JP6617022B2 - 支持杭の支持層到達確認方法および支持杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、支持杭の支持層到達確認方法および支持杭の施工方法に関する。

支持杭は、杭の先端（下端）を支持層に所定長貫入させることで、杭の先端部において支持力を確保して、上部構造物等の上載荷重を支持する。
支持杭の施工管理としては、杭長や支持層到達の確認、杭の建込精度（角度や位置等）の確認、杭径や鉄筋等の品質確認等を行う必要がある。

支持杭の杭長は、支持層に到達し得る長さに設定されている。支持層は、予め実施された地盤調査や既往の地盤データ等に基づいて作成された地層断面図から推定する。地層断面図は、局所的に実施したボーリングデータに基づいて作成するのが一般的である。

ところが、地層は必ずしも直線ではなく、傾斜や褶曲を伴うことがある。そのため、支持層の実際の位置（深さ）が、地層の傾斜や褶曲によって、地層断面図に示された支持層の位置と異なっている場合がある。支持層の深さが地層断面図と異なっていると、杭を設計通り施工した場合であっても、杭の先端が支持層に到達しないことになる。

そのため、支持杭の施工は、掘削機のトルクや電流の変化を計測することで、杭の先端が支持層に到達することを確認しながら行うのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０４７２７４号公報

地盤内に転石や層厚が薄い岩盤層が介在していると、掘削機のトルクや電流が一時的に上昇してしまい、杭の先端が支持層に到達したと誤認してしまうおそれがある。また、施工記録の記入ミスや紛失等が生じると、杭の先端の支持層への到達が確認できなくなるおそれがある。

このような観点から、本発明は、支持杭の施工をより確実に行うことを可能とした支持杭の支持層到達確認方法および支持杭の施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明の支持杭の支持層到達確認方法は、支持層内に設定された起振点において弾性波を発生させ、前記起振点から平面的に離れた位置に形成された杭に設けた受信器によって前記弾性波を受信し、前記受信器によって受信した前記弾性波の到達時間または振幅によって前記杭の先端が支持層に到達しているか否かを確認することを特徴としている。

前記支持杭の支持層到達確認方法によれば、支持層を伝播した弾性波を受信することで、支持杭が支持層に到達したか否かを確認することができる。支持層を伝播する弾性波は、軟弱層を伝播する弾性波に比べて、到達時間が早く、また、振幅が大きく低下することなく伝達される。受信器によって受信した弾性波の到達時間や振幅を確認することで、支持杭の先端が支持層に到達したことを確認することができる。

弾性波を、支持層に到達している他の杭の先端から発振すれば、起振点を設けるためのボーリング孔等を施工する必要がないため効率的である。
また、前記弾性波を複数の杭に設けられた受信器によって受信すれば、複数の杭について、支持層への到達の確認を一度に行うことができるため、効率的である。

また、本発明の支持杭の施工方法は、地盤に杭を設置する杭設置工程と、支持層内に設けられた起振点において弾性波を発生させるとともに、前記杭に設けられた受信器によって前記弾性波を受信する計測工程と、前記受信器によって受信した前記弾性波の到達時間または振幅によって前記杭の先端が支持層に到達したか否かを確認する確認工程とを備えるものであって、前記確認工程において、前記杭の先端が支持層に到達したことが確認された場合は当該杭の圧入または打ち込みを終了し、前記杭の先端が支持層に到達していないことが確認された場合は当該杭をさらに圧入または打ち込むことを特徴としている。

かかる支持杭の施工方法によれば、支持層を伝播させた弾性波を確認することで、杭の先端が支持層に到達したことを確認しているため、信頼性の高い施工が可能である。

本発明の支持杭の支持層到達確認方法および支持杭の施工方法によれば、支持杭の施工をより確実に行うことができる。

本発明の実施形態に係る建物の基礎構造を示す横断図である。 図１に示す基礎構造の平断面図である。 （ａ）は弾性波の伝播の説明図、（ｂ）は他の形態に係る弾性波の伝播の説明図である。 支持杭の支持層到達確認方法の説明図である。 弾性波の到達速度と距離との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態では、図１に示すように、複数の支持杭１，１，…を有する建物Ｂについて、支持杭１の支持層Ｇ１への到達を確認しながら杭基礎の施工を行う場合について説明する。本実施形態では、図２に示すように、所定の間隔をあけて並設された５本の支持杭１，１，…が５列（計２５本）配設された杭基礎を構築する場合について説明する。なお、杭基礎における支持杭１の本数や配置等は限定されるものではない。ここで、本明細書おける支持層２は、Ｎ値が５０を超える硬質な地層をいう。

