(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の側壁と、前記側壁の下端に形成された底版部と、前記底版部の下方に延設されるスカート部とを備えたケーソン躯体に、サクション荷重を作用させて水底地盤中に沈設する水中基礎の構築工法において、
前記ケーソン躯体の沈設予定個所の水底地盤中に、
下端が支持層に到達する杭基礎を打設した後に、前記杭基礎の上方から前記スカート部の先端が支持層に到達するように、前記ケーソン躯体を沈設して、両者を一体化させて、
供用荷重を前記杭基礎と前記ケーソン躯体とで分担する水中基礎の構築工法であって、
前記杭基礎は、前記ケーソン躯体を前記水底地盤に沈設させる際に、前記スカート部先端に作用させることができるプレロード荷重と、前記ケーソン躯体に上部工を構築した際の供用荷重とに基づいて、両荷重の差分を推定演算し、
この差分を前記杭基礎の荷重支持力として分担させるようにすることを特徴とする水中基礎の構築工法。
【請求項２】
前記ケーソン躯体と前記杭基礎との一体化は、前記底版下の前記スカート部で囲繞された空間内に、前杭基礎の頭部を突出させ、前記空間内に硬化性グラウト材を注入充填して行うことを特徴とする請求項１記載の水中基礎の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中基礎の構築工法に関し、特に、サクション荷重を有効に作用させて水中基礎を構築する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水中に基礎を構築する際に、杭基礎の場合は、押し込み力として打撃や振動などの機械力を利用することができるが、例えば、大型の護岸や海洋構造物のような大水深基礎では、このような機械力により、基礎構造物を沈設することが困難になる。
【０００３】
そこで、このような大水深基礎の構築方法の一つとして、スカート部を有するケーソン躯体を、圧力差（サクション）を利用して、水底地盤中に沈設するサクション基礎工法と呼ばれている構築方法がある。
【０００４】
このようなサクションを利用して沈設するスカート基礎は、ケーソン基礎，鋼管矢板ケーソン基礎などに代わる新しい基礎形式として、その用途の拡大が期待されている。
【０００５】
図４，５には、このようなサクション基礎の構築工法の一例が示されており、同図に示したサクション基礎工法では、ケーソン躯体1は、筒状の側壁部２と、この側壁部２の下端側を閉塞する底版部３と、底版部３の外周縁下方に延設されたスカート部４とを備えている。
【０００６】
スカート部４は、筒状に形成されていて、その壁厚内に揚水通路５が貫通形成され、底版部３を貫通するように揚水管６が設けられている。水中基礎を構築する際には、ケーソン躯体１が水底地盤７に沈設される。
【０００７】
このとき、スカート部４の下端側を水底地盤7中に貫入させて、水の流入を阻止し、この状態で、スカート部4内の水を排水通路５や、底版部３を貫通する揚水管６を介して排除し、これによりスカート部４内の圧力を下げて、スカート部４の内外にサクション荷重を発生させて、このサクション荷重を利用して、ケーソン躯体１を水底地盤中に沈設する。
【０００８】
また、その後、ケーソン躯体１を基礎などに利用するためには、所定の深度まで沈設した後、図５に示すように、底版部３と水底地盤７との間にモルタルなどの硬化性グラウト８を充填し、かつ、揚水管６を介して、スカート部４で囲繞した水底地盤７の水を揚水排除して、サクション荷重を水底地盤７に伝達させることが有効である。
【０００９】
このような水中基礎の構築工法は、比較的施工が容易で、十分に水底地盤７中に根入れされたケーソン躯体１は、滑動，転倒，引き抜きに対する抵抗も著しく増大するという長所がある。
【００１０】
ところが、図４，５に示すように、水底地盤７が、軟弱層７ａと、その下部に支持層７ｂとが存在している場合には、スカート部４の先端は、支持層７ｂに到達するように沈設され、硬化性グラウト８は、軟弱層７ａと底版部３との間に充填させることになる。このようなケーソン躯体１では、軟弱層７ａに荷重が負荷されるので、上部工の完成後にも、軟弱層７ａの圧密化により継続的な沈下が発生する。
そこで、従来は、このような継続的な沈下を防止するために、▲１▼．軟弱層７ａを除去する方法。▲２▼．軟弱層７ａを事前に圧密化させるか、または、地盤改良により安定化させる方法。▲３▼．ケーソン躯体１をサクション貫入させる際に、スカート部４の先端に、供用時よりも大きな荷重を印加して、大きいプレロード荷重を作用させる方法のいずれかの補助工法を採用していた。
【００１１】
しかしながら、このような従来の水中基礎の構築工法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、▲１▼の補助工法では、軟弱層７ａの除去により、多大な掘削除去費用がかかる。また、▲２▼の補助工法では、軟弱層７ａの沈下が、落ち着くまでに、長時間を要し、工期が非常に長くかかる。
