(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側に作業室を有する作業室スラブと、該作業室スラブの上側に設けられたケーソン躯体とを有するニューマチックケーソンにおいて、
前記作業室スラブと前記ケーソン躯体とはアンカー接続され、前記ケーソン躯体は、複数の鋼製の筒状体が連続的に環状に配設されて該複数の筒状体同士の間を一対の連結片からなる連結具で連結された環状体を有し、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられ、前記筒状体の内部空間に、あるいは前記内部空間および前記外壁板と前記筒状体との空間に、充填材が充填されていることを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項２】
前記環状体の内周には、前記筒状体同士の間を覆う内壁板が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のニューマチックケーソン。
【請求項３】
前記内壁板と前記筒状体との空間に、充填材が充填されていることを特徴とする請求項２に記載のニューマチックケーソン。
【請求項４】
前記筒状体は、単体又は複数の筒状部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のニューマチックケーソン。
【請求項５】
ニューマチックケーソン工法でケーソンを構築する方法において、
複数の筒状体が連続的に環状に配設され、該複数の筒状体同士の間を一対の連結片からなる連結具で連結された環状体が形成され、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられているケーソン躯体を作業室スラブの上側に構築するケーソン躯体構築行程と、沈下掘削工法により前記ケーソン躯体の上端を地表面近くまで沈下させる沈下掘削行程と、前記複数の筒状体の上端と上段用の複数の筒状体の下端とを接続し、該隣接する上段用の筒状体同士の間を外壁板で囲んで止水するケーソン躯体接続行程とを有し、前記沈下掘削行程と前記ケーソン躯体接続行程とを繰り返すことを特徴とするケーソン構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地下構造物として使用する立坑や橋梁基礎等に用いられるニューマチックケーソン工法によるケーソン及びケーソン構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のニューマチックケーソンには、例えば図１１に示されたものがある。すなわち、図１１においてニューマチックケーソン１は、作業室スラブ３の上側にケーソン躯体２が設けられ、その作業室スラブ３の下側には、刃口３ａと地山Ｇで囲まれた作業室４が設けられている。そして、そのケーソン躯体２の内側には、作業室４上方に作業員が昇降するマンシャフト５が立設され、このマンシャフト５の上部には作業員が出入りするマンロック６が設けられている。さらに、マンシャフト５とは別にマテリアルシャフト７が立設され、このマテリアルシャフト７の上部にはマテリアルロック８が設けられている。このマテリアルシャフト７から作業室４において地山Ｇを掘削した掘削土をバケット７ａにより搬出したり、資機材の搬出入を行う。
【０００３】
ケーソン躯体２は、一般的に鉄筋コンクリートのロット２ａを積み立てて形成されており、１ロット当たりの長さは約４ｍである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のニューマチックケーソン構築法にあっては、ケーソン躯体２を構築するために以下の行程で作業を行う必要があった。
【０００５】
（１）足場の組立、（２）鉄筋組立、（３）型枠組立、（４）コンクリート打設、（５）養生、（６）レイタンス処理、（７）型枠解体、（８）足場の変更上記の作業は高所作業となり、約４ｍ以上まで鉄筋や型枠を組み立てる必要があり、鉄筋の組立や型枠の組立解体作業に時間がかかっていた。また、ケーソン躯体２の各ロット２ａの構築が完了するまで各ロット２ａの沈下掘削を行うことができずに待ち時間が発生するため、機械設備が遊休し電力が無駄になると共に機械設備損料の無駄が発生していた。
【０００６】
