JP2012197583A - 地盤強化方法および地盤強化用木杭 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明はグラウト材を地中に注入することなく軟弱地盤の強化ができ、安全な木杭を簡単に建て込むことができ、地盤の強度が高くなる地盤強化方法および地盤強化用木杭を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記の目的を解決するために、この発明の地盤強化方法は、円柱状の杭本体部２の側面にらせん溝３が形成されている地盤強化用木杭１を使用し、らせん溝３によって地盤強化用木杭１が下降していく方向に地盤強化用木杭１を回転させながら地中に建て込むことによって地盤を強化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、木杭の建て込みによって軟弱地盤を強化する技術に関する。

砂地などの軟弱な地盤では、重たい建造物を建設することによって沈下が生じるおそれがあり、また、地震による振動に耐えることができない。そこで、セメントミルクや水ガラスなどのグラウト材を地中に注入したり、地中杭を造成することによって地盤強化が行われる。

また、特許文献１には、木製棒本体の先端部を尖状に成形して、土中の埋没部に、木製杭の軸心と交差する１以上の横溝および／または杭の軸心と平行な１以上の縦溝を形成した木製杭が記載されている。特許文献２には、周面に螺旋溝が形成された木杭を地盤に埋設する工法であって、地上部の杭心位置周囲にアルカリ性充填材料を置き、木杭を螺旋溝の巻き方向とは逆方向に回転圧入することにより、充填材料を杭周囲の地盤中に引き込みながら埋設することが記載されている。

登録実用新案公報第３０８６８５５号 特開２００７−７０９６８号公開特許公報

地中にグラウト材を注入する地盤強化方法は、オーガーなどの掘削工具の外、ミキサーやコンプレッサー、高圧グラウトポンプなど大規模な機材を使用する必要があり、コストが高い上、密集した住宅地など狭い場所では施工が困難である。注入材による環境汚染の懸念があり、また一旦地中に注入した硬化剤等を掘り起こすことは極めて困難であるので、その土地を元の状態に戻すことができない。

特許文献１に記載の木製杭は、治山のための土留め用杭として、柵の支柱、土木工事時における測量点の標識杭として、広く農園芸用における農作物（蔓製の植物）の添え木、あるいは、樹木の支柱、さらには、害獣の防護柵の支柱等として利用するものであり（同文献０００４）、特許文献１には地盤強化について記載も示唆もない。

特許文献２の木杭およびその埋設方法も軟弱地盤上に建てられる戸建て住宅などの低層建物の杭として利用されるものであり（同文献００１５）、特許文献２にも地盤強化について記載も示唆もない。また、螺旋の巻き方向とは逆方向に回転圧入することにより、セメント系固化材料などの充填材料を杭周囲の地盤中に引き込むものであり、地中に注入材を入れる点においては従来の地盤強化方法と同じである。したがって、木杭の打ち込みのための機材の外、ミキサーなどが必要になる。さらに、そもそも螺旋の巻き方向とは逆方向に回転させれば打ち込み時の抵抗は極めて大きく、圧入のみで木杭を埋設することは不可能と思われる。

この発明はグラウト材を地中に注入することなく軟弱地盤の強化ができ、安全な木杭を簡単に建て込むことができ、地盤の強度が高くなる地盤強化方法および地盤強化用木杭を提供することを目的とする。

上記の目的を解決するために、この発明の地盤強化方法は、円柱状の杭本体部の側面にらせん溝が形成されている木杭を使用し、らせん溝によって木杭が下降していく方向に木杭を回転させながら地中に建て込むことによって地盤を強化する。杭本体部の長さ方向に対するらせん角が３０°以上４５°以下となるようにらせん溝が形成された木杭の上端部に打撃を加え、木杭を回転させることができる。また、所定の基準値以内のトルクまたは打撃力による建て込み力を加えて木杭を地中に建て込み、その基準値内の建て込み力では木杭が下降しなくなったときに打ち込みを終了し、木杭の地上突出部を切断してもよい。

さらに、この発明の地盤強化用木杭は、円柱状の杭本体部の側面にらせん溝が形成されていて、このらせん溝の杭本体部の長さ方向に対するらせん角が３０°以上４５°以下である。

この発明の地盤強化用木杭にはらせん溝が形成されていて、らせん溝によって木杭が下降していく方向に木杭を回転させることにより、地盤強化用木杭を容易に建て込むことができる。土砂はほとんどそのまま地中にとどまるので、木杭の体積分だけ圧縮されて締め固められる。また、らせん溝には土砂が入り込んでいるので、近接する木杭の周囲の土砂同士が干渉し、木杭の上下動に対して相互に抵抗するので、木杭は設置された位置に安定してとどまる。グラウト材の注入が不要であり、簡易な設備と工程で施工でき、環境に対する悪影響がない。

