JP2014231677A - ケーソンの地下水流動抑止構造及び地下水流動抑止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透水地盤の水頭に不均衡がある場合に、フリクションカットにより生じたケーソンの外側面と地山との間隙における地下水の流動を抑止することができるケーソンの地下水流動抑止構造及び地下水流動抑止方法を提供する。【解決手段】複数のロット３が一体化されると共に最下端のロット３の外側面３１にフリクションカット３３を有するケーソン１の地下水流動抑止構造５であって、ロット３の外側面３１に一部切り欠かれた切欠部６と、切欠部６に設けられた膨張バッグ７と、膨張バッグ７に充填材７８を充填させる吐出管８１とを備え、膨張バッグ７は、吐出管８１を介して充填材７８が充填されることで膨張して地山９に密着されることにより、フリクションカット３３により生じた地山９とケーソン１の外側面２１との間隙３４における地下水の流動が抑止可能とされていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーソンのフリクションカットにより生じたケーソン外側面と地山との間隙に流動する地下水を抑止するケーソンの地下水流動抑止構造及び地下水流動抑止方法に関する。

ケーソンは、コンクリート製又は鋼製で全体が略筒状をなし、例えば、立坑等の地下構造物や橋梁基礎等の水中構造物に用いられる。ケーソンは、地下構造物として用いる場合には、地盤を掘削しながら、自重や圧入力により地中に沈設される。

ケーソンを地中に沈設する工法には、大きくオープンケーソン工法とニューマチックケーソン工法の二つに分けられる。オープンケーソン工法は、両端に蓋のない筒として掘削する工法であるのに対して、ニューマチックケーソン工法は、ケーソンの下部に気密にした作業室を設け、そこに圧縮空気を送り込んで地下水の浸入を防ぎ、地上と同じ状態で掘削を行う工法である。

ニューマチックケーソン工法の作業室の気圧は、原則として地盤の間隙水圧に見合った気圧にするため、一般的に周辺地盤の地下水位を下げることがなく、周辺地盤の地盤沈下や井戸涸れなどの心配がなく優れた工法と言われる。

しかしながら、ケーソンの地下深度が深くなるとそれに応じて作業室の気圧が高くなる。この作業室の気圧が高くなると、作業室の中にいる作業員が潜函病等の高気圧障害を起こすおそれがある。この作業室は、機械のメンテナンス等も含めて必ず作業員が入る場合がある。このため、作業員が高気圧障害を起こさずに作業ができる作業室の環境を考慮に入れた場合には、現在の技術では、ケーソンの深度は７０ｍ程度が限界であると言われる。

今後、道路トンネルや鉄道トンネルの構築等で、深度１００ｍ規模の立坑の技術が必要とも言われる。こうした大深度の立坑を構築する場合には、ディープウェル工法でケーソンの周囲近傍に井戸を掘り、透水層の地下水を汲み上げ地下水位を下げることで、当該箇所の間隙水圧を下げてケーソンの作業室の気圧を低下させる。これにより、ケーソンの深度１００ｍ規模の場合の作業室の気圧をケーソンの深度が７０ｍ以下の場合の作業室の気圧と同程度の気圧にすることができる。

ところで、一般的にケーソンには、ケーソンにおける最下端のロットの外側面にフリクションカットと呼ばれる切り欠きがある。この切り欠きにより、ケーソンの外側面と地山との間に間隙を作り、ケーソンを沈下し易くしている。しかし、この間隙は、石等の硬いものが入るとかえってケーソンを沈下させるときの抵抗にもなる。従って、この間隙に砂やベントナイトのような滑材を充填してケーソンを沈下し易くしている。

しかしながら、上述のディープウェル工法で地下水を汲み上げる際、特に透水層の地盤の間に不透水層の地盤がある場合等により、透水層における地下水を汲み上げた箇所の水圧が、理論水圧よりも低い水圧となり、同箇所の水頭が低くなることがある。この場合は、不透水層を挟んだ透水層の地盤の水頭に不均衡が生まれ、このフリクションカットにより生じたケーソンの外側面と地山との間隙を地下水が流動する可能性がある。それでも、ケーソンが通常通り鉛直方向に沈設できていれば、当該間隙には、上述の滑材が充填されているため、ほとんど地下水は流動しない。

ただし、施工中にケーソンが大きく傾いたときには、ケーソンには、フリクションカットにより生じる間隙よりも大きな間隙ができる可能性がある。こうした大きな間隙が急激に生じて、不透水層を挟んだ透水層の地盤の水頭に不均衡があると、理論水圧通りの間隙水圧の透水層地盤から理論水圧よりも低い間隙水圧の透水層地盤に向かって地下水が流動する。この場合、間隙に対する止水対策としては、流水を一度仮止めすることができれば、その仮止めした箇所に止水材を注入して止水を行うのは容易である。しかし、もしこの間隙に地下水が流れている状態であれば、止水材を注入しても止水材は地下水と共に流れてしまい、間隙に対する止水が困難となる。このため、ケーソンの沈設時の迅速な止水方法が求められていた。

