(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ガイド管の切断は、前記ガイド管の内周面側から前記ガイド管の中心軸に対し直交する方向に行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の基礎杭構築方法。
前記ガイド管が切断された前記外管内に中詰材を充填し、前記外管の上端を含む領域を蓋で覆うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の基礎杭構築方法。
杭を打設することで地盤に構築される杭基礎構造物であって、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の基礎杭構築方法によって構築されることを特徴とする杭基礎構造物。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のガイド管(鋼管)を切断する技術としては、一般的にはガス等による溶断、またはディスクカッター、ワイヤーソー等による機械的な切断と、に二分される。しかし、溶断については水中で適用することは不可能である。切断箇所を仮設で締切りドライな作業エリアを提供することも一案であるが、函体の形状、波浪の影響、コスト等を総合的に考慮すると、現実的ではない。また、仮に気中であったとしても、コンクリート端面に沿って溶断する場合、コンクリート端面を損傷させてしまう可能性が高いため、好ましくない。
【0006】
また、機械的な切断は水中でも可能であり、技術も確立されている。しかし、現時点では、ディスクカッター切断機は構造上、水平方向にしか切断することができない。ガイド管が小径、薄肉厚(例えば、単管のようなもの)であれば、小型(人力)カッターによる切断も考えられるが、透過型海域制御構造物のようなガイド管は径が大きく(たとえば、径1300mm)、非常に難しい。また、作業環境(水中、波浪が作用、斜面等)を考慮すると危険な環境での作業とならざるを得ない。
【0007】
ワイヤーソーであれば、理論上、切断は可能と思われるが、冶具や段取り等を考慮すると非常に大掛かりな工事となり、コストがかさみ、現実的ではない。
【0008】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、難易度の高いガイド管の斜め切断を省略可能で、かつ、ガイド管の突き出た構造物の表面周辺を損傷させることなくガイド管の切断、撤去が可能な杭基礎構築方法および杭基礎構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本実施形態による基礎杭構築方法は、杭を打設することで構造物を地盤に構築する基礎杭構築方法であって、前記構造物は、前記構造物を貫通し、かつ、前記構造物の一部面から上方に突き出すように配置されたガイド管と、前記ガイド管よりも直径が大きく長さが短く、前記ガイド管の外側に位置するように、かつ、前記構造物の一部面に合わせてカットされた上端が前記一部面に沿うように前記構造物内に配置された外管と、を有し、前記構造物を地盤へ設置してから前記ガイド管を通して杭を打設する工程と、前記ガイド管と前記外管とが二重になった部分で前記ガイド管を切断して前記構造物の一部面から突き出した前記ガイド管の上端部分を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【0010】
この基礎杭構築方法によれば、構造物を地盤へ設置しガイド管を通して杭を打設してから、構造物の上部から突き出したガイド管を外管と二重になった部分で切断するので、ガイド管の切断を容易に行うことができるとともに、ガイド管が突き出た周辺で構造物を損傷させるおそれはまったくない。
【0011】
上記基礎杭構築方法は、前記杭は水底地盤に打設され、前記構造物の一部面は水没する位置にあるか、または、水面近傍に位置する場合に適用して好ましい。ガイド管が突き出た構造物の一部面が水中や水面近くにあっても、切断作業に悪影響は生じない。
【0012】
また、前記構造物の一部面は、水平方向に対し傾斜した傾斜面、水平面、または、鉛直方向に高さが異なる段違面のいずれであってもよい。この場合、外管の上端は、構造物の傾斜面、水平面、または、段違面に沿うようにカットされる。
【0013】
