JP2008057184A - Method of constructing underground wall by using h-shaped pc pile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、H型PC杭を用いた地中壁の構築方法に関し、さらに詳しくは、中掘圧入工法ではH型PC杭の圧入が不可能な硬質地盤や岩盤層がある地盤において、地中壁の土圧による曲げモーメントを支持するための根入れ不足を補う技術に関する。 The present invention relates to a method for constructing an underground wall using an H-shaped PC pile, and more specifically, in a ground having a hard ground or a bedrock layer in which an H-shaped PC pile cannot be pressed by an underground digging method, The present invention relates to a technique that compensates for insufficient rooting to support bending moments due to earth pressure on walls.
H型PC杭は、H型断面を備えたプレキャストプレストレストコンクリート杭であり、これを連接して地中に沈下させ、強固な地中壁を容易に施工する技術がある(例えば、特許文献1参照。)。 The H-type PC pile is a precast prestressed concrete pile having an H-shaped cross section, and there is a technique for easily constructing a strong underground wall by connecting it and sinking into the ground (for example, see Patent Document 1). .)
H型PC杭を連接して形成した地中壁は強度が大きく止水性に富み、施工が容易であるなどのすぐれた特性を有する。このようなH型PC杭による地中壁の施工には、H型PC杭の軸方向凹条内にオーガードリルを添装し、地盤を掘削して揚土しながらH型PC杭を地中に沈下させる、いわゆる中掘圧入工法が採用される。 The underground wall formed by connecting H-type PC piles has excellent properties such as high strength, high water-stopping properties, and easy construction. For the construction of the underground wall with such an H-shaped PC pile, an auger drill is installed in the axial recess of the H-shaped PC pile, and the H-shaped PC pile is underground while excavating the ground. The so-called digging press-fitting method is used.
このような中掘圧入工法によって、H型PC杭を地中に圧入して地中壁を形成する場合、対象地盤は、N値が40程度までの土砂を主体とする地盤に限られており、N値が50を超えるような硬質地盤、又は礫径がφ200mmを超える礫層や玉石混じり層、又は岩盤層等がある場合は、中掘圧入工法によってH型PC杭を地中に沈下させることは困難であった。 When the underground wall is formed by press-fitting an H-type PC pile into the ground by such an underground digging method, the target ground is limited to ground mainly composed of earth and sand with an N value of up to about 40. If there is a hard ground with an N value exceeding 50, or a gravel layer or cobblestone mixed layer with a gravel diameter exceeding 200 mm, or a bedrock layer, etc., the H-type PC pile is submerged in the ground by an underground digging method. It was difficult.
従って、比較的浅い地層に硬質地盤や岩盤層等がある場合、H型PC杭の根入れが不十分となって、地中壁自身に地中壁の土圧による曲げモーメントを支持させることが困難な場合がある。この場合に、土圧による曲げモーメントに対抗する切梁等を地中壁相互間に架け渡して用いることができる場合、又は単独独立でタイ材を設けることができれば問題はないが、地中壁が単独独立でタイ材を使用することができないのものであったり、構造上切梁が邪魔になるなど、切梁を施すことができないような条件のときは、H型PC杭によるすぐれた地中壁構築技術を利用することができないなどの不具合があった。
H型PC杭によって地中壁を形成し、これを土留めとして使用する場合に、中掘圧入工法ではH型PC杭を地中に圧入することが不可能な硬質地盤や岩盤層がある場合には、H型PC杭自身が土圧に抵抗する曲げモーメントを支持することができるようにH型PC杭を十分に深く地中に根入れすることができない。 When an underground wall is formed with an H-shaped PC pile and this is used as a retaining wall, there is a hard ground or bedrock layer where it is impossible to press-fit the H-shaped PC pile into the ground by the underground digging method. The H-type PC pile cannot be deeply embedded in the ground so that the H-type PC pile itself can support a bending moment that resists earth pressure.
