(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼管杭の打ち込みにより水底地盤に設置された水中基礎において、前記鋼管杭の下端部の内周面に嵌合するリング部を有し、前記水底地盤に対する該水底地盤に打ち込まれた前記鋼管杭の押込み抵抗を上げる閉塞治具を設けた
ことを特徴とする水中基礎。
【請求項２】
連結部材によって複数の杭ガイド部材が連結されたジャケット構造体を沈降して水底地盤に載置し、前記各杭ガイド部材内を通して鋼管杭をそれぞれ前記水底地盤に打ち込み、前記鋼管杭内の土砂を上方に排出した後、該鋼管杭内に該鋼管杭の内周面に嵌合するリング部を有する閉塞治具を挿入して下端部に固定することで、前記ジャケット構造体を前記水底地盤に固定することを特徴とする水中基礎の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋脚などの水上に立設する構造物を建設する場合に、水底地盤に設置して用いられる水中基礎、並びにこの水中基礎を水底地盤に設置する水中基礎の設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、橋梁基礎には、直接基礎、場所打ち杭基礎、鋼管杭基礎、ケーソン基礎などが従来から知られている。例えば、杭基礎によって建設された橋脚では、複数本の杭が海底地盤の軟弱地盤を貫通して支持地盤まで打ち込まれ、この各杭上に鉄筋コンクリートによってフーチングが構築され、このフーチングの上に橋脚を立設し、この橋脚がフーチング内に予め埋め込まれたアンカーフレームにアンカーボルトにより接合されている。また、ケーソン基礎によって建設された橋脚では、海底の支持地盤を所定広さ整地し、この地盤整地面に内部にコンクリートが打設されたケーソンを設置し、このケーソンの上に橋脚を立設し、この橋脚がケーソン内に予め埋め込まれたアンカーフレームにアンカーボルトにより接合されている。
【０００３】
ところが、このような杭基礎の場合、比較的水深の大きい海底に橋脚を構築するときに、技術的に困難性が伴い、高コストとなってしまうという問題がある。また、ケーソン基礎の場合、水深数十ｍ程度までの海底ならば問題ないが、それよりも深い海底にあっては、地盤整地面を形成するのに大規模な海上工事を必要とし、高コストで工事期間も長くなり、その間に航路を制限しなければならず、更に、支持地盤の上層に軟弱地盤があると、地盤改良工事も必要となってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、海底地盤に鉄筋コンクリートによるフーチングを構築したり、内部にコンクリートが打設されたケーソンを設置するのを不要とすることで、建設工事の容易化や低コスト化を図ったものとしてジャケット式基礎を用いた技術がある。図１０に従来のジャケット式基礎によって建設された橋脚の概略を示す。
【０００５】
従来のジャケット式基礎によって建設された橋脚において、図１０に示すように、海底の支持地盤001に対して、多数のガイドパイプ002が連結部材003によって連結されて構成されたジャケット構造体004を設置し、図示しない杭打ち機によって各ガイドパイプ002を用いて複数本の杭005が支持地盤001に打ち込まれている。そして、このジャケット構造体004上に鉄筋コンクリートによってフーチング006が構築されている。このフーチング006内には予めアンカーボルト007とアンカーフレーム008が埋め込まれており、このフーチング006の上に橋脚009が立設して接合されている。
【０００６】
なお、このような技術は、例えば、特開昭６１−５７７２１号公報に「マルチパイルジャケット構造の水中基礎施工法」として開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のジャケット式基礎施工法にあっては、支持地盤001にジャケット構造体004を載置した状態で、ガイドパイプ002を用いて杭005を支持地盤001に打ち込んで、このジャケット構造体004を固定している。