【００１３】
さらに、▲３▼の補助工法では、供用時の荷重よりも大きなプレロード荷重に、耐えうる仕様にすると、ケーソン躯体１の構造形状が過大になり、非常に不経済な設計となる。
【００１４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、工期の長期化を回避しつつ、経済的な構築が可能になる水中基礎の構築工法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、筒状の側壁と、前記側壁の下端に形成された底版部と、前記底版部の下方に延設されるスカート部とを備えたケーソン躯体に、サクション荷重を作用させて水底地盤中に沈設する水中基礎の構築工法において、前記ケーソン躯体の沈設予定個所の水底地盤中に、下端が支持層に到達する杭基礎を打設した後に、前記杭基礎の上方から前記スカート部の先端が支持層に到達するように、前記ケーソン躯体を沈設して、両者を一体化させて、供用荷重を前記杭基礎と前記ケーソン躯体とで分担する水中基礎の構築工法であって、前記杭基礎は、前記ケーソン躯体を前記水底地盤に沈設させる際に、前記スカート部先端に作用させることができるプレロード荷重と、前記ケーソン躯体に上部工を構築した際の供用荷重とに基づいて、両荷重の差分を推定演算し、この差分を前記杭基礎の荷重支持力として分担させるようにする。
【００１６】
このように構成した水中基礎の構築工法によれば、ケーソン躯体の沈設予定個所の水底地盤中に、下端が支持層に到達する杭基礎を打設した後に、杭基礎の上方からスカート部の先端が支持層に到達するように、ケーソン躯体を沈設して、両者を一体化させて、供用荷重を杭基礎とケーソン躯体とで分担するので、水底地盤に荷重分担させる必要がなくなり、その結果、供用荷重を加えたときに水底地盤の圧密沈下が発生しない。
【００１７】
供用荷重に伴う水底地盤の圧密沈下が発生しないと、その除去や地盤改良が不要になり、かつ、スカート部を供用荷重よりも大きなプレロードに耐え得る構造形状に設計する必要もなくなる。
【００１９】
前記ケーソン躯体と前記杭基礎との一体化は、前記底版下の前記スカート部で囲繞された空間内に、前杭基礎の頭部を突出させ、前記空間内に硬化性グラウト材を注入充填して行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる水中基礎の構築工法の一実施例を示している。
【００２１】
同図に示した水中基礎は、ケーソン躯体１０と、杭基礎１１とを備えている。ケーソン躯体１０は、円筒ないしは角形形状の側壁部１２と、この側壁部１２の下端側を閉塞する底版部１４と、底版部１４の外周縁下方に延設されたスカート部１６とを備えている。
【００２２】
底版部１４は、所定厚みを備えた盤状に形成されており、周縁が側壁部１２の内面に一体に固設されている。スカート部１６は、側壁部１２の下方側を、そのまま直径を変えることなく下方に延長させた同一断面形状に形成されていて、その壁厚内に揚水通路１８が、周方向に所定の間隔を隔てて複数貫通形成されている。
【００２３】
また、底版部１４には、これを上下方向に貫通するようにして揚水管２０が複数取付けられている。以上のように構成されたケーソン躯体１０は、地上の製作ヤードなどで構築され、基礎の構築現場まで曳航され、水底地盤２６に沈設される。本実施例の水中基礎の構築工法では、このケーソン躯体１０の沈設前に、まず、図１に示すように、杭基礎１１の水底地盤２６中への打設が行われる。
【００２４】
杭基礎１１は、複数本で構成されている。本実施例の杭基礎１１は、水底地盤２６の表層側の軟弱層２６ａを貫通して、その下端が支持層２６ｂに到達するように打設される。
【００２５】
本実施例の場合、複数本の杭基礎１１の荷重支持力は、以下のように設定される。杭基礎１１の荷重支持力の決定では、まず、ケーソン躯体１０を水底地盤２６に沈設させる際に、スカート部１６の先端に作用させることができるプレロード荷重を求める。
【００２６】
このプレロード荷重は、筒状の側壁１２と、側壁１２の下端に形成された底版部１４と、底版部１４の下方に延設されるスカート部１６とを備えたケーソン躯体１０の自重と、このケーソン躯体１０に加え得るバラスト荷重と、ケーソン躯体１０のスカート部１６内の減圧によって発生するサクション荷重との加算値として求められる。
【００２７】
この場合のバラスト荷重は、側壁１２内に注入する水や載置可能な錘などの重量から決定される。なお、ケーソン躯体１０は、上部工を構築した際の供用荷重に、所定の安全率を見込んで必要な支持力を算定し、この支持力から適正な断面形状などが、通常の設計法に従って設計されている。
【００２８】
次に、ケーソン躯体１０に上部工を構築した際の供用荷重と、前述したプレロード荷重との差分を推定演算し、この差分の荷重量が杭基礎１１に要求される荷重支持力とし、この荷重支持力に基づいて杭基礎１１の本数や断面形状，配置間隔などを決定する。
【００２９】
