(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上構造物を支持する中空断面形状の脚部を、水底地盤に支持され、前記脚部の内径より小さい外径の鋼管杭の上方寄りの区間の周囲に配置し、この脚部の下端部の内周面とこれに対向する前記鋼管杭の外周面のいずれか一方に装着されて他方に密着し、周方向に連続する、弾性を有するシール材の上にグラウト材を充填し、前記脚部を前記鋼管杭に接合する方法であり、
前記脚部の、前記鋼管杭の周囲に位置する区間に形成された注入口から前記鋼管杭の外周面と前記脚部の内周面との間に、前記シール材が埋設される高さまで１次グラウト材を注入して前記脚部の周方向に行き渡らせ、
前記鋼管杭の周囲を周回した前記１次グラウト材が硬化し、前記シール材が前記脚部の周方向に前記１次グラウト材中に埋設された後、前記１次グラウト材の天端上に前記注入口から２次グラウト材を注入し、前記脚部の周方向に行き渡らせることを特徴とする水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項２】
前記１次グラウト材と前記２次グラウト材を前記脚部の周方向に分散して形成された複数の注入口から充填することを特徴とする請求項１に記載の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項３】
前記１次グラウト材の硬化後、前記２次グラウト材を前記注入口から注入し、前記２次グラウト材が前記鋼管杭の上端から前記鋼管杭の内部に流入するまで前記２次グラウト材の注入を継続することを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項４】
前記２次グラウト材を、前記鋼管杭の外周面と前記脚部の内周面との間に先行して充填され、前記１次グラウト材上に存在する水を押し上げる先行材と、この先行材の注入後に注入され、前記先行材を押し上げ、前記先行材上の水と前記先行材を前記鋼管杭の上端の外周面と前記脚部の内周面との間から流出させる後行材とに分割して注入することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項５】
前記鋼管杭の上端と前記脚部の内周面との間に水上から挿入される排水ホースを通じ、もしくは前記注入口に接続される前記グラウト材注入用の注入管を通じ、前記２次グラウト材の注入に先立ち、前記１次グラウト材上に存在する水を排出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項６】
前記２次グラウト材の圧縮強度は前記１次グラウト材の圧縮強度以上であり、前記１次グラウト材には強度発現が前記２次グラウト材の強度発現よりも早い材料が使用されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の接合方法に使用され、水底地盤に支持された鋼管杭の上方寄りの区間の周囲に配置され、水上構造物を支持する中空断面形状の脚部であり、
軸方向に、前記鋼管杭との重複区間の範囲の内、前記鋼管杭の外周面に密着する前記シール材の上端部以上の位置に、前記鋼管杭の外周面との間にグラウト材を注入するための複数の注入口が、周方向に分散して形成され、
前記シール材は下端部において前記脚部の内周面とそれに対向する前記鋼管杭の外周面のいずれか一方側に装着され、下端部から上端部へかけて前記一方側から、それに対向する他方側へ張り出し、上端部において前記他方側に密着していることを特徴とする水上構造物支持用脚部。
【請求項８】
前記シール材３の少なくとも上端部が軸方向に一定の長さを持つ帯状区間を有していることを特徴とする請求項７に記載の水上構造物支持用脚部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水上構造物を支持する中空断面形状の脚部を、水底地盤に支持される鋼管杭に、両者間に充填されるグラウト材の硬化により接合する水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法、及びその方法に使用される水上構造物支持用脚部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洋上等の水上構造物を支持する中空断面形状の脚部を海底等の水底地盤に支持される鋼管杭にグラウト材の充填により接合する場合、脚部は鋼管杭の回りを包囲した状態で配置されることから、脚部の下端のレベルには鋼管杭の外周面と脚部の内周面との間に充填されるグラウト材の漏れを防止するためのシール材が装着される（特許文献１〜３参照）。グラウト材は脚部と鋼管杭とが軸方向に重複した区間内の、脚部に接続される注入管を通じて充填される。
【０００３】
グラウト材は充填後のグラウト材内での空隙の発生を防止する上では、充填区間の下方から上向きに充填されることが合理的である（特許文献１）。但し、下方から上向きにグラウト材を充填する場合、充填区間である鋼管杭と脚部の重複区間は数〜１０ｍ前後程度に及ぶことから、この充填区間にグラウト材を連続的に充填し続けるとすれば、弾性を有するシール材は充填直後の硬化しない流動性を有するグラウト材中に曝され続けることになる。このため、充填区間の内、少なくともシール材の実質的な全長が埋設される区間に充填されたグラウト材が完全に硬化するまでは、シール材は常に変形し得る状態に置かれることになる。
【０００４】
従ってシール材が変形し得る状態にある限り、脚部はシール材が固定されている下方寄りの区間において鋼管杭に対して相対変形可能な状態にあるため、グラウト材の充填が完了し、少なくともシール材の全長が埋設される区間のグラウト材が完全に硬化しない限り、脚部は鋼管杭に保持（拘束）させた状態にはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３８７３１号公報（段落００１６〜００１９、図１）
【特許文献２】特開２０１２−７７５３３号公報（段落００２１〜００４１、図２〜図６）
