(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭を挿通可能な複数の貫通孔が設けられたデッキと、前記デッキを縦通する複数の脚と、前記デッキに設けられた昇降装置と、前記デッキ上に載置され前記貫通孔よりも小径の複数のガイド孔が設けられた導枠とにより構成され、水底に移設可能に設置される自己昇降式作業台を有し、前記導枠と前記デッキとが、前記ガイド孔と前記貫通孔とを整合させた状態で、水平移動手段を介して連結されていることを特徴とする自己昇降式作業台を用いた水上杭打ち装置。
【請求項２】
杭配置全体をカバーする開口部が設けられたデッキと、前記デッキを縦通する複数の脚と、前記デッキに設けられた昇降装置と、前記開口部端のデッキ上に載置され複数のガイド孔が設けられた導枠とにより構成され、水底に移設可能に設置される自己昇降式作業台を有し、前記導枠と前記デッキとが水平移動手段を介して連結されていることを特徴とする自己昇降式作業台を用いた水上杭打ち装置。
【請求項３】
前記導枠のガイド孔に、上端が拡径してラッパ状に形成されたガイド円筒が、杭の打ち込み方向に向けて挿入配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自己昇降式作業台を用いた水上杭打ち装置。
【請求項４】
前記水平移動手段は、前記デッキに対して前後・左右方向にそれぞれ複数設けたジャッキであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自己昇降式作業台を用いた水上杭打ち装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物等を支持する杭を水底地盤に打込む杭打ち装置について、特にプレファブ製作されたジャケット等の構造物を、先行して打設された複数の水底杭に結合する水中構造物において、所定間隔に配置される複数の杭を能率よく、且つ正確に位置決めして打ち込む水上杭打ち装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水底地盤に杭を打ち込む場合には、陸上と違って杭打ち位置の正確な位置決め（芯だし）、および鉛直度、傾斜等の姿勢管理が難しい。特に、図１０に示すようなプレファブ製作されたジャケット１３を先行して打設された複数の水底杭１２に結合する水中構造物では、正確に杭１２を打設しないとジャケット１３の結合ができなくなるため、一段と杭の打ち込み精度が要求される。
【０００３】
このような先行杭打ち施工法としては、従来から、杭打ち場所にあらかじめＨ杭や鋼管杭等の仮設杭を打ち込みガイド部材を組み立てた仮設の導枠を設置して施工する場合が多い［従来例１］。
【０００４】
また、出願人は特願平６−３５２７３に、あらかじめ所定配置で打設した複数の杭１２に陸上で製作したジャケットを吊下ろして挿入してグラウト結合する水中骨組み構造において、複数の杭１２を所定配置に打設するために図１１に示すようなＨ型鋼を縦・横に組合わせて構成したガイド枠からなるテンプレート１４を水底に設置し、ガイド枠内に杭１２を挿入して打ち込む施工法を開示している［従来例２］。
【０００５】
その他にも、自己昇降式作業台船（以下、ＳＥＰともいう）を用いて杭打ち施工することも行われている［従来例３］。この施工法ではＳＥＰのデッキから張り出したパイルキーパー等のガイド部材を用いて一本ずつ杭を打ち込むものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例１の仮設導枠を用いた杭打ち施工法では、水面上にて現場でガイド部材を組み立てるため、杭の位置決め・打設精度を比較的容易に確保できる。しかし、杭打ち施工にあたって仮設杭の打ち込みやガイド部材の組み立て、解体、移設が必要となり能率が悪いため工期が長くなり、また工事費が高くなる点で改善の余地があった。
【０００７】
また、前記従来例２のテンプレート１４を水底に設置した場合では、仮設杭が不要となり複数の杭を能率よく打ち込むことができ、１個のテンプレートにおける杭間隔は所定の精度が得られる。しかし、テンプレートを水底に設置するためテンプレート自身の正確な位置決めが難しい点で改善の余地があった。
【０００８】