本実施形態の支持杭の施工方法は、杭設置工程と、計測工程と、確認工程とを備えている。
杭設置工程は、地盤Ｇ１，Ｇ２に支持杭１を設置する工程である。本実施形態では、プレボーリング工法によって、支持杭１を施工する場合について説明する。支持杭１は、オーガーによって地盤Ｇ１，Ｇ２を掘削することにより所定の深さの掘削孔を形成した後、この掘削孔に既成杭を挿入し、掘削孔の内壁と既成杭の外面との隙間に充填材を充填することにより施工する。なお、既成杭は、掘削孔に挿入した後、最後に掘削孔の底部に圧入または打ち込む。本実施形態では、既成杭として、中空の既成杭を使用する。

なお、支持杭１の施工方式はプレボーリング工法に限定されるものではなく、例えば、鋼管ソイルセメント工法等の他の埋め込み杭工法や、油圧ハンマ（バイブロハンマ）工法等の打ち込み杭工法を採用してもよい。

計測工程は、図３に示すように、支持層Ｇ１内に設けられた起振点２において弾性波を発生させるとともに、支持杭１に設けられた受信器３によって弾性波を受信する工程である。
本実施形態では、図２に示すように、杭群の中心に配設された支持杭１（以下、「起振杭１１」という）の下端（底部）に起振器２を設置し、この起振器２によって支持層内で弾性波を発生させる。ここで、起振器２の構成は限定されるものではない。例えば、錘を落下させることにより振動を発生されるものや、回転時のブレを利用して振動を発生させるものを使用すればよい。

なお、起振杭１１（起振器２を設置する支持杭１）は、先端が支持層Ｇ１に到達しているものである必要がある。そのため、本実施形態では、事前の地質調査（ボーリング）が実施された位置に最も近く、支持層Ｇ１の位置（深さ）が把握されている位置に形成された支持杭１を起振杭１１とする。

受信器３は、図３（ａ）に示すように、起振器２が設けられた起振杭１１以外の支持杭１（以下、「受信杭１２」という）の上端部に設けておく。受信器３は、起振杭１１において発生させた弾性波を受信する。なお、弾性波の受信は、受信杭１２毎に受信してもよいし、複数の支持杭１に受信器３を設置しておいた状態で、起振器２によって発信された弾性波を複数本の受信杭１２よって一度に受信してもよい。

弾性波は、図３（ａ）に示すように、支持層Ｇ１と支持杭１（受信杭１２）とを通過するルートａ、起振器３から地盤Ｇ１，Ｇ２内を斜めに通過するルートｂ、および、起振杭１１と地表面とを通過するルートｃによって伝播されるものと予想される。ここで、支持層以外の地盤（以下、「軟弱層Ｇ２」という）は、支持層Ｇ１やコンクリート（支持杭１）等に比べて弾性波速度が小さい。例えば、Ｎ値２の砂質土の弾性波は約７０ｍ／ｓ、Ｎ値５の粘性土の弾性波は約１４０ｍ／ｓと推定することができる。一方、支持層Ｇ１の弾性波は約３００ｍ／ｓ、コンクリートの弾性波は１０００ｍ／ｓ以上と推定することができる。したがって、支持層Ｇ１を通過するルートａによって伝播された弾性波が最も早く受信される。
そのため、計測工程では、受信器３によって計測された弾性波のデータのうち、最も早く到達した弾性波を保存する。

なお、図３（ｂ）に示すように、起振点（起振器２）を支持杭１の頭部に設定した場合は、弾性波は、起振杭１１から地盤を通過した後受信杭１２を通過するルートｄと、地表面を通過するルートｅとが予想される。このとき、支持杭１の杭長が長い場合には、地表面を通過するルートｅの伝播速度の方がルートｄの伝播速度よりも早い場合がある。そのため、起振器２と受信器３との両方を支持杭１の頭部に設定すると、ルートｄを伝播した弾性波とルートｅを伝播した弾性波とを見分けることが難しい。したがって、起振点は、支持杭１（起振杭１２）の下端に設定するのが望ましい。

