抗揚圧力地中構造
【課題】 ドライドックや各種の地中タンクのような地中構造に生じる揚圧力による浮き上がり対策を、経済的な構造により実現する。
【解決手段】 ドライドック等の地中構造１０が構築された地盤１の所定地下水位以下に位置する地中構造１０に作用する地下水による揚圧力に対して、構造物自重で抵抗してその浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、地中構造１０の底版１１の一部を、砂質土を締固め転圧し、積層した土質材料層１３、あるいは固化材を混入して充填固化させた固化体からなる土質材料層１３で形成する。これにより、地中構造物の浮き上がりを抑止する。必要に応じて、底版構造の底面に遮水シート２０を敷設することも好ましい。
【解決手段】 ドライドック等の地中構造１０が構築された地盤１の所定地下水位以下に位置する地中構造１０に作用する地下水による揚圧力に対して、構造物自重で抵抗してその浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、地中構造１０の底版１１の一部を、砂質土を締固め転圧し、積層した土質材料層１３、あるいは固化材を混入して充填固化させた固化体からなる土質材料層１３で形成する。これにより、地中構造物の浮き上がりを抑止する。必要に応じて、底版構造の底面に遮水シート２０を敷設することも好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抗揚圧力地中構造に係り、ドライドックや各種の地中タンクのように、構造物の大半が地中に構築された地中構造であって、周囲地盤の地下水位が高い場合に、構造物に生じる浮力が揚圧力として作用する構造物の揚圧力に対する安定性を図るようにした抗揚圧力地中構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライドックでは、たとえばドック内に入渠した相当排水量の船舶（図６（ａ）中に仮想線で例示）等が渠底コンクリート上の支持架台上に設置され、修理等が行われる。そのため、ドライドックの形状は、一般に、船舶全体を入渠可能な容積が確保された、上方が開放した箱形からなる。また、ドライドックは、船舶の出入りが可能な海岸線等に面してゲートを設けて構築されるため、その構築位置の周囲地盤が帯水層で構成されている場合には、高い地下水位を示すことが多い。その際、ドック底版には大きな揚圧力（浮力）が作用する。船舶等がドック入りしている場合（入渠時）には、船舶の重量が揚圧力に抵抗する上載荷重として作用するが、船舶等がドック入りしていない場合（空渠時）にはドライドックに浮力が作用して浮き上がり現象が生じるおそれがある。そのため、ドライドック全体の浮き上がり防止対策（揚圧力対策）が各種実施されている。
【０００３】
図６（ａ）は、従来のドライドック５０の一例の断面形状を示した断面図である。このタイプのドライドック５０は、同図に示したように、底版５１のコンクリート厚を厚くすることにより、浮力による作用揚圧力ＰUを相殺できる程度のドック自重を確保することで、揚圧力に抵抗する構造となっている。特徴として、構造がシンプルであり、構造物としての安定性が高い。
【０００４】
図６（ｂ）は、他のタイプのドライドック６０の断面形状を示した断面図である。同図に示したように、このドライドック６０は、不透水層６５まで根入れされた遮水鋼矢板壁６６によってドライドック６０の構築範囲の地盤を区画し、この範囲での地下水の汲み上げを行い、ドライドック６０の下方地盤から揚圧力が作用するのを防止している。このドライドック６０では、同図に示したように、下方からの揚圧力がないので、上載荷重に抵抗できる範囲で底版６１のコンクリート厚を薄くすることができる。また、底版６１の下層位置に排水層６２を設けることで、遮水鋼矢板壁６６からの漏水等によりドックの下方で地下水位が回復することを防止している。
【０００５】
また、地中タンクの場合には、特許文献１、特許文献２に開示されたように、側壁外周面に沿う周囲の地盤の自重を利用して浮上対策とした構造物も提案されている。
【０００６】
特許文献１に開示された地中構造物では、貯槽の周囲に一体的に構築された地中壁の下端に拡底部を設け、貯槽、地中壁の自重とその拡底部に作用する周囲土の重量を、揚圧力に抵抗する上載荷重として考慮することで、地中構造物の浮き上がりの防止を図っている。
【０００７】
特許文献２に開示した地下タンクでは、側壁底部に拡幅リングを構築し、地下タンクに揚圧力が作用した際に、この拡幅リング上部に位置する周囲地盤と、リング端部より外側に位置する周囲地盤との間に生じるせん断摩擦力を利用して浮き上がりを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１５８６７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２００９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６（ａ）に示されたドライドック５０では、空渠時の揚圧力を考慮した分の重量を底版５１のコンクリート厚を大きくして確保するため、構造設計上必要とされる以上の大きさとする必要があり、ドックの規模によっては底版５１のコンクリート量が膨大になる場合がある。