地盤強化用木杭を示す正面図である。 らせん溝を示す断面図である。 地盤強化用木杭の建て込みを模式的に示す概念図である。 下部に安定地盤がある場合の施工例を模式的に示す概念図である。 地盤強化用木杭の作用を模式的に示す概念図である。 地盤強化方法の第１の例を示す正面図である。 地盤強化方法の第２の例を示す正面図である。 同平面図である。 地盤強化方法の第３の例を示す正面図である。 同平面図である。

この発明を実施するための形態について説明する。図１は地盤強化用木杭を示す正面図、図２はらせん溝を示す断面図である。地盤強化用木杭１の杭本体部２は実質的に円柱状であり、この杭本体部２の側面にらせん溝３が形成されている。

地盤強化用木杭１の素材は木であり、所定の強度があればよく、杉やヒノキなど通常栽培されているものが使用できる。必ずしも建材用の木材である必要はなく、地盤強化に使用するための太さや長さがあればよく、廃材などでもよいが、ここでは間伐材を使用する例で説明する。したがって、建材用の木材の木材よりも安価に実施でき、また、間伐材の有効利用に資するものである。

太さＤとしては、直径０．２０〜０．２５ｍのものを使用している。長さＬは施工場所に応じて４〜１０ｍ程度のものが選択できるが、ここでは４ｍである。これは、間伐材として通常切り出されるサイズであるとともに、取り扱いやすく、しかも多くの施工環境に使用できる長さである。地盤強化用木杭１の下端部４は円錐形状になっており、建て込みを容易にする。

らせん溝３は杭本体部２のほぼ全長に渡って形成されている。杭本体部２が直径０．２０〜０．２５ｍの場合、らせん溝３の深さは０．０５ｍ程度が好ましい。また、らせん溝３の断面は長方形（図２ａ）のほか、三角形（図２ｂ）、半円形（図２ｃ）などが選択できる。

ついで、このらせん溝３の角度について説明する。杭本体部の長さ方向に対するらせん角θが小さいほど、地中への建て込みは容易になる。特に３０°以上４５°以下の範囲では、後述のように上端部への打撃による建て込みも可能になる。一方、らせん角θを大きくすることによって、建て込みがしにくくなるかわりに、地中において長さ方向の移動に対する抵抗が大きくなる。

地盤強化用木杭１は木をそのまま利用したものでもよい。地中において地下水に浸っている限り腐食しにくく、長期間にわたって安定である。しかしまた、防腐あるいは防蟻作用のある素材を塗布または含浸させてもよい。特に無機ガラスの含浸はシロアリなどを寄せ付けず、腐食菌による腐食劣化を防止するのに有効であり、環境への影響も少なく好ましい。らせん溝３を形成した後に無機ガラスの原料液に浸すことにより、内部まで効果的に浸透する。

図３は、地盤強化用木杭の建て込みを模式的に示す概念図である。らせん溝３の向きはどちら回りでもいいが、ここでは図１に示すように右ネジの方向のらせんの例で説明する。この場合、上部から見て時計方向に回転すると、下向きに進行する。この発明では、このようにらせん溝３によって木杭１が下降していく方向に木杭１を回転させながら地中に建て込む。特許文献１の発明では、充填剤を導入するために杭を逆方向に回転させて打ち込むことになっているが、この発明ではそれとは全く反対の回転方向になる。

回転させながら建て込む方法としては、たとえば、地盤強化用木杭１の上端部付近をチャックで把持し、トルクを加えて回転させる方法がある。建柱車など小型の建設車両に設けられたモータなどを使用することができる。別の方法として、地盤強化用木杭１の上部に打撃を加えることもできる。らせん角が３０°以上４５°以下となるようにらせん溝が形成されていれば、打撃による下降に伴って地盤強化用木杭１は自然に回転する。この打撃も通常の建設機械に備えられたハンマーヘッドなどで行ってもよい。さらに、チャックによる回転と打撃の組合せでもよい。

このように下降していく方向に木杭１を回転させながら地中に建て込むことにより、木杭１はネジのようにスムーズに進行する。地中をほとんど撹拌しないので、土壌の安定性は乱されない。また、土砂はほとんと地上に排出されず、木杭１の体積分だけ圧縮されて押し固められる。

図４は、下部に安定地盤がある場合の施工例を模式的に示す概念図である。施工場所の上層部は砂地や砂利などの軟弱地盤で、その下に安定な地盤がある場合である。施工場所においてトルクまたは打撃力による建て込み力を所定の基準値以内に制限しながら地盤強化用木杭１を地中に建て込んでいく。軟弱な土壌においては、その基準値内の建て込み力で木杭１が下降するが、より強固な安定地盤に達すると進行が停止する。この場合、あえてトルクまたは打撃力を高めたりせず、そこで建て込みを終了する。安定した地盤がある場合、あえて木杭１でその地盤を乱すよりも、その安定性を残す方が有利だからである。この場合、地上には建て込まれなかった部分が突出しているが、木製の杭なのでのこぎりなどで簡単に切断することができ、他の木杭の上端と同じ高さに揃えることができる。

