(57)【要約】【課題】ケーソン躯体が自沈を防止してケーソン躯体の過沈下を防止することができるケーソン沈下工法およびケーソン沈下管理システムを提供することを目的としている。【解決手段】ケーソン躯体の内方から掘削する掘削工程と、ケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えてケーソン躯体の自重及び導入荷重によりケーソン躯体を地盤内に沈下させる圧入工程とを備えるケーソン沈下工法であって、掘削工程において、先端地盤抵抗力の設定値に基づいて設定された掘削深度及び掘削径で掘削し、圧入工程において、沈下計や荷重計によってケーソン躯体の沈下開始時を検知するとともに、検知された沈下開始時におけるケーソン躯体の躯体内応力を検出し、躯体内応力を先端地盤抵抗力として設定値の補正値を求め、圧入工程の後に、補正値で設定値を補正し、補正後の新たな設定値に基づいて次の掘削工程における掘削深度や掘削径を調整する調整工程を行う。【選択図】図７
2008025225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソン躯体の内方から地盤を掘削する掘削工程と、前記ケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えて前記ケーソン躯体の自重及び前記導入荷重により前記ケーソン躯体を地盤内に沈下させる圧入工程とを備えるケーソン沈下工法であって、
前記掘削工程において、前記ケーソン躯体の刃口に作用する先端地盤抵抗力の設定値に基づいて設定された掘削深度及び掘削径で掘削し、
前記圧入工程において、前記ケーソン躯体の沈下量を計測する沈下計と前記導入荷重の大きさを計測する荷重計とのうちの一方又は両方によって、前記ケーソン躯体の沈下開始時を検知するとともに、検知された沈下開始時における前記ケーソン躯体の躯体内応力を検出し、該躯体内応力を先端地盤抵抗力として前記設定値の補正値を求め、
前記圧入工程の後に、前記補正値で前記設定値を補正し、補正後の新たな設定値に基づいて次の掘削工程における掘削深度と掘削径とのうちの一方又は両方を調整する調整工程を行うことを特徴とするケーソン沈下工法。
【請求項２】
請求項１記載のケーソン沈下工法において、
前記躯体内応力は、前記ケーソン躯体内に発生する鉛直応力を前記ケーソン躯体に設置された歪み計によって計測し、計測された鉛直応力に前記ケーソン躯体の水平断面積を乗じて算出することを特徴とするケーソン沈下工法。
【請求項３】
請求項１または２記載のケーソン沈下工法において、
前記導入荷重は、上下方向に伸縮するジャッキによって前記ケーソン躯体に下向きの押圧力を加えることで、前記ケーソン躯体に加えており、
前記ジャッキのストローク毎に、沈下開始時における前記ケーソン躯体の躯体内応力を検出して前記補正値を更新することを特徴とするケーソン沈下工法。
【請求項４】
ケーソン躯体の内方から地盤を掘削する掘削工程と、前記ケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えて前記ケーソン躯体の自重及び前記導入荷重により前記ケーソン躯体を地盤内に沈下させる圧入工程とを備えるケーソン沈下工法におけるケーソン沈下管理システムにおいて、
前記ケーソン躯体の沈下量を計測する沈下計と前記導入荷重の大きさを計測する荷重計とのうちの一方又は両方を有するケーソン監視システムと、
前記掘削工程を行う掘削機を監視するとともに該掘削機による前記掘削深度と掘削径とのうちの一方又は両方を変更する掘削機管理システムと、
前記ケーソン躯体の躯体内応力を観測する応力観測システムと
が備えられていることを特徴とするケーソン沈下管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーソン沈下工法およびそのケーソン沈下管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ケーソンを高精度に沈設するための技術として自動化オープンケーソン工法がある。この工法のシステムには、ケーソン躯体内を掘削する掘削・揚土システムと、ケーソン躯体を所定鉛直精度で沈下させるケーソン沈下管理システムと、環状のコンクリート構造体（ロット）を順次形成していきケーソン躯体を構築する躯体構築システムとから構成されている。そして、この自動化オープンケーソン工法によれば、筒状のケーソン躯体の内部を掘削・揚土システムによって掘削した後、ケーソン沈下管理システムに備えられた圧入装置によってケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えてケーソン躯体の自重及び導入荷重によりケーソン躯体を地盤内に沈下させる。このとき、ケーソン沈下管理システムによってケーソン躯体の姿勢を管理する。そして、ケーソン躯体が所定深さまで沈下したところで、当該ケーソン躯体の上端に新たなロットを形成してケーソンを構築していく。
【０００３】
一般に、上記したケーソン沈下管理システムは、ケーソン躯体の傾斜量を計測する傾斜計と、ケーソン躯体の沈下量を計測する沈下計と、圧入装置による圧力（ジャッキ圧等）を計測する荷重計とから構成されている場合が多い。これらの計器によってケーソン躯体の沈下管理を行い、ケーソン躯体の沈設精度を確保することができる（例えば、特許文献１，２参照。）。
【特許文献１】特公平２−２２１７１号公報