また、前記ガイド管の切断は、前記ガイド管の内周面側から前記ガイド管の中心軸に対し直交する方向に行うことが好ましい。ガイド管と外管とが二重になった部分において、たとえば、ディスクカッター切断機を用いてガイド管を内周面側から水平方向(ガイド管が鉛直方向の場合)に切断することができる。このように、難易度の高いガイド管の斜め切断を単純な水平切断に置き換えることができる。
【0014】
また、前記ガイド管が切断された前記外管内に中詰材を充填し、前記外管の上端を含む領域を蓋で覆うことが好ましい。なお、この場合、外管の上端に構造物の一部面に沿うようにリング状部材を取り付け、このリング部材から突き出た取付部を設け、この取付部に蓋を取り付けることで容易に蓋を取り付けることができる。
【0015】
本実施形態による杭基礎構造物は、杭を打設することで地盤に構築される杭基礎構造物であって、上述の基礎杭構築方法によって構築されることを特徴とする。
【0016】
この杭基礎構造物によれば、構造物を地盤へ設置しガイド管を通して杭を打設してから、構造物の上部から突き出したガイド管を外管と二重になった部分で切断するので、ガイド管の切断を容易に行うことができるとともに、ガイド管が突き出た周辺で構造物を損傷させるおそれがない杭基礎構造物を実現することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、難易度の高いガイド管の斜め切断を省略可能で、かつ、ガイド管の突き出た構造物の表面周辺を損傷させることなくガイド管の切断、撤去が可能な杭基礎構築方法および杭基礎構造物を提供するができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
図1は本実施形態の杭基礎構築方法を適用可能な杭基礎構造物の例として透過式海域制御構造物を示す図であり、平面図(a)、正面図(b)、側面図(c)及び後面図(d)である。
【0020】
図1の透過式海域制御構造物10は、消波性能を有する透過型の函体11と、函体11を支持する複数本の基礎杭29a,29bを備える基礎構造12とから構成される。複数本の基礎杭29aは前面側(沖側)に配置され、複数本の基礎杭29bは後面側(陸側)に配置される。
【0021】
函体11は、前面側(沖側)に位置し鉛直方向に延びた前面鉛直壁13と、前面鉛直壁13の上端から傾斜する前面傾斜壁14とを有し、後面側(陸側)に位置し鉛直方向に延びた後面壁15を有し、前面と後面との間に前面鉛直壁13に平行な中間壁16を有し、両側面に側面壁17,18を有する。また、函体11は、上面の頂版19と、底面の底版20と、を有する。
【0022】
前面鉛直壁13には、水平方向に延びて壁面の中間に開口した前面鉛直壁開口部21が左右に設けられ、前面傾斜壁14には、水平方向に延びて斜面の中間に開口した前面傾斜壁開口部22が設けられている。後面壁15には、複数の後面壁開口部23が水平方向に左右に設けられている。中間壁16には、複数の中間壁開口部24が縦方向に設けられている。さらに、頂版19には上面開口部25が設けられ、底版20には、複数の底面開口部26が設けられている。また、側面壁17,18には凹部18aが形成され、開口部が設けられていないが、開口部を設けてもよい。
【0023】
なお、函体11において、各開口部の好ましい開口率(部材面積に対する開口面積の割合)は、前面鉛直壁13と前面傾斜壁14とで15〜40%、後面壁15で20〜40%、頂版19、底版20の各水平版ではそれぞれ10〜35%である。
【0024】
上述のように、函体11は、内部に中間壁開口部24のある中間壁16があるが、全体として内部が空洞となっており、周囲の部材、内部に設けられた各開口部21,22,23,24,25,26により水が透過可能な透過式の構造体となっている。
【0025】
函体11の各基礎杭29a、29bが位置する部分には、基礎杭29a、29bが打設可能なようにガイド管30a、30bが配置されている。函体11のガイド管30a、30bを介して基礎杭29a、29bが打設されることで基礎構造12が構築され、函体11が基礎構造12によって支持される。
【0026】
上述の透過式海域制御構造物10は、天端高または突堤部高さが満潮時の海水面程度の高さでありかつ開口部より水の通過を許容する低天端透過式となっている。なお、函体11の主な寸法は、例えば、海岸線に平行な横幅が16m、高さ8m、海岸線に垂直な奥行きが9.5mであるが、これらの寸法は一例であって、適宜変更可能である。
【0027】
