JP4341029B2 - 杭基礎工法 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の杭基礎を構築するための杭基礎工法に係り、より詳しくはソイルセメント柱と鋼管とが一体となった合成杭を構築するための杭基礎工法に関する。

従来、ソイルセメント柱と鋼管とが一体となった合成杭を構築するための杭基礎工法としては、例えば、特許文献１または特許文献２に記載されたものがあった。このうち、特許文献１に記載された工法は、掘削ロッドにより、その先端部からセメント系固化材を注入しながら地盤を機械式に掘削撹拌してソイルセメント柱を造成した後、その中に大口径の鋼管（鋼管杭）を建込むようにするものである。一方、特許文献２に記載された工法は、掘削ロッドにより、その先端部からセメント系固化材を高圧で噴射しながら、いわゆる高圧噴射撹拌工法により地盤を掘削撹拌して改良体（ソイルセメント柱）を造成した後、該改良体に竪穴を削孔し、この竪穴にマイクロパイルを打設するものである。
特開２００２−２１０７２号公報 特開２００１−８１７７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載される杭基礎工法によれば、最初に造成したソイルセメント柱が固化する前に、その中に鋼管を建込まなければならないため、施工機械の迅速な入替えが必要になり、施工能率の低下が避けられないばかりか、狭隘な場所での施工が困難になる、という問題があった。一方、特許文献２に記載される杭基礎工法によれば、セメント系固化材の大量噴射によって排泥量が増えるため、排泥処理に多大の費用を要し、セメント系固化材の材料損失も多くなって、コスト負担の増大が避けられない、という問題があった。

また、機械式に掘削撹拌を行う杭基礎工法では、穴壁の保護や心ずれ防止の目的で口元管を通して掘削撹拌を行うことが多いが、この口元管は、ソイルセメント柱内に鋼管を定着させた後、撤去しなければならず、その分、施工が面倒になる、という問題もあった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の課題とするところは、施工機械の迅速な入替えを不要にすると共に、排泥量の大幅な削減を可能にし、もって施工能率並びに施工性の向上とコスト低減とに大きく寄与する杭基礎工法を提供することにある。また、第２の課題とするところは、前記第１の課題に加え、口元管を用いる場合でもその撤去を不要とし、もって施工能率のさらなる向上に寄与する杭基礎工法を提供することにある。

上記第１の課題を解決するための第１の発明は、掘削ロッドにより、その先端部からセメント系固化材を注入しながら地盤を機械式に掘削撹拌してソイルセメント柱を造成し、前記ソイルセメント柱が固化した後、該ソイルセメント柱に竪穴を削孔して、該竪穴内にマイクロパイルを打設することを特徴とする。

本第１の発明においては、最初に造成したソイルセメント柱が固化した後、これに削孔してマイクロパイルを打設するので、適当数のソイルセメント柱を連続に造成した後、順次このソイルセメント柱にマイクロパイルを打設することができ、したがって施工機械の迅速な入れ替えは不要になる。また、機械式に掘削撹拌してソイルセメント柱を造成するので、排泥量は著しく少なくなる。

上記第２の課題を解決するための第２の発明は、地表面に口元管を打込んだ後、前記口元管を通して掘削ロッドにより、その先端部からセメント系固化材を注入しながら地盤を機械式に掘削撹拌して、該口元管の略打込み深さより深い領域にソイルセメント柱を造成し、前記ソイルセメント柱が固化した後、該ソイルセメント柱に竪穴を削孔して、該竪穴内にマイクロパイルを打設し、しかる後、前記口元管と前記マイクロパイルの心材とを該口元管内に打設したコンクリートにより接合して杭頭部を構築することを特徴とする。

本第２の発明においては、上記第１の発明の作用に加え、掘削ロッドによる掘削撹拌に用いた口元管とマイクロパイルの心材とをコンクリートにより接合して杭頭部とするので、口元管を有効利用することができる。

第１の発明によれば、迅速に施工機械を入替える必要がないので、能率のよい施工を行うことができ、その上、狭隘な場所でも無理なく施工できて施工性が向上する。また、機械式に掘削撹拌してソイルセメント柱を造成するので、排泥量は著しく少なくなり、コスト負担が低減する。

また、第２の発明によれば、上記した第１の発明の効果に加え、口元管を撤去する作業が不要になるので、施工能率のさらなる向上を達成できる。また、口元管とマイクロパイルの心材とをコンクリートにより接合して杭頭部とするので、構造物の構築に必要不可欠であったフーチングを省略でき、利用価値がより一層高まる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。

