JPH06146305A - 水中基礎およびその据付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大水深、軟弱層の厚く堆積した深い支持層へ
の対応が可能で、潮流が速い場所でも作業足場、導枠等
の仮設構造物を必要とせず、経済的に、かつ急速施工が
可能な水中基礎を提供する。 【構成】 水底１１の基部から水面に達する長尺大径管
からなるメインコラム４とメインコラム基部の外側に配
置され複数段の連結材２２で剛結された短尺大径管から
なる複数のスカートコラム５で構成されるプレファブ脚
柱１のメインコラム４とスカートコラム５の内部にパイ
ルを挿通して水底地盤７中に貫入させ、コラムとパイル
の隙間をグラウト材で結合し、メインコラム４内に中詰
コンクリートを充填した水中基礎およびその施工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中橋脚その他の土木
構造物等の水中基礎およびその築造方法に関するもの
で、特に大水深、軟弱地盤における大規模な水中基礎と
その急速施工に適したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、実用化されている水中基礎として
は多数あるが、一般に直接基礎、杭基礎、ケーソン基礎
の３形式に大別する事ができる。 直接基礎は、支持地盤を比較的浅く広く掘削し、フー
チングを構築する基礎で、外部荷重を直接良質な支持地
盤に伝達させる浅い剛体基礎である。そして施工上、湧
水や滞水を止水、排水する必要があり、鋼矢板止水壁に
よる締切工法や薬液注入工法、ウェルポイント工法等が
採用されている。 杭基礎は、打込み工法あるいは中堀り工法などによっ
て施工された既製杭、または機械掘削あるいは人力掘削
による工法によって作成された場所打ち杭の頭部をフー
チングなどで連結することにより、一体とした弾性体基
礎である。水深が深い場所に建設される杭基礎は、フー
チングが水上に構築される場合（水上フーチング式杭基
礎）と、水底地盤中に構築される場合（水中フーチング
式杭基礎）の２通りがある。水上フーチング式杭基礎の
施工法としては、作業足場兼用の杭支持枠や導枠、桟橋
等の仮設構造物を設置して、多柱を構築したり、大型杭
打船を利用する工法が採用されている。

【０００３】水上フーチング式杭基礎例えば関西国際空
港用橋脚の従来施工例の場合、図１１に示すように、フ
ーチング３２を設置するために水底地盤３３を床堀し、
床堀した底面上を敷砂により敷均し、導杭３４を打設
し、この導杭３４をガイドとして導枠３５を沈設し、導
枠をガイドとして本杭３６を打設し、その本杭３６内に
コンクリートを打設して杭頭処理を行い、敷砂の上に均
しコンクリートを打設し、本杭３６の海中部分を水底近
傍で水中切断し、次にフーチングと一体にプレファブ化
された橋脚３７を、前記導杭３４をガイドにしてクレー
ン船にて設置し、設置されたフーチング３２のまわりに
海砂を投入して埋戻しを行い、フーチング部の型枠兼用
鉄骨フレーム内にプレパックドコンクリートを打設する
という工法が採用されている。 ケーソン基礎は、底部を開放した鉄筋コンクリートや
鋼製の筒状の構造物を地上で構築し、海上に曳航設置
し、筒内の土砂を排出しながら地中に沈下させ、所定の
支持地盤に到達させる深い剛体基礎である。掘削沈設方
法としては、オープンケーソン工法、ニューマチックケ
ーソン工法、ドームドケーソン工法に大別できる。施工
法としては、係留アンカー、ケーソン支持枠、桟橋等の
大規模な仮設構造物を設置したり、海上、河川管理上の
制約から橋足駆体の断面を減少させたり、ケーソン天端
を深くする必要から鋼矢板止水壁による締切工法等が採
用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来実施されている水
中基礎には一般的に下記のような課題が挙げられる。 直接基礎は、締切工法等により完全止水し、ドライな
状態で支持層を掘削し、仕上げた岩盤上に直接フーチン
グを築造する工法であるため、鋼矢板止水壁等の大規模
仮設構造物や、高度な止水、排水技術を必要とし、大水
深、軟弱層の厚く堆積した深い支持層への対応が困難で
ある。 杭基礎のうち、水上フーチング式杭基礎は、杭の頭部
を水面上でフーチングにより連結するという構造上の特
性を有し、水底地盤より上の剛性が小さいため、地震時
の水平変位が大きく、かつねじれによる強度も弱く、杭
の不等沈下等によって大きなせん断力がフーチングに作
用する恐れも大きい。また杭１本当りの支持力が小さい
故、大きな支持力に対応するためには、杭本数の増加が
不可欠となり、フーチング面積がそれに伴って拡大し、
近接施工が困難となる。さらに、施工面では大水深や潮
流の速い所に築造する場合、杭支持枠、導枠、桟橋等の
大規模仮設構造物を必要とし、不経済となる。

