JP2012167450A

JP2012167450A - 杭構造及び杭の構築方法

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Publication number: JP2012167450A
Application number: JP2011027604A
Authority: JP
Inventors: Minoru Mizumoto; 実水本; Shinko Sato; 眞弘佐藤
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP5696516B2

Abstract

【課題】施工コストや環境負荷や工期の延長を抑制したうえで杭の軸力を効率よく増大させることができる杭構造および杭の構築方法を提供する。
【解決手段】平断面の形状が矩形状である軸部１２と、地盤の支持層において軸部１２の底部が拡大した平断面の形状が円状の拡底部１４とを備え、拡底部１４は、軸部１２の底部における全周に亘って側方に拡大するように構成されていることを特徴とする。軸部１２を形成するための孔を、水平多軸型掘削機を使用して掘削し、その後、リバースサーキュレーション工法を用いて孔を拡底する。
【選択図】図２

Description

本発明は、杭構造及び杭の構築方法に関する。

杭構造として、平断面の形状が矩形状である壁状部の底部に円錐台形状の拡底部を形成した壁杭構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この壁杭構造では、複数の拡底部が形成されており、各拡底部の断面積は壁状部と比して小さくなっている。

特許第４１２０４７８号公報

特許文献１に記載の壁杭構造では、杭の軸力を増大させるためには、壁状部や拡底部の断面積を拡大させる必要がある。ここで、壁状部や拡底部の断面積を拡大させると、地盤の掘削量やコンクリートの打設量が増大し、また、拡底部の総断面積を拡大させるために拡底部の数を増やすとなると、掘削作業の回数が増加する。従って、施工コストや環境負荷が増大したり、工期が延長したりする。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、施工コストや環境負荷や工期の延長を抑制したうえで杭の軸力を効率よく増大させることができる杭構造および杭の構築方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る杭構造は、平断面の形状が矩形状の矩形柱部を有する軸部と、地盤の支持層において前記軸部の底部が拡大した平断面の形状が円状の拡底部とを備え、前記拡底部は、前記軸部の底部における全周に亘って側方に拡大するように構成されていることを特徴とする。

上記杭構造において、前記拡底部の上側において前記軸部が拡大した平断面の形状が円状の節部を備えてもよく、前記節部は、前記軸部の全周に亘って側方に拡大するように構成されていてもよい。

また、本発明に係る杭の構築方法は、平断面の形状が矩形状の矩形柱部を有する軸部と、地盤の支持層において前記軸部の底部が拡大した平断面の形状が円状の拡底部とを備え、前記拡底部は、前記軸部の底部における全周に亘って側方に拡大するように構成されている杭の構築方法であって、前記軸部を形成するための孔を掘削する第１工程と、前記第１工程の後に、前記孔の底部を拡底する第２工程と、を備えることを特徴とする。

上記杭の構築方法において、前記第１工程では、水平軸の周りに回転する掘削歯を有する掘削機を使用して前記孔を掘削し、前記第２工程では、前記第１工程で掘削した前記孔の底部を、リバースサーキュレーション工法を用いて拡底してもよい。

本発明によれば、施工コストや環境負荷や工期の延長を抑制したうえで杭の軸力を効率よく増大させることができる。

一実施形態に係る拡底杭を示す立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭を示す斜視図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。一実施形態に係る拡底杭の構築方法を説明するための立面断面図である。比較例に係る拡底杭の斜視図である。他の実施形態に係る拡底杭を示す斜視図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。他の実施形態に係る拡底杭を示す立面図である。他の実施形態に係る拡底杭を示す平面図である。他の実施形態に係る拡底杭を示す平面図である。他の実施形態に係る拡底杭を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る拡底杭１０を示す立面断面図である。この図に示すように、拡底杭１０は、地下街や高架下等の頭上に構造物１が存在する空間（即ち、低空頭部）で地盤２に施工される大深度且つ高耐力の場所打ちコンクリート杭であり、支持層３まで延びている。

