(57)【要約】【課題】ケーソン沈設時に、ケーソン躯体の噴射孔から、躯体と周辺土との間に潤滑剤を圧入して摩擦低減を図る工法を、さらに改良し、周辺土のせり出しや崩落によって間隙がつぶれるなどを防止し、より十分な摩擦低減を図る。【解決手段】ケーソン躯体１の下端に設けられたフリクションカット１９より浅い位置に設けた吐出孔７から、高圧水または高圧空気、および潤滑剤１１を周辺土に向かって吐出する。これにより吐出された潤滑剤とフリクションカットで緩められた周辺土１３とを混合した混合物層２３を積極的に形成する。吐出孔は、フリクションカットの近傍以外にも設けることもできる。また、混合物層に圧力遮断機構を設けた上で圧力を加え、混合物層よりの外側の周辺土の崩壊をより十分に防ぐ。また、深さ方向に土質が変化する位置で、ケーソン躯体側から所定材料を吐出することで、混合物層間に混合物層仕切層２７を設けることもできる。【選択図】　図１
2004092276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈設現場でケーソン躯体を１ロットごと組立てながら沈設するケーソン工法において、最下端ロットの下端に設けられたフリクションカットの近傍であって、このフリクションカットより浅い位置に、高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔を設け、これにより吐出された潤滑剤と前記フリクションカットで緩められた周辺土とを混合した混合物層を形成することで、ケーソン躯体の周面摩擦力を低減することを特徴とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項２】
前記潤滑剤として、目詰効果の大きな材料を注入することを特長とする請求項１に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項３】
前記潤滑剤として、水膨張性の材料を注入することを特長とする請求項１に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項４】
前記吐出孔は、前記フリクションカットの近傍以外に、深度方向に１箇所以上設けることを特長とする請求項１、２、または３に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項５】
前記ケーソン躯体の最上端ロットの地表面部と最下端ロットの下端に圧力遮断機構を設けて前記混合物層に圧力を加えることにより、前記混合物層の保持を図り、前記混合物層よりの外側の周辺土の崩壊を防ぐことを特長とする請求項１、２、３、または４に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項６】
深さ方向に土質が変化する位置など、注入する潤滑剤の物性や混合物層の加圧力をその位置より上部の混合物層と変える必要がある位置でケーソン躯体側から所定材料を吐出することで混合物層に仕切層を設けることを特長とする請求項１、２、３、４又は５に記載のケーソン沈設時の周面摩擦低減工法。
【請求項７】
前記ケーソン躯体の周面に、圧力センサを取り付けて各混合物層の圧力を検出し、深度ごとまたは深さ方向の土質の変化ごとに最適な潤滑剤の物性を決定することを特徴とする請求項６に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項８】
前記高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔は、複数が設けられ、これら各吐出孔は吐出方向が上向きの鉛直方向成分を有し、各吐出孔のすぐ上方には、板状突起を前記鉛直方向に対し傾斜させて周方向に取り付け、前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項９】
前記高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔は、複数が設けられ、これら各吐出孔は吐出方向が上向きの鉛直方向成分を有し、前記複数の吐出孔のすぐ上方には、ケーソン躯体の周面に沿って回転する攪拌装置が取り付けられていることで、前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法。
【請求項１０】
ケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法に用いられ、吐出孔、高圧水または高圧空気、および潤滑剤を地上から前記吐出孔へ導く配管、前記潤滑剤と周辺土とを混合した混合物層の圧力を検出する圧力センサ、前記混合物層に圧力を加えるための圧力遮断機構、前記吐出孔のすぐ上方に取り付けられ前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にするための板状突起、または前記吐出孔のすぐ上方に取り付けられ前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にするためケーソン躯体の周面に沿って回転する攪拌装置が予め設けられたケーソン躯体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーソン躯体を沈設させるときの周面摩擦力を低減する工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーソンは、地中に立坑などを構築する場合に用いられ、現場でコンクリート打設を行いながらケーソン躯体を構築しする鉄筋コンクリート製ケーソン、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などがある。工場製作ケーソンの場合、１ロット分が周方向にも分割され現場で連結される分割式のものもある。また、ケーソンの断面形状は円形、矩形その他がある。
