JP2010185259A - 場所打ち杭の構築方法、掘削システム - Google Patents

Abstract

【課題】施工性が良く、本節構造物としての支持力性能を確保できる場所打ち杭の構築方法を提供する。
【解決手段】循環切換装置３０の閉止弁３６、３７を閉鎖するとともに、第２の配管系統１２０の閉止弁１３５、１４４、１４５を閉鎖することにより、掘削ビット４３の先端から安定液を排出するとともにピット１２から泥水を回収しながら、地盤を掘削して掘削孔１１を形成するステップと、循環切換装置３０の閉止弁３５、３７を閉鎖するとともに、第２の配管系統１２０の閉止弁１３４、１４３を閉鎖することにより、掘削ビット４３の先端から掘削孔１１内の安定液を回収するとともにピット１２内に安定液を供給するステップと、掘削孔１１内に鉄筋かごを挿入するステップと、を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、場所打ち杭の構築方法及びこの方法に用いられる掘削システムに関する。

従来より、掘削孔内を安定液により満たして孔壁を保護しながら、掘削機により地盤を削孔し、掘削孔内に鉄筋かごを建て込んだ後、掘削孔内にコンクリートを打設することにより場所打ち杭を構築する方法が用いられている。この際、地盤を掘削することにより安定液に土砂が混じった泥水を掘削孔内から回収するとともに、その回収分に相当する量の安定液を掘削孔内に供給し、安定液を循環させる必要がある。

このように安定液を循環させる方式としては、図４（Ａ）に示すように、安定液を掘削機２４０のロッド２４１内の配管２４２を通して掘削孔１１の底部に排出するととともに、掘削孔１１からピット１２に溢れ出した泥水をポンプ２３６により回収し、泥水から土砂を分離したものを再度安定液として掘削孔１１内に供給する正循環方式と、図４（Ｂ）に示すように、掘削機２４０のビット２４３の先端から泥水を回収し、回収した泥水から土砂を分離したものを安定液として地表部から掘削孔１１内に供給する逆循環方式とが知られている。

また、例えば、特許文献１には、このような正循環方式と逆循環方式を切換え可能な循環式掘削機が記載されている。かかる循環式掘削機によれば、逆循環方式により掘削孔内の土砂をロッドを通して排出している際に、ロッド内に土砂が詰まった場合に、正循環方式に切り替えることで、ロッド内を安定液が逆流するため、詰まった土砂をロッドを引き上げることなく撤去することができる。

特開２００８―７５２８７号公報

ところで、正循環方式と逆循環方式とを比較すると、以下のような利点と欠点がある。

＜逆循環方式の利点＞
・スライム浮遊に起因する、孔壁へのマッドケーキの堆積が少ないため、正循環方式と比べて杭の支持力が高くなる。
・掘削孔の底部において、掘削により発生した土砂を回収するため、スライムを確実に除去できる。

＜逆循環方式の欠点＞
・ポンプの不具合などにより安定液の供給が停止しても、泥水の排出が続けられるため、掘削孔内の安定液が不足して、孔壁の崩壊の虞がある。
・マッドケーキの堆積が少なく、掘削時に安定液が逸泥する虞があるため、予備の安定液を大量に確保しておく必要があり、安定液処理プラントが大型化してしまう。
・孔の底部から地表まで土砂を含む泥水を吸い上げる必要があるため、吸引力の大きなポンプが必要となり、装置が大型化してしまう。

＜正循環方式の利点＞
・ポンプの不具合などにより安定液の供給が止まると、泥水の掘削孔からの溢れ出しも止まるため、安定液の供給が止まっても、掘削孔内は安定液で満たされており、崩壊の虞がない。
・安定液の供給が止まると、泥水の掘削孔からの溢れ出しも止まるため、安定液の供給が止まっても、掘削孔内は安定液で満たされるため、孔壁の安定性が確保されるため、安定液の製造が停止した場合に備えて貯蔵する予備の安定液の貯蔵量が少なくてすみ、安定液処理プラントを小型化することができる。
・地表高さにおいて溢れ出した泥水を回収するため、吸引力の小さなポンプでの作業が可能となり、装置を小型化することができる。