【特許文献３】特開２０１５−０５５０４５号公報（段落００１９〜００２２、００２９、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
グラウト材の充填区間は数ｍ以上に亘ることから、グラウト材の充填開始から充填完了後の硬化までには少なくとも数日程度以上の時間を要するため、それだけ洋上に浮揚している脚部が波浪の影響を受け易く、鋼管杭との間の相対変形を生じ易い可能性が高まることになる。このグラウト材の硬化までの時間を短縮する上で、早強性のグラウト材が使用されることもある。
【０００７】
この結果、充填区間に充填されたグラウト材が硬化するまでの間に、波浪や風の影響を受けて脚部が鋼管杭に対して相対変形する可能性があり、この相対変形を残したままグラウト材が硬化する可能性もあるため、グラウト材の充填完了後に脚部に施工誤差を残すことが想定される。
【０００８】
また直径の大きい鋼管杭と脚部との間へのグラウト材の注入口が脚部の周方向に１箇所である場合、グラウト材が鋼管杭の外周面に均等に、一定の高さで周回するように充填することは必ずしも容易ではなく、グラウト材自身の粘性により注入口寄りの箇所でのグラウト材の高さ（レベル）が注入口より遠い箇所でのグラウト材の高さより上になり易い。
【０００９】
本発明は上記背景より、充填区間の下方から上向きにグラウト材を充填する場合に、シール材を硬化するグラウト材中に早期に埋設し、脚部が波浪の影響を受けて鋼管杭との間の相対変形を生じる可能性を大幅に低下させ、施工誤差を低下させる接合方法とその方法に使用される脚部を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明の水上構造物における脚部と鋼管杭との接合方法は、水上構造物を支持する中空断面形状の脚部を、水底地盤に支持され、前記脚部の内径より小さい外径の鋼管杭の上方寄りの区間の周囲に配置し、この脚部の下端部の内周面とこれに対向する前記鋼管杭の外周面のいずれか一方に装着されて他方に密着し、周方向に連続する、弾性を有するシール材の上にグラウト材を充填し、前記脚部を前記鋼管杭に接合する方法であり、
前記脚部の、前記鋼管杭の周囲に位置する区間に形成された注入口から前記鋼管杭の外周面と前記脚部の内周面との間に、前記シール材が埋設される高さまで１次グラウト材を注入して前記脚部の周方向に行き渡らせ、前記鋼管杭の周囲を周回した前記１次グラウト材が硬化し、前記シール材が前記脚部の周方向に前記１次グラウト材中に埋設された後、前記１次グラウト材の天端上に前記注入口から２次グラウト材を注入し、前記脚部の周方向に行き渡らせることを構成要件とする。
【００１１】
シール材３は図示するように脚部１の下端部の内周面に装着される場合と、その内周側に対向する鋼管杭５の外周面に装着される場合がある。いずれの場合もシール材３の下端部はその上に充填されるグラウト材６の下方への漏れ出しを防止するために、装着される側に位置し、上端部は対向する側に密着する。図示するようにシール材３の下端部が脚部１側に位置する場合、シール材３の下端部は脚部１に装着され、鋼管杭５側に位置する場合には鋼管杭５に装着される。シール材３は下端部から上端部へかけて対向する側へ張り出し、その側に密着する。「装着」とは、脚部１、もしくは鋼管杭５の周方向に沿い、連続して埋め込まれるか、挟持される、あるいは接着等されることにより保持されることを言う。
【００１２】
鋼管杭の外径は脚部の内径より小さく、脚部は鋼管杭の形状（外径）に対応した中空断面形状であるため、脚部には円形断面の、主に鋼管が使用される。「脚部の、鋼管杭の周囲に位置する区間」は脚部、あるいは鋼管杭の軸方向の、脚部と鋼管杭との重複区間を指す。脚部１にはこの重複区間の内、図１−（ｃ）に示すように１次グラウト材６１の注入終了時に１次グラウト材６１中にシール材３を埋設するだけの高さに注入口１ａが形成される。言い換えれば、シール材３が埋設されるまで１次グラウト材６１が鋼管杭５回りに充填されたときの１次グラウト材６１の天端以上の位置に注入口１ａの少なくとも上端が位置する。注入口１ａは脚部１に接続されるグラウト材６注入用の注入管２の先端部と脚部１との接続部を指す。水上は洋上を含み、水底地盤は海底地盤を含む。
【００１３】
「シール材３が埋設される」とは、シール材３が硬化した１次グラウト材６１中に埋設されることで、実質的に弾性変形できない状態になる高さまでシール材３が１次グラウト材６１中に埋設されることを言い、必ずしもシール材３の軸方向の全高が１次グラウト材６１中に完全に埋没することは必要ではない。鋼管杭５の外周面に密着しているシール材３の上端部の少なくとも下側寄りの区間が１次グラウト材６１中に埋設されていれば、シール材３が実質的に弾性変形できず、脚部１の鋼管杭５に対する相対的な変形が拘束された状態になるため、上端部の上側寄りの区間が１次グラウト材６１中に埋没していなくてもよいことになる。
【００１４】
シール材３の上端部は具体的には図１−（ａ）に示すように軸方向に一定の長さを持つ帯状区間において鋼管杭５の外周面に密着するため、この帯状区間の少なくとも下側寄りの区間が１次グラウト材６１中に埋設されていれば、硬化した１次グラウト材６１に拘束されることになる。このことから、「シール材３が埋設される」とは具体的に言えば、少なくともシール材３上端部の帯状区間の下側寄りの区間が１次グラウト材６１中に埋設されること、とも言える。帯状区間はシール材３の少なくとも上端部に形成される（請求項８）。
【００１５】
この表現に倣えば、シール材３上端部の帯状区間の上側寄りが硬化した１次グラウト材６１の天端以上に位置していればよいことになるから、グラウト材６を吐出する脚部１の注入口１ａの少なくとも上端部はシール材３上端部の帯状区間の上側寄り以上に位置していればよく、１次グラウト材６１の充填終了時には１次グラウト材６１の天端以上に位置していればよいことになる。
【００１６】
以下、１次グラウト材６１中に埋設されなくてもシール材３の弾性変形できない状態に影響しない「シール材３の上端部の上側寄りの区間」以下の区間を「シール材３のほぼ全体」、または単に「シール材３の全体」と言う。
