JP2007255107A - 場所打ちコンクリート杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】場所打ちコンクリート杭の引き抜き耐力を増強し、同時に周囲地盤に対する液状化防止効果を得る。
【解決手段】地盤に形成した杭孔１２内に配置するべき鉄筋籠１１の内側に、周囲地盤に対して固化材１５を注入するための注入管１４を予め取り付けておき、鉄筋籠を杭孔内に配置して注入管の先端を杭孔周面に臨ませ、杭孔内にコンクリート１３を打設充填した後、注入管から周囲地盤中に固化材を加圧注入することによって拡径部を形成し、同時に周囲地盤を締め固めるとともに地盤改良を行う。注入管１４の先端部１４ａを鉄筋籠の径方向に変位可能に取り付けておき、地上から操作機構１７により外側に引き出し可能としておく。注入管の先端にはコンクリートの流入を防止する逆止弁を取り付けておく。
【選択図】図４

Description

本発明は杭の施工方法に係わり、特に、引き抜き強度に優れしかも周囲地盤に対する液状化防止効果も得られる場所打ちコンクリート杭の施工方法に関する。

図５（ａ）に示すように巨大地震時には建物１に大きな水平力Ｐ１が作用して建物１が浮き上がったり転倒することが想定される場合、（ｂ）に示すように建物１を支持地盤に対してアンカーしてその引き抜き抵抗力Ｐ２によって浮き上がりや転倒を防止する必要がある。
建物１を地盤に対してアンカーするためには適宜のアンカー手段（いわゆるグランドアンカー）を設置することが一般的に考えられるが、格別のアンカー手段を設置することに代えて杭に引き抜き抵抗力を持たせることも考えられている。
その場合、単なる支持杭では充分な引き抜き耐力を確保できないことが通常であることから、引き抜き耐力の増強のために杭の先端部（下端部）を拡径することが有効であるとされている。そして、そのような杭の拡径工法としては、たとえば特許文献１に示されるように、鋼管杭の下端部からその周囲に根固め材としてのセメントミルクを高圧で噴出させることにより、ソイルセメントによる拡径した根固め部を形成するものが提案されている。
特開平７−２４７５４６号公報

ところで、図６に示すように建物１の支持地盤に液状化し易い液状化層２があるような場合には、巨大地震時に想定される地盤の液状化によって（ｂ）に示すように杭３の損傷が懸念され、その場合には建物を支持する杭の支持力が大幅に低下して建物の傾斜や崩壊など大きな地震被害は免れないことになる。
また、杭３の引き抜き耐力を増強するために特許文献１に示されるような拡径工法、すなわち根固め材を周囲地盤中に高圧で噴射するという工法を採用した場合には、根固め材の噴射により周囲地盤を乱してしまって原地盤の液状化に対する強度を寧ろ低下させてしまう懸念もあり、したがって引き抜き耐力を増強させる目的で特許文献１に示されるような拡径工法を採用することは逆効果でもあって合理的ではなく、好ましくないとも考えられている。

上記事情に鑑み、本発明は、充分な引き抜き耐力を確保でき、同時に周囲地盤に対する液状化防止効果も得られ、したがって杭の損傷を防止し建物の浮き上がりや転倒や崩壊を確実に防止することのできる極めて合理的にして有効な場所打ちコンクリート杭の施工方法を提供することを目的とする。

本発明は引き抜き強度に優れかつ周囲地盤に対する液状化防止効果が得られる場所打ちコンクリート杭の施工方法であって、地盤に形成した杭孔内に配置するべき鉄筋籠の内側に、周囲地盤に対して固化材を注入するための注入管を予め取り付けておき、該鉄筋籠を杭孔内に配置して前記注入管の先端を杭孔周面に臨ませ、杭孔内にコンクリート打設充填した後、前記注入管から周囲地盤中に固化材を加圧注入することによって拡径部を形成するとともに、該固化材の加圧注入により周囲地盤を締め固めかつ地盤改良を行うことを特徴とする。

本発明においては、注入管の先端部を鉄筋籠の径方向に変位可能に取り付けておくとともに、該先端部を地上からの操作により変位させるための操作機構を備えておき、鉄筋籠を杭孔内に配置するまでは該先端部を鉄筋籠内に収納しておき、鉄筋籠を杭孔内に配置した後に、前記操作機構により該先端部を鉄筋籠の外側に突出させて杭孔周面に臨ませ、しかる後に杭孔内にコンクリートを打設充填することが好ましい。

