JP4693423B2 - 杭頭補強方法 - Google Patents

Description

この発明は、杭頭補強方法に関し、さらに詳細には、杭頭外周に鋼管を設置して水平耐力を大きくする補強方法に関する。

既製杭の施工法として、プレボーリング工法や中掘工法で代表される埋込み杭工法が知られている。この埋込み杭工法は、掘削孔に既製杭を建て込む工法であることから、地盤条件によっては掘削不能の事態や孔壁の崩壊等が生じることがある。このような場合、既製杭を所定の深度まで建て込めないので、杭頭部を所定高さの位置で切断せざるを得ない。杭頭部を切断すると、既製杭がプレストレス杭の場合にはＰＣ鉄筋も切断されるので、プレストレス量が低減してしまう。この結果、杭頭部を補強する必要が生じる。

杭頭部の補強方法として、その外周に鋼管を設置する工法が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。しかしながら、特許文献１記載の工法では、法面が確保されるように、杭頭部周囲の地盤を設置される鋼管よりも大きく掘削している。このため、掘削量が大きくなる。また、周辺地盤が緩く、あるいは地下水が存在する場合は、シートパイル打設等の補助工法が必要となる。さらに、設置された鋼管の外周は埋め戻し土となるため、地盤の水平耐力が失われてしまう。

特許文献２記載の工法では、杭頭部に鋼管を予め取り付けている。このため、既製杭を所定深度まで建て込めなかった場合における、杭頭部切断後の補強工法には適用できない。また、予め取り付けられた鋼管は、杭の吊り上げ時や建て込み施工時の障害となる。
特開２００１−２８８７５５号公報 特開２００４−２４４８９５号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、掘削量が必要最小限で済み、しかも周辺地盤条件が悪くても補助工法等を必要とすることなく、さらには地盤の水平耐力を失うことなく、杭頭部の水平耐力を向上させることができる補強工法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周の地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により杭頭部と略同心円状に掘削して、杭頭部が露出する環状溝孔を形成する工程と、
前記掘削鋼管を引き抜いてこれと外径が略同径の補強鋼管を前記環状溝孔に挿入する工程と、
前記補強鋼管と前記杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備え、
前記掘削鋼管として、内周に該掘削鋼管内方に向けて突出し、その突出長さが掘削鋼管内径と杭頭部外径との寸法差に略等しい切削ビットが設けられ、
前記切削ビットはビット本体が板状のものからなり、前記掘削鋼管の周方向に間隔を置いて複数個、かつ前記掘削鋼管の長さ方向に間隔を置いて複数段設けられているものを使用することを特徴とする杭頭補強方法にある。

前記補強鋼管の下端内周と前記杭頭部外周との間に両者間を密封する部材を介在させる態様を採るとよい。

また、この発明は、地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により掘削して環状溝孔を形成する工程と、
前記掘削鋼管を前記環状溝孔に残置したまま、該掘削鋼管と前記杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備え、
前記掘削鋼管として、内周に該掘削鋼管内方に向けて突出し、その突出長さが掘削鋼管内径と杭頭部外径との寸法差に略等しい切削ビットが設けられ、
前記切削ビットはビット本体が板状のものからなり、前記掘削鋼管の周方向に間隔を置いて複数個、かつ前記掘削鋼管の長さ方向に間隔を置いて複数段設けられているものを使用することを特徴とする杭頭補強方法にある。

前記ビット本体の先端にブラシが設けられている態様を採ることができる。

この発明によれば、掘削量が必要最小限で済むだけでなく、周辺地盤条件が悪くても補助工法等を必要とすることがない。さらには地盤の水平耐力を失うことなく、杭頭部の水平耐力を向上させることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明工法の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、プレボーリング工法などの埋め込み杭工法で設置された既製杭の杭頭部を切断し、その補強をする施工例を示している。したがって、既製杭の内部はセメントミルクやソイルセメントなどの硬化体で閉塞され、また外周地盤（杭孔部分）は同硬化体で置換されている。既製杭はＰＣ杭、ＰＨＣ杭などのプレストレストコンクリート杭などが使用されるが、この発明工法はその他の種類の既製杭にも適用できる。

図１（ａ）は、埋設施工された既製杭の杭頭部１を所定高さ位置で切断した状態を示している。杭頭部１の切断によって杭体内部のＰＣ鉄筋も切断され、また鋼製の杭頭端板も除去される。杭頭部１の切断後、図１（ｂ）に示すように、杭頭部１の外周に掘削鋼管２を杭芯と一致するようにセットする。掘削鋼管２の内周には鋼管内径と杭頭部外径との寸法差に略等しい突出長さを有する切削ビット３が設けられており、その詳細は後述する。

