JP5075090B2 - 場所打ち杭の施工方法および場所打ち杭 - Google Patents

Description

この発明は、場所打ち杭の施工方法および場所打ち杭、特に、改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、および、杭本体径の擬似的増加による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる、場所打ち杭の施工方法および場所打ち杭に関するものである。

建物の杭基礎工法の一つに、場所打ち杭工法がある。この工法には、アースドリル工法 、オールケーシング工法 、リバース工法等がある。場所打ち杭工法は、予め、工場で製造した杭を地中に打ち込む既製杭工法と比べて、以下のような利点を有している。

（１）杭径や杭長を自在に選択できる。
（２）大口径、大深度の杭の施工が可能である。

例えば、上記アースドリル工法は、地盤をケーシングの建て込み予定深度まで掘削し、掘削孔にケーシングを建て込み、土質に適合した安定液を掘削孔に注入しながらさらに掘削し、予定深度まで掘削した後、地上で組み立てた鉄筋籠を掘削孔内に挿入し、そして、掘削孔内にコンクリートを打設して固化させるものであり、以下のような利点を有している。

（ａ）低振動・低騒音である。
（ｂ）設備が簡単で施工速度が速く経済的である。
（ｃ）狭い敷地内でも施工可能である。

上記アースドリル工法により軟弱地盤に杭を施工する場合には、掘削孔内に注入する安定液の水位を高くするか、ケーシングの建て込み深さを深くし、これにより、掘削孔壁の崩壊を防止して、地盤の安定化を図る必要があった。

しかしながら、このような対策をとっても十分な地盤の安定化が図れないことがあった。また、所定径で掘削孔を掘削しても、周辺の軟弱地盤が掘削孔壁を押圧して掘削孔を細くする結果、掘削杭径が小さくなって、設計杭径を満足しないことがあった。さらに、安定液が打設コンクリートに混入して、杭本体の品質が低下する恐れがあった。

このようなことから、既製杭を用いた工法に変更せざるを得ない場合があったが、上述のような利点を有する場所打ち杭工法を採用することが望まれている。

しかしながら、軟弱地盤であっても掘削孔壁を十分に保護することができ、しかも、施工が容易な場所打ち杭の施工方法は、まだ提案されていない。

そこで、本願発明者等は、軟弱地盤であっても掘削孔壁を十分に保護することができ、しかも、施工が容易な場所打ち杭の施工方法および場所打ち杭を得るべく、鋭意検討を重ねた。この結果、地盤改良と併用して掘削を行えば、軟弱地盤であっても掘削孔壁を十分に保護することができるといった知見を得た。

この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、および、杭本体径の擬似的増加による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる、場所打ち杭の施工方法および場所打ち杭を提供することを目的とする。

この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、地盤内に改良地盤を円柱状に構築し、次いで、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を前記改良地盤と一体的に構築する、場所打ち杭の施工方法において、前記改良地盤内に鉄筋籠を構築し、この後、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体を構築することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、場所打ち杭の施工方法において、前記改良地盤を前記杭本体を構築する深さまで構築することに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の、場所打ち杭の施工方法において、前記改良地盤を軟弱地盤層のみに構築することに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、場所打ち杭の施工方法において、前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において同一とすることに特徴を有するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、場所打ち杭の施工方法において、前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において部分的に異ならせることに特徴を有するものである。

請求項６に記載の発明は、地盤内に構築された円柱状の改良地盤と、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により、前記改良地盤と一体的に構築された杭本体とからなる場所打ち杭において、前記改良地盤内に鉄筋籠が構築され、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体が構築されていることに特徴を有するものである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記改良地盤は、前記杭本体が構築される深さまで構築されていることに特徴を有するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記改良地盤は、軟弱地盤層のみに構築されていることに特徴を有するものである。

請求項９に記載の発明は、請求項６から８の何れか１つに記載の発明において、前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において同一であることに特徴を有するものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項６から８の何れか１つに記載の発明において、前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において部分的に異なっていることに特徴を有するものである。