また、注入管の先端には、杭孔内へのコンクリート打設充填時にはコンクリートの流入を防止するとともに、固化材の加圧注入時には自ずと開かれ、かつ加圧注入した固化材の逆流を防止する逆止弁を予め取り付けておくことが好ましい。

本発明によれば、周囲地盤に加圧注入した固化材は最終的に固化して固化材塊となり、その固化材塊は杭孔内に打設充填されて硬化したコンクリートと自ずと一体化して杭の拡径部となるので、引き抜き耐力を充分に増強することができる。
しかも、拡径部を形成するための固化材を周囲地盤に加圧注入することに伴ってその固化材の体積相当分の土砂が自ずと外方に押圧されていくので、周囲地盤は乱されることなく静的に締め固められていってそれによる締め固め効果が得られ、かつ固化材が固化することによる地盤改良効果が得られ、それらにより周囲地盤の密度および強度を自ずと高めることができて充分な液状化防止効果が得られる。

また、注入管の先端部を鉄筋籠の径方向に変位可能としておいて、先端部を内側に引き込んだ状態で鉄筋籠を杭孔内に配置した後に、地上からの操作により先端部を外側に引き出すことにより、注入管が邪魔にならず、かつ注入管にコンクリートが流入してしまうことを確実に防止することができる。

さらに、注入管の先端に逆止弁を取り付けておけば、注入管へのコンクリートの流入を確実に防止して固化材の加圧注入を支障なく行うことが可能であり、かつ注入管への固化材の逆流も自ずと防止することができる。

図１〜図４を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態は、たとえば図６に示したような液状化層２を有する地盤に対して場所打ちコンクリート杭を施工する際に適用するもので、通常の場所打ちコンクリート杭の施工方法と同様に、予め組み立てた鉄筋籠１１を地盤中に形成した杭孔１２内に配置した後、杭孔１２内にコンクリート１３（図３参照）を打設充填して硬化させることを基本とするものであるが、本実施形態では鉄筋籠１１を組み立てる際にその内側に固化材の注入管１４を予め組み込んでおき、その注入管１４を通して周囲地盤に対して固化材１５（図３参照）を静的に加圧注入することにより拡径部２０（図４参照）を形成し、同時に周囲地盤に対する締め固めと地盤改良を行うことを主眼とするものである。

すなわち、図１に示すように杭孔１２内に鉄筋籠１１を配置する段階においては、その鉄筋籠１１の内側に複数本の注入管１４を予め取り付けておく。図示例の場合には図１（ｂ）に示すように４本の注入管１４を等間隔に配置しているが、図１（ａ）では２本のみを図示してある。なお、図１（ａ）では主筋の一部を省略してある。
注入管１４の先端部１４ａは外側にＬ状に折り曲げておくとともに、その上部には蛇腹状のフレキシブルな継ぎ手１６を設けてその位置よりも先端側は径方向に変位可能としておく。そして、その注入管１４の先端部１４ａを地上部からの操作により外側に引き出すための操作機構１７を設けておく。本実施形態における操作機構１７は、注入管１４の先端部１４ａに連結したワイヤー１８を、鉄筋籠１１に取り付けた丸環やシーブ等のガイド１９を介して地表部に導いておき、そのワイヤー１８を地上において引き上げることで先端部１４ａを外側に引き出す構成とされている。

そして、図１に示しているように注入管１４の先端部１４ａを鉄筋籠１１内に収納した状態で鉄筋籠１１を杭孔１２内に配置した後、地上からワイヤー１８を操作して図２に示すように注入管１４の先端部１４ａを鉄筋籠１１の外側に引き出し、その先端を周囲地盤に臨ませる。その際、注入管１４の先端を杭孔１２の周面にやや食い込ませると良い。
その状態で杭孔１２内にコンクリート１３（図３参照）を打設充填し、所定強度が発現するまで所定の養生期間を確保する。なお、コンクリート１３の打設により注入管１４および操作機構１７はそのまま埋め殺される。

