JP4910217B2 - 盤ぶくれ防止杭 - Google Patents

Description

本発明は、盤ぶくれ防止のために打設される杭の地中形状、構造に関する。

被圧地下水位が高い地盤での掘削工事において、掘削底面の安定性確保、すなわち盤ぶくれ及びボイリング対策が大きな課題となっていた。

図３は、従来の中間杭を用いた掘削における盤ぶくれの模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図に示すように、従来は、土留め壁４、５の先端が掘削底面Ａの下方の不透水層（難透水層）地盤１に到達させて建造物構築領域を囲繞し、所用間隔で中間杭９を不透水層（難透水層）地盤１まで打ち込んで掘削を行っていた。掘削の進行に伴い、被圧滞水層地盤２の揚圧力Ｕ（矢印）により不透水層（難透水層）地盤１が盤ぶくれを起こし、掘削底面Ａと共に中間杭９、地上の覆工板１１までを押し上げる事故を生じていた。

このような問題を解決するため、特許文献１は、前記中間杭９を鋼製杭材の周囲にモルタルまたはコンクリートを一体化した盤ぶくれ防止杭とし、不透水層（難透水層）地盤１を貫通すると共に被圧滞水層地盤２の所要深さまで貫入させ、周辺地盤との摩擦力により掘削底面Ａの不透水層（難透水層）地盤１が盤ぶくれを防止する発明であった。

しかしながら、この工法では、不透水層（難透水層）地盤１の強度が比較的大きく、盤ぶくれ防止杭と地盤間の周面摩擦が所要の大きさを得られる場合でないと実施できない欠点があった。

特許文献２は、掘削底面Ａに当たる不透水層（難透水層）地盤１の部分に所定厚さの改良固結地盤体を造成し、その上で改良固結地盤体を貫通し被圧滞水層地盤２まで貫通する対策杭を打設し、被圧滞水層地盤３の強度が小さい場合でも盤ぶくれを防止する発明であった。

しかしながら、この工法では掘削底面の地盤を全面改良しなければならず、コストが嵩むため、経済性から採用が極めて難しい問題があった。

特開平１１−１８１８０６号公報（第２、３頁、第１図） 特開２００３−１７１９４９号公報（第２、３頁、第１図）

前記の問題を解決するため、本発明は掘削底面が軟弱な不透水層（難透水層）地盤であっても盤ぶくれを防止することができ、且つ経済性に優れた構造の盤ぶくれ防止杭を提供することを課題とする。

本発明による盤ぶくれ防止杭は、土留め壁で囲繞された地下建築物の構築領域内に所定の間隔で打設される地中杭であって、地表面から被圧滞水層地盤の所要深さまで貫入する長さで、被圧滞水層地盤の上方に位置する不透水層（難透水層）地盤部分及び不透水層（難透水層）地盤部分から下方の被圧滞水層地盤部分まで、柱状に地盤改良を行い地中杭と一体に形成した拡張部（１０ｂ、１０ｃ）が設けられ、前記被圧滞水層地盤部分の拡張部（１０ｃ）の径が、前記不透水層（難透水層）地盤部分の拡張部（１０ｂ）の径より大きく形成され、該拡張部（１０ｂ、１０ｃ）の杭外周面に生じる摩擦力及び拡張部（１０ｃ）の上面にかかる前記不透水層（難透水層）地盤部分のせん断抗力による支圧抵抗により、被圧滞水層からの揚圧力による掘削底面の盤ぶくれを抑えることを特徴とする。

また、前記拡張部は、地質強度に応じた所望の盤ぶくれ抵抗力となるように、不透水層（難透水層）地盤部分又は不透水層（難透水層）地盤部分から下方の杭径及び杭軸方向の長さを設定することを特徴とする。

本発明の盤ぶくれ防止杭は、不透水層（難透水層）地盤部分または不透水層（難透水層）地盤部分から下方の被圧滞水層地盤部分に拡張部を備えることから、被圧滞水層地盤からの揚圧力に対抗する所定の周面摩擦力を確保することができる。