確認工程は、受信器３によって受信した弾性波の到達時間によって支持杭１（受信杭１２）の先端が支持層Ｇ１に到達したか否かを確認する工程である。
図４に示すように、支持層Ｇ１に傾斜や褶曲があることで、支持層Ｇ１に到達していない支持杭１は、弾性波ｗが軟弱層Ｇ２を通過することにより、支持層Ｇ１に到達している支持杭１と比べて、弾性波ｗの到達時間ｔが遅くなる。そのため、弾性波ｗの到達時間ｔを確認することで、支持杭１の先端が支持層Ｇ１に到達したか否かを確認することができる。

支持層Ｇ１の弾性波速度を、地質調査結果等によって予め把握している場合には、弾性波ｗの到達時間ｔと起振点（起振杭１１）から受信器３までの水平距離Ｌとによって算出した弾性波速度と、支持層Ｇ１の弾性波速度とを比較することで、受信杭１２の先端が支持層Ｇ１に到達しているか否かを確認する。

支持層Ｇ１の弾性波速度が不明の場合は、図５に示すように、弾性波の到達時間ｔと、起振器２から受信器３までの水平距離Ｌとの関係をグラフ化（プロット）することにより、各受信杭１２の先端が支持層Ｇ１に到達したことを確認する。

支持層Ｇ１に到達した受信杭１２に受信器３が設けられていれば、弾性波ｗの到達時間ｔと水平距離Ｌとの関係が、一定の範囲内に収まる。一方、受信杭１２が支持層Ｇ２に到達していない場合には、弾性波ｗの到達時間ｔと水平距離Ｌとの関係が、一定の範囲内から外れる。そのため、複数の支持杭１の計測結果をグラフにまとめた結果、弾性波ｗの到達時間ｔと水平距離Ｌとの関係が、一定の範囲から外れる杭は、支持層Ｇ１に到達していないと判断する。

なお、グラフには、起振器２から受信器３までの弾性波ｗの総到達時間ｔ_０の測定値から支持杭１の伝播時間ｔ_１を差し引いた値（到達時間ｔ）をプロットする。これは、支持層Ｇ１の深さが同一ではなく、支持杭１同士の杭長が異なっている場合に、杭長の違いによって到達時間ｔに影響が及ぶことを無くすためである。支持層Ｇ１の土質が均一の場合、支持層Ｇ１の伝播時間（弾性波の到達時間ｔ）と距離Ｌとの関係は直線関係になるため、異常値を発見しやすくなる。

なお、支持層Ｇ１となり得る地層には亀裂がある場合があるため、支持層Ｇ１は必ずしも均一ではない。そのため、支持杭１の支持層Ｇ１への到達の有無は、不均一性を考慮して判断する必要がある。
不均一性の判断は、ほぼ同一距離にある複数の受信杭１２によって測定した弾性波の到達時間ｔを比較することにより行う。複数の到達時間ｔに比較して、突出した異常値を除いたデータの中から限値と下限値を設定し、この上限値と下限値との範囲内を正常範囲に設定する。一方、正常範囲を外れた値は、異常値と認定する。

本実施形態では、まず、中心の支持杭１（起振杭１１）から水平距離Ｌが最も離れた支持杭１（角部の支持杭１，１，…）への弾性波ｗの到達時間ｔと水平距離Ｌとの関係により、グラフを作成する。４本の支持杭１，１，…の計測結果をプロットしたら、異常値の有無を確認する。次に、各プロットにより上限値と下限値を設定し、原点（０，０）から上限値および下限値まで直線を引き、正常範囲を設定する。なお、異常値が発見された場合は、この値（異常値）を除外する。

以後、その他の受信杭１２の測定結果をプロットし、正常範囲内であることを確認する。支持層Ｇ１の傾斜や褶曲によって支持杭１の先端が支持層Ｇ１に到達していない場合には、弾性波の到達時間ｔが遅れるため、プロットが正常範囲から外れた位置となる。

確認工程において、支持層Ｇ１に到達していないと判断された支持杭１（正常範囲から外れた支持杭１）は、支持杭１をさらに圧入または打ち込む。一方、支持層Ｇ１に到達していると判断された支持杭１は、既成杭の外面と掘削孔の内壁面との隙間に充填材を充填して、支持杭１の施工を完了させる。

