JP5274145B2 - 場所打ち杭およびその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、場所打ち杭およびその構築方法に関する。

マイクロパイルとは、直径３００ｍｍ以下の小径の場所打ち杭及び埋込み杭の総称であり、マイクロパイルは構造物の杭基礎の構築、既設構造物の耐震補強（増杭工法）、地盤補強、斜面の安定化などをはじめとする数々の用途に広く用いられている。様々なマイクロパイルのうちでも、特に、現場で築造するいわゆる場所打ち杭の形式のマイクロパイルは、長尺の既製杭を取扱う面倒がないため、空頭制限のある既設構造物の耐震補強という用途に非常に適していることなどをはじめとする幾多の利点を有している。場所打ち杭の形式のマイクロパイルの構造及びその築造方法として、従来より様々なものが提案されており、例えば下記の特許文献１〜４に記載されているものなどがある。
特開２００１−１４６７４３号公報 特開２００１−３２３４５９号公報 特開２００２−２７５９０７号公報 ＷＯ２００６／０４１０５１号公報

しかしながら、場所打ち杭の形式のマイクロパイルに関しては、そのマイクロパイルに作用する押込み力、引抜き力、及び曲げ応力に対する耐力を更に向上させることが強く求められている。これらが強く求められているのは、マイクロパイルを使用する際には多くの場合、多数のマイクロパイルを１つの杭群として使用することから、マイクロパイルの耐力を高めれば、また特に、その支持力及び水平抵抗力を高めれば、マイクロパイルの必要本数及び／または施工延長を低減することができ、それによって工期の短縮、施工コストの低減、並びに環境負荷の軽減を達成できるからである。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、耐力を高め、また特に、支持力並びに水平抵抗力を向上させた場所打ち杭およびその構築方法を提供することにある。また、その場所打ち杭およびその構築方法は、場所打ち杭の形式のマイクロパイルに適用するのに適したものであることが望ましい。

前記目的を達成するために、本発明に係る場所打ち杭の構築方法は、構造物と地盤中の支持層と連結する場所打ち杭の構築方法において、複数の削孔ケーシングセグメントを継ぎ足しながら地盤を掘削して、それら複数の削孔ケーシングセグメントにより構成された削孔ケーシングを備えた掘削孔を形成するステップと、前記掘削孔に、複数の鋼管セグメントの端部どうしを連結して構成され、その全長の少なくとも一部分において、その管壁部に、杭体を形成するために加圧注入される未硬化のグラウトが通過可能な複数の管壁開口が形成されている補強鋼管を挿入する補強鋼管挿入ステップと、前記補強鋼管挿入ステップの前または前記補強鋼管挿入ステップの後に実行する、前記掘削孔にグラウトを注入して充填するグラウト初期注入ステップと、前記削孔ケーシングを引き揚げて前記複数の削孔ケーシングセグメントのうちの少なくとも幾つかを除去することにより、前記削孔ケーシングにより覆われていた前記掘削孔の内壁面を露出させる削孔ケーシングセグメント除去ステップと、前記削孔ケーシングセグメント除去ステップと並行して実行する、グラウトを前記補強鋼管の内部に加圧注入し、前記補強鋼管の前記管壁開口を通過させて、前記補強鋼管の外部へ流出させ、流出したグラウトが地盤と密着した状態で硬化することで前記補強鋼管の外周面にグラウト／地盤接合部が形成されるようにするグラウト加圧注入ステップと、前記杭体の上端に、前記補強鋼管に接合された、該場所打ち杭の杭頭を前記構造物に連結するための杭頭連結構造を設けるステップとを含み、前記削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて前記複数の削孔ケーシングセグメントのうちの１個を除去するごとに、前記グラウト加圧注入ステップを反復して実行することを特徴とする。

