JP2011196022A - 杭施工方法および杭施工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤での孔掘削から、杭に拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とする。
【解決手段】杭１０の先端部近傍に形成された掘削部３を用いて地盤Ｇを掘削しながら当該掘削孔２０に杭１０を埋設するとともに、当該掘削孔２０の一部に拡径部２１を形成し、該拡径部２１に袋体１１を位置させた状態で袋体１１に流動体を導入し、当該流動体を固化させることによって拡径体１１’を形成する。杭１０および袋体１１の周囲を覆う保護体２を用い、該保護体２によって杭１０を囲繞した状態で当該杭１０を埋設することが好ましい。また、杭１０の埋設後、保護体２を枠体として用いつつ該保護体２に設けられた吐出口から地盤改良材を吐出して、当該杭１０の外周の周囲に地盤改良材を打設することも好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭施工方法および杭施工装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する技術の改良に関する。

従来、高い鉛直支持力を発現させるために袋体を有した袋付き杭あるいはその施工方法（例えば特許文献１参照）、さらには袋付き杭を施工する場合における地盤改良方法（例えば特許文献２参照）などが提案されている。

このような袋付き杭を地盤に施工する際は、従来、掘削水を高圧噴射しながら杭を定着させるための孔を掘削し、杭先端の定着層付近において掘削水を高圧噴射したり、油圧機構による掘削ビットを利用したりして拡大掘削孔を削孔することが一般的に行われている。このような掘削孔には、掘削と同時にセメントミルクが注入され、もしくは周辺地盤と混合攪拌したソイルセメントが充填され、当該掘削孔にプレキャスト杭や鋼管杭が挿入される。その後、定着深度にて袋体内にセメントミルクを導入し充填することで杭の先端（下端）に拡径体を築造し、かかる拡径体を、支持力性能及び引き抜き抵抗力の大きいアンカー（根固め部）として機能させている。

特公平６−３０１６号公報 特開２０００−５４３５９号公報

しかしながら、従来の袋付き杭の施工方法は、杭に拡径体（アンカー）を形成するに至るまでに少なくとも複数の工程を要するものとなっている。

そこで、本発明は、地盤での孔掘削から、杭に拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とした杭施工方法および杭施工装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。孔の掘削から拡径体の形成までに従来のごとく複数の工程を要すると、杭施工にその分の手間と時間が費やされる。また、例えば海上風車の建設などに伴い海底地盤に杭を施工するような場合にあっては、多くの工程を経ると、地盤から海中への排土や掘削泥水を抑制することが難しい。同時に、あらかじめ杭を埋設するために掘削孔を設けるため、後から杭を挿入する際に、杭挿入とともに泥土が排出されるため環境保護といった観点からも好ましくはない。加えて、従来の場合には孔を掘削した後に杭を埋設するという手順であるため、地盤の緩い砂層などが崩壊すると杭が埋設できなくなるおそれがある。これらの点をふまえつつ、杭に拡径体を形成するまでの工程を削減することについて検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づくものであり、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、杭の先端部近傍に形成された掘削部を用いて地盤を掘削しながら当該掘削孔に杭を埋設するとともに、当該掘削孔の一部に拡径部を形成し、該拡径部に袋体を位置させた状態で袋体に流動体を導入し、当該流動体を固化させることによって拡径体を形成する、というものである。

かかる杭施行方法によれば、地盤を掘削しながら当該掘削孔に杭を埋設することができ、さらには、掘削孔の一部に形成した拡径部において袋体を拡充させることによって拡径体を形成することができる。このような杭施行方法によれば、孔の掘削、杭の埋設から当該杭に拡径体を形成するまでを単一の工程にて実施することができる。

かかる杭施工方法においては、杭および袋体の周囲を覆う保護体を用い、該保護体によって杭を囲繞した状態で当該杭を埋設することが好ましい。このような保護体を利用した杭との二重構造とすることにより、袋体を保護することができる。

また、杭の埋設後、保護体を枠体として用いつつ該保護体に設けられた吐出口から地盤改良材を吐出して、当該杭の外周の周囲に地盤改良材を打設することも好ましい。

さらに、上述の杭施工方法において、掘削にジェット工法を用いることも好ましい。

上述の杭施行方法により、海底地盤に杭を施工することもできる。

また、本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、杭の先端部近傍に形成され、地盤を掘削しながら当該掘削孔に杭を埋設させる掘削部と、拡径された掘削孔を形成する拡径掘削部と、袋体に流動体を導入するための導入路と、を備え、拡径部に当該杭の袋体を位置させた状態で当該袋体に流動体を導入して拡径体を形成するというものである。

