(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底地盤上に打設する杭構造を側部四隅に備えたケーソンから構成される海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項２】
ケーソンと海底地盤に間隙が存在する場合に細砂又はコンクリートミルク又はモルタルで間隙を充填することを特徴とする請求項１記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項３】
ケーソンの材質が、鋼殻又はコンクリート殻であることを特徴とする請求項１記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項４】
ケーソンと杭構造とが、伸縮自在に接合することを特徴とする請求項１記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項５】
ケーソン内部にさらに浮力調整用タンク構造を有することを特徴とする請求項１記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項６】
ケーソン内部にさらに居住空間構造を有することを特徴とする請求項１記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤。
【請求項７】
予め定められた海底地盤上の２点に特定の間隔を設けて杭構造を打設した後に特定の間隔と同長の幅を有する直方体からなるケーソンを前記幅の側面が前記杭構造間に嵌め込まれるよう位置を定め、次に沈設してケーソン上面を遮蔽板にて覆うことにより作業床として利用しさらに杭構造を打設して海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法。
【請求項８】
杭構造の打設は、同時に複数の杭を打設可能な杭打ち装置で打設することを特徴とする請求項７記載の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
本発明は、海洋空間に建造するハイブリッド方式地盤に係り、特に杭構造とケーソン構造を組合わせた人工地盤とその建造方法に関する。
【従来の技術】
従来、海洋空間に人工地盤を建造する手段として複数の施工法が提案されている。
第１の提案は、杭構造を利用した海洋空間に人工地盤を建造する工法である。すなわち、杭構造工法は、海底に杭を打設し、その杭を基礎として海洋建築物を構成する工法である。予め決定された地点での杭の打設が可能であるため、設計図通り正確な地点に杭を打設することが可能である。また、複数の杭を利用して海洋構造物を製造するが、各杭間の海底面の地質の海底地質の剛性および海底面の平担性は問われない。つまり、杭が打設できるか否かについては杭を打設する点のみの問題であり、各杭間の多少の平坦性や海底地質の剛性が損なわれていても海洋建築物の建築は可能である。
また、第２の提案は、ケーソン構造を利用した海洋空間に人工地盤を建設する工法である。ケーソン構造は、予め陸上でコンクリート並びに鉄鋼で建設された大きさ１５ｍ×１５ｍ程度の箱状構造物である。ケーソン構造の内部は空洞であり、陸上で上面以外に壁を設けた後に海上に浮遊した状態で輸送、目的地点まで、そのまま浮遊状態で移動され、設置点でその内部に海水等を入水させ、その入水重量でケーソン構造の上昇運動と下降運動を制御しながら、海底面へ沈設する。
さらに、第３の提案としては、埋め立て工法が存在する。すなわち、大量の土砂を海底に積層しながら海水と土砂を置換える単純な従来の手法である。
そして、第４の提案が、フロート工法である。海上に大型の浮遊物を敷き詰める工法であり、浮遊物が陸上で自由な形状に製造できしかも敷設が簡単であるという利点が存在する。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の工法においても幾つかの課題が生じていた。
第１の杭構造工法では、通常、杭を堅い岩盤に到達して水平方向の応力に対向できる軸耐力の生ずる深さまで打設する必要があった。このため、杭の打設時間が増加していた。しかも、海上での作業は、海象条件が悪化すると作業ができないため、ますます建造時間を延長させる要因となっていた。
また、水平方向の応力に対応する為には、杭の直径を増加させる必要があるが、この点も打設時間を延ばす要因となる。
一方、第２のケーソン構造工法は、ケーソン底面の平担性が必要である。すなわち、通常は直方体からなるケーソン構造を設置するため海底が平坦でない場合にケーソン構造が傾斜することがある。さらに、ケーソン構造が巨大であると共に、基軸の存在しない海中でケーソン構造の位置制御を行い精度を高く設置位置を指定することは困難であった。
さらに、第３の埋め立て工法は、大量の土砂を必要とすると共に工期が、他の工法と比較して著しく長く、コストが高くなる問題点を有している。しかも、埋め立て後に地盤が沈下する現象や地盤の液状化現象が解決しているわけではない。