【００１０】
図６（ｂ）に示されたタイプのドライドック６０では、遮水鋼矢板壁６６は本設構造物のドック側壁６７の一部として機能させるため、抗土圧構造に加え、耐久性を有することが必要である。また、強度確保のために、図６（ｂ）に示したように、壁体背面側にタイロッド６８やタイロッド６８の支持端となる控え壁体６９等の補強構造を備える必要もある。また、底版６１以深では、遮水鋼矢板壁６６に高い水圧が作用するため、完全遮水は困難である。そのため、排水設備（図示せず）を備えて、底版下に設けた排水層６２から常時排水を行わなければならない。
【００１１】
特許文献１，特許文献２に開示された地下タンクでは、タンク全体の浮き上がり対策は図れるが、いずれの場合も、底版には常時下面から揚圧力が作用しているため、タンク空液時を考慮した場合、底版コンクリートは、図６（ａ）に示した場合と同様に、十分な厚さを確保する必要がある。したがって、打設コンクリート量を低減するような経済設計は考慮されていない。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、揚圧力が作用する地中構造物において、コンクリート量の低減や、遮水構造、排水設備等を使用することのない抗揚圧力地中構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は地中構造が構築された地盤の所定地下水位以下に位置する前記地中構造に作用する前記地下水による揚圧力に対して、前記地中構造の構造物自重で抵抗して前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、前記地中構造の底版構造の一部を土質材料層で形成し、前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
前記土質材料層は、砂質土を締固め転圧し、積層することが好ましい。
【００１４】
前記土質材料層は、固化材を混入して充填固化させた固化体とすることが好ましい。
【００１５】
前記固化体からなる土質材料層を覆うように底版コンクリートを構築し、該底版コンクリートと前記土質材料層とを一体化させて前記底版構造とすることが好ましい。
【００１６】
前記底版構造の底面に遮水シートを敷設し、その上に前記土質材料層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来、地中構造が地下水等により揚圧力が生じた際に、構造体のコンクリート重量を増加させて対応していたのに対して、安価な土質材料層でその一部を代替させることで、地中構造の浮き上がり対策としての工事コスト低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による抗揚圧力地中構造をドライドックに適用した実施例を示した断面図。
【図２】本発明の抗揚圧力地中構造物の底版構造の複数の構造例を示した部分断面図。
【図３】図１に示した抗揚圧力地中構造物の構築手順を示した模式施工図。
【図４】他の底版構造の例からなる抗揚圧力地中構造物の構築手順を示した模式施工図。
【図５】他の底版構造の例からなる抗揚圧力地中構造物の構築手順の一部を示した説明図。
【図６】ドライドックを一例として、従来の抗揚圧力地中構造物の構造例を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の抗揚圧力地中構造の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明による抗揚圧力地中構造を、ドライドック１０に適用した実施例を示した断面図である。このドライドック１０は、ドック渠底部（底版構造）１１、ドック渠底部１１の両端部から立ち上がるドック側壁部１２と、ドック渠底部１１の底面で地盤面に敷設された遮水シート２０と、ドック妻壁部（図示せず）と海岸線側に設けられた開閉ゲート（図示せず）とを備えた、上方が開放した鉄筋コンクリート構造の箱状構造体である。そして、渠底部１１は、渠底部１１の一部としての土質材料層１３と、土質材料層１３の側方と上方を覆うように形成された渠底コンクリート（底版コンクリート）１１Ｃとからなる。
【００２１】
ドライドック１０の周囲地盤１は、同図に示したように、下方の所定深さに不透水層２が位置し、それより浅い地表までの地盤は透水層３からなり、ドライドック１０は透水層３内に構築されている。そして透水層３内において、地下水位４はドック側壁部１２の上端から１／３程度下方に位置している。したがって、ドック渠底部１１の底面には、水頭差Ｈからなる揚圧力ＰUが作用している。ドライドック１０内に船舶Ｓ（仮想線表示）が入渠していない場合（空渠時）には、図示したように、ドック側壁１２と渠底コンクリート１１Ｃと土質材料層１３それぞれの合算重量が、遮水シート２０の上面に下向きに作用する。遮水シート２０の下面には地下水による揚圧力が上向きに作用しているが、この揚圧力に抵抗する、上述した合算重量による下向き力の方が大きいのでドライドック１０は安定している。遮水シート２０が敷設されていることにより、渠底部１１の渠底コンクリート１１Ｃと土質材料層１３は、実質的に一体となって揚圧力に対して抵抗する。