また、地山Ｇが軟弱地盤である場合には、鉄筋コンクリートでできたケーソン躯体２の自重で自然沈下して作業室４がつぶれてしまう場合があるため、軟弱地盤を良質土に置き換えたりする作業や地盤改良作業が必要となり、作業時間とコストがかかるという問題点があった。
【０００７】
そこで、この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、現地での高所作業や組み立て解体作業を減少させ、沈下掘削作業を行うまでに多くの待ち時間を必要とせず、また軟弱地盤の置き換えや地盤改良が必要でないニューマチックケーソンとケーソン構築方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、下側に作業室を有する作業室スラブと、該作業室スラブの上側に設けられたケーソン躯体とを有するニューマチックケーソンにおいて、前記作業室スラブと前記ケーソン躯体とはアンカー接続され、前記ケーソン躯体は、複数の鋼製の筒状体が連続的に環状に配設されて該複数の筒状体同士の間を一対の連結片からなる連結具で連結された環状体を有し、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられ、前記筒状体の内部空間に、あるいは前記内部空間および前記外壁板と前記筒状体との空間に、充填材が充填されているニューマチックケーソンとしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記環状体の内周には、前記筒状体同士の間を覆う内壁板が取り付けられていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加えて、前記内壁板と前記筒状体との空間に、充填材が充填されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加えて、前記筒状体は、単体又は複数の筒状部材であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、ニューマチックケーソン工法でケーソンを構築する方法において、複数の筒状体が連続的に環状に配設され、該複数の筒状体同士の間を一対の連結片からなる連結具で連結された環状体が形成され、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられているケーソン躯体を作業室スラブの上側に構築するケーソン躯体構築行程と、沈下掘削工法により前記ケーソン躯体の上端を地表面近くまで沈下させる沈下掘削行程と、前記複数の筒状体の上端と上段用の複数の筒状体の下端とを接続し、該隣接する上段用の筒状体同士の間を外壁板で囲んで止水するケーソン躯体接続行程とを有し、前記沈下掘削行程と前記ケーソン躯体接続行程とを繰り返すケーソン構築方法としたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
［発明の実施の形態１］
図１〜図６にはこの発明の実施の形態１を示す。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態１に係るケーソンの断面図である。
【００１８】
まず、構成を説明すると、図中符号２０はケーソンで、このケーソン２０は作業室スラブ２３の上側に、円筒形状の筒状体２１ａで構成されたケーソン躯体２１が設けられている。また、作業室スラブ２３の下側には、刃口２３ａと地山Ｇで囲まれた作業室２５が設けられている。そして、そのケーソン躯体２１の内側には、作業室２５上方に作業員が昇降するマンシャフト２６が立設され、このマンシャフト２６の上部には作業員が出入りするマンロック２７が設けられている。さらに、マンシャフト２６とは別にマテリアルシャフト２８が立設され、このマテリアルシャフト２８の上部にはマテリアルロック２９が設けられている。
【００１９】
作業室スラブ２３とケーソン躯体２１を構成する筒状体２１ａとは接続部３０で接続されており、図２には、接続部３０の断面図と平面図を示す。図２に示す通り、作業室スラブ２３にはアンカー鉄骨３１が埋め込まれており、筒状体２１ａの底部には固定用鉄骨３２が取り付けられている。作業室スラブ２３に埋め込まれたアンカー鉄骨３１を覆って筒状体２１ａが配置され、筒状体内部空間２２のコンクリート等の充填材３３によってアンカー鉄骨３１と固定用鉄骨３２が固定されている。