一方、富士山近傍のような山岳地帯では、元々地下水脈が高地にあるため、立坑構築時に地盤を掘削すると地下水が逆に地上へ噴出する場合もある。この場合は、上述のとおり、ケーソンが施工中に大きく傾き、フリクションカット等で生じた間隙が大きくなれば、地下水が上方へ流動するおそれがある。ケーソンの構築では、こうした地下水の吹き上げ防止のための止水方法も求められていた。

かかる地下構造物の止水構造及び止水方法として、従来において鋭意検討された結果、例えば、特許文献１及び特許文献２の開示技術が提案されている。例えば、特許文献１の開示技術では、防波堤として設置済みのケーソンの目地部に波浪や地震等で間隙が生じた場合に、当該目地部に気体注入弁から圧縮気体を注入して膨張された止水チューブを取り付けて、当該目地部を止水する止水方法が提案されている。これは、ケーソンを設置後にケーソンの目地部に間隙が生じた場合のメンテナンスの方法である。しかし、ケーソンを沈下させながら施工する際の止水構造や止水方法は、開示されていない。

また、施工中という観点では、特許文献２の開示技術では、ケーソンとは異なるもののトンネル建設のシールド工法における止水方法として、シールド工法の掘進機の外周をシールするシール用バッグが提案されている。しかし、トンネル建設のシールド工法と違って、ケーソンは、地盤を掘削して沈下させる必要があるため、ただケーソンの外周部に止水部材を設けるだけでは、かえって沈下する際の妨げとなるおそれもある。その意味では、ケーソンを沈下する際にも沈下の妨げとならずに止水できる止水構造及び止水方法は、開示されていない。

特開２０１１−２１４４８号公報 特開２００３−３７８５号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、透水地盤の水頭に不均衡があると、フリクションカットにより生じたケーソンの外側面と地山との間隙を地下水が流動する場合があるため、ケーソンの施工中に地震等でケーソンが傾いた場合であっても、迅速に地下水の流動を抑止することができ、かつ、ケーソンの沈下時の妨げとならないケーソンの地下水流動抑止構造及び地下水流動抑止方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るケーソンの地下水流動抑止構造及び地下水流動抑止方法は、次のように構成する。

本願第１の発明は、複数のロットが一体化されると共に最下端のロットの外側面にフリクションカットを有するケーソンの地下水流動抑止構造であって、ロットの外側面に一部切り欠かれた切欠部と、切欠部に設けられた膨張バッグと、膨張バッグに充填材を充填させる吐出手段とを備え、膨張バッグは、吐出手段を介して充填材が充填されることで膨張して地山に密着されることにより、フリクションカットにより生じた当該地山とケーソンの外側面との間隙における地下水の流動が抑止可能とされていることを特徴とする。

本願第２の発明は、第１の発明において、間隙に止水材を注入させる注入手段とを更に備え、膨張した膨張バッグを有するロット間の間隙に注入手段を介して注入された止水材とを更に備えることを特徴とする。

本願第３の発明は、第１又は第２の発明において、膨張した膨張バッグ内の充填材を吸引させる吸引手段とを更に備え、膨張した膨張バッグは、吸引手段を介して充填材が吸引されることにより収縮されて地山との密着が解放されることを特徴とする。

本願第４の発明は、複数のロットが一体化されると共に最下端のロットの外側面にフリクションカットを有するケーソンの地下水流動抑止方法であって、ロットの外側面に一部切り欠かれた切欠部を設け、切欠部に膨張バッグを取り付けて、膨張バッグに充填材を充填させる吐出手段を設ける膨張バッグ取付工程と、膨張バッグに吐出手段を介して充填材を充填することで、膨張バッグを膨張させて地山に密着させることにより、フリクションカットにより生じた当該地山とケーソンの外側面との間隙における地下水の流動を抑止可能とする膨張バッグ膨張工程とを有することを特徴とする。

本願第５の発明は、第４の発明において、止水材を間隙に注入させる注入手段を設け、注入手段を介して膨張した膨張バッグを有するロット間の間隙に止水材を注入する止水材注入工程を更に有することを特徴とする。

本願第６の発明は、第４又は第５の発明において、膨張した膨張バッグを吸引手段を介して充填材を吸引することにより収縮させて地山との密着を解放する膨張バッグ収縮工程を更に有することを特徴とする。

第１又は第４の発明によると、膨張バッグが、吐出手段を介して充填材が充填されることで膨張して地山に密着される。この膨張バッグにより、フリクションカットにより生じた当該地山とケーソンの外側面との間隙における地下水の流動が抑止可能とされている。このため、不透水層を挟んだ上下にある透水層地盤の水頭に不均衡があり、ケーソンが施工中に傾いた場合であっても、当該間隙における地下水を一時的に仮止めして流動を抑止することができる。

第２又は第５の発明によると、フリクションカットにより生じたケーソン本体の外側面と地山との間隙に止水材を注入することで当該間隙における地下水の流動を第１又は第４の発明に比較してより抑止することができる。

