(57)【要約】【課題】底盤の築造が水面下で行われるオープンケーソンの底盤を薄肉化し、併せて底盤の品質安定性や信頼性を確保する。【解決手段】短スパンの底部開口を有する第一区画室９と、第一区画室と仕切り壁５を介して隣接し、長スパンの底部開口を有する第二区画室１１とを地中に形成する。次いで第一区画室９に第一底盤１３を形成し、当該室内を排水する。次に、第二区画室１１に筒体１５を配置し、さらに第二区画室１１に水中コンクリートを供給して第二底盤２１を築造する。その後、仕切り壁５に開口部２３を設け、この開口部を介して筒体１５の内空部１５ａを第一区画室９と連通させ、筒体１１の内空部１５ａを大気圧空間とする。この大気圧空間で第二底盤２１の補強作業を行う。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短スパンの底部開口を水面下に有する第一区画室と、第一区画室と仕切り壁を介して隣接し、長スパンの底部開口を水面下に有する第二区画室とを形成する工程と、
第一区画室に第一底盤を形成した後、当該室内を排水する工程と、
第二区画室の水面下に、排水後の第一区画室と連通する大気圧空間を形成する工程と、
第二区画室に水中コンクリートを供給して第二底盤を築造する工程と、
上記大気圧空間で第二底盤の補強作業を行う工程と
を含むことを特徴とする地中構造物の底盤築造方法。
【請求項２】
仕切り壁に設けた開口部を介して第一区画室と大気圧空間とを連通させる請求項１記載の地中構造物の底盤築造方法。
【請求項３】
大気圧空間を、第二区画室に配置した筒体の内空部に形成する請求項１または２記載の地中構造物の底盤築造方法。
【請求項４】
第二底盤の補強作業が、大気圧空間に配置された底盤強化材を地中構造物に結合する工程を含む請求項１記載の地中構造物の底盤築造方法。
【請求項５】
底盤強化材が有筋コンクリートである請求項４記載の地中構造物の底盤築造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に沈設した地中構造物の底盤築造方法に関し、特に水底又は地下水面下に根入れされる地下構造物の底盤築造方法として有益なものである。
【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、ケーソン工法が多用されている。このケーソン工法は、一般に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。一方、オープンケーソン工法は、圧縮空気を使わずに大気圧下でケーソンを掘削沈埋する工法である。
【０００３】
ニューマチックケーソン工法では、閉鎖された高気圧下の作業室内に作業員が入って作業を行う必要があるため、潜函病予防のための作業時間制限により、作業能率が低下すること、機械設備が大型化することなどの問題がある。特に近年求められる地中構造物の大深度化に伴い、これらの問題がより顕在化する傾向にある。
【０００４】
一方、オープンケーソン工法は、大気圧下での作業となるため、この種の問題点は全て回避することができる。しかしながら、オープンケーソン工法では、地下水の湧水等により、実体内部が水で満たされて溶接が困難となるため、実体底部を封口する底盤を有筋コンクリートとすることは難しく、水中コンクリートによる無筋コンクリート造りとせざるを得ない場合が多い。この場合、コンクリートの打設状況等を作業者が直接目視確認できないことから、底盤の品質や信頼性を確保することが難しくなる。また、底盤強度確保のために底盤厚さを増厚する必要があり、地下空間の利用率の低下、これを補うためのさらなる大深度化を要し、コストの高騰を招く。特に地下数十〜数百ｍに達するような大深度下では、揚圧力の増大に対応して底盤厚さをさらに厚くする必要があるため、これらの弊害がより一層顕著なものとなる。
【０００５】