【０００３】
従来、さまざまな材料、工法を用いたケーソン工法が実施されてきたが、施工時のひとつの問題として周面摩擦対策があった。すなわち、ケーソンは通常の場合、ケーソン本体の重量が、ケーソン沈設時の沈下抵抗力より大きくなるように、ケーソン内部の土を掘削しながら沈設が行われる。また、重量のみでは沈設力不足となる場合、上部に重錘を載荷したり、上から力を加えて圧入する場合もある。
【０００４】
沈設に対する抵抗力は、ケーソン躯体の周面摩擦力とケーソン先端の貫入抵抗とからなり、断面、設置深度の大きな大規模ケーソンにおいては周面摩擦力が大部分を占め、貫入抵抗は無視できる大きさとなる。周面摩擦力が大きい時には、ケーソンの沈設が困難になることがあり、周面摩擦力の低減工法の確立が求められていた。
【０００５】
周面摩擦力の低減工法として従来行われてきた工法には、（１）ケーソン本体部外周面に特殊な活性剤等を塗布し摩擦力を低減する方法や、（２）ケーソン本体部外周面に配置した数段のパイプに１ｍ程度の間隔で噴射孔を設け、高圧空気または高圧水を噴出させ摩擦を減少させる工法などがあった。既に出願されている特許として、ケーソン躯体に貫通孔を設け先端を躯体外周面から噴出孔とし、ケーソン設置時、圧縮空気または水を噴出させ、周面摩擦低減を図る特開平３−８４１１８「井筒の沈設方法」がある。（３）また、高圧水の代わりに薄いベントナイト溶液のような潤滑剤が使用されることもある。
【０００６】
前記（１）の活性剤などを塗布する方法は、沈設作業中に塗布層が健全であれば効果が期待できるが、土質によっては剥離または磨耗してしまうことが考えられ、工法としての信頼性が低く、ほとんどの場合補助的な手段にととどまっているのが現状である。
【０００７】
前記（２）の高圧水を噴射する方法は、砂質土の場合高圧水を噴射すると却って周辺土が締め固められ、逆効果を与えることもあった。また、効果が不明確なために、摩擦低減が効きすぎ急激に沈下してしまうこともあった。後者の場合、圧気式ケーソンなどではケーソン内部で作業員が掘削作業などをしているので重大な災害になる可能性もあり、絶対に避けなければならないものである。
【０００８】
前記（３）のベントナイト溶液のような潤滑剤を注入する工法においては、周辺の土質、実際の施工方法などの影響を大きく受けて、効果がはっきりしないものが多い。
【０００９】
（４）また特開２０００−８０６６０号公報「ケーソン工法とその施工装置」としてケーソン躯体外周面に潤滑剤噴射孔を設け、ケーソン沈設時周辺土と躯体外周面の間に形成される間隙に潤滑剤を圧入しながら沈設し沈設時の摩擦低減を図る工法があり、本工法によれば前記（１）（２）（３）における効果不確実性の問題は解決される。
【００１０】
（５）さらに、特開２０００−８０６６０号公報の工法を特に大深度立坑に適用した場合、確実に摩擦低減を図る方法として「ケーソン周面摩擦低減工法およびケーソン躯体」（出願番号特願２００２−１９９１０３号）を出願中である。本工法は、深さ方向に段階的に、独立した圧力管理を行うこと等によって、大深度立坑沈設時の周面摩擦低減を確実にするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、（４）の摩擦低減工法は、前記（１）、（２）、（３）の工法の欠点を克服するもので、確実に周面摩擦を低減できるものである。さらに（５）の工法は特に大深度立坑の場合、確実な周面摩擦低減を実現するために必要な技術を取り入れたものである。本発明は（５）の工法をさらに改良し、周辺土の土質に応じた最適の潤滑材層を形成し、特に大深度で複雑な地盤構成の場合であっても確実に周面摩擦を低減できる工法を提供するものである。
【００１２】
【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、沈設現場でケーソン躯体を１ロットごと組立てながら沈設するケーソン工法において、最下端ロットの下端に設けられたフリクションカットの近傍であって、このフリクションカットより浅い位置に、高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔を設け、これにより吐出された潤滑剤と前記フリクションカットで緩められた周辺土とを混合した混合物層を形成することで、ケーソン躯体の周面摩擦力を低減することを特徴とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１３】
第二の発明は、さらに、前記潤滑剤として、目詰効果の大きな材料を注入することを特長とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１４】
