JP2014091929A - 小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】殆んど無排土で施工でき、安定した品質を容易に確保でき、低コストで施工可能な地盤補強工法を提供する。
【解決手段】ケーシング１の先端に先端金具２を取り付ける。先端金具２はケーシング１の貫入時回転方向に対してはケーシングと係合して一体に回転し、引き抜き時の逆回転に対してはケーシングから外れる。ケーシング１を地盤に回転・圧入して所定深度まで貫入し、次いで、ケーシング１内にコンクリート等の注入材７を打設し、鉄筋を挿入することなく前記注入材７が固まらないうちにケーシングを引き抜いて、小口径コンクリート杭を築造する。先端金具２はケーシングの先端から外れて掘削孔の底に残る。掘削された土はケーシング１の外周面で掘削孔の壁面に押し付けられ圧密されるので、殆んど無排土で施工できる。掘削孔径が確保されたケーシング内に注入材を打設するので、品質の安定した小口径コンクリート杭が得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、小規模の建築物や擁壁などの小規模構造物に適用して好適な小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法に関する。

小規模建築物に採用されている地盤補強工法として、小径の鋼管杭や既製コンクリート杭を打設する既製杭工法が広く採用されている。例えば特許文献１で採用している工法は、地盤をオーガードリルで掘削しながら鋼管杭を埋め込む工法である。

また、例えば先端部に攪拌翼を有する掘削攪拌ロッドを地中に貫入させる等して、地盤を掘削しながらセメント系固化材を注入して、掘削した原地盤土とセメント系固化材と攪拌混合させ固化させ、柱状杭（ないし柱状補強体）を造成するいわゆる柱状改良杭工法も広く採用され、具体的な施工方法としては種々の工法がある（特許文献２、特許文献３）。
また、地盤をアースオーガー等で掘削し、その掘削孔に、排出した掘削土とセメント系固化材とを混合した改良土を埋め戻し締め固めることで柱状補強体を形成するいわゆる乾式の柱状改良杭工法もある（特許文献３ではこの工法も採用）。

ところで、場所打ち杭工法の代表的な工法の一つであるオールケーシング工法は、先端に掘削刃を持つケーシングを遥動圧入等により地盤に圧入し、ケーシング内をハンマーグラブで掘削・排出し、掘削孔に鉄筋かごを挿入し、コンクリートを注入しながらケーシングを引き抜くことで鉄筋コンクリート杭を造成する工法（例えば特許文献４で採用されている）であるが、施工設備が大掛かりであり、一般に小規模建築物には適さない。また、排出土の処理に費用がかかり、環境問題も生じる。リバース工法、アースドリル工法等も同様である。

特開２００２−３５６８４６ 特開２００６−２８３４３８ 特開平１１−２４７１７５ 特開２００２−１１５４８１

上記の鋼管杭や既製コンクリート杭は、杭材を生産工場から現場へ搬送するのが容易でなく、コストも高くなるという問題がある。また、地盤状況によっては杭の長さ調整が必要となるという問題もある。また、回転貫入鋼管杭工法では、使用する鋼管が高価であるという問題もある。
また、柱状改良杭工法は所望の強度を安定して得ることが必ずしも簡単でないという品質確保の問題があり、また、施工に伴い発生する残土の処理の問題もある。

上記のような背景のもと、オールケーシング工法やリバース工法、アースドリル工法等の工法は小規模建築物の施工には適していないが、そのような場所打ち杭工法を部分的に変更、簡易化し、小口径であることを生かして掘削土の排出を無くすか少なくすることができれば、小規模建築物用の工法として従来の小規模建築物用の工法の欠点を解消することが可能ではないか、という観点で開発を進めて本発明を得ることができた。
本発明は、小規模構造物に適用可能な小口径コンクリート杭に特化することで、残土の排出が殆んどなく、安定した品質を確保することが容易で、しかも施工が容易かつ低コストで施工できる小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、ケーシングとこのケーシングの先端に係脱可能に取り付けられてケーシングの回転・圧入を促進するための先端金具とを用いて施工する、小口径コンクリート場所打ち杭を用いた地盤補強工法であって、
前記先端金具は、ケーシング径と略同径でケーシングの先端開口を閉塞する円板部とこの円板部に基部が固定された、尖った先端部を有する板状刃とからなるとともに、ケーシングの貫入時回転方向に対してはケーシングと係合して一体に回転し前記貫入時回転方向と逆方向の回転に対してはケーシングから外れるようにケーシングに係合しており、
前記ケーシングの先端に前記先端金具を係合させた状態で当該ケーシングを、ケーシング上端部に接続した回転・圧入駆動装置により地盤に回転・圧入して所定深度まで貫入し、
次いで、前記ケーシング内にコンクリート、モルタル、砕石混合セメントミルクのいずれかである注入材を打設し、
鉄筋を挿入することなく前記注入材が固まらないうちに前記ケーシングを、前記先端金具がケーシングの先端から外れて残るように、前記貫入時回転方向と逆方向に回転させながら引き抜いて杭を築造することを特徴とする。