【００２２】
ここで、遮水シート２０、土質材料層１３の各種構成について、図２各図を参照して説明する。従来、渠底部１１は、図６（ａ）に示したように、全厚分をコンクリートで構成し、このコンクリート重量を上載荷重の一部として揚圧力に抵抗していた。これに対して、図２（ａ）に示したドライドック１０の渠底部１１は、渠底コンクリート１１Ｃと、土質材料層１３とからなる。
【００２３】
本実施例において、遮水シート２０は、掘削された所定地盤面に敷設された高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）シートからなり、ドライドック１０の底面に相当する地盤全面積に敷設されている。この遮水シート２０を敷設する地盤面は、あらかじめ整形して鋭利な凹凸をなくすことが好ましい。必要に応じて不織布等からなる保護マット２３（図２（ａ））を地盤面に敷設し、その上に遮水シート２０を敷設することも好ましい。遮水シート２０は、所定の原反幅のロール状シートを地盤上に敷き詰め、所定の重ねしろを設けて隣接させたシート端を熱溶着して面状シートとして渠底部１１全面の遮水性を確保できるようにする。また、底渠コンクリート１１Ｃ内に埋設されるシート端部には、横向きＨ字形をなした止水板２４がＨＤＰＥシートと一体的に配置されている。この止水板２４は、一例として、Ｈ字形金属板をＨＤＰＥシートで被覆した部材として製作し、すでに敷設された遮水シート（ＨＤＰＥシート）２０の端部を止水板２４のフランジに巻き込むようにして溶着して、遮水シート２０の端部に設置することが好ましい。
【００２４】
遮水シート２０としては、高弾性のＨＤＰＥシート以外に、低弾性シートとして、加硫ゴム、塩化ビニル等も利用できる。中弾性シートとして、オレフィン系熱可塑性ゴム(ＰＰ系、ＰＥ系)、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）シート、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）シート、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等も適宜選択可能である。また、繊維補強タイプシートとして、繊維補強加硫ゴム、繊維補強塩化ビニル、繊維補強ポリエチレンシートも好適である。さらに複合材料としてアスファルト含浸タイプ、積層タイプのシートも利用可能である。自己修復性のあるベントナイト中間を有する積層シートを用いることもできる。
【００２５】
遮水シート２０と地盤との間に敷設し、遮水シート２０の破損を防止する保護マット２３（図２（ａ））としては、不織布シート、スパンボンド不織布、短繊維不織布、ジオグリッド材、合成樹脂製基材と不織布の複合マット等が好適である。また、マット材に代えて発泡ポリスチレン薄板を敷設してもよい。
【００２６】
土質材料層１３は、本実施例では、砂を所定厚で撒き出し、転圧を繰り返し、所定の高さまで積層して形成した砂層からなる。その材料としては所定粒度の川砂、山砂、砕砂が用いられる。また、土質材料層１３の重量化を目的とし、重量骨材として利用可能な各種鉱石（重晶石、褐鉄鉱、磁鉄鉱、赤鉄鉱）、砂鉄等を細粒化したもの等も使用することができる。
【００２７】
土質材料層１３を形成する際には、十分な締固め、転圧を行う。その際、渠底コンクリート１１Ｃの安定化のために、図２（ｂ）に示したように、短柱状の改良ブロック１４を適当な平面間隔で造成し、この改良ブロック１４で渠底コンクリート１１Ｃを支持するようにしてもよい。改良ブロック１４としては、公知の固化材を調整泥水に混入して固化させた低強度の流動化処理土等が好適である。さらに図２（ｃ）に示したように、土質材料層１３の全体を流動化処理土からなる固化体１５で構成することもできる。この場合には、固化体は難透水性材であるため、遮水シート２０を省略することができる。
【００２８】
次に、図１に示したドライドック１０を例に、その構築手順について、図３各図を参照して説明する。まず、同図（ａ）に示したように、ドライドック１０の底面までの地盤掘削を行う。本例では、下端が不透水層２に達するまでの長さの鋼矢板壁５を打設し、その鋼矢板壁５間の空間６をドライドック１０の底面深度まで掘削する。この間、必要に応じて掘削空間６の排水を行うことが好ましい。ドライドック１０の底面の地盤面を平坦に整形し、その全面に遮水シート２０を敷設する。必要に応じて遮水シート２０前に地盤面に保護マット２３（図２（ａ））を敷設する。次いで、同図（ｂ）に示したように、遮水シート２０上に土質材料としての砂を含む砂質土を積層し、所定高さの土質材料層１３を造成する。土質材料層１３は上述したように、適正な締固め・転圧を行って、渠底コンクリート１１Ｃの打設後に、土質材料層１３が沈下しないようにする。
【００２９】
土質材料層１３の造成後、図３（ｃ）に示したように、渠底コンクリート１１Ｃを打設する。このとき遮水シート２０の端部を止水板２４とともに、渠底コンクリート１１Ｃ内に埋設する。渠底コンクリート１１Ｃの底版厚は、船舶入渠時における船舶の重量他の設備荷重からなる上載荷重を支持できるとともに、空渠時における土質材料層１３を介して作用する揚圧力による上向き荷重に抵抗できるように設計する。