かかる杭施行装置によれば、地盤を掘削しながら当該掘削孔に杭を埋設し、また、掘削孔の一部に形成した拡径部において袋体を拡充させることによって拡径体を形成することができる。このような杭施行装置によれば、孔の掘削、杭の埋設から当該杭に拡径体を形成するまでを単一の工程にて実施することができる。

かかる杭施工装置は、袋体の周囲を覆う保護体を備えることが好ましい。このような保護体を利用した杭との二重構造とすることにより、袋体を保護することができる。

また、かかる杭施工装置が、保護体によって杭を囲繞した状態で当該杭を地盤に埋設するものであることも好ましい。

さらに、杭施工装置の保護体に、地盤改良材を吐出する吐出口が形成されていることも好ましい。

また、杭施工装置の掘削部又は／及び拡径掘削部が、掘削水を高圧噴射するジェット装置からなることも好ましい。

さらに本発明にかかる杭施工装置においては、袋体が杭の先端近傍に設けられていることも好ましい。

本発明によれば、地盤の孔掘削から、杭に拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができる。しかも、本発明によれば、従来技術における種々の課題を踏まえつつ、設計に必要な杭の設置深度へ確実に定着させることが可能で、なおかつ、掘削及び杭設置時における排土量を大幅に低減することで、特に海底での杭施工において、海洋に土砂、水硬性材料を拡散させない、環境に配慮した施工が可能となる。

本発明による杭施工の手順の一例を（Ａ）〜（Ｅ）の順に示す地盤の断面図である。 本発明にかかる杭施工装置の構成例を示す、当該装置の下部の断面図である。 図２に示した杭施工装置の平面図である。 杭施工装置のケーシングストッパおよび押し込み用ストッパの形態例を示す側面からの概略図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４に本発明にかかる杭施工方法および杭施工装置の実施形態を示す。杭施工装置１は、当該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な袋体１１を備えた杭１０を地盤Ｇに施工するための装置である。本実施形態の杭施工装置１は、ケーシング（保護体）２、掘削部３、拡径掘削部４、導入路６等を備えた装置として構成されている（図１等参照）。

ここで、まず杭１０は、例えば鋼管からなる既製杭、あるいは、内面が鋼管に密着した中空コンクリート部からなる鋼管コンクリート複合杭などである。どのような構成の杭１０とするかは、目的や地盤Ｇの性状などに応じて適宜選択される。

杭１０の下部には、環状の袋体１１が装着されている。袋体１１は、杭１０の沈設後にセメントミルク等の水硬性材料を含む流動体（地盤改良材）が導入路１３を通じて導入され、地盤Ｇ中の拡径部に拡径体１１’を形成する（図１参照）。袋体１１は、例えばその上下部を鋼製バンドなどの袋体拘束具１２によって杭１０の外周面１０ａに締め付けられている（図２参照）。この袋体１１の材質は、導入される流動体中の水分を透過させる脱水機能と強度の点からナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ビニロンなどの合成繊維を用いることが好ましい。このように流動体の水分を透過させうる材質の袋体１１を用いた場合、袋体１１への流動体の導入時または導入後、所定の圧力を作用させることにより、流動体中の水分を透過させて脱水することができ、硬化後により緻密で強固な硬化体を得ることが可能となる。

導入路１３は、上述の袋体１１に流動体を導入するための流路である。本実施形態では特に詳しくは図示していないが、導入路１３は、杭１０の内周に設置された、流動体の供給用パイプといった公知の構成のものでよい。

ケーシング２は、杭１０の少なくとも一部および袋体１１の周囲を覆う例えば筒状の部材である（図２等参照）。該ケーシング２は、杭１０の少なくとも一部および袋体１１を収容したいわば二重管のような状態で袋体１１を保護する。

掘削部３は、地盤Ｇを掘削しながら当該掘削孔２０に杭１０を埋設させるべく、当該杭１０の先端部近傍に形成されているものである。また、拡径掘削部４は、地盤Ｇ中に拡径された掘削孔（拡径部２１）を形成するものである。例えば本実施形態では、ケーシング２の先端（下端）付近にこれら掘削部３および拡径掘削部４を設け、これら掘削部３や拡径掘削部４を利用して地盤Ｇを掘削するようにしている（図１等参照）。