【００１７】
シール材３は下端部において脚部１の下端の内周面に、周方向に沿い、前記のように連続して埋め込まれるか、接着等されることにより脚部１に装着され、その状態で下端部から上端部側へかけて脚部１の内周側へ張り出すため、シール材３は筒状、あるいは環状に形成される。脚部１が鋼管杭５の外周に鋼管杭５を包囲するように配置されたときに、シール材３は上端部の内周面が鋼管杭５の外周面に密着することにより鋼管杭５の外周面との間の水密性を確保するため、脚部１が鋼管杭５の外周を包囲した状態で降下するときに、シール材３の上端部の内周面は鋼管杭５の外周面に接触し、摺動しながら降下する。そのまま脚部１が鋼管杭５の外周に配置されたときに、図１−（ａ）に示すようにシール材３の上端部の内周面は鋼管杭５の外周面に密着した状態になる。
【００１８】
鋼管杭５に対して降下しきったときの脚部１の位置は、そのときの鋼管杭５の上端部に対応した位置の脚部１の内周面に突設されたブラケット４が鋼管杭５の上端に係止することで決まる。ブラケット４は脚部１の周方向に分散し、均等に複数個、突設される場合と、周方向に連続して突設される場合がある。ブラケット４の形状は問われない。
【００１９】
図１−（ｃ）に示すように１次グラウト材６１は鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間に、シール材３のほぼ全体が埋設される高さまで充填され、図１−（ｆ）に示すように脚部１の周方向に行き渡らせられる関係から、脚部１に形成される注入口１ａのレベルはシール材３の上端部以上に位置することが適切である（請求項７）。請求項７に記載の発明は水上構造物を支持する中空断面形状の脚部１であり、軸方向に、鋼管杭５との重複区間の範囲の内、鋼管杭５の外周面に密着するシール材３の上端部以上の位置に、鋼管杭５の外周面との間にグラウト材６を注入するための複数の注入口１ａが、周方向に分散して形成され、シール材３が下端部において脚部１の内周面とそれに対向する鋼管杭５の外周面のいずれか一方側に装着され、下端部から上端部へかけて前記一方側から、それに対向する他方側へ張り出し、上端部において前記他方側に密着していることを構成要件とする。シール材３は脚部１の下端部の内周面と鋼管杭５の外周面のいずれか一方に装着されて他方に密着し、周方向に連続する。
【００２０】
シール材３は前記のように硬化した１次グラウト材６１で実質的に弾性変形できない状態になる高さまで１次グラウト材６１中に埋設されればよく、鋼管杭５に密着している上端部の上側寄りの区間は１次グラウト材６１の天端から露出していることもあるため、注入口１ａのレベルが位置する「シール材３の上端部以上」とは、１次グラウト材６１中に埋没した上端部以上、または充填が終了し、硬化した１次グラウト材６１の天端以上を指す。
【００２１】
脚部１を鋼管杭５に接合するために両者間に充填される全グラウト材６を１次グラウト材６１と２次グラウト材６２に分割することには、前記のように全グラウト材６を連続的に充填することによりシール材３が、硬化しきれないグラウト材６中で変形し得る状態に置かれることを防止する意味がある。この他、一括で充填する結果として硬化前の流動性を有しているグラウト材６の質量にシール材３が耐えきれずに変形し、グラウト材６が下方へ漏れ出すことを防止する意味もある。この観点では先行して充填される１次グラウト材６１は２次グラウト材６２の充填前に硬化することで、２次グラウト材６２の充填時の漏れ出しを防止しながら、シール材３の変形を拘束する底部型枠としての役割を果たす。
【００２２】
また注入口１ａの少なくとも上側の一部が硬化した１次グラウト材６１の天端より上に位置していれば、注入口１ａから２次グラウト材６２は吐出され、注入口１ａからの２次グラウト材６の充填は可能であるため、「注入口１ａのレベルがシール材３の上端部以上に位置する」とは、少なくとも注入口１ａの上側の一部が硬化した１次グラウト材６１の天端から露出していればよいことを意味する。
【００２３】
１次グラウト材６１は脚部１の注入口１ａから鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間に充填され、前記のように図１−（ｃ）、（ｆ）に示すようにシール材３の少なくともほぼ全体が実質的に埋設される高さまで充填されたところで、１次グラウト材６１の注入が停止させられる。シール材３を埋設している１次グラウト材６１が硬化するまで、２次グラウト材６２の充填は開始されない。１次グラウト材６１全体の硬化の時期は予めサンプルから判明している強度発現までの日数から判断される。
【００２４】
シール材３のほぼ全体が１次グラウト材６１中に埋設された状態で、１次グラウト材６１の硬化まで２次グラウト材６２の充填が開始されないことで、１次グラウト材６１全体を硬化させ、硬化した１次グラウト材６１中にシール材３のほぼ全体を埋設し、弾性変形不能にすることが可能になる。シール材３のほぼ全体が弾性変形不能になることで、波浪や風の影響を受けて脚部１が鋼管杭５に対して相対変形する可能性が低下するため、グラウト材６の充填完了後にシール材３の変形に起因して脚部１に施工誤差を残す可能性を低下させることができる。
【００２５】
シール材３の全体を埋設する１次グラウト材６１の充填終了後、その硬化後に１次グラウト材６１上に、脚部１と鋼管杭５との重複区間の上端にまで充填される２次グラウト材６２が注入させられる。２次グラウト材６２も図２−（ａ）、図３−（ａ）に示すように脚部１の周方向に行き渡らせられるが、硬化している１次グラウト材６１内へのシール材３の埋設により既にシール材３の変形が拘束された状態にあるため、充填中の、または充填終了後の２次グラウト材６２が硬化する以前でも暫定的に脚部１を鋼管杭５に１次グラウト材６１を介して接合した状態にすることができている。
【００２６】
