JP4327639B2 - 場所打ちコンクリート杭の造成方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭等にスライム等の不純分が殆ど混入していない品質のよい場所打ちコンクリート杭を能率よく造成することができる場所打ちコンクリートの造成方法に関するものである。

従来から、場所打ちコンクリート杭を造成するには、地表面部分にケーシングを埋設状態に建て込み、このケーシング内を通じて該ケーシング下方の地盤をベントナイト液等の安定液によって孔壁の崩壊を防止しながら掘削して所定深さの杭孔を形成し、この杭孔内に鉄筋籠を建て込んだのち、トレミー管を杭孔内中心部に挿入して該トレミー管を通じて生コンクリート（以下、単にコンクリートという）を打設することにより造成しているが、打設コンクリートの上端部には杭の強度を低下させるスライム等の不純物が混在しているため、予め、計画杭の天端面よりも上方部分までコンクリートを打設して杭頭にコンクリートの余盛り部分を形成しておき、この余盛り部分を除去することによって杭頭処理を行っている。

このような杭頭処理方法としては、従来から、打設コンクリートの硬化後に、スライム等の不純物を含むコンクリートの余盛り部分を斫りとって除去する方法や、コンクリート打設直後に未硬化の余盛り部分のコンクリートやバキュームホースによって吸引、除去する方法が採用されている。

一方、特許文献１には、杭孔内に計画杭頭の天端面の下方近傍部までコンクリートを打設したのち、一旦、バキューム装置によって打設したコンクリート上のスライム等の不純物を吸引除去し、しかるのち、着色コンクリートを計画杭の天端面よりも上方部分にまで打設して計画杭の天端面から上方におけるスライム等の不純物が混在する着色コンクリートの余盛り部分を着色した色相を確認しながら吸引除去し、次いで、打設コンクリートの天端を均すことが記載されている。
特開２００３−６４６７０号公報

しかしながら、前者の杭頭処理方法では、杭の品質を確保するために、余盛り高さを１ｍ以上にするので、斫り量が多くて斫り手間と処理費を多く必要とする上に、斫るための大掛かりな装置や機器類も必要し、さらに、斫り取り作業時に振動や大きな騒音が発生して環境を悪化させるという問題点がある。そのため、コンクリート打設直後に余盛り部分のコンクリートを吸引除去し、杭の天端を均すことによって杭頭の斫り取り作業を省略することができる後者の杭頭処理方法を採用しているが、この方法も同じく、杭の品質を確保するために、余盛り高さを１ｍ以上にするので、吸引除去するコンクリートの量が多く、産業廃棄物として廃棄するための処理費用が高くなるといった問題点がある。

また、ベントナイト液やスライム等の不純物を含むコンクリート部分が完全に除去されたかどうかの確認を行うことができないので、コンクリートの硬化後、杭頭の一部から試料片となるコアを抜き取ってこのコアの圧縮強度等の試験を行うことにより、品質の確認を行っているのが現状である。そのため、多数の場所打ちコンクリート杭にこのようなコアの抜き取りから圧縮強度等の試験までの作業を行うには多大な手間と費用がかかると共に、試験結果が出るまで次の作業工程に移れないという問題があった。

一方、上記特許文献１によれば、余盛り部分を吸引除去するので、振動や大きな騒音を発生させる斫り取り作業を省略することができるが、安定液とスライムを吸引除去する作業と、着色コンクリートを計画杭の天端面よりも上方部分にまで打設したのち、該着色コンクリートにおけるスライム等の不純物が混在する着色コンクリート部分を吸引除去する作業との２回の不純物除去作業を必要とするので、杭の造成作業が煩雑化すると共に作業時間が長くなるといった問題点があり、また、杭の品質を確認するためには、上記の杭頭処理方法と同様に、着色コンクリートの余盛り高さを１ｍ以上にする必要があり、その上、この余盛り部分の着色コンクリートの吸引除去と先に打設したコンクリート上のスライム等の不純物の吸引除去とによるコンクリートの除去量が多量となって廃棄処理費用が高額になる。

