JPH10121450A - ケーソンと基礎杭との結合工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケーソンと基礎杭との結合コンクリートを速
やかに打設できながら結合力も十分に確保できるケーソ
ンと基礎杭との結合工法を提供する。 【構成】 ケーソン１の底版コンクリートＣにスリーブ
管５０を埋設することにより形成した空所内に、基礎杭
３を貫通させてケーソン１を沈設した後、空所内に杭頭
結合コンクリートＣ２を水中打設してケーソン１と基礎
杭３との一体化を図る。スリーブ管５０の内面および基
礎杭３の外面とに、予め帯鋼５３、５４を固定して凹凸
部を形成しておき、鉄筋の配筋がなくとも結合力を確保
する。鉄筋を配筋しないので作業が速やかに進行し、杭
頭結合コンクリートＣ２の結合力を低減させる海草の付
着を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーソンと基礎杭
との結合工法、特に、人工島などの施工に用いる巨体な
鋼殻ケーソンを、海底地盤に打設した複数の基礎杭上に
据え付けて固定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、人工島のような巨体な海洋構造
物の施工においては、岸壁や護岸などの施工に用いる一
般的なコンクリート製ケーソンに代えて、巨体な鋼殻ケ
ーソンを用いることがある。この鋼殻ケーソン自体は、
上面が開口した内部中空な箱形に形成されるのが普通で
ある。

【０００３】ところで、こうしたケーソンの従来の据え
付け工法としては、通常、海底に捨て石マウンドを形成
してその上に沈設する工法が採られる。しかし、水深が
深くて潮流も速く、しかも海底の地盤表面の支持強度が
十分でない場所では、海底地盤の支持層に達する基礎杭
を打設して、その基礎杭上にケーソンを据え付けて固定
する工法の採用が望ましい場合がある。実際に基礎杭上
にケーソンを固定するには、ケーソンの底部に複数の空
所を設け、この空所に基礎杭を貫通させた状態で、空所
に水中コンクリートを打設して、基礎杭とケーソンとを
結合させる工法が採られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、通常、コン
クリートを打設する場合には、補強用の鉄筋を予め配筋
したところにコンクリートを打設するが、上記のように
ケーソンの空所に鉄筋を配筋するには、スペースが狭い
ので作業できない。さらに、杭を打設してから杭頭結合
コンクリートを打設するまでに日数がかかってしまうこ
とにより、互いに一体化すべきコンクリート打設面に海
草が付着するおそれが生じる。海草が付着すると、コン
クリートの結合力が極端に低減するので、これは回避せ
ねばならない課題であった。また、杭頭部分に養生シー
トを被せておく対策も考えられるが手間がかかる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、ケーソンと基礎杭との結合コンクリートを速やか
に打設できながら結合力も十分に確保できるケーソンと
基礎杭との結合工法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたものであって、基礎杭が打設された海底地盤
上に、底部に複数の空所を有するケーソンを、前記空所
に前記基礎杭を貫通させた状態で沈設して据え付け、次
いで、前記空所にコンクリートを水中打設することによ
り、前記ケーソンと基礎杭とを一体化させるにあたり、
予め、前記ケーソンにおける前記空所に面する内面部分
および前記基礎杭における前記空所に面する外面部分
に、複数の凹凸部を形成しておくことを特徴としてい
る。上記工法において、前記凹凸部を、上下方向に凹凸
が形成された形態とすると好ましい。また、前記凹凸部
は、帯鋼等の機械要素を固定することにより形成するこ
ともできる。さらに、前記ケーソンを沈設する際に、該
ケーソンにおける前記空所に、該空所を密閉する蓋体を
撤去可能に取り付けておき、前記水中打設を行う際に
は、その蓋体を撤去するようにすると好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付の図１〜図１７を参照して説明する。図
１〜図５は、ケーソン（鋼殻ケーソン）据え付けの概略
を示す工程を順に示している。同工程を説明する前に、
まず、図５を参照してケーソンの構造や製作などについ
て概略的に説明する。符号１で示すケーソンは、骨組み
に大小の多数のＨ鋼、側板に鋼板等を用いた、いわゆる
鋼殻ケーソンからなり、内部中空な箱形に形成される。
このケーソン１は、上面が開口し、その内部が、互いに
平行する二つの隔壁２によって三つの室に区画されてい
る。隔壁２の下部は、底版コンクリートＣを打設する部
分には設けられていない。つまり、隔壁２は底版コンク
リートＣ上から立ち上がる構造とされる。このケーソン
１の大きさは、縦、横、高さがそれぞれ数十メートルあ
るいはそれ以上にも及ぶ。