【００３０】
図３（ｄ）は、渠底コンクリート１１Ｃの端部にドック側壁部１２を一体的に立設したドライドック１０の完成断面図である。側壁コンクリート１２Ｃは、図示したように、地下水圧及び側方土圧に抵抗できるように設計され、また、壁下端の渠底コンクリート１１Ｃとの接合部は剛接合され、渠底コンクリート１１Ｃと一体的に外力に抵抗できるようになっている。この状態で、上向き矢印で示した揚圧力ＰUは、遮水シート２０を介して土質材料層１３、渠底コンクリート１１Ｃに作用するが、土質材料層１３、渠底コンクリート１１Ｃ、及び側壁コンクリート１２Ｃが一体となって揚圧力ＰUに抵抗するので、ドライドック１０の浮き上がり防止を図ることができる。
【００３１】
次に、セメント等の固化材を混入した流動化処理土またはソイルセメントからなる固化体１５で土質材料層１３を構成したドライドック１０の構築手順について、図４各図を参照して説明する。
本発明で土質材料として使用する流動化処理土は、公知の低強度土質系固化体で、調整泥水にセメント系固化材等の固化材、必要に応じて建設発生土等を配合し、所定の範囲に充填して固化させたものである。図４各図に示したように、渠底コンクリート１１Ｃを底版リング１１Ｃrと、底版リング１１Ｃrに周縁が支持される底版１１Ｃpとで構成し、これらに囲まれた下部空間に、流動化処理土またはソイルセメントからなる固化体１５を形成する構造とした。
【００３２】
図４（ａ）は、仮設鋼矢板５で囲まれた地盤掘削が完了し、底盤面に底版リング１１Ｃrを構築し、所定強度が得られた後に、その地盤面と底版リング１１Ｃrとに囲まれた空間に、流動化処理土を充填し、固化体１５を造成した状態を示している。底版リング１１Ｃrは、図示したように、上端のリング内周直径より下端のリング内周直径が小さい、リング内周面がテーパ面を形成する台形断面をなす。底版リング１１Ｃrが先行して構築されることにより、この底版リング１１Ｃrがその内周空間に充填される流動化処理土の型枠として機能する。また、固化体１５の上面には所定本数のアンカー筋２５がほぼ全面にわたって建て込まれている。このアンカー筋２５は、所定の付着長さ分が固化体１５上面から突出するように、固化体１５内に埋設固定した異形鉄筋からなり、渠底コンクリート１１Ｃが打設された際に、固化体１５と渠底コンクリート１１Ｃ（１１Ｃp）との一体化を図る（図４（ｂ））。次いで、渠底コンクリート１１Ｃの周縁に沿って側壁コンクリート１２Ｃを打設、構築する（図４（ｃ））。渠底コンクリート１１Ｃ、側壁コンクリート１２Ｃが一体的に構築されることにより、図４（ｄ）に示したように、地盤面上の固化体１５、渠底コンクリート１１Ｃとが一体となった抗揚圧力地中構造としてのドライドック１０が完成する。
【００３３】
図５（ａ）は、図４（ａ）で構築された底版リング１１Ｃrの変形例としての底版リングの構成を示した断面図である。本変形例においては、底版リング１１Ｃrの内周面にはテーパ（図４（ａ）他）を設けず、直壁面とし、その代わりに壁面から所定長さのせん断補強筋２６を配筋した。これにより、ドライドック完成時（図５（ｂ））において、固化体１５と底版リング１１Ｃrとの一体化を図ることができる。図４（ｄ），図５（ｂ）に示した構造によれば、固化体１５と渠底コンクリート１１Ｃとが一体となっているので、と固化体１５と地盤面との間に遮水シート２０を敷設せずに、地盤面に直接固化体１５を設けるようにしている。この場合でも、図３（ｄ）と同様に揚圧力ＰUに抵抗することができる。図４（ｄ），図５（ｂ）においても、渠底コンクリート１１Ｃ、固化体１５からなる底版構造の遮水能力に応じて、適宜遮水シート２０を敷設して遮水性を高めることも好ましい。
【００３４】
本発明は上述したドライドックを対象とした実施例に限定されるものではなく、揚圧力を受ける地下タンク等の各種地中構造への適用等、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 周辺地盤
２ 不透水層
３ 透水層
４ 地下水位
５ 仮設鋼矢板壁
１０ ドライドック（地中構造）
１１ 渠底部（底版構造）
１１Ｃ 渠底（底版）コンクリート
１２ 側壁部
１２Ｃ 側壁コンクリート
１３ 土質材料層
１５ 固化体
２０ 遮水シート
２３ 保護マット
２４ 止水板
２５ アンカー筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は抗揚圧力地中構造に係り、ドライドックや各種の地中タンクのように、構造物の大半が地中に構築された地中構造であって、周囲地盤の地下水位が高い場合に、構造物に生じる浮力が揚圧力として作用する構造物の揚圧力に対する安定性を図るようにした抗揚圧力地中構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライドックでは、たとえばドック内に入渠した相当排水量の船舶（図６（ａ）中に仮想線で例示）等が渠底コンクリート上の支持架台上に設置され、修理等が行われる。そのため、ドライドックの形状は、一般に、船舶全体を入渠可能な容積が確保された、上方が開放した箱形からなる。また、ドライドックは、船舶の出入りが可能な海岸線等に面してゲートを設けて構築されるため、その構築位置の周囲地盤が帯水層で構成されている場合には、高い地下水位を示すことが多い。その際、ドック底版には大きな揚圧力（浮力）が作用する。船舶等がドック入りしている場合（入渠時）には、船舶の重量が揚圧力に抵抗する上載荷重として作用するが、船舶等がドック入りしていない場合（空渠時）にはドライドックに浮力が作用して浮き上がり現象が生じるおそれがある。そのため、ドライドック全体の浮き上がり防止対策（揚圧力対策）が各種実施されている。