さらに、品質の確認を行うためにコンクリートを着色するので、着色のための染料等の材料費や染料をコンクリートに均一に混合するまでの時間等を必要として場所打ち杭の造成工事の作業能率を低下させることになり、その上、上述のように先に打設したコンクリート上のスライム等の不純物を吸引除去する際にはコンクリートの打設を中断し、不純物の吸引除去後、着色コンクリートを打設するものであるから、杭としての品質の確保が難しくなると共に杭の造成作業に時間をようするといった問題点がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多量の余盛り部分を設けることなく吸引除去すべき打設コンクリートの量を最小限度にして、且つ強度等の品質においても優れた場所打ちコンクリート杭を安定的に能率よく造成することができる場所打ちコンクリート杭の造成方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の場所打ちコンクリート杭の造成方法は、請求項１に記載したように、地盤の表層部にケーシングを、その下端部が計画杭の天端面よりも下方に位置するまで建て込んだのち、該ケーシング内から下方の地盤を所定深さまで安定液を満たしながら杭孔を掘削し、次いで、この杭孔内にコンクリートをケーシング内における該ケーシングの下端部から計画杭の天端面部分に達する間の高さ位置まで打設したのち、該打設コンクリート天端面上の安定液とスライム及び該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分を除去し、しかるのち、計画杭の天端面より所定高さ高い位置に達するまでコンクリートを打設して余盛り部分を形成し、次いで、ケーシングを上昇させて打設コンクリートの天端面を計画杭の天端面の高さに合わすことを特徴とする。

上記請求項１に記載の場所打ちコンクリート杭の造成方法において、請求項２に係る発明は、スライム等の不純物が混在するコンクリート部分の除去を、コンクリート天端にコンクリートの骨材が多く視認できるまで行うことを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、上記バキュームホースを杭孔内に建て込んでいる鉄筋籠とケーシングの内周壁面との間の隙間に挿入して不純物が混在するコンクリート部分の除去を行うことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ケーシングをその下端部が地盤の表層部における計画杭の天端面よりも深い位置に達するまで建て込んでおくので、このケーシングが土留作用を奏して打設コンクリートが該ケーシングの下端に達した後においては杭孔内のベントナイト等の安定液を除去しても、地盤が崩壊することはなく、従って、打設コンクリートの天端がケーシングの下端に達したのち、該ケーシング内の計画杭の天端面近傍部等の所定高さまでの適宜高さ位置において、打設コンクリートの天端面上の安定液とスライム及び該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分を除去することによって殆ど全ての不純物を確実に除去することができる。

このように、打設コンクリートがケーシング内における計画杭の天端面の位置までの適宜高さ位置において、該ケーシング内で安定液とスライム及び該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分を一回の除去作業によって排除するので、不純物を短時間で集中的に除去することができると共にその処理量も少なくてすみ、産業廃棄物としての処理費用を低減させることができる上に、一度の除去作業によって効果的にスライム等の不純物や該不純物が混在するコンクリート部分を排除することができるので、杭の造成作業が円滑且つ能率よく行えると共に強度等の品質に優れた杭を造成することができる。その上、不純物の除去によって露呈したコンクリートの天端面の高さ位置が容易に観察することができて、その位置からの計画杭の天端面までの高さを確認することができ、該天端面までのコンクリートの打設作業が正確に且つ能率よく行うことができる。

さらに、コンクリートをケーシング内における該ケーシング下端部から計画杭の天端面部分に達する間の高さ位置まで打設したのち、該打設コンクリート天端面上の安定液とスライム及び該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分を除去し、しかるのち、計画杭の天端面より所定高さ高い位置に達するまでコンクリートを打設して余盛り部分を形成し、次いで、ケーシングを上昇させてその抜き取り跡に生じた該ケーシングの厚みに相当する隙間に上記余盛り部分に相当するコンクリートを流入充填させるので、計画杭の天端面から上方に打設する余盛り部分の量がケーシングの抜き取り跡の容積を充足できるだけの量であればよく、従って、打設コンクリートの量も必要最小限度にして簡単且つ正確にその天端面を計画杭の天端面に略一致させることができると共に材料費の節減を図ることができ、余分な打設コンクリートの除去作業や廃棄処理を不必要にして、或いは、少なくして造成工事の短縮を図ることができる。また、余盛り部分を硬化させることなく均すので爾後において斫り作業が不要となり、斫るための大型機械を使用することもないから騒音や振動が発生しない環境を実現することができる。

