JP2005290888A - 圧入支持杭並びに圧入支持杭の施工方法及び設計方法 - Google Patents
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Abstract
地盤改良により圧入支持杭の使用荷重に合った地層を支持層とし、施工のコストを削減する。また、圧入支持杭の特性を実測値から求め、圧入支持杭の信頼性を高め、安全率を多く取ることで生じていた無駄をなくす。
【解決手段】
圧入支持杭1にかかる摩擦抵抗を低減させながら圧入し、摩擦抵抗による支持力を排除して、圧入支持杭1先端部の地盤の支持力に基づく圧入支持杭1の特性を正しく評価する。また、圧入支持杭1に対して静荷重の付加と解放を圧入支持杭1の垂直変位が所定の変位量以下となるまで繰り返し、圧入支持杭1先端部の地盤をほぼ弾性化するとともに、静荷重の変化と圧入支持杭1の垂直変位量が比例関係となるようにし、この関係から圧入支持杭1の特性を求めて評価する。評価杭2を用いて圧入支持杭としての特性を求めて評価した後、圧入支持杭1を設計し、地盤の状態や上部構造物に合った適切な圧入支持杭を構築する。
【選択図】図6
Description
この支持杭の設計、施工にあたっては、標準貫入試験によって地層の構成を調査するとともに、地層の硬さを評価する値であるN値を求め、ある一定の値以上のN値と厚さを持つ地層を支持層とするとしている。
この理論によれば、支持杭の先端部の地盤は理想状態において、あるモデルに従う挙動をすると考えられており、土質によって決まる土質の粘着力、内部摩擦角、上載圧力などの基礎常数をこのモデルに適用すれば、杭先端部での極限支持力を推定できるとされている(例えば、非特許文献1参照)。
また、実際に施工した支持杭の支持力の評価は、載荷試験によって行われており、これによって、杭の第1限界支持力、第2限界支持力を求め、支持杭の極限支持力を算出して評価している。
土木学会編、「土木工学ハンドブックI」、第四版、技報堂出版、1989年11月18日、p.373−379
また、テルツァギらの理論における理想状態のモデルで用いられる土質の基礎常数は、いずれも推定値であり、さらに、実際の杭先端部における地盤の挙動は、地盤内部の構造が複雑なため、必ずしもこの理想状態を取るとは言えない。すなわち、上述したように、テルツァギらの理論における極限支持力はあくまでも推定値である。
よって、支持杭の設計段階において安全率等を多く取るような設計とするため、深い所にある硬い地層を支持層として、極端に長い支持杭を設計することもあった。
しかし、支持杭の使用荷重等によっては、これより浅い層を支持層とすることが可能であり、実際の使用荷重に対する無駄が多くなっていた。
また、実際に使用される圧入支持杭についての特性を、実測値から求められるようにし、支持杭の信頼性を高めるとともに、安全率を多く取ることで生じていた無駄を無くすことである。
前記圧入支持杭1にかかる摩擦抵抗を低減させるように前記圧入支持杭1を圧入する圧入工程と、
前記圧入工程における圧入力が所望の圧入力の範囲となった場合に、前記圧入工程で圧入された前記圧入支持杭1に対して、前記圧入力に対応する静荷重の付加と解放を前記圧入支持杭1の垂直変位量が所定の変位量以下となるまで繰り返す静荷重付加工程と、
を有することを特徴とする。
このように、圧入支持杭1にかかる摩擦抵抗を低減させながら圧入する圧入工程を有することで、圧入工程の後に行う静荷重付加工程で、付加した静荷重を効率よく圧入支持杭杭先端部に伝達できるようになる。また、摩擦抵抗による圧入支持杭1の支持力を排除でき、圧入支持杭先端部の地盤の支持力のみに基づく圧入支持杭1の特性を求められる。
また、圧入工程における圧入力が所望の圧入力の範囲となった場合に、圧入支持杭1に対して静荷重の付加と解放を繰り返す静荷重付加工程を有することで、圧入支持杭先端部の地盤をほぼ弾性化することができ、地盤を改良することができる。
さらに、この静荷重の付加と解放を圧入支持杭1の垂直変位量が所定の変位量以下となるまで繰り返すことで、静荷重の変化と圧入支持杭1の垂直変位量が比例関係となり(地盤が弾性化)、この関係から圧入支持杭1の特性を求めて評価することができる。
ここで圧入支持杭の特性とは、静荷重の変化と圧入支持杭の垂直変位量の関係から求められるバネ常数と、静荷重付加工程で加えた静荷重の最大値である弾性限界荷重と、圧入支持杭に弾性限界荷重が加わったときの変位である弾性限界変位のことである。
また、実際に施工した圧入支持杭の特性を、確定値として把握できるので、支持杭の信頼性が向上する。