請求項２は、請求項１の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法において、
前記ケーシングを、ケーシング上端部に接続した回転・圧入駆動装置により回転・圧入して所定深度まで貫入した後、前記回転・圧入駆動装置をケーシングから切り離し、
次いで、前記ケーシング内に注入材を打設した後、前記回転・圧入駆動装置をケーシングの上端部に再接続し、その後、ケーシングを引き抜くことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法において、前記先端金具が、前記ケーシングの先端部に嵌合する短い円筒部と、この円筒部の先端開口を閉塞する態様で当該円筒部に固定された円板部と、前記円板部に基部が固定された、尖った先端部を有する板状刃とからなることを特徴とする。

請求項４は、請求項３の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法において、前記ケーシングと先端金具との係合構造が、前記ケーシング先端部内面に円周方向に間隔をあけて固定した２箇所以上の突起と、前記先端金具の円板部の内面に固定された、前記各突起に係合可能な態様のＬ形係合片とによる係合構造であることを特徴とする。

本発明の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法によれば、ケーシングが貫入される際、先端金具で掘削された土砂は、ケーシングの外周面で掘削孔の壁面に押し付けられ圧密されるので、また、ケーシングの外径が小径であり掘削土はそれほど多くないので、殆んど無排土で施工でき、残土処理も不要となる。
また、先端金具を係合させたケーシングを貫入して孔を掘削した後、掘削孔の底に先端金具を残置させてケーシングのみを引き抜きながらケーシング内に注入材を注入するので、すなわち、掘削孔径が確保されたケーシング内に注入材を打設するので、品質の安定した小口径コンクリート杭の築造が可能である。
簡略化して言えば、ケーシングを貫入させ、注入材を注入し、鉄筋を挿入することなくケーシングを引き抜くという単純な施工手順で、品質の安定した小口径コンクリート杭を得ることができるので、施工が容易であり、施工コストも安く済む。
既製杭工法と異なり、杭材を生産工場から搬送することが不要なので、この点でも工事全体としてのコストも安く済み、施工管理も容易になる。
このように、本発明によれば、小規模構造物に適用可能な小口径コンクリート杭に特化することで、残土の排出が殆んどなく、安定した品質を確保することが容易で、しかも施工が容易かつ低コストで施工が可能となる。
また、場所打ち杭であるから地盤状況によっては杭の長さ調整が必要となるという問題は生じないし、回転貫入鋼管杭工法と異なり、使用する鋼管が高価であるという問題もない

本発明の一実施例の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法の施工手順を説明する図である。 図１の地盤補強工法に用いるケーシング及びその先端に係合させた先端金具を示すもので、（イ）は内部構造を示す縦断面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるケーシング先端部と先端金具との係合構造を示す斜視図である。 本発明の地盤補強工法の適用例を示すもので、（イ）は適用した小規模建築物のべた基礎の平面図、（ロ）は（イ）におけるＣ部の拡大断面図である。 本発明の地盤補強工法の応用例を説明するもので、未補強地盤の支持力と組み合わせる複合地盤補強工法を説明する図である。 本発明で用いる先端金具の他の実施例を示すもので、（イ）は先端金具の斜視図、（ロ）は真上に近い視点で見た斜視図、（ハ）は先端金具の板状刃のみを示す図で右側が正面図、左側は側面図である。