場所打ちコンクリート杭の品質の確認は、請求項２に記載したように、スライム等の不純物が混在するコンクリート部分の吸引除去を、コンクリート天端にコンクリートの骨材が多く視認できるまで行うことによって確実に行うことができる。

また、上記杭孔内へのコンクリート打設作業を該杭孔の中心部等に挿入したトレミー管によって行った場合、打設コンクリートの天端においてコンクリートの流れがトレミー管側から杭孔の孔壁面に向かって流れてスライム等の不純物が混在したコンクリートがその孔壁面側に集中的に滞留することになるので、請求項３に記載したように、バキュームホースを杭孔内に建て込んでいる鉄筋籠とケーシングの内周壁面との間の隙間に挿入することにより、不純物が混在したコンクリートを効率よく吸引除去することができる。

次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明する。まず、杭孔の掘削から杭頭処理前に至るまでの現場打ちコンクリート杭の施工手順を図１に基づいて簡単に説明する。この施工手順は公知のように、掘削機械10を使用して図１（イ）に示すように地盤に先行掘り1aを行ったのち、図１（ロ）に示すように表層ケーシング２をその下端が計画杭の天端面６よりも深い下方位置に達するように建て込んで掘削孔上部の孔壁の崩壊を防止する。次いで、掘削される孔内にベントナイト液等の孔壁安定液13を充満させた状態で上記掘削機械10によって図１（ハ）に示すように所定深さまで杭孔１を掘削する。この杭孔１の掘削後、孔底に沈澱しているスライムの一次処理を行い、しかるのち、図１（ニ）に示すように杭孔１内に鉄筋籠３を建て込む。

次いで、図１（ホ）に示すように、トレミー管４を杭孔１内の中央部に位置させながらその開口下端が杭孔１の底面に達するまで吊り込んで、２次スライム処理を行ったのち、このトレミー管４を通じて図１（ヘ）に示すように、地上から杭孔１内にコンクリート５を打設する。

このコンクリート５の打設は、コンクリート５を杭孔１内に供給するトレミー管４の開口下端が常に打設したコンクリート５内に没入させた状態にしながら打設する。打設コンクリート５の上昇に従ってコンクリート５の打設天端面5aからの没入深さを一定範囲（２〜６ｍ）に保ちながらトレミー管４を上方に引き上げる。コンクリート５の上端面5aからのトレミー管４の没入深さが浅すぎると、コンクリート５の材料分離やスライムの混入の原因となり、深すぎるとトレミー管４からのコンクリート５の流出停止やトレミー管４の引き上げ不能の原因となるので、上記のようにトレミー管４を２〜６ｍの深さに保持しながらコンクリート５の打設に従って引き上げていく。なお、コンクリート５の打設に伴って杭孔１内に供給した安定液13の液面が上昇するが、この安定液13を水中ポンプ９によって汲み出してその水位を一定高さに保つ。打設コンクリート５がケーシング２の下端部内に達すると、安定液を除去しても、該ケーシング２が土留作用を行うので、地盤が崩壊することはない。

こうして、コンクリート５の打設上端面5aがケーシング２の下端部内に達すると、一旦打設コンクリート５の打設を停止したのち、図１（ト）及び図２に示すように、予め杭孔１内の計画杭の高さ近くにまで下ろしておいた水中ポンプ９を始動して、上記打設コンクリート５上の全ての安定液13を地上に排出し、続いて、図３に示すように、予め、杭孔１内に挿入しておいたバキュームホース12により、該バキュームホース12が接続している地上の適所に配設したバキューム装置（バキューム車）11（図１（ト）に示す）を作動させることにより打設コンクリート５上のスライム14やスライムの混入したコンクリート部分15（コンクリート表層部分）等の不純物を吸引除去する。