第３又は第６の発明によると、膨張された膨張バッグ内の充填材を吸引手段により吸引することで膨張バッグを収縮して、膨張バッグと地山との密着を解放することにより、ケーソン本体の外側面にある膨張バッグと地山との摩擦を減少させて、ケーソンを沈下し易くすることができる。

本発明を適用した第１実施形態のケーソンの一部縦断正面図である。 本発明を適用した第１実施形態における膨張バッグを収縮させた場合のケーソンの２段のロットについて図１の一部Ｓ１を拡大した斜視図である。 本発明を適用した第１実施形態における膨張バッグを膨張させた場合のケーソンの２段のロットについて図１の一部Ｓ２を拡大した斜視図である。 本発明を適用した第１実施形態の図１のＡ−Ａ´線断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した第１実施形態の１つの膨張バッグを収縮させた場合の側断面図で、（ｂ）は、当該膨張バッグを膨張させた場合の側断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した第１実施形態の１つの膨張バッグを収縮させた場合の側断面図で、（ｂ）は、当該膨張バッグを膨張させた場合の側断面図である。 本発明を適用した第１実施形態のケーソンの膨張バッグを収縮させた場合で地下流動水が上から下に流動している場合の側断面図である。 本発明を適用した第１実施形態のケーソンの膨張バッグを膨張させて、ケーソン躯体側面の間隙に止水材を注入した場合の側断面図である。 本発明を適用した第２実施形態のケーソンの断面図である。 本発明を適用した第３実施形態のケーソンの断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るケーソンの地下水流動抑止構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１実施形態

以下、本発明を実施するための形態として、ケーソンの地下水流動抑止構造５において、ケーソン本体２の断面が略円弧状である場合に、平面視で膨張バッグ７が略円弧状に配置され、１つの膨張バッグ７につき１本の吐出管と１本の注入管が取り付けられた第１実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａの構成について図１〜６を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した第１実施形態のケーソンの一部縦断正面図である。図２は、本発明を適用した第１実施形態における膨張バッグを収縮させた場合のケーソンの２段のロットについて図１の一部Ｓ１を拡大した斜視図である。但し、吐出管と注入管は、複数本あるうちＳ１にある２段のロットに取り付けられているもののみを描いている。図３は、本発明を適用した第１実施形態における膨張バッグを膨張させた場合のケーソンの２段のロットについて図１の一部Ｓ２を拡大した斜視図である。但し、吐出管と注入管は、複数本あるうちＳ２にある２段のロットに取り付けられているもののみを描いている。図４は、本発明を適用した第１実施形態の図１のＡ−Ａ´線断面図である。但し、吐出管と注入管は、複数本あるうち図１の一部Ｓ２にある下段のロットに取り付けられているもののみを描いている。図５（ａ）は、本発明を適用した第１実施形態の１つの膨張バッグを収縮させた場合の側断面図で、図５（ｂ）は、当該膨張バッグを膨張させた場合の側断面図である。図６（ａ）は、本発明を適用した第１実施形態の１つの膨張バッグを収縮させた場合の側断面図で、図６（ｂ）は、当該膨張バッグを膨張させた場合の側断面図である。

本発明を適用したケーソン１は、ケーソン本体２と、ケーソン本体２に設置されたケーソンの地下水流動抑止構造５ａとにより構成されている。

ケーソン本体２は、平面視で略円弧状で、側面視で略矩形であり、コンクリート製、鋼製又はその複合材料で形成される。ケーソン本体２は、１階層部分であるロット３がケーソン沈設方向に一体化されて構成されている。

ロット３は、ケーソン本体２の一部であるため、形状と素材はケーソン本体２と同様である。このロット３は、施工現場でケーソン沈設方向に１ロットごとにコンクリートを打設して組み立てながら地盤に沈設していく。

ロット３のうち最下端のロット３ａは、その下端にある地盤を下方に掘削するための刃口部３５と、最下端のロット３ａの内底部に形成される作業室３２と、その外側面に設けられたフリクションカット３３とを備える。

刃口部３５は、下方に向かって内径を漸次拡大させたテーパを有する。刃口部３５の先端は、地盤を掘削するための強度を高めるために、図示しない刃口金物等が取り付けられている。

作業室３２は、掘削面Ｇを掘削するための図示しない掘削機等をその内部に有している。この作業室３２は、気密であり、図示しない配管等を通じて地上から地下水圧に見合う圧縮空気を送り込むことにより地下水の浸入を排除し、常にドライな環境で掘削できるようになっている。

フリクションカット３３は、最下端のロット３ａの半径が、ロット３ａより上方にある他のロット３の半径よりも例えば５ｃｍ程度大きく形成されることにより設けられた切り欠きのことである。上述のとおり、このフリクションカット３３があることにより、ケーソン本体２の外側面２１と地山９との間には、間隙３４が生じる。この間隙３４があることにより、ケーソンの沈設時にケーソン本体２の外側面２１と地山９との密着を防ぎ、ケーソン本体２を沈下し易くする。間隙３４は、フリクションカット３３と同様の大きさであり、この間隙３４は、通常、砂やベントナイト等の滑材が注入されることにより、ケーソン本体２の外側面２１と地山９との摩擦が低減されて、ケーソン本体２の沈下が容易となる。

