JP2005054501A - 杭の損傷防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工が容易で工期を短縮でき、しかもコスト削減を図ることのできる杭の損傷防止方法を提供する。
【解決手段】地盤１内に複数埋設された杭４，…の略鉛直方向Ｂに対して略直交する方向に薬液を注入することによって、杭４，…の周囲に未改良部分７，…を残して、地盤１の略鉛直方向Ｂに沿って複数段の水平改良体６，…を造成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤内に略鉛直方向に複数埋設されて、該地盤上に構築される構造物を支持する杭の損傷防止方法に関する。

従来より、杭基礎構造物の直下や周辺地盤の液状化対策として、例えば、薬液注入により液状化のおそれのある杭基礎の周辺を集中的に固化したり、連続地中壁や、増し杭を基礎外周に打設するなどして基礎地盤を全面的に改良して強度向上を図っていた。
しかしながら、薬液注入による固化方法は、材料費が高く、大量のセメント等の固化材ミルクを消費しながら全体改良を行うことから非常にコストがかかるという問題がある。また、連続地中壁を地盤内に構築する場合には、液状化を防止するには相当の範囲の改良が必要であり、また、増し杭を打設する場合も杭径の増大や杭の曲げ剛性の増大により、コストが割高となる。さらに、基礎地盤を全面的に改良した場合、地盤の上部に位置する構造物と全体改良部分とが、地震時に一つの剛体として挙動し、これによって杭の損傷や破壊等を招いてしまうという欠点もある。

そこで、液状化のおそれのある地盤に、高圧噴射ノズルを備えた攪拌ロッドを回転させながら、所定深度まで貫入後、固化材ミルクを高圧で噴射しつつ攪拌翼と高圧ジェットとで固化材ミルクと原土とを攪拌・混合しながら鉛直固化杭を、所定の間隙をおいて複数列打設して鉛直柱列固化杭群を形成する。その後、各鉛直柱列固化杭群の上面に、該鉛直柱列固化杭群と一体となる水平固化盤を打設する工法が知られている（特許文献１参照）。これにより、基礎地盤の改良を行うことができるとともに、地盤の全面を改良しないことから安価に実施することができる。また、水平固化盤は、各鉛直柱列固化杭群の上面以外にも地盤内に所定間隔をおいて複数段設けている。
特開２００１−２０２７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の改良工法において、各鉛直柱列固化杭群の上面や、地盤内に所定間隔に、各鉛直柱列固化杭群と一体になるように打設された水平固化盤は、鉛直固化杭に対して未改良部分のないように固化材ミルクを打設することによって造成している。すなわち、鉛直固化杭の外周面に固化材ミルクを隙間無く打設することは非常に困難な作業で手間がかかり、工期も長く、地盤の改良率が高いことからコストも増大するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、施工が容易で工期を短縮でき、しかもコスト削減を図ることのできる杭の損傷防止方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、例えば、図１及び図２に示すように、地盤１内に略鉛直方向Ｂに複数埋設されて、該地盤上に構築される構造物５を支持する杭４，…の損傷防止方法であって、
前記杭の略鉛直方向に対して略直交する方向に薬液を注入することによって、前記杭の周囲に未改良部分７，…を残して、前記地盤の略鉛直方向に沿って複数段の水平改良体６，…を造成することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、杭の略鉛直方向に対して略直交する方向に薬液を注入することによって、杭の周囲に未改良部分を残して、複数段の水平改良体を造成するので、これら複数段の水平改良体によって地盤が改良されて、複数段の水平改良体が、地震時の液状化の発生に伴い低減した地盤の水平地盤反力として作用し、杭の大きな変形に伴って生じる損傷や破壊等を防止することができる。しかも、地盤を全面的に改良固化せず、杭の周囲には未改良部分を残すので、従来の特許文献１のように未改良部分の無い場合に比して、薬液を注入し易く施工が容易で、施工期間の短縮化を図れるとともに、高価な薬液の注入範囲を少なくすることができることから安価に施工することが可能となる。また、この未改良部分も周りの水平改良体に挟まれることによって、未改良部分の完全液状化を抑制することができる。
さらに、施工機械も軽量で小型とすることができ、過密な都市部や施工スペースが狭い場合での施工も実施可能となる。