図２（Ａ）は、拡底杭１０を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、拡底杭１０を示す平面図である。これらの図に示すように、拡底杭１０は、平断面の形状が一様に長方形状である（即ち長方柱状の）軸部１２と、平断面の形状が円状で上側にかけて次第に縮径する（即ち円錐形状もしくは円錐台形状の）拡底部１４とを備えている。ここで、拡底部１４の底端部の直径（最大直径）Ｄは、軸部１２の平断面の対角線長Ｌよりも長く設定されており、拡底部１４は、軸部１２の底部における全周に亘って側方に拡大されている。また、拡底部１４は、支持層３内に形成されている。なお、軸部１２の短辺の長さは６００〜２５００ｍｍ、長辺の長さは２４００〜３２００ｍｍ、拡底部１４の最大直径Ｄは、３０００〜５０００ｍｍに設定すればよい。

図３〜図８は、拡底杭１０の構築方法を説明するための立面断面図である。これらの図に示すように、本実施形態では、まず、軸部１２を構築するための長方柱状の孔１３を、低空頭対応の水平多軸型掘削機（ハイドロフレーズ掘削機（商標））２０を使用して掘削し、拡底部１４を構築するために拡径した孔底部１５を、リバースサーキュレーション型掘削機４０を使用して掘削する。

図３に示すように、水平多軸型掘削機２０も、リバースサーキュレーション型掘削機であり、矩形柱状の掘削機本体２２と、掘削機本体２２を吊り下げて支持するクローラー式の専用櫓２４を備える。掘削機本体２２には、左右一対のカッター２１、揚泥ポンプ２３、姿勢検出装置２５、姿勢修正装置２７等が備えられている。また、専用櫓２４には、ホースリール２９、ケーブルリール３１、油圧ユニット３３等が備えられている。

左右一対のカッター２１は、掘削機本体２２の下端に配された水平２軸のロータリーカッターであり、油圧ユニット３３に動力ケーブルを介して接続されており、油圧ユニット３３の駆動力で回転して土砂をほぐす。また、揚泥ポンプ２３はホースを介して不図示の土砂分離機に接続されており、孔内から孔内水と共に土砂を吸い上げて土砂分離機へ送る。また、ホースは、ホースリール２９により巻き取られたり巻き出されたりする。

ここで、掘削機本体２２は、全高が約５ｍである専用櫓２４から吊り下げられて支持されており、これにより、水平多軸型掘削機２０の低空頭部での使用が可能となっている。

姿勢検出装置２５は、光ファイバージャイロスコープであり、掘削機本体２２の鉛直軸に対する傾きを検出する。姿勢修正装置２７は、掘削機本体２２の上下にそれぞれ４組ずつ配された油圧ジャッキ（不図示）及び支圧板３５を備えている。この油圧ジャッキは、水平方向に伸縮可能に配され、油圧ユニット３３の駆動力で動作する。また、支圧板３５は、油圧ジャッキの先端に取付けられており、油圧ジャッキが伸長すると、掘削機本体２２の外側へ移動して、孔壁に当接する。これにより、掘削機本体２２の姿勢が変化する。

姿勢検出装置２５の検出信号は、掘削管理用コンピュータに送信され、オペレータ室の操作パネルに、掘削機本体２２の傾き等に関する情報が表示される。オペレータは、掘削機本体２２の傾きが補正されるように、操作パネルに表示された情報に基づいて、姿勢修正装置２７の各油圧ジャッキの伸縮量を設定することになる。

以上のような構成の水平多軸型掘削機２０を使用し、孔１３内に安定液を注入しながら、軸部１２を形成するための長方柱状の孔１３を、支持層３まで掘削する工程を実施する。この工程では、姿勢修正装置２７で掘削機本体２２の姿勢を調整しながら、削孔を進めることで、孔１３の鉛直性を確保する。

