JP2014109190A

JP2014109190A - 鋼杭の根固め工法

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Publication number: JP2014109190A
Application number: JP2013127051A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Kashimoto; 孝彦樫本
Original assignee: Oak Co Ltd
Current assignee: Oak Co Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】従来の根固め工法における諸問題点を解決すること。
【解決手段】岩盤支持層Ｇｒを削孔し、その孔に鋼杭１を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、岩盤支持層Ｇｒには、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に、鋼杭１をバイブロハンマー２２によって強制圧入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、削孔機によって岩盤支持層を削孔し、その孔に鋼杭を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法に関するものである。

従来のプレボーリング根固め工法である鋼杭の根固め工法を図９により説明すると、先ず、同図の(a) 〜(c) に示すように、地盤Ｇを、ダウンザホールハンマーＤＨにより、粘土、砂礫等よりなる土砂層Ｇｓから極めて良質の支持地盤である岩盤支持層Ｇｒにわたって所定深度まで削孔する。削孔中及び削孔後にダウンザホールハンマーＤＨを引き上げる際には、(b) 〜(d) に示すように、掘削屑であるスライムをエアブローによって地上へ排出する。その後、ダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引上げ、そしてその孔３０内に(g) に示すように鋼杭として例えばＨ形鋼２４を建て込み、(h) に示すように孔３０に挿入したモルタル注入管２５でモルタル２６を注入して根固めを行い、(i) に示すように施工を完了する。この場合、岩盤支持層Ｇｒに削孔される孔３０は、鋼杭としてのＨ形鋼２４の対角線長よりも大きい。

また、従来のプレボーリング根固め工法としては、図９の(e) 及び(f) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引き上げた後、発生土砂を埋め戻し、そうしてその孔３０内に鋼杭を、バイブロハンマーで打撃しながら打ち込んで根固めを行なう方法がある。その他、プレボーリング鋼杭建て込み工法に伴う根固め工法として、セメントミルクを注入したり、あるいは砕石やコンクリートを充填するなどの方法があるが、従来の工法は全て、鋼杭の直径より大きい内径の孔を岩盤支持層に掘削しておいて、その孔に鋼杭を建て込み、そして孔と鋼杭との間にモルタル、セメントミルク、砕石、コンクリート等の根固め材を充填し、又は圧密するという工法である。

従来の根固め工法では、地下水や表面流水があったり、沿岸部などで海水が流れている所では、モルタルやセメントミルクが流出し、充分な根固めができないケースがある。

また、仮橋（仮設桟橋）構台用の鋼杭のように、鋼杭打ち込み後に杭打機（クローラクレーン）等を乗載して施工を行なう場合、モルタルが硬化するのに或る一定の時間を要するため、施工時間が延びる。即ち、モルタルが硬化するまでは仮橋の構台に杭打機を乗載させることができず、従って後の作業が遅れることになる。

また、ダウンザホールハンマー等で削孔した孔が崩壊した時はモルタル等の充填が不可能となるので、ケーシングを併用する必要があり、そのために工費及び工期が更にアップする。更にまた、地下水、特に水中での施工の際、モルタル注入中にモルタルが分離し、根固めの性能が低下する場合がある。

そして、杭の支持層として極めて優良な地層は岩盤である。しかしながら、現在の土木仕様書では、岩に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層としての扱いとなっている。従って、硬質の岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となる。つまり、杭周面が砂となり、充分な摩擦がとれないために必要以上に長い根入れが要求されることになる。