【０００３】
図６（ａ）は、従来のドライドック５０の一例の断面形状を示した断面図である。このタイプのドライドック５０は、同図に示したように、底版５１のコンクリート厚を厚くすることにより、浮力による作用揚圧力ＰUを相殺できる程度のドック自重を確保することで、揚圧力に抵抗する構造となっている。特徴として、構造がシンプルであり、構造物としての安定性が高い。
【０００４】
図６（ｂ）は、他のタイプのドライドック６０の断面形状を示した断面図である。同図に示したように、このドライドック６０は、不透水層６５まで根入れされた遮水鋼矢板壁６６によってドライドック６０の構築範囲の地盤を区画し、この範囲での地下水の汲み上げを行い、ドライドック６０の下方地盤から揚圧力が作用するのを防止している。このドライドック６０では、同図に示したように、下方からの揚圧力がないので、上載荷重に抵抗できる範囲で底版６１のコンクリート厚を薄くすることができる。また、底版６１の下層位置に排水層６２を設けることで、遮水鋼矢板壁６６からの漏水等によりドックの下方で地下水位が回復することを防止している。
【０００５】
また、地中タンクの場合には、特許文献１、特許文献２に開示されたように、側壁外周面に沿う周囲の地盤の自重を利用して浮上対策とした構造物も提案されている。
【０００６】
特許文献１に開示された地中構造物では、貯槽の周囲に一体的に構築された地中壁の下端に拡底部を設け、貯槽、地中壁の自重とその拡底部に作用する周囲土の重量を、揚圧力に抵抗する上載荷重として考慮することで、地中構造物の浮き上がりの防止を図っている。
【０００７】
特許文献２に開示した地下タンクでは、側壁底部に拡幅リングを構築し、地下タンクに揚圧力が作用した際に、この拡幅リング上部に位置する周囲地盤と、リング端部より外側に位置する周囲地盤との間に生じるせん断摩擦力を利用して浮き上がりを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１５８６７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２００９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６（ａ）に示されたドライドック５０では、空渠時の揚圧力を考慮した分の重量を底版５１のコンクリート厚を大きくして確保するため、構造設計上必要とされる以上の大きさとする必要があり、ドックの規模によっては底版５１のコンクリート量が膨大になる場合がある。
【００１０】
図６（ｂ）に示されたタイプのドライドック６０では、遮水鋼矢板壁６６は本設構造物のドック側壁６７の一部として機能させるため、抗土圧構造に加え、耐久性を有することが必要である。また、強度確保のために、図６（ｂ）に示したように、壁体背面側にタイロッド６８やタイロッド６８の支持端となる控え壁体６９等の補強構造を備える必要もある。また、底版６１以深では、遮水鋼矢板壁６６に高い水圧が作用するため、完全遮水は困難である。そのため、排水設備（図示せず）を備えて、底版下に設けた排水層６２から常時排水を行わなければならない。
【００１１】
特許文献１，特許文献２に開示された地下タンクでは、タンク全体の浮き上がり対策は図れるが、いずれの場合も、底版には常時下面から揚圧力が作用しているため、タンク空液時を考慮した場合、底版コンクリートは、図６（ａ）に示した場合と同様に、十分な厚さを確保する必要がある。したがって、打設コンクリート量を低減するような経済設計は考慮されていない。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、揚圧力が作用する地中構造物において、コンクリート量の低減や、遮水構造、排水設備等を使用することのない抗揚圧力地中構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は地中構造が構築された地盤の所定地下水位以下に位置する前記地中構造に作用する前記地下水による揚圧力に対して、前記地中構造の構造物自重で抵抗して前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、前記地中構造の底版構造の一部を土質材料層で形成し、前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
前記土質材料層は、砂質土を締固め転圧し、積層することが好ましい。
【００１４】
前記土質材料層は、固化材を混入して充填固化させた固化体とすることが好ましい。
【００１５】
前記固化体からなる土質材料層を覆うように底版コンクリートを構築し、該底版コンクリートと前記土質材料層とを一体化させて前記底版構造とすることが好ましい。
【００１６】