この場合、杭005は打ち込みやすい管形状であるため、管の断面積以上の支持力を期待できないという問題も抱えており、杭005を打ち込み後にジャケット構造体004は十分な支持力を得ることができないという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、水底地盤に対する杭の押込み抵抗を増大してジャケット構造体の支持力を増大した水中基礎及び水中基礎の設置方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の水中基礎は、前記鋼管杭の下端部の内周面に嵌合するリング部を有し、前記水底地盤に対する該水底地盤に打ち込まれた前記鋼管杭の押込み抵抗を上げる閉塞治具を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２の発明の水中基礎の設置方法は、連結部材によって複数の杭ガイド部材が連結されたジャケット構造体を沈降して水底地盤に載置し、前記各杭ガイド部材内を通して鋼管杭をそれぞれ前記水底地盤に打ち込み、前記鋼管杭内の土砂を上方に排出した後、該鋼管杭内に該鋼管杭の内周面に嵌合するリング部を有する閉塞治具を挿入して下端部に固定することで、前記ジャケット構造体を前記水底地盤に固定することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明の第１実施形態に係る水中基礎を用いた設置された橋脚の概略、図２に本実施形態のジャケット構造体の概略、図３に本実施形態の閉塞治具の概略、図４及び図５にジャケット構造体による橋脚の構築作業を表す概略、図６に閉塞治具の固定作業を表す概略を示す。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のジャケット構造体１１は、上部の軟弱地盤と下部の支持地盤とから構成される図示しない水底地盤上に設置して構造物としての橋桁３１の橋脚３２を建設するためのものである。即ち、このジャケット構造体１１は、連結部材１２によって連結された複数の杭ガイド部材（レグ）１３，１４と、この各杭ガイド部材１３，１４の上端集合部に装着された中空形状をなすフーチング１５とから構成されている。
【００２０】
このジャケット構造体１１について詳細に説明すると、図１及び図２に示すように、フーチング１５は上鋼板１６と下鋼板１７と４枚の外周鋼板１８により矩形箱型形状に形成されており、中央部寄りに直杭用の４つの杭ガイド部材１３の上端部が貫入し、外側に斜杭用の４つの杭ガイド部材１４の上端部が貫入している。この杭ガイド部材１３，１４は所定長さの円筒形状をなし、杭ガイド部材１３に対して杭ガイド部材１４は下部が外方に広がっており、各杭ガイド部材１３，１４同志が複数の連結部材１２によって一体に連結されている。この杭ガイド部材１３，１４は、ジャケット構造体１１が水底地盤上に設置されたときに、ガイドとして直杭１９及び斜杭２０をこの水底地盤に打ち込むためのものである。
【００２１】
各杭ガイド部材１３，１４の上端部はフーチング１５の上鋼板１６及び下鋼板１７に貫入して上方に開口しているが、このフーチング１５の内部には図示しない複数の縦梁部材が格子状に配設され、杭ガイド部材１３，１４がフーチング１５の内面に連結支持されている。また、フーチング１５内には橋脚３２の下部が貫入し、縦梁部材に連結支持され、フーチング１５から上方に向けて橋脚３２が立設されることとなる。
【００２２】
また、このジャケット構造体１１が水底地盤に設置されたとき、フーチング１５が飛沫帯に位置するように構成されており、このフーチング１５の外周部に防食処理が施されており、この防食処理としては、例えば、表面にチタン合金などの高耐食性金属を固定したり、被覆コンクリートを介して犠牲鋼板を固定するようにしている。
【００２３】
ところで、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに設置する場合、上述したように、各杭ガイド部材１３，１４を用いて直杭１９及び斜杭２０をこの水底地盤Ｇに打ち込んで固定している。そのため、ジャケット構造体１１の支持力は、水底地盤Ｇに対する各杭１９，２０の抜け方向の摩擦抵抗により設定される。ところが、各杭１９，２０は管形状であるため、ジャケット構造体１１の十分な支持力を得ることは困難である。特に、水底地盤Ｇが軟弱地盤であったときには、直杭１９及び斜杭２０によりジャケット構造体１１を確実に支持することができない。そこで、本実施形態では、水底地盤Ｇに対して打ち込まれた各杭１９，２０の押込み抵抗を上げる抵抗付与手段を設けている。