【０００８】このような構造および大きさのケーソン１
を製作する場合には、例えば、造船所のドライドックを
利用して製作する。しかる後、コンクリートの打設作業
に適した岸壁等へ、ケーソン１を曳航して係留し、ケー
ソン１内に底版コンクリートＣを打設する。この底版コ
ンクリートＣの構造および機能などについて、図５を参
照してもう少し具体的に説明すると、ケーソン１は、底
版コンクリートＣの打設後において、目的とする沈設場
所まで曳航され、そこで沈設される。この沈設に際して
は、予め施工しておいた支持杭１０の頭部部分でテンプ
レート４を支持させ、そのテンプレート４上にケーソン
１を設置して固定する。テンプレート４は、水中コンク
リートの打設によって支持杭１０を含む多数の基礎杭３
と一体化され、しかも各基礎杭３の頭部はテンプレート
４を貫通してケーソン１内に挿入される構造となる。

【０００９】したがって、底版コンクリートＣの部分に
は、各基礎杭３の頭部をそれぞれ引き込むための多数の
空所５が形成されている。これら空所５は、ケーソン１
の製作時に予め設けられ、ケーソン１自体が船体として
の機能を有するように、沈設完了までは水密性を有する
後述する仮蓋で密閉される。図５において符号６は杭頭
結合コンクリートの打設部分、７はガスケット、８ａ、
８ｂは側壁、９は上床梁を示している。

【００１０】次に、このケーソン１の据え付け工程につ
いて具体的に説明する。まず、図１に示すように、海底
地盤Ｇに対して、テンプレート４を支持するための支持
杭１０、およびテンプレート４の沈設に際してこれをガ
イドするためのガイド杭２０を打設する。支持杭１０の
打設本数としては、テンプレート４の大きさや強度に合
わせて決定されるが、少なくとも４本以上打設して、テ
ンプレート４を海底近くで安定に支持できるようにす
る。なお、テンプレート４の構造や機能については後述
するが、その全体構造としては、図６に示すように、平
面格子状の枠組み鋼構造物である。

【００１１】一方、ガイド杭２０については、テンプレ
ート４の長手方向の両端近くに少なくとも２本打設す
る。その際、両ガイド杭２０、２０は、それぞれがテン
プレート４の幅方向中央位置になるように配慮するのが
好適である。なお、このガイド杭２０は、テンプレート
４の沈設時のガイドとして用いるので、それらの頭部
（上端）が海面よりも突出する長さとなるように設定す
る。

【００１２】また、支持杭１０の頭部、およびガイド杭
２０の外周部分に、テンプレート４の下面を受けるため
の支承部材１１、２１をそれぞれ取り付けておく。これ
ら支承部材１１、２１は互いに同じレベルとなるように
する。ガイド杭２０の支承部材２１については、ガイド
杭２０の外周部分に水中溶接等の手段により固定する
が、支持杭１０の支承部材１１については、支持杭１０
の頭部上に固定する構造とするのが好適である。こうす
る方が、構造強度および作業性などの点において有利に
なるからである。また、各支承部材１１、２１の何れ
も、中央に位置する支持杭１０およびガイド杭２０の外
径よりも平面的に十分に大きくなるように設計してい
る。これは、テンプレート４を安定に支持する上で十分
に大きな受圧面積を得ることができるようにするためで
ある。

【００１３】このようにして支持杭１０およびガイド杭
２０の施工を終えたら、必要に応じて支持杭２０の切断
および置換砂工等を行い、しかる後、支持部材１１、２
１の取り付け作業を行い、その後、テンプレート４を、
ガイド杭２０をガイドに利用して沈設する。

【００１４】テンプレート４は、図６に示すように、平
面格子状の枠組み鋼構造物として構成されている。すな
わち、大型のＨ鋼やＩ型鋼などを溶接して格子状に組ん
だもので、その多数ある升目のうち、正方形の升目とな
っている箇所が、基礎杭３の打設に際して、その基礎杭
３を上から通して位置決めした状態で打設することがで
きるように設計している部分である。

【００１５】一方、前記ケーソン１における底版コンク
リートＣの部分に形成してある空所５は、図９（ａ）、
（ｂ）に示すように、基礎杭３よりも大径のスリーブ管
５０が底版コンクリートＣに埋設されることにより設け
られている。スリーブ管５０はケーソン１の製作時に予
め設けられ、その上端開口には、ケーソン１自体が船体
としての機能を有するように、沈設完了までは水密性を
有する円盤状の仮蓋（蓋体）５１で密閉される。この仮
蓋５１は、スリーブ管５０の上端内周縁に設けられた環
状ブラケット５２に載せられ、複数の図示せぬボルトで
固定される。