【００２０】
図３には、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図を示し、図４には、筒状体２１ａ同士の連結部分の拡大図を示す。
【００２１】
図３及び図４に示す通り、筒状体２１ａの内部は空洞となっており、複数の筒状体２１ａが環状に配設され、筒状体２１ａ同士は連結具３５によって連結されている。連結具３５の形状によって発生する連結具の空間にはモルタル等の充填材３６が注入されて止水されている。
【００２２】
なお、この実施の形態１においては、連結具３５によって筒状体２１ａを連結したが、連結手段は連結具３５による方法に限らず、溶接やボルトナット等の手段を用いても良い。
【００２３】
複数の筒状体２１ａによって形成される環状体の外周には、外周表面を平滑にするために、又は、剛性を高めたり、完璧な止水性を図るために、鋼板等でできた外壁板３７が取り付られている。なお、外壁板３７は、周囲の地盤が堅いときや止水手段として必要ないときには取り付けない場合もある。
【００２４】
次に、ケーソン２０を構築する作業工程について説明する。
【００２５】
まず、作業室スラブ２３を構築し、この作業室スラブ２３の上面の周上にアンカー鉄骨３１を埋め込み、このアンカー鉄骨３１を覆って複数の筒状体２１ａを配置する。そして、筒状体２１ａの筒状体内部空間２２にコンクリート等の充填材３３を打設してアンカー鉄骨３１と固定用鉄骨３２を固定し、筒状体２１ａと作業室スラブ２３の接続部３０を形成する。
【００２６】
次に、隣接する筒状体２１ａ同士を連結具３５で連結し、環状に連結された複数の筒状体２１ａの周囲を外壁板３７で覆う。周囲の土圧や水圧が大きい場合、又は止水効果を高める場合には、外壁板３７と筒状体２１ａとの空間３８に充填材を詰めても良い。充填材としては、無収縮の充填材、例えば、砂、砕石、発泡モルタル、セメントベントナイト、無収縮モルタル及びコンクリート等が使用できる。
【００２７】
なお、沈下荷重が不足している場合や筒状体２１ａの強度が不足している場合には、筒状体内部空間２２に砕石、砂、土砂、コンクリート等を充填したり鉄筋を配置する。
【００２８】
次に、地山Ｇを通常のニューマチックケーソン工法の沈下掘削工法により掘削作業を行い、ケーソン２０を沈下させる。
【００２９】
なお、ケーソン２０が沈下するに伴い土圧や水圧が高くなるが、筒状体２１ａが変形するのを防止するために、必要に応じて土留め材４０を設置したり、ケーソン２０を橋梁の基礎に用いるような場合には、ケーソン躯体２１の内側空間４２に掘削土、山砂砕石、流動化処理土等の中詰め材４１を詰めると良い。
【００３０】
ケーソン２０が沈下して筒状体２１ａの上端が地表面４３に近づいたとき、筒状体２１ａの上端と上段用の筒状体２１ａの下端を溶接等により接続し、接続箇所４４を形成する。また、上段用の隣接する筒状体２１ａ同士は、下段と同様に連結し、止水手段により止水を行う。
【００３１】
なお、接続箇所４４の接続方法は溶接以外にも、予め形成しておいた噛み合わせを接合する方法等も考えられる。
【００３２】
この実施の形態１においては、止水手段として、連結具の空間にモルタル等の充填材３６を注入したり、外壁板３７で囲む方法をとっているが、さらに外壁板３７と筒状体２１ａとの空間３８に充填材を充填する方法も考えられる。
【００３３】
以上の沈下掘削行程とケーソン躯体２１を形成する筒状体２１ａの接続行程を繰り返して、所定の深さまでケーソン２０を沈下させていく。
【００３４】
図５には、この発明の実施の形態１に係る変形例１のケーソン躯体２１の平面図を示す。
【００３５】
この変形例１では、土留め材４０を用いずに環状に配設した筒状体２１ａの内周に鋼板等の内壁板５０を設置しており、止水手段として筒状体２１ａと外壁板３７で囲まれた空間３８及び筒状体２１ａと内壁板５０で囲まれた空間５１にコンクリート等の充填材を詰める方法をとっている。充填材を詰めることでケーソン躯体２１の補強手段ともなる。
【００３６】
図６には、この発明の実施の形態１に係る変形例２のケーソン躯体２１の平面図を示す。
【００３７】