この掘削鋼管２の頭部を、図示しない杭打ち機等の重機に固定し、掘削鋼管２を回転させながら地盤に圧入する。その際、掘削鋼管２の引き上げ操作を適宜繰り返しながら、所定深度まで掘削する。このとき、必要に応じて掘削孔底に水を注入するようにしてもよい。掘削鋼管２の引き上げ操作の繰り返しにより、切削ビット３で掘削された土砂（ソイルセメントなどの硬化体）がほぐされ、排土される。これにより、図１（ｃ）に示すように、杭頭部１の外周に環状溝孔４が形成され、杭頭部外周は当該環状溝孔４に露出する。なお、掘削鋼管２内に泥水（地下水）等が流入する場合は、バキュームポンプ等によって排出する。また、杭頭部１を環状溝孔４に露出させた際に、杭頭部外周に土砂が付着している場合は、棒状の除去具あるいは高圧水の噴射により土砂を除去する。

次に、図１（ｄ）に示すように、掘削鋼管２を環状溝孔４から引き抜く。そして、図１（ｅ）に示すように、外径が掘削鋼管２のそれと略同径の補強鋼管５を挿入し、補強鋼管５と杭頭部１との間に流動状硬化材としてのコンクリート６を打設して硬化させる。コンクリート６の硬化後、補強鋼管５に溶接等により杭頭定着筋７を取り付ける。この杭頭定着筋７は、環状溝孔４への挿入前に予め取り付けておくこともできる。

補強鋼管５は、地震時の水平力に耐えうる径及び肉厚・材質に設定され、また長さが定着長として必要な１Ｄ（Ｄ：杭径）あるいは３５ｄ（ｄ：鉄筋径）以上に設定されている。この実施形態のように、プレストレスの負担も行う場合は、補強鋼管５の長さは１Ｄに鉄筋径×５０の長さを加えたものに設定される。

以上のようにして杭頭部１が補強された既製杭は、補強鋼管５と杭頭部１とが一体となって地震時に十分な水平耐力を発揮する。施工に際しては、補強鋼管５と略同径の掘削鋼管２によって杭頭部外周を掘削するので、必要以上に掘削することがない。また、周辺地盤を乱すことがないので水平地耐力が低下することもない。さらに、掘削鋼管２によって孔壁が保護されるので、シートパイル打設などの補助工法も不要である。

上記したように、この発明では鋼管５を用いて杭頭部１の補強をするので、鋼製端板が除去されても杭頭定着筋７を取り付けることができる。この点は、杭頭部を切断することなく端板が存する状態で補強をする場合にも有効となる。すなわち、杭頭部に生じる応力が大きく、端板のみでは定着筋が収まりきれない場合があるが、杭頭部よりも大径の鋼管を用いて定着筋を取り付けることができるので、このような問題を解消できる。

図２は別の実施形態を示す断面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、内周に切削ビット３を有する掘削鋼管２により、杭頭部１の外周に環状溝孔４を掘削する点は、図１に示した実施形態と同様である。この実施形態では、掘削鋼管２を補強鋼管として利用している。すなわち、図２（ｄ）に示すように、掘削鋼管２を環状溝孔４にそのまま残置し、掘削鋼管２と杭頭部１との間に流動状硬化材としてのコンクリート６を打設して硬化させる。そして、コンクリート６の硬化後、鋼管２に杭頭定着筋７を取り付ける。

この実施形態によれば、掘削鋼管２を環状溝孔４から引き抜かないので、図１に示した実施形態よりも工程が少なくて済む。また、掘削鋼管２の引抜きによる孔壁の崩壊のおそれがない。その他、図１に示した実施形態と同様の利点が得られる。なお、図１及び図２に示した各実施形態において、充填材としてコンクリートに代えて、スラグ、発泡樹脂、溶融ゴムなどを充填するようにしてもよい。

図３，図４は掘削鋼管２の詳細な実施形態を示し、図２は鋼管の軸方向断面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。切削ビット３は掘削鋼管２の内周に、周方向に間隔を置いて複数個取り付けられ、また長さ方向に間隔を置いて複数段（この実施形態では２段）配列されている。

各切削ビット３は、図５にも斜視図で示すように、板状のビット本体３ａと、これに所定角度（７５度〜９０度）で取り付けられた補強板３ｂとからなり、全体として略Ｔ字形（あるいは略Ｌ字形でもよい）をなしている。各切削ビット３は、ビット本体３ａが掘削鋼管２の内方に向けて突出するように、掘削鋼管２の内周に取り付けられている。より具体的には、ビット本体３ａは鋼管２の軸方向に対して幾分か傾斜し、かつ鋼管２の半径方向に対しても幾分か傾斜するように取り付けられている。これらビット本体３ａの突出長さは掘削鋼管２の内径と杭頭部１の外径との寸法差と略等しくなっている。