本発明は、上記のような従来の根固め工法における諸問題点を解決し得るもので、モルタル、セメントミルク、コンクリート、その他の根固め材を使用することなく、鋼杭を岩盤支持層に対して充分かつ有効に根固めできる鋼杭の根固め工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒを削孔し、その孔に鋼杭１を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭として、鋼管１（８１）からなり、且つ前記鋼管１には先端部外周面に支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設した鋼管１を使用し、しかして岩盤支持層Ｇｒには、根固めする前記鋼管１の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に、前記鋼管１を高出力超高周波型バイブロハンマー２２によって強制圧入するようにしたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としての鋼管には先端部外周面及びこれの上方所要部外周面に夫々縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブ９は、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブ９，９の中間に位置するように配設したことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載の鋼杭の根固め工法において、前記支持力増大用リブ９は、鋼管の外周に沿って固着された金属製の補強バンド１０に一体に形成されていることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法によれば、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１として鋼管８１を使用し、該鋼管１８の外径Ｄｏより小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に鋼管８１をバイブロハンマー２２の打撃力によって強制圧入することにより、鋼管８１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削って、その内壁に食い付いて一体化すると共に、鋼管８１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管８１の支持を大きくとることができて、鋼管８１を岩盤支持層Ｇｒに対し充分かつ有効に根固めすることができる。また、モルタル、セメントミルク等の根固め材を使用しないから、仮設桟橋工事では、鋼杭１の打設後即時に杭打機等の乗載が可能で、工期の大幅な短縮を図ることができ、また工事完了後の鋼杭１の引抜きが可能となり、環境にも優しく、そして更に地下水、河川等の汚染を防ぐことができる。

この際、本発明によれば、鋼管を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、図２の(a-1) ，(a-2) に示すように、前記鋼管８１の先端部外周面に周方向一定間隔おきに突設した支持力増大用リブ９が岩盤支持層Ｇｒの下孔２を、切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。
しかも、前記鋼管８１を、普通型バイブロハンマー（ＳＲ・４５で起振力４７ｔ）ではなく、高出力超高周波型バイフロハンマー（ICE ・28RF) で、起振力が１１３〜１６０ｔと普通型バイブロハンマーの約３〜４倍のバイフロハンマーによって岩盤の下孔に対して強烈に切削圧入を行うことができ、岩盤支持層Ｇｒに対する前記鋼管８１の支持力を大幅に増大させることができ、極めて優良な根固めを作ることができる。

請求項２に係る発明のように、各支持力増大用リブ９を、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設すれば（図２の(b-1) ，(b-2) 参照）、鋼管の横断面上において支持力増大用リブ９の数が倍増するから、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管の支持力を一層増大できる。

請求項３に係る発明のように、前記支持力増大用リブ９を、鋼管の外周に沿って固着される金属製の補強バンド１０に一体に形成することにより、リブ９の取付けが容易となり、またこの補強バンド１０によって鋼管自体を補強することができる。

本発明工法において削孔機によって削孔される下孔の説明図である。本発明工法に使用する鋼管からなる鋼杭の種々の例を示すもので、(a-1) はその一例の斜視図、(a-2) は(a-1) のＸ−Ｘ線断面図、(b-1) は他の例の斜視図、(b-2) は(b-1) のＹ−Ｙ線断面図である。 (a) は本発明工法の一実施形態を示す説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図３の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図４の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図５の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図６の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) 及び(b) は本発明工法の他の実施形態を示す説明断面図である。 (a) 〜(i) は従来工法を説明する説明図である。

以下に本発明工法の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図２は本発明に係る鋼杭根固め工法に使用する鋼管からなる鋼杭の例を示し、図３〜図８は本発明工法を仮橋構台用の鋼杭の根固めに実施した実施形態を示したものである。

図２は鋼杭１として使用される鋼管８１は、岩盤支持層Ｇｒ（図３〜図８参照）に、
プレボーリングされた当該鋼管８１の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２（図１参照）に対し、バイブロハンマーで強制圧入することによって根固めを行なうようになっている。

そして、図２の(a-1) に示す鋼管８１には、先端部外周面に縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設しており、また(a-2) に示す鋼管８１には、先端部外周面とこれの上方所要部外周面に夫々、支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブ９は、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設している。

この支持力増大用リブ９は、鋼管８１の外周面に直接、溶接して固着させることもできるが、そうした場合には鋼管８１のリブ９の取付部分が変形を生じ易いため、図示のように鋼管８１の所要部外周に沿って金属製の補強バンド１０を固着し、この補強バンド１０にリブ９を溶接して取り付けることが好ましい。また当然のことながら、補強バンド１０は、鋼管８１先端部側の強度を補強する機能を有する。また、補強バンド１０を鋼杭１に取り付けるには、補強バンド１０を円環状に形成しておいて、これを鋼杭１に嵌め込んで溶接し、あるいはその円環を複数に分割したような分割体を形成しておいて、それら複数の分割体を鋼杭１に嵌め合わせて溶接することにより取り付けることができる。