図４に示すように、リバースサーキュレーション型掘削機４０は、掘削機本体４２と、専用櫓４４とを備えている。掘削機本体４２は、専用櫓４４に回転可能に支持されたロッド４６の先端に取付けられている。掘削機本体４２には、左右一対の拡幅ビット４１、左右一対の拡幅ガイド４３、駆動機構４５、孔底整形ビット４７、排土管４９等が設けられている。また、専用櫓４４には、ポンプ等が設けられている。

拡幅ガイド４３は、下側へかけて外周側に傾斜しており、拡幅ビット４１は、この拡幅ガイド４３に摺動可能に支持されている。このため、拡幅ビット４１は、油圧ジャッキ等の駆動機構４５により下降されると、各幅ガイド４３に沿って外周側へ変位する。この状態で掘削機本体４２が回転されることで、孔底が拡径される。

孔底成形ビット４７は、掘削機本体４２の底部に設けられており、孔底を掘削する。また、排土管４９は、ホースを介して専用櫓４４のポンプに接続されており、排土管４９から孔内水と共に土砂が吸い上げられる。

ここで、拡幅ビット４１の回転半径の最小値は、孔１３の厚み（短辺の長さ）より小さく、一方、拡幅ビット４１の回転半径の最大値は、孔１３の厚みより大きい。また、ロッド４６は、複数の軸を接続した構成になっており、接続する軸の数を増やしロッド４６を延長することにより、掘削機本体４２を下降させる。これにより、大深度の拡底杭１０を構築することに対応できる。

以上のような構成のリバースサーキュレーション掘削機４０を使用し、孔１３に安定液を注入しながら、拡底部１４を構築するための拡径した孔底部１５を、支持層３に構築する工程を実施する。この工程では、拡幅ビット４１の回転半径が最小となるように、各幅ビット４１を昇降範囲の最高位に位置させた状態で、拡径掘削機本体４２を、孔底部１５まで下降させる。そして、拡幅ビット４１を、拡幅ガイド４３に沿って徐々に下降させることにより、回転半径を拡大させながら回転させることで、下側にかけて徐々に拡径する孔底部１５を構築する。その後、孔１３の鉛直性や孔底部１５の形状を測定したり、底浚えを実施したり、スライム処理を実施したりする。

次に、図５に示すように、予め組み立てられている鉄筋籠１６を、孔１３内に建て込む工程を実施する。この工程では、鉄筋籠１６を、クレーンで吊り下げて支持し、孔底部１５まで下降させる。

次に、図６に示すように、トレミー管１７を、孔１３内に建て込む工程を実施する。この工程では、トレミー管１７を、クレーンで吊り下げて支持し、鉄筋籠１６の中を通して孔底部１５まで下降させる。そして、再度のスライム処理を実施する。

次に、図７に示すように、孔１１内にコンクリートを打設する工程を実施する。この工程では、トレミー管１７を通して生コンクリートを孔底部１５から孔１３の上部まで充填する。その後、トレミー管１７を孔１３から撤去する。

次に、図８に示すように、硬化前のコンクリート中に、逆打ち支柱１８を建て込む。この工程では、逆打ち支柱１８の上部を軸部１２の上面から上方に突出させる。逆打ち支柱１８は、拡底杭１０の上に構築される構造物の床や梁等を支持することになる。

以上のような工程を経て構築された拡底杭１０は、軸部１２が長方柱形状であることから、軸部１２の長辺の方向に作用する地震時の水平力に対する耐力を効率よく増大させることができる。また、軸部１２の断面積を拡大させるのではなく、軸部１２の全周が埋没されるまでに拡底部１４の断面積を拡大させることにより、杭の軸力を増大させている。これにより、杭の体積の拡大、即ちコンクリートの打設量を抑えたうえで杭の軸力を効果的に増大させることができ、以って、工期の短縮や工費の抑制や環境負荷の抑制等を図ることができる。

