JP2004250987A

JP2004250987A - 杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法

Info

Publication number: JP2004250987A
Application number: JP2003042315A
Authority: JP
Inventors: Sadao Yabuuchi; 貞男藪内
Original assignee: Geotop Corp
Current assignee: Geotop Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: JP4184113B2

Abstract

【課題】施工法を選ばず、簡易な装置で施工できるとともに、杭頭付近の周囲地盤を締め固めて改良し、地盤反力を高めるとともに、杭と改良層との一体性を高めることができる杭の水平抵抗増強方法を提供すること。
【解決手段】施工中又は施工後に、杭１の杭頭部２に起振機３を設置して杭頭部２を水平方向又は周方向に振動させることにより杭１の周囲に空隙４を形成し、この杭周囲と地盤との間に形成された空隙４には、膨張性及び固化性を有する紛粒状のスラグ５を、充填材として地上から杭１の全周に均一量で連続又は断続的に充填する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法に関し、特に、簡易な装置で施工できるとともに、杭頭付近の周囲地盤を締め固めて改良し、地盤反力を高めることができる杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、杭基礎の水平抵抗を増強させる技術は、いくつか提案されている。例えば、従来の杭の水平抵抗増強方法として、軟弱地盤中に打設される埋め込み杭の杭径を上部構造物を支持するのに必要な鉛直支持力に見合う大きさとし、この埋め込み杭の杭頭付近の外周地盤を、水平方向には前記杭径の数倍程度の範囲、深さ方向には地盤上端面から前記水平方向範囲の数倍から十数倍程度の深さ範囲にわたり同軟弱地盤の地盤改良を行い、前記地盤改良部分の支圧効果によって杭の水平抵抗を増大させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１２７２７６号公報
【０００４】
この杭の水平抵抗増強方法は、プレボーリング工法により杭頭付近を大径に掘削し、セメントミルクを注入し、ソイルセメント化して地盤改良を行い、そこに杭を埋設することにより、杭頭付近の地盤改良部分の支圧効果によって杭の水平抵抗を増加させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の杭の水平抵抗増強方法は、プレボーリング工法に限られるとともに、杭頭付近の軟弱な孔壁周囲地盤は何も改良されていないことから、地震等の水平外力に対して地盤反力が小さく、杭と改良層との一体性がなくなり、結果として杭の水平抵抗は増強されにくいことが考えられる。
また、杭頭付近を大径に掘削する必要があることから、施工コストが上昇するとともに、排土の発生量が増大し、さらに、杭頭付近の周囲地盤を緩めてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の杭の水平抵抗増強方法が有する問題点に鑑み、施工法を選ばず、簡易な装置で施工できるとともに、杭頭付近の周囲地盤を締め固めて改良し、地盤反力を高めるとともに、杭と改良層との一体性を高めることができる杭の水平抵抗増強方法を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、本発明の杭の水平抵抗増強方法と組み合わせることにより、コストと時間を節減して杭の水平耐力を測定することができる水平耐力測定方法を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、本発明の杭の水平抵抗増強方法は、施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機を設置して杭頭部を水平方向又は周方向に振動させることにより杭の周囲に空隙を形成し、該空隙に粉粒体状の充填材を充填することを特徴とする。
ここで、「施工中」とは、既製杭（ＰＨＣ杭、コンクリート製節杭、ＲＣ杭、ＰＲＣ杭、ＳＣ杭、鋼管杭等）を、打ち込み杭工法、圧入杭工法等により、地盤に建て込む場合を意味し、「施工後」とは、上記既製杭を埋め込み杭工法で地盤に建て込むことに加え、場所打ち杭を場所打ち杭工法により構築する場合を含むものとする。
【０００９】
この杭の水平抵抗増強方法は、杭の杭頭部に起振機を設置して杭頭部を水平方向又は周方向に振動させることにより杭頭付近の充填材及び周囲地盤を締め固め、これによって形成した杭周囲の空隙に粉粒体状のスラグ等の充填材を充填して、杭頭付近の周囲地盤及び充填したスラグの密度を高めることができる。
【００１０】
この場合において、充填材に膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
【００１１】
これにより、施工後、充填した製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張固化することによって、杭頭付近の周囲地盤を圧密し、一層密度を高めることができる。また、製鋼スラグは、重い材料（単位体積重量が２０〜２３ｋＮ／ｍ^３程度）であるため、杭と周囲地盤との空隙に途中で詰まることなく投入することができる。さらに、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００１２】