第三の発明は、さらに、前記潤滑剤として、水膨張性の材料を注入することを特長とする請求項１に記載のケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１５】
第四の発明は、さらに、前記吐出孔は、前記フリクションカットの近傍以外に、深度方向に１箇所以上設けることを特長とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１６】
第五の発明は、さらに、前記ケーソン躯体の最上端ロットの地表面部と最下端ロットの下端に圧力遮断機構を設けて前記混合物層に圧力を加えることにより、前記混合物層の保持を図り、前記混合物層よりの外側の周辺土の崩壊を防ぐことを特長とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１７】
第六の発明は、深さ方向に土質が変化する場合など、注入する潤滑剤の物性や混合物層の加圧力をその位置より上部の混合物層と変える必要がある位置で、ケーソン躯体側から所定材料を吐出することで、混合物層に仕切層を設けることを特長とする請求項１、２、３、４又は５に記載のケーソン沈設時の周面摩擦低減工法である。
。
【００１８】
第七の発明は、さらに、前記ケーソン躯体の周面に、圧力センサを取り付けて各混合物層の圧力を検出し、深度ごとまたは深さ方向の土質の変化ごとに最適な潤滑剤の物性を決定することを特徴とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００１９】
第八の発明は、さらに、前記高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔は、複数が設けられ、これら各吐出孔は吐出方向が上向きの鉛直方向成分を有し、各吐出孔のすぐ上方には、板状突起を前記鉛直方向に対し傾斜させて周方向に取り付け、前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にすることを特徴とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００２０】
第九の発明は、さらに、前記高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔は、複数が設けられ、これら各吐出孔は吐出方向が上向きの鉛直方向成分を有し、前記複数の吐出孔のすぐ上方には、ケーソン躯体の周面に沿って回転する攪拌装置が取り付けられていることで、前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にすることを特徴とするケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法である。
【００２１】
第十の発明は、さらに、前記ケーソン沈設時の周面摩擦力低減工法に用いられ、前記吐出孔、前記高圧水または高圧空気、および潤滑剤を地上から前記吐出孔へ導く配管、前記混合物層の圧力を検出する圧力センサ、前記混合物層に圧力を加えるための圧力遮断機構、前記吐出孔のすぐ上方に取り付けられ前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にするための板状突起、または前記吐出孔のすぐ上方に取り付けられ前記潤滑剤と周辺土の前記混合を確実にするためケーソン躯体の周面に沿って回転する攪拌装置が予め設けられたケーソン躯体である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（概要）
例えば図１、図２に示すように、鋼製の分割式のケーソン躯体１は沈設方向に分割されて各ロット（リングともいう）３とされ、これら各ロット３はさらに周方向に分割されてピース５と呼ばれ、このピース５は工場で製造され、現場において周方向および上下方向に連結されることでケーソン躯体１が組み立てられる。沈設方向の分割幅は例えば１ｍであり、これが１ロット分の幅に相当する。また周方向には周長がおよそ３〜４ｍとなるように分割される。
【００２３】
工場においてケーソン躯体１に、あらかじめ高圧水や潤滑剤の供給配管２、分配管（図示せず）、および高圧水用の吐出孔７Ａ、潤滑剤用の吐出孔７Ｂを施しておき、現場にて組立てながら沈設する際に、地上の潤滑剤供給装置８から元供給管９、供給配管２、分配管、および吐出孔７を介して、高圧水や潤滑剤１１を周辺土１３とケーソン躯体１外周面の間の間隙１５に注入する。
【００２４】
この間隙１５は、ケーソン躯体１の最下端の刃口１７付近に設けられるフリクションカット１９によって、形成される。すなわち、最下端ロット（第１ロット）２１には最下端の外周に、出代２０がおよそ２０〜５０ｍｍ程度のフリクションカット１９を設ける。これはケーソン最下端付近で周辺土１３との間に間隙１５を設けて、周面摩擦力を低減するためのものであるが、特にケーソン沈設深度が大きい場合、そのままだとケーソン沈設にともない、周辺土１３のせり出し（はらみだし）や崩落によって緩められた土が間隙１５に充満し間隙がつぶれるなどして、沈設ケーソン全長にわたる摩擦低減は期待できない。
【００２５】
