JP6549407B2 - 杭建込工法 - Google Patents

Description

本発明は、杭建込工法に関し、詳しくは、土木用の石材で覆われる地盤に杭を建て込む工法に関する。

特許文献１には、鋼管杭内に挿入できる筒状のケーシング本管の先端部に複数の切込溝を設け、掘削ビットを各切込溝に係脱かつ傾倒自在に設けて掘削ケーシングを形成し、鋼管杭が外挿された掘削ケーシングを回転圧入して掘削を進め、掘削を終えた後に掘削ケーシングを引き抜いて鋼管杭内に入っている転石などを撤去した後、鋼管杭を所定の深さまで打設する、鋼管杭等の埋設工法が開示されている。

特開平１０−１４０５６８号公報

例えば、海岸に護岸を構築し、背面を浚渫で埋め立てしたような場所では、護岸防護のために海側の表面を岩ずり、根固め石などの土木用石材で覆い、また、護岸の海側に構造物を作る場合には基礎杭としてＨ鋼杭や鋼管杭を打設することがある。
係る杭の建込工法として、地盤表面の石材層を油圧ショベルなどで撤去してから杭を建て込むようにした場合、石材層が厚いと、石材の撤去範囲が広くなりまた大量の石材を撤去することになるため、建込工法としての採用が難しくなる。

また、全周回杭打機で石材を切断、除去しながらケーシング（鋼管）を地盤に挿入し、ケーシング内部を砂に置き換えた後にケーシングを撤去して杭を打設する工法であれば、石材の層が厚い場合にも適用可能である。
しかし、大型の全周回杭打機でケーシングを地盤に挿入し、更に、バイブロハンマーなどの他の杭打機で杭を打設することになるため、杭打ち設備が２重に必要となり、また、工事が２段階になることから工事費がかかり工期が長くなるという問題がある。更に、波打ち際で砂の吸出しがあるような場合は、ケーシング内部を砂で置き換え後にケーシングを撤去できずに、ケーシング設置、砂置換、杭打設、ケーシング撤去の順で作業することになってしまい、これにより、工期が延び、また、複数のケーシングが必要となることから工事費が増加してしまうという問題がある。

一方、杭として鋼管杭を用いる場合には、本設杭の先端にビットを装着して全周回杭打機で石材を切断、除去しながら杭を打設する工法を適用できる。係る工法であれば、杭の先端にビットの加工が必要になるが、全周回杭打機１台で杭の打設まで行える。
しかし、全周回杭打機での施工は、バイブロハンマーなどに比べて工期が長くなってコストアップになる。また、全周回杭打機による施工は、回転させることができない鋼管矢板、鋼矢板、Ｈ鋼杭などには適用できないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、土木用の石材で覆われる地盤に、簡易な設備を用い、しかも短い工期でかつ少ない工事費で杭の建て込みを行える杭建込工法を提供することを目的とする。

そのため、本願発明に係る杭建込工法の第１態様〜第５態様は、石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込むようにした。
本願発明に係る杭建込工法の第１態様において、前記楔部材の先鋭部の中空部にはコンクリートが充填されている。
本願発明に係る杭建込工法の第２態様において、前記楔部材の基部の下側部分の中空部にはコンクリートが充填されている。
本願発明に係る杭建込工法の第３態様では、前記楔部材の基部は、前記杭の横断面を内包する外形を有する。
本願発明に係る杭建込工法の第４態様では、前記楔部材を吊り落として前記地盤の杭建込位置に突き入れる。
本願発明に係る杭建込工法の第５態様では、前記楔部材の頂部を打撃して前記地盤の杭建込位置に突き入れる。

上記発明によると、石材層の撤去が不要でかつ全周回杭打機などの大型設備が不要であり、短い工期及び少ない工事費で、石材層で覆われる地盤に杭の建て込みを行える。

本発明の実施形態における地盤構成及び基礎構造を示す断面図である。 本発明の実施形態における楔部材を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施形態における杭建込工法の工程を示す地盤断面図であり、（Ａ）は楔部材の突き入れ工程での地盤断面図、（Ｂ）は楔部材を撤去した後の基礎杭の差し入れ工程での地盤断面図、（Ｃ）は基礎杭の打設工程での地盤断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る杭建込工法を適用する地盤構成及び基礎構造の一例を示す。
図１において、地盤１０は、支持層１１、表層１２、支持層１１と表層１２とで挟まれる軟弱層１３で構成される。