このため、従来の改良固結地盤体の施工に比較して経済性に優れ、さらに従来の盤ぶくれ防止杭に較べ杭の打設本数を減らすことができる。

また、拡張部杭、拡張部杭長およびその強度を適用地盤の地質構成に合わせて自由に設計・施工することができるため、適用範囲を拡大することができる。

以下、本発明の盤ぶくれ防止杭の実施の形態を図に基いて説明する。

図１は、本発明の盤ぶくれ防止杭の形態を示し、（ａ）は第１の形態、（ｂ）は第２の形態、（ｃ）は第３の形態を示す断面図である。

図１に示す実施の形態において、地表面２０の地下は互層地盤となっており、不透水層（難透水層）地盤１の下に砂質土などの被圧滞水層地盤２が位置している場合を示す。

４、５は地下建築物構築領域を囲繞するために被圧滞水層地盤２まで根入れされた土留め壁である。図では、切梁６で土留め壁４、５を支保しながら掘削底面Ａまで構築領域の掘削をした状態を示している。

図１（ａ）に示す本発明の盤ぶくれ防止杭１０は、地表面２０から被圧滞水層地盤２まで安定液を用いて削孔し、不透水層（難透水層）地盤１部分から下方の被圧滞水層地盤２までの削孔径を拡張し、安定液と置き換えてコンクリートまたはモルタルを注入し柱状に地盤改良を行い、削孔の中心に鋼製杭材８を地表から削孔低まで挿入建て込み硬化させ、地中杭と一体に形成した拡張部１０ｂ、１０ｃを不透水層（難透水層）地盤１及び被圧滞水層地盤２に形成したものである。

本発明の拡張部は拡張されていないコンクリート・モルタル杭１０ａ部分の３〜４倍の径（最大３０００ｍｍ）とする。尚、この実施の形態では、不透水層（難透水層）地盤１部分から下方の被圧滞水層地盤２まで連続して拡張部１０ｂ、１０ｃを形成したが、拡張部１０ｂと間隔を空けて拡張部１０ｃを杭底近傍のみに設けても良い。

図１（ｂ）の実施の形態は、地表面２０から被圧滞水層地盤２まで安定液を用いて削孔し、不透水層（難透水層）地盤１部分のみ削孔径を拡張し、安定液と置き換えてコンクリートまたはモルタルを注入し柱状に地盤改良を行い、削孔の中心に鋼製杭材８を地表から削孔低まで挿入建て込み硬化させ、地中杭と一体に形成した拡張部１０ｂを不透水層（難透水層）地盤１に形成したものである。

すなわち、被圧滞水層地盤２に貫入している部分は、通常の削孔径のコンクリート・モルタル杭１０ａとしたものである。このため被圧滞水層地盤２への貫入長を図１（ａ）に示した第１の実施の形態より長くしている。

図１（ｃ）の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、拡張部１０ｂ、１０ｃを不透水層（難透水層）地盤１及び被圧滞水層地盤２に形成しているが、被圧滞水層地盤２に形成された拡張部１０ｃの径を不透水層（難透水層）地盤１の拡張部１０ｂよりさらに大きくし、被圧滞水層地盤２における周辺地盤との周面摩擦力を高めたものである。この例では、盤ぶくれ防止杭１０の長さが図１（ａ）、（ｂ）に対し短く、被圧滞水層地盤２への貫入長も短くすることができる。

図１において、盤ぶくれ防止杭１０は１本のみ図示しているが、実際は建築物構築領域の面積に対応して所定間隔ごとに打設される。（図２参照）

図１において、符号１１は盤ぶくれ防止杭１０を中間杭として仮設された覆工板、ａは掘削空間である。図において掘削空間ａに露出した盤ぶくれ防止杭１０のコンクリート・モルタル杭１０ａは、周囲のコンクリート又はモルタルが剥がされ鋼製杭材８が露出された状態を示している。

図２は、本発明の盤ぶくれ防止杭を用いた掘削工事の実施例を示し、（ａ）は建築物構築領域の平面図、（ｂ）は建築物構築領域の断面図である。

図２（ａ）に示すように、建築物構築領域は鋼矢板などの土留め壁４、５が掘削底面より深い地中位置まで根入れされ周辺地盤と区画し、建築物構築領域の面積に応じて所定間隔で本発明の盤ぶくれ防止杭１０が打設される。