この際、打設コンクリート５は、杭孔１の中心部にトレミー管４を挿入することによって行われているので、このトレミ管４により打設された時には、該コンクリート５はトレミー管４を伝って上昇してコンクリート天端部においては該トレミー管４の挿入部分が最も盛り上がり、その盛り上がりの中心部からケーシング２の内周壁面に向かって流れるので、該盛り上がり部分の天端面がケーシング２の内周壁面に向かって斜め下方に傾斜した傾斜端面となってスライム14もこの傾斜端面上を流動してケーシング２の内周壁面側に集められた状態となっている。

従って、バキュームホース12をケーシング２の内周壁面に沿って挿入した状態、即ち、杭孔１に建て込んでいる鉄筋籠３とケーシング２との間の隙間に挿入した状態にしてケーシング２の内周壁面に沿って周方向に移動させながらスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15を吸引、除去すると、該スライム14やスライム等の不純物を混在したコンクリート部分15を集中的に能率よく吸引除去することができると共に、この吸引除去が進行するに従って打設コンクリート５の天端面5a上のスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15が打設コンクリート５の上記傾斜天端面上をケーシング２の中心部側から内周壁面側に流動し、バキュームホース12をケーシング２の中央部に移動させることなく内周壁面に沿わした状態に周方向に移動させるのみで、打設コンクリート５上の全てのスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15を確実に且つ能率よく吸引除去することができる。

なお、上記打設コンクリート５の天端面上の安定液13のポンプ除去やこの安定液13のポンプ除去に引き続いて行われるスライム14や不純物が混在したコンクリート部分15の吸引除去は、打設コンクリート５の天端面5aがケーシング２の下端部内に達した時に直ちに行う必要はなく、該打設コンクリートの天端面5aがケーシング２内における計画杭の天端面６の近傍部に達したのち行ってもよい。要するに、コンクリート５をケーシング２の下端部内から計画杭の天端面部分までの間の高さ位置まで打設したのち、スライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15の吸引除去を行えばよい。

この際、スライム14や不純物の混在したコンクリート部分15の吸引除去を目視で観察することによって打設コンクリート５によって造成される杭Ａの天端部の強度等の品質の良否を確認する。即ち、打設コンクリート５の天端上のスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15の吸引開始時は安定液13が残っているので、打設コンクリート５の天端面上にはその安定液13の色が観察されるが、安定液13が吸引除去されると、コンクリート５の色が観察されることになる。しかしながら、このコンクリート５にはスライム等の不純物が混ざっている可能性がある。そこで、天端表面の打設コンクリート５の色が観察された状態からさらに該コンクリート中に骨材が観察されるまで打設コンクリート５の天端部を吸引除去することによって、強度等の品質の優れた杭天端部が造成されることを確認するものである。さらに、不純物の除去によって露呈したコンクリートの天端面の高さ位置が容易に観察することができて、その位置からの計画杭の天端面までの高さを確認することができ、該天端面までのコンクリートの打設作業が正確に且つ能率よく行うことができる。

このように、打設コンクリート５中に骨材が観察されるまで打設コンクリート５の天端部を吸引除去すれば、強度等の品質の優れた杭天端部を造成することができることは、以下に示す実験結果から明らかになっている。即ち、上記場所打ちコンクリート杭の造成工事に先立って、該造成すべき場所打ちコンクリート杭と同一条件でもって造成した場所打ちコンクリート杭の杭天端部の圧縮強度やヤング係数、単位容積重量等の品質を実験的に確認したところ、表１に示す結果が得られた。