図２の(a-1) ，(a-2) に示すように鋼杭１としての鋼管８１の先端部外周面に縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設しておくことにより、鋼管８１を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、それらの支持力増大用リブ９が、下孔２内壁に食い込んで一体化して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管８１の支持力を増大させ、優良な根固めを作ることができる。また、(b-1) ，(b-2) のように各支持力増大用リブ９を、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設すれば、(b-2) に示すように鋼管８１の横断面上において支持力増大用リブ９の数が倍増するから、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管８１の支持力をより一層増大させることができる。

図３〜図７は、本発明に係る鋼杭根固め工法の実施形態を示すもので、海岸等の水際にあるの傾斜岩盤支持層Ｇｒに鋼杭１（鋼管）を打ち込んで仮橋（仮設桟橋）の構台を施工する場合を示しており、この施工について以下に説明すると、図３の(a) は、地盤Ｇの傾斜土砂層Ｇｓから傾斜岩盤支持層Ｇｒにわたり打設されて根固めされた複数本の鋼杭１により仮橋構台１２の一部が架設された状態で、反力架台１６（図４以降参照）の施工を開始した状態を示している。なお、図３、図４、図５及び図６の(a) に夫々示される鋼杭１は、上述した本発明工法によって既に根固めされたものである。

図３の(a) においては、一部架設された仮橋構台１２上に乗載させたクローラクレーン（図示省略）の昇降ワイヤー１７に吊持したバイブロハンマー１３によって、反力架台用の杭１４を複数本、地盤Ｇの土砂層Ｇｓに所要深さ打設し、その後同図の(b) に示すように、反力架台用の架台本体１５を前記クレーンの昇降ワイヤー１８により吊り上げて複数本の杭１４上に横架し、図４の(a) ，(b) に示すような反力架台１６を施工する。

上記のように施工した反力架台１６の架台本体１５上には図４の(a) に示すように、テーブルマシーンである全周回転圧入装置１９を前記クレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて設置し、しかしてこの全周回転圧入装置１９には、図４の(b) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨをセットし、このハンマーＤＨにより、土砂層Ｇｓから岩盤支持層Ｇｒにわたって、仮橋構台用の鋼杭１の外径よりも小さい内径の下孔２（図１参照）を削孔する。なお、ダウンザホールハンマーＤＨは、掘孔の進行に従ってハンマーロッドを継ぎ足していく必要があり、その継ぎ足し作業は、反力架台１６の上で行なう。

しかして、図５の(a) に示すように所定深度まで掘孔したならば、ダウンザホールハンマーＤＨを引き上げて下孔２から抜き取る。このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２に水が入り込んでくるため、下孔２の土砂層Ｇｓ部分が崩壊し、その崩壊した土砂２０が水と共に泥土砂状態となって、図５の(b) に示すように下孔２に充満した状態となる。

それから、反力架台１６上に設置していた全周回転圧入装置１９（テーブルマシーン）を図６の(a) に示すようにクレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて撤去した後、同図の(b) に示すように鋼杭１（鋼管８１）をクレーンで吊り込み、そして図７の(a) に示すようにバイブロハンマー２２により鋼杭１を打撃しながら下孔２に強制圧入する。バイブロハンマー２２としては、高出力超高周波型バイブロハンマー（ICE ・20RF又はICE ・28RF )が好ましい。この高出力超高周波型バイブロハンマーでは、起振力が１１３〜１６０ｔと、普通型バイブロハンマー（ＳＲ・４５で起振力４７ｔ）の約３〜４倍となり、未削孔部の岩盤に対し強烈な切削圧入を行い、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持力を増大させることができる。

図７の(b) に示すように、鋼杭１を岩盤支持層Ｇｒの所定深度まで打撃圧入し終えたならば、鋼杭１の沈下量を測定し、支持力を算出して記録する。

上述した図３〜図７の実施形態は、仮橋構台の鋼杭１を根固めする施工例であるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法は、仮橋構台の鋼杭に限らず、土留め用鋼杭、地滑り抑止杭、その他、根固めを必要とする全ての鋼杭に適用可能である。図８の(a) は、土留め用鋼杭１として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、シルト（泥土）、粘性土、礫土等よりなる土砂層Ｇｓと、その下方の岩盤支持層Ｇｒとからなる。また同図の(b) は地滑り抑止杭として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、表土層Ｇａと粘性土層Ｇｂと礫土層Ｇｃと岩盤支持層Ｇｒとからなる。