【０００５】一方、従来の水中フーチング式杭基礎は、
杭の頭部を水底地盤近傍でフーチングと連結するという
構造上の特性から、水上フーチング式杭基礎と比較する
と、剛性が大きく、地震時の水平変位が小さく、ねじれ
による強度も優れているが、施工面でいくつかの問題点
を有する。即ち、(a) フーチング設置面の床堀、敷均
し、及び埋戻しが広範囲にわたって必要であり、床堀り
の困難な水底土質地域、大水深や潮流の速い所及び環境
規制の厳しい地域に適用することは難しい、(b)フーチ
ングと杭頭の剛結合が、水中プレパックドコンクリート
打設により確実に行われたかどうかの確認が難しく、ま
たプレパックドコンクリートは品質面での信頼性に乏し
い、(c) 本杭を打設するために大型の導枠が必要となり
不経済である、(d) 導杭、導枠を精度よく設置する事が
難しい、(e) 大水深や潮流の速い所では水底の導枠に本
杭を差し込む作業が難しい、(f) 本杭打設時のガイドと
して導枠が一点しかないため、本杭打設精度の確保が難
しい、(g) 大水深の場合、最初の建込み杭が長くなるた
め杭の輸送、ハンドリング、杭打船等の面で不利とな
る、(h) 特殊な作業員（潜水夫）を必要とし、潜水病等
の労務災害が発生しやすい等の課題がある。 ケーソン基礎は、フローティングケーソンを曳航設置
し、躯体コンクリートを打継ぎながら圧気下あるいはオ
ープン状で所定の深さまで掘削沈下させるもので、完成
した構造系としては優れているが施工面での難しさとい
う問題を有する。即ち、(a) 掘削沈下途中にケーソンが
傾斜した場合の修正が難しい、(b) 支持層が傾斜してい
る場合や中間層に硬い地盤層がある場合沈下が困難、
(c) 潮流の速い所ではケーソン支持枠、係留アンカー、
作業足場等大規模な仮設構造物が必要となり不経済とな
る、(d) 掘削残土量が多く工期は長い、(e) 浮遊曳航時
の安定性が悪い、(f) 特殊な作業員（ケーソン夫）を必
要とし、ケーソン病等の労務災害が発生しやすい等の課
題がある。

