JP2018003536A - 支持層確認方法、水平載荷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削孔が支持層に達しているかを、杭先端の地盤を乱すことなく容易且つ正確に確認できる支持層確認方法等を提供する。
【解決手段】アースドリル機１０のケリーバー１１の先端に掘削バケット１２を取付けて地盤２の掘削を行った後、ケリーバー１１の先端の掘削バケット１２を水平載荷装置１３に付け替え、水平載荷装置１３を用いて掘削孔２０の孔壁の水平載荷試験を行う。水平載荷試験は深度方向の複数箇所で行い、各箇所で地盤２の強度に関する値を測定し、ある箇所で地盤反力の値が上昇し、上方の箇所より所定幅以上変化した場合に、掘削孔２０が支持層に達しているものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭施工時の支持層確認方法およびこれに用いる水平載荷装置に関する。

場所打ちコンクリート杭の施工時に、杭を形成する掘削孔が支持層まで達しているかを確認することは重要である。そのため、掘削孔の近傍でボーリング孔を穿孔して地盤調査を行い支持層の深度や土質情報を把握しておき、掘削孔の掘削時に地上に排出された土をボーリング柱状図に記載された土質情報や地盤調査時に採取したサンプルと比較して掘削孔が支持層に達したか確認する方法がある。

特許文献１〜３には、地盤調査の方法として、ボーリング孔等に水平載荷装置を設置して孔壁を水平に加圧し、地盤の強度等を調査する例が記載されている。

その他、特許文献４、５には、杭を形成する掘削孔の底面に対し鉛直方向に載荷あるいはロッドの貫入を行って地盤の支持力を測定する方法が記載されている。

特許第3078122号 特開平1-268913号公報 実公平6-32974号公報 特許第5619263号 特開2012-172473号公報

現在、地盤調査の結果を利用して掘削孔が支持層に達しているかを定量的に確認できるような方法は広く普及していない。地盤調査の結果の利用方法としては、前記のように掘削孔の掘削時に排出された土をボーリング柱状図やサンプルと比較するのが主であるが、排出土の土質を目視しただけでは掘削孔が支持層に達したかを確認し難いことがある。例えば支持層と非支持層がともに砂質地盤である場合などでは排出土から上記のような判断が難しいケースがある。また排出土の土質を目視するために排出土を地上に上げる段階でその状態が変わってしまうこともある。

特許文献４、５は杭施工時に形成した掘削孔で試験を行うものであり、掘削孔において定量的な測定結果が得られるが、これらのケースでは孔底に対し鉛直方向に載荷あるいはロッドの貫入を行っており、建物荷重を支持する杭先端の地盤を乱してしまう恐れがある。また試験装置が大掛かりであり、試験装置を掘削孔に設置して試験を行うのに手間が掛かるという課題もある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、掘削孔が支持層に達しているかを、杭先端の地盤を乱すことなく容易且つ正確に確認できる支持層確認方法等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、杭の施工機械を用いて地盤を掘削し掘削孔に杭を形成する際、前記掘削孔が支持層まで達しているかを確認する支持層確認方法であって、前記施工機械に取付けた水平載荷装置によって前記掘削孔の孔壁を側方に加圧する水平載荷試験を行い、前記掘削孔の周囲の地盤の強度に関する値を測定し、当該値を用いて前記掘削孔が支持層まで達しているかを確認することを特徴とする支持層確認方法である。

本発明では、掘削孔の孔壁を側方に押し込む水平載荷装置を用いて地盤の強度に関する値を測定することで、原位置での定量的な測定結果により掘削孔が支持層に達したかを正確に確認でき、且つ杭先端の地盤に悪影響を及ぼすこともない。また水平載荷装置を施工機械に取付けて用いるアタッチメント式のものとすることで、従来の杭施工の流れにおいて掘削孔における試験を容易に行うことができ、全掘削孔において試験を行い各掘削孔が支持層に達しているか正確に確認することが可能になる。