この変形例２では、筒状体２１ａを数本毎に鋼板等の板６０で囲んで一体化筒状体６１を形成し、この一体化筒状体６１同士を環状に配設して連結し、さらにこの一体化筒状体６１同士の連結部の外側及び内側を各々外壁板３７及び内壁板５０で囲む。この変形例２では、止水手段として、筒状体２１ａと外壁板３７で囲まれた空間３８及び筒状体２１ａと内壁板５０で囲まれた空間５１にはコンクリート等の充填材を詰める方法をとっている。この充填材は、ケーソン躯体２１の補強手段ともなる。この方法によれば、高い止水効果と強度をもったケーソン躯体２１を形成することができる。
【００３８】
以上のようなケーソン２０の構築方法をとることによって、ケーソン躯体２１の構築作業は隣接する筒状体２１ａ同士の連結及び上段と下段の筒状体２１ａ同士の接続作業のみとなる。すなわち、従来のような鉄筋や型枠の組み立て解体作業を行う必要がなく、コンクリートを養生させる待ち時間等も発生しないため、大幅に作業量とコストを削減することができる。また、筒状体２１ａの長さを従来のロット２ａの長さよりも長くすることで、筒状体２１ａを接続する回数も減らすことができる。
【００３９】
さらに、筒状体２１ａの内部は空洞であるため、ケーソン２０の重量が軽くなり自然沈下しにくくなって、軟弱地盤での地盤の置き換えや地盤改良が不要となる。
【００４０】
さらにまた、筒状体内部空間２２に充填する充填材の量を調整することで、筒状体２１ａの自重を変化させ沈下荷重を調整したり、筒状体２１ａの強度を増減することができるので、様々な堅さの地盤に対応が可能となる。
【００４１】
［発明の実施の形態２］
図７及び図８には、この発明の実施の形態２を示す。
【００４２】
図７は、この発明の実施の形態２に係るケーソン躯体２１の平面図であり、図８は、四角形状の筒状体２１ｂ同士の連結部分の拡大図である。また、実施の形態２に係る断面図は、実施の形態１における図１と同様である。
【００４３】
実施の形態１では、ケーソン躯体２１に円筒形状の筒状体２１ａを用いたが、実施の形態２では、四角形状の筒状体２１ｂを用いている。
【００４４】
複数の四角形状の筒状体２１ｂを環状に配設し連結することによって環状体を形成するが、実施の形態１のように、この環状体の外周表面を平滑にするための外壁板３７を外周全表面に使用する必要がないので、外壁板３７の使用量が少なくて済む。また、この外壁板３７と筒状体２１ｂとで囲まれた空間３８の容積も小さくなるため、空間３８に充填材を充填する場合には充填材の量を少なくすることができる。さらに、四角形状の筒状体２１ｂで構築したケーソン躯体２１の方が円筒形状の筒状体２１ａで構築したものよりも大きな強度を得ることができる。但し、四角形状の筒状体２１ｂは、業者に特注で発注して製作する必要があるので、コスト高になるという欠点がある。
【００４５】
その他の構成、作用及び効果は発明の実施の形態１と同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４６】
［発明の実施の形態３］
図９及び図１０には、この発明の実施の形態３を示す。
【００４７】
図９は、この発明の実施の形態３に係るケーソン躯体２１の平面図であり、図１０は、四角形状の筒状体２１ｂ同士の連結部分の拡大図である。
【００４８】
この発明の実施の形態３では、四角形状の筒状体２１ｂを縦横に配列して、ケーソン躯体２１の内側空間４２を４カ所形成しており、この発明の実施の形態３のケーソン躯体２１は大規模な構造物の基礎に適している。
【００４９】
その他の構成、作用及び効果は発明の実施の形態２と同様であるので、重複した説明を省略する。
【００５０】
なお、この発明の実施の形態３では、四角形状の筒状体２１ｂを用いたが、円筒形状の筒状体２１ａを用いても良い。また、この発明の実施の形態３では、ケーソン躯体２１の環状形は正方形に構築したが、形状には限定されず、環状の止水性のある形状であれば長方形、菱形等でも構わない。
【００６４】