本発明に係る場所打ち杭の構築方法によれば、補強鋼管の管壁開口を通過して外部へ流出したグラウトが地盤と密着した状態で硬化して形成されるグラウト／地盤接合部が、補強鋼管の外周面に強固に付着した状態で、しかも場所打ち杭の全長の長い範囲に亘って確実に形成されるため、大きな耐力を有し、また特に、支持力並びに水平抵抗力の大きな場所打ち杭が得られる。そのため、従来の場所打ち杭の構築方法と比べて、また特に従来の場所打ち杭の形式のマイクロパイルの構築方法と比べて、場所打ち杭の必要本数及び／または施工延長を低減することができ、それによって工期の短縮、施工コストの低減、並びに環境負荷の軽減を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る場所打ち杭およびその構築方法について、図面を参照しつつ詳細に説明して行く。図１Ａは本発明の実施の形態に係る場所打ち杭であるマイクロパイル１０の縦断面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線に沿った横断面図、図１Ｃは図１ＡのＣ−Ｃ線に沿った横断面図である。マイクロパイル１０は、軟弱層１２とその下方の支持層１４とを有する地盤中に構築されて構造物１６と地盤とを連結しており、より詳しくは構造物１６と地盤中の支持層１４と連結している。このマイクロパイル１０は、現場で築造される、いわゆる場所打ち杭の形式の杭である。マイクロパイル１０は杭体１８を有し、この杭体１８は、地盤に形成された掘削孔に加圧注入されて硬化したグラウトから成り、この杭体１８の下端部分が支持層１４の中を延在している。杭体１８のグラウトの中に補強鋼管２０が埋設されており、この補強鋼管２０は、杭体１８の長手方向に、この杭体１８の略々全長に亘って延在している。補強鋼管２０は、複数の鋼管セグメント２２の端部どうしを鋼管用継手２４を介して連結して構成されている。杭体１８の上端には、このマイクロパイル１０の杭頭を構造物１６に連結するための杭頭連結構造体が設けられており、この杭頭連結構造体は鋼製の支圧板４０から成るものである。支圧板４０は、補強鋼管２０の上端に溶接されて接合されており、構造物１６のフーチング２６に埋設されている。

杭体１８の上端部分は、その外周面が、鋼管から成る補強用スリーブ５４で覆われており、この補強用スリーブ５４によって補強されている。この補強用スリーブ５４は、鋼管を所要の長さに切断して製作するようにしてもよく、或いはまた、マイクロパイル１０を構築するために地盤に掘削孔を形成するときに使用した削孔ケーシング５０（図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｄ参照）を構成していた複数の削孔ケーシングセグメント５２のうちの１個を残置して、その削孔ケーシングセグメント５２を、この補強量スリーブ５４として使用するようにしてもよい。補強用スリーブ５４は、その上端部分が構造物１６のフーチング２６に埋設され、その下端部分が地盤に埋設されている。

補強鋼管２０は、その内部空間が硬化したグラウトで満たされており、また、その外周面が、グラウトが地盤に密着して硬化することによって形成されたグラウト／地盤接合部２８で覆われている。更に、補強鋼管２０は、その管壁に、杭体１８を形成するために加圧流入される未硬化のグラウトが通過可能な複数の管壁開口３０が螺旋状に列設されて形成されている。それら複数の管壁開口３０は、補強鋼管２０の全長に亘って管壁に形成されることもあれば、補強鋼管２０の全長のうちの一部分の管壁だけに形成されることもあり、図示例では補強鋼管２０の上端部分を除いた部分の管壁に形成されている。尚、それら管壁開口３０は、必ずしも螺旋状に列設する必要はなく、補強鋼管２０の長手方向に沿って一列または複数列に列設するようにしてもよく、更には、列設することなく単に補強鋼管２０の管壁に２次元的に分布させてもよく、任意の適宜の位置に形成することができる。また、それら管壁開口３０は、未硬化のグラウトを通過させる機能を果たすと共に、硬化したグラウトと補強鋼管２０との付着力を強化する機能も果たすものであるため、補強鋼管２０の管壁上の管壁開口３０の形成密度は、必要とされる付着力に応じて適宜決定するようにしてもよく、更には、補強鋼管２０の長手方向の位置によって管壁開口３０の形成密度を変化させるようにするのもよい。グラウトとしては、セメントミルクを用いることができる他に、モルタル材や、小径の骨材を混入したコンクリート材なども用いることができ、特に、モルタル材や、小径の骨材を混入したコンクリート材を用いることによって、管壁開口３０が形成された補強鋼管２０との付着性を更に高めることができる。