＜正循環方式の欠点＞
・地盤を掘削して発生した土砂を安定液とともに地表面で回収しているが、地表面高さまで上昇しない土砂を回収することができない。
・スライム浮遊に起因して、孔壁にマッドケーキが堆積しやすい。

上記のように、正循環方式は、掘削時の安全性を確保できる、装置を小型化することができる、など施工性に優れるという利点があるものの、土砂が掘削孔内に残存しやすい、マッドケーキが孔面に堆積しやすいという、杭の構造性能上の欠点がある。これに対して、逆循環方式は、マッドケーキが孔面に堆積しにくい、土砂が掘削孔に残存しにくいという施行上の利点があるものの、掘削時にポンプが停止すると孔の崩壊の虞がある、安定液処理プラントや装置が大型化してしまうという欠点がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、正循環方式及び逆循環方式の利点を兼ね備えた場所打ち杭の構築方法を提供することである。

本発明の場所打ち杭の構築方法は、場所打ち杭を構築する方法であって、掘削ビットの先端から安定液を注入しながら、地盤を掘削して掘削孔を形成する掘削ステップと、 掘削後、掘削ビットの先端から掘削孔内の安定液を外部へ排出するとともに、前記掘削孔の上部から安定液を供給する逆循環ステップと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の掘削システムは、場所打ち杭を構築するための掘削システムであって、 先端に掘削ビットが接続され、内部を配管が挿通する配管を備えたロッドと、当該ロッドを回転させる回転機構とを備えた掘削機と、回収された泥水を処理して安定液を精製する安定液処理プラントと、前記安定液処理プラントから安定液が送られるプラント側送泥配管と、前記安定液処理プラントへ泥水を送るプラント側排泥配管と、地表面に前記場所打ち杭を形成する位置の近傍に形成されたピットとの間を結ぶ第１の装置側配管と、前記掘削機の前記配管との間を結ぶ第２の装置側配管とが接続され、前記プラント側送泥配管と前記第１の装置側配管とが接続されるとともに、前記プラント側排泥配管と第２の装置側配管とが接続された状態と、前記プラント側送泥配管と前記第２の装置側配管とが接続されるとともに、前記プラント側排泥配管と第１の装置側配管とが接続された状態と、を切り替え可能な循環切換装置と、を備え、前記第１の装置側配管は、前記ピット側へ向かって一対の配管に分岐しており、当該一対の配管には夫々閉止弁が設けられるとともに、一方の配管にはサンドポンプが取り付けられており、前記第２の装置側配管は、その中間部が一対の配管に分岐し、再度、合流しており、一方の配管には閉止弁が設けられるとともに、他方の配管にはサクションポンプと当該サクションポンプの上流及び下流に閉止弁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、地盤を掘削する際には安定液を正循環させるため、装置や安定液処理プラントが小型で済み、また、掘削孔の孔壁の安定性を確保できる。また、掘削後、安定液を逆循環させることにより、掘削孔内のスライムを確実に除去することができるため、杭の支持力を確保できる。

本実施形態の構築方法において用いられる掘削システムの構成を示す図である。 安定液を正循環させる場合の掘削システムを示す図である。 安定液を逆循環させる場合の掘削システムを示す図である。 （Ａ）は正循環方式による掘削方法を示し、（Ｂ）は逆循環方式による掘削方法を示す図である。

以下、本発明の場所打ち杭の構築方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の掘削システム１０は、掘削機４０と、安定液処理プラント２０と、掘削機４０と安定液処理プラント２０との間を結ぶ配管系統１００と、により構成される。杭を構築する箇所には、予め、周囲の地盤よりも低くなるように掘削されたピット１２が形成されている。

掘削機４０は、地表に設置された掘削機本体４１と、先端に掘削ビット４３を備え、内部を配管４４が挿通するロッド４２と、ロッド４２を回転させる回転機構４５と、を備えてなる。掘削機４０は、掘削機本体４１をピット１２上に配置し、回転機構４５によってロッド４２を回転させることにより、ロッド４２の先端に取り付けられた掘削ビット４３が地盤を掘削する。また、配管４４の上部にはスイベルジョイント（不図示）が取り付けられている。