本発明はこのような場合にH型PC杭の根入れ不足を補い、地中壁が土留壁として安定性を確保することができるようにした技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which compensated the insufficiency of the penetration of H type PC pile in such a case, and was able to ensure stability as an underground wall as a retaining wall.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、H型PC杭を地中に連接沈下させて地中壁を構築するに当り、沈下させるH型PC杭の軸方向凹条内にオーガードリルを添装して地盤を掘削しつつH型PC杭を地中に沈下させ、次いで、隣接するH型PC杭同士が形成する空部に掘削機を挿入してH型PC杭の下端より下方の地盤に中空孔を掘削し、該中空孔及びH型PC杭の空部に亘る鋼材を前記H型PC杭の空部内に上方から挿入し、硬化材料を注入して前記鋼材を前記中空孔内及びH型PC杭内に固定し、前記鋼材に地中壁の曲げモーメントを支持させることを特徴とするH型PC杭を用いた地中壁の構築方法である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in constructing underground walls by connecting and sinking H-type PC piles into the ground, the inside of the H-shaped PC piles in the axial direction is settling. An auger drill is attached to the ground and the H-type PC pile is submerged into the ground while excavating the ground, and then an excavator is inserted into the empty space formed by the adjacent H-type PC piles. A hollow hole is excavated in the ground below the lower end, a steel material spanning the hollow hole and an empty part of the H-shaped PC pile is inserted from above into the empty part of the H-shaped PC pile, and a hardened material is injected to thereby inject the steel material. It is the construction method of the underground wall using the H-shaped PC pile, wherein the steel material is fixed in the hollow hole and in the H-shaped PC pile, and the bending moment of the underground wall is supported by the steel material.
ここで掘削機とは、硬質地盤や岩盤層等に掘削孔を掘削することができるものを云い、例えば、アースオーガ(ロックオーガ)、ローラビット(リバースサーキュレーションドリル)、ボタンビット(ダウンザホールハンマ)、ボーリングマシン用ドリルパイプやビットなどを云う。 Here, the excavator means one that can excavate a drill hole in hard ground or rock layer, for example, earth auger (rock auger), roller bit (reverse circulation drill), button bit (down the hole hammer). This refers to drill pipes and bits for boring machines.
また、硬化材料とは例えばコンクリート、モルタル、セメントミルク等のセメント系硬化材料又はポゾラン効果を有する硬化材等を云う。 In addition, the hardened material refers to a hardened material having a pozzolanic effect or a cement-based hardened material such as concrete, mortar, and cement milk.
本発明は硬質地盤や岩盤層にプレボーリングによって埋込み杭を設け、この埋込み杭によって土圧による地中壁の曲げモーメントを支持させ、土留めとしての安定性を確保するものである。 In the present invention, an embedded pile is provided by preboring on a hard ground or a rock layer, and a bending moment of an underground wall due to earth pressure is supported by the embedded pile, thereby ensuring stability as a soil retaining.
本発明によれば、中掘圧入工法ではH型PC杭を地中に圧入することが不可能な硬質地盤や岩盤層がある地盤において、H型PC杭によって地中壁を形成し、H型PC杭の根入れ不足を補い、土留めとしての安定性を確保することができる。 According to the present invention, in the ground where there is a hard ground or a bedrock layer where it is impossible to press-fit the H-type PC pile into the ground by the underground digging method, the underground wall is formed by the H-type PC pile, and the H-type The shortage of PC piles can be compensated for and the stability as earth retaining can be secured.
このことにより、強度が大きく止水性に富み、施工が容易な、H型PC杭によるすぐれた土留壁を、上記地中条件の場合においても容易にかつ安価に施工することができる。 As a result, it is possible to easily and inexpensively construct an excellent retaining wall made of an H-shaped PC pile that is strong and rich in water-stopping, and that is easy to construct even under the above-mentioned underground conditions.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に本発明の構築方法によって構築された地中壁1の模式的斜視図を示した。 FIG. 1 shows a schematic perspective view of the underground wall 1 constructed by the construction method of the present invention.