この実施形態では、フリクションカット１９の近傍であって、このフリクションカット１９より浅い位置に、高圧水および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔７を設けることで、この緩められて間隙１５に混入する土に高圧水を噴射しながら、潤滑剤を注入し、流動性の高い混合物とする。ケーソン沈設に従い、ケーソン躯体１周面と周辺土との間隙に、順次連続的にこの混合物層２３が形成され、これが摩擦低減層となる。なお、吐出孔７は、必要に応じてフリクションカット１９の近傍以外にも設けることができる。
【００２６】
潤滑剤としては、周辺土１３の状況に応じ、粘土、各種樹脂などを注入するが、特に砂礫質土の場合は粒径、粒度分布を調整した目詰効果の大きい材料を注入する。また、砂質土等流動化が難しい場合は、水膨潤性の樹脂などを注入する。
【００２７】
ケーソンの設置深度が大きい場合などは、流動化の効果を確実にするために高圧水と潤滑剤の吐出孔７を深度方向に複数箇所設ける。
【００２８】
また、周辺土１３の崩落を防止し、確実に混合物層２３を保持したい場合は、混合物層２３全体に、周辺土の土水圧よりもやや大きな圧力を加える。このとき、ケーソン躯体１の最上端ロット、最下端ロットに圧力遮断機構２５（図４（Ｂ）（Ｃ）参照）を設け、混合物層２３の保持に必要な圧力を加えることもできる。
【００２９】
設置深度が大きく周辺土１３の地盤構成が複雑で土質が一様でない場合は、深度ごとまたは土質ごとに異なった圧力で加圧する必要がある。このときは土質が変化する適当な深度ごとに圧力を遮断する混合物層仕切層２７（図６、図７参照）を設ける。
沈設時の混合物層の圧力管理を確実に行うために、ケーソン躯体に土圧計、水圧計などの圧力センサ（図示せず）を設置する。
【００３０】
通常の場合、高圧水と潤滑剤とを吐出噴射することによって、充分に潤滑性のある混合物層２３ができるが、さらに混合効果を向上させるため攪拌のための板状突起２９（図８、図９参照）や攪拌装置３１（図１０参照）を第１ロットに設けることもできる。
また、高圧水にかわりに高圧空気を用いることも可能である。
【００３１】
（作用の概略）
ケーソン躯体の最下端ロット２１、すなわち第１ロットにはフリクションカット１９が設けられ、出代２０だけ周辺土１３側に突出しているので、沈設に伴い、ケーソン躯体１周面と周辺土１３との間には、このフリクションカット１９の出代２０分だけの間隙１５が形成される。
【００３２】
そして、フリクションカット１９近傍の吐出孔７から高圧水を吐出噴射し、同時に潤滑剤を吐出注入し、この間隙１５に混入する周辺土１３、（この周辺土は原位置の土よりは緩んでいる）を、強制的に潤滑剤と混合して混合物に変換し、潤滑性、流動性を付与する。ケーソン沈設に伴いこの潤滑性のある混合物層２３は、ケーソン躯体１周面と周辺土１３との間に深さ方向に連続して形成される。
ケーソン沈設時に、この混合物層２３が潤滑層として働くので、混合物層２３がない場合に比べ、周面摩擦力は大幅に低減される。
【００３３】
また、混合物層２３は、厚さがフリクションカット１９の出代２０にほぼ等しく形成され、加圧により、ケーソン沈設の全過程にわたり、すなわちケーソン沈下終了まで、最下端から最上端までの混合物層２３の摩擦低減効果が劣化することはない。周辺土１３に対しては、混合物層２３自体が必要に応じて加圧されて、周辺土１３のケーソン躯体１に作用する土水圧を支える止水層の役割をするので、周辺土１３が全体的に崩壊することはない。
【００３４】
（潤滑剤）
このような潤滑剤としては周辺土１３と混合されて適当な潤滑性が与えられるものであればよい。また、混合物層２３が全体として止水層の役割をするので、混合物層２３と周辺土１３との間に不浸透性層を形成する必要はない。通常の土質では、例えばペントナイトポリアクリル酸ソーダなどを潤滑剤とする。
砂礫質土等に対しては、さらに潤滑性を付与する必要があるので、粒度を調整するために、粒径の大きな成分を含んだ目詰剤を混入した潤滑剤を注入すると、潤滑性のある混合物層２３が形成できる。
【００３５】
また、水膨潤性の樹脂を混入することによって、例えば砂質土から十分潤滑性を有する混合物を生成することができる。
さらに、混合物層２３に圧力を与えることによって混合物層２３全体が止水層として働かせ、かつ周辺土１３の土水圧を抑えることができるので、より確実に混合物層を維持することができる。
【００３６】
（圧力遮断機構および混合物層仕切層）
ケーソン設置深度が大きくなる場合などは、深度によって必要な圧力などが異なる。そこで圧力遮断機構２５および混合物層仕切層２７などを設け、これによって混合物層２３が仕切られる複数個のブロックごとに、異なった圧力で加圧する。ケーソン設置地盤は深さ方向によって土質が異なるのが普通であり、異なった土質や深度ごとに注入する潤滑剤の物性や加圧力を変えるのが理想的である。この方法をとらない場合、特に大深度の場合は、最適ではない組成の潤滑剤が、最適でない圧力で加圧されることになり、充分に潤滑性のある混合物層２３が形成されない範囲が出てくる。深度が小さい場合は、このような欠点はある程度調整できる可能性があるが、大深度の場合は不可能となることが多い。既出願の特許「ケーソン周面摩擦低減工法およびケーソン躯体」に示される工法ではこの点でやや不十分であった。
