(57)【要約】【課題】土中に沈設されるケーソン１において、比較的簡単な作業で確実に、沈設方向の修正ができるケーソン沈設時の姿勢制御の技術を提供する。【解決手段】ケーソンの先端ロット７を上部１３と下部１５に分割し、この上部と下部のうち一方が内部構造体１７で、他方が、前記内部構造体を覆う筒状の外部構造体１９とからなるいんろう継手様の二重構造とする。上部と下部とを結合して縦に配置されるシリンダ２５を周方向に少なくとも３基設ける。これらシリンダで刃口部分の上部に対する下部の傾斜を変更し、その状態でケーソン沈設を行い、ケーソンの姿勢制御をする。また、ケーソンの刃口部分の外周面に、周方向で等間隔に少なくとも３箇所に扉状の橇体を設け、下端側がヒンジ構造によって開閉可能とする。この橇体の開度をシリンダで変更し、その状態でケーソン沈設を行い、ケーソンの姿勢制御をする。【選択図】　図１
2004092275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソンの刃口部分が上部と下部に分割され、この上部と下部のうち一方が内部構造体で、他方が、前記内部構造体を覆う筒状の外部構造体とからなるいんろう継手様の二重構造と、前記上部と下部とを結合して縦に配置される少なくとも３基のシリンダと、それぞれのシリンダのストローク量を適宜変更することで刃口部分の上部に対する下部の傾斜を変更した状態でケーソン沈設を行いケーソンの姿勢制御を行うためのストローク変更手段と、を備えたことを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御装置。
【請求項２】
ケーソンの刃口部分の外周面に、周方向で等間隔に少なくとも３箇所に設けられ、下端側がヒンジ構造によって開閉可能な扉状の橇体と、この橇体の内部に設けられ、橇体の開度を変更するシリンダと、それぞれのシリンダのストローク量を適宜変更した状態でケーソン沈設を行いケーソンの姿勢制御を行うためのストローク変更手段と、を備えたことを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のケーソン沈設時の姿勢制御装置を用い、前記ケーソン全体の姿勢が傾斜した場合に、前記ストローク変更手段によって、前記シリンダのストローク量を適宜変更して、前記刃口部分の上部に対する下部の傾斜を、前記ケーソン全体の姿勢の傾斜とは逆方向に変更する工程と、この変更を行った状態でケーソン沈設を続行する工程と、ケーソン全体の姿勢の傾斜が徐々に修正されるに従い、前記刃口部分の上部に対する下部の傾斜を徐々にもとに戻す工程と、からなることを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法。
【請求項４】
請求項２に記載のケーソン沈設時の姿勢制御装置を用い、前記ケーソン全体の姿勢が傾斜した場合に、前記ストローク変更手段によって、前記シリンダのストローク量を適宜変更して、前記ケーソン全体の姿勢の傾斜によってケーソンの移動が生じた側の橇体を開く工程と、この修正を行った状態でケーソン沈設を続行する工程と、ケーソン全体の姿勢の傾斜が徐々に修正されるに従い、前記開いていた橇体を徐々に閉じる工程と、からなることを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法。
【請求項５】
前記ケーソン沈設時に、ケーソンの刃口部分に設けられたフリクションカットで形成される、周辺土とケーソン本体表面の間の間隙に、潤滑材を注入して潤滑材層を形成し、この潤滑材層を常時加圧し、周辺土の崩壊を防ぎながら沈設作業を行うことを特徴とする請求項３、または４に記載のケーソン沈設時の姿勢制御工法。
【請求項６】
前記潤滑材層は、ケーソンの外周面にリング状に設けられた圧力遮断機構により上下方向に複数個の潤滑材層室に分割され、各潤滑材層毎に個別の圧力で前記常時加圧がなされることを特徴とする請求項５に記載のケーソン沈設時の姿勢制御工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーソンを地中に沈設させるときのケーソンの姿勢制御のための装置および工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーソンは、全体が概略筒状をなし、内部の地盤を掘削しながら、自重や圧入力により地中に沈設され、地中に立坑などを構築するのに用いられる。このケーソンには、現場で鉄筋コンクリートを打設しながら鉄筋コンクリート製ケーソンを沈設するもの、工場製作された鋼製、または鉄筋コンクリート製ケーソンを現場で組み立てながら、沈設を行うもの、などがある。現場でコンクリートを打設する鉄筋コンクリート製ケーソンの場合、上方に継ぎ足すように打設する区分の１区画を１ロットというが、工場生産されたケーソン躯体を現場で組立てながら沈設する場合は、ケーソン全体が上下方向に複数に分割され、リング状になったものをロットという。工場製作する場合、この１ロット分が周方向にも分割されてピースとして製作される場合もある。
【０００３】
ケーソンの自重によって沈設する工法の施工時の問題点の一つとして、沈設時のケーソンの姿勢制御があった。ケーソンは沈設時にさまざまな原因で施工誤差が生じるが、その一つにケーソンの全体姿勢の傾斜がある。
【０００４】
