各ガイドホールＧＨの端部にて前記所定の薬液を噴射する。例えば、図３（ｃ）に示す１球目の薬液注入完了後、ロッド３２は、隣接する次のロッド孔２０ａを介してパイロットケーソン２０を貫通するように、周方向の角度位置が変更される。そして、周方向の角度位置を変更した状態で、前記ガイドホール形成工程及び前記薬液注入工程を行う。以後、所定の角度ピッチで、前記ガイドホール形成工程及び前記薬液注入工程を行い、一回の薬液注入工程により一つの球状の固化体１０ａを形成し、これを全周に亘って複数回行う。これにより、図３（ｄ）及び図６に示す複数の球状の固化体１０ａが互いに重なり合ってなるリング状の地盤改良体１０を形成する。なお、上記のように、前記ガイドホール形成工程と前記薬液注入工程を交互に行ってもよいし、全てのガイドホールＧＨを形成した後に、各ガイドホールＧＨに対して前記ガイドホール形成工程を行ってもよい。
【００３２】
次に、図３（ｄ）に示すように、深さＤ１から深さＤ２までの深度領域の強度調整が完了した後、パイロットケーソン２０内の土砂の掘削を再開する。そして、本実施形態では、深さＤ２から深さＤｃまでの間の地盤の強度は、前記所定の強度範囲内に収まっており、この深度領域はいずれも沈下適合領域Ｇ１ｂであると判定される。このように、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を前記所定の強度範囲内に収まるように調整した状態で、ケーソン設置工程に進む。
【００３３】
前記ケーソン設置工程では、まず、沈下領域の地表面ＧＬ上に、掘削機械１１と掘削した土砂を排土するためのベルトコンベア１２等を配置し、その後。図７（ａ）に示すように、ケーソン基部３をその刃先部６を下方に向けて地表面ＧＬ上に設置する。
【００３４】
そして、前記掘削沈下工程では、図示省略したマンロックから作業者が作業室７内に入り、図７（ｂ）に示すように、作業室７の掘削機械１１等により、パイロットケーソン２０の外周と刃先部６との間の地盤を掘削しつつ、刃先部６の下方の地盤（刃先部下方地盤）を掘削し、ケーソン基部３を、その自重により又はその上方から荷重を加える等して徐々に沈下させる。作業室７において掘削した土砂は、例えば、ベルトコンベア１２を介してパイロットケーソン２０内に一旦排出され、その後、クレーン等によって地上側に排出される。ケーソン基部３の沈下の際に、ベルトコンベア１２は、パイロットケーソン２０の小ロット毎に設けられている作業用扉２１（図２及び図６参照）を介してパイロットケーソン２０内に導かれるように配置される。ベルトコンベア１２を架け渡す作業用扉２１は、沈下の深度に応じて、順次下方に隣接する小ロットの作業用扉２１に変更する。
【００３５】
また、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、ケーソン基部３（ニューマチックケーソン１）の沈下の際に、その区画壁８に形成された貫通孔８ａにパイロットケーソン２０を挿通させて、ケーソン基部３の沈下をガイドする。そして、前記掘削沈下工程を所定の深さＤｃまで行いつつ、適宜にケーソン中間部４をケーソン基部３の上方に順次継ぎ足し、最後に最上部のケーソン中間部４の上部にケーソン頂部５を継ぎ足し、図７（ｃ）に示すように、ケーソン基部３、複数のケーソン中間部４及びケーソン頂部５が連結されてなるニューマチックケーソン１を所定の深さＤｃまで沈下させて設置する。その後、図示省略するが、例えば、作業室７内へ中埋めコンクリートを打設する。また、ケーソン中間部４の内壁面とパイロットケーソン２０の外壁面との間、ケーソン頂部５の内壁面とパイロットケーソン２０の外壁面との間、及び、パイロットケーソン２０内へは、中埋めコンクリートを打設してもよいし、掘削土を埋め戻してもよいし、何も投入せずに空洞にしてもよい。そして、図示省略するが、例えば、ケーソン頂部５の上部に頂版を配置してもよい。
【００３６】
本実施形態によるケーソン沈設方法によれば、刃先部下方地盤の近傍領域の地盤の少なくとも深さ方向の強度分布の測定結果に基づいて、刃先部下方地盤に、沈下不適合領域Ｇ１ａがあるか否かを少なくとも所定の深度毎に判定することができるため、地表面ＧＬからニューマチックケーソン１の沈下領域の下端までの間において、沈下適合領域Ｇ１ｂと沈下不適合領域Ｇ１ａとを区別することができる。そして、所定の深度に沈下不適合領域Ｇ１ａがある場合には、前記近傍領域に形成されたパイロットケーソン（立坑壁体）２０内の空間に配置した地盤強度調整手段３０により、刃先部下方地盤における地表面ＧＬから沈下領域の下端までの間のうち、沈下不適合領域Ｇ１ａがあると判定された深度部分だけその強度を調整することができる。したがって、刃先部下方地盤における地表面ＧＬから沈下領域の下端までの間に、ニューマチックケーソン１を適切に沈下可能な強度を有する領域がある場合には、その深度部分については強度調整を施すことなく、ニューマチックケーソン１を沈下させることができる。その結果、無駄な工数及び工費の負担を抑制することができる。