掘削部３や拡径掘削部４の具体的構成は特に限定されないが、例えば本実施形態では、掘削水を高圧噴射するジェット装置によってこれら掘削部３および拡開掘削部４を構成し、ジェット工法あるいはバイブロを併用したジェット工法を利用して地盤Ｇを掘削することとしている。具体例を挙げて説明すると以下のとおりである。

すなわち、本実施形態では、ケーシング２の先端（下端）に、掘削部３を構成する鉛直方向下向きの吐出口（以下、下向き吐出口３という）を設け、さらにケーシング２の外周面１０ａであって該下向き吐出口３の上方に、拡径掘削部４を構成する径方向外向きの吐出口（以下、外向き吐出口４という）を設けている（図２参照）。これら下向き吐出口３や外向き吐出口４は、複数が、ケーシング２の外周面１０ａに等間隔で配置されていることが好ましい（図３参照）。これら下向き吐出口３や外向き吐出口４の設置数は、杭１０やケーシング２の大きさ、掘削対象となる地盤Ｇの性状などに応じて適宜変更することができる。

なお、これら吐出口３，４とは向きが異なる別の吐出口が併設されていてもよい。例えば本実施形態では、外向き吐出口４のさらに上方に、斜め下向きの吐出口（以下、斜め下向き吐出口という）５を併設している（図２参照）。このような斜め下向き吐出口５は、地盤Ｇ中に例えば拡底部を築造する際に外向き吐出口４と適宜併用することによって築造効率や精度を向上させうるものである。吐出口３，４と同様、斜め下向き吐出口５も、複数がケーシング２の外周面１０ａに等間隔で配置されていることが好ましい（図３参照）。

なお、本実施形態ではケーシング２の先端（下端）付近に、下向き吐出口３、外向き吐出口４、斜め下向き吐出口５が鉛直下方から順に配置された杭施工装置１を例示したが（図２参照）、これは一例にすぎず、例えば外向き吐出口４と斜め下向き吐出口５の配置を逆にしたり、設置間隔を変えたりするなど適宜変更することが可能である。

これら下向き吐出口３、外向き吐出口４、斜め下向き吐出口５には、例えばケーシング２の外周面１０ａに設置されたパイプ６を通じて掘削水あるいは流動体（例えばセメントミルク）が供給される（図２参照）。パイプ６は、各吐出口３〜５に共通のものであってもよいし、各吐出口３〜５毎に設けられたものであってもよい。また、特に図示はしていないが、パイプ６には、各吐出口３〜５への掘削水などの供給量を調節するためのバルブ等の装置が必要に応じて併設されている。

また、ケーシング２および杭１０の少なくとも一方には、地盤Ｇの掘削時にこれらケーシング２に対する杭１０の相対的な動きを規制するための係合部材が設けられている。例えば本実施形態では、杭１０の外周面１０ａの下端に形成された押し込み用ストッパ１４に、ケーシング２の内周面に形成されたケーシングストッパ７を係合させて杭１０の相対的な動きを規制している（図２、図３参照）。ケーシングストッパ７は、ケーシング２に対する杭１０の鉛直方向への相対移動と相対回転とを規制しうる形状（例えば図４に示すようなＬ字形状など）に形成されている（図４参照）。これらケーシングストッパ７および押し込み用ストッパ１４は、好ましくはそれぞれ３つ以上が周方向に等間隔で配置されていることが好適である（図３参照）。また、例えば押し込み用ストッパ１４の厚み（杭１０の外周面１０ａからの突出量）をケーシング２の内周面に接する程度とすれば、ケーシング２に対する杭１０の水平方向の相対的動きをも抑えやすくなるため好ましい（図３、図４参照）。

なお、上述した杭施工装置１は好適な構成の一例にすぎない。例えば、ここまでは各吐出口（下向き吐出口３、外向き吐出口４、斜め下向き吐出口５）がケーシング２に形成された杭施工装置１を示したが、これら吐出口３〜５の一部または全部が杭１０の先端（下端）付近に形成されていてもよい（図１参照）。要は、杭１０の少なくとも一部および袋体１１の周囲をケーシング２で覆った状態を保持しつつジェット工法等により地盤Ｇを掘削し、尚かつ地盤Ｇ中の拡径部に拡径体（袋体２に流動体を導入して固化させたもの）１１’を形成することができれば、吐出口３〜５の配置、ケーシング２に対する杭１０の相対位置、ケーシング２に対する杭１０の相対的な動きを規制するための構成などは特に限定されない。