図１は、本発明に係る杭基礎工法の一つの実施形態を示したものである。本杭基礎工法の実施に際しては、同図（Ａ）に示すように、先ず、地盤１の表面（地表面）に口元管１０を打込み、続いて、この口元管１０を通して掘削ロッド（中空ロッド）１１を地盤１中に回転下降させる。掘削ロッド１１は、先端部に掘削撹拌翼１２と吐出口１３とを有しており、この掘削ロッド１１の中空内部には、前記吐出口１３から吐出させるセメント系固化材が供給されるようになっている。また、この掘削ロッド１１の動きは施工機械の回転及び昇降ユニット（図示略）によって制御されるようになっており、その回転下降により地盤１が次第に掘削撹拌される。

本実施形態においては、上記掘削ロッド１１による掘削撹拌を、その掘削撹拌翼１２が口元管１０のほぼ打込み深さＤ１に到達するまでは、吐出口１３からの固化材の注入を停止して行い、それよりも深い領域では、吐出口１３から固化材を注入しながら掘削ロッド１１による掘削撹拌を行うようにしている。これにより、口元管１０の打込み深さＤ１よりも深い領域では、掘削撹拌翼１１によって掘削された土砂（ソイル）と吐出口１３から注入されたセメント系固化材とが撹拌混合され、掘削ロッド１１の掘進跡にはそれらの混合層、いわゆるソイルセメント混合層２が形成される。

そして、上記ソイルセメント混合層２の形成が計画深度Ｄ２に達したら、吐出口１３からの固化材の注入を停止し、掘削ロッド１１の回転を継続しながらこれを地盤１から引抜き、そのままソイルセメント混合層２を固化させる。これにより地盤１中には、図１（Ｂ）に示すように、計画深度Ｄ２から口元管１０の打込み深さＤ１に達する長さのソイルセメント柱１４が造成される。次に、同じく図１（Ｂ）に示すように、前記ソイルセメント柱１４に、例えばアースオーガー１５を用いて竪穴１６を削孔する。この竪穴１６の削孔は、ソイルセメント柱１４の底面近傍まで行い、掘削終了後、アースオーガー１５をソイルセメント柱１４から引抜く。なお、掘削ロッド１１による地盤１の掘削撹拌に際しては、固化材の注入を停止したまま計画深度Ｄ２までの掘削撹拌を終えた後、固化材を注入しながら掘削ロッド１１を回転上昇させるようにしてもよく、この場合でも、同様のソイルセメント柱１４が造成される。

次に、図１（Ｃ）に示すように、上記削孔を終えた竪穴１６内にマイクロパイル１７を打設する。このマイクロパイル１７は、口径２００〜３００ｍｍ程度の小口径の鋼管（心材）１８とその周りの定着層１９とからなっており、その鋼管１８は、定着層１９を介して前記ソイルセメント柱１４に強固に定着されている。鋼管１８としては、ここでは軸方向に多数の節２０を有する節付き鋼管が用いられている。また、この鋼管１８には、固化材を吐出させるための逆止弁２１が、軸方向および円周方向に等配して複数設けられている。

上記マイクロパイル１７の打設は、例えば、図２によく示されるように、前記竪穴１６内に鋼管１８を挿入した後、この鋼管１８内に注入機（シングルパッカー）２２を挿入して行う。注入機２２は、空気圧または清水、不凍液などの液圧により膨出する膨出体２３と吐出ノズル２４とを備えており、その膨出体２３には地上の流体圧源から延ばしたホース２５が、その吐出ノズル２４には地上のグラウト供給源から延ばした供給管２６がそれぞれ接続されている。マイクロパイル１７の打設に際しては、最初にこの注入機２２を鋼管１８の最深位置に挿入し、この最深位置で膨出体２３を膨張させて注入機２２を位置固定した後、これに供給管２６を通じてセメント系固化材のグラウト（固化材グラウト）３を圧送する。すると、この固化材グラウト３は、吐出ノズル２４から吐出して鋼管１８の先端開口部の内・外の空隙を埋め、これにより鋼管１８内の先端側の内圧が高まって逆止弁２１が開き、硬化材グラウト３は逆止弁２１から周辺へ噴出して鋼管１８と竪穴１６の内壁との隙間に充填される。その後は、注入機２２を所定の距離（逆止弁２１の配列ピッチ）だけ上昇させながら、前記操作を繰り返し、これにより鋼管１８と竪穴１６の内壁との隙間の全域に硬化材グラウト３が充填される。