オープンケーソンの底盤強化を図った提案として、例えば特開平１１−１８１７８３号公報記載のものがある。これは、予めケーソン実体の設置底面地盤領域に対して、鋼棒、鋼管、鋼芯モルタルパイル等の地盤補強材を埋設するものである。しかしながら、この工法でも、底盤自体は水中コンクリートからなる無筋状態であることは変わりなく、底盤の品質安定性や信頼性が懸念される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８１７８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の点に鑑み、本発明では、底盤の築造が水面下で行われる地中構造物、例えばオープンケーソンの底盤を薄肉化し、併せて底盤の品質安定性や信頼性を確保することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明にかかる地下構造物の底盤築造方法は、▲１▼短スパンの底部開口を水面下に有する第一区画室と、第一区画室と仕切り壁を介して隣接し、長スパンの底部開口を水面下に有する第二区画室とを形成する工程と、▲２▼第一区画室に第一底盤を形成した後、当該室内を排水する工程と、▲３▼第二区画室の水面下に、排水後の第一区画室と連通する大気圧空間を形成する工程と、▲４▼第二区画室に水中コンクリートを供給して第二底盤を築造する工程と、▲５▼上記大気圧空間で第二底盤の補強作業を行う工程とを含むものである。なお、各工程の施工順序は、▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼の順に限らず、必要に応じて任意に変更することができる。
【０００９】
二つの区画室のうち、短スパンの第一区画室に形成する第一底盤は、短スパンであるが故に底盤に作用する揚圧力が小さく、従って、仮に無筋コンクリートで築造するとしても、その厚さは薄いもので足りる。
【００１０】
一方、第二区画室の第二底盤には長スパンであるが故に大きな揚圧力が作用するが、上記のように本発明では、第二底盤の補強作業を行っているため、無筋コンクリートに比べて底盤厚さを大幅に減じることができる。
【００１１】
以上から、本発明によれば、地下構造物の全体で底盤の薄肉化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明では、第二底盤の補強作業が大気圧空間で行われるため、作業者が現場で直接施工状況を目視確認することができ、底盤の品質や信頼性の向上を図ることができる。
【００１３】
第一区画室と大気圧空間との連通は、例えば仕切り壁に設けた開口部を介して行うことができる。
【００１４】
上記大気圧空間は、例えば第二区画室に配置した筒体の内空部に形成することができる。この場合、筒体内部に底盤補強用の底盤強化材を配置する他、筒体を剛性材料で形成することにより、筒体そのものを底盤強化材として使用することも可能となる。
【００１５】
第二底盤の補強作業としては、例えば、大気圧空間に配置された底盤強化材を地中構造物に結合する工程を含むものが考えられる。底盤の補強作業としては、少なくともこの工程が含まれていれば足り、これ以外の工程、例えば大気圧空間に底盤強化材を配置したり、あるいはコンクリートを打設する等の工程を併行して行ってもよい。なお、底盤強化材としては、例えば有筋コンクリート（鉄筋あるいは鉄骨、またはその組み合わせを内在したコンクリート）が好ましく、これにより大気コンクリートを用いた底盤補強が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる地中構造物の底盤築造方法の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。ここでいう「地中構造物」は、その一部または全部が根入れされる構造物をいう。構造物の種類や用途は特に問わず、ケーソンの他、鋼板セルや鋼管などで製作されたものも含まれる。以下の説明では、地下構造物として、オープンケーソンを例に挙げて説明する。
【００１７】
図１および図２に示すように、本発明で使用するケーソン実体１は、上下を開口させた筒状、例えば円筒状をなし、本壁３の内側に、一又は複数の仕切り壁５を配置した多重壁構造をなしている（図示例は、本壁３の内側に一つの仕切り壁５を配置した二重壁構造である）。本壁３は、鉄筋コンクリート等の剛体材料で形成され、その下端部には外側刃口部３ａが形成されている。仕切り壁５は、その下端に形成された内側刃口部５ａと、刃口部５ａ上に設置された壁体部５ｂとで構成される。壁体部５ｂは、例えば鋼矢板等からなり、内側刃口部５ａに対して着脱自在に取り付けられている。内側刃口部５ａは、その外側の円周方向複数箇所に配した連結部７を介して外側刃口３と連結され、これにより仕切り壁５がケーソン実体１と強固に結合されている（なお、図３〜図９では連結部７の図示を省略している）。以上の構成から、本壁３と仕切り壁５との間に、底部開口を短スパンＬ１とした第一区画室９が形成され、仕切り壁５の内側に、底部開口を上記スパンＬ１よりも長スパンＬ２とした第二区画室１１が形成される（Ｌ２＞Ｌ１）。
【００１８】