【０００６】本発明は前記従来の水中基礎の課題を解決
することを目的としたもので、(a)大水深、軟弱層の厚
く堆積した深い支持層への対応が可能で、(b) 剛性が大
きく、耐震性や不等沈下防止面に優れており、(c) 潮流
の速い所でも係留ワイヤー、作業足場、支持枠、導枠等
の大規模仮設構造物を必要とせずに経済的に施工でき、
(d) 施工手順が簡単、容易で施工性が良く、(e) プレフ
ァブ化による急速施工が可能で、(f) 特殊な作業員が不
要で、労務災害が発生しにくい、以上のような特徴をも
つ水中基礎およびその据付方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の問題を有利に解決
するために、本発明の水中基礎においては、陸上ヤード
又はドライドックで建造され、水底１１の基部から水面
より上方まで到達する長さの長尺大径管からなるメイン
コラム４およびメインコラム基部の外側に配置され複数
段の連結材２２で剛結合された短尺大径管からなる複数
のスカートコラム５で構成されるプレファブ脚柱１と、
据付現場においてメインコラム４またはスカートコラム
５の内部に挿通して水底地盤７中の支持層８まで貫入さ
せたメインパイル２またはスカートパイル３が、前記プ
レファブ脚柱基部にてメインコラム４およびスカートコ
ラム５とグラウト結合され、かつメインコラム４内に中
詰コンクリート１０が充填されている。前述の問題を有
利に解決するために、本発明の水中基礎の据付方法にお
いては、プレファブ脚柱１のスカートコラム５の上方延
長線上のメインコラム側面に、間隔をおいて複数段のス
カートパイルガイド２３を設け、かつメインコラム４の
側面複数箇所に仮設杭ガイド２５を複数段設け、更に頂
部には作業足場２６を設けておき、このプレファブ脚柱
１を据付現場の水底１１に位置決めして着底させた後、
仮設杭ガイド２５を通して複数本の仮設杭２１を打設し
て仮固定し、ついでメインコラム４内にメインパイル２
を挿通し、スカートコラム５内にスカートパイルガイド
２３を介してスカートパイル３を挿通し、それぞれのパ
イルを水底地盤７中の支持層８まで貫入し、プレファブ
脚柱基部の区間において、それぞれのコラムとパイルの
間隙にグラウト材６を注入し、ついでメインコラム４内
に中詰コンクリート１０を充填し、スカートパイルガイ
ド２３を取外す。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図１〜図３
は本発明の水中基礎の１例で、図１は一部縦断側面図、
図２はプレファブ脚柱の平面図、図３はプレファブ脚柱
基部の横断平面図を示す。本発明の水中基礎は、長尺大
径管からなるメインコラム４とメインコラム基部の外側
に配置され複数段の連結材２２で剛結合された短尺大径
管からなる複数のスカートコラム５で構成されるプレフ
ァブ脚柱１が、水底面１１に立設され、メインコラム
４、スカートコラム５にそれぞれメインパイル２、スカ
ートパイル３が挿通され、プレファブ脚柱基部にてグラ
ウト結合６により、一体的に固定された構造体である。
メインコラム４としては、直径１ｍ以上の大径鋼管が用
いられ、水底に位置する下端部から水面上まで突出する
長さの長尺物を１本又は複数本用いられる。前記実施例
の如く、複数本（４本）のメインコラムを用いる場合
は、複数箇所を連結部材２２で固定して一体として挙動
するようにし、また外力の作用箇所には局部変形を防止
するため補剛リング２４を設ける。スカートコラム５
は、固定構造として挙動するに必要な長さの短尺の大径
鋼管で、メインコラム４の下端部外側に複数配置され、
複数段の連結材２２でメインコラム４と、溶接等により
剛結合固定される。前記メインコラム４の連結部材２２
およびスカートコラム５とメインコラム４の連結材２２
としては、鋼板製の厚板や、Ｈ形鋼その他の形鋼等が用
いられる。