以上説明した本発明の実施形態の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマーＤＨにより削孔し、この下孔２に、鋼杭１である鋼管８１をバイブロハンマー、好ましくは高出力超高周波型バイブロハンマー２２にて強制圧入するようにしたもので、鋼管８１の先端部が岩盤支持層Ｇｒに対し直接圧入されることから、鋼管８１の外周部に充分な摩擦力を確保し得ることが期待される。また、鋼管８１の先端部は、岩着となり、鋼管８１の支持力増大用リブ９の角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削ってその内壁に食い込んで、岩盤本来の持つ反力を確保することができる。

また、本発明の根固め工法では、モルタル、セメントミルク、コンクリートＫ等の根固め材を使用しないから、実施形態に示すような仮橋構台の工事においては、地盤Ｇの下孔２に鋼杭１を打設した後、即時に杭打機（クローラクレーン）の乗載が可能となるから、工期を大幅に短縮することができる。また、モルタル等を使用する根固め工法の場合は、工事完了後に鋼杭の引抜きが困難となり、従って切断して地中に残置しなければならず、不経済であり、環境への問題も残るが、本発明の根固め工法ではモルタルやセメント等を用いないから、工事完了後に鋼杭の引抜きが可能となり、環境にも優しくなる。

また、岩盤支持層への根入れ長さを計算する時に、前述したように、現在の土木仕様書では、岩盤に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層として扱われ、岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となり、図２の実施形態で示した仮橋構台用鋼杭のような根固め工事においては、鋼杭の根入れ長さは例えば７．５ｍと比較的深く設計される。しかるに、仮橋構台用鋼杭では岩としての考え方が未解であり、砂質、粘性土としての計算となるため、根固め、根入れ共に支持力が不足することになるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法によれば、前述したように鋼杭周面側に充分な周面摩擦力を確保できることから、岩としての考え方をすれば上記例示した７．５ｍの有効根入れ長さを確保でき、尚且つ先端部を打撃圧入しているために計算以上の支持が発現するものと考えられる。

また鋼管８１からなる仮橋構台用鋼杭の根固め工事では、図１のに示すようにダウンザホールハンマーＤＨで所定深度掘孔した後、このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２は水が入り込んで崩壊状態となり、空洞部は全て無い状況となるが、その後図６〜図７に示すように鋼杭１がバイブロハンマー２２によって強制圧入されることから、下孔２内部の土砂２０が密に圧縮されて、摩擦力を増大させ、鋼管１８の先端部の支持力増大用リブ９のみではなく鋼管８１全体が圧密され、極めて安定した根固め状態となる。なお、下孔２が崩壊しない状況にある場合は、削孔時の発生土砂を事前に埋め戻すことによって、上記の下孔崩壊時と同様な作用効果を発揮させることができる。

また、本発明の根固め工法は、モルタル、セメントミルク、コンクリート等の根固め材を使用しないため、地下水や河川の汚染を防止し、仮橋構台等の解体時の鋼杭の引抜きも容易に行なうことができる。

１鋼杭
２下孔
９支持力増大用リブ
１０補強バンド
８１鋼管

Claims

岩盤支持層を削孔し、その孔に鋼杭を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭として、鋼管からなり、且つ前記鋼管には先端部外周面に支持力増大用リブを周方向一定間隔おきに突設した鋼管を使用し、しかして岩盤支持層には、根固めする前記鋼管の外径よりも小さい内径の下孔を削孔機によって削孔し、その下孔に、前記鋼管を高出力超高周波型バイブロハンマーによって強制圧入するようにしたことを特徴とする鋼杭の根固め工法。
前記鋼杭としての鋼管には先端部外周面及びこれの上方所要部外周面に夫々縦方向に延びる支持力増大用リブを周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブは、上下に隣り合うリブどうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設したことを特徴とする請求項１に記載の鋼杭の根固め工法。
前記支持力増大用リブは、鋼管の外周に沿って固着された金属製の補強バンドに一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼杭の根固め工法。