さらに、前記従来例３のＳＥＰを用いた場合では、複数の杭を打ち込む場合にガイド部材を取り付け直したり、またその都度ＳＥＰを移動して行うため能率が悪いという点で改善の余地があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の課題を解消して、複数の杭を水底に打ち込むにあたり打ち込み杭を正確に、且つ容易に位置決め可能で、しかも能率的な水上杭打ち装置を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、基準となる固定座標が得難い水上（洋上）においても位置決めが確実にでき、しかも施工中に波浪等の影響を受けにくく安定して施工できるＳＥＰを杭打ち作業台として用いた。すなわち、ＳＥＰはデッキが水面上に位置するため光学測量やＤＰＳ（ダイナミックポジショニングシステム）によって容易に位置決めして設置できる。また、ＳＥＰは水底に脚で支持したデッキを水面より上方に位置させて作業することができるため、施工中に波浪や潮流等の外力による動揺が少なく位置ずれがない。以下、それぞれの請求項における構成と特徴・作用等について説明する。
【００１１】
本願請求項１に係る発明は、杭を挿通可能な複数の貫通孔が設けられたデッキと、前記デッキを縦通する複数の脚と、前記デッキに設けられた昇降装置と、前記デッキ上に載置され前記貫通孔よりも小径の複数のガイド孔が設けられた導枠とにより構成され、水底に移設可能に設置される自己昇降式作業台を有し、前記導枠と前記デッキとが、前記ガイド孔と前記貫通孔とを整合させた状態で、水平移動手段を介して連結されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明は、同一配置の多数の杭を能率よく打ち込む場合に有利なものである。すなわち、水上において位置決め・安定施工に優れたＳＥＰのデッキに、あらかじめ定められた所定の杭配置用の貫通孔を設けておくことによりＳＥＰを位置決めした後、それぞれの貫通孔に杭を挿入する際、建て込み時の方向（鉛直または傾斜）のみ管理すれば自動的に所定位置に杭を打ち込むことができる。そして、ＳＥＰを移設し、位置決めした後同様な作業を繰り返して多数の杭を能率よく打ち込むことができる。
【００１３】
また、この発明は、プレファブ製作されたジャケット等の構造物を、先行して打ち込んだ複数の杭頭部に挿入結合する水中構造物における杭打ちに適用すると有利な発明である。先行杭の配置にズレがある場合にはジャケットの結合ができなくなるため、先行杭の設置精度は極めて重要な問題であり、数ｃｍの精度が要求される。しかし、通常のＳＥＰ設置作業ではこの要求精度を満たさないため、設置精度を確保するべく多大な手間と時間を必要としていたものである。
【００１４】
更に、本発明では、ＳＥＰを通常の設置作業でラフに位置決め設置した後、ＳＥＰのデッキ上で所定位置にガイド孔を複数配置した杭打ち用の導枠を水平移動して微調整し、正確な位置に杭打ち用のガイド孔を合致させるようにしたものである。デッキに設けた貫通孔は上方に位置する導枠のガイド孔の移動範囲をカバーするように大きな孔径とし、ガイド孔は杭の外径よりわずかに大きくして杭の位置決めを果たす。
【００１５】
本願請求項２に係る発明は、杭配置全体をカバーする開口部が設けられたデッキと、前記デッキを縦通する複数の脚と、前記デッキに設けられた昇降装置と、前記開口部端のデッキ上に載置され複数のガイド孔が設けられた導枠とにより構成され、水底に移設可能に設置される自己昇降式作業台を有し、前記導枠と前記デッキとが水平移動手段を介して連結されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明は、ＳＥＰのデッキに杭配置全体をカバーする範囲を開口部とし、この開口部の上方に所定位置にガイド孔を複数配置した杭打ち用の導枠を水平移動して微調整し、正確な位置に杭打ちガイド孔を合致させるようにしたものである。この発明では、杭の配置が変わる場合に、異なった配置のガイド孔を設けた導枠に置き換えるのみで容易に対応できる。
【００１７】
本願請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記導枠のガイド孔に、上端が拡径してラッパ状に形成されたガイド円筒が、杭の打ち込み方向に向けて挿入配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明で、ガイド円筒の上端をラッパ状にしたのは杭の挿入をスムーズに行うためである。また、ガイド円筒はその長さで杭の打ち込み方向を規制する作用を発揮する。すなわち、前記請求項１又は２の発明においては、杭の建て込み時に方向を管理して貫通孔に挿入する必要があるが、この発明では所定長さのガイド円筒としておくことで、杭をガイド円筒内に挿入するのみで自動的に方向と位置が定まる。