【００１６】また、スリーブ管５０の内周面及び外周面
と基礎杭３の内周面及び外周面には、多数の帯鋼（機械
要素）５３、５４がそれぞれ固定されていることにより
凹凸部が形成されている。これら帯鋼５３、５４は、ス
リーブ管５０および基礎杭３に対し、周方向と軸方向に
沿って多数固定されている。なお、図９の符号５５は、
底版コンクリートＣ中に埋設された補強用の鉄筋であ
る。

【００１７】テンプレート４の周囲には、ケーソン１の
沈設時におけるそのケーソン１の沈設位置ガイドとして
機能させるためのガイド装置４０を複数設けている。こ
のガイド装置４０は、図７および図８に示すように、ケ
ーソン１の底部周囲をガイドする斜面４０ａを備えた構
成となっている。また、テンプレート４における前記空
所５が設けられる以外の升目の適宜箇所は、図８に示す
ように、十字材４ｂと斜材４ｃとにより補強がなされて
いる。なお、このテンプレート４は陸上で地組みし、た
とえば、大型のクレーン船にて吊り上げた状態で沈設現
場まで海上輸送される。吊り上げには、テンプレート４
の撓みを少なくするために、多数の吊り上げワイヤを用
いると好ましい。

【００１８】そして、このテンプレート４の沈設に際し
ては、クレーン船で吊り上げた状態でガイド杭２０との
位置合わせを行い、しかる後、次第に吊り下ろすことに
よって自重により沈下させつつ、支持杭１０上に沈設す
ればよい。こうすることで、テンプレート４は支持杭１
０およびガイド杭２０の支承部材１１、２１によって海
底近くにしっかりと支持される。したがって、この状態
で、支持杭１０およびガイド杭２０に対するテンプレー
ト４の固定を行う。

【００１９】テンプレート４の固定作業を終えたら、次
に、図３に示すように、ガイド杭２０の上部を切断し、
その後、テンプレート４を定規として多数の基礎杭３を
打設する。この基礎杭３の打設に際しては、升目を合わ
せることにより、相互に必要な間隔をおいて、目的とす
る位置に高精度に打設することができる。

【００２０】各基礎杭３の打設作業を終えたら、図３に
示すように、必要に応じてテンプレート４の外周に中詰
め砂Ｓの充填作業を行い、さらに、テンプレート水中コ
ンクリート工Ｃ１を打設する。中詰め砂Ｓは、水中コン
クリート工Ｃ１を行う前の均し作業を兼ねており、水中
コンクリートＣ１は、支持杭１０、ガイド杭２０を含む
多数の基礎杭３と、テンプレート４とのコンクリートに
よる一体化を図る役割を受け持つ。なお、この水中コン
クリート工Ｃ１の厚さについては、テンプレート４上に
ケーソン１を設置することを考慮して、テンプレート４
の上面よりも上に突出しないように配慮される。

【００２１】以上のようにして、ケーソン１を沈設する
のに必要な基礎工程を終えたら、次に、図４に示すよう
に、ケーソン１を沈設位置まで曳航し、テンプレート４
の直上に位置決めした状態で沈下させる。このケーソン
１の沈設に際しては、ケーソン１内に海水をバラスト水
として注水して行う。また、ケーソン１を目的とする位
置に鉛直に沈下させるために、ここでは特に図示してい
ないが、起重機船の他に、コンピュータを利用した解析
および画像表示等による沈設姿勢制御および計測システ
ムを用いて行う。

【００２２】こうして、ケーソン１を正確に順次沈下さ
せることによって、そのケーソン１の底部をテンプレー
ト４上に沈設する。図５はその状態を示しており、ここ
で、ケーソン１の底部がテンプレート４の上に載る直前
において、仮に、テンプレート４に対するケーソン１の
相対位置が設計位置より若干ずれていた場合には、テン
プレート４の周囲に設けてあるガイド装置４０の働きに
より、すなわち、傾斜面４０ａの作用によってケーソン
１は所定の位置に案内される。

【００２３】そして、ケーソン１の底部がテンプレート
４上に載り、いわゆる着底した状態では、ガイド装置４
０全体の働きによって、ケーソン１はテンプレート４に
対してしっかりと位置決めされる。すなわち、ケーソン
１はガイド装置４０によって水平方向に移動しないよう
拘束される。したがって、ケーソン１はテンプレート４
上に安定状態で支持されることになる。その結果、ケー
ソン１自体が潮流等の影響を受けても、これにより不安
定になるようなことがない。勿論、テンプレート４とケ
ーソン１とをボルトなどによって固定することにより、
さらに安定状態で基礎杭３上に支持することができる。