この発明によれば、改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、および、杭本体径の擬似的増加による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる。

この発明の、場所打ち杭の施工方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の、場所打ち杭の施工方法による地盤改良工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図、（ｃ）は、改良地盤に鉄筋籠を構築した場合の概略断面図である。図２は、この発明の、場所打ち杭の施工方法による掘削工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図である。図３は、この発明の、場所打ち杭の施工方法による杭本体構築工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図である。

この発明の、場所打ち杭の施工方法は、先ず、図１に示すように、軟弱地盤１に円柱状の改良地盤２を構築する。円柱状の改良地盤２は、例えば、テノコラム（登録商標）工法により構築する。テノコラム工法とは、セメント系固化材を液状にして軟弱地盤１に注入し、軟弱地盤１と固化材液とを攪拌混合して、柱状の改良体、すなわち、改良地盤２を軟弱地盤１内に構築するものである。

以下、テノコラム工法を、図面を参照しながらさらに説明する。

図７は、テノコラム工法の実施設備を示す概略図である。

図７に示すように、テノコラム工法の施工設備は、水槽５、セメントサイロ６、ミキシングプラント７およびポンプ８を備えたプラント側設備と、施工機本体９および攪拌装置１０を備えた施工機側設備とからなっていて、以下のようにして、地盤改良が行われる。

水槽５とセメントサイロ６から水とセメントがそれぞれミキシングプラント７に送られ、ここで、水とセメントとが混合されてセメントスラリーが調製される。このようにして調製されたセメントスラリーは、ポンプ８によって施工機本体９に送られる。施工機本体９に送られたセメントスラリーは、先端に攪拌羽根１１が取り付けられた攪拌装置１０に送られる。攪拌装置１０は、セメントスラリーを軟弱地盤１に注入しながら攪拌羽根１１により軟弱地盤１を所定深度まで攪拌する。これによって、攪拌羽根１１が通過し、攪拌された円柱状の地盤部分は、軟弱地盤とセメントスラリーとが混合された状態となる。この後、攪拌羽根１１を引き上げ、セメントを固化させれば、軟弱地盤１内には、図１に示すように、円柱状の改良地盤２が構築される。

なお、上記方法により改良地盤２を構築する場合、セメントスラリーの注入量を軟弱地盤１の深さ方向の軟弱の程度に応じて調整したり、あるいは、セメントスラリーの注入箇所を調整することもできる。例えば、攪拌羽根１１の外周側からのセメントスラリーの注入量を増やすことによって、改良地盤２の外周部の強度を他の部分に比べて高めることができる。

このようにして、軟弱地盤１に円柱状の改良地盤２を構築したら、図２に示すように、改良地盤２内に掘削孔３を形成し、この後、図３に示すように、掘削孔３内に、鉄筋籠１４により補強されたコンクリート１６からなる杭本体４を改良地盤２と一体的に構築する。杭本体４は、例えば、アースドリル工法によって構築するが、軟弱地盤ではなく改良地盤２内に杭本体４を構築するので、ケーシングや安定液を使用する必要がない。この点で、上述したアースドリル工法と相違する。

以下、この発明で実施するアースドリル工法を、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

図４は、この発明で実施するアースドリル工法による改良地盤への場所打ち杭の構築工程を示す図であり、（ａ）は、掘削機の回転軸を円柱状の改良地盤の中心に位置決めした状態を示す概略断面図、（ｂ）は、掘削機の回転軸に取り付けられた掘削刃により改良地盤を掘削している状態を示す概略断面図、（ｃ）は、掘削孔が形成された改良地盤を示す概略断面図、（ｄ）は、掘削孔内に鉄筋籠を挿入した状態を示す概略断面図、（ｅ）は、鉄筋籠が挿入された掘削孔内にコンクリートを打設した状態を示す概略断面図である。