【００２１】
本願請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の発明における前記水平移動手段が、前記デッキに対して前後・左右方向にそれぞれ複数設けたジャッキであることを特徴とする。これにより、導枠を前後・左右方向および回転して微調整可能とし、杭のガイド孔またはガイド円筒を所定位置に正確に位置決めすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の請求項１の発明にあたる実施形態１の断面図と平面図である。
【００２３】
この実施形態１に係る杭打ち装置は、水底１の上に設置されたデッキ３と、デッキ３を縦通する複数の脚４と、デッキ３に設けられた脚４用の昇降装置５とからなる自己昇降式作業台（ＳＥＰ）２において、デッキ３の所定位置に杭１２を挿通可能な複数の貫通孔６を設けたものである。このＳＥＰ２は通常、脚４を昇降装置５で上方に揚げた状態でデッキ３を水面に浮上させて曳航し、所定の作業場所にて脚４を水底１下まで降ろし、デッキ３を昇降装置４で水面上まで上昇して脚４を把持して支持する。また、ＳＥＰ２には、台船に搭載して移動したり、大規模なものは推進装置を備えて自航するものもある。
【００２４】
ＳＥＰ２のデッキ３に設ける貫通孔６は杭１２を挿入するもので、あらかじめ決められた所定配置に複数設けられている。この貫通孔６は杭１２を建て込む際、杭１２のガイドとして機能させるため杭１２の外径よりわずかに（数ｃｍ）大きい内径に設定されている。また、貫通孔６の上端は杭１２を容易に挿入できるように下端側から上端側に向けて拡径するようなラッパ状に形成するのが好ましい。さらに、浮上曳航するＳＥＰ２では貫通孔６からデッキ３内に水が入らないように貫通孔６の内周面とデッキ３の上下面とは密閉構造にする必要がある。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ）は本発明の請求項２の発明にあたる実施形態２の断面図と平面図である。なお、以下の実施形態において実施形態１と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
この実施形態２は、前記実施形態１の杭１２を挿入する貫通孔６に、一端が拡径してラッパ状に形成された所定長さのガイド円筒７を、前記ガイド円筒７の縮径側を杭１２の打ち込み方向（下側）に向けて挿入配置したものである。この実施形態２では、上側に拡径してラッパ状となっているガイド円筒７は、建て込み時に杭１２を挿入するのみで、杭１２を所定配置に位置決めし、且つ打ち込み方向にガイドすることができる。
【００２７】
ここで、ガイド円筒７には鋼管を用い、デッキ３を開口して溶接固定して設ける方が好ましい。また、ガイド円筒７の長さＬは、杭１２を挿入した際に杭の方向（鉛直または傾斜）を規制できる所定長さにする必要がある。ガイド円筒７内の挿入杭１２の方向精度は、ガイド円筒７と挿入杭１２の遊び（間隙）とガイド長さで定まる。このためガイド円筒７の長さＬはできるだけ長くした方が杭１２の方向を精度よく規制できるが、杭打ち装置が大掛かりとなってしまう。一方、長さが短かすぎるとガイド円筒７内の挿入杭の遊び（間隙）との比が大きくなり方向精度が十分得られない。例えば、ガイド円筒７内の挿入杭１２の遊び（間隙）を±２ｃｍとした場合、ガイド円筒長さＬを５ｍとすれば±４／１０００の精度が得られる。
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の請求項３の発明にあたる実施形態３の断面図と平面図である。この実施形態３では、貫通孔６よりも小径のガイド孔８を所定位置に複数配置した導枠９が、貫通孔６とガイド孔８とを略一致させた状態でデッキ３上に載置され、導枠９とデッキ３とが水平移動手段１０を介して連結されており、杭打時にガイド孔８の微調整を可能としたものである。すなわち、実施形態３では、ＳＥＰ２を通常の設置作業でラフに位置決め設置した後、ＳＥＰ２のデッキ３上で所定位置にガイド孔８を複数配置した杭打ち用の導枠９を水平移動して微調整し、正確な位置にガイド孔８を合致させることで高精度の杭の打設を実現する。