地下水流動抑止構造５ａは、図５、図６に示すとおり、ロット３ｂ、３の外側面３１の上端に一部切り欠かれた切欠部６と、切欠部６に設けられた膨張バッグ７と、膨張バッグ７に充填材７８を充填させる吐出管８１ａと、間隙３４に止水材８９を注入させる注入管８２ａとを備える。

図６に示す切欠部６は、平面視でロット３と同様な円弧形状をしており、その縦断面は略Ｌ字形状をしている。切欠部６は、水平面６１と水平面６１と略直交方向の側面６２から形成される。側面６２は、図示しない貫通孔があり吐出管８１ａと連通されている。

また、切欠部６は、例えば断面［の字形状の鋼製の鋼材６３が取り付けられていてもよい。この鋼材６３は、ウェブ部６３ａの両端にウェブ部６３ａと略直交方向に一対のフランジ部６３ｂ、６３ｃが連接されている。ウェブ部６３ａと切欠部６の側面６２とがボルト等で固着されている。また、フランジ部６３ｂと切欠部６の水平面６１とがボルト等で固着されている。また、フランジ部６１ｃは、その上端がロット３ｂの上端と同一平面上にあり、ロット３ｂと、ロット３ｂの上部にあるロット３ｃとが上下に連結されることで、ロット３ｃの下端とボルト等で固着されている。これにより、鋼材６３は、切欠部６と固定される。この鋼材６３は、ウェブ部６３ａに図示しない貫通孔があり、側面６２の図示しない貫通孔及び吐出管８１ａと連通されている。しかし、これに限定されることなく、当該ウェブ部６３ａ、側面６２それぞれの貫通孔は、吐出管８１ａを介して充填材７８を充填して膨張バッグ７を膨張でき、かつ膨張バッグ７を収縮させて切欠部６に収納できれば、切欠部６の何れの位置にあってもよい。

なお、切欠部６は、鋼材６３が取り付けられていなくてもよく、この場合であっても、ロット３ｂの上端にロット３ｃの下端が上下に一体化されることで、断面［の字形状となる。

図６（ａ）に示す膨張バッグ７は、断面［の字形状の鋼材６３に当接して、例えば、断面が略楕円形状で収納されている。膨張バッグ７は、その材料が樹脂等であり、例えば、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーン、ポリ塩化ビニル等が想定される。

図６（ｂ）に示す膨張バッグ７は、膨張バッグ７の内部７１に充填材７８が充填されて膨張されている。これにより、鋼材６３に収納されていた膨張バッグ７は、鋼材６３からはみだして、地山９の不透水層９２と密着する。このため、間隙３４が膨張バッグ７により塞がれ、間隙３４を流れる地下水を止水することができる。

この充填材７８は、例えば、空気、水、油を想定している。この中でも、水は、膨張バッグ７を膨張させるためにこの水を内部７１に充填して内圧をかける場合にも、膨張バッグ７を収縮させるためにこの水を内部７１から吸引して取り去る場合でも取り扱いやすく望ましい。しかし、これに限定されることなく、充填材７８は、充填して膨張バッグ７を膨張させると同時に吸引して収縮させることができるものであれば、如何なる素材であってもよい。

なお、膨張バッグ７は、上述した材料に限定されることなく、充填材７８が充填されることにより膨張されて地山９の不透水層９２と密着することができ、かつ、充填材７８が吸引されることにより収縮されて当該密着が解放されると共に切欠部６に収納できるものであれば、如何なる形状、素材であってもよい。また、当接する隣り合う膨張バッグ７は、必要に応じて接着剤等で接着してもよい。

吐出管８１ａは、鋼材６３と連通されている接合部８１１と、接合部８１１からケーソン半径方向に延長された横吐出管８１２と、横吐出管８１２を鉛直方向に導く接合部８１３と、接合部８１３を地上へと導く縦吐出管８１４とを備える。

横吐出管８１２、縦吐出管８１４、接合部８１１、８１３は、例えば、断面略円形状をしている管体である。また、横吐出管８１２、縦吐出管８１４、接合部８１１、８１３は、地上から膨張バッグ７に充填材７８を導くための管であり、膨張バッグ７を膨張させる場合にも、収縮させる場合にも内圧がかかるため、例えば、鋼管が望ましい。しかし、これに限定されることなく、横吐出管８１２、縦吐出管８１４、接合部８１１、８１３は、上述の内圧がかかっても破壊されない強度があれば、如何なる形状、素材であってもよい。

止水材８９は、薬剤でありある程度は固まっているものの固結しないものを想定している。止水材８９は、通常のケーソンの沈設を阻害しない渇材の役割も果たすものであれば、如何なる素材であってもよい。

注入管８２ａは、切欠部６の周囲近傍でロット３の外側面３１に設けられた図示しない貫通孔と連通された接合部８２１と、接合部８２１からケーソン半径方向に延長された横注入管８２２と、横注入管８２２を鉛直方向に導く接合部８２３と、接合部８２３を地上へと導く縦注入管８２４とを備える。