安定液処理プラント２０は、掘削孔１１内から回収された泥水が配管系統１００を通じて供給され、泥水から土砂を取り除いたものを安定液として、再度、配管系統１００を通じて掘削孔１１へ供給する。

配管系統１００は、その中間部に循環切換装置３０を備え、安定液処理プラント２０と循環切換装置３０の間を結ぶ第１の配管系統１１０と、循環切換装置３０と掘削機４０の間を結ぶ第２の配管系統１２０とにより構成される。

第１の配管系統１１０は、安定液処理プラント２０において土砂が取り除かれた安定液を循環切換装置３０へ送るプラント側送泥配管１１２と、循環切換装置３０から土砂が含まれた安定液を安定液処理プラント２０へ送るプラント側排泥配管１１１とにより構成される。プラント側送泥配管１１２の安定液処理プラント２０側端部には安定液を圧送するためのサンドポンプ１１３が取り付けられている。

第２の配管系統１２０は、循環切換装置３０とピット１２との間を結ぶように設けられた第１の装置側配管１３０と、循環切換装置３０と掘削機４０との間を結ぶように設けられた第２の装置側配管１４０とにより構成される。

第１の装置側配管１３０は、循環切換装置３０から延びる配管１３１が中間部において分岐しており、分岐した配管１３２、１３３には夫々閉止弁１３４、１３５が取り付けられている。また、分岐した一方の配管１３２の先端には、サンドポンプ１３６が取り付けられている。

第２の装置側配管１４０は、循環切換装置３０から延びる配管１４７が中間部において分岐しており、分岐した配管１４１、１４２は、再度、合流して掘削機４０に接続されている。分岐した一方の配管１４２には閉止弁１４３が取り付けられており、他方の配管１４１にはサクションポンプ１４６と、サクションポンプ１４６の上流及び下流に閉止弁１４４、１４５とが取り付けられている。

循環切換装置３０は、プラント側排泥配管１１１と第１の装置側配管１３０との間を結ぶ配管３１と、プラント側送泥配管１１２と第２の装置側配管１４０とを結ぶ配管３２と、これら配管３１、３２の間を結ぶように設けられた一対の切換配管３３、３４により構成される。一方の切換配管３３は、一端が配管３１の他方の切換配管３４が接続された位置よりも安定液処理プラント２０側の位置に接続され、他端が配管３２の他方の切換配管３４が接続された位置よりも掘削機４０側の位置に接続されている。また、これら一対の切換配管３３、３４の中間部と、配管３１及び配管３２の一対の切換配管３３、３４の接続位置の間には夫々閉止弁３６、３７、３５、３８が取り付けられている。

以下、上記の掘削システム１０を用いて場所打ち杭を構築する方法を説明する。
まず、安定液を正循環させながら、地盤を掘削して掘削孔を形成する。図２に示すように、安定液を正循環させる場合には、循環切換装置３０の切換配管３３、３４に取り付けられた閉止弁３６，３７を閉鎖するとともに、配管３１、３２に取り付けられた閉止弁３５、３８を開放し、サンドポンプ１１３を起動させる。また、第２の配管系統１２０の閉止弁１３４、１４３を開放するとともに、閉止弁１３５、１４４、１４５を閉鎖し、第２の装置側配管１４０のサクションポンプ１４６を停止させる。

これにより、安定液処理プラント２０のサンドポンプ１１３により圧送された安定液は、プラント側送泥配管１１２を通じて、循環切換装置３０へ供給される。循環切換装置３０へ供給された安定液は、切換配管３３、３４に取り付けられた閉止弁３６、３７が閉鎖されているため、第２の装置側配管１４０へと排出される。第２の装置側配管１４０へ排出された安定液は、配管１４２を通じて、掘削機４０の配管４４へと供給される。

掘削機４０は、供給された安定液を、配管４４を通じてビット４３の先端から排出しながら、ビット４３を回転させて地盤を掘削する。地盤を掘削することにより発生した土砂は、泥水とともに掘削孔１１からピット１２へとあふれ出る。