また、上記第２の目的を達成するため、本発明の杭の水平耐力測定方法は、施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機と傾斜計又は変位計を設置して杭頭部を振動させるとともに、杭と周囲地盤の空隙にスラグ等の充填材を投入して締め固めを行い、計画最大加振力を加えた段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力に達したと判断することを特徴とする。
【００１３】
この杭の水平耐力測定方法は、施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機と傾斜計又は変位計を設置して杭頭部を振動させるとともに、杭と周囲地盤の空隙にスラグ等の充填材を投入して締め固めを行い、計画最大加振力を加えた段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力に達したと判断することにより、従来のような大がかりな水平載荷試験装置を使用することなく、簡単なセッティングによりコストと時間を節減して杭の水平耐力を測定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図２に、本発明の杭の水平抵抗増強方法の一実施例を示す。
杭の水平抵抗増強法は、施工方法にもよるが、施工中は杭を建て込んでから、あるいは、施工後はコンクリート、セメントミルク又はソイルセメントが固化してからのどちらでも実施できる。
この杭の水平抵抗増強方法は、杭１の杭頭部２に、杭の設計水平耐力、杭径、剛性等、さらに、起振機の能力（起振力）から最適な起振機３を選定して設置し、杭頭部２を水平方向（往復運動）又は周方向（円運動）に振動させることにより杭１の杭頭部付近の周囲に空隙４を形成し、この杭周囲と地盤との間に形成された空隙４には、粉粒体状の充填材（本実施例においては、膨張性及び固化性を有する紛粒状のスラグ５又は砂）を、地上から杭１の全周の空隙に均一量で連続又は断続的に充填するものである。
【００１６】
具体的には、
１．杭頭部２に直接、偏心モーター等の起振機３を設置する（図１（ａ）、（ｂ））。
２．起振機３の加振力を徐々に段階的に上げ、一定時間保持する。
３．起振機により杭頭部２を水平方向又は周方向に振動させ、杭外周部と地盤の間に空隙４を形成する（図１（ｃ））。
４．起振機を止めるか又は止めずに杭周囲と地盤との空隙４に、膨張性及び固化性を有するスラグ５（微粉末及び／又は微粒子状のスラグ（所定の溶融スラグを、所定の風圧で所定の風量を吹きつけること（風砕）によって、微細な球形状のものを得ることができる。））又は砂を、地上から杭１の全周に均一量で連続又は断続的に充填する（図１（ｄ））。
５．さらに上記２．〜４．の工程を、必要に応じて、１〜数回繰り返すことにより、杭周囲と地盤との空隙４にスラグ５又は砂を充填し、杭周囲と地盤との間にスラグ層５ａ、５ｂを形成する（図２（ａ）〜（ｄ））。
６．杭１の水平変位量が少なくなるか、ほとんど振動しなくなれば終了する。
そして、起振機の加振力は、設計水平耐力の１．３倍程度に換算される範囲内までかけるようにする。
【００１７】
起振機による杭周囲の地盤及びスラグの締め固めだけでなくスラグ５としては、スラグ自体の膨張及び固化を利用して杭周囲を強化なものにするため、遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯ等の膨張、固化成分を含有する膨張性及び固化性に富んだスラグを用いるのが好ましい。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理（具体的には、特に限定されるものではないが、例えば、約１００℃の蒸気中で１００時間程度保持したり、長期間屋外に野積みすることによる安定化処理）を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができ、特に、エージング処理前の製鋼スラグと、エージング処理後のスラグに強アルカリ物質を添加して用いることが好ましい。
ここで、強アルカリ物質としては、石膏、水砕スラグ、高炉スラグ、セメント、廃コンクリート等がある。
【００１８】
このように、充填するスラグ５に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、施工後、充填した製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグが周囲の地盤から吸水し、膨張固化することによって、杭頭付近の周囲地盤を圧密し、より一層地盤密度を高めることができる。また、製鋼スラグは、比重の重い材料（単位体積重量が２０〜２３ｋＮ／ｍ^３程度）で周囲の地盤に比べ重いため、杭と周囲地盤との空隙に途中で詰まることなく投入することができる。さらに、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００１９】
かくして、本実施例の杭の水平抵抗増強方法は、杭１の杭頭部２に起振機３を設置して杭頭部２を水平方向又は周方向に振動させることにより杭頭付近の充填材及び周囲地盤を締め固め、これによって形成した杭周囲の空隙４に粉粒体状のスラグ等の充填材を充填して、杭頭付近の周囲地盤の密度を高めることができる。
【００２０】
次に、杭の水平耐力測定については、予め、地盤のボーリング調査データと上部構造物の荷重、構造等から杭の要求する必要な水平耐力を算出して杭を施工する。
そして、本発明の杭の水平耐力測定方法によって、施工した杭１の杭頭部２に起振機３及び傾斜計又は変位計（図示省略）を設置して、起振機３により杭頭部２を水平方向（往復運動）又は周方向（円運動）に振動させて、杭と周囲地盤の空隙に充填材を投入していき、計画最大加振力を加えた段階で杭の振動が必要な変位量に達した状態が要求する杭１の水平耐力となる。