そして、第４の工法であるフロートは、波の高さが４０ｃｍ以下でなければ使用できず、通常使用するためには、使用海域を常時静水面として確保する為にフロート周囲に防波堤を設置する必要があり、却ってコストが防波堤設置に加えられていた。
そこで、本発明の目的は、設置する際の位置の制御精度が高く工期が短く竣工後広範囲の所要水平・垂直力に対応できるコストのかからない人工地盤とその建造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明の海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤は、海底地盤上に打設する杭構造を側部四隅に備えたケーソンから構成される。
ケーソンと海底地盤に間隙が存在する場合に細砂又はコンクリートミルク又はモルタルで間隙を充填することで、平坦でない海底上でも設置が可能となる。
さらに、ケーソンの材質が、鋼殻又はコンクリート殻であることにより、コストや海象条件に適合した人口地盤を提供することができる。
また、ケーソンと杭構造とが、接合点・接合面に於いて伸縮自在に接合することにより、竣工後の人工地盤の海面高を自由自在に調整できる。
ケーソン内部には、さらに液体保存タンク構造を有することにより、人工地盤上の空間と人口地盤内部の空間を有効に活用可能となる。
ケーソン内部にさらに居住空間構造を有することで、海上により安価な居住空間を建造することが可能となる。
本願発明に係るハイブリッド方式人工地盤の建造にあたり、予め定められた海底地盤上の２点に特定の間隔を設けて杭構造を打設した後に特定の間隔と同長の幅を有する直方体からなるケーソンを前記幅の側面が前記杭構造間に嵌挿するよう沈設して反対側の側面が嵌挿されるようさらに杭構造を打設して海洋空間に建造する。
杭構造の打設は、同時に複数の杭を打設可能な杭打ち装置で打設することにより固定された作業台を中心に四辺形平面作業台の場合は四方向に短時間で杭の打設が可能になる。
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付の図１〜図７により説明する。
図１に本願発明に係る海洋空間に建設するハイブリッド方式人工地盤の構造を概略的に説明する。図１（Ａ）が概略平面図を示し、図１（Ｂ）がＡ−Ａ断面図を示す。
図１（Ａ）において、参照符号２はケーソンを示し、その形状は正方形の４隅の角を各辺に対して４５度の角度で切り落とした８角形である。正方形の４辺にあたる辺で隣り合うケーソン２と接合する。切り落とした４隅にできる各小正方形空間の中心に杭４が配置され、杭４は伸縮自在な結合部６を介してケーソン２と結合される。各ケーソン２は、隣接するケーソンと各辺で接すると共に杭４を介して隣接するケーソン２、並びに対角上に存在するケーソン２と結合される。ケーソン２は、骨格に複数のＨ鋼が使用され、側板に鋼板等を用いる鋼殻ケーソンから構成される。しかし、鋼殻ケーソンに限定されるものではなく骨格を鉄筋で構成する鉄筋コンクリート殻であっても良い。いずれにしろケーソン２は内部中空な箱型に形成され、上面が開口する。ケーソン２の大きさは、例えば、水深１０メートルの海洋の場合であれば、奥行き１５メートル、幅１５メートル、高さ２０メートルである。また、杭４についても鋼材またはコンクリート材のいずれであってもよい。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の人工地盤をＡ−Ａ線で切断した断面図を示す。ケーソン２は、海底８上に沈設される。ここで、１０が海面を示す。ケーソン２は、杭４と複数の結合部６で結合される。杭４は、海底８に１〜２メートルの深さまで打設される。
すなわち、水平方向の応力については、杭４のみで水平応力を支持する場合と比較して、ケーソンと杭で支持する本発明の構成ではケーソン２と海底８との摩擦力と水平応力が相殺される。このため、杭４には大きな水平応力は生じない。一方垂直方向にはケーソン底面で垂直力を分散させる為に杭４は軸耐力を必要とせず、杭打ち工法の場合に必要とされた杭側面と杭先端部で分担していた軸耐力を生ずるために必要であった海底深く支持層まで杭を打設する必要がない。
一方垂直方向において、既述のように杭４とケーソン２とが一体化しておりケーソン２の浮力が、杭４に作用する垂直方向の摩擦力および逆摩擦力を相殺する。このため、杭４とケーソン２から構成される人口地盤の垂直方向の耐力および水平方向の耐力を制御することとなる。すなわち、ケーソン２に注入する海水量でケーソン２の浮力を制御し、人工地盤全体のケーソン２の注入する海水量を制御することで人工地盤全体の浮力が制御可能である。
続いて、図２〜図６を用いてハイブリッド方式人工地盤の建造方法について具体的に説明する。
図２から図６において（Ａ）が側面図を（Ｂ）が平面図を示す。図２（Ａ）に示すように、沿岸域の水深１０メートルの海面上１０メートルに、幅５０メートル奥行き５０メートルの固定作業台１２を設置して、図３（Ａ）に示すように固定作業台１２端部に片持ち梁１６を設け、その梁長は１５メートルであり、その先端に杭打ち機１８を備えており直立杭柱４を打設する。ここで、杭打ち機１８は振動ハンマーと重錘ハンマーの何れであってもよい。