横注入管８２２、縦注入管８２４、接合部８２１、８２３は、例えば、断面略円形状をしている管体である。また、横注入管８２２、縦注入管８２４、接合部８２１、８２３は、地上から間隙３４に止水材８９を導くための管であり、例えば、ポリ塩化ビニル等の樹脂素材が望ましい。しかし、これに限定されることなく、横注入管８２２、縦注入管８２４、接合部８２１、８２３は、止水材８９を間隙３４に注入ができる強度を確保できるものであれば、如何なる形状、素材であってもよい。

なお、第１実施形態のケーソン１ａのケーソンの地下水流動抑止構造５ａは、各ロットにおいてケーソン周方向約５ｍ間隔ごとに１つの膨張バッグ７が取り付けられて、その１つの膨張バッグ７につき１本の吐出管８１ａと１本の注入管８２ａとが取り付けられている。また、このケーソンの地下水流動抑止構造５ａは、当該ロット以外の他のロットの吐出管８１ａ及び注入管８２ａには、ケーソン沈設方向には接続されることなく地上まで延長されている。しかし、これに限定されることなく、例えば、ケーソン沈設方向の上下に連結された２つのロット３それぞれに設けられた吐出管８１ａ及び注入管８２ａが、それぞれ接続されていてもよい。これにより、上下の２つのロットに設けられた２つの膨張バッグ７が同時に充填されて膨張される構成となり、１つの膨張バッグ７で止水するよりもより高い止水効果が生まれる。また、３つ以上の膨張バッグ７を同時に膨張できるように、ケーソン沈設方向に３つ以上のロットにおける各吐出管８１及び各注入管８２がそれぞれ接続されていてもよい。

次に、本発明を適用したケーソン１の地下水流動抑止方法について図７、図８を参照しながら詳細に説明する。

図７は、本発明を適用した第１実施形態のケーソンの膨張バッグを収縮させた場合で地下流動水が上から下に流動している場合の側断面図である。図８は、本発明を適用した第１実施形態のケーソンの膨張バッグを膨張させて、ケーソン躯体側面の間隙に止水材を注入した場合の側断面図である。

図７に示す地下水の流動抑止構造は、不透水層９２ｅ、９２ｆを挟んで上下にある透水層９１ｅ、９１ｆの地盤の水頭に不均衡がある場合で、上方にある透水層９１ｅから下方にある透水層９１ｆへと矢印の方向に地下水が流れている。このとき、膨張バッグ７ｅ、７ｆは、それぞれ切欠部６ｅ、６ｆにある鋼材６３ｅ、６３ｆの内部に収縮されて収納されている。

まず、図８に示すように吐出管８１ｅを通じて地上から矢印の方向に充填材７８を流して、充填材７８を吐出管８１ｅを介して膨張バッグ７ｅの内部７１ｅに充填して、膨張バッグ７ｅを膨張させる。そして、膨張させた膨張バッグ７ｅを地山９の不透水層９２ｅに密着させる。これにより、透水層９１ｅから不透水層９２ｅへ間隙３４を流れる地下水は、膨張させた膨張バッグ７ｅにより一時的に仮止めして流動を抑止する。このとき、図８に示すように下方にある膨張バッグ７ｆを上方にある膨張バッグ７ｅと同様に、膨張バッグ７ｅと同時に膨張させることで、膨張バッグ７ｆを地山９の不透水層９２ｆに密着させる。これにより、上下に膨張バッグ７ｅと膨張バッグ７ｆを膨張させることで間隙３４を塞ぐことができ、ケーソン本体２の外側面２１と膨張バッグ７ｅと地山９の不透水層９２ｅ、９２ｆと膨張バッグ７ｆとにより囲まれ閉塞された空間Ｓが生じる。更に、この空間Ｓに対して、膨張バッグ７ｅの下方にあるケーソン本体２の外側面２１に連通された注入管８２ｅを介して地上から矢印の方向に止水材８９を空間Ｓに注入する。これにより、間隙３４の空間Ｓは、より高い止水効果を生むことができ、地下水の流動を抑止することができる。

更に、止水材８９の注入が完了した後、膨張バッグ７ｅと膨張バッグ７ｆ内の充填材７８をそれぞれ吐出管８１ｅ、吐出管８１ｆを介して吸引して地上へ放出することで、膨張バッグ７ｅと膨張バッグ７ｆを収縮させる。これにより、膨張バッグ７ｅ、７ｆが、それぞれ切欠部６ｅ、６ｆに収納されて、膨張バッグ７ｅ、７ｆと地山９の不透水層９２との密着が解放される。このため、ケーソン本体２の外側面２１にある膨張バッグ７ｅ、７ｆと地山９との摩擦を減少させて、ケーソン本体２を再び地盤に沈下させることができる。このように、ケーソン本体２を地盤に沈下させながら、必要に応じて膨張バッグを膨張させて地下水の流動を抑止していく。