このケーソン実体１は、第一区画室９の地盤を掘削することによって地中に沈設される。この時の沈下力は、自重のみに頼る他、必要に応じて油圧ジャッキ等による圧入力を併用することもできる。また、ケーソン実体１は、その全体を地上で構築してから地中に沈下させる他、沈下させた量だけ躯体１を地上で継ぎ足し、これを繰り返すという手順で沈設することもできる。ケーソン実体１が水面下の所定深さまで沈下したところで、仕切り壁５内側の第二区画室１１の地盤を掘削する。これにより、図１に示すように、第一区画室９および第二区画室１１がそれぞれ水（地下水や海水等）で満たされる。
【００１９】
次に図３に示すように、第一区画室９に水中コンクリートを供給して底盤１３（第一底盤）を築造する。この第一底盤１３は、鉄筋等の補強材のない無筋コンクリートとなるが、上記の通り第一区画室９はその底部開口が短スパンＬ１であるので、極端な増厚は不要であり、薄肉であっても十分に揚圧力に対抗することができる。第一底盤１３の築造後、図４に示すように、第一区画室９内の水をポンプ等で排水して第一区画室９を大気圧領域とする。
【００２０】
次に図５に示すように、第二区画室９の底部にその底部開口を横断する筒体１５を配置する。この筒体１５は、後述するコンクリート打設時の型枠となるもので、コンクリート型枠として好適な材料、例えば木材や樹脂材等で形成され、例えばクレーン等を用いて第二区画室９内の所定位置に吊り降ろされる。
【００２１】
この筒体１５の長さは、その両端が対向する仕切り壁５の内面（図示例では内側刃口部５ａの内面）と密着もしくは水中コンクリート漏れを抑制できる程度に近接する長さに設定する。また、上下方向では、少なくとも筒体１５の両端が第一底盤１３よりも上方となるように設置する。この場合、筒体１５を所定位置に確実に設置できるよう、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、筒体１５の端部に対向する仕切り壁５の内面（本実施形態では内側刃口部５ａの内面）に切欠き１７を形成し、この切欠き１７に筒体１５の両端を嵌合する構造とするのが望ましい。また、筒体１５の両端部は、第二区画室１１に沈める際の内空部１５ａへの水の進入を防止するため、着脱容易な蓋体１９で密閉しておくのが望ましい。
【００２２】
次に、筒体１５の位置・姿勢を保持しながら、図６に示すように、第二区画室１１に水中コンクリートを供給して養生・固化させ、筒体１５を内在した第二底盤２１を築造する。
【００２３】
次に、図７に示すように、大気圧領域である第一区画室９から、筒体１５の両端位置に対応した仕切り壁５（本実施形態では、内側刃口部５ａ）に開口部２３を設け（さらに筒体１５両端部を蓋体１９で封口している場合は、この蓋体１９を取り外す）、筒体１５の内空部１５ａを、開口部２３を介して第一区画室９と連通させる。これにより、筒体１５の内空部１５ａが作業員の自由に出入りできる大気圧空間となるので、この大気圧空間に鉄筋や鉄骨等からなる補強部材２４を適宜配置し、その両端を適宜の手段で実体１（例えば内側刃口部５ａ）に強固に結合する。併せて筒体１５を除去し、第二底盤２１内部に筒体１５の形状に対応した空洞を形成する。
【００２４】
なお、大気圧空間の補強部材２４は、地上で予め筒体１５の内空部１５ａに組み込むこともできる。この場合、大気圧空間では、補強部材２４を実体に結合する作業、およびコンクリートの打設作業のみを行えばよく、作業能率の向上を図ることができる。
【００２５】
以上の作業が完了したところで、第一区画室９から開口部２３を介して上記空洞にコンクリート（散点模様で示す）を打設し、これを養生固化させる。これにより、第二底盤２１がＲＣ造りあるいはＳＲＣ造りの底盤強化材２５を内在した有筋構造となる。さらに図８に示すように、仕切り壁５の開口部２３をコンクリート等で封口する（この封口作業で補強部材２４の両端を刃口部５ａに結合することもできる）。
【００２６】
その後、第二区画室１１内を排水し、さらに仕切り壁５の壁体部５ｂを撤去することにより、図９に示すように、実体の底部開口を厚さの異なる二種類の底盤１３，２７で封口した地下空間が形成される。この場合、第二底盤２１は、少なくとも底盤強化材２５の厚み分以上の分だけ第一底盤２７よりも厚肉となり、第一底盤１３と第二底盤２１との間に段差Ｈが形成される。なお、この排水および壁体部５ｂの撤去作業は、第二区画室１１に第二底盤２１を築造し、第二区画室１１を地盤と分離した後（図６に示す段階）であれば、何時でも行うことができる。