以下、本発明の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法の施工手順を説明する図である。以下の実施例では、ケーシングとしてφ２１６．３の鋼管を使用して施工している。
（１）図１（イ）のように、小口径コンクリート杭を造成しようとする杭芯位置に合せて、先端に先端金具２を係合させたケーシング１をセットする。先端金具１の詳細構造については後述する。
杭打ち機３のリーダ４には、ケーシング１の頭部に連結されてケーシング２を回転・圧入する回転・圧入駆動装置５がリーダ４に沿って昇降自在に設けられている。回転・圧入駆動装置５として、アースオーガーのオーガー駆動部を用いることができる。
（２）次いで、ケーシング１の鉛直性を確認した後、回転・圧入駆動装置５によりケーシング１を回転・圧入させながら、所定深度まで埋設する（図１（ロ））。
本発明の工法は基本的に、杭が支持層に到達しなくも、周面摩擦力により所定の支持力を確保できる工法であり、図示例でもケーシング１は支持層に到達していない。
先端金具２における、ケーシング１に嵌合する後述の円筒部１１の外径はケーシング１の外径２１６．３ｍｍより若干大で外径２３０ｍｍ以下（先端金具板厚分だけ大）である。先端金具２は、詳細は後述するが、ケーシング１の貫入時回転方向に対してはケーシング１の先端に係合し、貫入時回転方向と逆方向の回転に対してはケーシング１の先端から外れる構造である。
ケーシング１を地盤に回転・圧入するに際して、ケーシング１と一体に回転する先端金具２は、尖った先端部を有する板状刃が締まった土に食い込みかつ攪拌する態様で掘削していくこと、また、先端金具２の外径が略ケーシング外径程度でケーシング外径から大きくはみ出さないので、ケーシング１に作用する押し込み力を集中して受けることができることなどにより、特殊な掘削刃やオーガーヘッドスクリュウ等のような掘削手段と異なり、簡単な構成で削孔することが可能である。
また、ケーシング１が貫入される際、先端金具２で掘削された土砂は、ケーシング１の外周面で掘削孔の壁面に押し付けられ圧密されるので、また、ケーシングの外径が小径であり掘削土はそれほど多くないので、掘削土が地上に排出されることは殆んどない。
このように殆んど無排土で施工することができ、残土処理をする必要がない。

（３）次いで、回転・圧入駆動装置５をケーシング１から切り離す（図１（ハ））。
（４）次いで、ケーシング１内に注入材を注入する（図１（ニ））。
注入材としては、コンクリート、モルタル、砕石混合セメントミルクのいずれかを用いる。注入された注入材を７で示す。
（５）次いで、回転・圧入駆動装置５を再度ケーシング１に接続する（図１（ホ））。
（６）次いで、回転・圧入駆動装置５を貫入時の回転方向と逆方向に回転させながら、ケーシング１を引き抜く（図１（ヘ））。
その際、ケーシング先端に係合していた先端金具２は、ケーシング１の逆回転によりケーシング１から外れて、掘削孔の底に残る。したがって、ケーシング１内に注入された注入材７はケーシング１を引き抜く際に掘削孔内に充満していく。
ケーシング１を引き抜いた後、注入材頭部の深度を確認・調整して小口径コンクリート杭の築造作業を完了する。
注入された注入材７が硬化すれば、所望の性能を備えた小口径コンクリート杭が得られる。
本発明工法により施工された小口径コンクリート杭は、鉛直支持力のみを期待して施工されるものであり、所定の設計・施工方針に従って設計・施工された小口径コンクリート杭の長期並びに短期荷重時の鉛直荷重に対する支持能力は、設計通りの性能を有することが実験により確認されている（財団法人日本建築総合試験所による「ＧＢＲＣ 性能証明 第１２−０３号」）。

前記先端金具２は鋼製であり、図２に示すように、ケーシング１の先端部に嵌合する短い円筒部１１と、この円筒部１１の先端開口を閉塞する態様で当該円筒部１１に溶接固定された円板部１２と、前記円板部１２に基部が溶接固定された板状刃１３とからなる。板状刃１３は、円板部１２の直径部分で円板部１２の面から直角に立ち上がった矩形板部１３ａの先端側に先の尖った三角板部１３bが連接された形状の一枚板である。
先端金具２のケーシング１に対する係合構造１５は、図３にも斜視図で示すように、ケーシング１の先端部内面に円周方向に間隔をあけて溶接固定した、図示例ではケーシング１の直径方向の２箇所の突起１７と、前記先端金具２の円板部１２の裏面（板状刃１３と反対側の面）に固定された、前記各突起１７に係合可能な態様のＬ形係合片１４とによる係合構造である。
ケーシング１の貫入時回転方向は右回転であり、ケーシング１が右回転（矢印ａ）すると、ケーシング１側の突起１７が先端金具２のＬ形係合片１４に当たるので、先端金具２はケーシング１と一体に回転する。引き抜き時にケーシング１が左回転（矢印ｂ）すると、ケーシング１側の突起１７は先端金具２のＬ形係合片１４から離れるので、ケーシング１を引き抜いた時、先端金具２はケーシング１から外れて掘削孔底に残る。
なお、先端金具２とケーシング１との係合構造はこの実施例に限らず、その他適宜の構造を採用することができる。