【０００９】以上の如き、メインコラム４とスカートコ
ラム５とは、陸上ヤード又はドライドックにて、一体製
作されたプレファブ脚柱１としてバージに搭載され、又
はクレーン船で吊った状態、又は浮上曳航により据付現
場に輸送される。なお、輸送手段として、バージ搭載を
採用し、据付現場でロンチング（進水）する場合および
浮遊曳航する場合は、メインコラム４、スカートコラム
５の両端部はパイル挿入時破断可能なラバー隔壁で密封
し、注排水バルブを設けておき、浮上・沈設可能として
おく必要がある。水底に立設されたプレファブ脚柱１を
固定するメインパイル２、スカートパイル３はそれぞれ
メインコラム４、スカートコラム５より約１００mm程度
小さい直径の鋼管杭又はケーソンを用いて、コラム内に
挿通して水底地盤支持層８迄打込み又は中堀り圧入によ
り貫入している。このメインパイル２、スカートパイル
３の頭部は、プレファブ脚柱１の基部にて、それぞれメ
インコラム４、スカートコラム５との間隙に公知の手段
でモルタル等のグラウト材６を充填して固定している。
なお、グラウト結合はパイル外面とコラム内面にそれぞ
れ剪断突起を設けて結合強度を高めるようにした方が好
ましい。

【００１０】本実施例では、メインコラム４、メインパ
イル２、スカートパイル３の全てにコンクリート９，１
０を中詰しているが、少なくともメインコラム４の内部
には、下端部迄コンクリート１０を中詰する必要があ
る。この理由は、プレファブ脚柱１の上部に作用する鉛
直荷重を、メインコラム４内のコンクリート１０を介し
て、メインパイル頭部に伝達させるためである。この他
に、メインパイル２、スカートパイル３のコンクリート
中詰９，１０は、コンクリートとの合成機能による剛性
アップの効果を狙ったものである。

【００１１】次に本発明の水中基礎の据付方法を説明す
る。図４は本発明の据付方法によって据付完成した直後
の水中基礎の側面図、図５はその平面図である。本発明
の据付方法を採用する場合は、前述したプレファブ脚柱
１に、あらかじめスカートコラム上方延長線上のメイン
コラム側面に、間隔をおいて複数段のスカートパイルガ
イド２３と、仮設杭ガイド２５とを設けておき、プレフ
ァブ脚柱基部下端のメインコラム４、スカートコラム５
には、グラウトシール３１を設けておき、かつ頂部には
作業足場２６を設けておく必要がある。スカートパイル
ガイド２３は、上部をラッパ状に拡径しておき、スカー
トパイル３挿入時のガイドへの誘導が容易にできるよう
にしたものを、メインコラム４の側面に取外し可能に設
ける。取付間隔はスカートパイル３の１本の長さ以下と
し、それぞれのガイド中心がスカートコラム５の中心と
合致するように配置する。スカートパイルガイド２３の
取付手段は、メインコラム側面に固定したリブにボルト
接合する方法や、実施例に示すように、メインコラム４
の連結部材２２と一体的に設けておき、後で切断して取
外すことにしてもよい。

【００１２】仮設杭ガイド２５は、プレファブ脚柱１を
据付現場に沈設した後、潮流や波浪の外力による移動、
転倒等を防止するための仮固定用仮設杭２１を容易に打
設するため設けるものであり、メインコラム４の側面
に、複数段かつメインコラム４回りに複数箇所設ける必
要がある。実施例では、メインコラム４の連結部材２２
およびプレファブ脚柱基部の連結材２２に４段、４箇所
設けている。なお、仮設杭ガイド２５の形状は、実施例
では図示していないが、スカートパイルガイド２３と同
様に上部をラッパ状に拡径する方が好ましい。またメイ
ンパイル２、スカートパイル３のグラウトシール３１
は、図６に示すような公知のものを用いればよい。頂部
の作業足場２６は、パイルの挿入・打設、グラウチン
グ、コンクリート中詰等の作業用に利用されるが、特
に、大規模な水中基礎の場合は、タワークレーン等を設
置する場合もある。また実施例では、メインコラム４の
頂部連結部材２２が作業足場を兼ねた例を示している。