図1の透過式海域制御構造物10によれば、沖側からの入射波の越波(函体11の上部を越えようとする波)に伴う砕波によるエネルギー損失、前面傾斜壁14の前面傾斜壁開口部22における流出水、流入水による乱れによるエネルギー損失、中間壁開口部24、後面壁開口部23、底面開口部26の各開口部により、向きが互いに反対に発生する渦によるエネルギー損失などの各エネルギー損失効果が相乗して消波を促進し、エネルギー損失による消波性能を向上させることができる。
【0028】
次に、
図1の透過式海域制御構造物10を水底地盤に構築する従来の方法について
図2を参照して説明する。この方法は、ガイド管を有する透過式海域制御構造物を構築位置に仮置きしてから、ガイド管を介して杭を打設する杭後行法によるものである。
図2は、
図1の透過式海域制御構造物10を水底地盤に構築する従来の工程(a)乃至(f)を説明するための側面図である。
【0029】
まず、
図2(a)のように、透過式海域制御構造物の陸上の製作ヤードにおいて、鋼管からなるガイド管30a、30bを建て込む。次に、
図2(b)のように、コンクリート打設により、ガイド管30a、30bを組み込んだ函体11を製作する。なお、函体11の前面側(沖側)のガイド管30aは、杭打設をし易くするために函体11の前面傾斜壁14の一部面から上方に突き出て長くなっている。
【0030】
次に、
図2(c)のように、ガイド管30a、30bを有する函体11を透過式海域制御構造物の構築位置まで運搬し、水底Gに捨石などにより設けられた仮置きマウンドM上に載せる。次に、
図2(d)のように、函体11のガイド管30aを通して鋼管杭からなる基礎杭29aを水底地盤Gへと打設する。同様に、ガイド管30bを通して鋼管杭からなる基礎杭29bを水底地盤Gへと打設する。このように、ガイド管30a、30bは、杭打設時においてガイドとして利用されるが、また、函体11の吊上げ時の安定性や吊り筋確保のためにも利用できる。
【0031】
次に、基礎杭29a、29bの打設後、
図2(e)のように、ガイド管30aと基礎杭29aとの間の隙間およびガイド管30bと基礎杭29bとの間の隙間にそれぞれ間詰モルタルMOなどを充填し、基礎杭29a、29bと函体11とを結合し一体化する。
【0032】
次に、
図2(f)のように、函体11の前面側(沖側)のガイド管30aの突き出た部分30cを切断し、コンクリートからなる蓋FTでガイド管30a、30bの上端を覆う。
【0033】
上述のようにして、
図1の透過式海域制御構造物を水底地盤に構築することができるが、
図2(f)におけるガイド管30aの突き出し部分30cの切断は、水中での作業であり、また、函体11の面(前面傾斜壁14)が傾斜していることから、困難が伴う作業である。
【0034】
そこで、本実施形態では、次のように構成してガイド管30aの突き出し部分30cを切断することで、かかる切断作業を容易化している。以下、
図3〜
図5を参照して本実施形態の構成について説明する。
【0035】
図3は、本実施形態においてガイド管に外管を配置した状態を示す側面図である。
図4は、本実施形態において函体に
図3のガイド管と外管を組み込んだ状態を示す函体の側面図である。
図5は、
図4の函体の要部断面図である。
【0036】
図3〜
図5のように、ガイド管30aよりも径が大きくかつ長さの短い外管31をガイド管30aの外側に配置する。外管31の上端31aは函体11Aの傾斜面(前面傾斜壁14)に沿うようにカットされている。外管31は、
図5のように、その下端31bでガイド管30aに溶接等により取り付けられて固定されている。このように、ガイド管30aは、外管31が外側に取り付けられて函体11Aの傾斜面(前面傾斜壁14)から下方の一部が二重構造に構成される。
【0037】
図4のように、外管31により一部が二重構造となったガイド管30a、単管のガイド管30bを組み込んだ函体11Aをコンクリート打設により製作する。ガイド管30aは、函体11Aの前面側(沖側)の前面傾斜壁14に位置し、後工程の杭打設の容易化のために、函体11の前面傾斜壁14から上方に突き出て水面の上にまで延びるように長くなっている。
【0038】
函体11Aを、
図2(c)と同様にして透過式海域制御構造物の構築位置まで運搬し、仮置きマウンドM上に載せる。次に、
図2(d)と同様に、函体11Aのガイド管30a、30bを通して鋼管杭からなる基礎杭29a、基礎杭29bを水底地盤Gへと打設する。次に、
図2(e)と同様に、ガイド管30aと基礎杭29aとの間の隙間およびガイド管30bと基礎杭29bとの間の隙間にそれぞれ間詰モルタルMOなどを充填し、基礎杭29a、29bと函体11Aとを結合し一体化する。
【0039】