グラウト／地盤接合部２８は、杭体１８の略々全長に亘ってその外周面に形成するようにすることもあれば、杭体１８の全長のうちの一部分の外周面だけに形成するようにすることもあり、一般的には、杭体１８の全長に亘って、または、躯体１８の上端部分以外の全領域に亘って形成することが好ましい。図示例では、グラウト／地盤接合部２８を、杭体１８の全長のうち、支持層１４の中を延在している部分の全領域の外周面に形成すると共に、更に、軟弱層１２の中を延在している部分の一部領域の外周面にも形成している。

マイクロパイル１０は以上のように構成されているため、杭体１８はその外周面の長い範囲に亘って形成されたグラウト／地盤接合部２８を有する。そして、このグラウト／地盤接合部２８は、補強鋼管２０の内部に加圧注入され、補強鋼管２０の管壁開口３０を通過して、補強鋼管２０の外部へ流出したグラウトが地盤に密着して硬化することにより形成されたものであるため、このグラウト／地盤接合部２８によって、マイクロパイル１０は大きな支持力及び水平抵抗力を提供し得るものとなっている。また、補強鋼管２０に形成されている複数の管壁開口３０は、補強鋼管２０の外周面に対するグラウト／地盤接合部２８の付着力を強化するのに役立っており、地盤とグラウトとの間に作用する荷重は、杭体１８の全長に亘って延在している補強鋼管２０を介して構造物へ良好に伝達される。そのため、このマイクロパイル１０は、大きな耐力を有し、また特に、支持力並びに水平抵抗力が大きいため、このマイクロパイルを使用することによって、従来のマイクロパイルと比べて、マイクロパイルの必要本数及び／または施工延長を低減することができ、それによって工期の短縮、施工コストの低減、並びに環境負荷の軽減を達成することができる。

以下に、図２Ａ〜図２Ｄ及び図３Ａ〜図３Ｄを参照して、以上に説明したマイクロパイル１０を構築するための、本発明の実施の形態に係るマイクロパイルの構築方法について説明する。この構築方法においては、先ず、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、複数の削孔ケーシングセグメント５２を継ぎ足しながら地盤を掘削して、それら複数の削孔ケーシングセグメント５２で構成された削孔ケーシング５０を備えた掘削孔６０を形成する。特に、図示例では、この掘削孔６０の下端部分が支持層１４の中まで延在するようにしている。尚、図２Ａには、掘削孔６０の掘削予定領域を破線で示した。

図示例では、削孔ケーシングセグメント５２として、外径が９−５／８インチの鋼管を使用しており、複数の削孔ケーシングセグメント５２を継ぎ足すには、それら削孔ケーシングセグメント５２の端部どうしを鋼管用継手（不図示）を介して取外し可能に接合している。また図示例では、この掘削をボーリングマシン（不図示）を用いて行っている。ボーリングマシンの削孔ロッド６２の下端に取付けた削孔ビット６４によって地盤を掘り進め、掘削孔の深さが所定深さ増すごとに、削孔ケーシングセグメント５２を継ぎ足すようにしている。尚、掘削孔６０を形成するための別の方法として、最初の削孔ケーシングセグメント５２の下端に切刃を取付けておき、ボーリングマシンで削孔ケーシング５０を回転させることによって地盤を掘り進める方法を用いてもよく、或いはまた、そのような削孔ケーシング５０による掘削とその削孔ケーシング５０の中に挿通した削孔ロッド６２による掘削とを併用する方法などを用いてもよい。

削孔ケーシング５０を備えた掘削孔６０が完成したならば、その削孔ケーシング５０の中を水洗し、削孔ロッド６２を引き揚げて除去する。続いて、図２Ｃに示したように、掘削孔６０の中に（即ち、削孔ケーシング５０の中に）補強鋼管２０を挿入する（補強鋼管挿入ステップ）。この補強鋼管２０は、複数の鋼管セグメント２２の端部どうしを連結して構成される。鋼管セグメント２２として、図示例では外形が７インチの鋼管を使用している。そして、鋼管セグメント２２の端部どうしを鋼管用継手２４を介して連結することによって、補強鋼管２０に更なる鋼管セグメント２２を継ぎ足しながら、これを削孔ケーシング５０の中へ挿入して行き、最終的には図２Ｃに示したように、補強鋼管２０が、掘削孔６０の上端から、支持層１４の中を延在しているこの掘削孔６０の下端に至るまで、この掘削孔６０の略々全長に亘って延在するようにしている。