【００２４】
即ち、図３に示すように、杭ガイド部材１３を用いて直杭１９が水底地盤Ｇに打ち込まれたら、内部の土砂を排出した後、この鋼管製の直杭１９内に閉塞部材としての十字ブロック２１を挿入し、直杭１９の下端部にこの十字ブロック２１を溶接により固定することで、直杭１９の押込み抵抗を増大させている。この十字ブロック２１は、直杭１９の内周面に嵌合して軸方向に移動自在なリング部２２と、このリング部２２内に径方向に沿って互いに交差する一対の十字部２３が固定されて構成されている。
【００２５】
ここで、上述したジャケット構造体１１を用いた橋桁３１及び橋脚３２の建設工法について、図４乃至図６を用いて説明する。
【００２６】
図４(ａ)に示すように、ジャケット構造体１１は所定の工場のドック４１にて製作されており、製作が完了するとドック４１内に海水を入れてこのジャケット構造体１１を浮上させる。この場合、図４(ｂ)に示すように、ジャケット構造体１１は中空形状をなすフーチング１５により浮力を得ると共に、各杭ガイド部材１３，１４内に上端部から圧力空気を供給（圧気）することで浮力を得て、ジャケット構造体１１を海上４２に浮かべて全体のバランスをとっている。そして、前後一対の曵船４３によって海上４２に浮かんだジャケット構造体１１を牽引し、設置場所まで運搬する。
【００２７】
そして、ジャケット構造体１１が設置場所まで曳航されると、図５(ａ)に示すように、杭ガイド部材１３，１４内へ注水を行うことで、ジャケット構造体１１のバランスをとりながら沈めていき、水底地盤Ｇに位置決め載置する。このようにジャケット構造体１１が水底地盤Ｇの所定の位置に位置決めされると、まず、このジャケット構造体１１の上部に搭載した杭打ちハンマ４４を用いてジャケット構造体１１の杭ガイド部材１３内に直杭１９を挿入し、この杭打ちハンマ４４により直杭１９を水底地盤Ｇへ打ち込んでいく。
【００２８】
このとき、水底地盤Ｇの所定深さまで直杭１９が打ち込まれると、図６(ａ)に示すように、図示しないクレーン付台船を操作してハンマグラブを直杭１９内に下降し、杭ガイド部材１３を通してこの直杭１９内の土砂を掘削して外部に排出する。直杭１９内の土砂を下端部まで排出したら、図６(ｂ)に示すように、挿入治具２４により直杭１９内に十字ブロック２１を挿入し、下端部に載置して挿入治具２４を引き上げる。そして、図６(ｃ)に示すように、直杭１９内に図示しない溶接装置を挿入し、直杭１９の内周面に十字ブロック２１のリング部２２を溶接２５する。
【００２９】
このように全ての直杭１９の打ち込み作業及び十字ブロック２１の溶接作業が終了すると、図５(ｂ)に示すように、杭打ちハンマ４４を用いてジャケット構造体１１の杭ガイド部材１４内に斜杭２０を挿入し、この杭打ちハンマ４４により斜杭２０を水底地盤Ｇへ打ち込んでいく。なお、図示しないが、この斜杭２０に対しても、前述した直杭１９と同様に、内部に十字ブロック２１を挿入してその下端部に溶接する。
【００３０】
そして、この杭打ち作業により各杭ガイド部材１３，１４を介して直杭１９及び斜杭２０が水底地盤Ｇへ打ち込まれると、杭ガイド部材１３，１４と各杭１９，２０とを溶接等により連結固定し、内部にコンクリートを打設することで、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに固定することができる。そして、このように杭打ち作業が完了して多数の杭１９，２０によってジャケット構造体１１が水底地盤Ｇに設置されると、図５(ｃ)に示すように、ジャケット構造体１１の上部に橋桁３１を建設する。
【００３１】
このように本実施形態にあっては、連結部材１２によって複数の杭ガイド部材１３，１４を連結してジャケット構造体１１を構成し、このジャケット構造体１１を海上４２から沈降して水底地盤Ｇに載置し、杭１９，２０を杭ガイド部材１３，１４を通して水底地盤Ｇに打ち込んだ後、内部の土砂を排出して各杭１９，２０の下端部に十字ブロック２１を溶接により固定している。