【特許文献２】特開平９−５９９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した自動化オープンケーソン工法では、ケーソン躯体として鋼製のものを用いる場合、常にケーソン自重より抵抗力（周面摩擦力、地盤反力、浮力）の方が大きくなるため、ケーソン躯体が自重のみで沈下（自沈）して制御不能となることがないが、ケーソン躯体としてコンクリート製部材を用いると、ケーソン自重が抵抗力よりも大きくなる場合があり、ケーソン躯体が自沈して制御不能となり、ケーソン躯体の過沈下が生じる可能性がある。そして、上記した従来の技術では、ケーソン躯体の傾斜量や沈下量等については把握することができるが、ケーソン躯体の刃口に作用する地盤反力については把握することができないため、上記したようなケーソン躯体の突発的な過沈下を防ぐことができない。ケーソン躯体の過沈下が生じると、ケーソン躯体の鉛直精度が悪くなるだけでなく、例えば、掘削・揚土システムとして拡縮自在の掘削翼を有する掘削機を用いる場合には、ケーソン躯体の刃口の直下まで掘削翼を拡張させて掘削するので、掘削翼がケーソン躯体の刃口に挟まれ、掘削不能となる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、ケーソン躯体が自沈を防止してケーソン躯体の過沈下を防止することができるケーソン沈下工法およびケーソン沈下管理システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、ケーソン躯体の内方から地盤を掘削する掘削工程と、前記ケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えて前記ケーソン躯体の自重及び前記導入荷重により前記ケーソン躯体を地盤内に沈下させる圧入工程とを備えるケーソン沈下工法であって、前記掘削工程において、前記ケーソン躯体の刃口に作用する先端地盤抵抗力の設定値に基づいて設定された掘削深度及び掘削径で掘削し、前記圧入工程において、前記ケーソン躯体の沈下量を計測する沈下計と前記導入荷重の大きさを計測する荷重計とのうちの一方又は両方によって、前記ケーソン躯体の沈下開始時を検知するとともに、検知された沈下開始時における前記ケーソン躯体の躯体内応力を検出し、該躯体内応力を先端地盤抵抗力として前記設定値の補正値を求め、前記圧入工程の後に、前記補正値で前記設定値を補正し、補正後の新たな設定値に基づいて次の掘削工程における掘削深度と掘削径とのうちの一方又は両方を調整する調整工程を行うことを特徴としている。
【０００７】
このような特徴により、次の回の掘削深度や掘削径を設定するための先端地盤抵抗力の設定値が、検出された躯体内応力に基づいて補正される。これは、ケーソンが沈下する瞬間、ケーソン躯体の躯体内応力と先端地盤抵抗力（刃口反力）とがほぼ等しい値になるので、検出された沈下開始時の躯体内応力を現状の先端地盤抵抗力としてみることができるためである。つまり、現状の先端地盤抵抗力に基づいて次の回の掘削における設定値が補正されるため、実際の現場状況に合わせて次の回の掘削深度や掘削径が変更される。また、ケーソン躯体が沈下し始めた瞬間、沈下計は動き始め、また、荷重計の値は瞬間的に減少するため、沈下計や荷重計からケーソン躯体の沈下開始時を検知することが可能である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のケーソン沈下工法において、前記躯体内応力は、前記ケーソン躯体内に発生する鉛直応力を前記ケーソン躯体に設置された歪み計によって計測し、計測された鉛直応力に前記ケーソン躯体の水平断面積を乗じて算出することを特徴としている。
【０００９】
このような特徴により、刃口反力計等で測定されるような偏った地盤反力でなく、刃口全体で受ける地盤反力が算出され、正確な先端地盤抵抗力を把握することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のケーソン沈下工法において、前記導入荷重は、上下方向に伸縮するジャッキによって前記ケーソン躯体に下向きの押圧力を加えることで、前記ケーソン躯体に加えており、前記ジャッキのストローク毎に、沈下開始時における前記ケーソン躯体の躯体内応力を検出して前記補正値を更新することを特徴としている。
【００１１】
このような特徴により、ジャッキのストローク毎に躯体内応力が検出されるため、次の回の圧入工程開始時における先端地盤抵抗力に一層近い躯体内応力（地盤反力）が検出され、より正確な補正値が求められる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、ケーソン躯体の内方から地盤を掘削する掘削工程と、前記ケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えて前記ケーソン躯体の自重及び前記導入荷重により前記ケーソン躯体を地盤内に沈下させる圧入工程とを備えるケーソン沈下工法におけるケーソン沈下管理システムにおいて、前記ケーソン躯体の沈下量を計測する沈下計と前記導入荷重の大きさを計測する荷重計とのうちの一方又は両方を有するケーソン監視システムと、前記掘削工程を行う掘削機を監視するとともに該掘削機による前記掘削深度と掘削径とのうちの一方又は両方を変更する掘削機管理システムと、前記ケーソン躯体の躯体内応力を観測する応力観測システムとが備えられていることを特徴としている。
【００１３】
このような特徴により、ケーソン監視システムによって、ケーソン躯体の動きや導入荷重が把握され、また、ケーソン監視システムに備えられた沈下計や荷重計によってケーソン躯体の沈下開始時が検知される。また、応力観測システムによって、躯体内応力が観測され、沈下開始時における躯体内応力が検出される。また、掘削機管理システムによって、掘削工程時や圧入工程のときに掘削機の状態や動きが把握され、また、補正値で補正された新たな設定値に基づいて掘削深度や掘削径が調整される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るケーソン沈下管理システムによれば、計測された躯体内応力に基づいて先端地盤抵抗力の設定値が補正されるため、ケーソン躯体が自沈しないように掘削深度や掘削径を調整することができ、ケーソン躯体の過沈下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るケーソン沈下工法およびケーソン沈下管理システムの実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００１６】
図１は本実施の形態におけるケーソン沈下工法の施工システムを表す断面図である。
図１に示すように、本発明に係るケーソン沈下工法は、ケーソン躯体１の内方から地盤Ｇを掘削する掘削工程と、ケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加えてケーソン躯体の自重及び導入荷重によりケーソン躯体１を地盤Ｇ内に沈下させる圧入工程とを繰り返し行う工法である。