グラウト材６を脚部１と鋼管杭５との軸方向の重複区間の全長に充填しきるまで、継続的にグラウト材６を充填し続けるのではなく、重複区間の全長の内の下方寄りの一部の区間の１次グラウト材６１の充填と硬化を先行させることで、シール材３をグラウト材６中に埋設し、拘束するまでの時間が、軸方向の全長にグラウト材６を充填させ、硬化させる場合より大幅に短縮される。すなわち、脚部１が鋼管杭５に対して相対変形し得る状態でいる期間（時間）が短縮されるため、その短縮分、波浪等に起因して脚部１が鋼管杭５との間で相対変形を生じる可能性が低下することになる。
【００２７】
前記のように脚部１に形成される注入口１ａが１次グラウト材６１の充填終了時に１次グラウト材６１中に埋設されたシール材３の上端部（硬化した１次グラウト材６１の天端）以上に位置している場合には（請求項７）、充填中の１次グラウト材６１の天端が注入
口１ａの下端を超え、注入口１ａの面積が減少したときに、注入中の１次グラウト材６１の注入圧力が上昇に転ずる。この注入圧力の変化から、１次グラウト材６１中にシール材３の全体が埋設され、また１次グラウト材６１が鋼管杭５の全周に行き渡ったことが確認（判断）される。この場合、実質的に注入口１ａの全体が１次グラウト材６１の天端以上に位置していることになる。
【００２８】
例えば脚部１の内周面に面する注入口１ａのレベルがシール材３の上端部より下にあるとすれば、注入口１ａを閉塞せずにシール材３の全体を１次グラウト材６１内に埋設することは難しい。この場合、注入口１ａが完全に閉塞するまで１次グラウト材６１を充填したときにもシール材３の上端部は１次グラウト材６１から突出した状態になるため、１次グラウト材６１はシール材３を完全に拘束することは難しい。結果的に１次シール材６１の硬化後にも弾性を有するシール材３が変形し得る可能性があり、脚部１が鋼管杭５に対して相対変形し得る可能性があるため、脚部１を鋼管杭５に保持（拘束）させることが難しいことになる。
【００２９】
これに対し、請求項７では注入口１ａがシール材３の上端部以上の位置にあることで、１次グラウト材６１中にシール材３の全体を埋設したときに注入口１ａが完全に閉塞されることがないため、２次グラウト材６２の注入時に、注入口１ａから２次グラウト材６２が吐出できないことはない。特に１次グラウト材６１中にシール材３の全体を埋設したときに、注入口１ａの全体が開放した状態にある場合には、注入口１ａからの２次グラウト材６２の吐出量が減少することがないため、２次グラウト材６２の注入時の圧力が上昇することもない。
【００３０】
前記のように注入口１ａの少なくとも上端部はシール材３上端部の帯状区間の上側寄り以上に位置していればよく、１次グラウト材６１の天端以上に位置していればよいから、請求項７で言う「シール材３の上端部以上」は「シール材３上端部の帯状区間の上側寄り以上」とも言い換えられる。
【００３１】
また請求項７ではシール材３の全体を硬化した１次グラウト材６１中に埋設することができることで、シール材３は実質的に変形することができないため、脚部１を鋼管杭５に保持（拘束）させることが可能になる。「注入口がシール材の上端部以上の位置にある」とは、少なくとも注入口１ａの上端がシール材３の上端部以上に位置することであるが、注入口１ａの下端がシール材３の上端部以上に位置する場合が、シール材３を埋設したときにも注入口１ａを完全に開放状態に保つことができ、注入口１ａを僅かでも閉塞することがないため、最も合理的である。
【００３２】
１次グラウト材６１と２次グラウト材６２を鋼管杭５の全周に、周方向に均等に、また早期に行き渡らせる上では、脚部１の周方向に分散して形成された複数の注入口１ａから１次グラウト材６１と２次グラウト材６２を充填することが合理的である（請求項２、請求項７）。脚部１の周方向に分散する複数の注入口１ａは必ずしも周方向に均等である必要はない。
【００３３】
この場合、複数の注入口１ａが脚部１の周方向に分散して形成され、脚部１の周方向に分散した複数の注入口１ａから同時に、１次グラウト材６１と２次グラウト材６２がそれぞれ注入されることで、両グラウト材６１、６２の天端を周方向に均等な高さになるように鋼管杭５と脚部１との間に充填することが可能になり、注入口１ａの部分に集中的にグラウト材６が盛り上がるようなことは回避される。また複数の注入口１ａから同時にグラウト材６を注入することで、単一の注入口１ａから注入する場合より充填を完了させるまでの時間が短縮される。
【００３４】
脚部１の周方向に複数の注入口１ａが分散して配置されることには、充填完了後の２次グラウト材６２の天端を水平に揃え易くする意味もある。例えば注入口１ａが周方向に１箇所しかない場合、充填中の２次グラウト材６２の天端が自らの粘性により水平に対して傾斜し易いため、１次グラウト材６１上に存在する水の排除が不完全になり易く、２次グラウト材６２の先行充填分（後述の先行材６２ａ）が水分を含んだ状態のまま残留し、硬化する可能性がある。これに対し、複数の注入口１ａを周方向に分散させた場合には、このような事態が発生しにくいため、水分を含まない良質の、強度の高い２次グラウト材６２（後行材６２ｂ）を天端まで充填させることが可能になる。
【００３５】
参考までに１次グラウト材６１の圧縮強度は例えば３５Ｎ／ｍｍ２前後程度（洋上設備の構造設計指針であるＤＮＶ-ＯＳ-Ｃ５０２のグラウト材の圧縮強度の最低値）、２次グラウト材６２の圧縮強度は例えば８０Ｎ／ｍｍ２前後程度（洋上設備の構造設計指針であるＤＮＶ-ＯＳ-Ｃ５０２、ＤＮＶ-ＯＳ-ＣＪ１０１の引張強度が必要とされるグラウト材の圧縮強度の基準値）に調整される。但し、１次グラウト材６１と２次グラウト材６２の圧縮強度に一定程度の差があれば、具体的な数値はこれらには限定されない。
【００３６】
１次グラウト材６１の硬化後、２次グラウト材６２は脚部１と鋼管杭５との重複区間の全長に充填されるため、２次グラウト材６２の注入は２次グラウト材６２が鋼管杭５の上端から鋼管杭５の内部に流入するまで継続される（請求項３）。２次グラウト材６２の注入管２を通じての注入に伴い、２次グラウト材６２の上端（天端）は鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間を上昇するため、上昇する程、注入圧力も上昇するが、鋼管杭５の上端にまで上昇しきったときに、注入圧力の上昇はなくなり、一定になるため、２次グラウト材６２の上端が鋼管杭５の上端に到達し、鋼管杭５の上端から鋼管杭５の内部に流入し始めたことは、注入圧力の上昇がなくなることで、確認（判断）される。