前記底版構造の底面に遮水シートを敷設し、その上に前記土質材料層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来、地中構造が地下水等により揚圧力が生じた際に、構造体のコンクリート重量を増加させて対応していたのに対して、安価な土質材料層でその一部を代替させることで、地中構造の浮き上がり対策としての工事コスト低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による抗揚圧力地中構造をドライドックに適用した実施例を示した断面図。
【図２】本発明の抗揚圧力地中構造物の底版構造の複数の構造例を示した部分断面図。
【図３】図１に示した抗揚圧力地中構造物の構築手順を示した模式施工図。
【図４】他の底版構造の例からなる抗揚圧力地中構造物の構築手順を示した模式施工図。
【図５】他の底版構造の例からなる抗揚圧力地中構造物の構築手順の一部を示した説明図。
【図６】ドライドックを一例として、従来の抗揚圧力地中構造物の構造例を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の抗揚圧力地中構造の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明による抗揚圧力地中構造を、ドライドック１０に適用した実施例を示した断面図である。このドライドック１０は、ドック渠底部（底版構造）１１、ドック渠底部１１の両端部から立ち上がるドック側壁部１２と、ドック渠底部１１の底面で地盤面に敷設された遮水シート２０と、ドック妻壁部（図示せず）と海岸線側に設けられた開閉ゲート（図示せず）とを備えた、上方が開放した鉄筋コンクリート構造の箱状構造体である。そして、渠底部１１は、渠底部１１の一部としての土質材料層１３と、土質材料層１３の側方と上方を覆うように形成された渠底コンクリート（底版コンクリート）１１Ｃとからなる。
【００２１】
ドライドック１０の周囲地盤１は、同図に示したように、下方の所定深さに不透水層２が位置し、それより浅い地表までの地盤は透水層３からなり、ドライドック１０は透水層３内に構築されている。そして透水層３内において、地下水位４はドック側壁部１２の上端から１／３程度下方に位置している。したがって、ドック渠底部１１の底面には、水頭差Ｈからなる揚圧力ＰUが作用している。ドライドック１０内に船舶Ｓ（仮想線表示）が入渠していない場合（空渠時）には、図示したように、ドック側壁１２と渠底コンクリート１１Ｃと土質材料層１３それぞれの合算重量が、遮水シート２０の上面に下向きに作用する。遮水シート２０の下面には地下水による揚圧力が上向きに作用しているが、この揚圧力に抵抗する、上述した合算重量による下向き力の方が大きいのでドライドック１０は安定している。遮水シート２０が敷設されていることにより、渠底部１１の渠底コンクリート１１Ｃと土質材料層１３は、実質的に一体となって揚圧力に対して抵抗する。
【００２２】
ここで、遮水シート２０、土質材料層１３の各種構成について、図２各図を参照して説明する。従来、渠底部１１は、図６（ａ）に示したように、全厚分をコンクリートで構成し、このコンクリート重量を上載荷重の一部として揚圧力に抵抗していた。これに対して、図２（ａ）に示したドライドック１０の渠底部１１は、渠底コンクリート１１Ｃと、土質材料層１３とからなる。
【００２３】
本実施例において、遮水シート２０は、掘削された所定地盤面に敷設された高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）シートからなり、ドライドック１０の底面に相当する地盤全面積に敷設されている。この遮水シート２０を敷設する地盤面は、あらかじめ整形して鋭利な凹凸をなくすことが好ましい。必要に応じて不織布等からなる保護マット２３（図２（ａ））を地盤面に敷設し、その上に遮水シート２０を敷設することも好ましい。遮水シート２０は、所定の原反幅のロール状シートを地盤上に敷き詰め、所定の重ねしろを設けて隣接させたシート端を熱溶着して面状シートとして渠底部１１全面の遮水性を確保できるようにする。また、底渠コンクリート１１Ｃ内に埋設されるシート端部には、横向きＨ字形をなした止水板２４がＨＤＰＥシートと一体的に配置されている。この止水板２４は、一例として、Ｈ字形金属板をＨＤＰＥシートで被覆した部材として製作し、すでに敷設された遮水シート（ＨＤＰＥシート）２０の端部を止水板２４のフランジに巻き込むようにして溶着して、遮水シート２０の端部に設置することが好ましい。
【００２４】
遮水シート２０としては、高弾性のＨＤＰＥシート以外に、低弾性シートとして、加硫ゴム、塩化ビニル等も利用できる。中弾性シートとして、オレフィン系熱可塑性ゴム(ＰＰ系、ＰＥ系)、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）シート、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）シート、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等も適宜選択可能である。また、繊維補強タイプシートとして、繊維補強加硫ゴム、繊維補強塩化ビニル、繊維補強ポリエチレンシートも好適である。さらに複合材料としてアスファルト含浸タイプ、積層タイプのシートも利用可能である。自己修復性のあるベントナイト中間を有する積層シートを用いることもできる。
