ケーソン（工学）

土質工学において、ケーソン（/ ˈ k eɪ s ən、 - s ɒ n / ;フランス語の caisson  「箱」から借用、イタリア語のcassone  「大きな箱」から。cassaの増強形）は、防水保持構造物^[1]であり、例えば、橋脚の基礎工事、コンクリートダムの建設、^{[2] 、または}船舶の修理に使用されます。^[3]

ケーソンは、水をポンプで排出して作業環境を乾燥した状態に保つことができるように構築されます。オープンケーソンを使用して橋脚を建設する場合、適切な土壌に到達するのが現実的でない場合は、摩擦杭を打ち込んで適切な基礎を形成することがあります。これらの杭は、柱状橋脚が建てられる基礎パッドによって接続されます。

ケーソン工学は少なくとも19世紀から使用されており、代表的なものとしてはロイヤルアルバート橋（1859年完成）、イーズ橋（1874年完成）、ブルックリン橋（1883年完成）の3つがある。^[4]

ケーソンを所定の場所に設置するには、適切な基礎材料が見つかるまで、柔らかい泥の中を下ろします。岩盤が好まれますが、岩盤が深すぎる場合は、安定した硬い泥が使用されることもあります。ケーソンの主な4つのタイプは、ボックスケーソン、オープンケーソン、ニューマチックケーソン、モノリシックケーソンです。^[5]

ボックスケーソンは、プレハブのコンクリート製ボックス（側面と底部付き）で、準備された土台の上に設置されます。設置後、コンクリートで満たされ、橋脚の基礎などの恒久的な構造物の一部になります。中空コンクリート構造は通常、水よりも密度が低いため、ボックスケーソンは、コンクリートで満たされるまで浮かないようにバラストで固定するか、アンカーで固定する必要があります。潮汐地帯などでは、複雑なアンカーシステムが必要になる場合があります。調整可能なアンカーシステムと GPS 調査を組み合わせることで、エンジニアはボックスケーソンを正確に配置できます。^{[引用が必要]}

オープンケーソンは、底面がない点を除けばボックスケーソンに似ています。軟弱な粘土（一部の河床など）での使用に適していますが、地中に大きな障害物がある可能性のある場所には適していません。オープンケーソンは、オープントレンチ掘削が不可能な軟弱地盤または高地下水位で使用されるだけでなく、マイクロトンネル工事、パイプジャッキング、その他の作業用の深いマンホール、ポンプステーション、受入/発射ピットを設置するためにも使用できます。^[要出典]

ケーソンは、自重、上部に置かれたコンクリートまたは水のバラスト、または油圧ジャッキによって沈められる。ケーソンの先端 (またはカッティングシュー) は、垂直に沈めやすいように鋭角に傾斜しており、通常は鋼鉄で作られている。シューは一般にケーソンよりも幅が広く、摩擦を減らす。また、先端には加圧ベントナイトスラリーが供給されることがある。ベントナイトスラリーは水中で膨張し、窪みや空隙を埋めて沈下を安定させる。オープンケーソンは沈下中に水で満たされることがある。材料はクレーンに取り付けられたクラムシェル掘削機のバケットによって掘削される。^[要出典]

地層レベルの土台は、掘削や支持力にまだ適していない可能性があります。ケーソン内の水 (高地下水位のため) は、その下の軟弱土の上昇力をバランスさせます。水が抜けると、土台が「パイプ状」または「沸騰」し、^{[説明が必要]}ケーソンが沈む可能性があります。この問題に対処するには、地表から杭を打ち込み、次の役割を果たすことがあります。

• 耐力壁は、荷重をより深い土壌に伝達します。
• アンカーは、アンカーの表面と、アンカーが打ち込まれた周囲の土との間の界面における摩擦により、浮上を妨げます。

H 形鋼セクション (全軸方向の曲げに対する抵抗のため、典型的な柱セクション) は、岩石またはその他のより硬い土壌に対して「傾斜」した角度で​​打ち込まれる場合があります。H 形鋼は、基礎の上に延長されたままになります。鉄筋コンクリート プラグを水中に配置することもできます。このプロセスは、トレミー コンクリート配置と呼ばれます。ケーソンが排水されると、このプラグは杭頭として機能し、下層土の上向きの力に抵抗します。^{[引用が必要]}

モノリシックケーソン（または単にモノリス）は他のタイプのケーソンよりも大きいが、オープンケーソンに似ている。このようなケーソンは、船舶からの衝撃に対する耐性が求められる岸壁によく見られる。^{[引用が必要]}