このようにして、工数及び工費の負担を抑制してニューマチックケーソン１を沈設可能なケーソン沈設方法を提供することができる。このケーソン沈設方法は、沈設深さが比較的深い（大深度）の場合に、好適である。
【００３７】
また、本実施形態では、地盤強度調整手段３０は、パイロットケーソン２０内の空間から沈下不適合領域Ｇ１ａに至るガイドホールＧＨを形成し、ガイドホールＧＨの端部にて所定の薬液を噴射して、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を調整する構成とした。これにより、一つの装置でガイドホールＧＨの形成と、薬液注入を施すことができる。
【００３８】
また、本実施形態において、刃先部下方地盤の近傍領域とは、刃先部下方地盤の内側の領域であり、パイロットケーソン（立抗壁体）２０は、前記内側の領域の中心部に設けられている。そして、地盤強度調整手段３０は、パイロットケーソン２０内の空間から沈下不適合領域Ｇ１ａに向けてガイドホールＧＨを放射状に形成し、各ガイドホールＧＨの端部にて所定の液体を噴射する構成とした。これにより、刃先部下方地盤における地表面ＧＬから沈下領域の下端までの間のうち、沈下不適合領域Ｇ１ａと判定された所定の深度部分にリング状の地盤改良体１０を容易に形成することができる。なお、沈下不適合領域Ｇ１ａが離間した複数の深度領域に存在する場合は、各深度領域に対して前記ガイドホール形成工程及び前記薬液注入工程をそれぞれ施すことにより、上下複数段に分けて地盤改良体１０を形成することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、ケーソン沈設方法は、ニューマチックケーソン１の沈下の際に、その区画壁８に形成された貫通孔８ａにパイロットケーソン２０を挿通させることにより、ニューマチックケーソン１の沈下をガイドすることを含む。これにより、ニューマチックケーソン１の沈下時における姿勢（傾き）を適切に保持した状態でニューマチックケーソン１を所定の深さＤｃまで沈下させて設置することができる。その結果、ケーソン沈設施工の沈設精度の向上及び施工時の安全性を、従来よりも向上させることができる。また、本実施形態のように、パイロットケーソン２０を掘削土の排土等のためのマテリアルロックとして兼用することにより、施工の効率化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、ケーソン沈設方法は、区画壁８の貫通孔形成壁面とパイロットケーソン２０の外周面との間にシール部材９を設けることを含む。これにより、作業室７の圧気状態を確実に確保しつつ、パイロットケーソン２０をニューマチックケーソン１の沈下ガイド用の部材として機能させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、一回の薬液注入工程により一つの球状の固化体１０ａを形成し、これを複数回行って複数の球状の固化体１０ａが互いに重なり合ってなる地盤改良体１０を形成する場合を一例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、一回の薬液注入工程により、ロッド３２の進退方向に延伸する一つの円柱状の固化体１０ａを形成し、これを複数回行って複数の円柱状の固化体１０ａが互いに重なり合ってなる地盤改良体１０を形成するように構成してもよい。この変形例の場合、例えば、図８（ａ）に示すように、ロッド３２の先端部には、ロッド３２の中心軸線Ｚと直交する方向に薬液を圧縮空気と共に噴射するノズル３５が設けられており、地盤強度調整手段３０は、図８（ｂ）に示すように、この噴射中にロッド３２を回転させつつ後退可能に構成されている。これにより、一回の薬液注入工程により一つの円柱状の固化体１０ａを形成することができる。この変形例では、図８（ａ）及び図８（ｂ）が薬液注入工程を示す。この変形例の地盤強度調整手段３０では、前記ガイドホール形成工程を行う場合は、例えば、パッカー３４を取り外せばよい。
【００４２】