前記施工機械は例えばアースドリル機であり、地盤の掘削時に前記アースドリル機のケリーバーの先端に取付けていた掘削部を前記水平載荷装置に付け替え、前記水平載荷試験を行う。
このように、アースドリル機のケリーバーの先端の掘削部を水平載荷装置に付け替えて用いることで、杭施工の流れのなかで好適に水平載荷試験を行うことができる。

前記水平載荷装置は、伸縮アームの先端に設けられた略円弧状の載荷板を有することが望ましい。
これにより、載荷板による加圧を行った際に掘削孔の孔壁を乱しにくくなる。

第１の発明の支持層確認方法では、前記地盤の強度に関する値を深度方向の複数箇所で測定し、当該値が上方の箇所より所定幅以上変化した箇所がある場合、前記掘削孔が支持層まで達しているとする。あるいは、前記地盤の強度に関する値が所定の基準値以上となった箇所がある場合、前記掘削孔が支持層まで達しているとしてもよい。
水平載荷試験の結果、地盤の強度に関する値としてどの程度の数値が得られればよいかは地盤条件や掘削条件によって異なることが考えられるが、前者のように、当該値が相対的に大きく変化する箇所があれば、これらの要因に関わらず掘削孔が支持層に達していると考えることができ、地盤条件や掘削条件が異なる場合でも支持層の確認が可能になる。一方、支持層の出現と考えることができる数値が把握できる場合は、後者のようにその数値を基準値として用いることも可能である。

第２の発明は、杭の施工機械を用いて地盤を掘削し掘削孔に杭を形成する際、前記掘削孔が支持層まで達しているかの確認に用いる水平載荷装置であって、前記施工機械に着脱可能に取付けて用いるアタッチメント式のものであり、前記掘削孔の孔壁を側方に加圧することを特徴とする水平載荷装置である。
前記水平載荷装置は、例えば前記施工機械であるアースドリル機のケリーバーの先端に取付けて用いるものである。
前記水平載荷装置は、伸縮アームの先端に設けられた略円弧状の載荷板を有することが望ましい。

本発明により、掘削孔が支持層に達しているかを、杭先端の地盤を乱すことなく容易且つ正確に確認できる支持層確認方法等を提供することができる。

場所打ちコンクリート杭の施工手順の概略について示す図 水平載荷装置１３について示す図 水平載荷試験について示す図 地盤反力の値を示す図 複数の方向に水平載荷試験を行う例 水平載荷装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃを示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．場所打ちコンクリート杭の施工手順の概略）
本発明の実施形態に係る支持層確認方法は、場所打ちコンクリート杭の施工時に、杭を形成する掘削孔に対し実施する例によって説明する。

図１は場所打ちコンクリート杭の施工手順の概略について示す図である。すなわち、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、杭の施工機械であるアースドリル機１０のケリーバー１１の先端に掘削バケット１２（掘削部）を取付けて地盤２の掘削を開始し、掘削孔２０を安定液（不図示）で満たしつつ図１（ｂ）に示すように目標とする位置まで掘削を行う。ケリーバー１１は、軸方向の伸縮および軸方向を中心とする回転が可能な掘削軸部である。

掘削孔２０の掘削を行った後、ケリーバー１１の先端を引上げ、掘削バケット１２を油圧管理式の水平載荷装置に付け替える。そして、図１（ｃ）に示すように、水平載荷装置１３を取付けたケリーバー１１の先端を掘削孔２０に挿入し、水平載荷装置１３を用いて掘削孔２０に対し水平載荷試験を行う。

水平載荷試験により掘削孔２０が支持層まで達していることが確認されると、図１（ｄ）に示すように掘削孔２０に鉄筋籠２１を建込み、コンクリート２２を打設する流れとなる。

本実施形態では複数の場所打ちコンクリート杭を形成するものとし、杭を形成する掘削孔２０の全てに対し、水平載荷装置１３による水平載荷試験を行い掘削孔２０が支持層に達しているか確認する。

