JP2007224678A - 繋ぎ杭の施工方法および杭の保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繋ぎ杭の施工に際して杭の継ぎ足し作業を効率的に行う。
【解決手段】繋ぎ杭の施工に際し、地表部に配置した保持装置１内を挿通させた状態で先行杭を地中に貫入し、その頭部を保持装置により保持しつつその頭部に後行杭を継ぎ足した後に、保持装置による先行杭の保持を解除し、しかる後に継ぎ足した先行杭と後行杭の全体をさらに地中に貫入させていく。保持装置は、杭が上下方向に挿通可能なベースフレーム２と、杭頭部を把持する把持機構３と、把持機構をベースフレームに対して上昇させて杭を押し上げる押し上げ機構４を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭を継ぎ足しながら地中に貫入していく繋ぎ杭の施工方法、およびその施工の際に用いて好適な杭の保持装置に関する。

周知のように、たとえば中小規模の集合住宅や事務所ビル等の基礎杭としては、杭径が５００〜７００ｍｍ程度、杭長が５〜６ｍ程度のＰＣ杭を繋ぎ杭として使用することが広く行われている。
その場合の施工方法としては、ラフテレーンクレーン等の重機をベースマシンとしてそのブームの先端にリーダーを装着し、リーダーをガイドとしてオーガースクリューで地盤を削孔した後、ＰＣ杭を継ぎ足しながら圧入機により削孔内に順次貫入していき、最後に根がらみのセメントミルクを注入する、という工法が最も一般的である。

ところで、上記のような繋ぎ杭の施工に際しての杭どうしの継ぎ足し作業は、必ずしも容易にかつ安全に行い得るものではない。
すなわち、上記工法において先行して貫入した杭（先行杭、あるいは下杭）に対して後行杭（あるいは上杭）を継ぎ足す際には、先行杭が削孔内にずり落ちていかないように先行杭にワイヤーを玉掛けして仮支持する必要があり、したがって後行杭を継ぎ足した後には、その全体をさらに貫入していくに先立って先行杭からワイヤーを外す必要があり、そのためには杭全体をさらに他の何らかの手段により若干持ち上げて一時的に仮支持しなければならない。

そのため、従来においては継ぎ足した杭全体を持ち上げることのできる重機を別途用意して、その重機により杭全体を若干持ち上げて仮支持した状態でワイヤーを外すことが一般的であるが、そのためだけに重機を用意することは無駄でもあるし、しかもその際には杭と削孔との間に大きな摩擦抵抗が生じることもあるので杭全体を確実かつ安全に持ち上げるためには必然的に大型の重機を用意する必要もあり、そのためにかなりの費用と手間を要してしまうものであった。

このように、従来においては杭の継ぎ足し作業の際に仮支持用のワイヤーを外すためだけにかなりの手間と費用を要していることから、その点での作業効率の改善策が望まれ、たとえば特許文献１に示されているような杭打装置を繋ぎ杭の施工に転用することが検討されている。
特許文献１に示される杭打装置はリーダーの下部に反復押動機構を備えたものであって、杭をリーダーによってガイドしつつある程度まで打ち込んだ後に、杭を反復押動機構により把持してさらに圧入するようにしたものであるので、その杭打装置における反復押動機構を杭を継ぎ足す際の仮支持手段や持ち上げ手段として転用できるのではないかと考えられる。
特開平８−１３４８７号公報

しかし、特許文献１に示される杭打装置は装置全体が大がかりで複雑であるし、特に反復押動機構はそれ自体で杭を圧入できるような大型の油圧シリンダを必要とするものであり、また基本的に繋ぎ杭の施工に適用することは想定していないものであるから、その反復押動機構をそのまま転用しても繋ぎ杭の施工を効率的に実施し得るものでもない。