【００１７】
図２はケーソン躯体１の完成形を表す断面図である。
図１，図２に示すように、ケーソン躯体１は、地盤Ｇ内に形成されるケーソン基礎を構成する構造体であり、例えば、鉄筋コンクリートからなる複数の環状のロット５０…を同軸上に積み上げた筒状の構成からなる。これらのロット５０は、プレキャストコンクリートからなるものでもよく、或いは、現場打ちコンクリートからなるものでもよい。また、ケーソン躯体１の下端（刃口１ａ）は、ケーソン躯体１の圧入時に地盤Ｇを切削するように尖形状になっていることが好ましく、例えば、最下端のロット（第１ロット５０ａ）の内周面がテーパー状に形成されている。
【００１８】
上記した第１ロット５０ａは、まず、下記する圧入装置２によって地盤Ｇ内に所定深さまで圧入される。そして、その後、第１ロット５０ａの上端に第２ロット５０ｂが設置されて第１ロット５０ａと第２ロット５０ｂとが一体化される。一体化されたロット５０ａ，５０ｂ（ケーソン躯体１）は、本発明に係るケーソン沈下工法によって所定深さまで沈下され、その後、その上端に第３ロット５０ｃが設置されて一体化される。このようなケーソン躯体１の沈下作業とロット５０の継ぎ足し作業とを繰り返し行うことで、ケーソン躯体１は地盤Ｇ内に伸延される。
【００１９】
図１に示すように、本発明に係るケーソン工法を行うための施工システムとしては公知のシステムを採用することができ、例えば、鉛直に配置されたケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加えるための圧入装置２と、上記した掘削工程を行うための掘削機３と、掘削機３による掘削により生じた掘削土砂をケーソン躯体１の外に運び出すための揚土設備４とを備えた構成からなる施工システムを採用することができる。
【００２０】
上記した圧入装置２としては、例えば、地盤Ｇ内に定着されているとともに上部が地表上に突出されている複数のアースアンカー５…と、ケーソン躯体１の上方に配置された加圧桁６と、加圧桁６上に載置されているとともにアースアンカー５…上部に取り付けられているジャッキ７…と、ケーソン躯体１と加圧桁６との間に介在された支圧盤８とから構成されたものがある。アースアンカー５は、引張材（テンションロッド９）の下端に定着部（グラウンドアンカー１０）が付設された構成からなり、ケーソン躯体１の周りに配設されている。ジャッキ７は、アースアンカー５…上部に固定された状態で上下方向に伸縮する機械であり、例えばアースアンカー５の上部を掴持するグリップジャッキを使用することができる。加圧桁６は、例えばＨ形鋼等の鋼材からなり、ケーソン躯体１の側方に張り出された加圧桁６の両端部上に上記ジャッキ７…がそれぞれ載置されている。
【００２１】
上記した掘削機３は、ケーソン躯体１の内方に配置されて地盤Ｇを鉛直方向に掘削する機械であり、例えば、ケーシング１１と、ケーシング１１の下端に設けられた複数の掘削翼１２…と、ケーシング１１を軸回転させる駆動機構１３とを備える構成のものがある。ケーシング１１は、ケーソン躯体１の中に挿通される円筒体であり、上下端がそれぞれ開放されているとともに、その下端部には地盤Ｇを掘削するための複数の掘削ビット１４…が付設されている。掘削翼１２は、鉛直に立てられているとともにケーシング１１の外周面から側方に張り出された板状の部材であり、その下端部には地盤Ｇを掘削するための複数の掘削ビット１５…が付設されている。なお、掘削翼１２による掘削により生じた掘削土砂は、ケーシング１１に形成された取り込み口１１ａ…からケーシング１１内に取り込まれる。
【００２２】
また、掘削機３は掘削径を自在に拡縮させることができる機械であり、例えば、掘削翼１２の先端が折り畳み可能になっている。具体的には、掘削翼１２は、ケーシング１１の外周面に突設された固定翼１６と、固定翼１６の先端に取り付けられた拡大固定翼１７と、拡大固定翼１７の先端に水平方向に回転自在に取り付けられた可動翼１８と、可動翼１８を水平方向に回転させて可動翼１８を格納したり突出させたりするシリンダー（回転機構）１９とから構成されている。
【００２３】
揚土設備４は、ケーソン躯体１内の掘削土砂を運び出す設備であり、例えば、クレーン等の図示せぬ揚重機によってハンマグラブ２０を吊持した構成からなる。具体的には、上記したケーシング１１内にハンマグラブ２０を吊り降ろし、このハンマグラブ２０でケーシング１１内の掘削土砂を掴み、そのままハンマグラブ２０を吊り上げて掘削土砂を運び出すものである。
【００２４】
図３は本実施の形態におけるケーソン沈下管理システムを表すブロック図である。
図１，図３に示すように、本発明に係るケーソン工法を行うための施工システムには、ケーソン躯体１の沈下を管理するためのケーソン沈下管理システムが備えられている。このケーソン沈下管理システムには、ケーソン躯体１の傾斜量及び沈下量並びに圧入装置２による導入荷重をそれぞれ監視するケーソン監視システム２１と、上記掘削機３を監視するとともに掘削機３による掘削深度及び掘削径をそれぞれ変更させる掘削機管理システム２２と、ケーソン躯体１の躯体内応力を観測する応力観測システム２３とが備えられている。
【００２５】
ケーソン監視システム２１としては、公知のケーソン監視システムを採用することができ、例えば、ケーソン躯体１の傾斜量を計測する傾斜計２４と、ケーソン躯体１の沈下量を計測する沈下計２５と、圧入装置２による導入荷重の大きさを計測する荷重計２６とを備えたシステムがある。これらの傾斜計２４、沈下計２５、及び荷重計２６としてはそれぞれ公知の計器を用いることができ、また、傾斜計２４、沈下計２５、及び荷重計２６は公知の自動計測器（第一の自動計測器２７）にそれぞれ接続されている。
【００２６】
掘削機管理システム２２としては、公知の掘削機管理システムを採用することができ、例えば、掘削機３の回転速度を計測する回転速度計２８と、掘削機３の沈下速度を計測する沈下速度計２９と、掘削機３のトルクを計測するトルク計３０とを備えたシステムがある。これらの回転速度計２８、沈下速度計２９、及びトルク計３０としてはそれぞれ公知の計器を用いることができ、また、回転速度計２８、沈下速度計２９、及びトルク計３０は上記第１の自動計測器２７にそれぞれ接続されている。