次に第１実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａの設置方法について図１〜８を参照しながら詳細に説明する。

最下端に刃口部３５を設けて作業室３２の空間を確保したロット３ａの形状に図示しない型枠を組み立てる。この型枠の中には必要に応じて鉄筋を配設してもよい。この組み立てられた型枠の中にコンクリートを打設してロット３ａを構築する。その後、図示しない圧入装置によりロット３ａを地盤９に沈設する。次に、組み立てるロットの上端に切欠部６を設けると共に予め工場で製作した膨張バッグ７を取り付けた鋼材６３を当該切欠部６に取り付けて略円柱状に型枠を組み立てる。更に膨張バッグ７に鋼材６３を介して吐出管８１ａを取り付けて、切欠部６の下方近傍の外側面３１に注入管８２ａを取り付ける。このとき、ロット３ａの上部にあるロット３の半径をロット３ａの半径よりも約５ｃｍ程度短くして、ロット３ａの上端にフリクションカット３３を設ける。この型枠の中にコンクリートを打設してロット３をロット３ａと一体化させて構築する。その後、図示しない圧入装置によりロット３ａとロット３が一体化されたケーソンを地盤９に沈設する。このロット３のケーソン沈設方向の高さは、地盤９の設計条件に併せて随時変更してもよい。上述のように膨張バッグ７、吐出管８１ａ、注入管８２ａを有するロット３を既に組み立てられ沈設されたケーソンと一体化するケーソンの構築と、当該ケーソンの沈設を繰り返すことにより、ケーソン１ａを構築していく。また、上述のとおり、仮にこのケーソン１ａの沈設時にケーソン１ａが傾き地下水が間隙３４に流動しても、随時膨張バッグ７を吐出管８１ａを介して充填材７８を充填することにより膨張させて地下水の流動を一時的に仮止めした後に、上下の膨張バッグ７に挟まれた間隙３４に止水材８９を注入管８９を介して注入して地下水の流動を抑止する。その後、吐出管８１ａを介して充填材７８を吸引して膨張バッグ７を収縮させて、再びケーソンの構築と沈設を繰り返していく。なお、ケーソン１ａの沈設が完了した際には、各膨張バッグ７の内部７１にセメントミルクやモルタル等を充填して膨張させ固結させて、ケーソン１ａと共に地盤９中に埋めてもよい。

第２実施形態

次に、ケーソンの地下水流動抑止構造５において、ケーソン本体２の断面が略円弧状である場合に、平面視で膨張バッグ７が略円弧状に配置され、１つの膨張バッグ７につき１本の吐出管と１本の注入管が取り付けられると共に３つの膨張バッグごとに３本の吐出管と３本の注入管がケーソン周方向にそれぞれ接続されてそれぞれ１本の縦吐出管と縦注入管で地上まで導かれた第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´の構成について図９を参照しながら詳細に説明する。

図９は、本発明を適用した第２実施形態のケーソンの断面図である。

本発明を適用したケーソン１ａ´は、ケーソン本体２と、ケーソン本体２に設置されたケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´とにより構成されている。

ケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´は、ロット３の外側面３１の上端に一部切り欠かれた切欠部６と、切欠部６に設けられた膨張バッグ７と、膨張バッグ７に充填材７８を充填させる吐出管８１ａ´と、間隙３４に止水材８９を注入させる注入管８２ａ´とを備える。

第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´において、ケーソン本体２、ロット３、切欠部６、膨張バッグ７、吐出管８１ａ´、注入管８２ａ´の形状、大きさ、素材及び充填剤７８、止水材８９の素材は、第１実施形態と同じ構成である。そのため、ケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´における上述の各構成の説明は、第１実施形態の構成を引用することにより省略する。

吐出管８１ａ´は、図示しない鋼材と連通されている図示しない接合部と、当該接合部からケーソン半径方向に延長された横吐出管８１２と、横吐出管８１２をケーソン周方向に導く図示しない接合部と、３つの膨張バッグ７に対する３つの当該接合部をケーソン周方向に接続する連結管８１５と、連結管８１５を地上へと導く縦吐出管８１４とを備える。

注入管８２ａ´は、切欠部６の周囲近傍でロット３の外側面３１に設けられた図示しない貫通孔と連通された図示しない接合部と、当該接合部からケーソン半径方向に延長された横吐出管８２２と、横吐出管８２２をケーソン周方向に導く図示しない接合部と、３つの膨張バッグ７に対する３つの当該接合部をケーソン周方向に接続する連結管８２５と、連結管８２５を地上へと導く縦吐出管８２４とを備える。

第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´は、３本の横吐出管８１２が連結管８１５で連結されて、その連結管８１５に対して１本の縦吐出管８１４が地上まで延長され、３本の横注入管８２２が連結管８２５で連結されて、その連結管８２５に対して１本の縦注入管８２４が地上まで延長される配置が第１実施形態と相違する。