すなわち、ケーソンの沈設時には、ケーソン内部の土の掘削を完全に制御することはできず、掘削状況がケーソンの周方向に一様でないことが多い。すなわち、刃口部分の周方向で、掘削が完全である部分と不十分である部分とができてしまい、
よって刃口先端部の支持力が周方向に不均一となり、傾斜の原因となる。
【０００５】
また、特に周面摩擦の低減を得る工夫がなされ、沈設管理が主として、刃口部分付近の土の掘削状況を管理することによって行われている場合は、周方向に一様に掘削することが困難になることが多く、従ってケーソンの中心軸が鉛直軸に対して傾斜したり偏心したりする現象が生じやすくなる。
【０００６】
また、周辺の土質などの性状が周方向に一様でないために、周面摩擦力が一様でない場合や、また、周面摩擦低減策が一様の効果をもたらさずに結果的に周面摩擦が一様とはならずに偏心してしまう場合などもある。
【０００７】
さらに、自重による沈設が不可能で、重錘や圧入力を併用して沈設する場合でも押し込み力が周方向に一様に作用せずに偏心させることも多い。
このようにして、ケーソンの全体の姿勢が傾斜し、すなわちケーソンの中心軸が鉛直軸に対して傾斜してしまうが、この傾斜への対策として従来行われてきた方法は、以下の方法があった。
【０００８】
（１）重錘や圧入力などによる押込み力を偏心させて作用させ、傾斜の原因となっている偏心を修正する。
【０００９】
（２）先端の刃口部分付近の土の掘削を制御し、反対の傾斜を与えるように刃口部分の抵抗を調節する。
【００１０】
（３）傾斜によりケーソン先端の刃口部分が移動してしまっているときに、この移動の反対側の先端部、すなわち、傾斜により深度が大きくなっている側の先端部付近に、高圧水または高圧空気を作用させ、周辺土を緩めてケーソン傾斜を修正する。
【００１１】
（４）ケーソンが中心軸回りに回動してしまうローリングを防止するためのローリング防止板を用いて、傾斜を修正する技術が提案されている（特開平７−１５８０８０「ケーソンのローリング防止装置」）。この技術は、ケーソン本体表面から、鉛直方向に対し１０〜３０°傾けてローリング防止板を周辺土側に突出させ、それをガイド板のようにして沈設を行い、傾斜修正を行うものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来方法による場合、以下のような問題点があった。
前記（１）の　押し込み力を偏心させる方法では、特に大深度になる場合、必要な方向修正力が大きくなり、大容量の油圧シリンダなど大規模な修正用設備が必要となってしまう。また、地上で、重錘や圧入力を制御して修正力を加えるため、特に大深度の場合、周面摩擦の影響が大きく、確実性に欠ける。
【００１３】
前記（２）の掘削を制御して沈設時の姿勢制御を行う方法では、特に大深度沈設の場合、全沈下抵抗に対する刃口抵抗の割合が小さくなるので、確実な修正が困難となることが多い。また、オープンケーソンの場合、通常の場合には水中掘削となるので、刃口部分の掘削状況を直接に観察することができず、精度のよい掘削制御ができない面もあった。
【００１４】
前記（３）の高圧水又は高圧空気による方法も、（２）と同様の問題があった。（４）特開平７−１５８０８０に示されるローリング防止装置を用いてケーソンの傾斜を修正する場合は、以下のような問題があった。
【００１５】
Ａ）　本装置をローリング修正として用いる場合は有効であるが、傾斜修正のために用いる場合、土中に突出させるローリング防止板の面積をケーソンの見付面積に比べ十分大きくしないと有効でない場合があると考えられる。このために、直径上に相対する位置に設けられた２枚のローリング防止板以外の防止板もこの２枚と平行に突出させることも考えられるが、このため別途防止板の向きを変える機構を付加しなければならない。また、ローリング防止板の１枚ごとの面積を大きくするとそれに応じた収納スペースが必要で、刃口部分の強度上問題となる可能性もある。
【００１６】
Ｂ）　ローリング防止板を用いて傾斜修正を行う場合、まず防止板に傾斜を持たせ、その後それを土中に突出させる２段階の作業となる。このために機構が複雑となり故障の要因が増え、また故障した場合、沈設作業中の修復作業は困難となる。
【００１７】
Ｃ）　ローリング防止板の大きさにもよるが、軟弱土の場合は効果のない可能性が多く、また堅硬な地盤の場合は防止板が貫入しなかったり、また、ローリング防止板に大きな力が作用し防止板が変形したり防止板取付部が破断する可能性もある。
【００１８】
Ｄ）　また、傾斜修正に必要なローリング防止板の傾斜を精度よく求めることは困難で、いきおい試行錯誤的な操作を行わざるを得ない。したがって作業がかなり繁雑となりケーソン沈設作業に支障をきたすことなども考えられる。
【００１９】
本方法は、以上の課題を解決するためになされたもので、ケーソン先端部で比較的簡単な作業で確実に方向修正ができ、ローリング防止板を用いて傾斜修正を行う場合の問題を軽減できるケーソン沈設時の姿勢制御装置および姿勢制御工法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、第一の発明は、ケーソンの刃口部分が上部と下部に分割され、この上部と下部のうち一方が内部構造体で、他方が、前記内部構造体を覆う筒状の外部構造体とからなるいんろう継手様の二重構造と、前記上部と下部とを結合して縦に配置される少なくとも３基のシリンダと、それぞれのシリンダのストローク量を適宜変更することで刃口部分の上部に対する下部の傾斜を変更した状態でケーソン沈設を行いケーソンの姿勢制御を行うためのストローク変更手段と、を備えたことを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御装置である。