【００２７】
応力観測システム２３は、ケーソン躯体１に設置されてケーソン躯体１の歪み（鉛直応力）を計測する歪み計３１を用いてケーソン躯体１の躯体内応力を測定するシステムであり、歪み計３１によって計測された鉛直応力にケーソン躯体１の水平断面積を乗じることで、ケーソン躯体１の躯体内応力を算出する。例えば、応力観測システム２３には、ケーソン躯体１の歪みを計測する公知の歪み計３１…が複数備えられており、歪み計３１は、ジョイントボックス３３を介して公知の自動計測器（第二の自動計測器３２）に接続されている。
【００２８】
また、上記した第１の自動計測器２７は監視用パーソナルコンピュータ３４に接続されており、第二の自動計測器３２は収集用パーソナルコンピュータ３５に接続されている。そして、監視用パーソナルコンピュータ３４と収集用パーソナルコンピュータ３５とは接続されており、応力観測システム２３とケーソン監視システム２１との間、及び応力観測システム２３と掘削機監視システム２２との間で、計測データが連携（リンク）されている。
【００２９】
図４はケーソン沈下管理システムにおけるモニタ画面３６を表す図である。
図４に示すように、上記した監視用パーソナルコンピュータ３４及び収集用パーソナルコンピュータ３５はモニタ画面３６にそれぞれ接続されており、上記したケーソン沈下管理システムにおける観測データはモニタ画面３６によってリアルタイムでモニタリングすることができる。図４に示す符号３７ではケーソン沈下進捗状況を表している。また、図４に示す符号３８では観測したモーメントをデジタル表示している。また、図４に示す符号３９は観測した躯体内応力の表示欄であり、また、図４に示す符号４０は現在設定されている先端地盤抵抗力の設定値の表示欄であり、図４に示す符号４１では現在設定されている周面摩擦の設定値の表示欄である。また、図４に示す符号４２は掘削深度の入力欄であり、また、図４に示す符号４３は掘削径の入力欄である。また、図４に示す符号４４は後述する補正値の入力欄であり、現在の設定されている補正値が表示されている。以上の表示を有するモニタ画面３６はリアルタイムで自動更新され、また、観測データはハードディスクに自動的に保存される。なお、警報値を設定することにより、観測された躯体内応力が一定以下になった場合に警報を出力するようにしてもよい。
【００３０】
図５は図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
図２，図５に示すように、上記した歪み計３１は、ケーソン躯体１内部の刃口１ａ上部に配設されていることが好ましい。本実施の形態では、第１ロット５０ａの上に設置される第２ロット５０ｂの下端部に複数の歪み計３１…が設置されている。例えば、刃口反力計によって躯体内応力を計測する場合、刃口１ａに刃口反力計を鉛直に設置するべく、刃口１ａをくり抜いて穴を形成し、その穴にジグを用いて刃口反力計を取り付けることになるが、この場合、刃口反力計が設置された穴に土粒子が詰まって目詰まりを起こす可能性がある。これに対し、上記したように、ケーソン躯体１内の刃口１ａ上部に歪み計３１を設置することで、目詰まり等の計器トラブルが生じない。
【００３１】
また、歪み計３１…は、傾斜計測の測点位置にそれぞれ設置されていることが好ましい。本実施の形態では、歪み計３１…は、傾斜計測方向の４測点にそれぞれ配設されている。これは、地盤Ｇの不均質やケーソン躯体１の傾斜により生じる地盤反力のバラツキを考慮したものであり、傾斜計測方向の測点に歪み計３１…をそれぞれ配設することで、傾斜方向と関連付けて挙動が検討可能となる。
【００３２】
また、歪み計３１…は、ケーソン躯体１の内側と外側とで２つ一組で設置することが好ましい。本実施の形態では、歪み計３１…は、傾斜計測方向の４測点において、内側寄りと外側寄りとにそれぞれ設置されている。これによって、ケーソン躯体１の沈設時に躯体に発生する曲げ歪みをキャンセルすることができる。
【００３３】
図６はケーソン躯体１の刃口１ａ上部の拡大断面図である。
上記した歪み計３１は、種々の方法によってケーソン躯体１内に設置することができるが、例えば、図６に示すように、鉛直方向に延在する２本の構造鉄筋３４，３４の間に、設置用鉄筋３５を架設し、この設置用鉄筋３５に専用ハブ３６，３６を接合し、この専用ハブ３６，３６に垂設された取付ロッド３７，３７の下端に歪み計３１，３１を取り付けることができる。
【００３４】
図７は本実施の形態におけるケーソン沈下工法のフローチャート図であり、図８〜図１１は本実施の形態におけるケーソン沈下工法の各工程を表す断面図である。なお、図８，図１１では掘削機３や揚土設備４の図示が省略されている。
【００３５】
本実施の形態におけるケーソン沈下工法は、まず、図７，図８に示すように、前記ケーソン躯体に加えて地盤Ｇの基礎データの収集を行う基礎データ収集工程を行う。具体的には、図１に示す掘削機３を使用せずに圧入装置２によってケーソン躯体１を地盤Ｇ内に圧入する。つまり、圧入装置２の複数のジャッキ７…を伸長させて加圧桁６を下方に押圧し、この加圧桁６から支圧盤８を介してケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加える。
【００３６】
このとき、図３に示すケーソン監視システム２１によってケーソン躯体１の姿勢を常時監視しつつ圧入を行う。具体的には、図３に示すように、傾斜計２４からのデータでケーソン躯体１の傾きを監視し、沈下計２５からのデータでケーソン躯体１の沈下量を監視し、荷重計２６からのデータでジャッキ７…の荷重が設計値を越えないことを監視する。
また、図３に示す掘削機監視システム２２によって掘削機３の状態を常時監視する。具体的には、図３に示すように、回転速度計２８、沈下速度計２９及びトルク計３０からのデータで掘削機３が動いていないことを監視する。
【００３７】