続いて、上述のごとき構成の杭施行装置１を用いた杭施工の一例について説明する。以下では、海底の地盤Ｇを掘削して杭１０を施工する場合を例示して説明する（図１参照）。

まず、ケーシング２で杭１０の少なくとも一部および袋体１１の周囲を覆い、押し込み用ストッパ１４にケーシングストッパ７を係合させた状態で、ジェット工法（状況に応じてこれに振動を加えたバイブロジェット工法）により海底の地盤Ｇを泥水化しながら掘削する。本実施形態の場合、下向き吐出口３から掘削水を高圧噴射しながら地盤Ｇを掘削し、杭１０を埋設していく（図１（Ａ）参照）。この際、状況に応じてケーシング２及び杭１０を所定の方向に回転させながら地盤Ｇを掘削するようにしてもよい。また、環境汚染の低減などの観点からすれば、例えば船体（図視省略）に備え付けのバキューム装置２２を用いて排土（残土や泥水を含む）を吸引することが好ましい。本実施形態の杭施工装置１によれば、杭１０に備え付けられている袋体１１を二重管構造のケーシング２で覆って保護しながら当該杭１０を地盤Ｇに埋設することができる。

ケーシング２及び杭１０を所定の深さまで埋設したら、外向き吐出口４から掘削水を高圧噴射し、地盤Ｇ中に拡径部（拡大した掘削孔）２１を築造する（図１（Ｂ）参照）。状況に応じ、外向き吐出口４のみならず斜め下向き吐出口５を併用して拡径部２１を築造してもよい。

掘削・拡径部２１の築造を所定時間行った後、吐出口３〜５から吐出する液体を掘削水からセメントミルク等に切り換え、築造した拡径部２１に当該セメントミルクを充填して打設する（図１（Ｃ）参照）。セメントミルク等を吐出する吐出口は、下向き吐出口３、外向き吐出口４、斜め下向き吐出口５のうちの一つからであってもよい。また、このように拡径部２１にセメントミルクを充填しながらケーシング２を引き上げる。

次に、ケーシング２の先端（下端）が拡径部２１より上方に位置するまで当該ケーシング２を引き上げた後、導入路１３を通じて袋体１１にセメントミルク等の流動体を導入する。これにより、袋体１１は拡径部２１において拡大する（図１（Ｄ）参照）。この際、袋体１１と拡径部２１との間にはセメントミルク等が介在した状態となる。

ケーシング２を地盤Ｇから引き上げた後、所定時間が経過すると、袋体１１の内部に導入された流動体が杭１０の外周面１０ａに密着した状態で固化し、掘削孔２０の拡径部２１の形状に応じた形状であって当該杭１０と一体化した拡径体１１’が形成される（図１（Ｅ）参照）。また、杭１０の外周面１０ａよりも径が大きくなるように地盤Ｇ中に形成された拡径体１１’は、当該杭１０を引き抜く方向の外力に対する抵抗力、さらにはこれ以外の外力に抵抗して杭１０を支持する支持力を発揮するアンカー（根固め部）として機能する。また、袋体１１と拡径部２１との間に介在しているセメントミルク等が固化することにより、杭１０は地盤Ｇ中でより堅固に定着する。

なお、杭１０の袋体１１以外の外周面１０ａと掘削孔２０との間にもセメントミルク等を介在させることがさらに好ましい。本実施形態では、ケーシング２を地盤Ｇから引き上げながら吐出口３〜５の少なくともいずれかからセメントミルク等を吐出して打設するようにしている。こうした場合、当該杭１０の外周面１０ａと掘削孔２０との間においてもセメントミルク等が固化し、杭１０を地盤Ｇ中においてさらに堅固に定着させることができる（図１（Ｅ）参照）。また、杭１０をできるだけ堅固に定着させるという観点からすれば、杭頭（杭１０の頭部）付近にセメントミルク等を打設して地盤改良することが好適である。

本実施形態の杭施工装置１によれば、袋体１１を備えた杭１０を、地盤Ｇを掘削しながら埋設することができる。例えば、従来の施工方法であれば、まずは地盤に掘削孔を形成し、それから当該掘削孔に杭を埋設するという少なくとも複数の工程を要していたのに対し、本実施形態においては単一工程（つまり掘削と杭１０の埋設との同時工程）にて同様の施工を行うことができる。