【００３７】
請求項３では２次グラウト材６２の注入が鋼管杭５の上端から鋼管杭５の内部に流入するまで継続されることで、脚部１と鋼管杭５との重複区間の全長に充填されるたことが確認されるため、注入を終了すべき時機を見計らうことができ、不必要に２次グラウト材６２を注入し続ける無駄がなくなる。そのまま２次グラウト材６２の硬化を待つことで、脚部１が鋼管杭５に完全に接合されることになり、脚部１が波浪や風の影響を受けて鋼管杭５に対して相対変形する可能性がなくなる。
【００３８】
２次グラウト材６２は充填に伴い、鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に存在する場合の水を押し上げ、鋼管杭５の上端から排出させる働きをするが、水を押し上げる際に鋼管杭５の上端寄りに位置する、先行して充填された分が水と混ざることで希釈化し、そのまま残存し、２次グラウト材６２が硬化したときに強度が低下し、質の低い部分が形成されることが想定される。
【００３９】
そこで、２次グラウト材６２を、鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間に先行して充填され、１次グラウト材６１上に存在する水を押し上げる先行材６２ａと、先行材６２ａの注入後に注入され、先行材６２ａを押し上げ、先行材６２ａ上の水と先行材６２ａを鋼管杭５の上端の外周面と脚部１の内周面との間から流出させる後行材６２ｂとに分割して注入すれば（請求項４）、２次グラウト材６２の上端寄りに質の低下した部分が形成されることを回避し易くなる。「１次グラウト材６１上に存在する水」とは、１次グラウト材６１上には、２次グラウト材６２の注入前の水の排出（請求項５）により水が存在しない場合があり、水が存在しない場合には、必ずしも２次グラウト材６２を先行材６２ａと後行材６２ｂとに分割する必要はない。先行材６２ａを使用する場合、先行材６２ａには主に水中不分離性を有するグラウト材が使用される。
【００４０】
２次グラウト材６２を先行材６２ａと後行材６２ｂに分割する場合、２次グラウト材６２の内、先行材６２ａは１次グラウト材６１の硬化後に鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に先行して充填され、上方に存在している水を押し上げ、鋼管杭５の上端の外周面と脚部１の内周面との間からその外側へ流出させる。その後、２次グラウト材６２の内の後行材６２ｂが注入口１ａから注入されることで、先行材６２ａを押し上げ、水を鋼管杭５と脚部１との間から完全に排除する。このとき、先行材６２ａの少なくとも一部も鋼管杭５と脚部１との間から排出され、先行材６２ａの全体が排出されることもある。後行材６２ｂは鋼管杭５と脚部１間に残存し、そのまま硬化する。
【００４１】
脚部１と鋼管杭５との重複区間の空間には水（海水）が入り込んでいるため、この水が２次グラウト材６２の充填時の抵抗になる他、２次グラウト材６２が希釈化する可能性がある。そこで、鋼管杭５の上端と脚部１の内周面との間に水上から挿入される排水ホース８を通じ、もしくは注入口１ａに接続されるグラウト材６注入用の注入管２を通じ、２次グラウト材６２の注入に先立ち、１次グラウト材６１上に存在する水を排出することで（請求項５）、水の存在による上記不都合を解消することが可能になる。排水ホース８は脚部１の水上に位置する区間のいずれかから鋼管杭５との重複区間に挿入される。注入口１ａを通じて排水する場合は、図６に示すように注入口１ａに接続される注入管２から排水される。排水時には排水ホース８、または注入管２の上端部に排水ポンプが接続される。
【００４２】
前記のように２次グラウト材６２に先行して充填され、硬化した１次グラウト材６１中にシール材３のほぼ全体を埋設し、脚部１と鋼管杭５間の相対変形の可能性と脚部１の施工誤差の可能性を低下させた後に２次グラウト材６２が充填されることから、充填された２次グラウト材６２に未硬化の１次グラウト材６１が混合されないようにする上では、１次グラウト材６１の充填後、硬化までの時間は短い方がよい。
【００４３】
１次グラウト材６１は２次グラウト材６２充填前の時点で暫定的に脚部１を鋼管杭５に仮接合する役目を果たす意味からも、１次グラウト材６１は可能な限り、早期に硬化することが望まれる。一方、２次グラウト材６２は脚部１と鋼管杭５の重複区間のほぼ全長に充填され、硬化することで、脚部１を鋼管杭５に接合するため、２次グラウト材６２には脚部１と鋼管杭５の接合後に想定される圧縮力に十分に耐えるだけの圧縮強度が要求される。
【００４４】
そこで、２次グラウト材６２の（一軸）圧縮強度が１次グラウト材６１の（一軸）圧縮強度以上であると同時に、１次グラウト材６１の強度発現が２次グラウト材６２の強度発現より早いことの要件（請求項６）を備えることで、１次グラウト材６１の硬化時間の短縮と２次グラウト材６２への高い圧縮強度の付与の２通りの要求を満たすことができる。早期に強度発現するグラウト材の長期強度は強度発現までに時間を要するグラウト材の長期強度より相対的に低いため、１次グラウト材６１の圧縮強度と２次グラウト材６２の圧縮強度に差を設定しておくことは、上記２通りの要求に適合する。
【００４５】
一般に本発明のような二重管接合の設計においては、必要とされる圧縮強度を設定し、この圧縮強度から室内試験、あるいはＤＮＶ指針に記載される換算式等を用いて引張強度が算定される。本発明のように水上構造物からの荷重を受ける構造物における接合部には、このような荷重を受けない構造物における接合部に比べ、高い引張強度が求められるため、グラウト材自体に要求される必要圧縮強度は算定される引張強度を満足させる必要から、指針で定める圧縮強度の最低値（３５Ｎ／ｍｍ２）よりも高く設定される。水上構造物とは、例えば風車や観測タワー等の洋上（水上）構造物を指す。
【００４６】