【００２１】
第二の発明は、ケーソンの刃口部分の外周面に、周方向で等間隔に少なくとも３箇所に設けられ、下端側がヒンジ構造によって開閉可能な扉状の橇体と、この橇体の内部に設けられ、橇体の開度を変更するシリンダと、それぞれのシリンダのストローク量を適宜変更した状態でケーソン沈設を行いケーソンの姿勢制御を行うためのストローク変更手段と、を備えたことを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御装置である。
【００２２】
第三の発明は、第一の発明のケーソン沈設時の姿勢制御装置を用い、前記ケーソン全体の姿勢が傾斜した場合に、前記ストローク変更手段によって、前記シリンダのストローク量を適宜変更して、前記刃口部分の上部に対する下部の傾斜を、前記ケーソン全体の姿勢の傾斜とは逆方向に変更する工程と、この変更を行った状態でケーソン沈設を続行する工程と、ケーソン全体の姿勢の傾斜が徐々に修正されるに従い、前記刃口部分の上部に対する下部の傾斜を徐々にもとに戻す工程と、からなることを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法である。
【００２３】
第四の発明は、第二の発明のケーソン沈設時の姿勢制御装置を用い、前記ケーソン全体の姿勢が傾斜した場合に、前記ストローク変更手段によって、前記シリンダのストローク量を適宜変更して、前記ケーソン全体の姿勢の傾斜によってケーソンの移動が生じた側の橇体を開く工程と、この修正を行った状態でケーソン沈設を続行する工程と、ケーソン全体の姿勢の傾斜が徐々に修正されるに従い、前記開いていた橇体を徐々に閉じる工程と、からなることを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法である。
【００２４】
第五の発明は、さらに、前記ケーソン沈設時に、ケーソンの刃口部分に設けられたフリクションカットで形成される、周辺土とケーソン本体表面の間の間隙に、潤滑材を注入して潤滑材層を形成し、この潤滑材層を常時加圧し、周辺土の崩壊を防ぎながら沈設作業を行うことを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法である。
【００２５】
第６の発明は、さらに、前記潤滑材層は、ケーソンの外周面にリング状に設けられた圧力遮断機構により上下方向に複数個の潤滑材層室に分割され、各潤滑材層毎に個別の圧力で前記常時加圧がなされることを特徴とするケーソン沈設時の姿勢制御工法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
この発明の第一実施形態を図１〜図６に示す。
（概要）
図１（Ａ）に示すように、本実施形態では、ケーソン１全体は上下方向に複数に分割され、リング状になっており、これをロット３という。この各ロット３は周方向に分割されてピース５と呼ばれる。先端（最下端）のロット７には刃口部分９が設けられる。
【００２７】
図２に示すように、この先端ロット７を、いんろう継手様の二重構造とする。すなわち、先端ロット７が上部１３と下部１５に分割され、この上部１３が筒状の内部構造体１７で、下部１５が、内部構造体１７を覆って嵌合する筒状の外部構造体１９とからなるいんろう継手様の二重構造となっている。上部１３と下部１５とを結合して、周方向に９０度ごと（図４参照）に４基の油圧シリンダ２１が、縦に配置される。それぞれの油圧シリンダ２１のストロークは、図示しないストローク変更手段である制御装置により、適宜変更される。これにより、先端ロット７の上部１３に対する下部１５は、中心軸の方向が変更され、任意の方向に任意の傾度で屈曲することができる。その屈曲状態でケーソン１の沈設を行うことで、ケーソン１の姿勢制御を行う。
【００２８】
（屈曲部の構造説明）
図１に示すように、先端ロット７は、他のロット３と同じように、周方向に分割されピース１１（図１（Ｂ））として別個に製作される。その後に現場に搬送され、各ピース１１はそれぞれの構造体１７、１９ごとに、溶接やボルト孔２３によるボルト締めなどにより周方向に連結して一体化し、この連結部分の止水が完全になされ、それぞれ筒状の内部構造体１７と、筒状の外部構造体１９になる。
【００２９】
そして図２に示すように、内部構造体１７と外部構造体１９は、現場でいんろう継手様に嵌合される。内部構造体１７は、断面が、内側が空いた箱形状であり、下側には油圧シリンダ２１が貫通するシリンダ孔２１Ａが形成される。外部構造体１９の断面は直角三角形状であり、この直角三角形の斜辺の部分が内周面になり、外周面は上方に延長されて一般部ロット３の表面との間に段差８を生じフリクションカット１９Ａとなる。
【００３０】
このとき、油圧シリンダ２１は上端は内部構造体１７に、下端は外部構造体１９に取付られるが、少なくとも一方、この実施形態では上の内部構造体１７への取付は、回転自由な状態で行われる。すなわち図２では、油圧シリンダ２１のピストン２５の先端が半球状になって内部構造体１７側に接することで回転可能になっている。
【００３１】
