JP3564497B2 - 脆弱な土層等への杭の打込み工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば海底や川底等の脆弱な土層等へ強固に打ち込むことが可能な杭の打込み工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海底や川底等の脆弱な土層に対する護岸や擁壁等の土木工事には、杭本体を建込み、当該杭本体に振動を与えながら杭本体の先端部から水を噴射して杭本体を土層中に打込む、いわゆるＪＶ工法が用いられている（例えば、特開平７−２３８５４４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＪＶ工法では、基本的に堅い岩盤に対して杭を打込む方法であるため、ゆるい砂質土層や軟弱な粘性土層等の脆弱な土層に杭を建込んでも当該杭を強固に打ち込めないという課題があった。
【０００４】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、脆弱な土層に建込んだ杭を強固に打ち込むことのできる杭の打込み工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る杭の打込み工法は、杭本体建込み時の自立が不可能な砂質土層又は粘性土層である脆弱土層に対し、該杭本体を建込んだ後に該杭本体を打ち込む、杭の打込み工法において、前記砂質土層又は粘性土層に対し杭本体の周囲の先端部から１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でセメントミルクを噴射しながら該杭本体を自重により沈降させることにより該杭本体を自立させ建込む工程と、前記自立した杭本体の頭部にバイブロハンマを取り付ける工程と、
前記バイブロハンマにより前記杭本体に振動を与えながら前記杭本体の先端部からセメントミルクを最終打ち止めまで噴射し所定の深度に達するまで該杭本体を打込む工程とを有し、前記バイブロハンマによる振動が前記建込む工程及び前記打込む工程において噴射されたセメントミルクを浸透又は注入させることにより該杭本体の外周面とこれを囲繞する土層に摩擦力の大きい壁を形成して打ち込んだ該杭本体を安定化させることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明に係る杭の打込み工法は、杭本体建込み時の自立が可能な脆弱土層又は打ち抜かざるを得ない中間層が存在する脆弱土層に対し、該杭本体を建込んだ後に該杭本体を打ち込む、杭の打込み工法において、前記脆弱土層に対し杭本体の周囲の先端部から最大１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で水を噴射しながら該杭本体が自立するまで又は前記中間層を打ち抜くまで該杭本体を自重により沈降させることにより該杭本体を自立させ建込む工程と、前記自立した杭本体の頭部にバイブロハンマを取り付ける工程と、前記水をセメントミルクに切り替え、前記バイブロハンマにより前記杭本体に振動を与えながら前記杭本体の先端部からセメントミルクを最終打ち止めまで噴射して所定の深度に達するまで該杭本体を打込む工程とを有し、前記バイブロハンマによる振動が前記打込む工程において噴射されたセメントミルクを浸透又は注入させることにより該杭本体の外周面とこれを囲繞する土層に摩擦力の大きい壁を形成して打ち込んだ該杭本体を安定化させることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）、図１（ｃ）〜図１（ｆ）はこの発明の実施の形態１による杭の打込み工程を工程順に示す概略断面図であり、そのうち図１（ａ）は杭本体に配されたセメントミルク用配管材を示す縦断面図であり、また図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、図２はこの発明の実施の形態１による杭の打込み工程を示すフローシートである。なお、図１（ａ）〜図１（ｆ）に示す各工程に沿って説明するものとし、これら各工程に対応する図２におけるステップをその都度明示するものとする。
【０００８】