すなわち、評価杭2で求められた特性としての弾性限界荷重、弾性限界変位及びバネ常数等と上部構造物の設計から、上部構造物を支持する支持杭としての性能を評価し、この評価に基づいて支持杭の設計変更をすることができる。
前記圧入支持杭1の特性を求めて評価する評価杭2を、前記評価杭2にかかる摩擦抵抗を低減させるように圧入する圧入工程と、
前記評価杭2に対して所定の静荷重の付加と解放を、前記評価杭2の垂直変位量が所定の変位量以下となるまで繰り返す静荷重付加工程と、を用いて圧入し、
前記評価杭2の垂直変位量が所定の変位量以下となった状態における前記静荷重の変化と前記評価杭2の垂直変位量の関係から前記特性を求めて評価し、
前記特性の評価に基づき圧入支持杭1の数、材質、長さ、断面形状などの圧入支持杭1に関する設計データを決定することを特徴とする。
本発明において、圧入支持杭1の施工を行う杭圧入引抜装置は、本体に対して上下に昇降可能な杭を把持する把持手段を備え、自重や反力装置、先に圧入した杭等から反力を得て地盤に杭を圧入できるものである。
以下、このような杭圧入引抜装置を用いた圧入支持杭1の設計方法及び施工方法について説明する。
なお、後述する静荷重付加工程における静荷重の付加と解放による地盤の弾性化は、荷重に対して地盤が変形するときに時間依存性がないもの、つまり、荷重の増減速度に関係なく荷重と変位がほぼ線形に対応するもの、例えば、砂質土、砂、礫質土及び礫のように土質中に粒径が0.075mm以上の粒子を50%より多く含むものに対して好適である。これ以外の土質において、例えば、シルトは支持層として不適である。また、粘性土は、荷重に対する地盤の変位が荷重の増減速度にも影響されるので、荷重と変位の関係が複雑となり、本発明の工法で弾性化しない可能性があるため不適である。
このため、本発明の工法において、圧入支持杭1を支持する支持層としては、例えば、砂質土のような、荷重に対して変形するときに時間依存性がない土質からなり、かつ、所定の厚みを有する層であることが必要であって、土質調査によってこのような層の存在を確認する必要がある。
土質調査の結果から支持層として適用でき得ると判断された地層に対し、杭圧入引抜装置を用いて評価杭2に働く摩擦抵抗を低減させるようにして圧入する。この評価杭2に働く摩擦抵抗を低減させる圧入方法としては、例えば、図1に示すように、(a)所定の長さだけ評価杭2を圧入した後、(b)この所定の長さの範囲で評価杭2を引き上げ、(c)再び引き上げた長さだけ評価杭2を圧入する動作を一つの工程とし、この工程を繰り返して所定の深さまで評価杭2を圧入する方法とする。
このように評価杭2を上下動させながら圧入することで、評価杭2の周面と地盤の間に働く摩擦抵抗が低減されるとともに、評価杭2の周面付近の地盤内部における剪断破壊が促進され、評価杭2に働く摩擦抵抗が低減される。
よって、圧入支持杭1を圧入する時の力の損失を最低限にすることができ、軸力として圧入支持杭1の先端部に伝達できるようになる。
なお、このとき加える静荷重の最大値Pは、圧入工程でこの地層に評価杭2を圧入したときの圧入力(圧入最終荷重)に対応するものとする。すなわち、圧入最終荷重と等しいか、圧入支持杭1の使用荷重の限界値を下回らない範囲で圧入最終荷重よりも小さいものとする。また、Bの状態においては、付加した静荷重の最大値Pで静荷重を保持せず、すぐに解放するものとする。さらに、静荷重を解放した状態A、Cにおいては、静荷重を完全に0とする必要はなく、若干の静荷重が残っていても良い。
地盤に対して評価杭2を通じて静荷重を付加すると地盤が沈み、この静荷重を解放すると沈んでいた地盤が元に戻る。この地盤の変位は杭頭の垂直変位量により観測でき、この杭頭の垂直変位量と荷重の変化との関係を示したものが図4であり、このうち、静荷重付加工程の1サイクルにおける杭頭の垂直変位量と荷重の変化を示したものが図5である。
なお、弾性化した地盤において、静荷重の付加と杭頭の垂直変位量の関係は、完全な線形ではなく、静荷重の増加時と減少時とで同じ荷重がかかっていても異なった変位量を示すが、静荷重の付加前と静荷重の解放後での杭頭の垂直変位量の差がほぼなくなった状態を地盤が弾性化した状態とする。
なお、この評価杭2のバネ常数Kpは、評価杭2先端の地盤のバネ常数と評価杭2自体のバネ常数が複合したものである。
上述した評価杭2の施工によって求められた評価杭2のバネ常数Kpと、付加した静荷重の最大値から図6に示すような特性図を作成することができる。この特性図においては、縦軸が荷重、横軸が杭頭の垂直変位量となっており、原点Oを通り、静荷重付加工程で測定された評価杭2のバネ常数Kpを傾きとする直線Lが、付加した静荷重の最大値Pとなる点まで引かれている。