ここで、図９に示すように、本実施形態に係る拡底杭１０と同じ断面積を得るために軸部１２の底部に複数の拡底部１９を構築する場合には、拡底工程を複数回実施することを要する。これに対し、本実施形態に係る拡底杭１０のように長方柱状（矩形柱状）の軸部１２の全周が埋没されるような大径の拡底部１４を備える拡底杭１０を構築するためには、軸部１２を形成するための長方柱状の孔１３を掘削する工程を実施した後、その孔１３の底部（孔底部１５）を拡径させる工程を１回実施すれば足りる。従って、本実施形態に係る拡底杭１０及びその構築方法によれば、工数を抑制したうえで杭の軸力を効率よく増大させることができる。

ここで、アースドリル工法を用いて拡底杭を形成するための孔及び拡底部を掘削する場合、バケットを、その中が土砂で埋まる度にケリーバーで地上まで引き上げなければならないところ、大深度の拡底杭に対応するケリーバーは長尺である。このため、低空頭部では、アースドリル工法を用いて大深度の拡底杭を施工することは困難である。これに対し、本実施形態に係る拡底杭１０の構築方法では、低空頭部に対応する水平多軸型掘削機２０を使用して軸部１２を形成するための長方柱状の孔１３を掘削し、リバースサーキュレーション型掘削機４０を使用して拡底部１４を形成するための拡径した孔底部１５を形成することにより、低空頭部での大深度の拡底杭１０の施工を可能としている。

また、アースドリル工法を用いて拡底杭を形成するための孔及び拡底部を掘削する場合、回転しているバケットの姿勢を検出することは容易ではないことから、大深度の孔の鉛直性を確保することは容易ではない。これに対し、本実施形態に係る拡底杭１０の構築方法では、姿勢検出装置２５と姿勢修正装置２７とを備える水平多軸型掘削機２０を使用して軸部１２を形成するための孔１３を掘削することにより、大深度の孔１３の鉛直性を確保することを可能とし、大深度の拡底杭１０に逆打ち支柱１８を建て込むことをも可能としている。

図１０は、他の実施形態に係る拡底杭１００を示す斜視図である。この図に示すように、拡底杭１００は、上述の拡底杭１０の軸部１２と比して断面積が小さい軸部１０２と、上述の拡底杭１０の拡底部１４と同一形状、同一寸法の拡底部１０４と、軸部１０２の中間部を側方に拡大させた節部１０６とを備える。ここで、拡底部１０４の底端の断面積は拡底部１４と同一であることにより、杭の軸力を低下させることなく、コンクリートの打設量を抑制して工費の抑制や環境負荷の抑制等を図ることができる。

なお、本実施形態では、軸部１０２の平断面の長辺を、軸部１２よりも短くすることにより、軸部１０２の断面積を軸部１２よりも小さくし、軸部１０２の体積を軸部１２よりも小さくしているが、軸部１２、１０２の平断面の寸法は、水平力に対する耐力の要求度に応じて適宜設定すればよい。

節部１０６は、平断面の形状が円状で下側にかけて次第に拡径する形状（即ち、円錐形状もしくは円錐台形状）であり、軸部１０６の全周に亘って側方に拡大されている。これにより、杭の引抜き抵抗力を効率的に増大させることができる。

図１１は、他の実施形態に係る拡底杭１１０を示す立面図である。この図に示すように、拡底杭１１０は、軸部１０２の中間部を側方に拡大させた節部１１６を備える。節部１１６の上部は、上に凸の円錐形状もしくは円錐台形状に形成され、節部１１６の下部は、下に凸の円錐形状もしくは円錐台形状に形成され、節部１１６の中央部は、円柱形状に形成されている。即ち、節部１１６は、そろばんの珠のような形状をしている。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、拡底杭１０、１００の軸部１２、１０２を、平断面の全体形状が矩形状であり、断面の長辺および短辺が直線であるように構成した。しかし、図１２〜図１４に示すように、拡底杭の軸部の構成は適宜変更できる。