【００２４】上記のようにケーソン１の沈設作業を終え
たら、次に、ガスケット７に対するケーソン荷重による
クリープ変形が杭頭結合時にコンクリートの硬化による
影響を与えないようにするため、スリーブ管５０を除い
たテンプレートとケーソンとの隙間を特殊モルタルで充
填する。その後、本発明に係る杭頭結合コンクリートＣ
２の水中打設に移る。

【００２５】杭頭結合コンクリートＣ２を水中打設する
にあたっては、まず、図１０に示すように、仮蓋５１を
スリーブ管５０の環状ブラケット５２に固定している全
てのボルトを、潜水士である作業員Ｐが水中切断する。
これで仮蓋５１は環状ブラケット５２上に単に載ってい
るだけとなる。次に、図１１に示すように、予め形成さ
れている吊り用孔にシャックル等を使用して吊りタワー
クレーン等に係合させたワイヤ６０を引掛ける。次い
で、タワークレーンでワイヤ６０を上昇させて仮蓋５１
を吊り上げ、図１２および図１３に示すように撤去す
る。この際、底版コンクリートＣ中の鉄筋５５を痛めな
いよう配慮する。

【００２６】上記のように仮蓋５１を撤去したら、杭頭
結合コンクリート打設管であるトレミー管６１を、スリ
ーブ管５０内に導入する。トレミー管６１は、図１４に
示すように、ケーソン１の両側方に係留させたコンクリ
ートミキサー船７０のクレーン７１からケーソン１内に
沈下させ、まず、その先端を図１５に示すように、作業
員Ｐによってスリーブ管５０と基礎杭３との間に誘導
し、ここに杭頭結合コンクリートＣ２を打設する。スリ
ーブ管５０と基礎杭３との間において杭頭結合コンクリ
ートＣ２が基礎杭３の上端まで達したら一旦打設を停止
し、今度は図１６に示すように、作業員Ｐがトレミー管
６１を基礎杭３の内部に誘導し、その内部に杭頭結合コ
ンクリートＣ２を打設する。

【００２７】なお、杭頭結合コンクリートＣ２は、水中
不分離性コンクリートが用いられ、その組成としては、
たとえば下記表１に示すようなものである。杭頭結合コ
ンクリートＣ２は、図１７に示すように、基礎杭３の上
端と底版コンクリートＣの上端の間における所定高さの
位置まで打設する。その天端位置は、作業員Ｐが打設定
規６２で確認しながら行い、例えば、仮蓋５１を固定し
ていた環状ブラケット５２までである。

【００２８】◎

【表１】

【００２９】以上のように杭頭結合コンクリートＣ２を
打設すると、ケーソン１と支持杭１０およびガイド杭２
０を含む基礎杭３との一体化が、杭頭結合コンクリート
Ｃ２を介して図られる。ここで、図９に示すように、ス
リーブ管５０の内外周面と基礎杭３の内外周面には、多
数の帯鋼５３、５４がそれぞれ固定されていることによ
り凹凸が形成されているので、杭頭結合コンクリートＣ
２の双方に対する結合が強固になる。その結果、杭頭結
合コンクリートＣ２を介してのケーソン１と支持杭１０
およびガイド杭２０を含む基礎杭３との一体化がより強
固になる。特に、帯鋼による凹凸が上下方向に並んでい
ることにより、杭頭結合コンクリートＣ２が空所５から
抜けるおそれがない。また、帯鋼５３、５４は、溶接に
よって簡単に固定させることができ、スリーブ管５０や
基礎杭３に複雑な加工を施すことなく容易に凹凸を形成
することができる。

【００３０】このように、杭頭結合コンクリートＣ２を
水中打設するにあたって、通常であるならば、ケーソン
１と基礎杭３との結合強化を図るため、スリーブ管５０
内や基礎杭３内に鉄筋等の補強筋を配筋することにな
る。しかしながら、狭い中での配筋作業はほとんど不可
能な上、スリーブ管５０や基礎杭３の表層に海草を付着
させてしまう時間的猶予を与えてしまう。このように海
草が付着してしまうと、杭頭結合コンクリートＣ２の結
合力が極端に低減してしまう。ところが本実施形態で
は、スリーブ管５０と基礎杭３に多数の帯鋼５３、５４
により凹凸が形成されて、杭頭結合コンクリートＣ２の
結合力が確保されるので鉄筋を配筋する必要が無く、も
って作業の迅速化が図られるに伴って海草の付着といっ
た問題、すなわち杭頭結合コンクリートＣ２の結合力の
低減も解消し得るのである。