また、図面には示していないが、各々の鋼管セグメント２２には、その長手方向中央部の外周面に、径約１０ｍｍ、長さ約１００ｍｍ４本の鉄筋片を各々が鋼管セグメント２２の長手方向に延在するようにして放射状に配置して溶接してあり、それら４本の鉄筋片によって、補強鋼管２０を削孔ケーシング５０に対して同心的な位置に保持するためのセントライザが構成されている。補強鋼管２０を削孔ケーシング５０の中へ挿入して行くときには、このセントライザによって、補強鋼管２０が削孔ケーシング５０に対して同心的な位置に保持される。そのため、削孔ケーシング５０の内周面と補強鋼管２０の外周面との間には、図１Ｂに示したように、環状の隙間６６が確保される（図１Ｂでは、削孔ケーシング５０を構成している削孔ケーシングセグメント５２の内周面と、補強鋼管２０を構成している補強鋼管セグメント２２との間の隙間６６として示されている）。

次に、図２Ｄに示したように、掘削孔６０の中に（即ち、削孔ケーシング５０の中に）グラウトを注入することで、掘削孔６０にグラウトを充填する（グラウト初期充填ステップ）。図示例では、このグラウト初期充填ステップを、掘削孔６０に補強鋼管２０を挿入し終わってから実行しているが、掘削孔６０に補強鋼管２０を挿入する前にこれを実行するような実施の形態とすることもある。従って、このグラウト初期充填ステップは、補強鋼管挿入ステップの前または後に実行するステップである。図示例では、このグラウト初期注入ステップにおいて、グラウトを注入するには、先ず、削孔ケーシング５０内に水を満たし、その削孔ケーシング５０の中に上方からトレミー管３２を挿入し、そして、このトレミー管３２の下端の吐出口を削孔ケーシング５０の下端の近傍に位置付けた上で、その吐出口からグラウトを吐出させて、削孔ケーシング５０内の水をグラウトで置換するようにしている。この方法によれば、掘削孔６０の上端の口元からオーバーフローしてくるグラウトの比重が、トレミー管を介して注入しているグラウトの比重と同じになったならば、それによって置換が完了したことが分かる。

続いて、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、削孔ケーシング５０を引き揚げて、複数の削孔ケーシングセグメント５２のうちの少なくとも幾つかを除去することにより、それまで削孔ケーシング５０により覆われていた掘削孔６０の内壁面を露出させる（削孔ケーシングセグメント除去ステップ）。またそれと共に、グラウトを補強鋼管２０の内部に加圧注入し、補強鋼管２０の管壁開口３０を通過させて、補強鋼管２０の外部へ流出させ、流出したグラウトが地盤と密着した状態で硬化することで補強鋼管２０の外周面にグラウト／地盤接合部２８が形成されるようにする（グラウト加圧注入ステップ）。これら２つのステップに関して、図示例では、削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて複数の削孔ケーシングセグメント５２のうちの１個を除去するごとに、グラウト加圧注入ステップを反復して実行するようにしている（即ち、削孔ケーシングセグメント除去ステップと並行してグラウト加圧注入ステップを実行するようにしている）。ただし、加圧注入したグラウトが硬化するのは、除去すべき削孔ケーシングセグメント５２の全てを除去し、加圧注入すべきグラウトを全て加圧注入した後となるようにしており、削孔ケーシングセグメント５２を１個除去してグラウトを加圧注入するごとに硬化させるのではない。