次に、第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止方法は、上述の構成により１本の縦吐出管８１４により３つの膨張バッグ７を同時に膨張させることができ、第１実施形態に比較してより迅速にロット３のケーソン周方向に膨張バッグ７を膨張させて、地下水の流動を一時的に仮止めして抑止することができる。また、同様に、第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止方法は、１本の縦注入管８２４により、ケーソン周方向の３つの膨張バッグ分の間隙３４に止水材８９を同時に注入することができ、第１実施形態に比較してより迅速に止水材を注入して流動水を抑止することができる。

次に第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´の設置方法は、第１実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａの設置方法と比較して、３本の横吐出管８１２を連結管８１５で連結して、その連結管８１５に対して１本の縦吐出管８１４を地上まで延長し、３本の横注入管８２２を連結管８２５で連結して、その連結管８２５に対して１本の縦注入管８２４を地上まで延長している点のみが相違する。このため、このケーソン１ａ´の構築とケーソン１ａ´の沈設を繰り返していくという設置方法は、第１実施形態と同様であり、ケーソンの地下水流動抑止構造５ａの設置方法の説明を引用することにより省略する。

第３実施形態

次に、本発明を実施するための形態として、ケーソンの地下水流動抑止構造５０において、ケーソン本体２０の断面が略矩形である場合に、平面視で膨張バッグ７０が略矩形に配置され、原則１つの膨張バッグ７０につき１本の吐出管と１本の注入管が取り付けられると共に３つの膨張バッグごとに複数本の吐出管と複数本の注入管がケーソン周方向にそれぞれ接続されてそれぞれ１本の縦吐出管と１本の縦注入管で地上まで導かれた第３実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５０の構成について図１０を参照しながら詳細に説明する。

図１０は、本発明を適用した第３実施形態のケーソンの断面図である。

本発明を適用したケーソン１０は、ケーソン本体２０と、ケーソン本体２０に設置されたケーソンの地下水流動抑止構造５０とにより構成されている。

ケーソンの地下水流動抑止構造５０は、ロット３０の外側面の上端に一部切り欠かれた切欠部６０と、切欠部６０に設けられた膨張バッグ７０と、膨張バッグ７０に充填材７８を充填させる吐出管８１ｂと、間隙３４に止水材８９を注入させる注入管８２ｂとを備える。ここで、ケーソンの地下水流動抑止構造５０は、ロット３で３つの膨張バッグが直線的に配置されたケーソンの地下水流動抑止構造５０ａと、ロット３で３つの膨張バッグ７０が略Ｌ字に配置されたケーソンの地下水流動抑止構造５０ｂとを有する。特に、ケーソンの地下水流動抑止構造５０ｂでは、ロット３の四隅にある膨張バッグ７０ｂは、断面略Ｌ字形状として他の膨張バッグ７０と共に事前に工場で形成される。

第３実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５０において、ケーソン本体２０、ロット３０、切欠部６０、膨張バッグ７０、吐出管８１ｂ、注入管８２ｂの形状、大きさ、素材及び充填剤７８、止水材８９の素材は、第１実施形態と同じ構成である。そのため、ケーソンの地下水流動抑止構造５０における上述の各構成の説明は、第１実施形態の構成を引用することにより説明は省略する。

吐出管８１ｂは、図示しない鋼材と連通されている図示しない接合部と、当該接合部から外側面３１１と平面視で略直交方向に延長された横吐出管８１２と、横吐出管８１２をケーソン周方向に導く図示しない接合部と、３つの膨張バッグ７０に対する３つの当該接合部をケーソン周方向に接続する連結管８１６、８１７と、連結管８１６、８１７を地上へと導く縦吐出管８１４とを備える。ここで、膨張バッグ７０ｂに取り付けられた吐出管８１ｂは、切欠部６０に２つ取り付けられている。

注入管８２ｂは、切欠部６０の周囲近傍でロット３０の外側面３１１に設けられた図示しない貫通孔と連通された図示しない接合部と、当該接合部から平面視で略直交方向に延長された横吐出管８２２と、横吐出管８２２をケーソン周方向に導く図示しない接合部と、３つの膨張バッグ７０に対する３つの当該接合部をケーソン周方向に接続する連結管８２６、８２７と、連結管８２６、８２７を地上へと導く縦吐出管８２４とを備える。ここで、膨張バッグ７０ｂに取り付けられた注入管８２ｂは、切欠部６０の周囲近傍でロット３の外側面３１１に２つ取り付けられている。

第３実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５０は、ケーソンの地下水流動抑止構造５０ａにおいては、３本の横吐出管８１２が連結管８１６で連結されて、その連結管８１６に対して１本の縦吐出管８１４が地上まで延長され、３本の横注入管８２２が連結管８２６で連結されて、その連結管８２６に対して１本の縦注入管８２４が地上まで延長される配置が第１実施形態と相違する。

また、ケーソンの地下水流動抑止構造５０ｂにおいては、４本の横吐出管８１２が連結管８１７で連結されて、その連結管８１７に対して１本の縦吐出管８１４が地上まで延長され、４本の横注入管８２２が連結管８２７で連結されて、その連結管８２７に対して１本の縦注入管８２４が地上まで延長される配置が第１実施形態と相違する。

