(57)【要約】【課題】大深度下でも低コストに構造体を沈設可能とする。【解決手段】沈設構造体１の内側に、この構造体１と分離され、かつ当該構造体との間をシール部材５ａ，５ｂでシールした区画部材３を配置する。この区画部材３の下方の作業室７を圧気して掘削し、掘削の進行と連動して区画部材３を昇降機構９で降下させながら沈設構造体１を沈下させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈設構造体の内側に、当該構造体と分離され、かつ当該構造体との間をシールした昇降可能の区画部材を配し、この区画部材の下方空間を圧気して掘削することにより、沈設構造体を沈下させることを特徴とする潜函工法。
【請求項２】
区画部材に作用する揚力を沈設構造体で受ける請求項１記載の潜函工法。
【請求項３】
沈設構造体の刃口部に、区画部材と連動して昇降可能の先行刃口部を設けた請求項１または２記載の潜函工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沈下構造体を地中に沈設するための潜函工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水底又は地下水面下の湧水地層中に護岸、橋脚、立杭等の建設物を構築する際には、潜函工法（ケーソン工法とも呼ばれる）が多用されている。この潜函工法は、ニューマチックケーソン工法とオープンケーソン工法に大別され、このうちニューマチックケーソン工法は、地盤を深く掘削する場合に障害となる地下水の湧水を、各深度の水圧に相当する空気圧力でおさえてケーソンを沈設する工法である。このニューマチック工法に関する発明は、従来から多数提案されており、例えば特開平１０−１３１２０２号公報には、ケーソン下部に設けられる作業室の気圧を下げるための手段が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１３１２０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すように、ニューマチックケーソン工法の作業室１０１は、躯体と一体化された隔壁１０２で気密に区画されている。ケーソンの沈設完了後は作業室１０１にコンクリートを打設して隔壁１０２と一体化した底盤を築造するのであるが、この際には、沈設深度に対応した底盤の必要厚さにあわせて圧気室１０１の容積・寸法を設計する必要がある。従って、近年の大深度化に伴って必要底盤厚さが増大する状況下では、作業室１０１の容積が掘削作業を行うのに最低限必要な容積とは無関係にこれよりもかなり大きくなる傾向にあり、その結果、作業室への送気量が増大して施工コストの高騰を招く要因となっている。また、隔壁１０２は再利用されることなく、構造物の一部として埋設されるため、コスト面でも無駄が多い。
【０００５】
以上の弊害を防止するため、大気圧下で掘削沈埋するオープンケーソン工法による沈設も考えられるが、オープンケーソン工法では、刃口部直下を水中掘削しなければならず、特に硬質地盤である場合は、この刃口部直下を大型削孔機等の特殊機器を使用して掘削する必要があるため、施工コストの高騰が避けられない。
【０００６】
そこで、本発明は、大深度下でも低コストに構造体を沈設することのできる潜函工法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、沈設構造体の内側に、当該構造体と分離され、かつ当該構造体との間をシールした昇降可能の区画部材を配し、この区画部材の下方空間を圧気して掘削することにより、沈設構造体を沈下させることとした。
【０００８】
区画部材と沈設構造体との間がシールされているため、区画部材の内側を圧気すれば、その内側空間（作業室）が湧水を防止できる程度の高気圧に保持される。従って、ニューマチックケーソンと同様に、掘削の難しい刃口部直下でも空気中での掘削が可能となり、施工能率の向上を図ることができる。
【０００９】
また、区画部材が沈設構造体と分離して昇降可能であるので、作業室となる区画部材の内側空間の容積は、底盤厚さと無関係に自由に定めることができ、大深度化した場合でもその容積拡大が不要となる。従って、送気量を減量することができ、低コスト化を図ることができる。また、沈設完了後は区画部材を撤去してこれを再利用することもできる。
【００１０】
区画部材には地下水圧や内側空間の内圧によって揚力（上方に浮き上がろうとする力）が作用するが、この揚力を沈設構造体で受けることにより、区画部材の位置を保持することができる。また、軟弱地盤である場合、沈設構造体の沈下力に対して区画部材を沈下抵抗体として機能させることができ、これにより沈設構造体の急激な沈下を停止または制御することが可能となる。
【００１１】