この地中壁1はH型PC杭10を連接して地中に形成した地中壁であって、図1はその構造の一部を模式的に示す斜視図である。図1は模式図であって、地層の記載等は省略し、また、地中壁1の一部を切欠いて示すと共に、地中に形成した中空孔21及びその中に挿入された鋼材20を概念的に示してある。
The underground wall 1 is an underground wall formed in the ground by connecting H-
H型PC杭10は軸方向凹条11内にオーガードリルを添装してオーガドリルで地盤を掘削しつつ地中に沈下され、順次連設して地中壁1を形成する。すなわち、中掘圧入工法によって順次連接しながら地中に沈下される。
The H-
中掘圧入工法ではH型PC杭を硬質地盤や岩盤層中を沈下させることができない。従って、このような地層に杭底12が到達すると、オーガードリルを用いてH型PC杭を引続き沈下させることはできない。そこで隣接するH型PC杭相互間の空部に掘削機を挿入して、この杭底12より下方の硬質の地盤を掘削して中空孔21を形成する。
The H type PC pile cannot be submerged in the hard ground or bedrock layer by the medium excavation method. Therefore, when the
鋼材20は、下端側をこの中空孔21内に根入れして硬化材料22(例えばモルタル)によって固定されると共に、上端側をH型PC杭の空部14内に硬化材料13(例えばコンクリート)によって固定されている。この鋼材20は、地中壁1が土圧によって受ける曲げモーメントに抵抗して、側圧による地中壁の曲げモーメントを支持するものである。鋼材20はその目的に合致するように、断面寸法、長さ、配置位置、設置本数等を定めて施工される。
The
次に本発明の実施例について、図2〜図14を参照して説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2は、地中壁を構築すべき位置の地表100上に杭打機200を設置し、H型PC杭10を通常の地層101中に沈下させる中掘圧入工程を示している。杭打機200はH型PC杭10を吊下げ、これをリーダー201に沿って圧入機203により降下させ、地中に圧入する。このとき、H型PC杭10の軸方向凹条11内にオーガードリル30を添装する。駆動部202はオーガードリル30を駆動する。
FIG. 2 shows a digging press-fitting process in which the
図3はこのときのH型PC杭10の断面図(図2のA−A矢視図)を示すもので、沈下させようとするH型PC杭10のフランジを、既に地中に沈設しているH型PC杭10aに隣接させて、H型PC杭10の軸方向凹条11内にオーガードリル30を添装し、土砂を掘削しながらH型PC杭10を地中に沈下させる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the H-
この中掘圧入工法では、N値が40程度までの通常の地層101中を沈下させることはできるが、N値が50以上の硬岩層110や礫層等の中を沈下させることができない。
In this digging intrusion method, it is possible to sink in the
図4はH型PC杭10の下端が硬岩層110に到達した時の状態を示すものである。オーガードリル30を抜き取ったあとの隣接するH型PC杭10相互間の空部内の土砂41をクラムシエル40等によって地表に排土する工程を示している。この排土は、クラムシエル40を昇降させるクレーン車220、排土をダンプ車等に積込むバックホー210などを用いて行われる。
FIG. 4 shows a state when the lower end of the H-
図5は図4のB−B矢視図を示すもので、H型PC杭10の断面図を示している。隣接するH型PC杭相互間の空部内に土砂41が存在している状態を示している。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the H-
図6は硬岩層110中に掘削孔を掘削する工程を示すものである。掘削機230から例えば掘削ビット50をH型PC10杭内に保護管51内を通って硬岩層110まで挿入し、硬岩層110を掘削する。
FIG. 6 shows a process of excavating a drill hole in the
図7は図6のC−C矢視図で、図7の工程におけるH型PC杭10の断面図を示している。H型PC杭10の空部14内に保護管51を挿入し、この保護管51内に排土用スパイラル羽根を有する掘削ビット50を挿入する。保護管51は固定装置52によって、H型PC杭10の空部14内に固定されている。図8は図7の部分拡大図、図9は図8の側面図である。
7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 6 and shows a cross-sectional view of the H-
図9に示すようにH型PC杭10内の空部14に保護管51が固定装置52によって固定され、保護管51内に掘削ビット50が挿入されている。掘削ビット50はスパイラル羽根53を備え、回転54を与えられて地中に掘削孔を掘削すると共に、掘削土をスパイラル羽根53によって保護管51内を揚土させ、地上に排土55する。
As shown in FIG. 9, the
図10はクレーン車240を用いて鋼材20をH型PC杭内に挿入する工程を示している。鋼材20の下端側は硬岩層110内に掘削した掘削孔内21内に挿入され、硬化材料22例えばモルタル注入によって掘削孔21内に固定される。