次に、
図4,
図5の函体11Aにおけるガイド管30aの突き出し部分を切断する工程について
図6〜
図8を参照して説明する。
【0040】
図6は本実施形態のガイド管の切断工程を示す側面図、
図7は同じく函体のガイド管および外管部分の杭頭処理工程を示す側面図である。
図8は、
図6のガイド管の突き出し部分の切断工程の具体例を説明するための要部断面図である。
【0041】
ガイド管30aの上端から挿入可能なディスクカッター切断機CUについて説明する。
図8のように、ディスクカッター切断機CUは、円筒状の上部体UPから下方に延びた回転部AIと、回転部AIの下方に設けられた回転切断部BOと、回転切断部BO内に設けられたモータMTと、モータMTから延びる回転軸AXにより回転駆動され管30aの内径よりも径の小さいディスク状の砥石カッターDと、を備える。このようなディスクカッター切断機は鋼管杭切断機として公知である。
【0042】
ディスクカッター切断機CUは、ガイド管30aの開放した上端から鉛直方向(管30aの中心軸方向)に吊り下げられて挿入され、上部体UPと回転切断部BOが位置決めクランプCR等により管30aの中心軸に位置決めされる。モータMTの回転により回転軸AXを介してディスク状の砥石カッターDが高速回転するとともに、回転切断部BO内のモータMT、回転軸AXおよびディスク状の砥石カッターDが一体になって水平移動機構(図示省略)によりガイド管30aの内周面に向けて径方向外側へ水平に移動し、砥石カッターDがガイド管30aの内周面の切断を開始する。回転部AIの回転により回転切断部BOが回転して砥石カッターDの回転軸AXの位置が円周方向に移動することで、切断位置がガイド管30aの内周面に沿って水平方向に移動し、これにより、ガイド管30aの内周面全周を水平方向に切断する。このようにして、ディスクカッター切断機CUにより、ガイド管30aを内周面から水平方向に切断することができる。
【0043】
なお、この切断のとき、砥石カッターDがガイド管30aの外周面から若干突き出しても、ガイド管30aと外管31の内周面との間には隙間があるので、問題はない。
【0044】
また、ガイド管30aの鉛直方向の切断位置は、
図8のように、ガイド管30aと外管31とが二重になっている破線で示す範囲T内であればいずれでもよく、鉛直方向において厳密な切断位置の位置決めは必要でない。すなわち、範囲Tの上限は、函体11Aの傾斜面(前面傾斜壁14)に沿う外管31の上端31aのもっとも低い位置であり、範囲Tの下限は、外管31の下端31bである。
【0045】
上述のようにしてガイド管30aを切断してから、
図6のように、切断された突き出し部分30cを撤去する。
【0046】
次に、
図7のように、ガイド管30aの上端から基礎杭29aの上端に蓋35を被せてから、外管31の内部の空洞に対し
図7のハッチングで示す部分にコンクリート等からなる中詰材32を充填する。その後、プレキャストコンクリート製の蓋33を中詰材32の充填された外管31の開口部分に配置する。また、ガイド管30bの上端から基礎杭29bの上端に蓋34を被せる。
【0047】
以上のようにして、函体11Aを基礎杭により設置し、
図1の透過式海域制御構造物を水底地盤に構築することができる。
【0048】
本実施形態によれば、難易度の高いガイド管の斜め切断を単純な水平切断に置き換えることができるので、切断作業効率が格段に向上し、施工コストを軽減することができる。また、ガイド管が突き出た函体の周辺のコンクリートを損傷させることなくガイド管の切断および撤去ができる。また、ガイド管切断後の中詰材およびプレキャストコンクリート製の蓋による杭頭部処理を容易に行うことができる。
【0049】
従来の杭後行法によれば、斜面側(沖側)のガイド管を斜面上に突出させた状態で函体の製作、据付を行い、杭を打設後に、斜面に沿って切断するが、ガイド管の切断は、ガスによる溶断またはカッターによる切断が一般的であるところ、切断箇所が水中または潮間帯に位置すること、および、切断形状が斜めであることから非常に難しかったのに対し、本実施形態によれば、ガイド管の外周に外管を配置して二重構造とすることで、水面から突き出たガイド管を内周面側から切断が可能で、しかも、困難である斜め切断ではなく、水平方向に切断することができることから、切断箇所が水中または潮間帯に位置する場合でも、ガイド管切断の作業が非常に容易となる。
【0050】
次に、本実施形態によるガイド管と外管との二重構造の具体例について
図9を参照して説明する。