図に示すように、盤ぶくれ防止杭１０は、中心にＨ型鋼の鋼製杭材８が挿入され、周囲にコンクリート又はモルタルが充填固化されており、掘削底面までは通常の中間杭と同様の杭径に形成されたコンクリート・モルタル杭１０ａとなっているが、掘削底面の不透水層（難透水層）地盤１部分又はその下の被圧滞水層地盤２部分は、その３〜４倍の径に拡張された拡張部１０ｂ、１０ｃに形成されている。

これらの拡張部１０ｂ、１０ｃは、背景技術の項で説明した不透水層（難透水層）地盤１の全面に設けられた改良固結地盤体（背景技術の項参照）に対比すると、柱状の改良固結地盤体に該当すると共に、杭の周辺摩擦力により杭周辺の不透水層（難透水層）地盤１を被圧滞水層地盤２からの揚圧力に対抗させるアンカーの役割を果たす。

図２（ｂ）は、（ａ）の断面図で、山留め壁４、５に腹起こし６ｂを介して切梁６で支保工しながら掘削底面Ａまで掘削した状態を示す。

この実施例では、不透水層（難透水層）地盤１及び被圧滞水層地盤２に貫入された盤ぶくれ防止杭１０は、拡張部１０ｂ、１０ｃが形成されて、被圧滞水層地盤２からの揚圧力（上向きの矢印）に対抗する不透水層（難透水層）地盤１と拡張部１０ｂの杭の周囲の周面摩擦力Ｃ１が盤ぶくれを抑止している。

拡張部１０ｂ、１０ｃの杭の径は、公知の拡径用の掘削ドリルを用いて最大３０００ｍｍとすることができる。

尚、現場の地盤状況が悪く、盤ぶくれ防止杭１０が図２（ａ）に示した所定間隔の打設のみでは効果が足りない（揚圧力に対抗できない）と判断される場合は、所定間隔を少なくして杭の本数を増加させ、或いは拡張部１０ｂ、１０ｃが互いに重なり一体化するようにして効果を確保する。

本発明の盤ぶくれ防止杭の形態を示し、（ａ）は第１の形態、（ｂ）は第２の形態、（ｃ）は第３の形態を示す断面図である。 本発明の盤ぶくれ防止杭を用いた掘削工事の実施例を示し、（ａ）は建築物構築領域の平面図、（ｂ）は建築物構築領域の断面図である。 従来の中間杭を用いた掘削における盤ぶくれの模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 不透水層（難透水層）地盤
２、３ 被圧滞水層地盤
土留め壁
６ 切梁
６ｂ 腹起こし
８ 鋼製杭材（Ｈ型鋼）
９ 中間杭
１０ 盤ぶくれ防止杭
１０ａ コンクリート・モルタル杭
１０ｂ 拡張部
１０ｃ 拡張部
１１ 覆工板
２０ 地表面

Claims (2)

1. 土留め壁で囲繞された地下建築物の構築領域内に所定の間隔で打設される地中杭であって、
   地表面から被圧滞水層地盤の所要深さまで貫入する長さで、被圧滞水層地盤の上方に位置する不透水層（難透水層）地盤部分及び不透水層（難透水層）地盤部分から下方の被圧滞水層地盤部分まで、柱状に地盤改良を行い地中杭と一体に形成した拡張部（１０ｂ、１０ｃ）が設けられ、
   前記被圧滞水層地盤部分の拡張部（１０ｃ）の径が、前記不透水層（難透水層）地盤部分の拡張部（１０ｂ）の径より大きく形成され、
   該拡張部（１０ｂ、１０ｃ）の杭外周面に生じる摩擦力及び拡張部（１０ｃ）の上面にかかる前記不透水層（難透水層）地盤部分のせん断抗力による支圧抵抗により、被圧滞水層からの揚圧力による掘削底面の盤ぶくれを抑えることを特徴とする盤ぶくれ防止杭。
   
2. 前記拡張部は、地質強度に応じた所望の盤ぶくれ抵抗力となるように、不透水層（難透水層）地盤部分又は不透水層（難透水層）地盤部分から下方の杭径及び杭軸方向の長さを設定することを特徴とする請求項１記載の盤ぶくれ防止杭。
   

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