【００１３】以下、水中基礎の据付手順を説明する。先
ず、陸上ヤード又はドライドックで製作された前述のプ
レファブ脚柱１を据付現場に輸送した後、沈設し、位置
決めして着底させた後、直ちに仮設杭ガイド２５を通し
て、複数本の仮設杭２１を水底地盤７に打設し、少くと
も上端の仮設杭２１と仮設杭ガイド２５をライナープレ
ート等で溶接固定して、仮固定する。次に、メインコラ
ム４内にメインパイル２を挿通し、スカートコラム５内
にスカートパイルガイド２３を介してスカートパイル３
を挿通し、それぞれのパイルを水底地盤７の支持層８迄
貫入する。パイルの貫入手段は、パイル直径が１ｍ〜２
ｍ程度であればハンマー打撃により、これ以上の大径の
場合は中堀りして圧入方式によって行う。メインパイル
２およびスカートパイル３が所定の支持層８迄到達した
ら、頭部をプレファブ脚柱基部上端と同一レベルで水中
切断する。又はヤットコ杭によって、パイル頭部の高さ
を決定してもよい。

【００１４】次にプレファブ脚柱基部の区間のメインコ
ラム４とメインパイル２頭部の間隙、スカートコラム５
とスカートパイル３頭部の間隙に水中難分離性のモルタ
ル等のグラウト材６を注入・充填し、プレファブ脚柱１
とそれぞれのパイルを基部で完全に固定し一体化する。
次に少くとも、メインコラム４内にコンクリート１０を
充填して中詰する。なお、メインコラム４以外のメイン
パイル２、スカートパイル３内は同様にコンクリート９
を中詰するか、又は土砂を中詰する。最後に、プレファ
ブ脚柱１のスカートパイルガイド２３を撤去し、水中基
礎を完成する。なお、仮設杭２１、仮設杭ガイド２５は
撤去しても、そのまゝ残しても、いずれでも構わない。

【００１５】図７〜図１０は本発明の水中基礎構造の他
の実施例を示すもので、１本のメインコラム４の外側に
２本又は４本のスカートコラム５を配置したものや、２
本のメインコラム４の外側に２本のスカートコラム５を
配置したもの、多数のメインコラム４の外側に多数のス
カートコラム５を配置したもの等、各種のバリエーショ
ンが考えられ、上部工の形状、荷重および環境条件等に
応じて適宜選択できる。

【００１６】

【発明の効果】 本発明の水中基礎構造体は水中部に位置するメインコ
ラム部が、基部および支持パイル部と比較して投影面積
が小さいため、潮流や波浪外力の作用面積が小さく設計
外力が軽減でき、全体重量の低減が可能となる。さらに
構造体の重心が低くトップヘビーでない事から、地震時
の慣性力が小さく、耐震性に優れ、不等沈下が生じにく
い。また水中基礎構造体の頂部に作用する上部工の荷重
のうち、鉛直荷重は主として圧縮強度材として有利なメ
インコラム４内の中詰コンクリート１０を介してメイン
パイル２に伝達されるので、水底地盤支持層８で確実に
抵抗させる事が可能である。一方、水平荷重およびそれ
に起因する転倒モーメントは、メインコラム４を介して
プレファブ脚柱基部に伝達され、プレファブ脚柱基部の
メインパイル２とのグラウト結合および複数段の連結材
２２によるメインコラム４とスカートコラム５、スカー
トコラム５とスカートパイルのグラウト結合により、こ
れらが一体的に働き、全体のパイルに伝達されて水平地
盤反力およびスカートパイル３、メインパイル２の押し
込み、引き抜き反力により抵抗させる構造であるため安
定性が高い。 また本発明の水中基礎の据付方法は、プレファブ脚柱
１を据付現場に運搬した後、水底面１１に沈設して、直
ちにメインコラムの側面に備えている仮設杭ガイド２５
を通じて、水底地盤７中に仮設杭２１を打設して仮固定
し、ついでメインコラム側面に備えているスカートパイ
ルガイド２３を介して、スカートパイル３をスカートコ
ラム５内に挿通し、水底地盤７中の支持層８迄貫入さ
せ、同様にメインパイル２をメインコラム４内に挿通し
て水底地盤７中に貫入させ、これらの一連の据付作業
を、プレファブ脚柱１の頂部に設けた作業足場２６を利
用して行い、据付工事のための導杭，導枠等の仮設構造
物の設置を不要とするばかりでなく、プレファブ脚柱１
自身に附設したガイド又はコラムを通じて行うため、大
水深や潮流の速いところでも、水上作業により極めて正
確に、かつ短工期で、しかも容易に施工することがで
き、さらに潜水夫やケーソン夫等の特殊な作業員による
作業を軽減又は不要にすることができる。また本発明
は、杭基礎や直接基礎のような水中フーチングを必要と
しない構造のため、水底面の床堀り、敷均し、埋戻し、
及び大量の水中プレパックドコンクリート打設が不要で
あり、海水、河川汚濁等を最小限にとどめる事が可能で
ある。さらにまたケーソン基礎のように大量の掘削土砂
が排出されないため、残土処理の負担は少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水中基礎の実施例の側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】本発明の水中基礎の据付中の側面図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】プレファブ脚柱基部のグラウトシールを示す一
部切欠斜視図である。

