JP5327948B2

JP5327948B2 - 杭穴充填物の採取方法、採取装置

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Publication number: JP5327948B2
Application number: JP2008223740A
Authority: JP
Inventors: 好伸木谷; 雅樹横山
Original assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Current assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: JP2010059619A

Description

この発明は、杭穴内に既製杭や鉄筋篭などを挿入すると共に、セメントミルク、コンクリートなどの杭穴充填物を充填して、基礎杭を構築する際の杭穴充填物の採取方法、この採取方法に使用する採取装置に関する。

近年、既製杭は様々な高支持力工法が開発され、一本当たりの支持力は非常に大きくなった。この中で、杭穴充填物の強度も重要な位置を占めるようになっている。とりわけ、杭先端支持力係数αが示すように、高支持力の大部分は杭先端部であり、そこで重要となるのは、支持層への根入れ、根固め部の形状及び固化強度である。

一方で、その支持力の重要な要因である根固め部強度を把握するためには、より正確に把握する場合には、杭穴充填物が固化した後に、「コア抜き」と称する円筒状カッターで円柱状にくり抜き、円柱状の固化杭穴充填物を地上に引き上げて確認する方法しかなかった（目的は違うがコア抜きは特許文献２参照）。

また、杭穴充填物が固化する前に、確認する方法では、箱状の採取装置を沈めて、所望深さで開いて、その深さの杭穴充填部を採取する装置が提案されている（特許文献１）。

また、簡易的に確認する方法では、杭穴充填物を杭穴に供給するプラントから供給予定のセメントミルクを採取して、セメントミルクの比重や固化強度を確認して、杭穴充填物の管理をしている場合もあった。実施には多くはこの方法を採用している。
特開２００１−７３３６０特開２００５−３２０６８９

前記従来の技術のうち、コア抜きによるものでは、施工日数、コストもかかり、また、コア抜きする際に、埋設した既製杭を誤って傷つけるおそれもあった。また、箱状の採取装置を使用する場合では、複数深さでの資料採取が困難であり、また杭穴充填物を乱さないで沈設するためには、熟練技術を要する問題点があった。また、プラントから入手する方法では、杭穴に充填前のセメントミルクで試験をするので、掘削泥土の影響を考慮できす、実際に固化した状態を反映できない問題点があった。

然るにこの発明は、逆止弁を入れて連結したパイプ基材を未だ固まらない杭穴充填物内に実際に埋設して、杭穴充填物を採取できるので、前記問題点を解決した。

以下のようにすることを特徴とする杭穴充填物の採取方法である。
(1) 所定長さのパイプ基材の複数を、逆止弁を有する接続具を介して連結して採取装置を構成する。前記逆止弁は下方から上方に向けての流れを許容し、上方から下方に向けての流れを遮断する。
(2) 杭穴内に杭穴充填物を充填し、該杭穴充填物が流動性を有する間に、前記杭穴上方から前記採取装置を挿入する。
(3) 前記杭穴充填物を前記採取装置の下端から取込み採取して、前記採取装置の先端が所定の深さに至ったならば、前記採取装置を地上に引き上げる。
(4)「前記採取装置内で前記杭穴充填物を固化させ固化した杭穴充填物を前記採取装置から取り出す。」または「前記採取装置から取り出して、前記杭穴充填物を固化させる。」

また、前記において、以下のように構成することを特徴とする杭穴充填物の採取方法である。
(1) 杭穴内から採取装置を一旦引き上げ、引き上げた前記採取装置から１回目の杭穴充填物を取り出す。
(2) 前記杭穴内に既製杭を埋設すると共に、前記杭穴内に再度採取装置を挿入して、２回目の杭穴充填物を採取する。
(3) １回目の杭穴充填物及び２回目の杭穴充填物を固化させる。

また、他の発明は、以下のように構成したことを特徴とする採取装置である。
(1) 使用する杭穴の深さに応じた所定長さのパイプ基材の複数を、逆止弁を有する接続具を介して連結する。
(2) 最下端のパイプ基材の下端に接続具を連結する。
(3) 前記逆止弁は下方から上方に向けての流れを許容し、上方から下方の流れを遮断する構成とする。