【００２５】
遮水シート２０と地盤との間に敷設し、遮水シート２０の破損を防止する保護マット２３（図２（ａ））としては、不織布シート、スパンボンド不織布、短繊維不織布、ジオグリッド材、合成樹脂製基材と不織布の複合マット等が好適である。また、マット材に代えて発泡ポリスチレン薄板を敷設してもよい。
【００２６】
土質材料層１３は、本実施例では、砂を所定厚で撒き出し、転圧を繰り返し、所定の高さまで積層して形成した砂層からなる。その材料としては所定粒度の川砂、山砂、砕砂が用いられる。また、土質材料層１３の重量化を目的とし、重量骨材として利用可能な各種鉱石（重晶石、褐鉄鉱、磁鉄鉱、赤鉄鉱）、砂鉄等を細粒化したもの等も使用することができる。
【００２７】
土質材料層１３を形成する際には、十分な締固め、転圧を行う。その際、渠底コンクリート１１Ｃの安定化のために、図２（ｂ）に示したように、短柱状の改良ブロック１４を適当な平面間隔で造成し、この改良ブロック１４で渠底コンクリート１１Ｃを支持するようにしてもよい。改良ブロック１４としては、公知の固化材を調整泥水に混入して固化させた低強度の流動化処理土等が好適である。さらに図２（ｃ）に示したように、土質材料層１３の全体を流動化処理土からなる固化体１５で構成することもできる。この場合には、固化体は難透水性材であるため、遮水シート２０を省略することができる。
【００２８】
次に、図１に示したドライドック１０を例に、その構築手順について、図３各図を参照して説明する。まず、同図（ａ）に示したように、ドライドック１０の底面までの地盤掘削を行う。本例では、下端が不透水層２に達するまでの長さの鋼矢板壁５を打設し、その鋼矢板壁５間の空間６をドライドック１０の底面深度まで掘削する。この間、必要に応じて掘削空間６の排水を行うことが好ましい。ドライドック１０の底面の地盤面を平坦に整形し、その全面に遮水シート２０を敷設する。必要に応じて遮水シート２０前に地盤面に保護マット２３（図２（ａ））を敷設する。次いで、同図（ｂ）に示したように、遮水シート２０上に土質材料としての砂を含む砂質土を積層し、所定高さの土質材料層１３を造成する。土質材料層１３は上述したように、適正な締固め・転圧を行って、渠底コンクリート１１Ｃの打設後に、土質材料層１３が沈下しないようにする。
【００２９】
土質材料層１３の造成後、図３（ｃ）に示したように、渠底コンクリート１１Ｃを打設する。このとき遮水シート２０の端部を止水板２４とともに、渠底コンクリート１１Ｃ内に埋設する。渠底コンクリート１１Ｃの底版厚は、船舶入渠時における船舶の重量他の設備荷重からなる上載荷重を支持できるとともに、空渠時における土質材料層１３を介して作用する揚圧力による上向き荷重に抵抗できるように設計する。
【００３０】
図３（ｄ）は、渠底コンクリート１１Ｃの端部にドック側壁部１２を一体的に立設したドライドック１０の完成断面図である。側壁コンクリート１２Ｃは、図示したように、地下水圧及び側方土圧に抵抗できるように設計され、また、壁下端の渠底コンクリート１１Ｃとの接合部は剛接合され、渠底コンクリート１１Ｃと一体的に外力に抵抗できるようになっている。この状態で、上向き矢印で示した揚圧力ＰUは、遮水シート２０を介して土質材料層１３、渠底コンクリート１１Ｃに作用するが、土質材料層１３、渠底コンクリート１１Ｃ、及び側壁コンクリート１２Ｃが一体となって揚圧力ＰUに抵抗するので、ドライドック１０の浮き上がり防止を図ることができる。
【００３１】
次に、セメント等の固化材を混入した流動化処理土またはソイルセメントからなる固化体１５で土質材料層１３を構成したドライドック１０の構築手順について、図４各図を参照して説明する。
本発明で土質材料として使用する流動化処理土は、公知の低強度土質系固化体で、調整泥水にセメント系固化材等の固化材、必要に応じて建設発生土等を配合し、所定の範囲に充填して固化させたものである。図４各図に示したように、渠底コンクリート１１Ｃを底版リング１１Ｃrと、底版リング１１Ｃrに周縁が支持される底版１１Ｃpとで構成し、これらに囲まれた下部空間に、流動化処理土またはソイルセメントからなる固化体１５を形成する構造とした。
【００３２】
図４（ａ）は、仮設鋼矢板５で囲まれた地盤掘削が完了し、底盤面に底版リング１１Ｃrを構築し、所定強度が得られた後に、その地盤面と底版リング１１Ｃrとに囲まれた空間に、流動化処理土を充填し、固化体１５を造成した状態を示している。底版リング１１Ｃrは、図示したように、上端のリング内周直径より下端のリング内周直径が小さい、リング内周面がテーパ面を形成する台形断面をなす。底版リング１１Ｃrが先行して構築されることにより、この底版リング１１Ｃrがその内周空間に充填される流動化処理土の型枠として機能する。また、固化体１５の上面には所定本数のアンカー筋２５がほぼ全面にわたって建て込まれている。このアンカー筋２５は、所定の付着長さ分が固化体１５上面から突出するように、固化体１５内に埋設固定した異形鉄筋からなり、渠底コンクリート１１Ｃが打設された際に、固化体１５と渠底コンクリート１１Ｃ（１１Ｃp）との一体化を図る（図４（ｂ））。次いで、渠底コンクリート１１Ｃの周縁に沿って側壁コンクリート１２Ｃを打設、構築する（図４（ｃ））。渠底コンクリート１１Ｃ、側壁コンクリート１２Ｃが一体的に構築されることにより、図４（ｄ）に示したように、地盤面上の固化体１５、渠底コンクリート１１Ｃとが一体となった抗揚圧力地中構造としてのドライドック１０が完成する。