沈設時に地上部で圧入力を加える方法を併用する場合など、屈曲させた先端ロット７（傾斜した下部１５）を確実に元に戻せる場合は、油圧シリンダ２１を上下端で固定する必要はない。通常の場合、屈曲させた先端ロット７を元にもどす場合を考慮し、上下端で固定する。回転可能で抜けのない継手として、例えば、ユニヴァーサルヒンジを用いることができる。
【００３２】
内部構造体１７と外部構造体１９の嵌合時には、いんろう継手様の二重構造の隙間２７には、止水のためのシール材２９をとりつける。シール材２９としては、シール部の大きな体積変化に追随して止水可能な例えばガスケット式のシール材を用いる。
【００３３】
同図（Ｂ）は修正油圧シリンダ２１をストロークさせた状態である。後述するようにそれぞれの油圧シリンダ２１のストローク量を制御し、先端ロット７の上部１３（内部構造体１７）に対して下部１５（外部構造体１９）に、一定の傾斜が生じるようにする。
【００３４】
なお、図６に屈曲する先端ロット７の別の構造例を示す。以上の図１〜図２では外部構造体１９の外周部側板が上方に延長され、一般部ロット３表面との間に段差δを生じ、フリクションカット１９Ａとして機能したが、同図では併用しないで、外部構造体１９の外周部に別にフリクションカット３１を設けた。以上の説明では、先端ロット７の上部１３が内部構造体１７、下部１５が外部構造体１９として、いんろうの様に嵌合している場合を示したが、上部を外部構造体、下部を内部構造体とすることも可能である。
【００３５】
（姿勢制御の原理）
図３に、ケーソン１全体の姿勢が傾いた場合に、その傾きを修正し、よって沈設方向を修正することで、姿勢の制御を行う原理を、模式的に示す。
【００３６】
同図に示すように、ケーソン中心軸３３が鉛直軸３５からαだけ傾斜したのでこれを修正するために、先端ロット７をβだけ屈曲させ、つまり先端ロット７の上部１３（内部構造体１７）に対して下部１５（外部構造体１９）をβだけ傾斜させて沈設する場合を考える。図中に示すαはケーソン中心軸３３の傾斜角、βは先端ロット７の下部１５の屈曲角である。なお本図では、簡単のために、屈曲部の油圧シリンダ、シール材、などは省略してある。
【００３７】
下部１５（外部構造体１９）の屈曲角βをβ―α＝γが正の値をとるように選ぶ。ここでγは方向修正時に、傾斜により深度が大きくなっている側（図中右側）の先端ロット７がいわば橇（そり）の効果によって修正力を生じさせるもので、ここでは橇角と呼ぶ。
【００３８】
先端ロット７の屈曲は、円周状に配置された油圧シリンダ２１のストローク量を制御して行う。すなわち通常４基配置された油圧シリンダ２１のストローク量を適宜選ぶことによって、先端ロット７を任意の方向φ（図４）に、任意の角度βだけ屈曲させることができる。なお、油圧シリンダの基数は原理的には３基設置すれば所期の効果が得られるが、施工時における実際の操作性などを考慮し、４基設ける場合が普通である。
【００３９】
先端ロット７の下部１５を屈曲角βだけ屈曲させる場合、図３（Ａ）に示すよう、先端ロット７の下部１５に作用する地盤反力に打ち勝たねばならない。すなわち、同図で、油圧シリンダ２１の力によるモーメントが地盤反力Ｐ１、Ｐ２によるモーメントに打ち勝つよう、油圧シリンダ２１の容量を決定すればよい。ケーソンが大口径の場合や先端ロット７付近の地盤が堅硬で地盤反力が大きくなる場合などは、油圧シリンダ２１の数を増やしてもよい。
【００４０】
同図（Ｂ）は屈曲角をβに保ちながら沈設を進める場合の説明図である。
橇角γが正となるように屈曲角βを選ぶので、この状態で沈設を行うと、先端ロット７の下部１５は周辺土側から反力を受ける。この反力は土質、刃口部９付近の掘削状況などに応じて変わるが、おおよそ刃先部分９の下部１５の先端が最大となるような三角形分布をするものと考えられる。また近似的に、単位面積あたりの反力の大きさは概略γの大きさに比例するものと考えられる。同図（Ｂ）は橇角γに比例する単位面積あたりの反力の合力がＱであることを示している。この橇角に応じた地盤反力すなわち橇反力Ｑが生じるために、ケーソン先端ロット７の下部１５は橇角をほぼ一定に保ったまま沈設される。
【００４１】
すなわちΔＨだけ沈設すると、沈設前のＡ、Ｂ２、Ｄ、Ｃの先端ロット７の下部１５は橇角γを保ったまま、Ａ’、Ｂ２’、Ｄ’、Ｃ’の位置まで移動する。したがってこの間にケーソン先端ロット７の下部１５の位置は水平方向にΔＸだけ修正される。このとき
ΔＸ＝ΔＨ・γ
またケーソン本体１の傾斜はこの間にΔαだけ修正され、α’　＝α―Δαとなる。　本工法においては先端ロット７による方向修正に応じてそれよりケーソン本体１の傾度がΔαだけ修正されることになるので、ケーソン本体１の沈設時の摩擦抵抗や、ケーソン中心軸偏心を修正するとき先端ロット７以外の上部ロット３に作用する地盤反力が小さいほうが効果的になる。
【００４２】
このために望ましくは、図１２に示すように、ケーソン本体１の外周面と周辺土３７との間隙３９に潤滑材を注入して潤滑材層４１を形成し、この潤滑材層４１を常時加圧しながら周辺土３７の崩壊を防ぎ、沈設時の周面摩擦力を低減する工法と本方法とを併用する。
【００４３】
また、この潤滑材層４１は、上下方向に複数個の潤滑材層室４３に分割され、深度毎の周辺土３７の土質に応じた最適の加圧を行う。この分割は、ケーソンの外周面にリング状に形成された圧力遮断機構４５、４７によって行う。
【００４４】