次に、第３実施形態のケーソンの地下水流動抑止方法は、上述の構成により、１本の縦吐出管８１４により３つの膨張バッグ７０を同時に膨張させることができ、第１実施形態に比較してより迅速に膨張バッグを膨張させて、地下水の流動を一時的に仮止めして抑止することができる。また、同様に、第３実施形態のケーソンの地下水流動抑止方法は、１本の縦注入管８２４により、ケーソン周方向の３つの膨張バッグ分の間隙３４に止水材８９を同時に注入することができ、第１実施形態に比較してより迅速に止水材を注入して流動水を抑止することができる。

次に第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５０の設置方法は、第２実施形態のケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´の設置方法と比較して、断面形状が略円弧状から略矩形の形状に変更した点と四隅で３つの膨張バッグ７０に対して取り付けられる横吐出管８１２及び横注入管８２２が４本である点が相違する。このため、このケーソン１０の構築とケーソン１０の沈設を繰り返していくという設置方法は、第２実施形態と同様であり、ケーソンの地下水流動抑止構造５ａ´の設置方法の説明を引用することにより省略する。

なお、本発明は、主にケーソンを地中構造物として構築する場合について説明してきたが、ケーソンを水中構造物として構築する場合に本発明を適用してもよいことは勿論である。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたって具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１、１ａ、１ａ´、１０ ケーソン
２、２０ ケーソン本体
３、３ａ、３０ ロット
５、５ａ、５ａ´、５０ ケーソンの地下水流動抑止構造
６、６０ 切欠部
７、７ｅ、７ｆ、７０、７０ｂ 膨張バッグ
９ 地山
２１、３１ 外側面
３２ 作業室
３３ フリクションカット
３４ 間隙
３５ 刃口部
６１ 水平面
６２ 側面
６３ 鋼材
６３ａ ウェブ部
６３ｂ、６３ｃ フランジ部
７１、７１ｅ、７１ｆ 内部
７８ 充填材
８１ 吐出管
８２ 注入管
８９ 止水材
９１、９１ｅ、９１ｆ 透水層
９２、９２ｅ、９２ｆ 不透水層
８１１、８１３、８２１、８２３ 接合部
８１２ 横吐出管
８１４ 縦注入管
８１５、８１６、８１７、８２５、８２６、８２７ 連結管
８２２ 横吐出管
８２４ 縦注入管
Ｇ 掘削面
Ｓ 空間

Claims (6)

1. 複数のロットが一体化されると共に最下端のロットの外側面にフリクションカットを有するケーソンの地下水流動抑止構造であって、
   前記ロットの外側面に一部切り欠かれた切欠部と、
   前記切欠部に取り付けられた膨張バッグと、
   前記膨張バッグに充填材を充填させる吐出手段とを備え、
   前記膨張バッグは、前記吐出手段を介して前記充填材が充填されることで膨張して地山に密着されることにより、前記フリクションカットにより生じた当該地山と前記ケーソンの外側面との間隙における地下水の流動が抑止可能とされていること
   を特徴とするケーソンの地下水流動抑止構造。
2. 前記間隙に止水材を注入させる注入手段とを更に備え、
   膨張した前記膨張バッグを有する前記ロット間の前記間隙に前記注入手段を介して注入された止水材とを更に備えること
   を特徴とする請求項１に記載のケーソンの地下水流動抑止構造。
3. 膨張した前記膨張バッグ内の前記充填材を吸引させる吸引手段とを更に備え、
   膨張した前記膨張バッグは、前記吸引手段を介して前記充填材が吸引されることにより収縮されて前記地山との密着が解放されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のケーソンの地下水流動抑止構造。
4. 複数のロットが一体化されると共に最下端のロットの外側面にフリクションカットを有するケーソンの地下水流動抑止方法であって、
   前記ロットの外側面に一部切り欠かれた切欠部を設け、前記切欠部に膨張バッグを取り付けて、前記膨張バッグに充填材を充填させる吐出手段を設ける膨張バッグ取付工程と、
   前記膨張バッグに前記吐出手段を介して充填材を充填することで、前記膨張バッグを膨張させて地山に密着させることにより、前記フリクションカットにより生じた当該地山と前記ケーソンの外側面との間隙における地下水の流動を抑止可能とする膨張バッグ膨張工程とを有すること
   を特徴とするケーソンの地下水流動抑止方法。
5. 止水材を前記間隙に注入させる注入手段を設け、前記注入手段を介して膨張した前記膨張バッグを有する前記ロット間の前記間隙に前記止水材を注入する止水材注入工程を更に有すること
   を特徴とする請求項４記載のケーソンの地下水流動抑止方法。
6. 前記膨張バッグ内の前記充填材を吸引させる吸引手段を設け、膨張した前記膨張バッグを前記吸引手段を介して前記充填材を吸引することにより収縮させて地山との密着を解放する膨張バッグ収縮工程を更に有すること
   を特徴とする請求項４又は５記載のケーソンの地下水流動抑止方法。

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