請求項２の発明は、例えば、図２に示すように、請求項１に記載の杭の損傷防止方法において、
前記未改良部分は、前記地盤の液状化に伴う側方流動の流動方向Ａに対して略直交する方向に沿って設けることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、未改良部分は、地盤の側方流動の流動方向に対して略直交する方向に沿って設けるので、未改良部分が側方流動による外力を正面から直接受けることなく、水平改良体でその外力を受けることとなり、側方流動に対する十分な耐力を確保できる構造とすることができる。また、このとき上部の構造物から受ける慣性力に対しても十分な耐力を確保することができ、構造物の慣性力によって生じる杭頭の大変形、損傷及び破壊を抑制することができる。

請求項３の発明は、例えば、図３に示すように、請求項１又は２に記載の杭の損傷防止方法において、
互いに上下に隣接する水平改良体間に、前記地盤の液状化に伴う側方流動の流動方向に対向するように拘束変形壁８を設けることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、互いに上下に隣接する水平改良体間に、側方流動の流動方向に対向するように拘束変形壁が設けられるので、拘束変形壁によって上下に隣接する水平改良体が一つの構造体となって、剛性をより一層高めることができる。したがって、拘束変形壁が、液状化の発生に伴い低減された地盤反力として作用し、杭の大変形を抑制することができ、この点においても杭の大きな変形に伴って生じる損傷や破壊等を防止することができる。

請求項４の発明は、例えば、図４に示すように、請求項１〜３のいずれか一項に記載の杭の損傷防止方法において、
前記複数段の水平改良体のうち少なくとも一段の水平改良体６Ａを、その厚さが異なるように造成することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、少なくとも一段の水平改良体を、その厚さが異なるように造成するので、杭の略鉛直方向を局所的に補強することができる。すなわち、事前の地震応答解析や被害事例に基づき、複数の水平改良体のうち、所定の水平改良体の厚さを適宜変えることによって、水平方向の杭の剛性を自在に調整することができ、構造物の重要度に応じて低コストで合理的な対策を行うことができる。

本発明に係る杭の損傷防止方法によれば、杭の略鉛直方向に対して略直交する方向に薬液を注入することによって、杭の周囲に未改良部分を残して、複数段の水平改良体を造成するので、杭の大きな変形、損傷、破壊等を防止することができ、しかも、従来に比して改良範囲を大幅に縮減でき、施工が容易で、施工期間の短縮化及びコストの削減を図ることができる。また、杭の周囲に残された未改良部分も周りの水平改良体に挟まれることによって、未改良部分の完全液状化を抑制することができる。

以下、本発明の第１及び第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すためのもので地盤内における杭と水平改良体との配置を示す縦断面図、図２は、杭と水平改良体との配置を示す概略斜視図である。
本発明に係る杭の損傷防止方法について図１及び図２に基づいて説明する。
本発明の杭の損傷防止方法は、例えば、地盤内に略鉛直方向に複数埋設されて、該地盤上に構築された既設構造物を支持する杭が、地盤の液状化に伴う側方流動や上部の構造物から受ける慣性力によって損傷することを防止するために好適に施される。

図１に示す地盤１では、地表面に近い地層が地震時に液状化する可能性のある液状化地盤２であり、この液状化地盤２の下方の地層は非液状化地盤３である。そして、図１及び図２では、液状化地盤２内に略鉛直方向Ｂに、複数の杭４，…が等間隔に縦横それぞれ４列ずつ略直線上に埋設されており、構造物５の鉛直荷重を支持している。これら杭４，…の種類は、既成コンクリート杭、現場造成杭、鋼管杭等のいずれでも良い。

このような複数の杭４，…が埋設された地盤１内に、地盤１に対して略水平で、杭４，…の略鉛直方向Ｂに対して略直交する方向に薬液を注入することによって、杭４，…の周囲に未改良部分７，…を残して、地盤１の略鉛直方向Ｂに沿って複数段の水平改良体６，…を造成する。