また、前記において、採取装置の上端部に、杭穴の開口部で採取装置を保持するための係止部を形成し、前記採取装置の中間部に、放射状に突設する位置調節具を設け、該位置調節具の先端部を前記杭穴壁に当接する長さで形成したことを特徴とする採取装置である。

前記において、パイプ基材と逆止弁から採取装置を構成する場合には、パイプ基材または逆止弁のいずれか一方に簡易係合手段を設け、他方に被簡易係合手段を設けることが望ましい。簡易係合手段と被簡易係合手段は、水密状態で互いに係合でき、係合及び係合解除が容易にできる手段である。例えば、簡易係合手段又は被簡易係合手段の一方を雌ねじ、他方を雄ねじとする。また、ピンとそのピンの嵌合状態を保持できる嵌合穴等も可能である。

この発明の採取装置は、上方への流れを許容し下方への流れを遮断する逆止弁付きの接続具で、複数のパイプ基材を連結したので、杭穴充填物が流動性を有する段階に、採取装置を入れれば、所定深さに対応したパイプ基材内に、杭穴充填物を採取できる。従って、パイプ基材内で、杭穴充填物を固化させた材料から供試体を造れば、杭穴内で固化した杭穴充填物の圧縮強度などの性能を推定できる。

また、採取装置はパイプ基材を長さ方向に連結してなるので、杭穴充填物内に沈設する際に抵抗が少なく、容易に埋設できると共に、杭穴充填物を乱すことなく埋設できるので、より正確にその深さでの杭穴充填物を採取できる。

（１）長さＬ１のパイプ基材２、２の複数を、逆止弁１０を有する接続具６を介して連結する。下端側に位置する（杭穴の根固め部に位置する）パイプ基材２ａは長さＬ２（＜Ｌ１）とする。最下端のパイプ基材２ａの下端４にも接続具６を連結する。逆止弁１０は下方から上方に向けての流れを許容し、上方から下方の流れを遮断する構成とする。以上のようにして、採取装置１を構成する（図１（ａ））。

（２）従来の任意の方法で掘削した杭穴１２内に、セメントミルクを充填して、杭穴１２内の泥土を撹拌混合して、杭穴充填物（ソイルセメント）１６を形成する（図１（ｂ））。続いて、杭穴充填物１６が流動性を有する間に、採取装置１を杭穴１２内に沈設する（図１（ｂ））。

（３）採取装置１の下端が所定の深さにまで至ったならば、採取が完了したので、採取装置１を地上２１に引き上げる（図示していない）。引き上げた採取装置１内で杭穴充填物１６を固化させれば、杭穴１２の深さに応じた固化杭穴充填物１６ａが得られるので、適宜、パイプ基材２、２ａを切断すれば圧縮試験などに使用する供試体を形成できる（図１（ｃ）。

（４）また、前記において、拡大根固め部１４を形成した杭穴１２を掘削し、杭穴充填物１６を充填して（図２（ａ））、杭穴１２内に採取装置１を沈設して、杭穴充填物１６を採取することもできる（図２（ｂ））。採取装置１を地上２１に引き上げた後に、杭穴１２内に既製杭１７を沈設して、杭穴充填物１６が固化後に既製杭１７と一体の基礎杭２０を構築する（図２（ｃ）。

同様に、地上２１に引き上げた採取装置１で、パイプ基材２、２ａ内で固化した固化杭穴充填物１６ａを取り出せば、杭穴１２の深さ毎の固化杭穴充填物１６ａの性能を把握できる。