上記事情に鑑み、本発明は杭どうしを安全かつ容易に継ぎ足しつつ繋ぎ杭の施工を効率的に行い得る有効適切な施工方法と、それに用いて最適な杭の保持装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、頭部を残して先行杭を地中に貫入した後、該先行杭の頭部に後行杭を継ぎ足してそれらの全体をさらに貫入していく繋ぎ杭の施工方法であって、先行杭を貫入するに際して地表部に保持装置を配置し、該保持装置内を挿通させた状態で先行杭を地中に貫入してその頭部を前記保持装置内側に位置せしめ、該先行杭の頭部を前記保持装置により保持しつつその頭部に後行杭を継ぎ足した後に、保持装置による先行杭の保持を解除し、しかる後に継ぎ足した先行杭と後行杭の全体をさらに地中に貫入させていくことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記の施工方法に適用される杭の保持装置であって、施工するべき杭が上下方向に挿通可能なベースフレームと、該ベースフレームを挿通している杭の杭頭部を把持する把持機構と、該把持機構をベースフレームに対して上昇させることによって該把持機構が把持している杭を押し上げる押し上げ機構とを具備してなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の杭の保持装置であって、押し上げ機構は、ベースフレームに対して昇降可能な昇降フレームと、該昇降フレームを昇降させる昇降用アクチュエータからなり、把持機構は、前記昇降フレームに対して開閉自在に軸支されて杭を把持する対の円弧状アームと、該円弧状アームを開閉操作する把持用アクチュエータからなることを特徴とする。

本発明の繋ぎ杭の施工方法は、地表部に配置した保持装置により先行杭を仮支持してそれに後行杭を継ぎ足すようにしたので、継ぎ足しの際にワイヤーにより先行杭を仮支持する従来工法に比べて継ぎ足し作業を容易にかつ安全に行うことができるし、簡易な保持装置以外には格別の重機を必要とせず、したがって施工性を大きく改善することができる。

本発明の杭の保持装置は、杭を挿通可能なベースフレームに杭を把持する把持機構を具備しているので、これを施工位置に配置するのみで継ぎ足し作業時に杭を安定に保持して仮支持することができ、したがって杭の継ぎ足し作業を容易にかつ安全に行うことができ、上記方法に適用するものとして好適である。しかも、押し上げ機構により貫入した杭全体を押し上げることも可能であるので、それにより杭と地盤との縁切り作業も行うことが可能であって杭施工時の有効な補助装置としても機能するものである。

図１〜図２を参照して本発明の実施形態である杭の保持装置１、およびそれを用いる繋ぎ杭の施工方法について説明する。

本実施形態の保持装置１は、繋ぎ杭（たとえばＰＣ杭）の施工に際してその施工位置の地表面に定置されて使用されるもので、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ベースフレーム２と把持機構３と押し上げ機構４とにより構成されているものである。

ベースフレーム２は、いずれも小断面のＨ形鋼等の鋼材からなる１本の横材５と２本の縦材６とを三方枠状に組んだもので、その内側を施工対象の杭Ｐ（図２参照）が挿通し得る程度の大きさとされている。このベースフレーム２の底面には地表面に食い込むスパイク７としてのアングル材が取り付けられていて、地表面に定置した際の不用意な位置ずれが自ずと防止されるようになっている。
ベースフレーム２の四隅部の位置には、押し上げ機構４により昇降する把持機構３を下方から支持するための鋼管等からなる支柱８，９がそれぞれ設けられている。
すなわち、図１（ｃ）〜（ｄ）に示すように、縦材６の先端部の位置には２本の支柱８が設けられ、それら支柱８は昇降フレーム１０（後述）に取り付けられている円弧状アーム１１（後述）の先端部をその下降限位置で直接支持する長さ（高さ）とされている。
また、縦材６の基端部と横材５との連結部には他の２本の支柱９が設けられ、それら支柱９は上下に分割されていて、その下半部９ａはベースフレーム２上に立設され、上半部９ｂは昇降フレーム１０の側部から垂下されており、したがって（ｄ）に示すように昇降フレーム１０が上昇した際にはその支柱９は上下に分断されるようになっている。そして、その支柱９の下半部９ａの頭部には昇降の際のガイドとして機能するテーパ部９ｃが設けられており、（ｃ）に示すように昇降フレーム１０が下降限まで下降した際には、テーパ部９ｃを介して下半部９ａと上半部９ｂとが自ずと同軸状態で連結されて全体として１本の支柱９となり、昇降フレーム１０の両端部を安定かつ強固に支持するものとなっている。

