(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体を水底地盤に設置するために傾斜して打ち込まれる斜杭において、
打ち込み方向を規定する方向規定手段を設け、
前記方向規定手段が、下面側に打ち込み抵抗を発生させる抵抗手段である
ことを特徴とする斜杭。
【請求項２】
請求項１記載の斜杭において、
前記抵抗手段は、下外周面に形成した多数の突起である
ことを特徴とする斜杭。
【請求項３】
請求項１記載の斜杭において、
前記抵抗手段は、下外周面に形成した多数のくぼみである
ことを特徴とする斜杭。
【請求項４】
請求項１記載の斜杭において、
前記抵抗手段は、下面が先細となるテーパ形状である
ことを特徴とする斜杭。
【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ジャケット構造体を固定するための斜杭に関する。
【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１１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１１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】
ところで、水底地盤は上部が軟弱層であり、下部が支持層となっており、下方になるほど硬質な地盤となっている。そのため、上述した従来のジャケット式基礎のように、支持地盤001にジャケット構造体004を設置した状態で、ガイドパイプ002を用いて杭005を斜めに支持地盤001に打ち込んでいくとき、この杭005に対して支持地盤001から鉛直方向に打ち込み抵抗が作用する。すると、図１１にて二点鎖線で示すように、杭005が鉛直方向の打ち込み抵抗により上方に曲げられて反ってしまい、所定の深さまで打ち込むことができず、打ち込み後にジャケット構造体004を支えるための十分な支持力を得ることができない。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、水底地盤に対して適正に打ち込んで構造体を確実に支持することができる斜杭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第一番目の発明の斜杭は、構造体を水底地盤に設置するために傾斜して打ち込まれる斜杭において、打ち込み方向を規定する方向規定手段を設け、前記方向規定手段が、下面側に打ち込み抵抗を発生させる抵抗手段であることを特徴とするものである。
【００１１】
第二番目の発明の斜杭では、前記抵抗手段は、下外周面に形成した多数の突起であることを特徴としている。
【００１２】
第三番目の発明の斜杭では、前記抵抗手段は、下外周面に形成した多数のくぼみであることを特徴としている。
【００１３】
第四番目の発明の斜杭では、前記抵抗手段は、下面が先細となるテーパ形状であることを特徴としている。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係る斜杭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(ａ)に本実施形態の斜杭の下部断面、図３(ｂ)に図３(ａ)のIII−III断面、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を示す。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
ところで、ジャケット構造体１１を水底地盤に固定する場合、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をこの水底地盤に打ち込んでいくが、水底地盤は下方になるほど硬質な地盤でするため、斜杭２０をこの水底地盤に斜めに打ち込んでいくとき、鉛直方向の打ち込み抵抗が作用して斜杭２０が上方に曲げられて反ってしまうことがある。そこで、本実施形態では、斜杭２０の下部に打ち込み方向を規定する方向規定手段として、斜杭２０の下面側に打ち込み抵抗が発生する抵抗手段を設けている。
【００２３】
即ち、図３に示すように、斜杭２０は鋼管製であって、杭ガイド部材１４の内径よりも小径となっている。そして、斜杭２０の下部には所定長さにわたり、抵抗手段として下外周面に多数の突起２１が直列に形成されている。なお、この突起２１は、小さい鋼板を溶接あるいは溶着したりして設けられたものであり、複数列にわたって形成してもよい。また、突起２１の大きさや形状、数、形成位置等は地盤の硬度により適宜設定すればよい。
【００２４】
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及び図５を用いて説明する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。次に、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。
【００２７】
この斜杭２０の杭打ち作業時に、図３(ａ)に示すように、斜杭２０は水底地盤Ｇに対して斜めに打ち込まれて軸方向の推進力Ｆを受ける一方、水底地盤Ｇから鉛直方向の推進抵抗Ｒを受け、上方に曲がって反ってしまう。これは、斜杭２０における軸方向の推進力Ｆに対して、水底地盤Ｇから鉛直方向の推進抵抗Ｒを受け、この斜杭２０は下外周面と地盤との摩擦抵抗に比べて、上外周面と地盤との摩擦抵抗の方が大きくなり、上方に曲がっていくものと考えられる。本実施形態では、斜杭２０の下外周面に多数の突起２１を形成して地盤との摩擦抵抗を増大させ、結果として、斜杭２０の下外周面と地盤との摩擦抵抗と、上外周面と地盤との摩擦抵抗とをほぼ同じとしている。従って、斜杭２０は水底地盤Ｇに対してその打ち込み抵抗が周方向でほぼ均等となることで、軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００２８】
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及び各杭１９，２０内の海水及び土砂を排出してから、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。
【００２９】
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に打ち込んで固定している。そして、この斜杭２０の下外周面に多数の突起２１を形成して地盤との摩擦抵抗を増大させている。
【００３０】
従って、水底地盤Ｇへの斜杭２０の打ち込み時に、斜杭２０の下外周面と地盤との摩擦抵抗と、上外周面と地盤との摩擦抵抗とがほぼ同じとなり、斜杭２０を水底地盤Ｇで軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができ、ジャケット構造体１１を支持するための十分な支持力を得ることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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を縦梁部材を介して連結したことで、振動に対してこのジャケット構造体１１全体が撓んでその揺れを吸収することで、コンクリートなどの剛体に対して耐震性に優れている。