掘削孔１１からピット１２へと溢れ出した泥水は、サンドポンプ１３６により圧送され、配管１３２、１３１を通じて循環切換装置３０へ送られる。循環切換装置３０へ送られた泥水は、切換配管３３、３４に取り付けられた閉止弁３６、３７が閉鎖されているため、プラント側排泥配管１１１を通じて安定液処理プラント２０へ送られる。そして、安定液処理プラント２０において泥水から土砂を除去し、再度、安定液としてプラント側送泥配管１１２へと送られる。
このように安定液を正循環させながら、場所打ち杭の下端に相当する深さまで掘削孔１１の掘削を行う。

安定液を正循環させながら掘削を行うため、ポンプの不具合などにより安定液の供給が止まったとしても、泥水の掘削孔１１からの溢れ出しが止まる。このため、安定液の供給が停止しても、掘削孔１１内は安定液で満たされた状態が保たれるため、孔壁の安定性を確保することができる。

また、このように安定液の供給が停止しても、孔壁の安定性を確保できるため、安定液の製造が停止した場合に備えて貯蔵する予備の安定液の貯蔵量が少なくて済み、安定液処理プラント２０を小型化することができる。

また、本実施形態では、第１の装置側配管１３０に接続されたサンドポンプ１３６によりピット１２内の泥水を排出する。配管の途中部に設けられたサクションポンプによりピット１２内の泥水を吸い上げる場合には、配管内に空気が混入してしまうと、吸い上げがストップしてしまうが、本実施形態ではサンドポンプ１３６により、泥水を圧送しているため、配管内に空気が混入しても、泥水の搬送がストップすることはない。
このようにして場所打ち杭の下端に相当する深さまで掘削孔１１を削孔が完了したら、掘削機４０のビット４３の回転を停止し、安定液を逆循環させる。

図３に示すように、安定液を逆循環させる際には、循環切換装置３０の切換配管３３、３４に取り付けられた閉止弁３６、３７を開放するとともに、配管３１、３２に取り付けられた閉止弁３５、３８を閉鎖し、サンドポンプ１１３を起動させる。また、第２の装置側配管１４０において、第１の装置側配管１３０の閉止弁１３４を閉鎖し、第１の装置側配管１３０のサンドポンプ１３６を停止させる。また、第２の装置側配管１４０の閉止弁１４３を閉鎖し、閉止弁１４４、１４５を開放して、第２の装置側配管１４０のサクションポンプ１４６を起動させる。

これにより、安定液処理プラント２０からサンドポンプ１１３により圧送された安定液は、プラント側送泥配管１１２を通じて、循環切換装置３０へ供給される。循環切換装置３０へ供給された安定液は、切換配管３３、３４に取り付けられた閉止弁３６、３７が開放され、配管３１、３２の閉止弁３５、３８が閉鎖されているため、第１の装置側配管１３０へと排出される。第２の装置側配管１３０へ排出された安定液は、配管１３３を通じて、ピット１２内へ供給される。

また、第２の装置側配管１４０のサクションポンプ１４６を起動することにより、掘削機４０のビット４３の先端より掘削孔１１の底部の泥水を吸引し、配管４４を通じて排出される。掘削機４０から排出された泥水は、第２の装置側配管１４０のサクションポンプ１４６が設けられた配管１４１を通り、循環切換装置３０へと送り込まれる。

循環切換装置３０へ送り込まれた泥水は、切換配管３３，３４に取り付けられた閉止弁３６が開放され、配管３２に取り付けられた閉止弁３８が閉鎖されているため、切換配管３３を通り、プラント側排泥配管１１１を通じて安定液処理プラント２０へ送られる。

このようにして、安定液を逆循環させることにより、掘削孔１１の底部に溜まったスライムを除去することができる。

上記のように、所定の期間、逆循環を行った後、掘削機４０を撤去し、掘削孔１１内へ鉄筋かごを挿入する。そして、掘削孔１１内にトレミー管を通してコンクリートを打設する。打設したコンクリートが硬化することで場所打ち杭の構築が完了する。なお、逆循環方式による掘削がないため、逸泥の可能性が少なく、逆循環方式のように予備の安定液を確保する必要はない。