図１２に示すように、拡底杭２００の軸部２０２は、平断面の形状が矩形状の矩形柱部２０２Ａと、矩形柱部２０２Ａの長辺から隆起した半円形状のリブ部２０２Ｂとを備える。また、図１３に示すように、拡底杭３００の軸部３０２は、平断面の形状が矩形状の矩形柱部３０２Ａと、平断面の形状が矩形状の矩形柱部３０２Ｂとを備えており、これらが互に直交することにより、軸部３０２の平断面の形状は十字状である。ここで、図１２、図１３に示すように、拡底杭の軸部は、全体形状が矩形柱状であることは必須ではなく、矩形柱状の部分を含んでいればよい。

また、図１４に示すように、拡底杭４００の軸部４０２の平断面の形状は、略矩形状であるが、長辺および短辺が曲率を持つ。ここで、この図に示すように、拡底杭の軸部の平断面の長辺及び短辺が直線であることは必須ではなく、湾曲していてもよい。また、軸部の平断面の角部は円弧状であってもよい。

また、上述の実施形態では、拡底部１４、１０４を円錐形状又は円錐台形状に形成したが、平断面の形状が円状であればよく、円柱状に形成してもよい。また、拡底部１４、１０４の平断面の形状は真円であることは必須ではなく、楕円でもよい。

また、上述の実施形態では、拡底部１４を形成するための孔底部１５を、リバースサーキュレーション工法を用いて掘削したが、アースドリル工法等の他の工法を用いて掘削してもよい。また、上述の実施形態では、軸部１２を形成するための孔１３を、低空頭部対応型の水平多軸型掘削機２０を使用したが、低空頭部で矩形柱状の孔を掘削できる他の掘削機を使用してもよい。また、低空頭部で施工を実施しない場合には、低空頭部対応型の掘削機を使用する必要はない。さらに、上述の実施形態では、逆打ち支柱１８を拡底杭１０に設けたが必須ではない。

１構造物、２地盤、３支持層、１０拡底杭、１２軸部、１３孔、１４拡底部、１５孔底部、１６鉄筋籠、１７トレミー管、１８逆打ち支柱、１９拡底部、２０水平多軸型掘削機、２１カッター（掘削歯）、２２掘削機本体、２３揚泥ポンプ、２４専用櫓、２５姿勢検出装置、２７姿勢修正装置、２９ホースリール、３１ケーブルリール、３３油圧ユニット、４０リバースサーキュレーション型掘削機、４１拡幅ビット、４２拡底掘削機本体、４３拡幅ガイド、４４専用櫓、４５駆動機構、４６ロッド、４７孔底整形ビット、４９排土管、１００拡底杭、１０２軸部、１０４拡底部、１０６節部、１１０拡底杭、１１６節部、２００拡底杭、２０２軸部、２０２Ａ矩形柱部、２０２Ｂリブ部、３００拡底杭、３０２軸部、３０２Ａ、３０２Ｂ矩形柱部、４００拡底杭、４０２軸部

Claims

平断面の形状が矩形状の矩形柱部を有する軸部と、
地盤の支持層において前記軸部の底部が拡大した平断面の形状が円状の拡底部とを備え、
前記拡底部は、前記軸部の底部における全周に亘って側方に拡大するように構成されていることを特徴とする杭構造。
前記拡底部の上側において前記軸部が拡大した平断面の形状が円状の節部を備え、
前記節部は、前記軸部の全周に亘って側方に拡大するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の杭構造。
平断面の形状が矩形状の矩形柱部を有する軸部と、
地盤の支持層において前記軸部の底部が拡大した平断面の形状が円状の拡底部とを備え、
前記拡底部は、前記軸部の底部における全周に亘って側方に拡大するように構成されている杭の構築方法であって、
前記軸部を形成するための孔を掘削する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記孔の底部を拡底する第２工程と、
を備えることを特徴とする杭の構築方法。
前記第１工程では、水平軸の周りに回転する掘削歯を有する掘削機を使用して前記孔を掘削し、
前記第２工程では、前記第１工程で掘削した前記孔の底部を、リバースサーキュレーション工法を用いて拡底することを特徴とする請求項３に記載の杭の構築方法。