【００３７】
混合物層２３は周辺地盤の土質構成に応じ、注入する潤滑剤又は加圧する圧力を変える。すなわち深さ方向に土質が変化する位置など、混合物層の管理上注入する潤滑剤の物性や加圧力を変える必要がある位置でケーソン躯体側から所定材料を吐出することで混合物層２３に混合物層仕切層２７を設け、これらで分割された混合物層のブロックごとに潤滑剤の物性や加圧力を変え、混合物層２３に十分な摩擦低減効果を発揮させるとともに、混合物層の保持を図ることができる。
【００３８】
混合物層仕切層２７は後に実施例で述べる方法以外に、注入後１時間程度以内に固結する固結型滑剤（商品名クリーンＦＤ）を注入してもよい。さらに上下の混合物層間で、注入または周辺土の地盤構成に応じ、ケーソン躯体１に土圧計、水圧計などの圧力センサをあらかじめ取り付け、常時混合物層２３の圧力を把握することにより、潤滑剤層の注入管理が確実かつ容易になる。
【００３９】
（攪拌）
確実に混合物層２３を形成するための攪拌の手段は、最下端ロット（第１ロット）に設けられる。比較的簡便な攪拌の手段は、第１ロットに固定するものであり、例えば図９に示すように、第１ロット下端部付近に板状突起２９を一定間隔で斜めに取り付ける。潤滑剤、高圧水（または高圧空気でもよい）の吐出孔はそれぞれの突起のすぐ下方に設けられる。
【００４０】
吐出された潤滑剤は、同じく高圧水によって吹き上げられるが、板状突起２９に従い斜め上方まで周辺土１３と混合しながら吹き上げられ、やがて潤滑剤と混合して落ちてくる。また板状突起２９が、沈設に従い混合物層２３を沈下していくので、板状突起２９の傾斜によって緩慢な渦状流れが生じ、これによっても混合を促進する。以上の過程が全沈設プロセスを通じ行われるので、十分混合され潤滑性を有する混合物層２３が形成される。
【００４１】
攪拌の手段としては、別途設ける動力装置を用いて第１ロット付近の混合物層２３を攪拌する装置３１も可能である。例えば図１０に示すように、第１ロット２１下端部付近を厚さ方向に外側３３と内側３５の２重構造体とし、このうち外側構造体３３に前述の板状突起２９を設け、外側構造体３３を沈設時に回転させる。この場合、潤滑剤の吐出孔７は、場合によっては当該攪拌装置３１の上部に設けてもよい。外側構造体が回転することによって、ゆっくりとした渦状流れができるので、吐出された潤滑剤が十分に混合される。
【００４２】
【実施例】
［実施例１］
図１および図２に示す実施例は、圧力遮断機構２５等を設けない例であり、外径６ｍ、１ロット長さ１ｍの分割式鋼製のケーソンを２０ｍ沈設する工事に適用した例である。ケーソン躯体１を構成する各ロットは周方向に６分割され、現場でリング状に組立てながら順次沈設される。ケーソン躯体１には高圧水と潤滑剤の供給用の配管があらかじめ取り付けてある。また最深部の第１ロット２１には刃口１７に形成された出代５０ｍｍのフリクションカット１９の突出部上部に、高圧水と潤滑剤を上方へ吐出するために、それぞれの供給管からの分配管と吐出孔７とが円周状に交互に配置されている。
【００４３】
施工現場の土質状況は、地表面から７ｍまでがシルト質粘土それ以深が砂層であった。また地下水位は地表面からおよそ５ｍであった。
第２ロット以降のリング３は基本的に構造が同じ普通リングであるが、前述のごとく高圧水噴射および潤滑剤注入のための配管があらかじめ施されている。
【００４４】
（沈設作業の実際）
ケーソン沈設は、当日午前中に前日沈設完了したリング３上に新設するリング３を組立て、午後に実際の沈設作業をする作業サイクルを繰り返した。
地上に潤滑剤と高圧水を供給するための装置を設け、沈設作業中、高圧水の吐出噴射と、潤滑剤の吐出注入とを継続して行った。潤滑剤の注入量の管理は注入圧力と注入量とで行った。
【００４５】
この実施例の場合、ケーソンの沈設は、ケーソン周辺にあらかじめ設けたアースアンカーに反力をとって油圧シリンダで圧入する方法をとったが、後述のごとく想定どおりの摩擦低減効果が発揮されたため、圧入に要する押し込み力は小さくてすみ、今後は圧入装置な簡素化あるいはケーソン自重のみの沈設も可能であることが判明した。
沈設完了から次のロットの沈設開始までの待機時間中には、混合物層２３の圧力が低下しないように適宜圧力を加えた。
【００４６】
（潤滑剤）
この実施例で用いた潤滑剤は、水膨張性樹脂であり、吸水して膨張しまた適当な粘性もあるので、この実施例では特に圧力逸散防止のための機構である圧力遮断機構２５を設けなくても、十分な潤滑性を有する混合物層２３を形成することができ、所期の摩擦低減効果が発揮された。
【００４７】
（周面摩擦低減効果）
この実施例においては、沈設時の圧入力を経時的に自動測定しているが、この圧入力にはケーソン最下端の貫入抵抗も含まれる。したがって、周面摩擦力の厳密な評価はできないが、圧入力の実測値から最下端貫入抵抗力を分離することによって平均的な周面摩擦力はおよそ０．１５ｔｆ／ｍ２と求められた。一方、摩擦低減策を施さない場合の周面摩擦力は、粘性土の場合０．５〜０．８ｔｆ／ｍ２、砂質土の場合１．７〜２．０ｔｆ／ｍ２であるから、平均すればおよそ１．４ｔｆ／ｍ２となる。この比較により、周面摩擦力は１０％以下に低減されたことになる。
【００４８】
［実施例２］