【００２７】
以上のように本発明では、強度的弱点となる長スパンの第二区画室１１の第二底盤２１が、底盤強化材２５を内在させた有筋コンクリートとして形成されるので、従来の無筋コンクリート製底盤に比べて底盤厚さを大幅に薄くすることができる。従って、地下空間利用率の向上を達成すると同時に、地下空間確保のための大深度化が不要となり、施工コストの低減化が可能となる。
【００２８】
また、第二区画室１１内に、開口部２３を介して第一区画室９と連通させた大気圧空間を形成しているので、底盤強化材２５の第二区画室１１内への設置作業、あるいは底盤強化材２５の実体への結合作業を大気圧下で行うことができる。従って、これらの作業を作業者が直接目視確認しながら行うことができ、底盤品質の安定化や信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
本発明方法による施工に際しては、以上の説明に限定されることなく、必要に応じて実施形態を変更することができる。例えば、底盤強化材２５の設置個所は、一箇所に限られず、第二区画室１１の底部開口の複数箇所とすることができる。また、底盤強化材２５の形状も任意で、図示のような棒状とする他、複数の底盤強化材を平面的にあるいは立体的に組み上げてユニット化した形状（例えば星型等）とすることもできる。
【００３０】
また、上記説明では、仕切り壁５の壁体部５ａを第二底盤５ｂの築造後に撤去しているが、これを撤去させること無く存置させることもできる。この場合、仕切り壁５は、刃口部５ａと壁体部５ｂの一体構造とすることができる。
【００３１】
さらに、上記説明では筒体１５を型枠としてのみ利用し、第二底盤２１の築造後にこれを撤去しているが、筒体１５を鋼管や鋼製箱等の中空の剛性材料で形成することにより、底盤強化材そのものとして使用し、これを第二底盤２１中に存置させることもできる。この場合、筒体１５の内空部は、空間のままでも良いが、これに鉄筋コンクリート等を充填することにより、さらに底盤強度を向上させることができる。また、筒体１５と、その外側に配置した鉄筋等の補強部材とをユニット化したものを底盤強化材として使用することもできる。
【００３２】
また、上記説明では、水中コンクリートで第二底盤２１を築造してから大気圧空間にて底盤の補強作業を行う場合を例示しているが、この手順以外にも、例えば第一区画室９の排水後、仕切り壁５に開口部２３を形成して第二区画室１１底部に大気圧空間を形成し、底盤強化材２５を構築してから、第二区画室１１に水中コンクリートを供給して第二底盤２１を築造することもできる。
【００３３】
また、以上の説明では一つの第二区画室１１を有する地下構造物を例示しているが、長短スパンの底部開口を有する第一区画室９と第二区画室１１とが仕切り壁５を介して複数段以上に連続している場合には、上記施工手順を繰り返すことにより、第一底盤１３と第二底盤２１で交互に区画された広大な連続地下空間を形成することができる。この場合、第一区画室９や第二区画室１１はケーソン実体の内部に形成する必要は必ずしもなく、図１１に示すように、隣接するケーソン実体１、１の対向壁面に挟まれた空間をこれら区画室として使用することもできる。ちなみに図１１は、一方のケーソン実体１の本壁３と他方のケーソン実体１の本壁３とで挟まれた空間を第二区画室１１’とし、この第二区画室１１’の底部に上記と同様の手順で底盤強化材（図示省略）で補強された第二底盤２１’を築造する例を示すものである。なお、この場合、第二底盤２１’の築造中は、対向する本壁３、３が上記仕切り壁５としての役割を果たすことになる。その他、両区画室９、１１は、一つの刃口部３ａのみを有する単壁ケーソンを二以上組合わせることによっても形成することができる。
【００３４】
また、上記施工手順は、薄肉の第一底盤１３と厚肉の第二底盤２１とが交互に設置される場合のみならず、底盤厚さが階段状に増していくような連続底盤を築造する場合にも同様に適用することができる。
【００３５】
図１２に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、形状を異にする第一実体１と第二実体１０とで地下空間を形成する例である。
【００３６】