更に、削孔ケーシングセグメント除去ステップ及びグラウト加圧注入ステップが完了したならば（即ち、削孔ケーシング５０の全体を引き揚げて、全ての削孔ケーシングセグメント５２を除去し、グラウトの加圧注入を全て完了したならば）、加圧注入したグラウトが硬化する前に、図３Ｃに示したように、削孔ケーシングセグメント５２と略々同径の鋼管から成る補強用スリーブ５４を杭体１８の上端部分に嵌合する。こうして杭体１８の上端部分に設ける補強用スリーブ５４は、杭体１８の上端部分の外周面を覆って杭体１８の上端部分を補強するものであり、この補強スリーブ５４によって更に、マイクロパイルの水平抵抗力が増大している。この補強用スリーブ５４の長さは、杭の特性値であるβ値に応じて適宜定めればよい。この後、加圧注入したグラウトが硬化するのを待ち、それが硬化したならば、内部に補強鋼管２０が埋設され、外周面にグラウト／地盤接合部２８を有する杭体１８が完成する。

次に、図３Ｄに示したように、補強鋼管２０の上端に鋼製の支圧板４０を溶接して接合する。これによって杭体１８の上端に、補強鋼管２０に接合された、マイクロパイル１０の杭頭を構造物１６（図１参照）に連結するための杭頭連結構造が設けられる。以上でマイクロパイル１０が完成し、この後、補強用スリーブ５４の周囲の土砂の埋め戻しを行うことで、補強用スリーブ５４の下端部分を地盤に埋設し、また、補強用スリーブ５４の上端部分を埋設するようにして構造物１６のフーチング２６を構築する。以上によって、構造物１６と地盤とを連結するマイクロパイル１０が完成する。

以上に説明した実施の形態では、削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて全ての削孔ケーシングセグメント５２を除去した後に、鋼管から成る補強用スリーブ５４を杭体１８の上端部分に嵌合するようにしているが、これとは別の実施の形態として、削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて複数の削孔ケーシングセグメント５２のうちの少なくとも１個の削孔ケーシングセグメント５２を掘削孔６０の上端部分に残置し、その残置した削孔ケーシングセグメント５２で補強用スリーブ５４を構成するようにするのもよい。

また、以上に説明した実施の形態では、削孔ケーシングセグメント除去ステップと並行してグラウト加圧注入ステップを実行するようにしているが、これとは別の実施の形態として、削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて全ての削孔ケーシングセグメント５２を除去した後に、或いは、もし残置すべき削孔ケーシングセグメントがあるならば、削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて複数の削孔ケーシングセグメント５２のうちその残置すべき削孔ケーシングセグメント５２を除いた全ての削孔ケーシングセグメント５２を除去した後に、グラウト加圧注入ステップを実行して、掘削孔６０へのグラウトの加圧注入を１回の作業で行う（即ち、削孔ケーシングセグメント除去ステップの後にグラウト加圧流入ステップを実行する）ようにするのもよい。

また、以上に説明した実施の形態は、本発明をマイクロパイルに適用した場合の具体例を示したものであるが、本発明はマイクロパイル以外の場所打ち杭にも、即ち、その直径が３００ｍｍを超える場所打ち杭にも適用することができる。ただし、従来のマイクロパイル及びその構築法と比較したときに、本発明の利点は特に顕著である。即ち、本発明に係る場所打ち杭の構築方法は、従来の場所打ち杭の構築方法と比べて、また特に従来の場所打ち杭の形式のマイクロパイルの構築方法と比べて、工程が簡明であるため、この構築方法を用いることで、工期の短縮並びに施工コストの低減という効果が得られる。また、グラウトの加圧注入の際に、注入されるグラウトの一部が周辺地盤へ浸透することによって周辺地盤も強化される。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係る場所打ち杭であるマイクロパイル８０の適用例を示した図である。本発明に係る場所打ち杭は、例えば、橋脚のフーチング８２と支持層とを連結するための支持杭として使用することもでき（図４Ａ）、橋台のフーチング８４を固定するための杭として使用することもでき（図４Ｂ）、また更に、支持杭８８で支持されている既設の橋脚の基礎８６を補強するために、新設するフーチング拡張部９０と併せて使用することも可能である（図４Ｃ）。