図３、図４、および図５に示す実施例は、最上端と最下端に圧力遮断機構２５を設ける例であり、外径８ｍ、１ロット長が１ｍの鋼製分割式ケーソンを４０ｍの深さまで沈設した例を示す。
【００４９】
図５に示すように、設置現場の土質条件は、深さ１２ｍまではシルト（以下では第１地盤と称する）、深さ２５ｍまではシルト質砂（同第２地盤）、その深さ以深はレキ質砂（同第３地盤）であった。
【００５０】
図３、図４に沈設中の模式図を示す。
ケーソン躯体１の配管等は実施例１に基本的に同じであるが、地表面の最上端ロットと最下端ロット（第１ロット）２１の刃口１７付近に、圧力逸散防止の機能を有する圧力遮断機構２５を設けた。このうち地表面の圧力遮断機構２５を図４（Ｂ）に示す。環状にコンクリート３７を打設し、そのリング内側に接着材やボルトナット３８で硬質ゴムシール３９を取り付け、先端の、躯体１との接触部４１がリップ状となるように成形する。
【００５１】
また、図４（Ｃ）には最下端ロット２１の圧力遮断機構２５の構造を示すが、これはワイヤブラシシール４３を用いたもので、細鋼線４５を束ねたものを薄い鋼鈑４７ではさんだ構造となっているものをボルトナット４９などによりフリクションカット１９の上部で、吐出孔７の下方に取り付ける。上下幅１０ｃｍ程度のものを水平方向にケーソン躯体１周面に沿ってリング状になるように取り付ける。ワイヤブラシシール４３の接続部は細鋼線４５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。
【００５２】
（吐出孔と圧力遮断機構の位置関係など）
図３、図４に概要を示すように、最下端ロット２１の刃口１７の直上に圧力逸散防止の機能を有する圧力遮断機構２５としてのブラシシール４３を設けたが、このシール４３より上の位置に吐出孔７を設け、注入、噴射が行われるようにする。潤滑剤、高圧水の供給管から分岐する環状の分配管を、最下端ロット２１中に設置し、躯体１周面に等間隔でそれぞれ８箇所吐出孔７を設けた。吐出孔の数はケーソン外径や土質条件に応じて適宜増減する。また、この実施例では、躯体１周面から水平方向に噴射ないし注入するような構造としたが、これも実施例１のように上方に噴射、注入する構造としてもよい。
【００５３】
（沈設作業の実際）
ケーソンの沈設作業はほぼ実施例１と同様に実施した。ただしこの実施例では、周面摩擦低減効果をより確実にするために、混合物層２３を加圧して混合物層２３の厚さの維持を図った。
【００５４】
（潤滑剤の仕様と効果）
図５に示す土質に対応して、この実施例の潤滑剤の仕様は、以下のように決定した。
１）　第１地盤に対して：標準的水膨潤性樹脂、密度＝１．０１ｇ／ｃｍ３
２）　第２地盤に対して：砂用水膨潤性樹脂、密度＝１．０３ｇ／ｃｍ３
３）　第３地盤に対して：目詰剤混入の水膨潤性樹脂、密度＝１．１０ｇ／ｃｍ３
【００５５】
（混合物層の形成と混合物仕切層）
そして、ケーソンの沈設時に、周辺土１３条件に応じた潤滑剤を順次注入し、混合物層２３を形成しかつ適正な圧力で加圧する。フリクションカットの出代分の間隙に確実に混合物層２３が形成され、周辺土１３が崩壊することもない。沈設に従い、混合物層２３は周辺土１３側に残存し、以後のケーソン躯体１の沈設時には潤滑層として有効に作用する。
【００５６】
同図に、沈設各段階における混合物層２３の形成状況を模式的に示す。第１、２、３混合物層２３は、上記第１、２、３地盤に最適な組成の潤滑剤を注入して形成された混合物層２３であることを示す。
なお、第１混合物層と第２混合物層との間、および第２混合物層と第３混合物層との間の注入潤滑剤の変わる位置には、図５に示すように、混合物層仕切層２７として厚さおよそ１０ｃｍとなるよう固結潤滑剤を注入した。これは注入後３０分程度で固結しかつ、潤滑性のある材料であるので、周面摩擦低減交換には悪影響を与えず、また圧力遮断層としての機能も十分発揮できた。
【００５７】
（周面摩擦低減効果）
この実施例においては、沈設時の圧入力を経時的に自動測定しているが、この圧入力にはケーソン下端の貫入抵抗も含まれる。したがって、周面摩擦力の厳密な評価はできないが、圧入力の実測値から下端貫入抵抗力を分離することによって平均的な周面摩擦力はおよそ０．１５ｔｆ／ｍ２と求められた。一方摩擦低減策を施さない場合の周面摩擦力は、粘性土の場合０．５ｔｆ／ｍ２程度、砂質土の場合１．７〜２．０ｔｆ／　ｍ２、砂礫質土の場合２．９〜３．０ｔｆ／　ｍ２であるから全体を平均すると１．９ｔｆ／　ｍ２程度となる。したがって本工法により周面摩擦力が１０％以下に低減されたことになる。特に従来、砂礫質土に対しては、有効な摩擦低減の方法がないとされてきたが、本方法によれば砂礫質土の場合でも有効に摩擦低減が図れることがこの実施例を通じ示された。
【００５８】
［実施例３］
図６、および図７に示す実施例は、実施例２と同様に最上端と最下端に圧力遮断機構２５を設け、さらに、実施例２とは異なる方向で混合物層仕切層２７を設け、混合物層２３のブロックごとに加圧力の圧力制御をする例であり、外径９、０００ｍｍ、１ロット長が１、０００ｍｍの鋼製分割式ケーソンを４５ｍの深さまで沈設した例である。
【００５９】
ケーソン設置現場の土質条件は、深さ２０ｍまでが粘性土、それ以深が砂質土であった。