先ず、図４（ａ）に示すように、掘削機（図示せず）の回転軸（ケリーバ）１２が円柱状の改良地盤２の中心上に来るように位置決めする。次に、図４（ｂ）に示すように、回転軸１２の先端に掘削刃１３を取り付け、掘削刃１３を回転させて改良地盤２を掘削する。掘削刃１３による掘削深度は、改良地盤２の構築深さ範囲内とする。次に、図４（ｃ）に示すように、改良地盤２の中心部に掘削孔３が形成されたら、図４（ｄ）に示すように、地上で予め組み立てた鉄筋籠１４をクレーン１５により掘削孔３内に吊り下げて挿入する。そして、図４（ｅ）に示すように、鉄筋籠１４が挿入された掘削孔３内にコンクリート１６を打設し、コンクリート１６を固化させれば、改良地盤２の中心部には、図３に示すように、円柱状の杭本体４が改良地盤２と一体的に構築される。

改良地盤２は、上記例のように、杭本体４の全体に亘って構築しても良いが、図５に示すように、軟弱地盤層のみに構築しても良く、これにより、施工コストを低減することができる。

なお、図５（ａ）は、軟弱地盤層が地盤の上層部にある場合であり、図５（ｂ）は、軟弱地盤層が地盤の中央部にある場合であり、各図の左側に地盤深さと地盤強度との関係を示す。地盤強度は、図中、右に行くほど高いことを示す。図５（ｂ）に示すように、改良地盤２を地盤の中央部に形成するには、テノコラム工法の場合、攪拌羽根１１の径を換えることにより容易に行える。

また、上記例のように、杭本体４の径寸法を杭本体４の長手方向において同一としても良いが、図６に示すように、改良地盤２内に形成する掘削孔３の径を、掘削孔３の長手方向において部分的に異ならせれば、すなわち、杭本体４の径寸法を、杭本体４の長手方向において部分的に異ならせれば、杭本体４が改良地盤２と、より一体的に構築される。掘削孔３の径を掘削孔３の長手方向において部分的に異ならせるには、径の異なる掘削刃１３を使用すれば良い。

さらに、図１（ｃ）に示すように、改良地盤２内に円筒状鉄筋籠１７を改良地盤２と同心円状に構築し、鉄筋籠１７の内側に掘削孔３を形成すれば、杭本体４の構築時の掘削孔３の壁の崩落を確実に防止することができる。鉄筋籠１７は、可能ならば改良地盤２の全長に亘って構築しても良いが、図示のように上層のみでも良い。また、鉄筋籠１７の上部を掘削孔３から突出させて、杭本体４上に構築する構造物あるいはフーチングと鉄筋籠１７の上部とを一体化すれば、スムーズな応力伝達を図ることができる。なお、鉄筋籠１７を改良地盤２内に構築するには、改良地盤２の未硬化時に、バイブレーターによる振動工法により鉄筋籠１７を改良地盤２内に落とし込めば良い。

以上説明したように、この発明によれば、改良地盤２内にアースドリル工法により杭本体４を改良地盤２と一体的に構築することによって、以下のような効果がもたらされる。

（イ）掘削孔３の崩壊等の恐れが皆無なので、杭本体４の施工性が大幅に向上する。
（ロ）周辺地盤により掘削孔壁が押圧されることにより、掘削孔３の径が小さくなって、設計杭径を満足しないといった恐れは皆無である。
（ハ）安定液を使用する必要がないので、安定液がコンクリートに混入して杭本体４の品質が低下するといった恐れは皆無である。
（ニ）杭本体４は、改良地盤２により補強されるので、杭本体４の径を縮小化することができ、この結果、施工コストが低減する。
（ホ）改良地盤２により杭本体４の径が擬似的に増加することになるので、耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる。

以上は、この発明において、場所打ち杭工法として、アースドリル工法を採用した場合であるが、アースドリル工法に限定されるものではなく、オールケーシング工法あるいはリバース工法を採用しても良い。

オールケーシング工法は、ケーシングを反復回転させながら油圧ジャッキにより地盤に圧入し、この後、ハンマーグラブによりケーシング内の土砂を掘削し、掘削終了後、鉄筋籠を掘削孔内に挿入し、そして、ケーシングを抜きながらコンクリートを打設するものである。