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、現場近傍のヤード又は工場で円筒状の摩擦杭本体（以下、杭本体という）１の外部にセメントミルク用配管材２を取り付ける（図２のステップＳ２１）。２ａはセメントミルク用配管材２の頭部であり、２ｂ〜２ｉはセメントミルク用配管材１の先端部に設けられた噴射口である。これら噴射口２ｂ〜２ｉは杭本体１の先端部の円周上に所定間隔をもって形成されている。なお、ＧＬはこの実施の形態１では例えば砂質土層や粘性土層など、杭本体建込み時の自立が不可能な脆弱な土層であり、Ｗは土層ＧＬ上の海や河川等の液層である。
【０００９】
また、上記配管材２の頭部２ａにグラウトポンプ（図示せず）からのホースを取り付ける（図２のステップＳ２１）。ここで、グラウトポンプはセメントミルク３を配管材２に供給するもので、現場近傍に設けられたヤードに設置または水上では（図示せず）台船上に搭載されている。なお、上記ベースマシーンとしては、水上では杭打船、全施回式起重機船、クレーン付台船などを挙げることができ、このようなベースマシーン上には水槽（図示せず）、セメントサイロ（図示せず）の他、上述のミキシングプラント（図示せず）、後述のバイブロハンマ（図示せず）、高圧洗浄機（図示せず）およびこれらの駆動源である発動発電機（図示せず）等が搭載される。
【００１０】
次に、図１（ｃ）に示すように、杭本体１を施工箇所の上方から吊り込み、この杭本体１を建込み、杭本体１の先端部に配された配管材２の噴射口２ｂ〜２ｉから杭本体１の軸線方向に沿ってセメントミルク３を噴射しながら杭本体１を自重により沈降させる（図２のステップＳ２２）。ここで、セメントミルクは所定の配合比で水とセメントとをミキシングプラント（図示せず）内で混合して得られる（図２のステップＳ２３）。セメントミルクの水セメント比（Ｗ／Ｃ％）は固化したときの圧縮強度が５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上となるように、例えば１００％〜１５０％の範囲で決められ、これに減水、凝結遅延、膨張等に関する添加材が必要に応じて添加される。例えばイントルージョンエイド５．５〜７．５ｋｇおよび超遅延材６．５〜９．０ｋｇを水セメント混合物に添加することができる。また、セメントと混合する水は上記ベースマシーン上の水槽に貯留したものを用いることができるが、現場の周辺環境に応じて海や河川などから直接汲み上げて使用してもよい。上記ミキシングプラントで得られたセメントミルクはグラウトポンプ（図示せず）により配管材２を介して杭本体１の先端部に送られ、土層に対して１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の噴射圧力で噴射され、その注入量はグラウトポンプ（図示せず）に付属した流量計（図示せず）で測定され、土層の性質等の条件に応じて適宜調整される（図３のステップＳ２４）。
【００１１】
次に、図１（ｄ）に示すように、杭本体１の頭部１ａにバイブロハンマ４をチャック装置５により着脱自在に取り付ける（図２のステップＳ２５）。
【００１２】
次に、図１（ｅ）に示すように、バイブロハンマ４により杭本体１に振動を与えながらセメントミルク３を最終打止めまで噴射して杭本体１を所定の深度まで打込む（図２のステップＳ２６）。このため、バイブロハンマ４の振動およびセメントミルクの浸透攪拌により杭本体１の外周面とこれを囲撓する土層の周面との摩擦力が増大する。特に、土層が砂質土層である場合には、砂質土層の大きな間隙にセメントミルクが浸透し易く、また土層が粘性土層である場合には、バイブロハンマ４の振動によりせん断された間隙が生じ、セメントミルクが注入し易くなる。このようにバイブロハンマ４の振動時にセメントミルクを噴射することは杭本体１の外周囲とこれを囲繞する土層に摩擦力の大きい壁を形成することになり、打込んだ杭本体１の安定化を図ることができる。
【００１３】
次に、セメントミルクの注入が終了した後、配管材２の頭部２ａからグラウトポンプ（図示せず）のホースを取外し、このホースを高圧洗浄機（図示せず）で洗浄し、排泥水を処理し、全工程を完了する（図２のステップＳ２７〜Ｓ２９）。
【００１４】
以上のように、この実施の形態１では、杭本体１の建込み工程の段階からセメントミルクを脆弱な土層ＧＬに噴射しているので、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、振動による攪拌効果により脆弱な土層ＧＬの間隙にセメントミルクを浸透させあるいは注入することにより杭本体１の外周面とこれを囲撓する土層の周面ＣＭとの摩擦力を増大させることができ、これにより自立不可能でかつ脆弱な土層ＧＬに対しても杭本体１を強固に打込むことができる。
【００１５】