沈設構造体の刃口部に、区画部材と連動して昇降可能の先行刃口部を設けることにより、区画部材の降下に伴って、先行刃口部を沈設構造体に先行して地盤に圧入することができる。圧入した先行刃口部の内側を掘削することにより、刃口抵抗が減じられるので、沈設構造体を自重、あるいはこれと圧入力との併用によって沈下させることができる。圧入した先行刃口部は、掘削の際の土留めとして機能する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかる潜函工法の概要を示すものである。沈設対象である沈設構造体１（ケーソン）は、鉄筋コンクリート、鋼管、ＰＣウェル等で形成された筒状をなし、その下端には刃口部１ａが形成されている。沈設構造体１の断面形状は任意で、例えば円形や矩形状に形成される。
【００１４】
沈設構造体１の内側には、その内周に隙間をもって内接する外周形状を有する区画部材３が配置される。区画部材３は、空気漏れのない密閉構造とし、かつ後述する作業室７の内圧にも耐え得るように十分な剛性を持たせる。この剛性（耐圧力）は、例えば区画部材３の上面に配する鉄骨等の補強部材の数を増減することで調整することができる。
【００１５】
区画部材３の外周と沈設構造体１の内周との間には、僅かな隙間があり、この隙間は上下に離隔配置したシール部材５ａ，５ｂでシールされている。このシール部材５ａ，５ｂは、何れも区画部材３に固定されており、かつ図３に示すように何れもくさび状に形成されている。上方のシール部材５ａは、区画部材３の上昇に対して、また、下方のシール部材５ｂは区画部材３の降下に対してそれぞれくさび効果を発揮する向きに取り付けられ、これら二つのシール部材５ａ，５ｂにより、区画部材３の上昇および降下運動に対してもシール効果が確実に維持される。このシール効果によって、区画部材３の下方空間は、外気と気密に区画された作業室７となる。
【００１６】
区画部材３の昇降運動は、昇降機構９によって行われる。この昇降機構９の一例として、本実施形態では、油圧ジャッキ１１（センターホールジャッキが望ましい）を駆動源とするものを例示している。油圧ジャッキ１１は、区画部材３上に立設した支柱１３上に固設されている。ジャッキ１１のセンターホールにはロッド１５が通っており、ロッド１５の下端は、沈設構造体１の内周に固設した受け部材１７に固定されている。ジャッキ１１を駆動すると、その上下のグリッパが開閉してロッド１５に形成された凹凸への噛み合いと解除が交互に行われ、ロッド１５に上方または下方への推力が作用する。沈設構造体１は地盤との摩擦力で定位置に保持されているので、ロッド１５の下端を沈設構造体１に固定することにより、その固定部Ｐが反力支持点となって区画部材３が昇降する。
【００１７】
なお、図１では、一つの昇降機構９のみを図示しているが、昇降機構９の数は駆動力やバランス等を考慮して任意の数だけ設置することができる。また、図１は、反力支持点Ｐを作業室７外に配置した例であるが、図５に示すように、これを作業室７内に配置することもできる（図５では、図１に示す部材と機能を共通する部材に同一参照番号を付している）。
【００１８】
区画部材３上には、人員、機器、あるいは排出土砂等の出入口となる圧気シャフト１９が設置される。
【００１９】
沈設構造体１の刃口部１ａには、昇降可能の先行刃口部２１が設けられる。この先行刃口部２１は、刃口部１ａの横断面形状に対応する断面形状を有する筒状をなし、その外径は刃口部１ａの外径（最大外径）よりも僅かに小さい。この先行刃口部１９は、水平連結部材２３および垂直連結部材２５を介して区画部材３に連結されており、区画部材３の昇降運動に連動して昇降運動を行う。この昇降運動に伴い、先行刃口部１９は刃口部１ａに袋状に形成された収納部２７内に収納され（図１参照）、あるいは収納部２７外に脱出して刃口部１ａよりも下方に突出する（図２参照）。なお、刃口部１ａの内側には、先行刃口部１９の昇降に伴う水平連結部材２３の昇降運動を許容するため、切欠き２９が形成されている。
【００２０】
この先行刃口部２１と沈設構造体１との間のシール性を確保するため、図４に拡大して示すように、先行刃口部２１と収納部２７の内面との間の隙間はシール部材３１ａ，３１ｂでシールされている。シール部材３１ａ，３１ｂは先行刃口部２１の昇降運動に対してもシール性が損なわれないよう、例えば図３に示すシール部材５ａ，５ｂと同様にくさび効果を有するものが上下に配置される。
【００２１】
以上のシール部材５ａ・５ｂ，３１ａ，３１ｂにより、区画部材３と沈設構造体１との間がシールされ、作業室７が気密な密閉空間となる。従って、この作業室７に、図示しないポンプから、深度の水圧に応じた高圧エアを圧送することにより、作業室７が地下水を排除した圧気空間となる。
【００２２】
図１に示す状態から昇降機構９を起動して、区画部材３を降下させると、これに連動して先行刃口部２１が降下し、地中に圧入される。区画部材３の昇降運動により作業室７の容積が変動する場合は、作業室７への送気量を調整して内圧を一定値に保持する。
【００２３】