図１Ａは本発明の実施の形態に係る場所打ち杭であるマイクロパイルの縦断面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線に沿ったマイクロパイルの横断面図、図１Ｃは図１ＡのＣ−Ｃ線に沿ったマイクロパイルの横断面図である。 図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施の形態に係る場所打ち杭であるマイクロパイルの構築方法における施工手順の説明図である。 図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施の形態に係る場所打ち杭であるマイクロパイルの構築方法における施工手順の説明図であり、図２Ａ〜図２Ｄに続く図である。 図４Ａ〜図４Ｃは本発明に係る場所打ち杭であるマイクロパイルの適用例を示した図である。

符号の説明

１０ マイクロパイル（場所打ち杭）
１２ 軟弱層
１４ 支持層
１６ 構造物
１８ 杭体
２０ 補強鋼管
２２ 鋼管セグメント
２４ 鋼管用継手
２８ グラウト／地盤接合部
３０ 管壁開口
５０ 削孔ケーシング
５２ 削孔ケーシングセグメント
５４ 補強用スリーブ
６０ 掘削孔
７０ マイクロパイル（場所打ち杭）
８０ マイクロパイル（場所打ち杭）

Claims (5)

1. 構造物と地盤中の支持層と連結する場所打ち杭の構築方法において、
   複数の削孔ケーシングセグメントを継ぎ足しながら地盤を掘削して、それら複数の削孔ケーシングセグメントにより構成された削孔ケーシングを備えた掘削孔を形成するステップと、
   前記掘削孔に、複数の鋼管セグメントの端部どうしを連結して構成され、その全長の少なくとも一部分において、その管壁部に、杭体を形成するために加圧注入される未硬化のグラウトが通過可能な複数の管壁開口が形成されている補強鋼管を挿入する補強鋼管挿入ステップと、
   前記補強鋼管挿入ステップの前または前記補強鋼管挿入ステップの後に実行する、前記掘削孔にグラウトを注入して充填するグラウト初期注入ステップと、
   前記削孔ケーシングを引き揚げて前記複数の削孔ケーシングセグメントのうちの少なくとも幾つかを除去することにより、前記削孔ケーシングにより覆われていた前記掘削孔の内壁面を露出させる削孔ケーシングセグメント除去ステップと、
   前記削孔ケーシングセグメント除去ステップと並行して実行する、グラウトを前記補強鋼管の内部に加圧注入し、前記補強鋼管の前記管壁開口を通過させて、前記補強鋼管の外部へ流出させ、流出したグラウトが地盤と密着した状態で硬化することで前記補強鋼管の外周面にグラウト／地盤接合部が形成されるようにするグラウト加圧注入ステップと、
   前記杭体の上端に、前記補強鋼管に接合された、該場所打ち杭の杭頭を前記構造物に連結するための杭頭連結構造を設けるステップとを含み、
   前記削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて前記複数の削孔ケーシングセグメントのうちの１個を除去するごとに、前記グラウト加圧注入ステップを反復して実行することを特徴とする場所打ち杭の構築方法。
2. 前記杭体の上端部分の外周面を覆って前記杭体の上端部分を補強する補強用スリーブを前記杭体の上端部分に設け、該補強用スリーブの上端部分を前記構造物に埋設し該補強用スリーブの下端部分を地盤に埋設することを特徴とする請求項１記載の場所打ち杭の構築方法。
3. 前記削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて、全ての前記削孔ケーシングセグメントを除去し、しかる後に、前記削孔ケーシングセグメントと略々同径の鋼管から成る前記補強用スリーブを前記杭体の上端部分に嵌合することを特徴とする請求項２記載の場所打ち杭の構築方法。
4. 前記削孔ケーシングセグメント除去ステップにおいて、前記複数の削孔ケーシングセグメントのうちの少なくとも１個の削孔ケーシングセグメントを前記掘削孔の上端部分に残置し、その残置した削孔ケーシングセグメントで前記補強用スリーブを構成することを特徴とする請求項２記載の場所打ち杭の構築方法。
5. 前記グラウトは、セメントミルク、モルタル材、または小径の骨材を混入したコンクリート材であることを特徴とする請求項１記載の場所打ち杭の構築方法。

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