FIG. 10 shows a process of inserting the
図11はこの工程におけるH型PC杭10の平面図である。鋼材20はH型PC杭10の空所14内に挿入され、さらに掘削孔21内に挿入される。挿入後掘削孔21内に硬化材料22を充填して鋼材20の下端側を掘削孔21内に固定する。
FIG. 11 is a plan view of the H-
図12は、H型PC杭10内及び硬岩層110内の掘削孔内に鋼材20を挿入して固定し、H型PC杭10(地中壁1)の側部の地層102の土砂を除去して地中壁1を土留壁1とした状態を示している。この土留壁1は、地層101の土圧による曲げモーメントを鋼材20によって支持されている。
FIG. 12 shows that
図13はそのときのH型PC杭10の平面図(図12のE−E矢視図)、図14は図12のF−F矢視図を示す説明図である。
FIG. 13 is a plan view of the H-shaped
次に、本発明の一例を示すFEM解析の結果について説明する。本発明に係る地中壁の構造ではH型PC杭と鋼材との境目となる箇所において断面剛性が大きく異なるため、変位が大きくなることが予想された。またH型PC杭と鋼材とでは地盤に抵抗する面積も異なり、地盤の塑性化による影響も考えられるので、これらを明らかにするためにFEM解析を行った。FEM解析は図15に示すような積層地層に本発明を適用した例について行った。この地層は表1に示すような諸元を有している。 Next, the result of FEM analysis showing an example of the present invention will be described. In the structure of the underground wall according to the present invention, it is expected that the displacement increases because the cross-sectional rigidity differs greatly at the boundary between the H-type PC pile and the steel material. In addition, the area that resists the ground is different between the H-type PC pile and the steel material, and the influence of plasticization of the ground is also considered, so FEM analysis was performed to clarify these. The FEM analysis was performed on an example in which the present invention was applied to a laminated formation as shown in FIG. This stratum has the specifications shown in Table 1.
断面寸法が高さH(厚さ)640mm×幅1050mmのH型PC杭を用い、これを地中に連接沈下させてを構築しさらに根入れを行った本発明の実施例の地中壁1を対象とする。 An underground wall 1 of an embodiment of the present invention in which an H-type PC pile having a cross-sectional dimension of height H (thickness) 640 mm × width 1050 mm is constructed by connecting and sinking it into the ground and further rooted. Is targeted.
沈下させるH型PC杭の沈下は、軸方向凹条内に2連のオーガードリルを添装して地盤を掘削しつつ行うが、N値が35までの上記地層、すなわち地表100から硬岩層(地層D)の上面110までの深さ6.7mの地層(地層A,B,C)に施工できる。これより下方の地層DはN値が50であり、H型PC杭をオーガードリルにより沈下させることは困難である。H型PC杭の前面の土砂121を地表から廃土底面120まで5.7m除去すると、H型PC杭の根入れ長さが不足で、この土留壁1は土圧による曲げモーメントを支持することができない。
The subsidence of the H-shaped PC piles is carried out while drilling the ground with two auger drills installed in the axial recesses. It can be applied to a strata (stratum A, B, C) having a depth of 6.7 m up to the
そこで、隣接するH型PC杭同士が形成する空部に掘削機を挿入してH型PC杭の下端より下方の地盤に直径400mm、深さ3.3mの中空孔を掘削し、H型PC杭の空部全長及び掘削した中空孔全長に亘るH形鋼材を前記H型PC杭の空部内に上方から挿入し、硬化材料を注入して前記H形鋼材を前記H型PC杭内の空部内及び中前記中空孔内に固定し、H形鋼材20とH型PC杭10及び中空孔とを一体化し、本発明に係る地中壁1とした。