【００３３】
図６(ａ)に本発明の第２実施形態に係る斜杭の下部断面、図６(ｂ)に図６(ａ)のVI−VI断面、図７に本発明の第３実施形態に係る斜杭の下部断面、図８乃至図１０に本発明の第４、第５、第６実施形態に係る斜杭の下部断面を示す。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。
【００３４】
第２実施形態にて、図６に示すように、斜杭５０は杭ガイド部材１４の内径よりも小径をなす鋼管製であって、この斜杭５０の下部には所定長さにわたり、抵抗手段として下外周面に多数のくぼみ５１が複数列形成されている。なお、このくぼみ５１の形状や大きさは、数、形成位置等は地盤の硬度により適宜設定すればよい。
【００３５】
従って、第１実施形態の斜杭２０と同様に、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに固定するための斜杭５０の杭打ち作業時に、斜杭５０の下外周面に形成された多数のくぼみ５１により地盤との摩擦抵抗が増大するため、斜杭５０の下外周面と地盤との摩擦抵抗と、上外周面と地盤との摩擦抵抗とがほぼ同じになり、斜杭５０は水底地盤Ｇに対してその打ち込み抵抗が周方向でほぼ均等となって、軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００３６】
第３実施形態にて、図７に示すように、斜杭６０は杭ガイド部材１４の内径よりも小径をなす鋼管製であって、この斜杭６０の下端部に下面側が先細となるテーパ面６１が形成されている。従って、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに固定するための斜杭６０の杭打ち作業時に、斜杭６０は水底地盤Ｇに対して斜めに打ち込まれて軸方向の推進力Ｆを受けるが、テーパ面６１により下方へ向く力が作用し、斜杭６０は水底地盤Ｇに対してその打ち込み抵抗が周方向でほぼ均等となり、軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００３７】
第４実施形態にて、図８に示すように、斜杭７０は杭ガイド部材１４の内径よりも小径をなす鋼管製であって、この斜杭５０の下部上面側には所定長さにわたり、抵抗手段を軽減する手段として摩擦低減塗装７１が施されている。なお、この摩擦低減塗装７１は、タールエポキシを塗装する他、一部をテフロン板やステンレスプレートでもよい。従って、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに固定するための斜杭７０の杭打ち作業時に、斜杭７０の上外周面の摩擦低減塗装７１により地盤との摩擦抵抗が軽減するため、斜杭７０は水底地盤Ｇに対してその打ち込み抵抗が周方向でほぼ均等となって、軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００３８】
第５実施形態にて、図９に示すように、斜杭８０は杭ガイド部材１４の内径よりも小径をなす鋼管製であって、この斜杭８０の下部の外周面に、方向規定手段として軸方向に沿ったガイド突起８１が周方向に複数の平行に形成されている。また、第６実施形態にて、図１０に示すように、斜杭９０は杭ガイド部材１４の内径よりも小径をなす鋼管製であって、この斜杭９０の下部の外周面に、方向規定手段として軸方向に沿ったガイド溝９１が周方向に複数の平行に形成されている。従って、ジャケット構造体１１を水底地盤Ｇに固定するための斜杭８０，９０の杭打ち作業時に、各斜杭８０，９０はガイド突起８１あるいはガイド溝９１により軸方向に真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００３９】
なお、上述した各実施形態において、方向規定手段あるいは抵抗手段として突起２１やくぼみ５１、テーパ面６１、ガイド突起８１、ガイド溝９１などを適用したが、これらの形状に限定されるものではなく、また、各種の形状を組み合わせてもよい。
【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】
第一番目の発明の斜杭によれば、構造体を水底地盤に設置するために傾斜して打ち込まれる斜杭に、その打ち込み方向を規定する方向規定手段を設けたので、斜杭の打ち込み時には方向規定手段により真っ直ぐ打ち込まれることとなり、水底地盤に対して適正に打ち込んで構造体を確実に支持することができ、その結果、構造物を安定して支持することができると共に、作業性を向上することができる。また、方向規定手段を下面側に打ち込み抵抗が発生する抵抗手段としたので、容易に斜杭を真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００４３】
また、第二番目の発明の斜杭によれば、抵抗手段を下外周面に形成した多数の突起としたので、簡単な構造で斜杭を真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００４４】
また、第三番目の発明の斜杭によれば、抵抗手段を下外周面に形成した多数のくぼみとしたので、簡単な構造で斜杭を真っ直ぐ打ち込むことができる。
【００４５】
また、第四番目の発明の斜杭によれば、前記抵抗手段を下面が先細となるテーパ形状としたので、簡単な構造で斜杭を真っ直ぐ打ち込むことができ、構造の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る斜杭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】本実施形態の斜杭の概略図である。
【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】本発明の第２実施形態に係る斜杭の概略図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る斜杭の下部断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る斜杭の下部断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る斜杭の下部断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る斜杭の下部断面図である。
【図１１】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
２０  斜杭
２１  突起（方向規定手段、抵抗手段）
３１  橋桁
３２  橋脚（構造物）
５０  斜杭
５１  くぼみ（方向規定手段、抵抗手段）
６０  斜杭
６１  テーパ面（方向規定手段）
７０  斜杭
７１  摩擦低減塗装（方向規定手段）
８０  斜杭
８１  ガイド突起（方向規定手段）
９０  斜杭
９１  ガイド溝（方向規定手段）
Ｇ    水底地盤
【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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