地盤１０は、例えば、海岸に構築した護岸の背面を浚渫で埋め立てした場所の海側の地盤であり、護岸防護のために、軟弱層（浚渫土層）１３を岩ずりや根固め石などの土木用の石材で構成される表層（石材層）１２で覆ってある。
表層１２は、岩ずりで構成される第１表層（岩ずり層、被覆石層）１２Ａと、第１表層１２Ａの上に重ねられ岩ずりよりも大きな根固め石で構成される第２表層（根固め石層）１２Ｂとを含んで構成される。

なお、第１表層１２Ａ及び第２表層１２Ｂの厚さは、例えば、それぞれ２ｍ程度に設定される。また、岩ずりで構成される第１表層１２Ａと根固め石で構成される第２表層１２Ｂとのいずれか一方で表層１２を構成することができる。
そして、地盤１０に構造物２０を構築するために、鋼管杭やＨ鋼杭などの基礎杭（支持杭）３０をその先端が軟弱層１３よりも固い支持層１１に到達するまで貫入させ、基礎杭３０の上に構造物２０を構築することで、構造物２０の荷重が基礎杭３０によって支えられる基礎構造としてある。

以下では、基礎杭３０を地盤１０に建て込む工法を詳細に説明する。
図２は、基礎杭３０の建て込み作業に用いる楔部材５０を例示する。
楔部材５０は、棒状の基部５０Ａと、基部５０Ａの軸方向一端に一体的に設けた先鋭部５０Ｂとを有し、図２に示す例では、円柱形の基部５０Ａと円錐形の先鋭部５０Ｂとで構成される。

なお、基部５０Ａを角柱形とし、先鋭部５０Ｂを角錐形とすることができる。また、角柱形の基部５０Ａと円錐形の先鋭部５０Ｂとを組み合わせたり、円柱形の基部５０Ａと角錐形先鋭部５０Ｂとを組み合わせたりすることができる。
更に、先鋭部５０Ｂは、１点から広がる形状（錐体）に限定されず、例えば、正面が四角で側面が三角となる所謂楔型に形成することができる。

楔部材５０は鋼によって中空に形成され、先鋭部５０Ｂから基部５０Ａの下側の所定範囲にかけての中空部内にコンクリートなどを充填させ、先端部の重量を重くしてある。
なお、例えば図２（Ｃ）に示すように、楔部材５０のコンクリートを充填させる中空部５０ｃに、鋼材で十字型に形成される補強部材５０ｄを、端部を中空部５０ｃの内周壁に固定して設けることができる。

また、楔部材５０の基部５０Ａは、基礎杭３０の横断面を内包する外形を有する。
例えば、基部５０Ａが円柱形で基礎杭３０が鋼管杭である場合、基部５０Ａの直径Ｄ１（例えば、Ｄ１＝1.2m）を基礎杭３０の直径Ｄ２（例えば、Ｄ２＝1.0m）よりも大きくする。また、基部５０Ａが角柱形で基礎杭３０が鋼管杭である場合、基部５０Ａの底面の多角形内に基礎杭３０の横断面である円形が内包するように多角形の面積（基部５０Ａの断面積）を設定してある。

次に、上記の楔部材５０を用いた杭建込工法の各工程を、図３を参照して説明する。
まず、先鋭部５０Ｂが下向きになるように楔部材５０をクレーンで吊り下げ、地盤１０の杭建込位置に落下させて地盤１０に突き入れる作業（楔部材５０の突き入れ工程）を、楔部材５０が第１表層１２Ａ（表層１２）の下面、換言すれば、軟弱層１３に到達するまで繰り返し、楔部材５０を表層１２の下面まで貫入させる（図３（Ａ）参照）。

ここで、楔部材５０の基部５０Ａの下端（基部５０Ａと先鋭部５０Ｂとの境界）が岩ずりで構成される第１表層１２Ａ（表層１２）の下面、換言すれば、軟弱層１３の上面あるいは表層１２と軟弱層１３との境界面に到達するまで、楔部材５０を落下させる作業を繰り返すことが好ましい。
また、楔部材５０を吊り落として地盤１０に突き入れる代わりに、楔部材５０の頂部（先鋭部５０Ｂを設けられる側とは反対側の端部）を杭打機のハンマーで打撃して楔部材５０を表層１２に貫入させることができる。

