(57)【要約】【課題】水浸状態にある構造物の基礎に加わる外力に対して、サクション作用を利用して外力や反力の規模に対応させて地盤強度の増加を図る。【解決手段】基礎外部の海洋などの水面３と基礎内部の貯水部２の水面４との水頭差Ｈと、基礎地盤５内の浸透流１６とにより水浸状態にある構造物の基礎地盤５の強度を増加させる方法において、前記構造物に作用する外力の大きさを検出し、その検出値に基づいて、前記貯水部２に開口する排水設備で排水量を増加し、基礎内部の水圧を減少させるとともに基礎地盤５内の間隙水圧を減少させて地盤強度を増加させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎外部の海洋などの水面と基礎内部の貯水部の水面との水頭差と、基礎地盤内の浸透流とにより水浸状態にある構造物の基礎地盤の強度を増加させる方法において、前記構造物に作用する外力の大きさを検出し、その検出値に基づいて、前記貯水部に開口する排水設備で排水量を増加し、基礎内部の水圧を減少させるとともに基礎地盤内の間隙水圧を減少させて地盤強度を増加させることを特徴とする構造物の基礎地盤の強度増加方法。
【請求項２】
構造物に作用する外力の検出は、構造物に設けた荷重計、波高計、潮力計などのセンサで行い、該センサからの出力に基づいて必要に応じた地盤強度を得るように排水設備による排水量を決定する請求項１記載の構造物の基礎地盤の強度増加方法。
【請求項３】
基礎地盤内にストレーナを配設し、これより吸水し、地盤の深部にまで達するように間隙水圧を減少させて地盤強度を増加させる請求項１または請求項２に記載の構造物の基礎地盤の強度増加方法。
【請求項４】
ストレーナはカセットタイプとして基礎底面から基礎地盤内に鉛直に挿入し上端を基礎内部の貯水部に開口する請求項３記載の構造物の基礎地盤の強度増加方法。
【請求項５】
ストレーナは基礎地盤内に水平に配設し、基礎内部の貯水部または基礎外部に配設した排水設備に連通する請求項３記載の構造物の基礎地盤の強度増加方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水浸状態にある構造物としての橋梁基礎や護岸ケーソンなどの基礎地盤の強度増加方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水浸状態にある構造物の基礎としてのサクション基礎は、例えば海洋に構築する橋梁基礎などに用いられるものであるが、このサクション基礎１は図９にも示すように底面のスカート部１ａを開口し、内部の中空部を前記開口に連通する貯水部２に形成し、基礎外部の水面３と基礎内部の水面４との水位の差である水頭差により水圧による押さえ効果を得るとともに、基礎地盤５内の浸透流により地盤の強度増加を図り、構造物に作用する外力に対して安定性を確保するものである。
【０００３】
すなわち、基礎底部フーチングの水平部であるスカート部１ａには、基礎外から鉛直下向きに作用する水圧と、基礎内部から鉛直上向きに作用する水圧が作用するが、水頭差により基礎内の水圧の方が減少しているため、基礎外からの水圧の方が相対的に大きくなる。この結果、サクション基礎１には鉛直下向きの力が作用することになり、これが水頭差による押さえ効果となる。
【０００４】
また、基礎底面の開口に透水性多孔体６を配設し、この透水性多孔体６を介して地下水をサクション基礎１内の貯水部２に揚水することで基礎地盤５内に浸透流１６を人工的に生成する。この場合、水頭差が大きくなれば、浸透流１６の流速（流量）が大きくなり、地盤の間隙水圧が減少する。これにより、浸透流１６の発生域では間隙水圧が減少し、有効拘束圧が増加し、基礎地盤５の剪断強度が向上し、基礎の支持力の改善が図られる。図中１４は貯水部２に開口する排水管を示し、貯水部２内の水量を調節する排水ポンプ１５が付設されている。
【０００５】
図中７はサクション基礎１の周囲の地盤面に敷設した遮水材料で、例えば、ゴムシート、水中モルタル、アスファルトマットなどの難透水性材料を用い、上部からの水の浸入を阻止する機能を付与する。これにより、揚水距離が長くなり、基礎底面からの揚水による基礎地盤５内の間隙水圧低下の影響範囲を大きくすることができ、基礎地盤５内の強度増加およびその範囲を大きくできる。
【０００６】