すなわち、図１２（Ａ）に示すように、ケーソン本体１の地表面の最上端ロット、途中のロット、および最下端ロット（第１ロット）の先端ロット７付近に、圧力逸散防止の機能を有する圧力遮断機構４５、４７を設けた。このうち地表面の圧力遮断機構４５を図１２（Ｂ）に示す。環状にコンクリート４９を打設し、そのリング内側に接着材やボルトナット５１で硬質ゴムシール５３を取り付け、先端の、ケーソン本体１との接触部５５がリップ状となるように成形する。
【００４５】
また、図１２（Ｃ）には、途中のロットまたは最下端ロットの圧力遮断機構４７の構造を示すが、これはワイヤブラシシールを用いたもので、細鋼線５７を束ねたものを薄い鋼鈑５９ではさんだ構造となっているものをボルトナット６１などにより取り付ける。この取付は、幅１０ｃｍ程度のものを水平方向にケーソン本体周面に沿ってリング状になるように行う。ワイヤブラシシールの接続部は細鋼線５７がラップするような構造となっており、圧力遮断には支障がない。
【００４６】
この摩擦低減工法と併用した場合、ケーソン本体１と周辺土３７との間隙３９は加圧された潤滑材で充填されており、沈設時のケーソン本体１の周辺摩擦は非常に小さい。
【００４７】
また、上記方向修正の過程でケーソン本体１の傾斜がΔαだけ修正されるが、潤滑材で満たされた層があるために、この角度変化による地盤反力は生じない。すなわち、本体部の周辺摩擦や地盤反力をほとんど生じさせないで先端部の位置修正が可能となる。この場合Δαだけ変化する間のケーソンの水平移動量（＝屈曲部深さ×Δα）は潤滑材層の厚さに比べ十分小さくなければならないが、通常の場合この条件は満たされる。
【００４８】
もちろん、他の方法によってもケーソン本体１の周面摩擦や地盤反力が小さくなれば本方法が適用可能である。また、特別な摩擦低減策を採用せず従来方法による場合でも土質条件、施工条件などによっては本方法による姿勢制御方法が有効となる場合もある。
【００４９】
（姿勢制御の実際）
図５を用いて姿勢制御の実際説明する。
まず、同図（Ａ）はケーソン１を何ロットか沈設完了後、何らかの原因で中心軸３３が鉛直軸３５に対してαだけの傾斜してしまった状態を表す。この傾斜を次のロットを沈設している間に修正するものとする。
【００５０】
同図（Ｂ）はこのために先端ロット７をβだけ屈曲させた状態を示す。前述の説明のように屈曲角βは修正に必要な橇角γが生じるように選ぶ。また、沈設時に中心軸３３の傾斜が修正されるのに応じ、ケーソン本体１の傾度αは沈設中にα’に変化するので屈曲角度βもβ’＝α’＋γに修正しなければならない。
【００５１】
同図（Ｃ）は先端ロット７を屈曲させながら沈設し１ロット分の沈設が終了した状況である。このとき、ケーソン本体１の中心軸３３の傾斜αは修正されて０となっており、屈曲角度は一般的には沈設開始時とは異なる値β”となっている。
同図（Ｄ）は修正用の油圧シリンダ２１（図１、図２）のストローク量をすべてもとに戻し、先端ロット７の屈曲角度βを０に戻した状況を示す。
【００５２】
以上の修正過程においては、傾斜修正のために先端ロット７を必要な角度βだけ屈曲させた後は、姿勢の修正状況を経時的に観察しながら、順次屈曲角度βを減じて
β→β’→β”→０
としていけばよい。したがって修正のための油圧シリンダ２１の操作は比較的簡単である。
【００５３】
以上では説明を簡単にするために、何ロットか沈設が完了した後に先端ロット７を屈曲させ姿勢制御を開始するものとして説明したが、実際の操作においては、ケーソン沈設中に常に沈設姿勢を観測し、ケーソンの中心軸３３に傾斜の兆候が現れたら、直ちに先端ロット７を屈曲させ方向修正を開始するのが望ましい。
【００５４】
ケーソンの中心軸３３の傾斜は、ケーソン平面の任意の方向に生じうるが、油圧シリンダを３基以上配置すれば任意の方向への修正が可能である。通常の場合、操作性などの理由で４基とすることが多いので以下では４基設ける場合について説明する。図４は４基の修正用の油圧シリンダＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を周方向に９０°おきに配置されている場合、Ｓ１とＳ２とを結ぶ線からφだけ傾斜したＸ−Ｘ上でケーソン刃口部分をβだけ屈曲させる場合の説明である。この場合、各油圧シリンダのストローク量を、下記の式の値に一定量を加えた値とすればよい。なお、下記の式中ｄｓは油圧シリンダが配置される円の直径である。
油圧シリンダＳ１について　　ｄｓ・β／２・（１＋ｃｏｓφ）
油圧シリンダＳ２について　　ｄｓ・β／２・（１＋ｓｉｎφ）
油圧シリンダＳ３について　　ｄｓ・β／２・（１−ｃｏｓφ）
油圧シリンダＳ４について　　ｄｓ・β／２・（１−ｓｉｎφ）
【００５５】
修正用の油圧シリンダのストローク量と、屈曲させる方向と屈曲角度との関係はあらかじめ姿勢制御システムを構成するストローク変更手段にとり入れられている。したがって、沈設時の姿勢を連続的に観測しながら、ストローク変更手段を作動させ、ケーソン中心軸の傾斜がないようにケーソンを沈設することが可能となる。
【００５６】
（第一実施例）
前記第一実施形態の実施例を示す。
直径７．５ｍの鋼製も分割式オープンケーソンの沈設に、第一実施形態の姿勢制御方法を採用した。本実施例においては、潤滑材を注入し加圧する方法（別途特許出願済み）による沈設時の周面摩擦低減工法を用いており、自重による沈設が可能であった。
【００５７】