楔部材５０を岩ずりや根固め石で構成される表層１２に突き入れることで、先鋭部５０Ｂが岩ずりや根固め石を周囲に押し退けて孔径を拡げ、基部５０Ａが貫入する孔６０が穿設される。
楔部材５０を表層１２に貫入させる工程は、基礎杭３０が挿通される孔６０を表層１２に穿設する工程である。

ここで、楔部材５０の基部５０Ａは基礎杭３０の横断面を内包する外形を有するから、楔部材５０の突き入れによって表層１２に穿設される孔６０は基礎杭３０の横断面を内包し、表層１２に穿設される孔６０に対し基礎杭３０を差し入れたときに、基礎杭３０の外周と孔６０の内周壁との間に隙間が形成されることになる。
上記のようにして、楔部材５０を地盤１０の表層１２に貫入させた後、楔部材５０を引き抜いて撤去し、楔部材５０を撤去したことで現れる孔６０に基礎杭３０を差し入れ、基礎杭３０の下端が軟弱層１３に突き当たるように配置する（図３（Ｂ）参照）。

上記の基礎杭３０の差し入れ工程の後、打撃又はバイブロハンマーで基礎杭３０を打設する打設工程を実施し（図３（Ｃ）参照）、基礎杭３０の先端が支持層１１に到達するまで貫入させる（図１参照）。
楔部材５０によって穿設された孔６０の内周壁と基礎杭３０の外周との間には隙間が形成されるが、基礎杭３０を軟弱層１３に貫入させるときの振動などによって孔６０と基礎杭３０との隙間は埋められることになる。
なお、表層１２（岩ずり、根固め石）が崩壊し易い場合には、楔部材５０を引き抜いて撤去した後に孔６０を砂で埋め戻し、その後、砂で埋め戻された孔６０に基礎杭３０を打設することができる。

上記の杭建込工法は、以下の作用効果を奏する。
表層１２の岩ずり、根固め石を撤去してから杭の打設を行わせる場合は、岩ずり、根固め石の厚さが撤去可能な厚さである必要がある。これに対し、上記杭建込工法では、表層１２の岩ずり、根固め石などの土木用石材を撤去する作業を行わずに基礎杭３０の建て込みを行えるので、岩ずり、根固め石の厚さに大きく左右されることなく杭の建て込みを行える。
また、上記の杭建込工法では、大型の全周回杭打機を使用せず、また、杭打ち設備を２重に備える必要がなく、更に、本設杭の先端へのビット装着などが不要であるため、工事費を節約しかつ工期を可及的に短くできる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
本発明に係る杭建込工法は、軟弱層１３（埋立層）に、コンクリートがら、玉石、金属片などが散在している場合にも適用できる。

また、本発明に係る杭建込工法は、軟弱層１３が岩ずり、根固め石などの土木用石材で覆われない地盤にも適用できるが、軟弱層１３が岩ずり、根固め石などの土木用石材で覆われる地盤に適用することで格別な作用効果を奏する。
また、楔部材５０の先鋭部５０Ｂの形状は、錐体や楔型に限定されず、表層１２（岩ずり、根固め石）への突き入れが容易な形状を適宜選択できる。

また、楔部材５０を地盤１０の杭建込位置に落下させて突き入れる作業において、杭建込位置に立設させた筒状のケーシング部材に楔部材５０を挿通させ、ケーシング部材内で楔部材５０を落下させる構成とすることができる。
また、本発明に係る楔部材は、地盤内における瓦礫や岩の探査などに流用することができる。
また、本発明に係る楔部材をそのまま支持層まで打設し、鋼管杭、あるいはH鋼杭として使用することもできる。
また、本発明に係る楔部材を、クレーンで吊っての落下或いは打撃によって石材層に挿入することとしたが、油圧ショベルのアタッチメントに楔部材を装着し、石材層に貫入させることも可能である。
また、本発明に係る杭建込工法を適用する基礎杭は、支持杭と摩擦杭とのいずれであってもよい。

また、本発明に係る杭建込工法は、鋼管杭やＨ鋼杭などに適用できる他、鋼管矢板や鋼矢板にも適用可能である。
例えば、鋼管矢板や鋼矢板の建て込みを行う場合には、楔部材５０の突き入れによって形成された孔に一部重複するように新たな楔部材５０の突き入れを行うことで、隣接する孔の空間が横方向で連通するようにし、連続して形成された孔に対して鋼管矢板や鋼矢板の建て込みを行わせることができる。