例えば、仮設計した評価杭2の圧入工程において、使用荷重の限界値以上の圧入力を要する地層がなかったときは、杭の数を増やして各圧入支持杭1の使用荷重を減らすようにする。もしくは、圧入支持杭1の長さを長くし、より深いところにある強固な地盤を支持層としたりして十分な支持力を得られるようにする。ただし、圧入支持杭1の材質、断面形状なども総合的に判断し、細くて極端に長い杭を施工するような設計にならないようにする。逆に、仮設計よりも浅い位置に支持層として好適な地層があったときは、圧入支持杭1を短くすることや、数を減らすことでコストを削減できる。
以上のような圧入支持杭1の設計において、当初の設計から大きな設計変更が必要となった場合は、新たな設計を元に再度評価杭2を仮設計して施工し特性を求め、特性の再評価を行っても良い。
例えば、施工した土質と圧入支持杭1の形状などとともにその圧入支持杭1の特性図をデータベースとして蓄積しておき、新たに施工する場所における地盤の土質調査の結果をこのデータベースに照らし合わせ、圧入支持杭1として最適なものを選択できるようにする。このようにすれば、仮設計が容易になるとともに、仮設計と実際の設計との差を小さくでき、設計変更にかかる手間を削減できる。
圧入支持杭1の施工方法は、上述した評価杭2の施工方法と同じであり、圧入支持杭1にかかる摩擦抵抗を低減するように地盤に圧入する圧入工程と、目的とする地層において、圧入支持杭1の垂直変位が所定の変位量以下となるまで繰り返す静荷重の付加と解放を繰り返す静荷重付加工程により施工する。
以上のように設計、施工された圧入支持杭1は、この上部に構築される構造物を支持するものとして使用される。
また、静荷重付加工程における静荷重の昇降圧速度も任意であり、その他、具体的な工程等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
2 評価杭
P 圧入最終荷重(弾性限界荷重)
Claims (7)
- 地盤に圧入されて上部構造物を支持する圧入支持杭の施工方法において、
前記圧入支持杭にかかる摩擦抵抗を低減させるように前記圧入支持杭を圧入する圧入工程と、
前記圧入工程における圧入力が所望の圧入力の範囲となった場合に、前記圧入工程で圧入された前記圧入支持杭に対して、前記圧入力に対応する静荷重の付加と解放を前記圧入支持杭の垂直変位量が所定の変位量以下となるまで繰り返す静荷重付加工程と、
を有することを特徴とする圧入支持杭の施工方法。 - 前記圧入工程における圧入方法は、所定の長さ範囲の圧入を順次繰り返す方法とし、かつ、前記圧入方法は前記所定の長さ範囲で圧入された前記圧入支持杭を、前記所定の長さ範囲で引き上げ、再び圧入する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の圧入支持杭の施工方法。
- 前記圧入支持杭の垂直変位量が所定の変位量以下となった状態における前記静荷重の変化と前記圧入支持杭の垂直変位量の関係から、前記圧入支持杭の特性を求めて評価することを特徴とする請求項1または2に記載の圧入支持杭の施工方法。
- 前記圧入支持杭を圧入する前に、前記圧入支持杭の前記特性を求めて評価する評価杭を、前記圧入工程と前記静荷重付加工程とを用いて圧入して前記特性を求めて評価した後、前記特性の評価に基づき設計された前記圧入支持杭の圧入を行うことを特徴とする請求項3に記載の圧入支持杭の施工方法。
- 地盤に圧入されて上部構造物を支持する圧入支持杭の設計方法において、
前記圧入支持杭の特性を求めて評価する評価杭を、前記評価杭にかかる摩擦抵抗を低減させるように圧入する圧入工程と、
前記評価杭に対して所定の静荷重の付加と解放を、前記評価杭の垂直変位量が所定の変位量以下となるまで繰り返す静荷重付加工程と、を用いて圧入し、
前記評価杭の垂直変位量が所定の変位量以下となった状態における前記静荷重の変化と前記評価杭の垂直変位量の関係から前記特性を求めて評価し、
前記特性の評価に基づき支持杭の数、材質、長さ、断面形状などの支持杭に関する設計データを決定することを特徴とする圧入支持杭の設計方法。 - 請求項1から4の何れか一項に記載の圧入支持杭の施工方法を用いることで構築された圧入支持杭であって、
前記圧入工程を行った後に前記静荷重付加工程を行うことで構築されたことを特徴とする圧入支持杭。 - 請求項5に記載の圧入支持杭の設計方法で設計された圧入支持杭であって、
前記評価杭の特性の評価に基づいて設計され、かつ、前記圧入工程を行った後に前記静荷重付加工程を行うことで構築されたことを特徴とする圧入支持杭。
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