（２．水平載荷装置１３および水平載荷試験）
水平載荷装置１３はケリーバー１１の先端に着脱可能に取付けて用いるアタッチメント式のものであり、図２（ａ）に示すように、駆動部１３１、伸縮アーム１３２、載荷板１３３等を有する。図２（ｂ）は水平載荷装置１３の平面を見た図である。

駆動部１３１はケリーバー１１の先端に取付けられ、油圧シリンダ等の油圧管理式の駆動機構を有する。駆動部１３１には油圧ホース１２１が作動油の流路として取付けられる。本実施形態では、油圧ホース１２１は掘削バケット１２の駆動に使用したものをそのまま使用し、駆動部１３１に取付けて用いるものとする。

伸縮アーム１３２は駆動部１３１の駆動によって掘削孔２０の径方向に進退可能な腕部であり、その先端には載荷板１３３が設けられる。

載荷板１３３は伸縮アーム１３２の伸長時に掘削孔２０の孔壁に当接し、孔壁を側方へと略水平方向に加圧することができる。図２（ｂ）に示すように、載荷板１３３は、掘削孔２０の孔壁の平面形状に応じた略円弧状の平面を有し、これにより孔壁を乱しにくくしている。伸縮アーム１３２と載荷板１３３は駆動部１３１を挟んだ両側に設けられ、掘削孔２０の両側の孔壁に互いに反力を取るかたちで同時に圧力を加える。

場所打ちコンクリート杭は、支持層に1m以上且つ杭径以上先端を貫入させるため、掘削孔２０が目標とする位置まで掘削されているならば、必ず孔底から上方へと1m以上の範囲に支持層が出現していることになる。そこで、このような支持層を好適に捉えることができるように、載荷板１３３は高さ1m以下の小型のものとし、孔底から上方へと1m以内の範囲での載荷を可能とするようにしておく。

本実施形態では、このような水平載荷装置１３を用い、掘削孔２０の深度方向の複数箇所で水平載荷試験を行う。すなわち、図３（ａ）に示すようにある深度で水平載荷装置１３により矢印ａに示すように孔壁を側方に加圧し水平載荷試験を行った後、伸縮アーム１３２を収縮させて水平載荷装置１３を下方に移動させ、図３（ｂ）に示すように同様の方法で再度水平載荷試験を行う。

これを繰り返すことで、支持層に達していると予測される深度範囲の上方の位置から下方へと順に水平載荷試験を行ってゆき、図３（ｃ）に示すように掘削孔２０の底面近傍で水平載荷試験を行うと試験を終了する。こうして掘削孔２０の深度方向の複数箇所で水平載荷試験を実施し、各箇所で掘削孔２０の周囲の地盤２の強度に関する値を測定する。

本実施形態において、当該値は水平載荷時の孔壁の地盤反力であり、載荷板１３３の表面に取付けた圧力センサ等を用いて測定することができる。しかしながら、これに限ることはなく、例えば水平載荷時の載荷板１３３等の変位量を測定してもよい。

図４は、掘削孔２０の深度方向の複数箇所において水平載荷試験を行って得た孔壁の地盤反力の値を、縦軸を深度、横軸を地盤反力として模式的に示したものである。図４のＡは支持層の上端の深度を示す。

水平載荷試験の結果、孔壁の地盤反力としてどの程度の数値が得られればよいかは地盤条件や掘削条件によって異なることが予想され、絶対的な値で示すことが困難なケースも考えられる。ただし、相対的な値の変化をみた場合は、これらの要因に関わらず、図４に示すように支持層の位置になると地盤反力が上昇するというＮ値と同様の変化特性を有する。