図9は、本実施形態によるガイド管と外管との二重構造の具体例を示す側面図(a)および正面図(b)である。
【0051】
図9(a)(b)に示すように、ガイド管41の外側に外管42が配置されて部分的に二重構造となっている。外管42は、内径がガイド管41の外径よりも大きく、かつ、上端が取り付けられる函体の傾斜面に沿うようにカットされるとともに、上端に外管の外周から突き出るようにリング状プレート43が溶接によって傾斜して取り付けられている。リング状プレート43の表面43aには複数本の小径の棒状体44が円周方向に並んで直立してスタッド溶接等により取り付けられている。
【0052】
外管42は、その下端45でガイド管41に溶接により取り付けられてガイド管41と一体化している。また、ガイド管41の上端には、吊り下げ吊り上げのための吊り金具41aが取り付けられている。
【0053】
なお、ガイド管41は外径1300mm×厚さ16mm×長さ8000mmの鋼管からなり、外管42は外径1400mm×厚さ14mm×長さ1000mmの鋼管からなるが、これらの寸法は、一例であり、適宜変更可能である。また、外管42とガイド管41との二重構造は、すべて工場で加工できるため、容易かつ精度よく製造することが可能である。
【0054】
図9の構成例における杭頭処理の例について
図10を参照して説明する。
図10は、
図9の構成例における杭頭処理を説明するための要部断面図である。
【0055】
図10のように、
図9のガイド管41と外管42は
図4と同じように透過式海域制御構造物の函体に組み込まれ、この場合、外管42は、リング状プレート43の表面43aが函体の傾斜面51に沿いかつ傾斜面51と同一面となるように配置される。杭29aの打設後、
図8と同様にしてガイド管41の上方に突き出た部分が水平方向に切断される。
【0056】
その後、杭29aを覆う蓋47をガイド管41の上部に配置し、外管42の内部にコンクリート等の中詰材46を充填した後、プレキャストコンクリート製の蓋50を外管42のリング状プレート43の表面43aに取り付ける。このとき、蓋50の裏面には、リング状プレート43の表面43aに取り付けられた複数の小径の棒状体44に対応して複数の穴が予め形成されており、蓋50を棒状体44に差し込むようにして取り付ける。これにより、蓋50の取り付けが容易になり、杭頭部処理が簡単になる。
【0057】
また、
図10に示すように、蓋50に、モルタル等の中詰材注入孔48と、水・空気抜き孔49とを設けておき、蓋50を設置後に、注入孔48から中詰材を注入し、杭頭部内部の水及び空気と置換するようにしてもよい。これにより、容易に杭頭部処理を行うことができる。
【0058】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、ガイド管が函体の傾斜面から突き出る場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、
図11のように、ガイド管61が
図1の函体のような構造物の水平面60から突き出る場合に適用してもよく、ガイド管61の外側に径の大きい外管62をその上端が水平面60に沿うように配置する。
【0059】
また、
図12のように、ガイド管71が構造物の段違面70a、70bから突き出る場合に適用してもよく、外管72の上端をそれぞれ鉛直方向位置の高い面70aと低い面70bに合うようにカットし、ガイド管71の外側に径の大きい外管72をその上端が面70a、70bに沿うように配置する。
【0060】
また、
図8では、ディスクカッター切断機にディスク状の砥石カッターを用いたが、砥石カッターに代えて、たとえばプラズマトーチを配置し同様にしてガイド管を内周面側から切断するようにしてもよい。
【0061】
また、本実施形態では、複数のガイド管を組み込んだ函体を透過式海域制御構造物の構築位置まで運搬して仮置きしてから基礎杭を打設したが(杭後行法)、本発明はこれに限定されず、複数本の基礎杭のうち、少なくとも1本を予め打設しておき(杭先行法)、少なくとも1本を本実施形態のように函体の仮置き後に打設するようにしてもよい。
【0062】
また、本実施形態では、透過式海域制御構造物の函体を例にして説明したが、本発明は、これに限定されず、ガイド管を組み込んだ別の杭基礎構造物にも適宜適用可能である。
【0063】
また、本実施形態では基礎杭は直杭で、ガイド管は鉛直方向に設置されるが、本発明は、斜杭の場合、すなわち、ガイド管が水平方向に対し傾斜している場合にも適用可能である。