しかる後に、図３に示すように、地上部に設置した適宜の加圧注入手段（図示せず）から、注入管１４を通して周囲地盤中に固化材１５を適宜の注入圧によって徐々に加圧注入していき、図４に示すように各注入管１４から加圧注入した固化材１５どうしが杭孔１２の周囲全体を取り囲むように一体に連続するものとなるまで、所望量の固化材１５を連続的に注入する。
本実施形態で採用する固化材１５としては、周囲地盤への加圧注入時には充分な流動性と適度の粘性を有するとともに最終的には地盤中において自ずと固化して充分な強度を発現する周知のグラウト材を用いれば良く、たとえばセメントモルタルや地盤改良材としての各種の可塑状ゲル剤（たとえば特開２００３−１０５７４５号公報に開示されている可塑性グラウト等）が好適に採用可能である。

本実施形態の施工方法によれば、周囲地盤に加圧注入された固化材１５は最終的には固化して一体の固化材塊となり、その固化材塊は杭孔１２内に打設充填されて硬化したコンクリート１３と自ずと一体化して拡径部２０となり、その拡径部２０によって引き抜き耐力が充分に増強されたものとなる。

しかも、固化材１５を周囲地盤に加圧注入することに伴い、その固化材１５の体積相当分の土砂が自ずと外方に押圧されていき、そのような固化材１５の加圧注入により周囲地盤に対する締め固め効果が得られ、かつ固化材１５が固化することによる地盤改良効果が得られ、それらの効果により地盤の密度および強度を自ずと高めることができる。
つまり、本工法における固化材１５の加圧注入工程は杭に対する拡径部２０の形成工程であると同時に、周囲地盤に対する締め固め工程および地盤改良工程でもあり、それにより杭の引き抜き耐力を充分に増強できるばかりでなく、周囲地盤の液状化に対する強度を相乗的に高めることができ、その結果、巨大地震時における液状化の発生やそれによる杭の損傷、その結果としての建物の浮き上がりや転倒や崩壊を確実に防止することができる。

勿論、本実施形態の施工方法では固化材１５を徐々に加圧注入することによって地盤をいわば静的に締め固めるものであって、特許文献１に示される従来工法のように地盤中にセメントミルク等を高圧で噴射して破壊的な拡径を行うものではないから、原地盤を乱すことは少ないし、仮に杭孔１２の施工の際に原地盤が乱されたような場合であっても、その後の固化材１５の加圧注入による締め固め効果と、固化材１５の固化による地盤改良効果とにより、原地盤の乱れを補償して地盤の密度および強度を回復させることができ、構造的な安全性や信頼性を充分に高めることができる。

また、上記のように注入管１４の先端部１４ａを鉄筋籠１１の径方向に変位可能としておいて、鉄筋籠１１を杭孔１２内に配置する際にはその先端部１４ａを内側に収納しておき、その後に地上からのワイヤー１８の操作により先端部１４ａを外側に引き出すことにより、鉄筋籠１１を杭孔１２内に配置するまでは注入管１４が邪魔にならず、またコンクリート１３を打設充填する際には注入管１４にコンクリート１３が流入してしまうことを確実に防止することができる。

そして、本実施形態の施工方法では、通常の鉄筋籠１１内に対して予め注入管１４を取り付けておくことのみで、固化材１５の加圧注入工程自体は単なるグラウトポンプ等の通常の加圧注入手段をそのまま採用可能であって、特に複雑な機構や面倒な手間を必要とせず、従来一般の場所打ちコンクリート杭の施工に際して本工法を実施してもさしたるコスト増にはならない。勿論、従来一般の場所打ちコンクリート杭の施工方法と、従来一般の固化材注入による地盤改良工法とをそれぞれ独立に実施する場合に比較すれば、大幅にコストを削減することができる。

以上で本発明の一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であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような適宜の変更や応用が可能である。