ケーソン沈設は、実施例１におけると同様に行った。沈設が進み、粘性土１３Ａと砂質土１３Ｂとの境界位置である深度２０ｍに位置に達したとき、周辺土１３側の土中に圧力遮断層２７を造成した。この圧力遮断層２７の造成は、最下端ロット２１に設けた注入孔７（図６には図示せず、実施例２と同様のもの）より地盤改良剤を噴射し、リング状の地盤改良体を形成した後、さらに注入孔７より、地盤改良体の厚さ中央部付近に水膨潤性の樹脂をナイフ状に注入した。この水膨潤性の樹脂は地中の水分と反応し、ケーソン躯体１との間でＴ字状に膨張するので、これをはさんだ上下間で圧力の遮断が可能となる。図７に土中の圧力遮断層２７の断面図の概略を示した。
【００６０】
図６で示したように、混合物層２３は、土中の圧力遮断層２７を境にして、上部では最上端の圧力遮断機構２５との間にブロックが形成され、下部では最下端の圧力遮断機構２５との間にブロックが形成され、それぞれのブロック間で圧力遮断ができ、ブロック相互の浸透防止が可能である。また上下のブロックで、混合物層２３に関し別個の圧力管理、潤滑剤管理が可能である。
【００６１】
この実施例では、上、下の地盤の土質は、浸透特性が大幅に違うので、上の地盤の粘性土層に対してはベントナイトを注入し、また下の地盤の砂質土層に対しては目詰剤を混入した潤滑剤を注入した。
またこの実施例では、ケーソン下端部が土中の圧力遮断層２７の位置を過ぎ、砂質土中に入った後は、下層の混合物層２３のみに加圧を行ったが、必要に応じ上層の混合物層２３にも加圧することが可能である。
【００６２】
（混合物層仕切層）
この実施例では、地盤改良剤と水膨潤性樹脂を注入し、混合物層仕切層２７を形成したが、他の方法によっても可能である。
【００６３】
［実施例４］
図８、および図９に示す実施例は、攪拌用の板状突起２９を取り付けた例であり、外径直径６ｍ、深さ３０ｍの鋼製ケーソンの例である。
図に示すように下端ロットの外周に攪拌用の板状突起２９を取り付ける。この場合のフリクションカット１９の出代は５０ｍｍとした。また板状突起２９はケーソン躯体１の周面より４０ｍｍの高さとなるよう、また周方向の６箇所で、溶接で取り付けた。
【００６４】
ケーソン躯体１の外周を展開したときの板状突起２９の配置、吐出孔７との関係などを図９に示した。潤滑剤と高圧水の吐出孔７の位置は、それぞれの板状突起２９の左端位置の下付近としてある。図には沈設時の混合物の流れも示してある。各吐出孔７は吐出方向が上向きで、各吐出孔７のすぐ上方に、板状突起２９を鉛直方向に対し傾斜させて取り付ける。
【００６５】
潤滑剤、高圧水が噴射され、周辺土１３と混合されながら、この混合物は板状突起の下面に沿って矢印Ａのように水平方向成分を生じながら運搬され、最後には自重により矢印Ｂのように落下する。また沈設時に、板状突起２９が邪魔板となり矢印Ｃのようなゆっくりとした渦状流れが生じる。この印Ｂの流れも副次的に混合効果を向上させる。
【００６６】
板状突起２９は、上方向に運搬させられる混合物を周方向にできるだけ広範囲に運搬できるような形状であれば、必ずしも直線的でなくてもよい。また、同図展開図における板状突起２９の傾きθは、ケーソン躯体の形状、ケーソン設置現場の土質、潤滑剤等の吐出孔７の数などによって最も適当な値とすればよい。
【００６７】
この実施例では、吐出孔は完全な上向きであったが、他の実施形態では概略上向きでもよい。吐出方向に鉛直方向成分が含まれていればよい。
【００６８】
［実施例４の２］
図１０に示す実施例は、動力付の攪拌装置３１を取り付けた例である。
第１ロット２１のフリクションカット１９の直ぐ上付近を厚さ方向に外側３３と内側３５の二重構造体とし、このうち外側構造体３３は動力によって周方向に駆動可動とする。
【００６９】
この駆動構造は種々のものが考えられ、例えばラック・ピニオン構造があげられる。すなわち、内側構造体３５の内部に駆動源を設け、その駆動を伝達するピニオンギヤを回転軸を鉛直方向にして設ける。このピニオンギヤの端部の一部が、内側構造体３５に形成された窓から露出し、この露出部分が、外側構造体３３の内周面に形成されたラックギヤに噛み合うものとする。
【００７０】
また、この外側構造体３３の表面には板状突起２９を適当な間隔で設ける。
外側構造体３３を回転させることによって、既に形成されている混合物層２３の流れにゆっくりとした渦状流れ（矢印Ｄ）を起こさせることができる。この渦状流れの中で、吐出孔７から上向き（矢印Ｅ）に吐出された潤滑剤や高圧水は周辺土１３と混合され、この混合物は、上方に移動するとともに同時に渦流に乗って周方向に移動し（矢印Ａ）、やがて自重により落下する（矢印Ｂ）。沈設の全過程を通じ、この状況が繰り返されることにより、潤滑剤と周辺土１３が十分混合されることになる。
【００７１】
この実施例においては、外側構造体３３に取り付ける突起２９の形状は直線状の板としたが、攪拌効果があるものであれば他の形状寸法のものでもよい。また、外側構造体を回転させ渦状流れを形成し、周方向に混合するので、図示のように鉛直方向に向いたものでかまわないが、場合によっては実施例４のような傾斜した板状突起２９としてもよい。
【００７２】