上記の地盤補強工法によれば、上記の通り、殆んど無排土で施工でき、残土処理も不要となる。
また、先端金具２を係合させたケーシング１を貫入して孔を掘削した後、掘削孔の底に先端金具２を残置させてケーシング１のみを引き抜きながらケーシング１内に注入材７を注入するので、すなわち、掘削孔径が確保されたケーシング内に注入材を打設するので、品質の安定した小口径コンクリート杭の築造が可能である。
簡略化して言えば、ケーシングを貫入させ、注入材を注入し、鉄筋を挿入することなくケーシングを引き抜くという単純な施工手順で、品質の安定した小口径コンクリート杭を得ることができるので、施工が容易であり、施工コストも安く済む。
既製杭工法と異なり、杭材を生産工場から搬送することが不要なので、施工コストも安く済み、施工管理も容易になる。
本発明工法で使用する杭打ち機は小型の杭打ち機を使用することができるので、その点でも施工が容易であり、コストが安価に済む。
このように、本発明によれば、小規模構造物に適用可能な小口径コンクリート杭に特化したことで、残土の排出が殆んどなく、安定した品質を確保することが容易で、しかも施工が容易かつ低コストで施工が可能となっている。

図４に本発明の地盤補強工法の適用例を簡略化して示す。図４（イ）は本発明の地盤補強工法を適用して建築した小規模建築物の基礎（図ではべた基礎）の平面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。図示例ではべた基礎の基礎梁の間隔をあけた適宜の位置に、本発明工法による小口径コンクリート杭７’（図１（イ）の注入材７が硬化したものとして示す）を設置している。
なお、本発明の小口径コンクリート杭で支持する対象の基礎はべた基礎に限らず、布基礎、独立基礎でもよい。

本発明の地盤補強工法を複数実施したが、概略仕様は次の通りである。
（Ａ）ケーシングの仕様
ケーシングの直径：φ２１６．３ｍｍ、
最大施工深さ：施工地盤面から８ｍ
最小間隔：５０ｃｍ（ケーシング径の約２．５倍）
但し、使用するケーシングのサイズは上記サイズに限らず、例えばφ１３９．８ｍｍ〜φ３１８．５ｍｍ等のサイズが考えられ、好適にはφ１６５．２ｍｍ〜φ２６７．４ｍｍのサイズである。
（Ｂ）注入材の仕様
（１）コンクリート（呼び強度：２１Ｎ／ｍｍ^２）
・単位セメント量：２７０ｋｇ／ｍ^３以上
・水セメント比：６５％以下
・スランプ：１８ｃｍ以上
（２）モルタル（配合設計強度：２１Ｎ／ｍｍ^２）
・セメント：砂＝１：３
・水セメント比：６５％以下
・スランプフロー：２０ｃｍ以上
（３）セメントミルク＋砕石（配合設計強度２１Ｎ／ｍｍ^２）
（ａ）セメントミルク
・水セメント比：５０％
・ブリージング率：３％以下
（ｂ）砕石
・コンクリート用砕石２００５（JIS規格 A−５００５）
・ ５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒径

本発明の地盤補強工法は、長期接地圧が５０ｋＮ／ｍ^２以下の構造物に適用して好適である。
対象とする小規模構造物としては、例えば、地上３階以下、高さ１３ｍ以下、軒高９ｍ以下、延べ面積１０００ｍ^２以下の各条件を満足する小規模建築物に適用して好適である。なお、高さ３．５ｍ以下の擁壁に適用することもできる。
また、適用基礎構造としては、鉄筋コンクリート造で、基礎スラブ厚さが１５０ｍｍ以上の布基礎、べた基礎、及び独立基礎に適用して好適である。
また、本発明の工法は、砂質土地盤、粘性土地盤、ローム地盤に適用して好適である。