この表から明らかなように、天端表面の打設コンクリートの色が観察された状態からさらに該コンクリート中に骨材が観察されるまでコンクリート天端部の吸引除去を行うと、これによって造成された杭天端部の試供体の品質が極めて優れたものとなり、スライムや不純物の混ざったコンクリートが完全に除去されたことを示している。従って、上記場所打ちコンクリート杭の造成時には、スライム14や不純物が混在したコンクリート部分15を吸引除去する際に、コンクリート中に骨材が観察されるまでその吸引除去作業を行い、これによってスライムや不純物の混ざったコンクリートが完全に除去されたことを確認することができるのである。

スライム14や該スライム等の不純物が混在したコンクリート部分15を吸引除去する上記バキュームホース12の吸引口としては、図８（イ）に示すように、その先端面を斜めに輪切り状に切断してなる傾斜吸引口12a に形成するか、或いは、図８（ロ）に示すように、先端部（下端部）を一側方に向かって直角に屈曲してなる屈曲吸引口12b に形成しているものであり、このように形成したことによって、傾斜吸引口12a や屈曲吸引口12b の開口部における上部をスライム等の不純物が混在したコンクリート部分15の天端面から上方に露出させた状態にして空気と共に該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分15を吸引除去することができ、従って、作業員がケーシング２内に入ることなく、地上側でバキュームホース12を操作しながら、吸引力による空気の急速な流れによって上記スライム等の不純物が混在するコンクリート部分15を確実に且つ能率よく吸引除去することができる。

こうして、打設コンクリート５におけるスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15を吸引除去したのち、再び、コンクリート５を打設してケーシング２内における計画杭の天端面６より10〜50cmに達する高さの余盛り部分5'（図４（イ）参照）を形成する。この余盛り部分5'の高さは、計画杭の杭頭の径やケーシング２の厚みの大小、及び、該ケーシング２の引き上げによって生じるケーシングの厚みに相当する隙間の長さの長短によって変わるが、要するに、この打設コンクリートによる余盛り部分5'の形成後、上記ケーシング２を引き上げた時に、その引き上げ跡に生じる上記隙間にその余盛り部分5'に相当するコンクリートを流入、充填することができる高さ（量）まで設けておく。この場合、該余盛り部分5'が隙間に流入、充填した時に、その天端面が計画杭の天端面６よりも著しく高くなることは好ましくなく、従って、同一面になるか少し低めになるように余盛り部分5'の高さ（量）を設定しておく。

この余盛り部分5'の形成後、上述したようにケーシング２をその下端が計画杭の天端面６に達するまで引き上げてその引き上げにより生じた隙間に余盛り部分5'に相当するコンクリートを流入、充填させ（図４（ロ）参照）、計画杭の天端面６よりも上方に残った余盛り部分5'' を上記バキュームホース12によって吸引除去して打設コンクリート５の天端面5aを計画杭の天端面６に合わす。このバキュームホース12による２回目の吸引除去作業は、打設コンクリート５の天端面5aを計画杭の天端面６に正確に合致させるためであり、これによって杭天端の仕上げを行うものである。しかるのち、こうして造成された杭の杭頭Ａの天端面A1の均し作業を行って杭頭部の仕上げを行う（図５参照）。なお、ケーシング２の引き上げによって余盛り部分5'が上記隙間内に流入、充填し、その天端面が計画杭の天端面６に一致した場合には、バキュームホース12による吸引除去は当然のことながら必要としない。

ここで、本発明方法を採用して打設コンクリート５の天端面5a上のスライム14や該スライム等の不純物を混在したコンクリート部分15を除去したのち、上記余盛り部分5'の高さがケーシング２を引き上げた後においても80cmとなるように打設したことによって造成された杭において、該杭の中心部と外周部の複数個所における、杭頭から天端面以下80cmの深さまでのコア供試体（直径が10cm）を採取して圧縮強度試験を行い、品質の低下している範囲や高さ方向の強度の違いを確認したところ、図６に示すような結果が得られた。