この発明に、オールケーシング工法を採用した場合には、この工法は、もともと安定液を使用しないことから、上記（イ）、（ロ）、（ニ）および（ホ）の効果がもたらされる。

リバース工法は、ドリルビットを回転させ地盤を掘削し、その土砂を掘削孔内の水と共にエアリフト方式等を用いて、ドリルパイプより地上に排出する。その後、土砂を分離し水は再び孔へ循環させる。掘削孔壁の保護は、表層部ではケーシングを使用し、ケーシングより深部では、掘削泥水および地下水の水頭圧により行うものである。

この発明に、リバース工法を採用した場合には、この工法は、安定液を使用するので、上記（イ）から（ホ）の効果がもたらされる。

この発明の、場所打ち杭の施工方法による地盤改良工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図、（ｃ）は、改良地盤に鉄筋籠を構築した場合の概略断面図である。 この発明の、場所打ち杭の施工方法による掘削工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図である。 この発明の、場所打ち杭の施工方法による杭本体構築工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、概略断面図である。 この発明で実施するアースドリル工法による改良地盤への場所打ち杭の構築工程を示す図であり、（ａ）は、掘削機の回転軸を円柱状の改良地盤の中心に位置決めした状態を示す概略断面図、（ｂ）は、掘削機の回転軸に取り付けられた掘削刃により改良地盤を掘削している状態を示す概略断面図、（ｃ）は、掘削孔が形成された改良地盤を示す概略断面図、（ｄ）は、掘削孔内に鉄筋籠を挿入した状態を示す概略断面図、（ｅ）は、鉄筋籠が挿入された掘削孔内にコンクリートを打設して杭本体を構築した状態を示す概略断面図である。 軟弱地盤層のみに改良地盤を構築して掘削孔を形成した状態を示す概略断面図であり、（ａ）は、軟弱地盤層が地盤の上層部にある場合であり、（ｂ）は、軟弱地盤層が地盤の中央部にある場合である。 改良地盤内に形成する掘削孔の径を、掘削孔の長手方向において部分的に異ならせた状態を示す概略断面図である。 テノコラム工法の施工設備を示す概略図である。

符号の説明

１：軟弱地盤
２：改良地盤
３：掘削孔
４：杭本体
５：水槽
６：セメントサイロ
７：ミキシングプラント
８：ポンプ
９：施工機本体
１０：攪拌装置
１１：攪拌羽根
１２：回転軸
１３：掘削刃
１４：鉄筋籠
１５：クレーン
１６：コンクリート
１７：鉄筋籠

Claims (10)

1. 地盤内に改良地盤を円柱状に構築し、次いで、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を前記改良地盤と一体的に構築する、場所打ち杭の施工方法において、
   前記改良地盤内に鉄筋籠を構築し、この後、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体を構築することを特徴とする、場所打ち杭の施工方法。
2. 前記改良地盤を前記杭本体を構築する深さまで構築することを特徴とする、請求項１に記載の、場所打ち杭の施工方法。
3. 前記改良地盤を軟弱地盤層のみに構築することを特徴とする、請求項１に記載の、場所打ち杭の施工方法。
4. 前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において同一とすることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、場所打ち杭の施工方法。
5. 前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において部分的に異ならせることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、場所打ち杭の施工方法。
6. 地盤内に構築された円柱状の改良地盤と、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により、前記改良地盤と一体的に構築された杭本体とからなる場所打ち杭において、
   前記改良地盤内に鉄筋籠が構築され、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体が構築されていることを特徴とする場所打ち杭。
7. 前記改良地盤は、前記杭本体が構築される深さまで構築されていることを特徴とする、請求項６に記載の場所打ち杭。
8. 前記改良地盤は、軟弱地盤層のみに構築されていることを特徴とする、請求項６に記載の場所打ち杭。
9. 前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において同一であることを特徴とする、請求項６から８の何れか１つに記載の場所打ち杭。
10. 前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において部分的に異なっていることを特徴とする、請求項６から８の何れか１つに記載の場所打ち杭。

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