この実施例では、吐出孔は完全な上向きであったが、他の実施形態では概略上向きでもよい。吐出方向に鉛直方向成分が含まれていればよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、第１から１０の各発明によれば、フリクションカットの近傍で、より浅い位置に、高圧水または高圧空気、および潤滑剤を周辺土に向かって吐出する吐出孔を設け、これにより吐出された潤滑剤とフリクションカットで緩められた周辺土とを積極的に混合して混合物層を形成することで、ケーソン躯体の周面摩擦力を低減する。また、この混合物層の存在により、ケーソンの最下端の刃口で乱された周辺土が、ケーソン躯体と周辺土間の間隙にせり出し侵入し間隙に充満し周面摩擦が増加するのを防止できる。
【００７４】
第２から１０の各発明によれば、さらに、潤滑剤として、目詰効果の大きな材料を注入することで、例えば砂礫質土の場合のように、吐出された潤滑剤が周辺土に吸収されてしまい混合物層が形成されにくくなるのを防止する。
【００７５】
第３から１０の各発明によれば、さらに、潤滑剤として、水膨張性の材料を注入することで、
砂質土など流動化が難しい場合でも、潤滑性のある混合物層が形成されやすい。
【００７６】
第５から１０の各発明によれば、さらに、ケーソン躯体の最上端ロットの地表面部と最下端ロットの下端に圧力遮断機構を設けて混合物層に圧力を加えることにより、混合物層の保持が図られ、同時に混合物層よりの外側の周辺土の崩壊をより確実に防ぐことができる。
【００７７】
第６から１０の各発明によれば、さらに、　　深さ方向に土質が変化する位置で、ケーソン躯体側から所定材料を吐出することで、混合物層２３間に混合物層仕切層２７を設けることにより、ケーソン躯体に圧力遮断機構を設けることなく土質に応じて最適の混合物層ブロックが形成され、それぞれのブロック間で圧力遮断ができ、ブロック相互の浸透防止が可能であり、またブロックごとに別個の圧力管理、潤滑剤管理が可能となる。
【００７８】
第７から１０の各発明によれば、さらに、ケーソン躯体の周面に、圧力センサを取り付けて各混合物層の圧力を検出し、深度ごとまたは深さ方向の土質の変化ごとに最適な潤滑剤の物性を決定することで、混合物層のきめ細かな管理ができ、最適の混合物層によりケーソン躯体の周面摩擦力をより低減でき、周辺土がケーソン躯体と周辺土間の間隙にせり出し侵入し間隙を完全につぶすことを、より十分に防止できる。
【００７９】
第８、９、または１０の発明によれば、さらに、吐出された高圧水または高圧空気、および潤滑剤は、周辺土１３と混合されながら、傾斜した板状突起の下面に沿って運搬され、最後には自重により落下することで、また、このとき混合物層が、流れに水平方向成分を生じてゆっくりとした渦状流れを生じることで、混合効果を向上させる。
【００８０】
第９、または１０の各発明によれば、さらに、ケーソン躯体の周面に沿って攪拌装置が回転することで、既に形成されている混合物層の流れにゆっくりとした渦状流れを起こさせることができ、この渦状流れの中で、高圧水または高圧空気や潤滑剤は周辺土と混合され、十分な混合がなされることになる。
【００８１】
第１０の発明によれば、さらに、ケーソン躯体に吐出孔、配管、圧力センサ、圧力遮断機構、板状突起、または攪拌装置が予め設けられることで、現場でケーソン躯体にこれらの装置などを取り付ける必要がなく施工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を示す概略全体斜視図である。
【図２】図１の概略縦断面図である。
【図３】この発明の実施例２を示す概略全体斜視図である。
【図４】（Ａ）は図３の概略縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図、（Ｃ）は（Ａ）の他の要部拡大図である。
【図５】実施例２においてケーソン沈設深度にともなう土質の変化と、潤滑剤の変化すなわち混合物層の変化を示す図である。
【図６】この発明の実施例３を示す概略縦断面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】この発明の実施例４を示す概略全体斜視図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【図１０】この発明の実施例４の２を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
１　ケーソン躯体
３　ロット（リングともいう）
５　ピース
７Ａ　高圧水用の吐出孔
７Ｂ　潤滑剤用の吐出孔
８　地上の潤滑剤供給装置
９　元供給管
１１　高圧水や潤滑剤
１３　周辺土
１５　間隙
１７　　刃口
１９　フリクションカット
２０　出代
２１　最下端ロット（第１ロット）
２３　　混合物層
２５　圧力遮断機構
２７　混合物層仕切層
２９　　板状突起
３１　　攪拌装置
３３　　外側構造体
３５　内側構造体
３７　　環状のコンクリート
３８　ボルトナット
３９　硬質ゴムシール
４１　接触部
４３　　ワイヤブラシシール
４５　細鋼線
４７　鋼鈑
４９　ボルトナット
【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】
2004092276.tif 000009
【図８】
2004092276.tif 000010
【図９】
2004092276.tif 000011
【図１０】
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