そこで本実施形態では、例えば点Ｂに示すように、地盤反力の値が上昇し、その上方の測定箇所（点Ｂ’参照）の値より所定幅以上変化した箇所がある場合に、掘削孔２０の孔壁に支持層が出現している、すなわち掘削孔２０が支持層に達しているものとする。このようにして、水平載荷試験により測定された地盤反力を用いて掘削孔２０が支持層まで達しているかを確認することができる。

ただし、各施工現場等において、地盤反力がどの程度の数値であれば支持層の出現と考えることができるかＮ値等との関係から把握できる場合は、その数値を所定の基準値として用い、地盤反力の値が当該基準値以上となった箇所があれば掘削孔２０が支持層に達しているとすることも可能である。例えば、事前のボーリング調査の際に得られた標準貫入試験のＮ値と、その近傍の掘削孔２０で実施した水平載荷試験の結果を比較することで、所定のＮ値に対応する地盤反力の値を基準値として定め、後続の杭を施工する際に掘削孔２０の支持層到達を判断するために用いることができる。

また、図５（ａ）の点線Ａは掘削孔２０の周囲の支持層の上端の位置を示すものであるが、図５（ａ）のように支持層が傾斜している場合などでも精度良く判断を行い支持層の誤判定を防ぐ目的で、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、ケリーバー１１を回転させて水平載荷装置１３の向きを変え、載荷方向を変化させて複数回載荷することも可能である。

例えば図５（ｂ）に示す状態で矢印ａ１に示す方向に載荷した場合、各載荷板１３３が支持層の上端Ａより下にあり支持層到達を示す値が得られるが、図５（ｃ）に示すように異なる方向ａ２（例えば上記の載荷方向ａ１と平面上直交する方向）に載荷すると、一方の載荷板１３３（図の例では左側の載荷板１３３）が支持層の上の非支持層にあり支持層到達を示す値が得られないケースがある。このように載荷方向を変えて水平載荷試験を行い、少なくとも１つの方向で支持層到達を示す値が得られない場合には、例えば、最終的な杭の品質を考慮し、支持層に達していないと判断する。このように複数の方向に載荷して水平載荷試験を行うことで、これらの試験結果を用いたより精度の高い判断ができる。

以上説明したように、本実施形態では、掘削孔２０の孔壁を側方に押し込む水平載荷装置１３を用いて地盤反力等の地盤２の強度に関する値を測定することで、原位置での定量的な測定結果により掘削孔２０が支持層に達したかを正確に確認できる。且つ本実施形態では孔壁を側方に加圧し、孔底に対し鉛直方向の載荷やロッド貫入を行うことなく地盤の支持性能が確認できるので、杭先端の地盤２に悪影響を及ぼすこともなくケリーバー１１が座屈する恐れもない。また水平載荷装置１３をアースドリル機１０のケリーバー１１に着脱可能に取付けて用いるアタッチメント式のものとすることで、従来の杭施工の流れにおいて掘削孔２０における試験を容易に行うことができ、全掘削孔２０において試験を行い各掘削孔２０が支持層に達しているかを正確に確認することが可能になる。

また、本実施形態では地盤２の強度に関する値が相対的に大きく変化する箇所があれば掘削孔２０が支持層に達しているとし、これにより、地盤条件や掘削条件が異なる場合でも支持層の確認が可能になる。一方、前記したように、支持層の出現と考えることができる数値が把握できる場合は、その数値を基準値として用いることも可能である。

また本実施形態では、水平載荷装置１３を、伸縮アーム１３２の先端に設けた略円弧状の載荷板１３３を孔壁に押し付けるものとすることで、載荷板１３３による加圧を行った際に掘削孔２０の孔壁を乱しにくくなる。

しかしながら、本発明はこれに限ることはない。例えば水平載荷装置１３はアースドリル機１０のケリーバー１１に取付けるものに限らず、場合によっては、杭施工時に用いるその他の施工機械に取付けて用いるものとすることも可能である。ただし、水平載荷装置１３をアースドリル機１０のケリーバー１１の先端の掘削バケット１２に付け替えて用いることで、杭施工の流れの中で好適に水平載荷試験を行うことができる。