【００３３】
図５（ａ）は、図４（ａ）で構築された底版リング１１Ｃrの変形例としての底版リングの構成を示した断面図である。本変形例においては、底版リング１１Ｃrの内周面にはテーパ（図４（ａ）他）を設けず、直壁面とし、その代わりに壁面から所定長さのせん断補強筋２６を配筋した。これにより、ドライドック完成時（図５（ｂ））において、固化体１５と底版リング１１Ｃrとの一体化を図ることができる。図４（ｄ），図５（ｂ）に示した構造によれば、固化体１５と渠底コンクリート１１Ｃとが一体となっているので、と固化体１５と地盤面との間に遮水シート２０を敷設せずに、地盤面に直接固化体１５を設けるようにしている。この場合でも、図３（ｄ）と同様に揚圧力ＰUに抵抗することができる。図４（ｄ），図５（ｂ）においても、渠底コンクリート１１Ｃ、固化体１５からなる底版構造の遮水能力に応じて、適宜遮水シート２０を敷設して遮水性を高めることも好ましい。
【００３４】
本発明は上述したドライドックを対象とした実施例に限定されるものではなく、揚圧力を受ける地下タンク等の各種地中構造への適用等、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 周辺地盤
２ 不透水層
３ 透水層
４ 地下水位
５ 仮設鋼矢板壁
１０ ドライドック（地中構造）
１１ 渠底部（底版構造）
１１Ｃ 渠底（底版）コンクリート
１２ 側壁部
１２Ｃ 側壁コンクリート
１３ 土質材料層
１５ 固化体
２０ 遮水シート
２３ 保護マット
２４ 止水板
２５ アンカー筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中構造が構築された地盤の所定地下水位以下に位置する前記地中構造に作用する前記地下水による揚圧力に対して、前記地中構造の構造物自重で抵抗して前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、前記地中構造の底版構造の一部を土質材料層で形成したことを特徴とする抗揚圧力地中構造。
【請求項２】
前記土質材料層は、砂質土を締固め転圧し、積層してなることを特徴とする請求項１に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項３】
前記土質材料層は、固化材を混入して充填固化させた固化体からなることを特徴とする請求項１に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項４】
前記固化体からなる土質材料層を覆うように底版コンクリートを構築し、該底版コンクリートと前記土質材料層とを一体化させて前記底版構造としたことを特徴とする請求項３に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項５】
前記底版構造の底面に遮水シートを敷設し、その上に前記土質材料層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項１】
地中構造が構築された地盤の所定地下水位以下に位置する前記地中構造に作用する前記地下水による揚圧力に対して、前記地中構造の構造物自重で抵抗して前記地中構造の浮き上がりを抑止するようにした抗揚圧力地中構造であって、前記地中構造の底版構造の一部を土質材料層で形成したことを特徴とする抗揚圧力地中構造。
【請求項２】
前記土質材料層は、砂質土を締固め転圧し、積層してなることを特徴とする請求項１に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項３】
前記土質材料層は、固化材を混入して充填固化させた固化体からなることを特徴とする請求項１に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項４】
前記固化体からなる土質材料層を覆うように底版コンクリートを構築し、該底版コンクリートと前記土質材料層とを一体化させて前記底版構造としたことを特徴とする請求項３に記載の抗揚圧力地中構造。
【請求項５】
前記底版構造の底面に遮水シートを敷設し、その上に前記土質材料層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の抗揚圧力地中構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４６６７０（Ｐ２０１２−２４６６７０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８７２４（Ｐ２０１１−１１８７２４）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
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