【００３２】
従って、水底地盤Ｇに打ち込まれた各杭１９，２０は、下端部に固定された十字ブロック２１により押込み方向の抵抗が増大することとなり、ジャケット構造体１１の支持力を十分に確保することができ、ジャケット構造体１１上部に建設される橋桁３１などの構造物を安定して支持することができる。
【００３３】
また、水中にコンクリートを打設する必要がなくなって作業が簡素化されると共に作業期間も短くなり、また、ジャケット構造体１１の小型軽量化が図れると共に、フーチング１５の重量が軽減されて転倒モーメントが減少し、構造物を安定して支持でき、更に、フーチング１５上に橋脚３２を容易に立設して製造コストを低減できると共に作業性を向上できる。
【００３４】
更に、工場から設置場所への運搬時にその浮力によって海上４２を曳航し、杭ガイド部材１３，１４等に注水することで沈下させればよく、運搬用の大型クレーン船や台船が不要となると共に、設置時の吊上げ・吊下げ作業も不要となり、コスト低減、作業時間の短縮による作業効率の向上が図れる。また、このフーチング１５が密閉中空形状であるために、ジャケット構造体１１の設置後に浮力が作用し、橋脚３２からジャケット構造体１１に作用する荷重を低減することができ、ジャケット構造体１１を支持する杭１９，２０の本数を減少してジャケット構造体１１の小型軽量化が図れる。また、連結部材１２により杭ガイド部材１３，１４を連結し、フーチング１５内でこの杭ガイド部材１３，１４を縦梁部材２１を介して連結したことで、コンクリート製のフーチングに対して軽量化を図ることができ、耐震性に優れた構造となっている。
【００３５】
図７に本発明の第２実施形態に係る閉塞治具の概略、図８に本発明の第３実施形態に係る補助杭による直杭の支持状態を表す断面、図９に本発明の第４実施形態に係る直杭の支持状態を表す断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態にて、図７に示すように、閉塞部材としての十字プレート５１は、直杭１９の内周面に嵌合して軸方向に移動自在な円盤部５２と、この円盤部５２上に径方向に沿って互いに交差する一対の十字部５３が固定されて構成されている。そして、水底地盤Ｇに直杭１９が打ち込まれると、杭ガイド部材１３を通して直杭１９内の土砂を排出した後、図示しない挿入治具により直杭１９内に十字プレート５１を挿入し、下端部に溶接により十字プレート５１の円盤部５２を溶接する。従って、水底地盤Ｇに打ち込まれた直杭１９は下端部に固定された十字プレート５１により押込み方向の抵抗が増大するため、ジャケット構造体１１の支持力を十分に確保することができる。
【００３７】
第３実施形態では、図８に示すように、各杭１９，２０の押込み抵抗を上げる抵抗付与手段としてこの杭１９，２０内に打ち込まれる補助杭６１を適用している。即ち、杭ガイド部材１３を用いて水底地盤Ｇに直杭１９が打ち込まれると、この杭ガイド部材１３及び直杭１９を用いてその内部に補助杭６１を打ち込む。るすると、直杭１９が打ち込まれた下端部周辺の地盤Ｇは、後から打ち込まれた補助杭６１により締め固められて直杭１９の押込み方向の抵抗が増大するため、ジャケット構造体１１の支持力を十分に確保することができる。
【００３８】
第４実施形態では、図９に示すように、各杭１９，２０の押込み抵抗を上げる抵抗付与手段としてこの杭１９，２０の下端部の周辺地盤Ｇに薬剤を注入して地盤改良する薬剤注入装置７１を適用している。即ち、杭ガイド部材１３を用いて水底地盤Ｇに直杭１９が打ち込まれると、杭ガイド部材１３を通して直杭１９内の土砂を排出した後、直杭１９内に薬剤注入装置７１を下降して噴射ノズル７２を地盤に貫入させる。そして、この薬剤注入装置７１を作動して噴射ノズル７２から地盤Ｇに薬剤を噴射することで周辺の地盤Ｇが固化し、直杭１９の押込み方向の抵抗が増大するため、ジャケット構造体１１の支持力を十分に確保することができる。
【００３９】