また、この実施の形態１では、従来のＪＶ工法で施工するあらゆる鋼杭への利用が可能であり、例えば高圧ウォータージェットカッタ噴射用配管材をセメントミルク用配管材として転用することで、セメントミルク注入工程を杭の打込み工程とほぼ同時に行えるため、工期の短縮化を図ることができる。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による杭の打込み工程を示すフローシートである。なお、この実施の形態２の構成要素のうち先の実施の形態１の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００１７】
この実施の形態２は、先の実施の形態１と異なり、杭の打込み対象を杭本体の自立可能な脆弱土層としているため、杭本体の建込み時にはセメントミルクを噴射せず、水を噴射し、杭本体が所定の深度に達したときに水に代えてセメントミルクを噴射するようにした点に特徴がある。また、この実施の形態２は杭の打込み対象として中間層が存在し、その中間層が打抜かざるを得ない土層、即ち、中間層の前後で地盤の硬さが変化するような土層に対して好適に適用可能である。なお、図４におけるステップに沿って説明するものとし、これら各ステップに対応する図１（ａ）〜図１（ｆ）に示す各工程をその都度明示するものとする。
【００１８】
まず、図４におけるステップＳ４１は図２におけるステップＳ２１と基本的に同じ準備工程であるが、この段階ではグラウトポンプからのホースを配管材２の頭部２ａに取り付けずに、導水管（図示せず）を取り付ける（図１（ａ）および図１（ｂ）参照）。
【００１９】
次に、ステップＳ４２に示すように、杭本体１を施工箇所の上方から吊り込み、この杭本体１を建込み、杭本体１の先端部に配された配管材２の噴射口２ｂ〜２ｉから杭本体１の軸線方向に沿って水を噴射しながら杭本体１が自立するまであるいは中間層を打ち抜くまで杭本体１を自重により沈降させる（図１（ｃ）参照）。ここで、水の噴射圧力は最大１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２とする。
【００２０】
次に、ステップ４３に示すように、杭本体１の頭部１ａにバイブロハンマ４をチャック装置５により着脱自在に取り付ける（図１（ｃ）、図２のステップＳ２５参照）。
【００２１】
次に、ステップ４４に示すように、所定の配合比で水とセメントとをミキシングプラント（図示せず）内で混合してセメントミルクを得る（図２のステップＳ２３参照）。
【００２２】
次に、ステップＳ４５に示すように、杭本体１が自立したときに、杭本体１内の配管材２への水の供給を上記セメントミルクの供給に切り替え、ステップＳ４６に示すように、バイブロハンマ４により杭本体１に振動を与えながらセメントミルクを最終打止めまで噴射して杭本体１を所定の深度まで打込む（図１（ｅ），図２のステップＳ２６参照）。ここで、ステップＳ４７に示すように、セメントミルクの流量は流量計で測定され、土層の性質等の条件に応じて適宜調整される。
【００２３】
次に、ステップＳ４８〜Ｓ５０に示すように、セメントミルクの注入が終了した後、配管材２の頭部２ａからグラウトポンプ（図示せず）のホースを取外し、このホースを高圧洗浄機（図示せず）で洗浄し、排泥水を処理し、全工程を完了する（図１（ｆ）、図２のステップＳ２７〜２９参照）。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２では、水を噴射しながら杭本体１の建込みを行い、杭本体１が自立したときあるいは中間層を打ち抜いたときに水の噴射をセメントミルクの噴射に切り替えるようにしたので、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、杭本体１の先端部の外周面とこれを囲撓する土層の周面ＣＭとの摩擦力を増大させることができ、これにより自立可能であるが、脆弱な土層に対しても杭本体１を強固に打込むことができる。
【００２５】
また、この実施の形態２でも、従来のＪＶ工法で施工するあらゆる鋼杭への利用が可能であり、例えば高圧ウォータージェットカッタ噴射用配管材をセメントミルク用配管材として転用することで、セメントミルク注入工程を杭の打込み工程とほぼ同時に行えるため、工期の短縮化を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、杭本体に振動を与えながら杭本体の先端部からセメントミルクを噴射して所定の深度に達するまで杭本体を打込むようにしたので、振動による攪拌効果により脆弱な土層の間隙にセメントミルクを浸透させあるいは注入することにより杭本体の外周面とこれを囲撓する土層の周面との摩擦力を増大させることができ、これにより自立不可能で脆弱な土層に対しても杭本体を強固に打ち込むことができる。