これらのことから、１次グラウト材６１には例えば注入の３日後に１８Ｎ／ｍｍ２以上の強度発現（３日強度が１８Ｎ／ｍｍ２以上）を実現し、長期的には圧縮強度の最低値（３５Ｎ／ｍｍ２）を満足するような早期強度が得られるグラウト材料を用い、２次グラウト材６２には早期強度が得られなくとも、例えば注入の９１日後の長期強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上となる高い圧縮強度を有するグラウト材料を適用することが適切である（請求項６）。この場合、１次グラウト材６１（の材料）は施工上の早期強度の発現性能の観点から選定され、２次グラウト材６２（の材料）は構造上、接合部に求められる上記必要引張強度の観点から選定され、前記圧縮強度８０Ｎ／ｍｍ２はこの必要引張強度に対応した数値になる。
【００４７】
前記のように１次グラウト材６１を脚部１の周方向に行き渡らせ、１次グラウト材６１の充填が完了した時点で１次グラウト材６１中にシール材３の全体を埋設すると共に、注入口１ａが１次グラウト材６１で閉塞されることを防止する上では、脚部１に形成される注入口１ａはシール材３の上端部以上の位置に、脚部１の周方向に分散して形成されていることが適切である（請求項７）。「注入口がシール材の上端部以上の位置にある」とは、前記のように注入口１ａの上端以下がシール材３の上端部以上に位置することを言う。
【００４８】
この場合、注入口１ａがシール材３の上端部以上の位置にあることで、１次グラウト材６１中にシール材３の全体を埋設し、１次グラウト材６１の注入（充填）を停止させたときに、注入口１ａを少しでも開放状態に保つことができるため、１次グラウト材６１の硬化後の２次グラウト材６２の注入時に注入口１ａを閉塞している１次グラウト材６１を排除しながら２次グラウト材６２を注入する必要がない。１次グラウト材６１の注入終了後に注入口１ａを完全に開放状態に保つことができれば、硬化した１次グラウト材６１が２次グラウト材６２の注入を阻害することがない。
【００４９】
「注入」は主にグラウト材６を送り込む側での送り込み操作、あるいは注入口１ａからのグラウト材６の吐出状況を言い、「充填」は鋼管杭５と脚部１との間に入り込み、満たされていく状況を言うため、注入終了後に注入管２内の存在しているグラウト材６が鋼管杭５と脚部１間に充填されることもあるが、最終的な１次グラウト材６１の天端のレベルに影響する程度ではない。
【００５０】
また注入口１ａが脚部１の周方向に分散し、複数、形成されることで、注入口１ａが１箇所である場合のように１次グラウト材６１の天端にレベル差が生じにくくなり、１次グラウト材６１の天端を鋼管杭５の全周に亘って一定の高さで充填を完了させることが可能になる。併せて１次グラウト材６１を鋼管杭５の周囲を周回させるための充填時間が短縮される。図面では注入口１ａを脚部１の周方向に４箇所、配置している場合の例を示しているが、注入口１ａは脚部１の周方向に２箇所以上、あればよい。
【発明の効果】
【００５１】
脚部の、鋼管杭の周囲に位置する区間に形成された注入口から鋼管杭の外周面と脚部の内周面との間に、シール材の全体が埋設される高さまで１次グラウト材を充填し、シール材を硬化した１次グラウト材中に埋設させた状態で、１次グラウト材の硬化まで２次グラウト材の充填を開始することなく、１次グラウト材全体を硬化させるため、硬化した１次グラウト材中にシール材のほぼ全体を埋設し、弾性変形不能にすることができる。
【００５２】
この結果、波浪や風の影響を受けて脚部が鋼管杭に対して相対変形する可能性が低下するため、グラウト材の充填完了後にシール材の変形に起因して脚部に施工誤差を残す可能性を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は１次グラウト材の注入開始時から注入終了時までの作業手順を示した縦断面図であり、（ｄ）〜（ｆ）の各ｙ−ｙ線断面図、（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）の各ｘ−ｘ線断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は２次グラウト材の注入開始時から注入終了時までの作業手順を示した縦断面図であり、図３−（ａ）のｙ−ｙ線断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は図２−（ａ）、（ｂ）の各ｘ−ｘ線断面図、（ｃ）〜（ｅ）は図２−（ｃ）〜（ｅ）の各ｚ−ｚ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は１次グラウト材の硬化後、２次グラウト材の注入前に鋼管杭と脚部間に存在する水を排出する場合の、１次グラウト材の注入開始時から２次グラウト材の注入終了時までの作業手順を示した縦断面図である。
【図５】鋼管杭と脚部との間へのグラウト材の充填区間とグラウト材を注入する作業船を示した立面図である。
【図６】鋼管杭と脚部間の水を注入管内を通じ、注入管上部等に接続された真空ポンプ等を用いて排出する状況を示した立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１−（ａ）〜（ｃ）は弾性を有するシール材３が下端部の内周面に装着された、水上構造物を支持する中空断面形状の脚部１を水底地盤に支持された鋼管杭５の上方寄りの区間の周囲に配置し、脚部１の内周面と鋼管杭５の外周面との間にグラウト材６を充填し、脚部１を鋼管杭５に接合する方法の手順を示す。図１−（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）のｘ−ｘ線の断面を示す。鋼管杭５の外径は脚部１の内径より小さく、脚部１は内周面と鋼管杭５の外周面との間に、グラウト材６充填のための空隙を確保した状態で鋼管杭５の回りに配置され、鋼管杭５は脚部１を軸方向に挿通する。
【００５５】