浅いケーソンは空気にさらされている場合がありますが、軟らかい泥を貫く空気圧ケーソン（加圧ケーソンと呼ばれることもあります）は、上部が密閉され、深部で水や泥が入らないように圧縮空気で満たされた底なしの箱です。エアロックによりチャンバーにアクセスできます。アメリカ英語でサンドホッグと呼ばれる作業員は、泥や岩の破片（マックと呼ばれる）を作業スペースの端から、チューブ（マックチューブと呼ばれる）で地表に接続された水の入ったピットに移動します。地表のクレーンがクラムシェルバケットで土を取り除きます。チューブ内の水圧が空気圧とバランスを取り、余分な空気がマックチューブから逃げます。作業員のために定期的な空気の入れ替えを確保し、ケーソンの底部への泥や水の過剰な流入を防ぐために、加圧空気の流れを一定にする必要があります。ケーソンが岩盤に当たると、サンドホッグはエアロックから出て箱をコンクリートで満たし、強固な基礎杭を形成します。^[6]

空気圧ケーソンは、コンクリートを打設するのに適した乾燥した作業環境を提供するという利点があります。また、他の方法では隣接する構造物の沈下を引き起こす可能性がある基礎にも適しています。^{[引用が必要]}

ケーソンの加圧環境から出た建設作業員は、減圧症を避けるために、体組織に溶解した不活性ガスを症状なく放出できる速度で減圧する必要がある。減圧症はケーソン作業員に最初に確認された症状で、当初は職業上の危険性を認識して「ケーソン病」と名付けられた。加圧ケーソンを利用して建設されたブルックリン橋の建設では、建設中にケーソン病で多数の作業員が死亡または永久的な障害を負った。 ^[7]耳、副鼻腔、肺の気圧外傷や、気圧異常性骨壊死もリスクである。^[8]

• ケーソンは、地上レベルの下に単段ラムが設置されている油圧エレベーターの設置にも使用されています。 ^{[説明が必要]}
• フェニックスというコードネームで呼ばれるケーソンは、第二次世界大戦中の連合軍によるノルマンディー侵攻の際に使用されたマルベリー港の不可欠な部分でした。^[9]

• ボートリフトケーソン:ケーソンという言葉は、ケーソン閘門、運河リフト、インクラインの可動トラフ部分の同義語としても使用され、ボートや船舶が運河の標高から別の標高に持ち上げられる間、そこに停泊します。それぞれの動作原理に従って、水はケーソンの内側に保持されるか、ケーソンから排除されます。^{[出典が必要]}
• 構造ケーソン:ケーソンは、中空の円筒形の型枠にコンクリートを流し込んで形成される鉄筋コンクリート構造物の俗称としても使用されることがあります。通常は、開いた掘削で地下にケーソン型枠を設置し、埋め戻しが完了したらコンクリートを流し込むか、地上で掘削します。ただし、深いケーソンの場合は、ケーソン型枠を挿入する前にサポートされていない掘削が崩壊する可能性があるため、問題が発生する可能性があります。このように、空のケーソン型の周囲に配置された土は安定性と強度を提供し、コンクリートを流し込む際の複雑さを軽減し、型枠が吹き飛ぶリスクを軽減します。技術的には、型枠自体だけが実際にケーソンですが、地下の鋳造コンクリート柱が単にケーソンと呼ばれることも珍しくありません。 [^要出典]
• 換気濾過システム:ケーソンという言葉は、危険物を扱う施設の換気フィルター用の気密ハウジングの名前としても使われます。ハウジングには通常、プレフィルター要素用の上流コンパートメントと、高効率フィルター要素用の下流コンパートメントがあります。コンパートメントのセットが複数ある場合もあります。ハウジングには、フィルター要素の交換を可能にするガスケット アクセス ドアがあります。ハウジングには通常、フィルターの効率をテストし、フィルター メディア全体の差圧の変化を監視するための接続ポイントが装備されています。^{[引用が必要]}

• 吸引ケーソン - 差圧によって埋め込まれ解放される底の開いたチューブアンカー
• エアロックダイビングベルプラント - ジブラルタルで使用される水中作業支援バージ、ジブラルタル港で使用される移動式バージ搭載エンジニアリングケーソン
• コッファダム – 密閉された領域から液体を排出するための障壁。その場で建設される一時的な防水構造で、オープンケーソンのように作業領域を囲むこともあります。
• 海洋地質工学 – 地質工学上の考慮事項に関する情報については、海中の人工構造物に関する工学のサブ分野。

• 米国特許 123,002 –水中基礎の建設の改良

ウィキメディア・コモンズには、ケーソン (工学)に関連するメディアがあります。

• ウィキソースのCaisson関連作品