具体的には、ボーリング機械によって、両サイドの杭４、４の側方（すなわち、右サイドの杭４の右側方や左サイドの杭４の左側方）及び横方向Ｘに隣接する杭４，…間の地盤１内に所定の深度まで先行削孔していき、地盤１の略鉛直方向Ｂに沿って複数の挿入孔（図示しない）を形成する。
その後、形成した挿入孔に専用ロッド（図示しない）を挿入し、専用ロッドのノズルを縦方向に移動させながら薬液を高圧で噴射し、専用ロッドを徐々に引き上げていく。そして、所定の高さ（造成する水平改良体６の厚みとなる位置）まで注入し、一段の水平改良体６を造成する。
このようにして造成された水平改良体６は、杭４の幅分だけ縦方向Ｙに沿って長尺な複数の未改良部分７，…が所定間隔毎に配置された平面視略短冊型とされる。
また、これら未改良部分７，…は、側方流動の流動方向Ａ（例えば、山側から海側へと地盤１が流動する方向）に対して略直交する方向に延出している。

以上のようにして一段の水平改良体６を造成したら、再び、所定の深度に引き上げられた専用ロッドから薬液を注入していき、同様の作業を繰り返して複数段の水平改良体６，…を造成していく。ここで、造成された複数段の水平改良体６，…は、その鉛直方向Ｂの厚さがともに等しいものとする。

薬液としては、例えば、恒久性や耐久性、浸透性に優れ、ゲルタイムの長い溶液型の超微粒子シリカ系薬液や活性シリカ系薬液、水ガラス系薬液、懸濁型のセメント系薬液等を使用することができ、要求されるコストや地盤１の強度等の用途に応じて適宜選択する。

以上、本発明の第１の実施の形態によれば、杭４，…の略鉛直方向Ｂに対して略直交する方向に薬液を注入することによって、杭４，…の周囲に未改良部分７，…を残して、複数段の水平改良体６，…を造成するので、複数段の水平改良体６，…によって地盤１が改良されて、杭４，…の大きな変形に伴って生じる損傷や破壊等を防止することができる上、地盤１を全面的に改良固化しないため、安価に施工することができる。また、杭４，…の周囲には未改良部分７，…を残すので、従来のように未改良部分の無い場合に比して、薬液を注入し易く施工が容易で、施工期間の短縮化及びコストの削減を図ることができる。また、この未改良部分７，…も周りの水平改良体６，…に挟まれることから、未改良部分７，…の完全液状化を抑制することができる。
さらに、施工機械も軽量で小型とすることができ、過密な都市部や施工スペースが狭い場合での施工も実施可能である。
また、未改良部分７，…は、地盤１の側方流動の流動方向Ａに対して略直交する方向に沿って設けるので、未改良部分７，…が側方流動による外力を正面から直接受けることなく、側方流動に対する十分な耐力を確保できる構造とすることができる。また、このとき、上部の構造物５から受ける慣性力に対しても十分な耐力を確保することができる。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態を示すためのもので、杭と水平改良体との配置を示す概略斜視図である。
本発明の第２の実施の形態の杭の損傷防止方法は、第１の実施の形態と異なり、図３に示すように互いに上下に隣接する水平改良体６、６間に、地盤１の側方流動の流動方向Ａに対向するように拘束変形壁８を設ける。なお、図３において、図１と同様の構成部分については同様の符号を付してその説明を省略する。

具体的には、上述のようにボーリング機械によって水平改良体６の左右側方にあたる位置にそれぞれ略鉛直方向Ｂに沿って地盤１を削孔し、削孔した挿入孔に専用ロッドを挿入して薬液を高圧で注入していく。そして、専用ロッドを徐々に引き上げていき、水平改良体６の左右側面にそれぞれ一体となるように、地盤１の略鉛直方向Ｂに沿って造成する。このようにして略鉛直方向Ｂに連続的に造成された拘束変形壁８によって、上下に隣接する水平改良体６、６どうしがつなげられる。

拘束変形壁８は、この他に例えば、シートパイル等の鋼矢板を互いに噛み合わせて連続的に打設してなる鋼矢板式連続地中壁、鋼管矢板を同様に互いに噛み合わせて連続的に打設してなる鋼管矢板式連続地中壁等が挙げられ、いずれでも良い。