本実施例において、１０ｍ沈設したとき、周辺地盤の不均一などが原因でケーソン全体が傾き、先端部の刃口部分で水平方向に１０ｍｍの偏心が観察された。これをケーソン中心軸の鉛直軸に対する傾度αに直すと、α＝０．０５７３°となる。橇角をγ＝１°とすると屈曲角はβ＝１．０５７３°となる。したがって修正シリンダの必要ストロークはおよそ１５０ｍｍとなる。本実施例ではストローク２００ｍｍのシリンダを用いた。
【００５８】
γが小さいときに、ΔＨだけ沈設するとき水平方向の修正量をΔＸとすると図３を参照してΔＸ＝ΔＨ・γの関係があるから、本実施例では計算上は、
ΔＨ＝１０／（π／１８０）＝５７３ｍｍ
沈設すれば、修正が完了することになる。実際は、種々の施工誤差などがあるために偏心量１０ｍｍの修正が完了したのはおよそ７２０ｍｍ沈設時点であった。
【００５９】
（第二実施形態）
この発明の第二実施形態を図７〜図１１に示す。
（概要）
図７に示すように、本実施形態は、先端ロットであるケーソンの刃口部分９の外周面に、周方向で等間隔に少なくとも３箇所に橇体７１を設ける。各橇体７１は、下端側がヒンジ構造７３によって開閉可能な扉状となっており、この橇体７１の内部の上端側には、橇体７１の開度を調整する油圧シリンダ７５が水平に設けられ、橇として働くような傾斜を持たせうる。ケーソンの傾斜の修正状況を観測しながら、それぞれの油圧シリンダのストローク量はストローク変更手段によって適宜変更した状態で、ケーソン沈設を行い、ケーソンの傾斜を修正し、姿勢制御を行う。ケーソンの傾斜の修正状況を観測しながら、橇の開度を最適な値に随時修正する。
【００６０】
（橇体の構造）
図７に橇体の具体的な構造例を示す。
橇体７１は、鋼板製の浅い箱形をなし、箱形の底面と該底面に隣接する三方の側面からなる。このうち底面をケーソン刃口部分９の外周面に面させ、他の三方の側面を周方向両端側と上端側に配する。そして箱形の底面の辺のうち、側面を有しない側の辺を下端側にする。この下端側がヒンジ構造７３によって開閉可能な扉状となる。箱形の底面は、ケーソンの外周面の曲面に沿って曲率を付ける。もっとも、特にケーソン径が大きい場合は曲率をつける必要はない。
【００６１】
閉じた状態の橇体７１を収納するように、刃口部分９の外周面には、収納部７７を設け、収納部７７の縁部は、シール７９を設けて完全に水密な構造とする。本実施例では、収納部７７の躯体表面の４周で止水のためのシールを施したが、収納部７７の構造を止水構造としてもよい。
【００６２】
（姿勢制御の原理）
図８に、ケーソン１本体の姿勢が傾いた場合に、その傾きを修正し、よって沈設方向を修正することで、姿勢の制御を行う原理を、模式的に示す。
すなわち、ケーソン中心軸３３が鉛直軸３５からαだけ傾斜した状態で、修正用の橇体７１を作動させる場合を考える。このαだけ傾斜した状態で沈設を続行すると、傾度αに応じた地盤反力を受け、ほぼ傾度αを保ったまま沈設が進行する。
【００６３】
この状態で、橇体７１を開き、橇体７１の開度βがαよりも大きくなるようにすると、橇体７１は鉛直面に対してγ＝β―αだけの角度を生じることになる。この状態でケーソン沈設すると、橇体７１の面では角度γに応じた地盤反力Ｑを受ける。したがって、γがαよりも大きくなるように橇体７１の開度βを選べば、橇体７１側の地盤反力のほうが反対側の地盤反力Ｒよりも大きくなり、沈設時にはケーソン傾度αを減じる方向に力が作用する。
【００６４】
したがって、沈設中徐々に傾斜αが小さくなり、方向修正されることになる。なお、この場合にケーソン１内部の刃口部分には未掘削土が残り、沈設時にはこれによる反力も生じるが、この反力は左右の部分でほぼ等しいので上記の説明には無関係である。
【００６５】
本工法においても、ケーソン本体１（フリクションカット８１より上の部分）の周面摩擦を有効に低減し、修正時にケーソン本体の地盤反力が小さくなるような工法と併用するのが望ましいことは、第１実施形態の場合と同じである。
【００６６】
（姿勢制御の実際）
図９には、ケーソン沈設中の方向修正の方法を示す。同図（Ａ）は沈設中に傾度αが生じた状態を示す。（Ｂ）は方向修正のために、橇体７１の開度をβとした状況を示す。沈設中はケーソンの傾斜を観測し、橇体７１の開度を調節しながら地盤反力の大きさを調整し、姿勢修正の制御を行う。同図（Ｃ）は１ロットの沈設中にケーソン傾度αが修正され０となった状態である。この状態では、橇体７１の開度は当初の開度とは異なった値β’となっている。（Ｄ）は橇体の開度を０にした状態である。
【００６７】
以上の修正過程で、ケーソンの傾斜状況に応じて各橇体７１の開度を決定した後は、ケーソンを沈設しながら姿勢の修正状況を経時的に観察し、ケーソン傾斜が修正されていくに従い、徐々に開度βを０に戻していけばよい。したがって本方法による姿勢修正は、ケーソン沈設作業に支障を与えることなく行うことができ、また操作も比較的簡単である。
【００６８】
以上では説明を簡単にするために、何ロットか沈設が完了した後に橇体を開いて姿勢制御を開始するものとして説明したが、実際の操作においては、ケーソン沈設中に常に沈設姿勢を観測し、ケーソンの中心軸３３に傾斜の兆候が現れたら、直ちに橇体を開き方向修正を開始するのが望ましい。
【００６９】