また、図３に示す応力観測システム２３によってケーソン躯体１の躯体内応力を常時観測するとともに、図３に示すケーソン監視システム２１の沈下計２５や荷重計２６によってケーソン躯体１の沈下開始時を検知し、ケーソン躯体１の沈下開始時における躯体内応力を検出する。躯体内応力は、応力観測システム２３の歪み計３１…によって鉛直応力を計測し、計測された鉛直応力にケーソン躯体１の水平断面積を乗じて算出する。また、ケーソン躯体１が沈下した瞬間、沈下計２５は動き始め、また、荷重計２６は瞬間的に減少するため、この変化を検知することでケーソン躯体１の沈下開始時を検知する。
【００３８】
ところで、ケーソン躯体１の沈下開始時における躯体内応力は先端地盤抵抗力とほぼ等しいため、上記のように検出されたケーソン躯体１の沈下開始時における躯体内応力の値を、ケーソン躯体１の刃口１ａに作用する現状の先端地盤抵抗力としてみることができる。したがって、ケーソン躯体１の沈下開始時に検出された躯体内応力の値を先端地盤抵抗力とし、先端地盤抵抗力の設定値を補正する補正値を求める。具体的には、検出されたケーソン躯体沈下開始時の躯体内応力と現在設定されている先端地盤抵抗力の設定値との差から補正値を求める。
【００３９】
次に、図７，図９に示すように、上記した補正値で先端地盤抵抗力の設定値を補正し、補正された設定値に基づいて掘削工程における掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄをそれぞれ設定する調整工程を行う。具体的には、上記補正値を図４に示すモニタ画面３６の補正値入力欄４４に入力し、先端地盤抵抗力の設定値を補正する。補正された新たな先端地盤抵抗力の設定値は、図４に示すモニタ画面３６の先端地盤抵抗力欄４０で確認できる。その後、補正された新たな設定値に基づいて、図４に示すモニタ画面３６の掘削深度の入力欄４２及び掘削径の入力欄４３にそれぞれ掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄの設定値を入力し、掘削機３による掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄをそれぞれ設定する。なお、掘削深度Ｈは、図１に示す掘削機３による掘進深度であり、掘削機３の駆動を制御することで調整する。また、掘削径Ｄは、図１に示す掘削機３による掘削径であり、シリンダー１９によって可動翼１８を適当な位置まで折り畳むことで調整する。
【００４０】
次に、図１，図７，図１０に示すように、筒状のケーソン躯体１の内方から地盤Ｇを掘削する掘削工程を行う。具体的には、まず、ケーソン躯体１の中に配置された掘削機３の駆動機構１３を稼動させてケーシング１１を軸回転させ、ケーシング１１の下端部及び掘削翼１２の下端部に設けられた掘削ビット１４…，１５…によって地盤Ｇを掘削する。この掘削工程においては、上記した先端地盤抵抗力の設定値に基づいて設定された掘削深度及び掘削径で掘削する。つまり、設定された掘削深度まで掘進したら、駆動機構１３を停止させて掘削機３による掘進を止める。また、掘削開始前に、シリンダー１９によって可動翼１８を回動させ、設定された掘削径で掘削されるように掘削翼１２の先端を折り畳み調整する。
【００４１】
また、上記した掘削工程のとき、図３に示すケーソン監視システム２１によりケーソン躯体１を常時監視する。つまり、図３に示すように、傾斜計２４や沈下計２５からのデータに変化がないかを確認し、ケーソン躯体１に動きが無いかを監視する。そして、傾斜計２４や沈下計２５からのデータに変化があってケーソン躯体１に動きがあったことが確認された場合には、掘削機３の駆動を一時停止させ、掘削深度や掘削径の変更を行う。
また、図３に示す掘削機監視システム２２によって掘削機３の動きを常時監視する。つまり、図３に示すように、回転速度計２８、沈下速度計２９及びトルク計３０からのデータで掘削機３が設定どおりに駆動しているかを監視する。
さらに、図３に示す応力観測システム２３によって地盤Ｇの状態を常時監視する。つまり、図３に示すように、歪み計３１によって躯体内応力を常時観測し、観測されたデータと設定された先端地盤抵抗力とを比較し、地盤Ｇに不等沈下等が起きていないかを監視する。
【００４２】
また、図１に示すように、掘削機３による掘削に伴って生じる掘削土砂は、開放されたケーシング１１の下端およびケーシング１１の取り込み口１１ａ…からケーシング１１の中に取り込まれる。このケーシング１１内に取り込まれた土砂は、揚土設備４によってケーシング１１の外に運び出す。つまり、ケーシング１１の中に、ハンマグラブ２０を吊り降ろし、このハンマグラブ２０でケーシング１１の中の掘削土砂を掴み、掘削土砂を掴んだ状態でハンマグラブ２０を吊り上げてケーシング１１の外まで移動させる。そして、ハンマグラブ２０を現場内の仮置きヤードや搬出車輌の荷台等の上まで運び、そこでハンマグラブ２０を開いて掘削土砂をひろげる。
【００４３】
次に、図７，図１１に示すように、ケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加えてケーソン躯体１の自重及び上記導入荷重によりケーソン躯体１を地盤Ｇ内に沈下させる圧入工程を行う。具体的には、上下方向に伸縮するジャッキ７…によってケーソン躯体１に下向きの押圧力を加えることで、ケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加える。つまり、圧入装置２の複数のジャッキ７…を伸長させて加圧桁６を下方に押圧し、この加圧桁６から支圧盤８を介してケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加える。
【００４４】
このとき、上述した基礎データ収集工程と同様に、図３に示すケーソン監視システム２１によってケーソン躯体１の姿勢を常時監視し、また、図３に示す掘削機監視システム２２によって図１に示す掘削機３の状態を常時監視する。
【００４５】
また、図３に示す応力観測システム２３によってケーソン躯体１の躯体内応力を常時観測するとともに、図３に示すケーソン監視システム２１の沈下計２５や荷重計２６によってケーソン躯体１の沈下開始時を検知し、ケーソン躯体１の沈下開始時における躯体内応力を検出する。そして、検出された躯体内応力の値を現状の先端地盤抵抗力とし、上記設定値を補正する補正値を求める。躯体内応力は、上述した基礎データ収集工程の場合と同様にして算出する。また、ケーソン躯体１の沈下開始時も、上述した基礎データ収集工程の場合と同様にして検知する。補正値は、現在設定されている先端地盤抵抗力を、検出された現状の先端地盤抵抗力（躯体内応力）に補正するための値であり、双方の先端地盤抵抗力の差から求められる。