（５）前記における採取装置１を沈設するタイミングは、
・既製杭１７を埋設する前で任意位置に採取装置１を沈設する。
・既製杭１７を埋設した後で、既製杭１７の中空部内に採取装置１を沈設する。
・既製杭１７を埋設した後で、既製杭１７の外周側と杭穴壁の間に採取装置１を沈設する。
・既製杭１７の中空部又は外周側に、採取装置１を取り付けて、既製杭１７の沈設と同意に採取装置１も沈設する。
など、任意であるが、施工の簡易さを考慮すれば、既製杭１７の埋設前が望ましい。

（６）また、この採取装置１又は採取方法の適用は、既製杭１７を使用した基礎杭の構築方法の場合の他、いわゆる現場造成杭で鉄筋篭などを入れる基礎杭の構築方法であっても同様に適用できる（図示していない）。

図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

［１］採取装置１の構成

φ１００ｍｍのガス管（鋼管）５．５ｍを、パイプ基材２として、６本用意して、各パイプ基材２の上下両端部３、４には雌ねじを切る。６本のパイプ基材２、２を、間に接続具６を挟んで連結する。接続具６は、中央部に逆止弁１０を有し、上下７、８に雄ねじを切ってあり、パイプ基材２の雌ねじと接続できるようになっている。また、最下端に位置するパイプ基材２の下端４にも接続具６を取り付ける。

逆止弁１０は、採取装置１を沈設する際（押し込む際）は開いている状態で、パイプ基材２の中にソイルセメント１６が充填され、引き上げる際には閉じた状態となり、即ち、下方から上方への流体の流れを許容し、上方から下方への流れを遮断できる。

採取装置１の側面には、杭穴１２壁との距離を保ち、パイプ基材２、２を杭穴１２の中央部に安定的に位置させることができるように、腕状の突起３１、３１を放射状に突設する（図４）。腕状の突起３１、３１の放射方向の先端は、杭穴１２径に応じて、杭穴１２壁に当接できるような長さで形成されている。

また、前記パイプ基材２の上端部には、採取装置１を杭穴１２の開口部１５の地上２１で、採取装置１を保持する際や採取装置１を運搬する際に、ワイヤー２５をかけて使用する係止具３０が形成されている（図４。ワイヤ２５は図９（ｂ）参照）。

［２］既製杭１７の施工

実施例の現場のボーリング柱状図を図４に示す。図４にでは柱状図と並列して、掘削予定の杭穴１２と採取装置１を記載してある。

（１）掘削ロッド２３のオーガーヘッド先端から適宜掘削液を注入し、杭穴１２内を攪拌、泥土を穴壁に練り付けながら掘削を行う（図３（ａ））。所定の深度まで正回転で掘削した後、掘削ロッド２３を上下に反復して、よく攪拌・練り付けして杭穴１２の軸部１３を掘削する。

（２）続いて、掘削ロッド２３を逆回転させ掘削径を拡大する。拡大径を確認しながら所定長さの区間（実施例では約３０００ｍｍ）を拡大掘削する（図３（ｂ））。
以上のようにして、深さ３２ｍで、軸部１３の径φ９３０ｍｍ、拡大根固め部１４の径φ１３００ｍｍ（長さ３０００ｍｍ）の杭穴１２を構築する。

（３）この杭穴１２内で、根固め液（水セメント比＝６０％のセメントミルク、４週圧縮強度＝２０Ｎ／ｍｍ^２、掘削体積の所定量分）を注入し（図３（ｃ））、拡大根固め部１４を築造する。

（４）続いて、杭穴１２の軸部１３の先端部（拡大根固め部１４の上端）から杭周固定液（水セメント比＝６０％のセメントミルク、４週圧縮強度＝２０Ｎ／ｍｍ^２）を所定量注入、杭穴１２内を混合攪拌しながら掘削ロッド２３を引き上げる（図３（ｄ））。

（５）既製杭１７を杭穴１２内に自重で沈設後、圧入または回転沈設して所定深度に設置して、基礎杭２０を構築する（図３（ｅ））。根固め液と杭穴１２内の泥水が混ざったソイルセメント及び杭周固定液が杭穴内の泥水と混ざったソイルセメントが、杭穴充填物１６を構成する。