シール材３は軸方向の下端部において脚部１の周方向に連続し、または連続的に接着、ねじ等による固定、もしくは把持等により装着され、その状態で上端部側が内周側の鋼管杭５側へ張り出す形をする。シール材３は概略的には円筒状に形成されるが、鋼管杭５の外径は脚部１の内径より小さいため、軸方向の下端部側の外径が上端部側の外径より大きい筒状をする。シール材３は下端部側の外周面の軸方向に長さを持った帯状の区間において脚部１の内周面に密着した状態で装着され、上端部側の内周面の軸方向に長さを持った帯状の区間において鋼管杭５の外周面に密着する。
【００５６】
シール材３の下端部側の帯状区間の外周面が脚部１の内周面に密着し、上端部側の帯状区間の内周面が鋼管杭５の外周面に密着した状態では、筒状のシール材３の上端部側は半径方向外側へ弾性変形し、半径方向内側へ復元力を発揮した状態になる。
【００５７】
鋼管杭５に対する脚部１の鉛直方向の位置は、水底地盤に支持されている鋼管杭５上から降下させられる脚部１の内周面の、鋼管杭５の天端のレベルに対応した位置に鋼管杭５側へ突設されたブラケット４が鋼管杭５の天端（上端）上に載置され、下向きに係止することにより決まる。ブラケット４は例えば図３−（ｃ）に示すように脚部１の内周面の周方向に複数箇所、均等に突設される。ブラケット４は鋼管杭５の天端の肉厚の範囲に載置されればよいが、図面では鋼管杭５の半径方向の脚部１の設置誤差に対応するためと、ブラケット４が載置された状態での脚部１の安定性を増すために、鋼管杭５の天端に内周側へ張り出すフランジ５ａを形成し、このフランジ５ａ上にブラケット４を載置している。
【００５８】
ブラケット４は鋼管杭５の天端に、または天端とフランジ５ａに載置される載置部４ａを有し、この載置部４ａの、鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間の空間に面する箇所に、鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に充填されるグラウト材６を横溢（流出）させるための流出孔４ｂが形成される。図３−（ｃ）ではグラウト材６横溢時の注入圧力の上昇を抑制するために、グラウト材６の横溢箇所が鋼管杭５の周方向に多数、分散するよう、鋼管杭５の周方向に多数の流出孔４ｂを配列させるために、ブロック状に形成されたブラケット４を多数、周方向にほとんど間隔を置かずに配列させているが、ブラケット４は環状に閉じた形状に形成されることもある。
【００５９】
脚部１の鋼管杭５への接合は、脚部１の、鋼管杭５の周囲に位置する区間に形成された注入口１ａから鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間に、シール材３の全体が実質的に埋設される高さまで１次グラウト材６１を充填して脚部１の周方向に行き渡らせる工程と、鋼管杭５の周囲を周回した１次グラウト材６１が硬化し、シール材３の全体が脚部１の周方向に１次グラウト材６１中に埋設された後、１次グラウト材６１の天端上に注入口１ａから２次グラウト材６２を注入し、脚部１の周方向に行き渡らせる工程を経ることにより実施される。注入口１ａに連続する脚部１の外周面には図５に示す水上の作業船７から引き出された注入管２が図１−（ａ）に示すように接続される。
【００６０】
図１−（ａ）〜（ｃ）は１次グラウト材６１と２次グラウト材６２を脚部１の周方向に分散して形成された複数の注入口１ａから鋼管杭５の外周に充填し、１次グラウト材６１の硬化後、図２に示すように２次グラウト材６２を注入口１ａから注入し、２次グラウト材６２が鋼管杭５の上端から鋼管杭５の内部に流入するまで２次グラウト材６２の注入を継続する場合における１次グラウト材６１の作業手順を示す。
【００６１】
鋼管杭５の外周面と脚部１の内周面との間にグラウト材６を注入するための注入口１ａは脚部１の周方向に少なくとも１箇所、形成されればよいが、図面では鋼管杭５の周方向に均等に、一定の高さでグラウト材６を充填できるよう、注入口１ａを脚部１の周方向に分散し、複数、形成している。図面では図１−（ｄ）に示すように脚部１の周方向に均等に４箇所、注入口１ａを形成しているが、複数の場合の注入口１ａの数は任意であり、周方向に均等か否かも任意である。
【００６２】
図１−（ａ）はシール材３の上端部側の区間の内周面を鋼管杭５の外周面に摺動させながら、鋼管杭５上から脚部１を降下させ、ブラケット４の載置部４ａが鋼管杭５の天端上に支持されたときの様子を示している。このとき、シール材３の上端部の帯状区間の内周面が鋼管杭５の外周面に密着する。
【００６３】
１次グラウト材６１の充填が終了した様子を示す図１−（ｃ）ではシール材３の上端部の帯状区間を含む全体が完全に１次グラウト材６１中に埋没している状態にあるが、シール材３は上端部の帯状区間の下側寄りの区間が１次グラウト材６１中に埋設されれば、１次グラウト材６１に変形を拘束された状態になるため、１次グラウト材６１はシール材３上端部の帯状区間の下側寄りの区間が埋設される高さまで充填されればよい。従って脚部１の注入口１ａの少なくとも上端部はシール材３上端部の帯状区間の上側寄り以上に位置し、また１次グラウト材６１の天端以上に位置していればよい。
【００６４】
シール材３は少なくとも上端部の帯状区間の下側寄りの区間まで１次グラウト材６１中に埋設されれば、硬化した１次グラウト材６１に変形を拘束されるため、図１−（ｃ）に示すようにシール材３の全体が完全に１次グラウト材６１中に埋没することもある。一方、注入口１ａの少なくとも上端部は充填が終了し、硬化した１次グラウト材６１の天端以上に位置することが適切であるが、注入口１ａの全体が１次グラウト材６１に閉塞されないようにするには、注入口１ａの下端が１次グラウト材６１の天端以上に位置するように設定される。この設定は例えば脚部１の鋼管杭５上への設置前の段階で、予めシール材３上の注入口１ａ以下までの空間の容積を算出しておくことにより、または計測しておくことにより可能になる。
【００６５】