【００２１】
そして、具体的には、
１．杭頭部２に直接、偏心モーター等の起振機３と傾斜計又は変位計を設置する。
２．起振機３にかける加振力を数段階で徐々に上げ、段階加振力ごとの状態で一定時間を保持する。
３．起振機３により杭頭部２を水平方向又は周方向に振動させ、その時の起振機３の加振力を計測していく。
４．杭と周囲地盤の空隙にスラグ等の充填材を投入して周囲地盤及びスラグ等の締め固めを行いながら、起振機３の加振力を徐々に上げていき傾斜計又は変位計により傾斜角又は変位量が小さくなるまで一定時間加振力を与え続ける。
そして、計画最大加振力を加えた段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力に達したと判断する。
そして、起振機の加振力は、設計水平耐力の１．３倍程度の範囲内までかけるようにする。
【００２２】
かくして、本実施例の杭の水平耐力測定方法は、杭１の杭頭部２に起振機３を設置して、起振機３により杭頭部２を水平方向又は周方向に振動させ、起振機の加振力を計画最大加振力に達した段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力とすることができる。これにより、従来のような大がかりな水平載荷試験装置を使用することなく、簡単なセッティングによりコストと時間を節減して杭１の水平耐力を測定することができ、杭１の設計水平耐力の確認ができ、信頼性を向上することができる。
【００２３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明の杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法は、この実施例の記載に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の杭の水平抵抗増強方法によれば、杭の杭頭部に起振機を設置して杭頭部を水平方向又は周方向に振動させることにより杭頭付近の充填材及び周囲地盤を締め固め、これによって形成した杭周囲の空隙に粉粒体状のスラグ等の充填材を充填して、杭頭付近の周囲地盤及び充填したスラグの密度を高めることができる。
さらに、杭頭付近を大径に掘削する必要がないことから、杭頭付近を大径に掘削する従来の杭の水平抵抗増強方法の施工コストが上昇するとともに、排土の発生量が増大し、さらに、杭頭付近の周囲地盤を緩めてしまうという問題点を解消することができる。
【００２５】
この場合、充填材に膨張性及び固化性を有するスラグを用い、さらに、このスラグとして、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用い、また、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることにより、施工後、充填した製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張固化することによって、杭頭付近の周囲地盤を圧密し、一層密度を高めることができる。また、製鋼スラグは、重い材料（単位体積重量が２０〜２３ｋＮ／ｍ^３程度）であるため、杭と周囲地盤との空隙に途中で詰まることなく投入することができる。さらに、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００２６】
また、本発明の杭の水平耐力測定方法によれば、施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機と傾斜計又は変位計を設置して杭頭部を振動させるとともに、杭と周囲地盤の空隙にスラグ等の充填材を投入して締め固めを行い、計画最大加振力を加えた段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力に達したと判断することにより、従来のような大がかりな水平載荷試験装置を使用することなく、簡単なセッティングによりコストと時間を節減して杭の水平耐力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法の一実施例（施工中の打ち込み杭工法及び圧入杭工法の場合）を示す工程図である。
【図２】本発明の杭の水平抵抗増強方法及び水平耐力測定方法の連続した一実施例（施工中の打ち込み杭工法及び圧入杭工法の場合）を示す工程図である。
【符号の説明】
１杭
２杭頭部
３起振機
４空隙
５スラグ（充填材）
５ａスラグ層（充填材層）
５ｂスラグ層（充填材層）

Claims

施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機を設置して杭頭部を水平方向又は周方向に振動させることにより杭の周囲に空隙を形成し、該空隙に粉粒体状の充填材を充填することを特徴とする杭の水平抵抗増強方法。
充填材に膨張性及び固化性を有するスラグを用いることを特徴とする請求項１記載の杭の水平抵抗増強方法。
前記スラグが、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項２記載の杭の水平抵抗増強方法。
前記スラグに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものであることを特徴とする請求項２又は３記載の杭の水平抵抗増強方法。
施工中又は施工後に、杭の杭頭部に起振機と傾斜計又は変位計を設置して杭頭部を振動させるとともに、杭と周囲地盤の空隙にスラグ等の充填材を投入して締め固めを行い、計画最大加振力を加えた段階で傾斜角又は変位量が所定値に達した状態をもって要求水平耐力に達したと判断することを特徴とする杭の水平耐力測定方法。