また、本実施形態では油圧管理式の駆動機構により水平載荷装置１３を駆動しているが、その他の駆動機構、例えば水平載荷装置１３が独立に備えるエアシリンダ等の駆動機構によって水平載荷装置１３を駆動させることも可能であり、油圧ホースなどを介さずとも、地上からの電気信号などにより水平載荷装置１３を作動させることができる。

また孔壁を側方に加圧できれば水平載荷装置１３の構成等も特に限定されない。例えば本実施形態では２枚の載荷板１３３を駆動部１３１の両側に設けているが、載荷板１３３の数は特に限定されない。例えば図６（ａ）の水平載荷装置１３ａに示すように、駆動部１３１を挟んだ両側に配置した２枚の載荷板１３３の組を複数（図の例では２組計４枚）設け、異なる方向への載荷ができるようにしてもよい。また図６（ｂ）の水平載荷装置１３ｂに示すように、３枚以上（図の例では３枚）の載荷板１３３を掘削孔２０の周方向に略等間隔で設け、各載荷板１３３による載荷を同時に行うようにしてもよい。あるいは図６（ｃ）の水平載荷装置１３ｃに示すように、駆動部１３１’自体で孔壁に反力をとる形とすることで、載荷板１３３を１枚とすることも可能である。これらの例において、伸縮アーム１３２は各載荷板１３３に対応して設けられている。

さらに、本実施形態の支持層確認方法は、場所打ちコンクリート杭の施工時に掘削孔に対して実施する例によって説明したが、これに限ることはなく、その他の種類の杭の施工時にも適用することが可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２；地盤
１０；アースドリル機
１１；ケリーバー
１２；掘削バケット
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ；水平載荷装置
２０；掘削孔
２１；鉄筋籠
２２；コンクリート
１２１；油圧ホース
１３１、１３１’；駆動部
１３２；伸縮アーム
１３３；載荷板

Claims (8)

1. 杭の施工機械を用いて地盤を掘削し掘削孔に杭を形成する際、前記掘削孔が支持層まで達しているかを確認する支持層確認方法であって、
   前記施工機械に取付けた水平載荷装置によって前記掘削孔の孔壁を側方に加圧する水平載荷試験を行い、前記掘削孔の周囲の地盤の強度に関する値を測定し、当該値を用いて前記掘削孔が支持層まで達しているかを確認することを特徴とする支持層確認方法。
2. 前記施工機械はアースドリル機であり、地盤の掘削時に前記アースドリル機のケリーバーの先端に取付けていた掘削部を前記水平載荷装置に付け替え、前記水平載荷試験を行うことを特徴とする請求項１に記載の支持層確認方法。
3. 前記水平載荷装置は、伸縮アームの先端に設けられた略円弧状の載荷板を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の支持層確認方法。
4. 前記地盤の強度に関する値を深度方向の複数箇所で測定し、当該値が上方の箇所より所定幅以上変化した箇所がある場合、前記掘削孔が支持層まで達しているとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の支持層確認方法。
5. 前記地盤の強度に関する値が所定の基準値以上となった箇所がある場合、前記掘削孔が支持層まで達しているとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の支持層確認方法。
6. 杭の施工機械を用いて地盤を掘削し掘削孔に杭を形成する際、前記掘削孔が支持層まで達しているかの確認に用いる水平載荷装置であって、
   前記施工機械に着脱可能に取付けて用いるアタッチメント式のものであり、前記掘削孔の孔壁を側方に加圧することを特徴とする水平載荷装置。
7. 前記水平載荷装置は、前記施工機械であるアースドリル機のケリーバーの先端に取付けて用いるものであることを特徴とする請求項６記載の水平載荷装置。
8. 前記水平載荷装置は、伸縮アームの先端に設けられた略円弧状の載荷板を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の水平載荷装置。

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