【００２７】
また、この発明によれば、杭本体が自立した後に該杭本体に振動を与えながら前記杭本体の先端部から前記水に代えてセメントミルクを噴射して所定の深度に達するまで前記杭本体を打込むようにしたので、杭本体の外周面とこれを囲撓する土層の周面との摩擦力を増大させることができ、これにより脆弱な土層に対しても杭本体を強固に打ち込むことができる。
【００２８】
また、この発明は、海底や川底等の脆弱な土層等への杭の打込みに適しているが、打込み対象となる土層はこれらに限定されるものではなく、あらゆる脆弱な土層に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の形態１に用いられる杭本体に取り付けたセメントミルクを示す正面図であり、また（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、（ｃ）〜（ｆ）はこの発明の実施の形態１による杭の打込み工程を示す概略断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による杭の打込み工程を示すフローシートである。
【図３】（ａ）はこの発明の実施の形態１により自立した杭本体を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【図４】この発明の実施の形態２による杭の打込み工程を示すフローシートである。
【図５】（ａ）はこの発明の実施の形態２により自立した杭本体を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１ 杭本体
２ セメントミルク用配管材
２ａ セメントミルク用配管材の頭部
２ｂ〜２ｉ セメントミルク用配管材の噴射口
３ セメントミルク
４ バイブロハンマ
５ チャック装置

Claims (2)

1. 杭本体建込み時の自立が不可能な砂質土層又は粘性土層である脆弱土層に対し、該杭本体を建込んだ後に該杭本体を打ち込む、杭の打込み工法において、
   前記砂質土層又は粘性土層に対し杭本体の周囲の先端部から１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でセメントミルクを噴射しながら該杭本体を自重により沈降させることにより該杭本体を自立させ建込む工程と、
   前記自立した杭本体の頭部にバイブロハンマを取り付ける工程と、
   前記バイブロハンマにより前記杭本体に振動を与えながら前記杭本体の先端部からセメントミルクを最終打ち止めまで噴射し所定の深度に達するまで該杭本体を打込む工程とを有し、
   前記バイブロハンマによる振動が前記建込む工程及び前記打込む工程において噴射されたセメントミルクを浸透又は注入させることにより該杭本体の外周面とこれを囲繞する土層に摩擦力の大きい壁を形成して打ち込んだ該杭本体を安定化させることを特徴とする
   杭の打込み工法。
2. 杭本体建込み時の自立が可能な脆弱土層又は打ち抜かざるを得ない中間層が存在する脆弱土層に対し、該杭本体を建込んだ後に該杭本体を打ち込む、杭の打込み工法において、
   前記脆弱土層に対し杭本体の周囲の先端部から最大１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で水を噴射しながら該杭本体が自立するまで又は前記中間層を打ち抜くまで該杭本体を自重により沈降させることにより該杭本体を自立させ建込む工程と、
   前記自立した杭本体の頭部にバイブロハンマを取り付ける工程と、
   前記水をセメントミルクに切り替え、前記バイブロハンマにより前記杭本体に振動を与えながら前記杭本体の先端部からセメントミルクを最終打ち止めまで噴射して所定の深度に達するまで該杭本体を打込む工程とを有し、
   前記バイブロハンマによる振動が前記打込む工程において噴射されたセメントミルクを浸透又は注入させることにより該杭本体の外周面とこれを囲繞する土層に摩擦力の大きい壁を形成して打ち込んだ該杭本体を安定化させることを特徴とする
   杭の打込み工法。

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