［３］試料の採取（採取装置１の沈設）

（１）前記（４）の工程（図３（ｄ））の後で（即ち、既製杭１７を埋設する前に）、杭穴１２内に、地上２１から採取装置１を下降する。逆止弁１０は、採取装置１を下方に押し込む際はソイルセメント１６が逆止弁１０を下方から上方に向けて通過できるので、パイプ基材２、２内にソイルセメント１６が充填され、採取装置１の最下端のパイプ基材２の下端４（接続具６）から入ったソイルセメント１６は順次上方に上がられ、最上層のソイルセメント１６は、最上に位置するパイプ基材２内に充填される。また、一旦パイプ基材２に充填されたソイルセメント１６は、逆止弁１０により最上に位置するパイプ基材２から落下するおそれはない。

（２）前記において、パイプ基材２を連結しながら下降させる場合、杭穴１２内で最上に位置するパイプ基材２の上端部にワーヤー２５を巻いて係止部３０にワイヤー２５を係止して、開口部１５付近の地上２１で保持する（ワイヤー２５は図９（ｂ）参照）。ワイヤー２５に代えて、各種係止治具を使用することもできる。

保持したパイプ基材２の上端に逆止弁１０付きのパイプ基材２（または、逆止弁１０、パイプ基材２を順に）を連結して、新たに連結したパイプ基材２にワイヤー２５を巻いて、地上２１での係止部で３０の保持を解いて、以下同様に、採取装置１（連結したパイプ基材２、２）を下降する。

（３）以下、順に各層のソイルセメント１６を、対応するパイプ基材２に充填する（図４、図６）。

（４）採取装置１の下端（下端の接続具６の逆止弁１０）が所定の深さ（通常は拡大根固め部１４の底付近）に到達したならば、採取装置１を引き上げる。この際、充填したソイルセメント１６は、上方から下方に流れようとするので、逆止弁１０は閉じた状態となり、各パイプ基材２、２に収容したソイルセメント１６は、維持される。

この際、最上段のパイプ基材２が地上２１に露出したならば、最上段のパイプ基材２の上端３にキャップを被せて（図示していない）、最上段のパイプ基材２の下端４の接続具６（逆止弁）の下方で切り離す。従って、パイプ基材２は上をキャップ、下を逆止弁１０付きの接続具６で塞がれるので、１本のパイプ基材２の中からソイルセメントが漏れるおそれなく、１本のパイプ基材２を単独で取り扱いできる。尚、念のため、パイプ基材２の下端４（接続具６の下端８）に栓をすることもできる（図示していない）。

（５）以下順次、パイプ基材２を採取装置１から切り離しながら採取装置１を地上に引上げる。切り離してキャップをしたパイプ基材２を、プラントに立てかけて１日間養生する。

［４］圧縮試験

養生期間（４週）終了後、杭穴１２の拡大根固め部１４から採取した部分から６個、杭穴１２の軸部１３の杭周固定部から採取した部分から、各パイプ基材２、２より３〜５個、供試体を取り出した。供試体は、長さが径の２倍（≒２０ｃｍ）になるように切断し、端面を研磨した後、圧縮強度試験を行った。

供試体の切断面は、大きな泥塊の混入もなく、一様なソイルセメント１６が充填されていた。

従って、この発明の採取装置１による杭穴充填物１６の採取は有効にであったと言える。

また、供試体の外周部には、ソイルセメント１６ａとは異質の、泥状の薄い層があった。これはパイプ基材２を挿入した際に、杭穴１２内上方の泥水が、パイプ基材２の内面に付着したものであり、ソイルセメント１６ではないと思われる。圧縮強度試験では、この薄い膜分を差し引いた断面積で算出した。

［５］試験結果及び考察

現場の拡大根固め部１４から採取した供試体Ｎ１〜Ｎ６の圧縮強度の分布を図５に、供試体Ｎ１〜Ｎ６の採取位置を図６に示す。

拡大根固め部１４から採取した供試体Ｎ１〜Ｎ６の圧縮強度に関しては、平均で約２２．０Ｎ／ｍｍ^２であり、圧縮強度は深くなるにつれて大きくなる傾向にある（図５、図７）。