ケーソンの中心軸３３の傾斜は、橇体７１を結んだ線上にあるとは限らず、ケーソン平面の任意の方向に生じうるが、一般的に、橇体および油圧のシリンダを３基以上配置すれば任意の方向への修正が可能である。なお、橇体および油圧シリンダは原理的には３基配置すれば所期の効果が得られるが、施工における実際の操作性などを考慮し、４基設けるのが普通である。
【００７０】
図１０に示すように４つの橇体Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を９０°おきに配置した場合、例えばＤ１、Ｄ３を結ぶ線からφだけ傾斜した面Ｘ−Ｘを含む面内で方向修正をする場合を考える。この場合は、各橇体の開度を適宜調整して、沈設を行えば橇体を開いたことによる地盤反力Ｑ１〜Ｑ４が生じ、この地盤反力Ｑ１〜Ｑ４のＸ−Ｘ成分の和が、ケーソン中心軸傾斜による地盤反力Ｒ（図８参照）よりも大きくなるようにすればよい。
【００７１】
ΣＱ（Ｘ−Ｘ成分）＝Ｑ１・ｃｏｓφ＋Ｑ２・ｓｉｎφ−Ｑ３・ｃｏｓφ−Ｑ４・ｓｉｎφ
ΣＱ＞Ｒ
この場合、Ｘ−Ｘ軸と直角の軸Ｙ−Ｙ軸に関して傾斜が生じてしまわないよう、Ｙ−Ｙ軸方向の成分の和がほぼ０となるようにしなければならない。
Ｑ１・ｓｉｎφ−Ｑ２・ｃｏｓφ＋Ｑ３・ｓｉｎφ＋Ｑ４・ｃｏｓφ＝０
【００７２】
（第二実施例）
前記第二実施形態の実施例を示す。
図１１に示すように、縦５ｍ、幅９ｍの矩形断面の現場打ちの鉄筋コンクリートケーソン１を深さ３２ｍ沈設する工事において、第二実施形態の姿勢制御方式を用いた例を説明する。ケーソンのロット構成は、第１ロット（先端ロット）がロット長さ２ｍ、他の１０ロットはすべてロット長さ３ｍである。なお、本実施例においても本体と周辺土間の間隙に潤滑材を充填し、かつ加圧しながら沈設して周面摩擦を低減する工法を採用した。説明を簡単にするため、沈設時の摩擦低減に関する項目の説明は省いてある。
【００７３】
同図に示すように、先端ロット７の上部の外周面に、周方向に沿って計６箇所に凹部７７を設け、下端部がヒンジ構造７３の橇体７１を取り付け、その上端部付近には開閉用の油圧シリンダ７５をとりつけた。油圧シリンダ７５のストロークは、橇体７１の上端で最大５０ｍｍの水平距離が得られるようにした。このとき橇体の開度は最大β＝５．７°となる。
【００７４】
ケーソン沈設中に生じた水平方向最大の偏心は、１１ｍ（第１ロット２ｍ、第２〜４ロット各３ｍ計１１ｍ）沈設完了時点で１０ｍｍであった。同図に示した幅９ｍの側面が傾斜するような偏心を示した。これは中心軸の傾斜に直すとα＝０．０５２°になる。
【００７５】
この傾斜を修正するために必要な橇体の開度βは、橇効果による反力Ｑが、ケーソン中心軸の傾斜による反力Ｒより大きくなるように以下のようにして求められる。
この条件は、Ａ１、Ａ２をそれぞれ橇体の合計面積、反力Ｒを生じさせるケーソンの表面積（本例ではフリクションカット部の面積を考えた）とし、単位面積あたりの地盤反力をｐとすると、
Ａ１・（１／２）・γ・ｐ＞Ａ２・（１／２）・α・ｐ
【００７６】
上式にＡ１＝２×０．５×０．５（ｍ２）、Ａ２＝１×９（ｍ２）、α＝１０／１１、０００を代入すると、傾斜修正に必要な橇体の橇角度γとして
γ＞０．０１６ラシ゛アン（Ｒ）＝０．９３７°
が得られる。
以上の検討により、橇体の開度としてはβ＝０．０５２°＋０．９３７°＝０．９８９°以上が必要である。
【００７７】
本実施例においては、橇体開度がβ＝２°（橇体最上部での変位＝１７．５ｍｍ）となるように油圧シリンダのストローク量を調整して沈設したところ、第５ロット沈設完了までに中心軸の偏心を０に戻すことができた。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、第一、第三、第五、第六の発明によれば、（１）従来の押し込み力を偏心させる方法に比べ、ケーソン先端部において先端ロットの下部の傾斜をシリンダで変更すればよいので、大規模な設備は不要であり、地上で圧入力などを制御して修正力を加えることに比べ、ケーソンの姿勢制御をより確実に行える。
【００７９】
また、（２）従来の掘削を制御して沈設時の姿勢制御を行う方法に比べ、あるいは（３）従来の高圧水又は高圧空気により姿勢制御を行う方法に比べ、先端ロットの下部の傾斜をシリンダで変更することでケーソンの姿勢制御をより確実に行え、また、より精度のよい姿勢制御ができる。
【００８０】
さらに、（４）特開平７−１５８０８０に示されるローリング防止装置を用いてケーソンの傾斜を修正する方法に対しては、
Ａ）ローリング防止板に比べ、この発明の先端ロットの下部は面積が大きく取れるので傾斜の修正がより効果的に行える。また強度上の問題も小さい。
【００８１】
Ｂ）ローリング防止板を、傾斜を持たせ、突出させる２段階の作業に比べ、この発明は先端ロットの下部を傾斜する１段階の作業で済み、機構はシンプルになり、操作は容易である。また故障の要因も少ない。
【００８２】
Ｃ）　ローリング防止板の効果に比べ、この発明の先端ロットの下部は、十分な面積を有することができるので軟弱土の場合にも効果があり、また堅硬な地盤の場合は強い反力を得られ大きな効果がある。また、ローリング防止板に比べ、先端ロットの下部は、構造上強度の問題がない。
【００８３】
Ｄ）ローリング防止板の必要な傾斜を求めることに比べ、この発明の先端ロットの下部の必要な傾斜は、容易にもとめることができ、試行錯誤的な操作は少なくて済む。
【００８４】