圧入完了後、図２に示すように、先行刃口部２１の内側地盤を掘削・排土する。この際、作業室７は地下水を排除したドライの状態にあるため、刃口部１ａ直下も空気中での掘削が可能となる。また、圧入した先行刃口部２１は土留めとして機能するので、周囲の地盤を乱すことなく能率よく掘削作業を行うことができる。区画部材３には地下水圧や作業室７の内圧によって揚力が作用するが、この段階での区画部材３は昇降機構９を介して沈設構造体１に剛体結合されているため、揚力は反力支持点Ｐを介して沈設構造体１で受けられる。従って、区画部材３は定位置に保持される。
【００２４】
掘削完了後、油圧ジャッキ１１のグリッパとロッド１５との噛み合いを解除する。これにより、沈設構造体１と区画部材３の昇降機構９を介した連結状態が解消されるので、沈設構造体１が沈下する。この際、先行刃口部２１の先端と沈設構造物１の刃口部１ａとを結ぶ破壊線の角度が急峻となり、刃口部１ａ直下の地盤が破壊され易くなるので、沈設構造体１は自重（追加ウェイトも含む）で沈下させることができる。もちろん自重沈下力が不足する場合は、地中にアンカーをとった油圧ジャッキ（図示せず）の圧入力を沈設構造体１に加えることで沈下させてもよい。上記破壊線の角度をより大きくするため、先行刃口部２１はできるだけ沈設構造体１の外周側に配置するのが望ましい。
【００２５】
その後、油圧ジャッキ１１とロッド１５を再度噛み合い状態にし、油圧ジャッキ１１を起動させて昇降部材３の降下および先行刃口部２１の圧入を行う。以下、上記一連の工程を繰り返すことで沈設構造体１を予定深度に沈設することが可能となる。沈設が完了すれば、底盤を築造し、その後、区画部材３や昇降機構９を撤去する。撤去した部材や機材は再利用することができるので、隔壁１０２（図６参照）が地中に残されるニューマチックケーソン工法に比べて経済的である。
【００２６】
この工法によれば、作業室７の容積は、底盤厚さと無関係に自由に定めることができる。従って、沈設深度が大きい場合でもその深度に応じた底盤厚さを考慮する必要はなく、作業室７の容積は同深度でのニューマチックケーソン工法に比べて小さくすることができる。これにより、送気量を減量することができ、低コスト化を図ることができる。
【００２７】
軟弱地盤に沈設する場合、沈設構造体１の急激な沈下も起こり得るが、その際には、区画部材３を沈下抵抗体として機能させることで沈下量をコントロールすることができる。例えば区画部材３を図示位置よりも降下させれば、沈設構造体１の沈下による区画部材３と地盤との接触により、沈設構造体１に大きな沈下抵抗が作用し、沈設構造体１の沈下が停止する。
【００２８】
以上の説明では、区画部材３の降下（先行刃口部２１の圧入）→掘削→沈設構造物１の沈下の順で行う場合を例示しているが、以上の手順は例示にすぎず、施工条件等に応じて施工手順を変更することができる。また、上記説明では、刃口部１ａに先行刃口部２１を設ける場合を例示しているが、この先行刃口部２１（さらにはこれと区画部材３を連結する連結部材２３，２５）は省略することもできる。この場合、上記と同様に、掘削、沈設構造体１の沈下、および区画部材３の降下を繰り返すことにより、沈設構造体１を所定深度まで沈下させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、沈設構造体を大深度に沈下させる場合でも作業室の容積を小さくすることができ、作業室への送気量の削減を通じて施工コストの低廉化を図ることができる。また、沈下後は作業室の隔壁となる区画部材を撤去して再利用することができるので、コスト面でさらに有利となる。また、刃口部の直下は、水中ではなく空気中で掘削することができるので、掘削コストの高騰を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる潜函工法の工程を示す縦断面図である。
【図２】本発明似かかる潜函工法の工程を示す縦断面図である。
【図３】区画部材と沈設構造体との間のシール構造を示す拡大縦断面図である。
【図４】刃口部および先行刃口部を示す拡大縦断面図である。
【図５】昇降機構の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】ニューマチックケーソン工法の施工状況を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１      沈設構造体
１ａ    刃口部
３      区画部材
５ａ    シール部材
５ｂ    シール部材
７      作業室（下方空間）
９      昇降機構
１１    油圧ジャッキ
１３    支柱
１５    ロッド
１７    受け部材
１９    圧気シャフト
２１    先行刃口部
２３    水平連結部材
２５    垂直連結部材
２７    収納部
２９    切欠き
３１ａ  シール部材
３１ｂ  シール部材
Ｐ      反力支持点
【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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