ところで、基礎地盤５の強度増加を図るものとして、従来、例えば地震発生時の液状化対策として、地下水を排水して地盤の液状化を防止するものがあり、これは、感震器で地震を感知すると地盤内の地下水を排水管で吸引するものである（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２１２６１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平６−２１２６１７号公報に記載の技術もサクション作用によって基礎の支持力を増強し、構造物の安全性を確保するものであるが、これは外力が地震による振動に限定され、例えば、海洋構造物などのような水浸状態にある構造物の基礎としてのサクション基礎に対する波浪、潮流などの外力や風、上載荷重などによる上部工からの反力の全てに対応する事は困難であり、構造物の安定性が十分であるとはいえなかった。
【０００９】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、水浸状態にある構造物の基礎に加わる外力や反力に対して、サクション作用を利用して外力や反力の規模に対応させて地盤強度の増加を図ることのできる構造物の基礎地盤の強度増加方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、基礎外部の海洋などの水面と基礎内部の貯水部の水面との水頭差と、基礎地盤内の浸透流とにより水浸状態にある構造物の基礎地盤の強度を増加させる方法において、前記構造物に作用する外力の大きさを検出し、その検出値に基づいて、前記貯水部に開口する排水設備で排水量を増加し、基礎内部の水圧を減少させるとともに基礎地盤内の間隙水圧を減少させて地盤強度を増加させることを要旨とするものである。
【００１１】
第２に、構造物に作用する外力の検出は、構造物に設けた荷重計、波高計、潮力計などのセンサで行い、該センサからの出力に基づいて必要に応じた地盤強度を得るように排水設備による排水量を決定することを要旨とするものである。
【００１２】
第３に、基礎地盤内にストレーナを配設し、これより吸水し、地盤の深部にまで達するように間隙水圧を減少させて地盤強度を増加させることを要旨とするものである。
【００１３】
第４に、ストレーナはカセットタイプとして基礎底面から基礎地盤内に鉛直に挿入し上端を基礎内部の貯水部に開口することを要旨とするものである。
【００１４】
第５に、ストレーナは基礎地盤内に水平に配設し、基礎内部の貯水部または基礎外部に配設した排水設備に連通することを要旨とするものである。
【００１５】
請求項１記載の本発明によれば、構造物に作用する外力が大きい場合は、その大きさに対応させて基礎内部の貯水部の水を排出して水位を低くすれば、基礎外部の水面との水頭差が大きくなり、これにより基礎内部の水圧が減少し基礎地盤内の浸透流の流速（流量）が大きくなり、基礎地盤内の間隙水圧が減少して地盤強度が増加する。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、構造物に作用する外力の検出は、構造物に設けた荷重計、波高計、潮力計などのセンサで行い、必要な地盤強度を算出し、この強度を得る間隙水圧を発生させる排水量を決定することで、外力の規模に応じた適切な地盤強度を得られる。
【００１７】
請求項３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、基礎地盤内にストレーナを配設することで、地盤深部まで強度増加が行える。また、ストレーナからの揚水量は、請求項２と同様にして荷重計、波高計、潮力計などのセンサで検出した反力が外力に基づいて必要な地盤強度を算出し、この強度を得る間隙水圧を発生させる排水量として決定されるから、適切な強度増加が図れる。
【００１８】
請求項４記載の本発明によれば、ストレーナはカセットタイプとして基礎底面から基礎地盤内に鉛直に挿入することで、設置が容易となり、また、揚水時におれる砂などによる目詰まりが発生しても、簡単に交換できる。そして、上端を基礎内部の貯水部に開口することで、貯水部に開口する排水設備を利用してストレーナからの揚水も行うことができ、揚水のための設備を別途設けずにすむ。
【００１９】