【００３１】以上のようにして杭頭結合コンクリートＣ
２の水中打設が終わったら、必要な程度にケーソン１内
の排水作業を行いながら、隔壁２、側壁８ａ、８ｂ部分
のコンクリート打設作業を実施する。排水作業に際して
は、隔壁２、側壁８ａ、８ｂ部分のコンクリート打設作
業の進行に合わせて行い、少なくともケーソン１に浮力
が生じないように配慮しつつ行うことになる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ケ
ーソンにおける基礎杭が貫通される空所に面する内面部
分および基礎杭における前記空所に面する外面部分に複
数の凹凸部を形成しておき、空所にコンクリートを打設
してケーソンと基礎杭を一体化させるので、空所に鉄筋
頭を配筋することなくコンクリートを速やかに打設でき
ながら、そのコンクリートにより十分な結合力が確保さ
れる。

【００３３】また、前記凹凸部を上下方向に凹凸が形成
される形態にすることにより、コンクリートの抜けが回
避されるとともに、結合力が促進される。

【００３４】また、前記凹凸部を、帯鋼等の機械要素を
固定して形成することにより、空所の内面や基礎杭に複
雑な加工を施すことなく容易に凹凸部を形成することが
できる。

【００３５】さらに、ケーソンを沈設する際に、該ケー
ソンにおける空所に、該空所を密閉する蓋体を撤去可能
に取り付けておき、コンクリートの水中打設を行う際に
はその蓋体を撤去するようにすれば、ケーソン内に海水
が浸入しないので、ケーソンを船体として機能させて現
場まで曳航して運搬できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るケーソンと基礎杭との結合工法
の工程１を示す側面図である。

【図２】 同工法の工程２を示す側面図である。

【図３】 同工法の工程３を示す側面図である。

【図４】 同工法の工程４を示す側面図である。

【図５】 同工法の工程５を示す側面図である。

【図６】 テンプレートの概略平面図である。

【図７】 ガイド装置の側面図である。

【図８】 テンプレートの要部斜視図である。

【図９】 ケーソンと基礎杭の結合状態を示す説明図で
ある。

【図１０】仮蓋撤去の工程１を示す側面図である。

【図１１】同工程２を示す側面図である。

【図１２】同工程３を示す側面図である。

【図１３】同工程４を示す側面図である。

【図１４】杭頭結合コンクリートの打設状態を示す概略
側面図である。

【図１５】杭頭結合コンクリートの打設工程１を示す側
面図である。

【図１６】同工程２を示す側面図である。

【図１７】同工程３を示す側面図である。

【符号の説明】

１ ケーソン ３ 基礎杭 ５ 空所 １０ 支持杭 １１ 支承部材 ２０ ガイド杭 ２１ 支承部材 ２１ａ Ｈ形鋼 ２１ｂ 斜材 ２１ｃ 支持ブラケット ４０ ガイド装置 ４０ａ 斜面 ５０ スリーブ管 ５１ 仮蓋（蓋体） ５２ 環状ブラケット ５３、５４ 帯鋼（凹凸部、機械要素） ５５ 補強筋 ６０ ワイヤ ６１ トレミー管 ６２ 打設定規 ７０ コンクリートミキサー船 Ｃ２ 杭頭結合コンクリート Ｇ 海底地盤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎杭が打設された海底地盤上に、底部
   に複数の空所を有するケーソンを、前記空所に前記基礎
   杭を貫通させた状態で沈設して据え付け、次いで、前記
   空所にコンクリートを水中打設することにより、前記ケ
   ーソンと基礎杭とを一体化させるにあたり、 予め、前記ケーソンにおける前記空所に面する内面部分
   および前記基礎杭における前記空所に面する外面部分
   に、複数の凹凸部を形成しておくことを特徴とするケー
   ソンと基礎杭との結合工法。
2. 【請求項２】 前記凹凸部は、上下方向に凹凸が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のケーソンと
   基礎杭との結合工法。
3. 【請求項３】 前記凹凸部は、帯鋼等の機械要素を固定
   することにより形成することを特徴とする請求項１ある
   いは２に記載のケーソンと基礎杭との結合工法。
4. 【請求項４】 前記ケーソンを沈設する際に、該ケーソ
   ンにおける前記空所に、該空所を密閉する蓋体を撤去可
   能に取り付けておき、前記水中打設を行う際には、その
   蓋体を撤去することを特徴とする請求項１〜３に記載の
   ケーソンと基礎杭との結合工法。