地盤強化用木杭１は所定の間隔で、地盤強化をする範囲に建て込んでいく。この地盤強化用木杭１は土砂に比べて固く大きな構造体であり、地盤を安定させる。さらに、その範囲内では地盤強化用木杭１の体積分だけ土砂を締め固める。

図５は地盤強化用木杭の作用を模式的に示す概念図である。地盤強化用木杭１の周囲の土砂はらせん溝３の中にも入り込み、強い摩擦力が生じるので、地盤強化用木杭１の動きは規制される。さらに、隣接する地盤強化用木杭１同士が干渉し、相互の動きを規制する。たとえば、ある地盤強化用木杭１ｎに下向きの力が加わったとする。しかし、地盤強化用木杭１ｎが下降しようとすると時計回りの回転が生じ、その周りの土砂も同様に回転しなければならない。この土砂の回転は隣接する地盤強化用木杭１n-1，１n+1には左方向の回転として伝達されるので、これらは逆に上昇しようとする。したがって、隣接する地盤強化用木杭１n-1，１n+1により地盤強化用木杭１nの下降を妨げられる。

また、地盤強化用木杭１n+1の回転はさらに隣の地盤強化用木杭１n+2に伝達され、これは下降しようとする。このようにある地盤強化用木杭１nが移動しようとすると、周辺の地盤強化用木杭には交互に逆方向の力が作用し、全体として上昇も下降もできないような安定した状態が強制される。

次に、この発明の実施例について説明する。

図６は地盤強化方法の第１の例を示す正面図である。住宅など比較的低層の建築物の建設場所の地盤改良に適用している。建築物の下には比較的密に地盤強化用木杭１を建て込む。基礎を支持するところでは、砂締めを施す。こうして、地盤を強化し、その上に基礎６を築くことにより、建築物の沈下防止・耐震性向上が実現できる。また、その周囲や斜面の地盤強化にも適用できる。この場合、地盤の強度に合わせながら、比較的広い間隔で建て込むことができる。なお、斜面においては鉛直に建て込むほか、法面に対して垂直にしてもよい。

この地盤強化方法では大型の設備は必要がないので、住宅地など狭い場所でも簡単に実施でき、また、傾斜の強い斜面でも適用できる。また、将来この土地を転用するため地盤強化用木杭が不要になれば、逆方向に回転することにより簡単に撤去して、施工前の状態に戻すことができる。

図７は地盤強化方法の第２の例を示す正面図、図８は平面図である。歩行者専用路に適用した例である。地面を所定の深さだけスキ取りし、そこに地盤強化用木杭を建て込んでいく。上端が地面高さになるように建て込む。

スキ取り部に砂を充填し、水締めしてから、空モルタル目地モルタル仕上げをする。地盤強化用木杭の上面は露出するようにしている。なお、地盤強化用木杭の上面中央にくぼみを形成し、摩擦を高めてもよい。

図９は地盤強化方法の第３の例を示す正面図、図１０は平面図である。軽車両通行路に適用した例である。地面を路面仕上げ材の長さ分程度の深さでスキ取りし、そこに地盤強化用木杭を建て込んでいく。地盤強化用木杭が全て埋まる程度に建て込む。

次に、地盤強化用木杭の上に路面仕上げ材５を並べていく。この路面仕上げ材５も間伐材などを利用した部材であり、長さ中央部において側面に環状のくぼみが設けられていて、地中での安定性を増している。ここでは、略円柱状の外形である。上面中央には摩擦を高めるくぼみが形成されている。路面仕上げ材５は地盤強化用木杭よりも密集して配置することが好ましい。

スキ取り部に砂を充填し、水締めしてから、空モルタル目地モルタル仕上げをする。路面仕上げ材の上面は露出するようにしている。

１．地盤強化用木杭
２．杭本体部
３．らせん溝
４．先端部
５．路面仕上げ材

Claims (4)

1. 円柱状の杭本体部の側面にらせん溝が形成されている木杭を使用し、らせん溝によって木杭が下降していく方向に木杭を回転させながら地中に建て込むことによって地盤を強化する地盤強化方法。
2. 杭本体部の長さ方向に対するらせん角が３０°以上４５°以下となるようにらせん溝が形成された木杭の上端部に打撃を加え、木杭を回転させながら地中に建て込む請求項１に記載の地盤強化方法。
3. 所定の基準値以内のトルクまたは打撃力による建て込み力を加えて木杭を地中に建て込み、その基準値内の建て込み力では木杭が下降しなくなったときに打ち込みを終了し、木杭の地上突出部を切断する請求項１または請求項２に記載の地盤強化方法。
4. 円柱状の杭本体部の側面にらせん溝が形成されていて、このらせん溝の杭本体部の長さ方向に対するらせん角が３０°以上４５°以下である地盤強化用木杭。

Images