把持機構３は施工するべき杭Ｐの杭頭部を把持するもので、昇降フレーム１０に対の円弧状アーム１１の基端部をピン１２により軸支して対向配置し、それら円弧状アーム１１をそれぞれ把持用アクチュエータ１３により開閉自在としたものである。把持用アクチュエータ１３としては油圧シリンダが好適に採用可能であり、その両端がそれぞれ昇降フレーム１０の基部と円弧状アーム１１の先端部に対してピン１４，１５により連結されている。
円弧状アーム１１の曲率は把持対象の杭Ｐの杭径に対応するものとされ、これは把持用アクチュエータ１３の伸張操作により閉じられて杭Ｐを両側から強固に把持し、かつ縮退操作によって開かれた際にはその内側を杭Ｐが自由に挿通できるような大きさに設定されている。
円弧状アーム１１の内側には硬質ゴム製のスペーサー１６が取り付けられていて、把持用アクチュエータ１３による円弧状アーム１１の把持力のみならず、そのスペーサー１６の弾性と摩擦力とによっても杭Ｐを確実に保持できるものとされている。
なお、スペーサー１６の厚みは円弧状アーム１１の曲率と杭径との関係により最適に設定しておけばと良いが、杭径に応じた最適な厚みのものに適宜交換可能としておくことにより様々な杭径にも対応可能となる。

押し上げ機構４は上記の把持機構３を介してそれが把持している杭Ｐを上方に若干引き抜いて持ち上げるためのもので、円弧状アーム１１と把持用アクチュエータ１３を取り付けてある昇降フレーム１０の全体を昇降用アクチュエータ１７によってベースフレーム２に対して昇降させる構成とされている。昇降用アクチュエータ１７としては油圧シリンダが好適に採用可能であり、その容量とストロークは把持機構３が把持している杭Ｐを把持機構３とともに押し上げて昇降フレーム１０の上昇限位置（図１（ｄ）参照）まで押し上げることができる程度に設定すれば良い。この昇降用アクチュエータ１７は杭Ｐを地中に圧入するものではなく単に押し上げるだけの機能を有していれば良く、したがってさして大型大容量のものである必要はなく小形小容量のもので充分である。

以上の構成による保持装置１を用いて杭（繋ぎ杭）Ｐを施工する場合の作業手順を図２を参照して説明する。
まず杭Ｐの施工位置に上記の保持装置１を定置し、その保持装置１の内側（開いた状態の円弧状アーム１１の内側）を通して最初の杭Ｐを先行杭（下杭）Ｐ１として施工する。その施工は周知の杭施工機械による在来工法により適宜行えば良く、たとえば上述したようにベースマシンのブームにリーダーを取り付けた杭施工機械を用いて、オーガースクリューにより地中に削孔を行ったうえで先行杭Ｐ１を圧入機により地中に貫入していく工法が好適に採用可能である。
先行杭Ｐ１を通常のように地中に貫入していき、（ａ）に示すようにその頭部まで貫入して後行杭Ｐ２を継ぎ足す段階となったら、先行杭Ｐ１の杭頭部を保持装置１により保持する。すなわち把持用アクチュエータ１３により円弧状アーム１１を閉じて杭頭部を強固に把持する。これにより、先行杭Ｐ１は保持装置１により吊られた状態で仮支持されて削孔内にずり落ちていくことはないから、その時点で杭施工機械から先行杭Ｐ１を切り離し、（ｂ）に示すように後行杭Ｐ２を継ぎ足す。継ぎ足し作業も適宜の機器を用いて適宜工法により行えば良い。
後行杭Ｐ２の継ぎ足し完了後には、継ぎ足した杭Ｐの全体を杭施工機械に改めて装着した後、把持用アクチュエータ１３により円弧状アーム１１を開いてそれによる把持を解除し、継ぎ足した杭Ｐの全体をさらに貫入していく。
（ｃ）に示すように、継ぎ足した杭Ｐの全体を後行杭Ｐ２の杭頭部まで貫入したら、それ以降は以上の作業、すなわち保持装置１による杭頭部の保持、他の後行杭の継ぎ足し、さらなる貫入、を順次繰り返せば良い。

以上のように、上記構成の保持装置１を用いて繋ぎ杭の施工を行うことにより、継ぎ足し作業の時点では保持装置１により杭Ｐを仮支持することでその継ぎ足し作業を容易にかつ安全に行うことができ、そのつどワイヤーを玉掛けして仮支持するしかない従来工法に比べて作業性を大きく改善できるし、その作業のためだけに大型の重機を別途用意する必要もないから、従来に比べて繋ぎ杭の施工に関わる効率を格段に改善することができる。