この図６から明らかなように、杭天端より下方は勿論のこと、余盛り部分においても設計基準強度以上の強度を発現していることが理解できる。即ち、余盛り部分5'においてもスライムや不純物の混在するコンクリートがなくなっていることを示している。従って、該余盛り部分5'は上述したようにケーシング２の抜き取り跡の隙間を充足できる高さ（量）であればよい。

上記のようにしてコンクリート杭を造成したのち、杭頭Ａから上方の一定長さだけ引き上げられているケーシング２内に図７（イ）に示すように、砕石７を鉄筋籠３の上端に達するまで投入すると共に同図（ロ）に示すようにケーシング２を引き抜いて撤去し、同図（ハ）に示すように地表面まで土砂等の埋め戻し作業を行う。こうして、杭造成作業が全て終了したのち、杭周囲を掘削して杭の上部に建物の基礎を築造する前に、杭天端を高圧ジェット又はチッピング処理して、打設コンクリート５の硬化段階で発生するブリーディングを除去する。

なお、以上の実施の形態においては、杭孔１内にコンクリート５を打設するためのトレミー管４を杭断面の中央部、即ち、杭孔１の中心部に挿入している場合について説明したが、このトレミー管４の挿入位置を杭孔１の一側壁面側に片寄らせた状態でコンクリート５の打設を行ってもよく、この場合には、コンクリート５は天端面においてトレミー管４の周囲で盛り上がりながら杭孔１の他側壁面側に向かって流れ、スライム等の不純物もコンクリートと共に他側壁面側に流れてその部分に集中的に滞留することになる。従って、バキュームホース12をケーシング２の内周壁面に沿って周方向に移動させることなく、他側壁面側に配設しておくことにより、スライム等の不純物の吸引除去を効果的に行うことができる。また、上記実施の形態においては、スライム14やコンクリート15を除去する手段としてバキュームによる吸引除去について説明したが、除去手段をそれに限らず、バケット等による汲み取り手段、掬い取り手段を採用してもよい。

杭孔の掘削からコンクリートの打設までの施工手順を示す簡略縦断面図。 安定液を除去している状態の天端部分の縦断面図。 スライム等の不純物を吸引除去している状態の天端部分の縦断面図。 （イ）はコンクリートの打設終了時の天端部分を、（ロ）はケーシングの引き上げによって降下した余盛り部分を示す縦断面図。 杭頭部の仕上げを行った状態の縦断面図。 余盛り部分から杭天端下方部分に至る深さ方向の強度分布状態を示す線図。 杭造成後の処理工程を示す簡略縦断面図。 バキュームホースの吸引口の形状を示す簡略縦断面図。

符号の説明

１ 杭孔
２ ケーシング
４ トレミー管
５ 打設コンクリート
5a その天端面
5' 余盛り部分
６ 計画杭の天端面
12 バキュームホース
13 安定液
14 スライム

Claims (3)

1. 地盤の表層部にケーシングを、その下端部が計画杭の天端面よりも下方に位置するまで建て込んだのち、該ケーシング内から下方の地盤を所定深さまで安定液を満たしながら杭孔を掘削し、次いで、この杭孔内にコンクリートをケーシング内における該ケーシングの下端部から計画杭の天端面部分に達する間の高さ位置まで打設したのち、該打設コンクリート天端面上の安定液とスライム及び該スライム等の不純物が混在するコンクリート部分を除去し、しかるのち、計画杭の天端面より所定高さ高い位置に達するまでコンクリートを打設して余盛り部分を形成し、次いで、ケーシングを上昇させて打設コンクリートの天端面を計画杭の天端面の高さに合わすことを特徴とする場所打ちコンクリート杭の造成方法。
2. スライム等の不純物が混在するコンクリート部分の除去を、コンクリート天端にコンクリートの骨材が多く視認できるまで行うことを特徴とする請求項１に記載の場所打ちコンクリート杭の造成方法。
3. バキュームホースを杭孔内に建て込んでいる鉄筋籠とケーシングの内周壁面との間の隙間に挿入して不純物が混在するコンクリート部分の除去を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の場所打ちコンクリート杭の造成方法。

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