以上説明したように、本実施形態によれば、正循環方式により地盤を掘削するため、安定液の供給が停止しても、掘削孔１１内は安定液で満たされているので孔壁の安定性を確保することができる。また、安定液の供給が停止しても、孔壁の安定性を確保できるため、安定液の製造が停止した場合に備えて貯蔵する予備の安定液の貯蔵量が少なくて済み、安定液処理プラント２０を小型化することができる。

また、掘削孔１１を掘削した後、所定の時間、逆循環を行うことにより、掘削孔１１の底部に溜まったスライムを確実に除去することができるため、杭の支持力の低下を防止できる。

また、正循環させる場合に、第１の装置側配管１３０に接続されたサンドポンプ１３６によりピット１２内の泥水を排出するため、配管内に空気が混入しても、泥水の搬送がストップすることはない。

なお、本実施形態では、循環切換装置３０を配管３１、３２の間に、一対の切換配管３３、３４を交差するように設けて構成したが、これに限らず、プラント側排泥配管１１１と第１の装置側配管１３０が結ばれるとともに、プラント側送泥配管１１２と第２の装置側配管１４０とが結ばれた状態と、プラント側排泥配管１１１と第２の装置側配管１４０とが結ばれるとともに、プラント側送泥配管１１２と第１の装置側配管１３０とが結ばれた状態を切換え可能な構成であればよい。

１０ 掘削システム １１ 掘削孔
１２ ピット ２０ 安定液処理プラント
３０ 循環切換装置 ３１、３２ 配管
３３、３４ 切換配管 ３５、３６、３７、３８ 閉止弁
４０ 掘削機 ４１ 掘削機本体
４２ ロッド ４３ ビット
４４ 配管 ４５ 回転機構
１００ 配管系統 １１０ 第１の配管系統
１１１ プラント側排泥配管 １１２ プラント側送泥配管
１１３ サンドポンプ １２０ 第２の配管系統
１３０ 第１の装置側配管 １３１、１３２、１３３ 配管
１３４、１３５ 調整弁 １３６ サンドポンプ
１４０ 第２の装置側配管 １４１、１４２、１４７ 配管
１４３、１４４ 閉止弁 １４６ サクションポンプ

Claims (2)

1. 場所打ち杭を構築する方法であって、
   掘削ビットの先端から安定液を注入しながら、地盤を掘削して掘削孔を形成する掘削ステップと、
   掘削後、掘削ビットの先端から掘削孔内の安定液を外部へ排出するとともに、前記掘削孔の上部から安定液を供給する逆循環ステップと、
   を備えることを特徴とする場所打ち杭の構築方法。
2. 場所打ち杭を構築するための掘削システムであって、
   先端に掘削ビットが接続され、内部を配管が挿通する配管を備えたロッドと、当該ロッドを回転させる回転機構とを備えた掘削機と、
   回収された泥水を処理して安定液を精製する安定液処理プラントと、
   前記安定液処理プラントから安定液が送られるプラント側送泥配管と、前記安定液処理プラントへ泥水を送るプラント側排泥配管と、地表面に前記場所打ち杭を形成する位置の近傍に形成されたピットとの間を結ぶ第１の装置側配管と、前記掘削機の前記配管との間を結ぶ第２の装置側配管とが接続され、前記プラント側送泥配管と前記第１の装置側配管とが接続されるとともに、前記プラント側排泥配管と第２の装置側配管とが接続された状態と、前記プラント側送泥配管と前記第２の装置側配管とが接続されるとともに、前記プラント側排泥配管と第１の装置側配管とが接続された状態と、を切り替え可能な循環切換装置と、を備え、
   前記第１の装置側配管は、前記ピット側へ向かって一対の配管に分岐しており、当該一対の配管には夫々閉止弁が設けられるとともに、一方の配管にはサンドポンプが取り付けられており、
   前記第２の装置側配管は、その中間部が一対の配管に分岐し、再度、合流しており、一方の配管には閉止弁が設けられるとともに、他方の配管にはサクションポンプと当該サクションポンプの上流及び下流に閉止弁が設けられていることを特徴とする掘削システム。

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