請求項５記載の本発明によれば、ストレーナは自在ボーリングマシンなどにより基礎地盤内に水平に配設し、基礎内部の貯水部または基礎外部に配設した排水設備に連通することで、基礎地盤の種々の深度から揚水でき、間隙水圧を広い範囲で減少できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第１実施形態を示す縦断正面図で、図９に示した従来例と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。本発明方法が実施される基礎も一例としてサクション基礎１であり、底面のスカート部１ａを開口し、内部の中空部を前記開口に連通する貯水部２に形成し、基礎外部の水面３と基礎内部の水面４との水位の差である水頭差により水圧による押さえ効果を得るとともに、基礎地盤５内の浸透流により地盤の強度増加を図るものである。
【００２１】
かかるサクション基礎１において、本発明はこのサクション基礎１に作用する波浪、潮流などの外力の変動、風、上載荷重などによる上部工８からの反力の変動を検出するものとして、波高計１０をサクション基礎１設置近傍の水面などに、潮力計１１をサクション基礎１の側部に、荷重計１２をサクション基礎１の上部の上部工８の下面などに設置する。
【００２２】
前記波高計１０は例えば波による繰り返し荷重を検知するセンサであり、潮力計１１は潮の干満作用などによる潮流の作用を検知するセンサであり、荷重計１２は上部工８より作用する荷重を感知するセンサで、上部工自重、上部工に作用する風荷重、車両、電車などの移動荷重などを感知するものである。
【００２３】
また、基礎地盤５の間隙水圧を計測するものとして間隙水圧計１３をサクション基礎１の底部に配設する。図示の例ではスカート部１ａの底部および基礎底面の開口に配設した透水性多孔体６に設置した。
【００２４】
次にかかる波高計１０、潮力計１１、荷重計１２などの外力や反力を検出するセンサや間隙水圧計１３を用いてサクション基礎１の基礎地盤の強度を増加する方法を図２のフローチャートについて説明する。波浪、潮流などの外力や風、上載荷重などによる上部工８からの反力がサクション基礎１に作用すると、これが波高計１０、潮力計１１、荷重計１２で検出される。
【００２５】
そして、検出された値が設計時の荷重を越える値で大きな変動が認められると、コンピュータを利用する制御装置のはたらきで排水ポンプ１５を作動し、基礎内部の貯水部２の水を外部に排出し、排水量を増加することで基礎外部の水面３と基礎内部の水面４との水位の差である水頭差Ｈを大きくする。
【００２６】
水頭差Ｈが大きくなれば、基礎地盤５内に人工的に生成されている浸透流１６の流速（流量）が大きくなり、基礎地盤５内の地下水が基礎底面の開口に配設した透水性多孔体６を通過して貯水部２に揚水され、これにより基礎地盤５の間隙水圧が減少する。よって、この間隙水圧の値を間隙水圧計１３で計測し、基礎の安定性を得るのに必要な強度を確保する。基礎地盤５内の間隙水圧の変化と地盤強度の変化の関係は、対象とする地盤に対して試験を行い、予め把握しておく。貯水部２に揚水された地下水は排水ポンプ１５で外部に排出する。
【００２７】
このように基礎地盤５からの揚水は浸透流により行われるものであるが、前記した第１実施形態では基礎底面に透水性多孔体６を配設し基礎地盤５内の水を直接吸引するものであるため、基礎地盤５の上層付近のみでしか浸透流を発生させることができず、浸透流が発生しない深い位置の基礎地盤５の強度増加は期待できない。
【００２８】
そこで、深い位置の地盤まで浸透流を発生させるために、第２実施形態として図３に示すように複数のストレーナ１７を基礎地盤５内に配設して、基礎地盤５内の地下水を吸引することで、より深部の地盤まで間隙水圧を減少させることが可能となり、地盤深部まで強度増加を図れる。このストレーナ１７を用いた揚水システムはサクション基礎１だけでなく、既設の橋梁基礎、ケーソン護岸などにも適用可能である。
【００２９】
図３はその第１例を示し、基礎底面から地盤内にストレーナ１７を鉛直に挿入し、ストレーナ１７の上端をサクション基礎１の底部の透水性多孔体６を貫通させて貯水部２に開口するものである。これにより、ストレーナ１７の全側面から吸水でき、ストレーナ１７の長さ分だけ地盤深部まで吸水でき、揚水範囲を大きくできる。そして、ストレーナ１７で吸水した水は貯水部２に入り、排水ポンプ１５で外部に排水される。
【００３０】
ストレーナ１７を設置した場合、吸水時に砂の細粒分などによる目詰まりが発生し吸水機能低下が予測されるが、これに対しては図４に示すようにストレーナ１７をカセット式とし、隔壁１８をサクション基礎１の内部に設置し基礎底部を圧気下とし、この状態でストレーナ１７の交換作業を行うようにすれば、目詰まりに対処できる。