図１−（ａ）に示す、鋼管杭５回りへの脚部１の設置後、図５に示す作業船７から図１−（ｂ）に示すように注入管２を通じて１次グラウト材６１を注入し、鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に充填させる。１次グラウト材６１は（ｂ）に示すように脚部１の下端部に装着されているシール材３の下端部より上に、少なくとも鋼管杭５の外周面に密着している上端部（の帯状区間の下側寄りの区間）が埋設されるまで充填される。注入口１ａが複数、形成された場合、１次グラウト材６１は（ｅ）に示すように周方向に隣接する注入口１ａ、１ａ間に向けて移動し、最終的には（ｃ）、（ｆ）に示すように鋼管杭５の周囲に周方向に均等に、脚部１の下端から一様な高さまで充填される。
【００６６】
１次グラウト材６１の注入は１次グラウト材６１の天端が鋼管杭５の全周に行き渡り、鋼管杭５の全周に亘ってシール材３の全体が完全に、もしくはほぼ完全に埋設されるまで継続され、注入口１ａが少なくとも完全には閉塞しない状態で停止させられ、１次グラウト材６１の充填が終了する。１次グラウト材６１の充填終了後、１次グラウト材６１は硬化し、シール材３が１次グラウト材６１に完全に拘束されるまで放置され、１次グラウト材６１が硬化した後に図２、図３に示すように２次グラウト材６２の注入が開始される。
【００６７】
２次グラウト材６２は図２−（ａ）、図３−（ａ）に示すように硬化した１次グラウト材６１の上に充填されていく。ここで、最終的に１次グラウト材６１上に留まる２次グラウト材６２が鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に元々存在している水と混合することによる希釈化を回避する上では、２次グラウト材６２は図２−（ｂ）に示すように先行材６２ａと後行材６２ｂとに分割される。
【００６８】
先行材６２ａは鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に先行して充填され、１次グラウト材６１上の水を押し上げ、流出孔４ｂから流出させる働きをする。後行材６２ｂは先行材６２ａの注入（充填）後に続いて注入され、先行材６２ａを押し上げることで、水を流出孔４ｂから流出させると共に、先行材６２ａをも流出孔４ｂから流出させる働きをし、自らは鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に留まる。先行材６２ａには水中不分離性を有するグラウト材の使用が適する。
【００６９】
先行材６２ａは後行材６２ｂの押し上げにより流出孔４ｂから流出することで、水を流出孔４ｂから押し出し、先行材６２ａの下から先行材６２ａを押し上げる後行材６２ｂと水が混合することによる希釈化を防止する役目を持つため、先行材６２ａと後行材６２ｂが混合しないよう、先行材６２ａの比重は後行材６２ｂの比重より小さく設定される。後行材６２ｂは鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に留まり、硬化することにより脚部１と鋼管杭５に接合することから、後行材６２ｂには通常のグラウト材と同等の比重が与えられるのに対し、先行材６２ａは後行材６２ｂに押し上げられるよう、先行材６２ａの比重は通常のグラウト材の比重より小さくなる。
【００７０】
図２−（ｂ）、図３−（ｂ）は後行材６２ｂの充填により先行材６２ａが鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間を上昇しているときの様子を、各図の（ｃ）は先行材６２ａが流出孔４ｂから流出し始めたときの様子を示している。（ｄ）は後行材６２ｂの充填と先行材６２ａの流出が完了したときの様子を、（ｅ）は後行材６２ｂが鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間で硬化したときの様子を示している。
【００７１】
図４−（ａ）〜（ｇ）は鋼管杭５の上端と脚部１の内周面との間に水上から排水ホース８を挿入し、２次グラウト材６２の注入に先立ち、１次グラウト材６１上に存在する水を排水ホース８を通じて排出する場合の手順例を示す。（ａ）〜（ｃ）に示す１次グラウト材６１の注入から充填終了までの作業と、（ｅ）〜（ｇ）に示す２次グラウト材６２の注入から充填終了までの作業は図２に示す例の作業と同じである。
【００７２】
１次グラウト材６１の充填が終了した時点では図４−（ｃ）に示すように１次グラウト材６１上には鋼管杭５の内周と脚部１の外周の水位と同等程度、または１次グラウト材６１の充填分、高い位置まで水が存在している。この水は例えば図４−（ｄ）に示すように鋼管杭５外周面と脚部１内周面との間に、脚部１の内部を通じて先端（下端）が１次グラウト材６１の天端に到達するまで排水ホース８が挿入され、この排水ホース８の上端部に接続される排水（真空）ポンプにより鋼管杭５と脚部１との間の水が排水ホース８を通じて外部へ排出される。
【００７３】
１次グラウト材６１上の、鋼管杭５と脚部１間に存在する水は図６に示すように注入口１ａに接続されている注入管２の水上に突出した上部に真空ポンプ等を接続し、注入管２を通じて鋼管杭５と脚部１間の外へ排出されることもある。真空ポンプ等は作業船７等に設置されることもある。
【００７４】
１次グラウト材６１上の水が完全に排出されたところで、（ｅ）〜（ｇ）に示すように１次グラウト材６１上に２次グラウト材６２が充填される。図４の例では２次グラウト材６２の充填（注入）前に１次グラウト材６１上の水を完全に排除するため、必ずしも流出孔４ｂから先行材６２ａを流出させる必要がない。すなわち、図４では２次グラウト材６２を必ずしも先行材６２ａと後行材６２ｂとに分割する必要がないため、水の排出直後から１次グラウト材６１上に図２に示す例における後行材６２ｂと同等の濃度の２次グラウト材６２を注入することが行われる。
【符号の説明】
【００７５】
１……脚部、１ａ……注入口、２……注入管、３……シール材、４……ブラケット、４ａ……載置部、４ｂ……流出孔、
５……鋼管杭、５ａ……フランジ、
６……グラウト材、６１……１次グラウト材、６２……２次グラウト材、６２ａ……先行材、６２ｂ……後行材、
７……作業船、
８……排水ホース。
【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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