【図７】本発明の水中基礎の他の実施例を示す概略平面
図である。

【図８】本発明の水中基礎の他の実施例を示す概略平面
図である。

【図９】本発明の水中基礎の他の実施例を示す概略平面
図である。

【図１０】本発明の水中基礎の他の実施例を示す概略平
面図である。

【図１１】従来の水中フーチング式杭基礎の例を示す図
である。

【符号の説明】

１ プレファブ脚柱 ２ メインパイル ３ スカートパイル ４ メインコラム ５ スカートコラム ６ グラウト材 ７ 水底地盤 ８ 支持層 ９ 中詰コンクリート １０ 中詰コンクリート １１ 水底面 ２１ 仮設杭 ２２ 連結部材 ２３ スカートパイルガイド ２４ 補剛リング ２５ 仮設杭ガイド ２６ 作業足場、タワークレーン設置用基台 ３１ グラウトシール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陸上ヤード又はドライドックで建造さ
   れ、水底１１の基部から水面より上方まで到達する長さ
   の長尺大径管からなるメインコラム４およびメインコラ
   ム基部の外側に配置され複数段の連結材２２で剛結合さ
   れた短尺大径管からなる複数のスカートコラム５で構成
   されるプレファブ脚柱１と、据付現場においてメインコ
   ラム４またはスカートコラム５の内部に挿通して水底地
   盤７中の支持層８まで貫入させたメインパイル２または
   スカートパイル３が、前記プレファブ脚柱基部にてメイ
   ンコラム４およびスカートコラム５とグラウト材６によ
   り結合され、かつメインコラム４内に中詰コンクリート
   １０が充填されていることを特徴とする水中基礎。
2. 【請求項２】 プレファブ脚柱１のスカートコラム５の
   上方延長線上のメインコラム側面に、間隔をおいて複数
   段のスカートパイルガイド２３を設け、かつメインコラ
   ム４の側面複数箇所に仮設杭ガイド２５を複数段設け、
   更に頂部には作業足場２６を設けておき、このプレファ
   ブ脚柱１を据付現場の水底１１に位置決めして着底させ
   た後、仮設杭ガイド２５を通して複数本の仮設杭２１を
   打設して仮固定し、ついでメインコラム４内にメインパ
   イル２を挿通し、スカートコラム５内にスカートパイル
   ガイド２３を介してスカートパイル３を挿通し、それぞ
   れのパイルを水底地盤７中の支持層８まで貫入し、プレ
   ファブ脚柱基部の区間において、それぞれのコラムとパ
   イルの間隙にグラウト材６を注入し、ついでメインコラ
   ム４内に中詰コンクリート１０を充填し、スカートパイ
   ルガイド２３を取外す工程を特徴とする水中基礎の据付
   方法。