また、このように掘削から拡径体１１’の形成までを単一工程にて実施可能な本実施形態は、環境面においても優れるという利点がある。すなわち、従来のごとく複数工程にて杭１０を施工する場合、特に海底地盤Ｇに杭１０を施工する場合においては、掘削時点、掘削装置を引き上げる時点、さらには掘削孔２０に杭１０を沈設する時点それぞれで排土が生じることから、施工完了までの排土量を効果的に抑制することが難しい。これに対し、単一工程に杭１０を施工することが可能な本実施形態の場合には工程数が少なく、施工時間が短くて済むことから排土量を効果的に抑制し、環境に対する影響を極力抑えることが可能である。

しかも、本実施形態ではケーシング２を用いた杭１０との二重管構造を利用して袋体１１を保護しながら上述の単一工程（掘削と埋設との同時工程）にて当該杭１０を施工することが可能である。したがって、合成繊維等からなる袋体１１を掘削・埋設工程の途中で傷付けるようなことがない。

また、単一工程にて杭１０を施工する本実施形態の杭施工装置１および杭施工方法は、特に海底の地盤Ｇ、なかでも崩壊の可能性がある比較的緩い地盤においても安定して定着深度まで杭１０を埋設することができる点でも好適である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、杭１０の袋体１１以外の外周面１０ａと掘削孔２０との間にセメントミルク等の地盤改良材を打設する際には、上述したようにケーシング２を引き上げながら吐出口３〜５（のいずれか）からセメントミルク等を吐出してもよいし、あるいは、ケーシング２を引き上げるよりも前にセメントミルク等を吐出してもよい。ケーシング２を引き上げるよりも前にセメントミルク等を吐出した場合は、当該ケーシング２を仕切りのような枠体として機能させて、セメントミルク等が泥土などと混じり合わないようにしながら当該杭１０の周囲に打設することが可能である。

本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する場合、特に海底地盤に施工する場合に適用して好適なものである。

１…杭施工装置、２…ケーシング（保護体）、３…下向き吐出口（掘削部）、４…外向き吐出口（拡径掘削部）、１０…杭、１０ａ…外周面、１１…袋体、１１’…拡径体、１３…導入路、２０…掘削孔、２１…拡径部、Ｇ…地盤

Claims (11)

1. 当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、
   前記杭の先端部近傍に形成された掘削部を用いて前記地盤を掘削しながら当該掘削孔に前記杭を埋設するとともに、当該掘削孔の一部に拡径部を形成し、該拡径部に前記袋体を位置させた状態で前記袋体に流動体を導入し、当該流動体を固化させることによって拡径体を形成する、杭施工方法。
2. 前記杭および前記袋体の周囲を覆う保護体を用い、該保護体によって前記杭を囲繞した状態で当該杭を埋設する、請求項１に記載の杭施工方法。
3. 前記杭の埋設後、前記保護体を枠体として用いつつ該保護体に設けられた吐出口から地盤改良材を吐出して、当該杭の外周の周囲に地盤改良材を打設する、請求項２に記載の杭施工方法。
4. 掘削にジェット工法を用いる、請求項１から３のいずれか一項に記載の杭施工方法。
5. 海底地盤に前記杭を施工する、請求項１から４のいずれか一項に記載の杭施工方法。
6. 当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、
   前記杭の先端部近傍に形成され、前記地盤を掘削しながら当該掘削孔に前記杭を埋設させる掘削部と、
   拡径された掘削孔を形成する拡径掘削部と、
   前記袋体に流動体を導入するための導入路と、
   を備え、前記拡径部に当該杭の前記袋体を位置させた状態で当該袋体に前記流動体を導入して拡径体を形成する、杭施工装置。
7. 前記袋体の周囲を覆う保護体を備える、請求項６に記載の杭施工装置。
8. 前記保護体によって前記杭を囲繞した状態で当該杭を前記地盤に埋設する、請求項７に記載の杭施工装置。
9. 前記保護体に、地盤改良材を吐出する吐出口が形成されている、請求項７または８に記載の杭施工装置。
10. 前記掘削部又は／及び前記拡径掘削部が、掘削水を高圧噴射するジェット装置からなる、請求項６から９のいずれか一項に記載の杭施工装置。
11. 前記袋体が前記杭の先端近傍に設けられている、請求項６から１０のいずれか一項に記載の杭施工装置。

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