以上の各実施の形態においては、現場でケーソン躯体２１を１段ずつ組み立てて複数段接続する方法をとったが、この方法に限らず、工場等で１段分のケーソン躯体２１を複数組み立てて現場に運び、現場において１段分のケーソン躯体２１を複数段継ぎ足すケーソン構築方法をとっても良い。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、下側に作業室を有する作業室スラブと、該作業室スラブの上側に設けられたケーソン躯体とを有するケーソンにおいて、前記ケーソン躯体は、複数の筒状体が環状に配設された環状体を有し、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられていること特徴とするので、ケーソン構築作業の時間とコストを軽減することができ、またケーソンの重量の調整ができて自然沈下しにくくなり、軟弱地盤での地盤の置き換えや地盤改良が不要となる。また、ケーソン躯体の外周面には隙間がなく、筒状体同士の間にコンクリートを充填しなくとも完全な止水性が保てると共にケーソン躯体全体の剛性を高めることができる。
【００６６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記筒状体の内部空間に、充填材を任意の量充填可能としたことを特徴とするので、様々な堅さや水圧を受ける地盤に対応してこの発明の筒状体を用いてケーソンを構築することができる。
【００６７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加えて、前記筒状体は、単体又は複数の筒状部材であることを特徴とするので、短期間でケーソンを構築することができる。
【００６８】
請求項４に記載の発明によれば、ニューマチックケーソン工法でケーソンを構築する方法において、複数の筒状体が環状に配設された環状体を有し、該環状体の外周には隣接する前記筒状体同士の間を覆う外壁板が取り付けられているケーソン躯体を作業室スラブの上側に構築するケーソン躯体構築行程と、沈下掘削工法により前記ケーソン躯体の上端を地表面近くまで沈下させる沈下掘削行程と、前記複数の筒状体の上端と上段用の複数の筒状体の下端とを接続し、該隣接する上段用の筒状体同士の間を外壁板で囲んで止水するケーソン躯体接続行程とを有し、前記沈下掘削行程と前記ケーソン躯体接続行程とを繰り返すことを特徴とするので、ケーソン躯体の構築作業は隣接する筒状体同士の連結及び上段と下段の筒状体同士の接続作業のみとなり、従来のような鉄筋組立や型枠・足場の組み立て解体作業を行う必要がなく、コンクリートを養生させる待ち時間等も発生しないため、大幅に作業行程とコストを削減することができる。また、筒状体の長さを従来のロットの長さよりも長くすることで、筒状体を接続する回数も減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るケーソンの断面図である。
【図２】  同実施の形態１に係る筒状体と作業室スラブの接続部の断面図と平面図である。
【図３】  同実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】  同実施の形態１に係る円筒形状の筒状体同士の連結部分の拡大図である。
【図５】  同実施の形態１に係る変形例１のケーソン躯体の平面図である。
【図６】  同実施の形態１に係る変形例２のケーソン躯体の平面図である。
【図７】  この発明の実施の形態２に係るケーソン躯体の平面図である。
【図８】  同実施の形態２に係る四角形状の筒状体同士の連結部分の拡大図である。
【図９】  この発明の実施の形態３に係るケーソン躯体の平面図である。
【図１０】  同実施の形態３に係る四角形状の筒状体同士の連結部分の拡大図である。
【図１１】  従来のケーソンの断面図である。
【符号の説明】
２０  ニューマチックケーソン
２１  ケーソン躯体
２１ａ  円筒形状の筒状体
２１ｂ  四角形状の筒状体
２２  筒状体内部空間
２３  作業室スラブ
２５  作業室
３３  充填材（止水手段）
３５  連結具
３６  充填材（止水手段）
３７  外壁板（止水手段）
３８  外壁板と筒状体との空間
５０  内壁板（止水手段）
５１  内壁板と筒状体との空間
【図１】
0003993430.tif 000002
【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】
0003993430.tif 000009
【図９】
0003993430.tif 000010
【図１０】
0003993430.tif 000011
【図１１】
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