そして、上記硬化材グラウト３の充填完了後、注入機２２を鋼管１８から引抜き、所定時間養生させる。すると、前記図１（Ｃ）に示したように、前記硬化材グラウト３が硬化して定着層１９となり、この定着層１９により鋼管１８は、強固にソイルセメント柱１４に接合される。この結果、マイクロパイル１７とソイルセメント柱１４とが一体となって大きな支持力を発揮する合成杭２７が構築される。本実施形態においては特に、鋼管１８として節付き鋼管を用いているので、該鋼管１８と定着層１９との摩擦抵抗が著しく増大し、マイクロパイル１７自体も大きな支持力を発揮するものとなる。

その後は、図１（Ｄ）に示すように、口元管１０の内部の土砂を排出し、該口元管１０内でマイクロパイル１７を構成する鋼管１８を切断して、鋼管１８の上端部を口元管１０内に適当長さだけ突出させる。次に、前記切断された鋼管１８の端部にスチフナ２８ａを用いて支圧板２８を固結し、しかる後、前記口元管１０の内部にコンクリート２９を打設する。すると、このコンクリート２９により口元管１０とマイクロパイル１７の鋼管（心材）１８とが接合され、これにより前記合成杭２７と一体となった杭頭部３０が構築される。この杭頭部３０は、構造物を支持するフーチングとして機能するので、これに直接構造物を支承させることができる。なお、杭頭部３０の構築に際しては、前記コンクリート２９に鉄筋を埋設し、あるいはアンカーを埋設するようにしてもよい。また、前記支圧板２８は、場合によっては省略してもよい。

ここで、上記実施形態においては、ソイルセメント柱１４に対する竪穴１６の削孔と該竪穴１６内へのマイクロパイル１７の打設とを別行程で行うようにしたが、これらは、一工程内で行うことができる。図３は、その場合の一つの実施形態を示したもので、前記逆止弁２１を有する鋼管１８内に、先端に切削拡径ビット３１を有する削孔ロッド３２を挿入する。そして、これら鋼管１８と削孔ロッド３２とを、図示を略す施工機械（削孔機械）に一体的に支持させ、鋼管１８をケーシングとして用いて削孔ロッド３２を回転させながらソイルセメント柱１４に対して削孔を行い、竪穴１６を形成すると同時に鋼管１８を所定深さまで貫入させる。そして、鋼管１８から削孔ロッド３２を引抜き、その後、前記図２に示したと同様の態様で、鋼管１８内に注入機２２を挿入し、同様の手順で硬化材グラウト３の注入を行ってマイクロパイル１７の打設を終える。この場合は、竪穴１６の削孔とマイクロパイル１７の打設とを連続に行うので、施工機械を交換する必要がなく、施工能率の向上を達成できる。

なお、本杭基礎工法においては、アースオーガ１５（図１(B)）または切削拡径ビット３１（図３）によりソイルセメント柱１４に竪穴１６を削孔する際、掘削土を検査して、ソイルセメント柱１４の品質を確認するのが望ましく、これにより本基礎杭工法に対する信頼性が著しく高まるようになる。

本発明に係る杭基礎工法の一つの実施形態における施工手順を模式的に示す断面図である。 本杭基礎工法におけるマイクロパイル打設の一つの実施形態を模式的に示す断面図である。 本杭基礎工法におけるマイクロパイル打設の他の実施形態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 地盤
１０ 口元管
１１ 掘削ロッド
１２ 掘削撹拌翼
１３ 吐出口
１４ ソイルセメント柱
１５ アースオーガー
１６ 竪穴
１７ マイクロパイル
１８ 鋼管（心材）
１９ 定着層
２０ 節
２１ 逆止弁
２２ 注入機
２７ 合成杭
２９ コンクリート
３０ 杭頭部
３１ 切削拡径ビット
３２ 削孔ロッド

Claims (2)

1. 地表面に口元管を打込んだ後、前記口元管を通して掘削ロッドにより、その先端部からセメント系固化材を注入しながら地盤を機械式に掘削撹拌して、該口元管の略打込み深さより深い領域にソイルセメント柱を造成し、前記ソイルセメント柱が固化した後、該ソイルセメント柱に竪穴を削孔して、該竪穴内にマイクロパイルを打設し、しかる後、前記口元管と前記マイクロパイルの心材とを該口元管内に打設したコンクリートにより接合して杭頭部を構築することを特徴とする杭基礎工法。
2. マイクロパイルの心材として、節付き鋼管を用いることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎工法。

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