【００２９】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、実施形態３の導枠９は、形鋼フレーム９ａの上面にデッキプレート９ｂを張って構成した四角形の鋼製床版であり、導枠９を上下に貫通するようにガイド孔８が複数開孔されている。ガイド孔８の開孔位置は、デッキ３の貫通孔６に対応するように決定される。ガイド孔８は前記実施形態１と同様に杭１２の外径よりわずかに（数ｃｍ）大きく設定する。なお、ガイド孔８の上端は、図６（ｃ）に示すように下端側から上端側に向けて拡径するラッパ状７ａに形成するのが好ましい。
【００３０】
導枠９はデッキ３に設けた段差部３ａの上面に上載され、移動手段（ジャッキ）１０を挟んでデッキ３と連結されている。図８は導枠９とデッキ３間のジャッキ（水平移動手段）１０の取付け部を示した図である。
【００３１】
導枠９とデッキ３との水平移動手段１０は、導枠９を前後・左右に移動できるように、少なくとも導枠９の縦、横の各１辺に設ければよいが、図３（ｂ）に示すように導枠９のコーナー部に計８個のジャッキを設けると導枠９を前後・左右方向に移動調整できると共に回転方向にも調整でき、且つ両側のジャッキで拘束できるため、調整後の導枠９をより強固に保持できる。
【００３２】
図７（ａ）は前記８個のジャッキを用いて導枠９を調整して複数（８個）のガイド孔８を所定位置に調整した状況を、（ｂ）はあるガイド孔８の調整前と調整後（所定位置）の位置関係を示したものである。ガイド孔８の実線はＳＥＰ設置時、点線は調整後のガイド孔８の所定位置を示す。
【００３３】
例えば、ＳＥＰ２設置時のガイド孔８が実線で示すように所定位置からａは左上に、対角のｂは左にずれていた場合、ジャッキＡ〜Ｈで導枠９を反時計回りに回転しながら前後方向（下方向ΔＹ）左右方向（右方向ΔＸ）に移動して調整し、ａとｂのガイド孔８を所定位置に調整する。
【００３４】
各ガイド孔８は導枠９に対してあらかじめ所定位置に設けられているため導枠９を調整してガイド孔８の２個を所定位置に合致させれば全てのガイド孔８は所定位置になる。
【００３５】
なお、水平移動手段１０として押引きジャッキを用いれば前後・左右方向にそれぞれ２個ずつ計４個（Ａ〜Ｄ、またはＥ〜Ｈ）としてもよい。
【００３６】
導枠９のガイド孔８の下方に位置するデッキ３に設けた貫通孔６は、上方に位置する導枠９のガイド孔８の移動範囲をカバーするように大きな孔径とする。例えば、ガイド孔８の径が８５０ｍｍ、移動（調整）範囲を前後左右にそれぞれ±２００ｍｍとした場合、貫通孔６の径は１２５０ｍｍ以上とすればよい。
【００３７】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の請求項４の発明にあたる実施形態４の断面図と平面図である。実施形態４は、ＳＥＰ２のデッキ３に杭配置全体をカバーする開口部１１が設けられ、開口部１１に複数のガイド孔８を所定位置に配置した導枠９が載置され、導枠９とデッキ３が水平移動手段１０を介して連結された水上杭打ち装置である。実施形態４では、杭１２の配置が変わる場合に、異なった配置のガイド孔８を設けた導枠９に置き換えるのみで容易に対応できる。
【００３８】
実施形態４が前記実施形態３と異なる点は、ＳＥＰ２のデッキ開口部１１を杭配置全体をカバーする範囲全体としたことである。デッキ３は上方の導枠９の端部を載置支持する段差部３ａの内側を全面開口し、段差部３ａに水平移動手段（ジャッキ）１０を設けて導枠９を連結支持している。導枠９は端部で支持されるため実施形態３より高い剛性構造にする必要がある。特にデッキ３上にくい打ち機やクレーンを搭載する場合は鉄骨トラス床版の上面にデッキプレートを張った構造にするのが好ましい。ガイド孔８、水平移動手段１０の連結等は前記実施形態３と同様であるため説明を省略する。
【００３９】
図５（ａ）は本発明の請求項５の発明にあたる実施形態５の断面図である。実施形態５は、前記実施形態４におけるガイド孔８に、前記実施形態２のガイド円筒７を、ガイド円筒７の縮径側を打ち込み方向（下側）に向けて挿入配置したものである。
【００４０】
ここで、図５（ｂ）はガイド円筒７を斜杭用に設けたものである。この実施形態５ではＳＥＰ２のデッキ３の開口部１１が導枠９の下方ほぼ全面とされているため斜め方向にガイド円筒７を配置しやすく、斜杭の打ち込みに適用できる。
【００４１】