【００３１】
また、ストレーナ１７の配設は、サクション基礎１の施工前でも施工後でも可能ではあるが、配管の挿入や施工性を考慮すると、図５に示すように基礎施工前に遮水壁１９などにより施工場所の水を排水した状態で、ストレーナ１７を基礎地盤５に挿入する方法を採用する方が望ましい。ストレーナ１７を挿入するための地盤の削孔は、遮水壁１９などにより地盤面を露出した後、ボーリング掘削マシンにより削孔し、この孔内にストレーナ１７を挿入する。
【００３２】
図６はストレーナ１７を設置する場合の第２例を示し、ストレーナ１７を水平に配置する。配設方法としては、図６にも示すように地上から自在ボーリングマシン２０により基礎地盤５内に深部にいたるようにして複数段にわたって水平に挿入する。
【００３３】
この水平に配設したストレーナ１７の排水手段は、図７に示すように複数段のストレーナ１７を鉛直方向に排水管２１で接続して連通させ、この排水管２１の上端をサクション基礎１の底部の透水性多孔体６を貫通させて貯水部２に開口する。これにより、ストレーナ１７で吸水された水は排水管２１をとおって貯水部２に流入し、排水ポンプ１５で外部に排出される。
【００３４】
図８の他の排水手段を示し、前記のように自在ボーリングマシン２０によってストレーナ１７を設置した後に、自在ボーリングマシン２０によって形成されたボーリング孔を使用し、このボーリング孔をそのまま排水経路２２とする。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法は、水浸状態にある構造物の基礎に加わる外力や反力に対して、外力や反力の変動を検知し、検知した外力や反力の規模に対応させてサクション作用を利用して地盤強度の増加を図ることができ、しかも、基礎地盤の深部にまで強度増加が図れて安定性を向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第１実施形態を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第１実施形態を示す地盤強化のフローチャートである。
【図３】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第１例を示す縦断正面図である。
【図４】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第１例を示すストレーナの交換・設置状態の縦断正面図である。
【図５】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第１例を示すストレーナの設置状態の縦断正面図である。
【図６】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第２例を示す縦断正面図である。
【図７】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第２例を示す排水設備を設けた状態の縦断正面図である。
【図８】本発明の構造物の基礎地盤の強度増加方法の第２実施形態の第２例を示す他の排水設備を設けた状態の縦断正面図である。
【図９】サクション基礎の縦断正面図である。
【符号の説明】
１…サクション基礎　　　　　　　１ａ…スカート部
２…貯水部　　　　　　　　　　　３…水面
４…水面　　　　　　　　　　　　５…基礎地盤
６…透水性多孔体　　　　　　　　７…遮水材料
８…上部工　　　　　　　　　　　１０…波高計
１１…潮力計　　　　　　　　　　１２…荷重計
１３…間隙水圧計　　　　　　　　１４…排水管
１５…排水ポンプ　　　　　　　　１６…浸透流
１７…ストレーナ　　　　　　　　１８…隔壁
１９…遮水壁　　　　　　　　　　２０…自在ボーリングマシン
２１…排水管　　　　　　　　　　２２…排水経路
【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】
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【図８】
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【図９】
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