第二、第四、第五、第六の発明によれば、（１）従来の押し込み力を偏心させる方法に比べ、橇体の開度をシリンダで変更すればよいので、大規模な設備は不要であり、地上で圧入力などを制御して修正力を加えることに比べ、ケーソンの姿勢制御をより確実に行える。
【００８５】
また、（２）従来の掘削を制御して沈設時の姿勢制御を行う方法に比べ、あるいは（３）従来の高圧水又は高圧空気により姿勢制御を行う方法に比べ、橇体の開度をシリンダで変更することでケーソンの姿勢制御をより確実に行え、また、より精度のよい姿勢制御ができる。
【００８６】
さらに、（４）特開平７−１５８０８０に示されるローリング防止装置を用いてケーソンの傾斜を修正する方法に対しては、
Ａ）ローリング防止板に比べ、この発明の橇体の面積は大きく取れ、強度上の問題も小さい。
【００８７】
Ｂ）ローリング防止板を、傾斜を持たせ、突出させる２段階の作業に比べ、この発明は橇体を開く１段階の作業で済み、機構はシンプルになり、故障の要因が少なく、その分だけ修復作業は容易になる。
【００８８】
Ｃ）　ローリング防止板の効果に比べ、この発明の橇体は、十分な面積を有することができるので軟弱土の場合にも効果があり、また堅硬な地盤の場合は強い反力を得られ大きな効果がある。また、ローリング防止板に比べ、橇体は、角部が地盤を貫く動作がなく、よって変形や破断を生じ難い。
【００８９】
Ｄ）ローリング防止板の必要な傾斜を求めることに比べ、この発明の橇体の必要な開度は、容易にもとめることができ、試行錯誤的な操作は少なくて済む。
また、第五、または第六の発明によれば、さらに、周辺土とケーソン本体表面の間に潤滑材層があるので、ケーソンの姿勢制御時の周辺土の摩擦や反力を小さくでき、姿勢制御を容易に行える。
【００９０】
また、第六の発明によれば、さらに、各潤滑材層毎に個別の圧力で常時加圧がなされるので、深度ごとの周辺土の土質に応じた最適の加圧が可能になり、潤滑材の消費を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、この発明の一実施形態を説明するケーソンの全体概略図
（Ｂ）は、（Ａ）の下端の要部を構成するピースの斜視図である。
【図２】（Ａ）は、図１（Ａ）の下端の要部を示す縦断面図
（Ｂ）は、（Ｂ）の作用を示す図である。
【図３】（Ａ）は、図１（Ａ）の縦断面の模式図
（Ｂ）は、（Ｂ）の作用を示す図である。
【図４】図３の作用による傾斜修正が、平面の任意の方向にかのであることを示す模式図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、図３の作用による傾斜修正が実際に行われる場合の作業手順を示す模式図である。
【図６】図２（Ａ）に対応して他の変形例を示す図である。
【図７】（Ａ）は、この発明の第二実施形態を説明するケーソンの刃口部分を構成するピースの斜視図
（Ｂ）は、（Ａ）の縦断面図である。
【図８】図７の刃口部分を有するケーソンの作用を示す模式図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、図８の作用による傾斜修正が実際に行われる場合の作業手順を示す模式図である。
【図１０】図８の作用による傾斜修正が、平面の任意の方向にかのであることを示す模式図である。
【図１１】図７の刃口部分を、現場打ちのコンクリートケーソンに実施した例を示すもので、
（Ａ）は、このケーソン全体の正面図
（Ｂ）は、（Ａ）の側面図
（Ｃ）は、（Ａ）の平面図
（Ｄ）は、（Ａ）または（Ｂ）の刃口部分の断面拡大図である。
【図１２】この発明に係る姿勢制御を実施する際に、併用することが望ましい周面摩擦低減工法を示すケーソンの縦断面図である。
【符号の説明】
１　ケーソン
３　ロット
５　ピース
７　先端ロット
９　刃口部
１１　　ピース
１３　上部
１５　下部
１７　内部構造体
１９　外部構造体
１９Ａ　フリクションカット
２１　油圧シリンダ
２３　ボルト孔
２５　　ピストン
２７　　隙間
２９　シール材
３１　　フリクションカット
３３　ケーソンの中心軸
３５　鉛直軸
３７　　周辺土
３９　間隙
４１　潤滑材層
４３　潤滑材層室
４５、４７　圧力遮断機構
４９　　環状コンクリート
５１　ボルトナット
５３　　硬質ゴムシール
５５　接触部
５７　細鋼線
５９　薄い鋼鈑
６１　ボルトナット
６３　フリクションカット
６５　潤滑材の吐出孔
α　　鉛直軸に対するケーソンの中心軸の傾斜
β　刃口部分における上部に対する下部の傾斜（屈曲角）
γ　橇角
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４　　油圧シリンダ
ｄｓ　油圧シリンダ配置円の直径
７１　　橇体
７３　ヒンジ構造
７５　油圧シリンダ
７７　収納部
７９　シール
８１　　フリクションカット
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４　　　　橇体
【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】
2004092275.tif 000009
【図８】
2004092275.tif 000010
【図９】
2004092275.tif 000011
【図１０】
2004092275.tif 000012
【図１１】
2004092275.tif 000013
【図１２】
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