なお、上述した各実施形態において、抵抗付与手段の閉塞治具として十字ブロック２１、十字プレート５１を杭１９，２０の下端部に固定したが、閉塞治具はこれらの構造に限定されるものではない。また、抵抗付与手段として杭１９，２０内に打ち込む補助杭６１を適用したが、杭ガイド部材を用いて補助杭６１を打ち込んでから各杭１９，２０を打ち込んでもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、ジャケット構造体１１のフーチング１５を矩形箱型形状に形成したが、その形状に限定されるものではなく、円形箱型形状でもよい。また、図１に詳細に示すように、２つのジャケット構造体１１を並設して設置し、門型をなす橋脚３２を支持して吊り橋としたが、斜張橋であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上、上述した実施形態によって詳細に説明したように請求項１の発明の水中基礎によれば、鋼管杭の下端部の内周面に嵌合するリング部を有し、水底地盤に対して打ち込まれた鋼管杭の押込み抵抗を上げる閉塞治具を設けたので、水底地盤に打ち込まれた鋼管杭は閉塞治具により押込み方向の抵抗が増大することとなり、水中基礎の支持力を十分に確保することができ、その上部に建設される構造物を安定して支持することができる。また、水底地盤に打ち込まれた鋼管杭の下端部に閉塞治具を固定するだけで、容易に鋼管杭は押込み方向の抵抗が増大することとなり、容易に水中基礎の支持力を十分確保することができる。さらに、閉塞治具をリング部を用いて鋼管杭に容易に挿入して固定することができ、作業性を向上することができる。
【００４８】
また、請求項２の発明の水中基礎の設置方法によれば、連結部材によって複数の杭ガイド部材が連結されたジャケット構造体を沈降して水底地盤に載置し、各杭ガイド部材内を通して鋼管杭をそれぞれ水底地盤に打ち込み、鋼管杭内の土砂を上方に排出した後、鋼管杭内に鋼管杭の内周面に嵌合するリング部を有する閉塞治具を挿入して下端部に固定することで、ジャケット構造体を水底地盤に固定するようにしたので、水底地盤に打ち込まれた鋼管杭の下端部に閉塞治具を固定するだけで、容易に鋼管杭は押込み方向の抵抗が増大することとなり、水中基礎の支持力を十分に確保することができ、その上部に建設される構造物を安定して支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水中基礎によって設置された橋脚の概略図である。
【図２】本実施形態のジャケット構造体の概略図である。
【図３】本実施形態の本実施形態の閉塞治具の概略図である。
【図４】ジャケット構造体による橋脚の構築作業を表す概略図である。
【図５】ジャケット構造体による橋脚の構築作業を表す概略図である。
【図６】閉塞治具の固定作業を表す概略図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る閉塞治具の概略図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る補助杭による直杭の支持状態を表す断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る直杭の支持状態を表す断面図である。
【図１０】従来のジャケット式基礎によって建設された橋脚の概略図である。
【符号の説明】
１１  ジャケット構造体
１２  連結部材
１３  杭ガイド部材
１５  フーチング
１９  直杭（鋼管杭）
２０  斜杭（鋼管杭）
２１  十字ブロック（抵抗付与手段、閉塞治具）
２２  リング部
２３  十字部
３１  橋桁
３２  橋脚（構造物）
５１  十字プレート（抵抗付与手段、閉塞治具）
５２  円盤部
５３  十字部
６１  補助杭（抵抗付与手段）
７１  薬剤注入装置（抵抗付与手段）
Ｇ    水底地盤
【図１】
0003790451.tif 000002
【図２】
0003790451.tif 000003
【図３】
0003790451.tif 000004
【図４】
0003790451.tif 000005
【図５】
0003790451.tif 000006
【図６】
0003790451.tif 000007
【図７】
0003790451.tif 000008
【図８】
0003790451.tif 000009
【図９】
0003790451.tif 000010
【図１０】
0003790451.tif 000011