この実施形態においては、先ず第一実体１を所定深さまで沈設する。第一実体１は、本壁３と、本壁３から離隔する方向に順次配設された仕切り壁５および中間刃口部３１とを備えるもので、本壁３と仕切り壁５の間に第一区画室９が形成され、仕切り壁５と中間刃口部３１との間に第二区画室１１が形成されている。本壁３と仕切り壁５は連結部７を介して結合され、さらに中間刃口部３１も図示しない連結部を介して本壁３と結合されている。この第一実体１を所定深さまで沈設した後、上記実施形態と同様の手順で、第一区画室９の第一底盤１３と、底盤強化材２５を内在した第二底盤２１とを築造する。
【００３７】
次に、中間刃口部３１から所定ピッチ離隔させて第二実体１０を沈設する。この第二実体１０は、本壁３’と、本壁３’の内側に配置した仕切り壁５’とを具備するもので、仕切り壁５’の刃口部５ａ’は連結部７を介して本壁３’に結合されている。この場合、本壁３’と仕切り壁５’の間に第一区画室９’が形成され、仕切り壁５’と中間刃口部３１の間に第二区画室１１’が形成される。
【００３８】
第二実体１０の沈設後、上記実施形態と同様に第一区画室９’に第一底盤１３’を築造し、当該室内を排水する。その後、同様の手順で第二底盤２１’の底盤補強を行い、底盤強化材２５’を内在した第二底盤２１’を築造する。この際、大気圧空間を利用して底盤強化材２５’を中間刃口部３１にも連結し、両実体１、１０を一体化する。
【００３９】
これにより第一実体１および第二実体１０が剛体結合され、これらの実体１、１０の内側に地下空間が形成される。第一実体１および第二実体１０を予め一体形成したケーソンとした場合、一つの実体に刃口部が多数存在するため、沈下抵抗が過大となって沈設が困難となるが、このように両実体１、１０を独立構造としてそれぞれ別個に沈設作業を行い、その後大気圧空間を利用して両者を結合する手順をとることにより、広大な地下空間を有する地下構造物を容易に築造することが可能となる。
【００４０】
なお、第二実体１０の沈設時に予めその設置域を掘削しておけば、第二実体１０をクレーン等で吊り降ろして据え付けることができ、第二実体１０をその内側地盤を掘削して沈下させる場合に比べ、施工手順を簡略化することができる。この場合、底盤強化材２５’を設置するための筒体を予め地上で第二実体１０に連結しておくこともでき、これにより施工手順をさらに簡略化することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地中構造物の底盤を薄肉化することができ、かつ高い品質および信頼性を有する底盤を築造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図２】本発明で使用する地中構造物の横断面図である。
【図３】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図４】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図５】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図６】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図７】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図８】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図９】本発明にかかる底盤築造方法の工程を示す縦断面図である。
【図１０】筒体と切欠きの嵌合状態を示す横断面図（ａ）、および縦断面図（ｂ）である。
【図１１】連続した底盤の築造状態を示す縦断面図である。
【図１２】本発明方法の他の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１      ケーソン実体
３      本壁
３ａ    刃口部
５      仕切り壁
５ａ    刃口部
５ｂ    壁体部
７      連結部
９      第一区画室
１１    第二区画室
１３    第一底盤
１５    筒体
１５ａ  内空部
１７    切欠き
１９    蓋体
２１    第二底盤
２３    開口部
２４    補強部材
２５    底盤強化材
【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】
2004250907.tif 000011
【図１０】
2004250907.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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