図４に示すように、予めドライドッグ等で製造されたケーソン２が曳航船２０に牽引されて３本の既設杭打ち点に運搬・嵌め込まれ正確な沈設が可能となる。
図５に示す通り運搬されたケーソン２は杭間にその３隅を接した状態で海底面まで沈設される。ケーソンが箱型、底板付きである場合は、ケーソン内部に注水して沈設させる。ここで、杭位置でケーソン沈設位置決めを行うため従来工法でのケーソン単体の位置決めと比較して容易であり、沈設を短時間で行える。
さらに、図６に示すように沈下安定したケーソン２の上部をコンクリート又は鋼板からなる遮蔽板２２で遮蔽し、さらにケーソンの残る１隅側部に杭をそれぞれ打設する。その上で、外洋に面する杭上に図３と同様の片持ち梁１６を設け、備えられた杭打ち機１８で直立杭柱を片持ち梁１６から１５メートル外洋に打設する。続いて図４の工程に再び戻りケーソンを既に打設済みの３本の杭間にはめ込むよう沈設する。その後、ケーソン上部をコンクリートで遮蔽し、沈設したケーソンの残る１隅側部にさらに杭を打設する。この工程を固定作業台１２と垂直方向並びに水平方向の両方向に渡り繰り返すことで１５メートル毎に杭が打設されて、その間にケーソンが沈設されてより安定した構造を有し人工地盤が任意の大きさで設置される。当初の固定作業台から出発して順次以上の作業を繰返すことによりケーソン自体も順次作業台となるため安定した構造となり、海象条件に左右されることなく建造を推進できるので複雑な海象条件による工程の遅れを解消する。
また、杭打ち機１８を２台以上連装して、正確な位置に打設済の杭を利用してケーソンの嵌め込み、正確な位置でのケーソンの沈設作業終了後、ケーソンの上面は作業床として利用され、片持ち梁の上部を移動する台車を設けることにより杭打ちの能率を向上させることも可能である。杭打ち機１８の構成やその台数を増加させ杭打ち作業とケーソン嵌め込み・沈設作業を組合わせることで工期を短縮することもできる。
さらに、図７に示すように海底が平坦でない場合は、杭を打設してケーソンは、海底面の最も突出している点２４とケーソンの底面が接するまで沈設する。その後、予めケーソン底部に設けた孔部２６より海底面に、細砂又はコンクリートミルクまたは、モルタルを流し込みケーソン底部と海底面間の間隙を充填することにより平担性を保つことが可能である。
【発明の効果】
本発明によれば、杭構造とケーソン構造を一体化した形で施工し、構造的にも一体化した形で機能する為に全体構造物の垂直・水平方向の耐力を自由に加減し得る。
ケーソン上面の作業床への転用および片持ち梁等の杭打ち支援機構の構成を適切にケーソン嵌め込み沈設と組合わせることにより、周辺海象条件の影響を小にして、杭打ち作業可能な水深であれば、杭形状・規模の変化、杭間隔の広範囲な変更にも適宜対応可能である。このため、周辺陸上部と全く無関係に、海面上作業台を中心に杭構造、ケーソン構造、それらの組合せ・ハイブリッド構造からなる人工地盤を短期間で建造できる。また、建造工期を短縮することにより建造コストの低下を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の構造を概略的に説明したもので、（Ａ）が概略平面図を示し、（Ｂ）がＡ−Ａ断面図を示す。
【図２】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であって杭打設後の（Ａ）側面図と（Ｂ）平面図を示す。
【図３】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であって杭打ち装置の（Ａ）側面図と（Ｂ）平面図を示す。
【図４】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であってケーソン運搬時の（Ａ）側面図と（Ｂ）平面図を示す。
【図５】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であってケーソン沈設時の（Ａ）側面図と（Ｂ）平面図を示す。
【図６】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であって更なる杭打設工程の（Ａ）側面図と（Ｂ）平面図を示す。
【図７】本発明に係る海洋空間に建造するハイブリッド方式人工地盤の建造方法であって海底が平坦でない場合の側面図を示す。
【符号の説明】
２  ケーソン
４  杭
６  結合部
８  海底
１０  海面
１２  固定作業台
１４  位置決め装置
１６  片持ち梁
１８  杭打ち機
２０  曳航船
２２  ケーソン上の遮蔽板
２４  海底面最突出点
２６  充填材注入用孔部
【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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