III-B003 大型ニューマチックケーソン工法の地盤水平変位予測と計測結果北海道電力(株) 正会員白戸伸明北海道電力(株) 正会員立田泰輔西松建設(株) ○正会員村上孝夫北電興業(株) 正会員鹿内賢司１．はじめに北海道電力(株)苫東厚真発電所 4 号機増設工事復水器冷却用水の循環水ポンプ室工事に大型のニューマチックケーソン工法を採用した。１）２）施工箇所は，運転稼働中の発電所構内で，既設構造物に近接しており，沈下掘削部の地質は軟弱なため周辺地盤の変位に伴う既設構造物への影響が懸念された。ニューマチックケーソン工法は，周辺地盤へ与える影響の小さい工法だが，軟弱地盤における近接施工の場合には，（１）フリクションカットにより生ずる空隙への地盤の側方変位・引込み，（２）ケーソン沈下時の傾斜による地盤水平変位の発生，（３）ケーソン沈下時の周面摩擦による地盤の引込み等の要因が問題となる。以下に，大型ニューマチックケーソン工法の地盤水平変位予測と計測結果について報告する。 40,200 ２．工事概要ケーソンの形状は矩形で，平面寸法は短辺が 15.1∼20.2 ｍ，長辺 20,200 が 40.2 ｍ，高さは 20.2 ｍ，フリクションカット幅は 50mm，沈下深度は 17.25 ｍである。縁切り鋼矢板Ⅲ型 L=18,000 地中傾斜計 L=30m(No.2) 盤変位を予測したうえで，沈下掘削に伴う挙動を監視しながら情報 500 2,905 念されることから，縁切り鋼矢板により変位を遮断すると共に，地 2,000 (600t 級，鋼管杭支持のＲＣ造)があり，前述の要因による影響が懸地中傾斜計 L=20m(No.1) 5,405 本ケーソン躯体から約 5 ｍ離れに運転稼動中の 3 号機灰処理設備３号機灰処理設備化施工を実施した。ケーソンの施工平面図を図−1 に示す。図−1 ケーソンの施工平面図縁切り鋼矢板は，ケーソン躯体から 2 ｍ離れの外周に鋼矢板Ⅲ型をＧＬ−18 ｍまで打設した。また，縁切り鋼矢板を利用してＧＬ− 2.75 ｍまで沈下開始高(刃口の据付高)の盤下げを行った。３．ケーソン沈下に伴う地盤変位予測ケーソン沈下に伴う地盤変位を有限要素法の弾塑性解析により予測した。フリクションカット部の地盤の変位は掘削壁面が主働崩壊線に沿って落込むことを評価し，強制変位の方向は主働崩壊角，水平方向の強制変位量はフリクションカットによる緩み幅とし，鉛直方向は地盤の内部摩擦角に応じて設定した。フリクションカット部以深の刃口部の地盤の変位については水平方向拘束，鉛直方向フリーとする。縁切り鋼矢板の変位遮断の効果により，ケーソン沈下に伴う地表面の沈下は鋼矢板の前面(ケーソン側)と背面において不連続な段差が生じることから，この現象を鋼矢板の内側に摩擦型のジョイント要素を介在させ評価した。解析モデルを図−2 に示す。図−2 施工当初の解析は，フリクションカットによる緩み幅を 17mm(50mm 解析モデル ×1/3)および既知データの地盤定数を設計条件として地中傾斜計位置で最大 12mm の水平変位を予測した。なお，3 号機灰処理設備の基礎杭の許容応力度から求まる地中傾斜計位置で許容水平変位は 18mm である。キーワード：ニューマチックケーソン，近接施工，情報化施工，地盤変位予測，計測管理北海道電力（株）土木部〒060-8677 札幌市中央区大通東 1 丁目 2 番地 TEL 011-251-1111 -6- FAX 011-251-0425 土木学会第56回年次学術講演会（平成13年10月） III-B003 11月23日４．計測結果 12月23日 1月22日 2月21日 3月22日 4月21日 5月21日 6月20日４．１地中水平変位地中水平変位の経時変化(N0.1・ N0.2 地中傾斜計深度 10 ｍ)を沈下深度（m） 0 -5 5 -10 10 -15 15 図−3 に示す。沈下深度約 9.6 ｍ(TP−8.05 ｍ)において 10mm の下終了時の変位量を再検討した。