【００４６】
また、上記した沈下開始時における躯体内応力の検出は、ジャッキ７…のストローク毎に毎回行い、上記した補正値をジャッキ７…のストローク毎に更新する。つまり、ケーソン躯体１が所定深度に達するまで、ジャッキ７…によるケーソン躯体１の圧入と補正値の修正（見直し）とを繰り返し行う。
【００４７】
次に、図７，図９に示すように、上記した補正値で先端地盤抵抗力の設定値を補正し、補正後の新たな設定値に基づいて次の掘削工程における掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄをそれぞれ調整する調整工程を行う。具体的には、上記した補正値を図４に示すモニタ画面３６の補正値入力欄４４に入力し直し、現在の先端地盤抵抗力の設定値を当該補正値で補正し、先端地盤抵抗力の設定値を検出された躯体内応力に対応した値に変更する。補正された新たな先端地盤抵抗力の設定値は、図４に示すモニタ画面３６の先端地盤抵抗力欄４０で確認できる。その後、補正された新たな設定値に基づいて、図４に示す掘削深度の入力欄４２及び掘削径の入力欄４３にそれぞれ新たな掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄの設定値を入力し直し、掘削機３による掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄの調整を行う。掘削深度Ｈ及び掘削径Ｄは、上述した先の調整工程の場合と同様にして調整を行う。
【００４８】
その後、図７に示すように、設定し直された新たな掘削深度及び掘削径で、上記した掘削工程を再び行い、その後、上記した圧入工程を再び行う。つまり、上記した調整工程、掘削工程、圧入工程を順次繰り返し行い、ケーソン躯体１を所定の深度まで沈下させる。
そして、上記したケーソン沈下工法によるケーソン躯体１の沈設が完了した後、ケーソン躯体１の上端に図２に示すロット５０を設置し、ケーソン躯体１の構築を行う。そして、ケーソン躯体１の継ぎ足しが完了した後、再び上記したケーソン沈下工法の調整工程、掘削工程、圧入工程を順次繰り返し、ケーソン躯体１を所定の深度まで沈下させる。
【００４９】
次に、ケーソン躯体１に働く応力について説明する。
【００５０】
図１２はケーソン躯体構築時の応力関係を表した模式図であり、図１３は圧入工程におけるケーソン躯体沈下前の応力関係を表した模式図であり、図１４は圧入工程におけるケーソン躯体沈下開始時の応力関係を表した模式図であり、図１５は圧入工程におけるケーソン躯体沈下中の応力関係を表した模式図である。
【００５１】
図１２に示すように、ケーソン躯体１を構築するとき、ケーソン躯体１に導入荷重は加えられてなく、また、ケーソン躯体１は静止した状態になっている。この状態における応力の関係式は次式（式１）のようになる。
【００５２】
【数１】
2008025225.tif 000003
【００５３】
また、この場合の躯体内応力Ｗ１は次式（式２）で表される。
【００５４】
【数２】
2008025225.tif 000004
【００５５】
したがって、上記した２つの式（式１、式２）により、先端地盤抵抗力Ｗ２と躯体内応力Ｗ１の関係は次式（式３）のようになる。
【００５６】
【数３】
2008025225.tif 000005
【００５７】
つまり、この場合の躯体内応力Ｗ１は、先端地盤抵抗力Ｗ２よりも小さく、ケーソン躯体１は周面摩擦力Ｆと地盤反力に支えられて沈下しない状態になっている。
【００５８】
また、図１３に示すように、圧入工程においてケーソン躯体１が沈下する前は、ケーソン躯体１に導入荷重が加えられ、且つ、ケーソン躯体１が静止した状態になっている。この状態における応力の関係式は次式（式４）のようになる。
【００５９】
【数４】
2008025225.tif 000006
【００６０】
また、この場合の躯体内応力Ｗ１は次式（式５）で表される。
【００６１】
【数５】
2008025225.tif 000007
【００６２】
したがって、上記した２つの式（式４、式５）により、先端地盤抵抗力Ｗ２と躯体内応力Ｗ１の関係は次式（式６）のようになる。
【００６３】
【数６】
2008025225.tif 000008
【００６４】
つまり、この場合の躯体内応力Ｗ１は、導入荷重Ｐ分だけ増加するが、先端地盤抵抗力Ｗ２よりも小さく、ケーソン躯体１は周面摩擦力Ｆと地盤反力に支えられて沈下しない状態になっている。
【００６５】
続いて、図１４に示すように、ケーソン躯体１に加える導入荷重Ｐを増加させていくと、導入荷重Ｐに比例して躯体内応力Ｗ１も増大し、地盤Ｇの掘削部が斜めに崩れ出し、ケーソン躯体１の沈下が開始する。このケーソン躯体１の沈下開始時、つまり、ケーソン躯体１が沈下する瞬間における応力の関係式は次式（式７）のようになる。
【００６６】
【数７】
2008025225.tif 000009
【００６７】
したがって、このときの先端地盤抵抗力Ｗ２と躯体内応力Ｗ１の関係は次式（式８）のようになる。
【００６８】
【数８】
2008025225.tif 000010
【００６９】
そして、図１５に示すように、ケーソン躯体１に加える導入荷重Ｐをさらに増加させていくと、応力の関係式は次式（式９）のようになる。
【００７０】
【数９】
2008025225.tif 000011
【００７１】
したがって、このときの先端地盤抵抗力Ｗ２と躯体内応力Ｗ１の関係は次式（式１０）のようになる。
【００７２】
【数１０】
2008025225.tif 000012
【００７３】
このように、ケーソン躯体１の沈下開始時における躯体内応力Ｗ１は先端地盤抵抗力Ｗ２とほぼ等しくなっており、躯体内応力Ｗ１が先端地盤抵抗力Ｗ２を上回るとケーソン躯体１は沈下する。
【００７４】