図５に先端金具の形状についての他の実施例を示す。
この先端金具２Ａは、円筒部１１と円板部１２は前記実施例の先端金具２と同じであるが、円板部１２に設ける板状刃２３が大きく異なる。
この先端金具２Ａの板状刃２３は、円板部１２の直径より短い幅の基部２４ａの上側に、高低２つの鋭角山部２４ｂ、２４ｃが、両者間の谷部２４ｄにて連接された輪郭形状を有する２枚の板状刃片２４を用い、その２枚の板状刃片２４の前記基部２４ａを、それぞれ円板部１２の面に間隔をあけて互いに平行に、かつ幅方向に互いにずらせた位置に、かつ、上部が互いに接近するように傾斜させて溶接固定し、さらに両者のそれぞれ高い鋭角山部２４ｂの上端部近傍を互いに溶接固定した構造である。
この板状刃２３の形状は、各板状刃片２４がいずれも高低２つの鋭角山部２４ｂ、２４ｃを持つこと、両板状刃片２４の高い鋭角山部２４ｂの上端部近傍が溶接固定されて、両者間にトンネル状空間が形成されているという複雑な形状により、土を効率よく攪拌掘削することができ、また掘削した土をケーシング１の外周面に送り出すことができる。

本発明の地盤補強工法は、上述の小口径コンクリート杭のみで支持力を確保するのが基本であるが、図５に示すように、小口径コンクリート杭７’の支持力と未補強地盤の支持力と組み合わせる複合地盤補強としての設計をすることも可能である。

１ ケーシング
２、２Ａ 先端金具
３ 杭打ち機
４ リーダ
５ 回転・圧入駆動装置
６ 掘削孔
７ 注入材（コンクリートなど）
１１ 円筒部
１２ 円板部
１３、２３ 板状刃
１３ａ 矩形板部
１３ｂ 三角板部
１４ Ｌ形係合片
１５ （先端金具とケーシングとの）係合構造
１７ 突起
２４ 板状刃片
２４ａ 基部
２４ｂ 高い鋭角山部
２４ｃ 低い鋭角山部
２４ｄ 谷部

Claims (4)

1. ケーシングとこのケーシングの先端に係脱可能に取り付けられてケーシングの回転・圧入を促進するための先端金具とを用いて施工する、小口径コンクリート場所打ち杭を用いた地盤補強工法であって、
   前記先端金具は、ケーシング径と略同径でケーシングの先端開口を閉塞する円板部とこの円板部に基部が固定された、尖った先端部を有する板状刃とからなるとともに、ケーシングの貫入時回転方向に対してはケーシングと係合して一体に回転し前記貫入時回転方向と逆方向の回転に対してはケーシングから外れるようにケーシングに係合しており、
   前記ケーシングの先端に前記先端金具を係合させた状態で当該ケーシングを、ケーシング上端部に接続した回転・圧入駆動装置により地盤に回転・圧入して所定深度まで貫入し、
   次いで、前記ケーシング内にコンクリート、モルタル、砕石混合セメントミルクのいずれかである注入材を打設し、
   鉄筋を挿入することなく前記注入材が固まらないうちに前記ケーシングを、前記先端金具がケーシングの先端から外れて残るように、前記貫入時回転方向と逆方向に回転させながら引き抜いて杭を築造することを特徴とする小口径コンクリート場所打ち杭を用いた地盤補強工法。
2. 前記ケーシングを、ケーシング上端部に接続した回転・圧入駆動装置により回転・圧入して所定深度まで貫入した後、前記回転・圧入駆動装置をケーシングから切り離し、
   次いで、前記ケーシング内に注入材を打設した後、前記回転・圧入駆動装置をケーシングの上端部に再接続し、その後、ケーシングを引き抜くことを特徴とする請求項１記載の小口径コンクリート場所打ち杭による地盤補強工法。
3. 前記先端金具が、前記ケーシングの先端部に嵌合する短い円筒部と、この円筒部の先端開口を閉塞する態様で当該円筒部に固定された円板部と、前記円板部に基部が固定された、尖った先端部を有する板状刃とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の小口径コンクリート場所打ち杭を用いた地盤補強工法。
4. 前記ケーシングと先端金具との係合構造が、前記ケーシング先端部内面に円周方向に間隔をあけて固定した２箇所以上の突起と、前記先端金具の円板部の内面に固定された、前記各突起に係合可能な態様のＬ形係合片とによる係合構造であることを特徴とする請求項３記載の小口径コンクリート場所打ち杭を用いた地盤補強工法。
   

Images