杭基礎１１のこのような決定が終了すると、これに基づいて選択された杭基礎１１が、図１に示すように、水底地盤２６中に打設される。この場合の杭基礎１１は、この後に沈設されるケーソン躯体１０のスカート部１６内に、それぞれが位置するように打設される。
【００３０】
杭基礎１１は、各杭の杭頭が水底地盤２６の表面から上方に若干突出するように打設され、所定数の打設が終了すると、次に、図２に示すように、ケーソン躯体１０の沈設が行われる。
【００３１】
ケーソン躯体１０は、杭基礎１１の上方からこれを覆うようにして沈設される。この沈設に当たっては、スカート部１６の下端側を水底地盤２６中に貫入させて、水の流入を阻止し、この状態で、スカート部１６内の水を、揚水通路１８や、揚水管２０を介して排除することで、スカート部１６内の圧力を下げて、スカート部１６の内外にサクション荷重を発生させて、ケーソン躯体１０を水底地盤２６中に沈設する。
【００３２】
そして、スカート部１６が水底地盤２６中に徐々に貫入して、ケーソン躯体１０の沈設が進行し、図３に示すように、底版部１４が水底地盤２６の上面に近接し、スカート部１６の下端が支持層２６ｂの、所定の深度まで貫入すると、ケーソン躯体１０の沈設を終了する。
【００３３】
この沈設完了状態では、底版部１４の下面側に、水底地盤２６の表面と、スカート部１６とで隔成された空間２８が形成され、杭基礎１１の杭頭は、この空間２８内に突出している。
【００３４】
次いで、この状態で、空間２８内に、硬化性グラウト材３０の充填注入が行われ、このグラウト材３０硬化が終了すると、ケーソン躯体１０と杭基礎１１とが一体化されて、水中基礎の構築が完了する。
【００３５】
さて、以上のようにして行う水中基礎の構築工法によれば、ケーソン躯体１０の沈設予定個所の水底地盤２６中に、下端が支持層２６ｂに到達する杭基礎１１を打設した後に、杭基礎１１の上方にケーソン躯体１０を沈設して、両者を一体化させて、供用荷重を杭基礎１１とケーソン躯体１０とで分担するので、水底地盤２６に荷重分担させる必要がなくなり、その結果、供用荷重を加えたときに水底地盤の圧密沈下が発生しない。
【００３６】
供用荷重に伴う水底地盤２６の圧密沈下が発生しないと、軟弱層２６ａの除去や地盤改良が不要になり、かつ、スカート部１６を、供用荷重よりも大きなプレロードに耐え得る構造形状に設計する必要もなくなり、工期の長期化を回避しつつ、経済的な構築が可能になる。
【００３７】
つまり、本実施例では、通常の設計条件でケーソン躯体１０を設計した際に、ケーソン躯体１０に作用させることができるプレロード荷重で不足する荷重を、予め打設する杭基礎１１で分担させるようにしている。
【００３８】
このような構築工法によれば、軟弱層２６ａの強度，層厚にかかわらず、ケーソン躯体１０を合理的で経済的なものにすることができ、しかも、沈下特性も改善できる。
【００３９】
なお、上記実施例では、円筒状のケーソン躯体１０に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の実施は、この形状のケーソン躯体１０に限られることはなく、例えば、スカート部１６内が隔壁により仕切られた形状のケーソン躯体など、他の形状のケーソン躯体１０に適用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる水中基礎の構築工法によれば、工期の長期化を回避しつつ、経済的な構築が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる水中基礎の構築工法の一実施例を示す初期工程の断面説明図である。
【図２】図１の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図３】図２の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図４】従来の水中基礎の構築工法の一例を示す初期工程の断面説明図である。
【図５】図４の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【符号の説明】
１０                  ケーソン躯体
１１                  杭基礎
１２                  側壁部
１４                  底版部
１６                  スカート部
１８                  揚水通路
２０                  揚水管
２６                  水底地盤
２６ａ                軟弱層
２６ｂ                支持層
３０                  グラウト材
【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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