上記した構成からなるケーソン沈下工法では、掘削工程において、先端地盤抵抗力の設定値に基づいて設定された掘削深度及び掘削径で掘削している。また、圧入工程において、沈下計２５や荷重計２６によってケーソン躯体１の沈下開始時を検知するとともに、検知された沈下開始時におけるケーソン躯体１の躯体内応力を検出し、この躯体内応力を先端地盤抵抗力として上記した先端地盤抵抗力の設定値の補正値を求めている。そして、圧入工程の後に、その補正値で上記した先端地盤抵抗力の設定値を補正し、補正後の新たな設定値に基づいて次の掘削工程における掘削深度及び掘削径を調整する調整工程を行っている。このような構成からなるケーソン沈下工法によれば、次の回の掘削深度や掘削径を設定するための先端地盤抵抗力の設定値が、計測された躯体内応力に基づいて補正される。これは、ケーソン躯体１が沈下する瞬間、ケーソン躯体１の躯体内応力と先端地盤抵抗力（刃口反力）とがほぼ等しい値になるので、検出された沈下開始時の躯体内応力を現状の先端地盤抵抗力としてみることができるからである。つまり、現状の先端地盤抵抗力に基づいて次の回の掘削における設定値が補正されるため、実際の現場状況に合わせて次の回の掘削深度や掘削径が変更される。これによって、ケーソン躯体１が自沈しないように掘削深度や掘削径を調整することができ、ケーソン躯体１の過沈下を防止することができる。このように、ケーソン躯体１の自沈を防止することで、掘削機３の掘削翼１２がケーソン躯体１に挟まれ、掘削不能になることを防止することができる。なお、ケーソン躯体１が沈下し始めた瞬間、沈下計２５は動き始め、また、荷重計２６の値は瞬間的に減少するため、沈下計２５や荷重計２６からケーソン躯体１の沈下開始時を検知することが可能である。
【００７５】
また、上記した構成からなるケーソン沈下工法では、躯体内応力は、ケーソン躯体１内に発生する鉛直応力をケーソン躯体１に設置された歪み計３１…によって計測し、計測された鉛直応力にケーソン躯体１の水平断面積を乗じて算出されている。このような構成により、刃口反力計等で測定されるような偏った地盤反力でなく、刃口１ａ全体で受ける地盤反力が算出され、刃口１ａ全体で受けた地盤反力が観測される。これによって、地盤の地質や形状よってケーソン躯体１の刃口１ａに作用する地盤反力が不均一である場合であっても、正確な先端地盤抵抗力が把握され、ケーソン躯体１の自沈が確実に生じない掘削深度や掘削径に調整することができ、ケーソン躯体１の過沈下を確実に防止することができる。
【００７６】
また、上記した構成からなるケーソン沈下工法では、上下方向に伸縮するジャッキ７…によってケーソン躯体１に下向きの押圧力を加えることで、ケーソン躯体１に導入荷重が加えている。そして、それらジャッキ７…のストローク毎に、沈下開始時におけるケーソン躯体１の躯体内応力を検出して上記補正値を更新している。このように、ジャッキ７…のストローク毎に躯体内応力が検出されることで、次の回の圧入工程開始時における先端地盤抵抗力に一層近い躯体内応力（地盤反力）が検出され、より正確な補正値が求められる。これによって、ケーソン躯体１の自沈が確実に生じない掘削深度や掘削径に調整することができ、ケーソン躯体１の過沈下を確実に防止することができる。
【００７７】
また、上記した構成からなるケーソン沈下管理システムによれば、沈下計２５及び荷重計２６を有するケーソン監視システム２１と、掘削機３を監視するとともに掘削機３による掘削深度及び掘削径を変更する掘削機管理システム２２と、ケーソン躯体１の躯体内応力を観測する応力観測システム２３とが備えられているため、ケーソン監視システム２１によって、ケーソン躯体１の動きや導入荷重が把握され、また、ケーソン監視システム２１に備えられた沈下計２５や荷重計２６によってケーソン躯体１の沈下開始時が検知される。また、応力観測システム２３によって、ケーソン躯体１の躯体内応力が観測され、沈下開始時における躯体内応力が検出される。また、掘削機管理システム２２によって、掘削工程時や圧入工程時における掘削機３の状態や動きが把握され、また、補正値で補正した新たな設定値に基づいて掘削深度や掘削径が調整される。これによって、上記したケーソン沈下工法を実施することができ、上記したケーソン沈下工法の効果を奏することができる。
【００７８】
以上、本発明に係るケーソン沈下工法及びケーソン沈下管理システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、鉄筋コンクリート製のケーソン躯体１を沈設させる場合について説明しているが、本発明は、鉄筋コンクリート製以外のケーソン躯体であってもよく、例えば、鋼製のケーソン躯体であってもよく、或いは、鋼板とコンクリートとを組み合わせた構成からなるケーソン躯体であってもよい。
【００７９】
また、上記した実施の形態では、始めに基礎データ収集工程を行った後、掘削工程、圧入工程、調整工程を順次行っているが、本発明は、予め基礎データが収集されている場合には、基礎データ収集工程を省略して掘削工程から始めてもよい。
【００８０】
また、上記した実施の形態では、ケーソン監視システム２１が、傾斜計２４と沈下計２５と荷重計２６とをそれぞれ有しているが、本発明は、ケーソン監視システムが傾斜計を有していなくてもよく、或いは、ケーソン監視システムが沈下計又は荷重計のいずれか一方だけを有し、他方を有していなくてもよい。
また、上記した実施の形態では、沈下計２５と荷重計２６との両方によってケーソン躯体１の沈下開始時を検知しているが、本発明は、沈下計又は荷重計の何れか一方によってケーソン躯体の沈下開始時を検知してもよい。
【００８１】
また、上記した実施の形態では、補正値によって補正された新たな先端地盤抵抗力の設定値に基づいて、次の掘削工程における掘削深度及び掘削径をそれぞれ調整しているが、本発明は、上記した新たな設定値に基づいて掘削深度を調整せずに掘削径だけを調整してもよく、或いは、上記した新たな設定値に基づいて掘削径を調整せずに掘削深度だけを調整してもよい。
【００８２】
また、上記した実施の形態では、ケーソン躯体１内に発生する鉛直応力を歪み計３１…によって計測し、計測された鉛直応力にケーソン躯体１の水平断面積を乗じることで、躯体内応力を算出しているが、本発明は、他の手段や計器によりケーソン躯体１の躯体内応力を検出してもよい。なお、上記した実施の形態では、歪み計３１…が複数設けられているが、本発明は、歪み計が一つだけであってもよい。