上記実施形態のように注入管１４の先端部１４ａを鉄筋籠１１の径方向に変位可能としておき、それを操作機構１７により地上から操作するように構成することが好ましいが、必ずしもそうすることはなく、施工時に注入管１４が邪魔にならず、かつ注入管１４へのコンクリート１３の流入の懸念がなければ、操作機構１７を省略して注入管１４を単に固定的に取り付けておくことでも良い。
また、操作機構１７を設ける場合においても、その具体的な構成はワイヤー１８の操作によるものに限らず様々な構成が採用可能である。
また、上記のように注入管１４の先端部１４ａを変位可能としておくことに代えて、あるいはそれに加えて、注入管１４の先端に適宜の逆止弁を取り付けておいて、杭孔１２内へのコンクリート１３の打設充填時にはその逆止弁によりコンクリート１３の流入を防止し、かつ固化材１５の加圧注入時には自ずと逆止弁が開かれるように構成することも考えられ、その場合には加圧注入した固化材１５の逆流も自ずと防止することができる。その逆止弁としては、注入管１４の先端に弁体を外方に向かって開くように取り付け、その弁体が固化材１５の加圧注入時には自ずと外方に自由に開かれ、コンクリートの流入や逆流が生じる事態となった際には弁体により自ずと閉じる構成のものが考えられるが、あるいは地上部から開閉操作するシャッタの如き構成の逆止弁を設けておくことも考えられる。

上記実施形態では鉄筋籠１１の周方向に等間隔で４本の注入管１４を設けたが、固化材１５を周囲地盤全体に対して均等に加圧注入できれば良く、その限りにおいて注入管１４の本数や位置は適宜変更して良い。

本発明では固化材１５の加圧注入による拡径部２０の形成は杭の先端部（下端部）に対して行うことが好ましく、したがって少なくとも杭の先端部からその周囲地盤に固化材１５を加圧注入するように注入管１４を配置しておけば良いが、固化材１５を加圧注入するべき位置や範囲（拡径部２０を形成するべき位置や範囲）は適宜設定すれば良く、必要であれば上下方向に間隔をおいて拡径部２０を多段に設けたり、あるいは杭の全長にわたって連続的に拡径部２０を形成することでも良く、それに応じて注入管１４の本数や配置を設定すれば良い。

本発明の実施形態である施工方法を示す図であって、注入管を取り付けた鉄筋籠を杭孔内に配置した状態を示す図である。 同、注入管の先端部を鉄筋籠の外側に引き出してその先端を周囲地盤に臨ませた状態を示す図である。 同、杭孔内のコンクリートを打設充填した後、周囲地盤に固化材を加圧注入しつつある状態を示す図である。 同、拡径部が形成された状態を示す図である。 地震時における建物の浮き上がり挙動を示す図である。 支持地盤の液状化による杭の損傷の状況を示す図である。

符号の説明

１１ 鉄筋籠
１２ 杭孔
１３ コンクリート
１４ 注入管
１４ａ 先端部
１５ 固化材
１６ 継ぎ手
１７ 操作機構
１８ ワイヤー
１９ ガイド
２０ 拡径部

Claims (3)

1. 引き抜き強度に優れかつ周囲地盤に対する液状化防止効果が得られる場所打ちコンクリート杭の施工方法であって、
   地盤に形成した杭孔内に配置するべき鉄筋籠の内側に、周囲地盤に対して固化材を注入するための注入管を予め取り付けておき、
   該鉄筋籠を杭孔内に配置して前記注入管の先端を杭孔周面に臨ませ、
   杭孔内にコンクリート打設充填した後、
   前記注入管から周囲地盤中に固化材を加圧注入することによって拡径部を形成するとともに、該固化材の加圧注入により周囲地盤を締め固めかつ地盤改良を行うことを特徴とする場所打ちコンクリート杭の施工方法。
2. 請求項１記載の場所打ちコンクリート杭の施工方法であって、
   注入管の先端部を鉄筋籠の径方向に変位可能に取り付けておくとともに、該先端部を地上からの操作により変位させるための操作機構を備えておき、
   鉄筋籠を杭孔内に配置するまでは該先端部を鉄筋籠内に収納しておき、
   鉄筋籠を杭孔内に配置した後に、前記操作機構により該先端部を鉄筋籠の外側に突出させて杭孔周面に臨ませ、しかる後に杭孔内にコンクリートを打設充填することを特徴とする場所打ちコンクリート杭の施工方法。
3. 請求項１または２記載の場所打ちコンクリート杭の施工方法であって、
   注入管の先端には、杭孔内へのコンクリート打設充填時にはコンクリートの流入を防止するとともに、固化材の加圧注入時には自ずと開かれ、かつ加圧注入した固化材の逆流を防止する逆止弁を予め取り付けておくことを特徴とする場所打ちコンクリート杭の施工方法。

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