したがって、杭頭部１の外周地盤の掘削の際には、切削ビット３によって掘削鋼管２が杭頭部１と略同心円状になるように常時位置決めされ（図４参照）、中心が杭芯と略一致する環状溝孔を容易に掘削することができる。このような観点から、切削ビット３は上記のように複数段となるように設けることが好ましい。

また、切削ビット３は全体として略Ｔ字形あるいはＬ字形をなしていることから、掘削鋼管２の繰り返し引き上げの際には、掘削土砂をすくい上げやすくなる。図５に示すように、ビット本体３ａの先端にブラシ８を取り付けてもよい。ブラシ８は例えば硬質プラスチックで作られ、このブラシ８によって杭頭部１の外周に付着している土砂を落とすことができる。なお、図示しないが、泥水が発生する地盤の場合、掘削鋼管２の内周に排水ホースを取り付けた構造としてもよい。

図６は、掘削鋼管２の参考例を示す断面図である。この参考例は、掘削鋼管２の内周に螺旋状の切削ビット１３を設けた例である。この場合も切削ビット１３の突出長さは、掘削鋼管２の内径と杭頭部１の外径との寸法差と略等しくなっている。したがって、図３，図４に示した実施形態の場合と同様に、切削ビット１３によって掘削鋼管２が杭頭部１と略同心円状になるように常時位置決めすることができる。

また、切削ビット１３は螺旋状のものであるので、掘削鋼管２の回転に伴って掘削土砂を引き上げることができる。この螺旋状切削ビット１３は、掘削鋼管２の長さ方向全体に亘って設けてもよいし、一部にのみ設けてもよい。一部に設ける場合、複数箇所に設けることもできる。

図７は、図１に示した施工形態に好適な補強鋼管５の実施形態を示す断面図である。補強鋼管５の下端には傾斜した内向きの環状フランジ１０が設けられている。さらに、この環状フランジ１０の内周にはゴム等からなるパッキン１１が取り付けられている。このような環状フランジ１０及びパッキン１１を設けることにより、補強鋼管５を環状溝孔４に挿入する際には、補強鋼管５の下端と杭頭部１との間が密封閉鎖される。このため、補強鋼管５内に泥水が侵入することがない。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態は、プレボーリング工法などの埋め込み杭工法で設置された既製杭の杭頭部を切断し、その補強をする施工形態として示したが、この発明は杭頭部の切断とは無関係に健全な杭の補強にも適用できる。

この発明工法の実施形態を示す断面図である。 この発明工法の別の実施形態を示す断面図である。 掘削鋼管の実施形態を示す軸方向断面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 切削ビットの斜視図である。 掘削鋼管の参考例を示す軸方向断面図である。 補強用鋼管の実施形態を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１ 杭頭部
２ 掘削鋼管
３ 切削ビット
３ａ ビット本体
３ｂ 補強板
４ 環状溝孔
５ 補強鋼管
６ コンクリート
７ 杭頭定着筋
８ ブラシ
１０ 環状フランジ
１１ パッキン
１３ 螺旋状切削ビット

Claims (4)

1. 地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周の地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により杭頭部と略同心円状に掘削して、杭頭部が露出する環状溝孔を形成する工程と、
   前記掘削鋼管を引き抜いてこれと外径が略同径の補強鋼管を前記環状溝孔に挿入する工程と、
   前記補強鋼管と前記杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備え、
   前記掘削鋼管として、内周に該掘削鋼管内方に向けて突出し、その突出長さが掘削鋼管内径と杭頭部外径との寸法差に略等しい切削ビットが設けられ、
   前記切削ビットはビット本体が板状のものからなり、前記掘削鋼管の周方向に間隔を置いて複数個、かつ前記掘削鋼管の長さ方向に間隔を置いて複数段設けられているものを使用することを特徴とする杭頭補強方法。
2. 前記補強鋼管の下端内周と前記杭頭部外周との間に両者間を密封する部材を介在させることを特徴とする請求項１記載の杭頭補強方法。
3. 地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により掘削して環状溝孔を形成する工程と、
   前記掘削鋼管を前記環状溝孔に残置したまま、該掘削鋼管と前記杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備え、
   前記掘削鋼管として、内周に該掘削鋼管内方に向けて突出し、その突出長さが掘削鋼管内径と杭頭部外径との寸法差に略等しい切削ビットが設けられ、
   前記切削ビットはビット本体が板状のものからなり、前記掘削掘削鋼管の周方向に間隔を置いて複数個、かつ前記掘削鋼管の長さ方向に間隔を置いて複数段設けられているものを使用することを特徴とする杭頭補強方法。
4. 前記ビット本体の先端にブラシが設けられていることを特徴とする請求項１又は３記載の杭頭補強方法。

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