また、鋼管矢板や鋼矢板の建て込みを行う場合には、径の異なる２種類の楔部材５０を用意し、径が大きい方の楔部材５０で杭本体用の孔を飛び飛びに形成させ、隣接する杭本体用の孔の双方に重なるように径が小さい方の楔部材５０を突き入れて、継手部分を差し入れるための小径の孔を形成することができる。
また、２本以上の楔部材を、基礎杭３０を建て込むピッチに合わせた間隔で連結し、複数の孔６０を同時に形成する構成とすることができる。

また、地盤を覆う表層は、岩ずりの層と根固め石の層との２層構造に限定されず、岩ずりの層と根固め石の層とのいずれか一方の１層で構成される表層とすることができ、また、表層が３層以上の石材層（基礎捨石、被覆石、根固石など）で構成される場合にも、本発明に係る杭建込工法を適用することが可能である。
また、地盤１０を覆う石材は岩ずりや根固め石に限定されず、更に、地盤１０を護岸に限定するものでもない。
なお、出願当初の請求項は以下の通りであった。
［請求項１］
石材層で覆われる地盤に杭を建て込む工法であって、
棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
前記楔部材を引き抜いた後の孔に杭を建て込む、杭建込工法。
［請求項２］
前記石材層は、岩ずりと根固め石との少なくとも一方を含んでなる、請求項１記載の杭建込工法。
［請求項３］
前記楔部材の基部は円柱形であり、前記楔部材の先鋭部は円錐形である、請求項１又は２記載の杭建込工法。
［請求項４］
前記楔部材の基部は、前記杭の横断面を内包する外形を有する、請求項１から３のいずれか１つに記載の杭建込工法。
［請求項５］
前記楔部材を引き抜いた後の孔を砂で埋め戻してから杭を建て込む、請求項１から４のいずれか１つに記載の杭建込工法。
［請求項６］
前記楔部材を吊り落として前記地盤の杭建込位置に突き入れる、請求項１から５のいずれか１つに記載の杭建込工法。
［請求項７］
前記楔部材の頂部を打撃して前記地盤の杭建込位置に突き入れる、請求項１から５のいずれか１つに記載の杭建込工法。

１０…地盤、１１…支持層、１２…表層、１２Ａ…第１表層（岩ずり層）、１２Ｂ…第２表層（根固め石層）、２０…構造物、３０…基礎杭、５０…楔部材、５０Ａ…基部、５０Ｂ…先鋭部、６０…孔

Claims (11)

1. 石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、
   棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
   前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込む、杭建込工法において、
   前記楔部材の先鋭部の中空部にはコンクリートが充填されている、杭建込工法。
2. 前記楔部材の基部の下側部分の中空部にはコンクリートが充填されている、請求項１に記載の杭建込工法。
3. 石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、
   棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
   前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込む、杭建込工法において、
   前記楔部材の基部の下側部分の中空部にはコンクリートが充填されている、杭建込工法。
4. 前記中空部内に補強部材が設けられている、請求項１から３のいずれか１つに記載の杭建込工法。
5. 石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、
   棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
   前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込む、杭建込工法において、
   前記楔部材の基部は、前記杭の横断面を内包する外形を有する、杭建込工法。
6. 石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、
   棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
   前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込む、杭建込工法において、
   前記楔部材を吊り落として前記地盤の杭建込位置に突き入れる、杭建込工法。
7. 石材層で覆われる地盤に、構造物の基礎杭である杭を建て込む工法であって、
   棒状の基部と前記基部の端に設けた先鋭部とを有する楔部材を前記地盤の杭建込位置に突き入れて前記石材層の下面まで貫入させ、
   前記楔部材を引き抜いた後の孔に前記杭を建て込む、杭建込工法において、
   前記楔部材の頂部を打撃して前記地盤の杭建込位置に突き入れる、杭建込工法。
8. 前記杭は、鋼管杭又はＨ鋼杭である、請求項１から７のいずれか１つに記載の杭建込工法。
9. 前記石材層は、岩ずりよりも大きな根固め石を含んでなる、請求項１から８のいずれか１つに記載の杭建込工法。
10. 前記楔部材の基部は円柱形であり、前記楔部材の先鋭部は円錐形である、請求項１から９のいずれか１つに記載の杭建込工法。
11. 前記楔部材を引き抜いた後の孔を砂で埋め戻してから前記杭を建て込む、請求項１から１０のいずれか１つに記載の杭建込工法。