以上、本発明の第２の実施の形態によれば、互いに上下に隣接する水平改良体６、６間に、側方流動の流動方向Ａに対向するように拘束変形壁８が設けられるので、拘束変形壁８によって上下に隣接する水平改良体６、６が一つの構造体となって、構造体とされた改良体群の剛性をより一層高めることができる。したがって、この点においても杭４，…の損傷や破壊等を防止することができる。
その他、第１の実施の形態と同様の構成部分については同様の効果を得ることができるので、その説明については省略する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した複数段の水平改良体６，…は、それぞれの厚さが略等しいものであるとしたが、図４に示すように、特に地表面に近い地層に配置される水平改良体６Ａの厚さを厚くしても良い。このように地表面に近い地層の水平改良体６Ａの厚さを厚くすることによって、地表面近くで発生し易い杭４，…の変形を確実に抑制でき、しかも、液状化の発生を抑制することができる。また、地盤１上に構築される構造体５の沈下を確実に抑制することも可能となる。

また、図５に示すように、地表面に近い地層から下方の地層に向けて水平改良体６Ｂ、６Ｂ’、６Ｂ’’の横方向の幅（改良面積）が短くなるように造成しても良い。
さらに、図６に示すように図４と図５とを組み合わせて、地表面に近い地層に配置される水平改良体６Ｃの厚さを厚くし、かつ、地表面に近い地層から下方の地層に向けて水平改良体６Ｃ、６Ｃ’、６Ｃ’’の横方向の幅が短くなるように造成しても構わない。

また、第１及び第２の実施の形態における水平改良体６は、縦方向Ｙに長尺な未改良部分７，…を複数有した平面視略短冊型であったが、これに限らず例えば図７に示すように、平面視矩形状の未改良部分７Ｄを中央部分に有し、未改良部分７Ｄの外周を枠状に囲んだ水平改良体６Ｄとしても良い。
また、図８に示すように、図７の水平改良体６Ｄにおいて中央部分の未改良部分７Ｄに、さらに平面視十字型状の改良部分６Ｅを設けても良い。
なお、図７及び図８に示す水平改良体６Ｄ、６Ｅにおいて、未改良部分７Ｄにそれぞれ複数の杭（図示しない）を配置するものとする。

また、複数の杭４，…の配置も縦横に等間隔に４列ずつであるとしたが、特にこれに限定されるものではなく、任意の間隔で縦横に５列以上配置しても良い。
さらに、水平改良体６の段数も構造物５の規模や液状化層厚によって増やしたり、上下に隣接する水平改良体６、６をより密に設け、剛性を高めるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、既設の構造物５を対象とする場合について説明したが、新設の構造物にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態を示すためのもので、地盤内における杭と水平改良体との配置を示す縦断面図である。 同、杭と水平改良体との配置を示す概略斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示すためのもので、杭と水平改良体との配置を示す概略斜視図である。 その他の変形例を示すためのもので、地盤内における杭と水平改良体との配置を示す縦断面図である。 同、地盤内における杭と水平改良体との配置を示す縦断面図である。 同、地盤内における杭と水平改良体との配置を示す縦断面図である。 同、水平改良体の平断面図である。 同、水平改良体の平断面図である。

符号の説明

１ 地盤
４ 杭
５ 構造物
６、６Ａ 水平改良体
７ 未改良部分
８ 拘束変形壁
Ａ 流動方向
Ｂ 鉛直方向

Claims (4)

1. 地盤内に略鉛直方向に複数埋設されて、該地盤上に構築される構造物を支持する杭の損傷防止方法であって、
   前記杭の略鉛直方向に対して略直交する方向に薬液を注入することによって、前記杭の周囲に未改良部分を残して、前記地盤の略鉛直方向に沿って複数段の水平改良体を造成することを特徴とする杭の損傷防止方法。
2. 前記未改良部分は、前記地盤の液状化に伴う側方流動の流動方向に対して略直交する方向に沿って設けることを特徴とする請求項１に記載の杭の損傷防止方法。
3. 互いに上下に隣接する水平改良体間に、前記地盤の液状化に伴う側方流動の流動方向に対向するように拘束変形壁を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭の損傷防止方法。
4. 前記複数段の水平改良体のうち少なくとも一段の水平改良体を、その厚さが異なるように造成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の杭の損傷防止方法。

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