Therefore, an excavator is inserted into the space formed by the adjacent H-type PC piles, and a hollow hole having a diameter of 400 mm and a depth of 3.3 m is excavated in the ground below the lower end of the H-type PC pile. An H-shaped steel material covering the entire length of the hollow part of the pile and the entire length of the drilled hollow hole is inserted into the hollow part of the H-type PC pile from above, and a hardened material is injected to make the H-shaped steel material empty in the H-type PC pile. It fixed in the inside and inside of the said hollow hole, and the H-shaped
図16は以上のように形成された地中壁1と地層を解析する本発明の一例のFEMモデル70を示す斜視図である。FEMメッシュ71の配設は図16に示すとおりである。そして、図16に示すように地中壁の背面側の地表に10kN/m2の上載荷重72を載荷し、解析を行った。
FIG. 16 is a perspective view showing an
図17はH型PC杭10、H形鋼材20、中空孔内に形成されたモルタル杭21を示す説明図、図18はその頂部の詳細を示す斜視図で、H型PC杭10の中空孔内にH形鋼材20が挿入され硬化材料(コンクリート)22が充填されている。
FIG. 17 is an explanatory view showing the H-shaped
FEM解析の結果は図19〜図21に変位の等高線(単位mm)で示した。図19は、FEMモデル70の全体斜視図(変位分布図)で本発明の地中壁1が土圧による曲げモーメントを保持し、その背面に大きな圧縮応力が分布作用していることが明確である。全体最大変位は地中壁1の背面に生じ、3.52mmである。図20,21はそれぞれH型PC杭10及びH形鋼材20の変位分布を示す側面図である。H型PC杭10では高さ方向中間部に最大変位3.52mm、底部に最小変位2.99mmが生じている。H形鋼材20では高さ方向上半分に最大値3.52mmが生じ、下端部に最小変位2.38mmが生じている。
The results of FEM analysis are shown by displacement contour lines (unit: mm) in FIGS. FIG. 19 is an overall perspective view (displacement distribution diagram) of the
次に、計算結果を示す変位寸法図を図22に示した。図22に示すように、H型PC杭10及びH形鋼材20は矢印73で示す方向に塑性化による変位74(寸法2.38mm)移動し、かつ前方に倒れるように微少量傾いている。
Next, a displacement dimension diagram showing the calculation results is shown in FIG. As shown in FIG. 22, the H-
構造物全体系の天端の許容変位値は50mm程度と考えてよいが、図22に示すように、解析結果、3.52mmと非常に小さい。地盤の塑性化による変位74は、H形鋼材20の根入れ部下端の変位から推測すると、2.38mmである。H型PC杭10の傾きによる天端の変位は0.53mmであり、回転角も0.00008radと非常に小さい。H型鋼材20の傾きによる変位は0.61mmであり、回転角も0.00019radと小さい。
The allowable displacement value of the top end of the entire structure system may be considered to be about 50 mm, but as shown in FIG. 22, the analysis result is very small, 3.52 mm. The
以上のH型PC杭10とH形鋼材20の変位および、回転角が異なることからH型PC杭10とH形鋼材20の境となる箇所では微少ではあるが、H形鋼材20が折れるように変形している。H型PC杭10及びH形鋼材20に作用する応力度は、H型PC杭で1.06N/mm2,H型鋼材で13.12N/mm2であり、それぞれ許容応力度以内であり、構造上全く問題はない。
Since the displacement and rotation angle of the H-shaped
1 地中壁(土留壁)
10 H型PC杭
11 軸方向凹条
12 杭底
13 充填硬化材料
14 空部
15 キャップ
20 鋼材(H形鋼材)
21 モルタル杭
22 硬化材料
30 オーガードリル
40 クラムシエル
41 土砂
50 掘削ビット
51 保護管
52 固定装置
53 スパイラル羽根
54 回転
55 排土
60 掘削孔
70 FEMモデル
71 メッシュ
72 上載荷重
73 矢印
74 塑性化による変位
101 通常の地層
102 地層
110 硬岩層上面
120 排土底面
121 土砂
200 杭打機
201 リーダー
202 駆動部
203 圧入機
210 バックホー
220 クレーン車
230 掘削機
240 クレーン車
1 underground wall (holding wall)
10 H-
21
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