検討の結果，沈下に伴い深度 10 ｍ付近のシルト層(ＡⅡｃ層)の地中変位が大きく増加し，沈下終了時の傾斜計位置における最大変位量は 26mm となり，近接構造物にも影響を及ぼすことが予想水平変位量（mm）ため，地中変位の計測値から逆解析により入力条件を設定し，沈解析 17mm，逆解析 50mm)および沈下掘削部のシルト層の変形係数沈下掘削完了 5/16 -17.25（TP-15.7）１次薬液注入 3/7～3/9 ３次薬液注入 6/9～15 ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ注入 4/25～28 5 0 -5 ２次薬液注入 3/24～30 -10 No.2傾斜計10m ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ注入 5/9～28 -15 8 縁　切　鋼　矢　板 6 ３号機灰処理設備基礎 4 2 縁切① 縁切③ 基礎④ 0 縁切② ① -2 ② ③ ④ -4 -2 0 2 4 6 8 10 測点② 測点① ③ ② ① 測点③ ３号機灰処理設備傾斜角（分）よる上載荷重の減少によりヒービングが発生し，函内側に側方流 6ﾛｯﾄ打設 4/18 5ﾛｯﾄ打設 2/16 0.0 が当初解析の約 1/5 で予想以上に軟弱で，ケーソンの刃口深度がシルト層に達する前に変位が発生していることから函内掘削に掘削再開 3/14 10 No.1傾斜計10m 地盤沈下量（mm）逆解析の結果から，フリクションカット部の緩み幅の増加(当初沈下掘削開始 11/23 4ﾛｯﾄ打設 12/23 15 された。地中水平変位の深度分布の解析値・計測値を図−4 に示す。掘削停止 1/25 -20 20 水平変位量（mm）地中変位が発生し，変位予測の解析値と計測値に相違が見られた圧気開始 12/3 -0.5 傾斜角 -1.0 ＋－ -1.5 動的な地盤の変位が生じると推測された。図−3 変位抑制対策を検討の結果，ケーソン躯体と縁切り鋼矢板間の地盤に薬液を注入し，その間の地盤補強とフリクションカット部土層区分 N値変位の経時変化当初解析累積変位（mm）の空隙を充填する案を採用した。薬液注入工法は二重管ストレー計測値逆解析累積変位（mm） 0 20 40 30 20 10 0 -10 30 20 10 累積変位（mm） 0 -10 30 20 10 0 -10 TP+4.3 ナー工法(溶液型水ガラス系，瞬結＋緩結注入)を施工した。 Bu 沈下掘削時のケーソンの安定性を確保するために薬液注入の下高−3 ｍ(TP−12.7 ｍ)までとした。薬液注入により地中水平変位が減少し，沈下掘削を再開した。標高（m） TP-0.7 施工範囲はケーソン躯体長辺方向の両側とし，注入深さは設計沈 TP-5.7 AⅡc 再開後，地中水平変位が累積した場合には追加薬液注入および周面グラウト孔を利用したベントナイト注入を実施し，管理基準値 TP-10.7 を満足し沈下掘削を完了した。 AⅢvs ４．２鋼矢板水平変位，地盤沈下 1次薬注後 AⅠs TP-5.5 TP-8.05 TP-10.3 TP-15.7 沈下掘削完了 TP-15.7 縁切り鋼矢板水平変位，地盤沈下の経時変化を図－3 に示すが，図−4 地中水平変位の深度分布縁切り鋼矢板頭部の最大水平変位は 7mm，鋼矢板背面の地盤沈下は 8mm であった。４．３近接構造物の傾斜，水平変位 3 号灰処理設備の傾斜・基礎水平変位の経時変化を図－3 に示すが，3 号灰処理設備の傾斜は，沈下掘削期間にケーソン躯体の反対側に最大約 1 分，基礎コンクリートの水平変位はケーソン側へ最大 5mm 発生したが，構造物の管理基準値以下であった。５.おわりに大型ニューマチッククケーソンの軟弱なシルト層における近接施工において，地盤水平変位を予測のうえ情報化施工を実施し，既設構造物に影響を及ぼすことなく，施工を無事完了した。最後に，本施工にあたって，ご指導，ご協力を頂いた関係各位に深く感謝の意を申し上げる次第である。【参考文献】 1) 佐藤賢次；白戸伸明；立田泰輔．ニューマチックケーソン工法による循環水ポンプ室の施工．電力土木．no.291，2001，p56-60． 2) 白戸伸明：立田泰輔：村上孝夫：鹿内賢司．大型ニューマチックケーソン工法の情報化施工による沈下掘削．土木学会第 56 回年次学術講演会講演概要集． -7- 土木学会第56回年次学術講演会（平成13年10月）