また、本実施形態では、パイロットケーソン２０は、図３（ａ）に示すように、ニューマチックケーソン１の沈設前に、予めその下端が支持層Ｇ２に貫入するように建て込まれているものとして説明したが、これに限らず、例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、パイロットケーソン２０の沈下と共に、地盤の下方に向かって徐々に建て込まれてもよい。具体的には、パイロットケーソン２０は、長手方向に適宜間隔で小ロットに分割されており、図９（ａ）に示すように、最下端の小ロットをその上部が地表面ＧＬから突出するように建て込み、この状態で、ケーソン基部３を地表面ＧＬ上に設置する。このとき、ケーソン基部３の貫通孔８ａに前記最下端の小ロットが挿通されている。その後、ケーソン基部３の内側の地盤及び刃先部下方地盤を掘削して、ケーソン基部３を沈下させると共に、図９（ｂ）に示すように、パイロットケーソン２０のうちの前記最下端の小ロットを地盤内に建て込みつつその上方に次の小ロットを継ぎ足す。つまり、ケーソン基部３とパイロットケーソン２０のうちの最下端の小ロットを一体的に沈下させる。この場合、ケーソン基部３の内側で掘削された土砂は、沈下が進んでも、常に、パイロットケーソン２０のうちの前記最下端の小ロットに設けられた作業用扉２１を介して前記最下端の小ロット内に排出され、その後、クレーン等により地上側に排出される。そして、沈下不適合領域Ｇ１ａがある場合は、地盤強度調整手段３０は、前記最下端の小ロット内に配置され、この小ロットに形成されたロッド孔２０ａを介してロッド３２を挿通させる。このように、ニューマチックケーソン１とパイロットケーソン２０を一体的に沈下させることにより、パイロットケーソン２０にロッド孔２０ａ及び作業用扉２１を深さ方向に複数設けることなく、単に最下端の小ロットにのみ設けて、前記掘削沈下工程、前記ガイドホール形成工程及び前記薬液注入工程を行うことができる。
【００４３】
また、本実施形態では、沈下不適合領域Ｇ１ａの判定は、同一の深度においては、前記沈下領域の周方向について区別することなく行う場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、沈下不適合領域Ｇ１ａの判定は、同一の前記深度において、沈下領域の周方向について区別して行うようにしてもよい。これにより、例えば、沈下領域の周方向において、ニューマチックケーソン１を適切に沈下させることが可能な強度を有する部分がある場合については、その残りの角度範囲についてのみを沈下不適合領域Ｇ１ａとして特定することができる。その結果、地盤の強度調整を施す範囲を削減することができ、工数及び工費の負担を更に抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、パイロットケーソン２０は、刃先部下方地盤の内側の領域の中心部に建て込まれるものとしたが、これに限らず、前記内側の領域内の中心部以外の場所に、パイロットケーソン２０を建て込んでもよい。この場合は、貫通孔８ａはその建て込み位置に合わせて開口すればよい。また、パイロットケーソン２０は、掘削した土砂を排出等するためのマテリアルロックとしても機能する場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、マテリアルロックとして機能しなくてもよい。この場合、マテリアルロックをマンロックと同様に区画壁８の上面に設置すればよい。また、パイロットケーソン２０は、刃先部下方地盤の内側の領域に設けるものとしたが、これに限らず、刃先部下方地盤の近傍領域であれば、刃先部下方地盤の外側の領域に設けてもよい。つまり、パイロットケーソン２０を形成する刃先部下方地盤の近傍領域とは、刃先部下方地盤の内側の領域に限らず外側の領域でもよい。また、本実施形態では、パイロットケーソン２０は、鋼製部材からなるものとしたが、これに限らず、ＲＣ製部材等の適宜材質からなる部材を用いることができる。また、パイロットケーソン２０として、ニューマチックケーソンを適用することもできる。つまり、大きなニューマチックケーソン１の内側にニューマチックケーソンタイプの形状のパイロットケーソン２０を配置し、大きなニューマチックケーソン１の沈設の際に、その内側の小さなニューマチックケーソンタイプのパイロットケーソン２０をニューマチックケーソン１の沈下のガイドとして用いると共に、マテリアルロック及び水平ボーリングマシンの設置空間として用いてもよい。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態におけるケーソン沈設方法について、図１０から図１２を参照して説明する。第１実施形態では、ケーソンとして、ニューマチックケーソン１を採用した場合で説明したが、ケーソンの種類は、これに限らず、両端部が開口された円筒状の一般的なオープンケーソン１’であってもよい。第２実施形態では、オープンケーソン１’を沈設する場合について説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図１０に示すように、オープンケーソン１’は、ニューマチックケーソン１とそのケーソン基部３’の形状が異なるだけである。このケーソン基部３’は、区画壁８を有さず、円筒状に形成され、その下端部に刃先部６を有する。この実施形態では、例えば、パイロットケーソン２０に替って、鉛直ボーリング孔ＶＨが形成される。