なお、確認工程では、必要に応じて弾性波の振幅の大きさによって、支持杭１の支持層Ｇ１への到達の有無を確認する。
Ｓ波は、含水比を多量に含む粘性土等で減衰する。そのため、軟弱層Ｇ２が粘性土のケースや、支持層Ｇ１が風化して軟弱層化している場合は、弾性波の振幅を小さくすると、軟弱層Ｇ２（軟弱層化した支持層）中で減衰し、弾性波が伝播しなくなる。そのため、弾性波の振幅の大きさによって、軟弱層Ｇ２の介在を把握することができる。

本実施形態によれば、支持層Ｇ１を伝播した弾性波ｗを受信することで、支持杭１の先端が支持層Ｇ１に到達したか否かを短時間で確認することができる。そのため、支持杭１の施工を効率的かつ確実に行うことができる。

また、支持層Ｇ１の弾性波速度が不明な場合であっても、測定結果に基づいて作成した弾性波ｗの到達時間ｔと水平距離Ｌとの関係によって、支持杭１の先端が支持層Ｇ１に到達したか否かを確認することができる。
また、各支持杭１について支持層Ｇ１の到達を確認することで、支持層Ｇ１の三次元的な形状（地層の傾斜や風化の進捗度等）を把握することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、弾性波の到達時間と振幅の大きさにより、支持杭１が支持層Ｇ１へ到達したか否かを確認したが、弾性波の到達時間または振幅の大きさのいずれか一方によって、支持杭１の支持層Ｇ１への到達を確認してもよい。

前記実施形態では、複数の支持杭を施工した後に、支持杭の支持層到達確認を行う場合について説明したが、支持層到達確認を行うタイミングは、これに限定されない。例えば、支持杭１を施工するたびに行ってもよい。すなわち、１の支持杭１の支持層への到達が確認されて、施工を完了させてから、次の支持杭１の施工を開始してもよい。

前記実施形態では、複数の支持杭１のうち、中心に配設された支持杭１を起振杭１１として、下端に起振器２を設けたが、起振器２の設置個所はこれに限定されない。例えば、地盤に形成したボーリング孔に設けてもよい。
また、起振点（ボーリング孔等）は、支持杭施工箇所のエリア外に設定してもよい。

また、計測工程では、支持杭１の杭打ち止め管理時に生じる振動（弾性波）を、他の支持杭１（受信杭１２）に設けた受信器によって測定してもよい。こうすることで、起振器２の使用に要する手間や費用を省略することができる。

現場打ち杭の支持層到達確認を行う場合には、起振杭１１の中心部に予め鋼管等を設けておくことで、中空の支持杭１を形成しておき、この鋼管を利用して起振器２を起振杭１１の下端に設ければよい。

また、オールケーシング工法において、本発明の支持杭の支持層到達確認方法を適用する場合には、ケーシング（鋼管）を地中に圧入した状態で、計測工程および確認工程を実施すればよい。

１ 支持杭（杭）
１１ 起振杭
１２ 受信杭
２ 起振器
３ 受信器
Ｇ１ 支持層
Ｇ２ 軟弱層

Claims (4)

1. 支持層内に設定された起振点において弾性波を発生させ、
   前記起振点から平面視で離れた位置に形成された杭に設けた受信器によって前記弾性波を受信し、
   前記受信器によって受信した前記弾性波の到達時間または振幅によって前記杭の先端が支持層に到達しているか否かを確認することを特徴とする、支持杭の支持層到達確認方法。
2. 前記起振点が、前記杭とは異なる他の杭の先端に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の支持杭の支持層到達確認方法。
3. 前記弾性波を複数の杭に設けられた受信器によって受信することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の支持杭の支持層到達確認方法。
4. 地盤に杭を設置する杭設置工程と、
   支持層内に設けられた起振点において弾性波を発生させるとともに、前記杭に設けられた受信器によって前記弾性波を受信する計測工程と、
   前記受信器によって受信した前記弾性波の到達時間または振幅によって前記杭の先端が支持層に到達したか否かを確認する確認工程と、を備える支持杭の施工方法であって、
   前記確認工程において、前記杭の先端が支持層に到達したことが確認された場合は当該杭の圧入または打ち込みを終了し、前記杭の先端が支持層に到達していないことが確認された場合は当該杭をさらに圧入または打ち込むことを特徴とする、支持杭の施工方法。

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