しかも、上記の保持装置１は押し上げ機構４を備えているので、必要であればこの保持装置１自体で施工途中の杭Ｐを押し上げることも可能であり、それによる施工性改善効果も期待できる。
すなわち、一般に繋ぎ杭の施工においては、杭を継ぎ足す際に削孔内に土砂が落ち込んだり、削孔壁面に軽微な崩落が生じてしまうことがあり、それにより杭周面と地盤との間の貫入抵抗が増大してそれ以降の貫入がし難くなる場合がある。そのような場合、従来においては重機を用いて杭全体を若干引き抜いて地盤との縁切りを行う必要があり、その点においても施工性が良くないものであった。
それに対し、上記保持装置１を用いる場合において、たとえば図２（ｃ）に示す状態で貫入抵抗が増大してそれ以降の貫入が難しくなった際には、（ｄ）に示すように昇降用アクチュエータ１７を伸張させて把持機構３を押し上げることでそれが把持している杭Ｐ全体を若干押し上げることができ、それにより地盤に対する縁切りを容易にかつ確実にしかも安全に行うことが可能である。

勿論、そのような押し上げ作業は継ぎ足し時のみならず貫入の途中段階でも必要に応じて随時行うことができるし、貫入が特に困難となった場合には押し上げアクチュエータ１７を何度か往復動させて昇降を繰り返すような操作を行えば、この保持装置１のみで充分に復旧が可能であるから、その点でこの保持装置１は杭Ｐを継ぎ足す際の単なる仮支持機能のみならず、杭施工に際しての有効な補助装置として機能し得るものである。
なお、この保持装置１に、特許文献１に示されているような反復押動機構と同様にそれ自体で杭を地盤に圧入する機能を持たせることも考えられようが、それは好ましくない。すなわち、そのように構成する場合には昇降用アクチュエータ１７として充分な圧入力を有する大型大容量のものを採用する必要があるし、それに伴い、圧入時の大きな反力を確実に受ける必要も生じてくるから、保持装置１全体の大型化、複雑化、高コスト化が不可避であり、結果的に継ぎ足し作業時の仮支持という本来の機能にそぐわないものとなってしまう。したがって、本発明の保持装置はあくまでも杭全体をわずかに押し上げることのできるものに留めるべきであり、それによりベースフレーム２や把持機構３も含めて装置全体の小形化、軽量化、コンパクト化、低コスト化を充分に実現できるものであり、繋ぎ杭の施工に用いるものとしてはそれで充分に有用である。

以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は施工するべき杭の種類やその寸法・形状・重量、施工対象地盤の状況、その他の諸条件を考慮して、各部の具体的な構成、たとえばベースフレームの形状、把持機構における円弧状アームの形状やその開閉操作方式、把持用および昇降用のアクチュエータの形式や台数、支柱の本数や位置、その他については、適宜の設計的変更が可能であることは当然である。

本発明の実施形態である保持装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態である施工方法による施工手順を示す図である。

符号の説明

Ｐ 杭
Ｐ１ 先行杭
Ｐ２ 後行杭
１ 保持装置
２ ベースフレーム
３ 把持機構
４ 押し上げ機構
８，９ 支柱
１０ 昇降フレーム
１１ 円弧状アーム
１３ 把持用アクチュエータ
１７ 昇降用アクチュエータ

Claims (3)

1. 頭部を残して先行杭を地中に貫入した後、該先行杭の頭部に後行杭を継ぎ足してそれらの全体をさらに貫入していく繋ぎ杭の施工方法であって、
   先行杭を貫入するに際して地表部に保持装置を配置し、該保持装置内を挿通させた状態で先行杭を地中に貫入してその頭部を前記保持装置内側に位置せしめ、該先行杭の頭部を前記保持装置により保持しつつその頭部に後行杭を継ぎ足した後に、保持装置による先行杭の保持を解除し、しかる後に継ぎ足した先行杭と後行杭の全体をさらに地中に貫入させていくことを特徴とする繋ぎ杭の施工方法。
2. 請求項１記載の繋ぎ杭の施工方法に適用される杭の保持装置であって、
   施工するべき杭が上下方向に挿通可能なベースフレームと、該ベースフレームを挿通している杭の杭頭部を把持する把持機構と、該把持機構をベースフレームに対して上昇させることによって該把持機構が把持している杭を押し上げる押し上げ機構とを具備してなることを特徴とする杭の保持装置。
3. 請求項２記載の杭の保持装置であって、
   押し上げ機構は、ベースフレームに対して昇降可能な昇降フレームと、該昇降フレームを昇降させる昇降用アクチュエータからなり、
   把持機構は、前記昇降フレームに対して開閉自在に軸支されて杭を把持する対の円弧状アームと、該円弧状アームを開閉操作する把持用アクチュエータからなることを特徴とする杭の保持装置。

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