本発明は以上のように構成され、以下、本発明の水上杭打ち装置を用いた施工手順を説明する。図９は本発明の水上くい打ち装置を用いて杭打ち施工している状況を実施形態３の杭打ち装置を例にとって示したものである。
【００４２】
まず、ＳＥＰ２をくい打ち場所に移動後、ＤＰＳ等によって位置決めして昇降装置５によってデッキ３を水面上に上昇させて設置する。そして、杭１２の位置を測量して所定位置とのずれ量を導枠９を移動して調整する。
【００４３】
次にデッキ３上に搭載したクレーンまたは横付けのクレーン船で杭１２を吊り込みガイド孔８に挿入して建て込み、油圧ハンマー、水中ハンマー等の杭打ち機で水底地盤に打ち込む。打ち込んだ杭１２はヤットコ杭を用いたり、水中切断等によって所定高さに杭頭を揃える。
【００４４】
全てのガイド孔８を通して杭１２を打ち込んだ後、ＳＥＰ２の脚４を水底１から上昇して次ぎの杭打ち場所に移動後、同様の作業を繰り返す。
【００４５】
なお、本発明の水上くい打ち装置は、プレファブ製作されたジャケット等の構造物を先行して打設された複数の水底杭に結合する水中構造物における杭打ちに適用すると有利なものであるが、もちろん通常の水上くい打ちにも適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、水上において位置決め・安定施工に優れたＳＥＰのデッキに、あらかじめ定められた所定の杭配置杭の貫通孔を設けておくことによりＳＥＰを位置決めした後、それぞれの貫通孔に杭を挿入する際、建て込み時の方向のみ管理して自動的に所定位置に杭を位置決めして打ち込むことができ、多数の杭を正確に、且つ能率よく打ち込むことができる。また、貫通孔に所定長さのガイド円筒を杭打ち方向に向けて設けたものは杭をガイド円筒内に挿入するのみで自動的に方向と位置が定めることができる。
【００４７】
請求項３から請求項６の発明では、複数のガイド孔を所定位置に配置した導枠をデッキ上に載置し、前記導枠とデッキが水平移動手段を介して連結され、杭打時にガイド孔の微調整を可能としたことにより、ＳＥＰを通常の設置作業でラフに位置決め設置した後、ＳＥＰのデッキ上で導枠を水平移動して微調整して、複数のガイド孔（ガイド円筒）を容易に所定位置に調整して正確に、且つ能率よく杭打ち施工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の断面図と平面図である。
【図２】本発明の実施形態２の断面図と平面図である。
【図３】本発明の実施形態３の断面図と平面図である。
【図４】本発明の実施形態４の断面図と平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態５の断面図であり、（ｂ）は実施形態５において斜杭を打ち込む場合の断面図である。
【図６】（ａ）は導枠の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。（ｃ）はガイド孔またはガイド円筒の上端形状の例を示した図である。
【図７】（ａ）は導枠の水平移動手段の配置とガイド孔の調整状況を示した図であり、（ｂ）はガイド孔の調整前と調整後（所定位置）の位置関係を示した図である。
【図８】導枠の水平移動手段（ジャッキ）の取付け部を示した図である。
【図９】本発明の水上杭打ち装置を用いた杭打ち施工状況図である。
【図１０】ジャケットと先行打設杭を水中結合する水中骨組構造物の施工状況を示した図である。
【図１１】従来例の杭打ち導枠（テンプレート）を示した図である。
【符号の説明】
１    水底
２    自己昇降式作業台（ＳＥＰ）
３    デッキ
３ａ  段差部
４    脚
５    昇降装置
６    貫通孔
７    ガイド円筒
７ａ  ラッパ状上端
８    ガイド孔
９    導枠
９ａ  形鋼フレーム
９ｂ  デッキプレート
１０  水平移動手段（ジャッキ）
１１  開口部
１２  杭
１３  ジャケット
１４  テンプレート（ガイド枠）
【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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【図１０】
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【図１１】
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