そして、この鉛直ボーリング孔ＶＨは、オープンケーソン１’の沈下領域における刃先部下方地盤の近傍領域にて、鉛直方向に伸び、例えば、刃先部下方地盤の外側に形成されている。鉛直ボーリング孔ＶＨは、例えば、互いに対向する２箇所に設けられている。第２実施形態では、第１実施形態における前記パイロットケーソン形成工程に替って、図１１（ａ）に示す鉛直ボーリング孔形成工程が行われる。そして、図１１（ｂ）が前記ガイドホール形成工程を示し、図１１（ｃ）が前記薬液注入工程を示す。鉛直ボーリング孔形成工程では、例えば、適宜の鉛直ボーリングマシンにより、小径の鉛直ボーリング孔ＶＨが形成される。図１１（ｂ）に示すガイドホール形成工程では、鉛直ボーリング孔ＶＨの底部にガイドボックスＢが設けられ、この状態で、鉛直ボーリング孔ＶＨ内に地盤強度調整手段３０’が配置される。この地盤強度調整手段３０’は、例えば、図示省略した地上側に設置されるベースマシンにより進退可能に支持される可撓性のボーリング部材３２’であり、その先端に水噴射式の回転削孔体３３’が取り付けられている。ガイドホール形成工程では、図１１（ｂ）に示すように、ボーリング部材３２’を、前記ベースマシンにより下方に押し込み、その端部をガイドボックスＢ内に挿通させて概ね水平方向に屈曲させる。この状態で、さらにボーリング部材３２’を押し込みつつ回転削孔体３３’によりガイドホールＧＨを形成する。その後、例えば、ボーリング部材３２’を引き抜いて、その先端部の回転削孔体３３’を取り外し、回転削孔体３３’に替って前記所定の薬液を噴射可能なユニットを取り付ける。このボーリング部材３２’を、図１１（ｃ）に示すように、再び鉛直ボーリング孔ＶＨに押し込み、ボーリング部材３２’の先端部からその周囲に所定の薬液を噴射し、図１１（ｄ）に示すように、固化体１０ａを形成する。そして、各鉛直ボーリング孔ＶＨを中心としてガイドホールＧＨを放射状に形成し、各ガイドホールＧＨの端部にて薬液を注入することにより、図１２に示すように、リング状の地盤改良体１０を形成する。なお、例えば、ガイドボックスＢを回転させることにより、ボーリング部材３２’の進行角度方向を変更することができる。図１２に示す点線は、各ガイドホール形成工程におけるボーリング部材３２’の中心軸線Ｚ’の延伸方向を示している。
【００４７】
上記説明では、沈下不適合領域Ｇ１ａの地盤は前記所定の強度範囲の下限値より小さい強度を有する軟弱な地盤であるものとし、強度を上げるために地盤改良体１０を形成する場合、つまり、軟弱な地盤の領域を地盤改良体１０に置換する場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、軟弱な地盤の領域を砂や砂利等に置換するように構成してもよい。この場合、ガイドホールＧＨを利用して、砂や砂利を充填するようにすればよい。また、沈下不適合領域Ｇ１ａの地盤は軟弱な地盤に限らず、前記所定の強度範囲の上限値より大きい強度を有する硬い地盤であり、強度を下げる必要がある場合もある。この場合、固化体１０ａの強度が前記所定の強度範囲内に収まるように、前記所定の薬液の組成を調整することにより、沈下不適合領域Ｇ１ａの強度を下げればよい。また、強度を下げる場合には、薬液を注入せずに、単に、現地盤を掘削ビット３３や回転削孔体３３’等により掘削して粉砕するだけでもよい場合もある。
【００４８】
上記説明では、ニューマチックケーソン１やオープンケーソン１’を橋脚１００の基礎としたが、これらのケーソンは、橋脚に限らず他の建築構造物の基礎として用いることができる。また、ケーソンは、建築構造物の基礎に限らず、地下構造物として用いることもできる。また、ケーソンの外形は、円形のみでなく、多角形状のあらゆる形状を適用することができる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は各実施形態及び変形例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・・ニューマチックケーソン（ケーソン）
１’・・・オープンケーソン（ケーソン）
６・・・・刃先部
７・・・・作業室
８・・・・区画壁
８ａ・・・貫通孔
９・・・・シール部材
１０・・・地盤改良体
２０・・・パイロットケーソン（立坑壁体）
３０、３０’・・・地盤強度調整手段
ＧＨ・・・ガイドホール
ＶＨ・・・鉛直ボーリング孔
【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】
2018059343.tif 000009
【図８】
2018059343.tif 000010
【図９】
2018059343.tif 000011
【図１０】
2018059343.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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