【００８３】
また、上記した実施の形態では、ジャッキ７…等を備えた圧入装置２によってケーソン躯体１に下向きの導入荷重を加えているが、本発明は、他の方法によってケーソン躯体に下向きの導入荷重を加えてもよく、例えば、ケーソン躯体の上に載荷重量物を載置させる方法でケーソン躯体に導入荷重を加えてもよい。
【００８４】
また、上記した実施の形態では、ジャッキ７…のストローク毎に、沈下開始時におけるケーソン躯体１の躯体内応力を検出して補正値を更新しているが、本発明は、ジャッキのストローク毎に躯体内応力を検出しなくてもよく、ジャッキのストローク毎に補正値を更新しなくてもよい。例えば、圧入工程における最後の圧入作業のときの躯体内応力のみを検出して補正値を求めてもよく、或いは、ジャッキのストローク毎に躯体内応力を検出するものの補正値の更新は行わず、圧入工程における最後のジャッキストローク時の躯体内応力に基づいて補正値を修正してもよい。
【００８５】
また、上記した実施の形態では、オープンケーソン工法を採用しているが、本発明は、ニューマチックケーソン工法を採用することができる。例えば、軟弱地盤においてニューマチックケーソン工法で掘削する場合、地盤反力が小さいため、作業室内に刃口サンドルを組んだり、土を残したりして、過沈下や傾斜が起こらないように支持力を確保しており、設計時に、地盤強度（反力）を考慮して開口率を検討している。先端地盤抵抗力が小さい軟弱地盤では、一般的に開口率が小さくなって、作業室内のスペースが狭くなる。この作業室のスペースが狭くなり過ぎると施工不可能となったり、作業員の安全を確保することが難しくなったりする。これに対し、歪み計をケーソン躯体の刃口部上部に取り付けることで、先端地盤抵抗力が推測され、これが実施工における掘り残し幅を決定する際の判断材料になり、最適な開口率に設定することができ、施工の安全性を向上させることができる。
【００８６】
また、ケーソン躯体の躯体内応力を平面的に複数点で計測し、各点での差異を計測管理することで、傾斜している地層の存在や障害物の存在を推測することができる。したがって、先端地盤抵抗力の差に応じて、平面的に掘り残し量に差異をつけた設定にすることで、先端地盤抵抗力の違いによるケーソン躯体の過大な傾斜を防止することができる。
【００８７】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法の施工システムを表す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン躯体を表す立断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下管理システムを表すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下管理システムのモニタ画面を表す図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン躯体の平断面図であり、図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン躯体の刃口上部の拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法のフローチャート図である。
【図８】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法における基礎データ収集工程を表す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法における調整工程を表す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法における掘削工程を表す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン沈下工法における圧入工程を表す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態を説明するためのケーソン躯体構築時の応力関係を表した模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態を説明するための圧入工程におけるケーソン躯体沈下前の応力関係を表した模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態を説明するための圧入工程におけるケーソン躯体沈下開始時の応力関係を表した模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態を説明するための圧入工程におけるケーソン躯体沈下中の応力関係を表した模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  ケーソン躯体
１ａ  刃口
３  掘削機
７  ジャッキ
２１  ケーソン監視システム
２２  掘削機管理システム
２３  応力観測システム
２５  沈下計
２６  荷重計
３１  歪み計
Ｄ  掘削径
Ｇ  地盤
Ｈ  掘削深度
Ｐ  導入荷重
Ｗ１  躯体内応力
Ｗ２  先端地盤抵抗力
ΣＷ  ケーソン躯体の自重
【図１】
2008025225.tif 000013
【図２】
2008025225.tif 000014
【図３】
2008025225.tif 000015
【図４】
2008025225.tif 000016
【図５】
2008025225.tif 000017
【図６】
2008025225.tif 000018
【図７】
2008025225.tif 000019
【図８】
2008025225.tif 000020
【図９】
2008025225.tif 000021
【図１０】
2008025225.tif 000022
【図１１】
2008025225.tif 000023
【図１２】
2008025225.tif 000024
【図１３】
2008025225.tif 000025
【図１４】
2008025225.tif 000026
【図１５】
2008025225.tif 000027