また、密度に関しても深度との関係では、圧縮強度と同様な傾向があった（図８）。

図７は杭穴軸部（杭周固定部）も含めた、深度と圧縮強度の関係を表し、図８は同じく深度と密度との関係を表す。これらを見ると、およそＧＬ−２６；２６．０ｍ付近から応力度（圧縮強度）及び密度ともに急変している。これは、供試体番号の「５−１」（図６。拡大根固め部１４の上方２．０ｍ）に相当する。これは、この位置までセメントミルクが泥土と混合された状態で上昇してきていると予測される。

［６］他の実施例

（１）前記実施例において、パイプ基材２からの供試体（杭穴充填物の固化物）の取り出しは、丸鋸などにより、パイプ基材２を軸方向に切断して取り出すが、予めパイプ基材２が縦方向に分解できる構造とすることもできる（図示していない）。分解可能とすれば、供試体の取り出しが容易であり、一度使ったパイプ基材を再度使用することでもできる。

（２）また、前記実施例において、パイプ基材２は、ガス管としたが、パイプ状の材料であれば、アルミやステンレス等他の金属材料の他、各種樹脂材料のパイプを使用することもできる（図示していない）。

（３）また、前記実施例において、パイプ基材２を、逆止弁１０付きの接続具６で接続して採取装置１を構成したが、パイプ基材２内で、所定長さ毎に、予め逆止弁１０、１０を取りつけたパイプ基材2を使用することもできる（図示していない）。

（４）また、前記実施例において、採取装置のパイプ基材２、２内で杭穴充填物１６を固化させたが、未だ流動性を有する状態で、パイプ基材２から杭穴充填物１６を取り出して、パイプ基材２外で固化させ、固化杭穴充填物１６ａを形成することもできる（図示していない）。例えば、パイプ基材２毎に、流動性を有する状態の杭穴充填物１６を一旦バケツなどに取り出し、バケツから強度試験用の供試体作成用の型枠内に杭穴充填部１６を流し混み、供試体作成用の型枠内で固化させて固化杭穴充填物１６ａを形成する。この場合、バケツを使用せずに、パイプ基材２から直接に供試体作成用の型枠内に杭穴充填物１６を流し込むこともできる。
また、前記において、パイプ基材２の大きさ（特に口径）は強度試験用の供試体の大きさに対応させて構成したが、このようにパイプ基材２の外で杭穴充填物１６を固化させる場合には、供試体を作成できる体積分の杭穴充填物を収容できる大きさであれば、パイプ基材２の大きさには任意である（図示していない）。

（５）また、前記実施例において、総てのパイプ基材２の下端に、逆止弁１０を設けたが、逆止弁１０は少なくとも１つあれば、杭穴充填物１６を採取できる（図示していない）。この場合、逆止弁１０は、例えば、採取が必要な深さの付近に設ける。
また、前記実施例において、複数のパイプ基材２、２から採取装置１を構成したが、所定長さの長いパイプ基材２の１本から採取装置を構成することでもきる（図示していない）。この場合には、パイプ基材２内の所望の位置に、必要数の逆止弁を嵌挿装着することもできる（図示していない）。

（６）また、前記実施例において、１つの杭穴に対して、既製杭１７の埋設前後に杭穴充填物を採取することもできる（図９）。
前記実施例と同様に、従来の方法により、軸部１３に続き拡大根固め部１４を有する杭穴１２を掘削し、杭穴１２内セメントミルクを充填して、杭穴充填物１６を形成する（図９（ａ）。続いて、杭穴１２内に、パイプ基材２、２を逆止弁１０を介して連結した採取装置１を埋設して、パイプ基材２、２内に杭穴充填物１６を採取する（図９（ｂ））。採取後、採取装置１を地上２１に引き上げる（図９（ｃ））。引き上げた採取装置１の各パイプ基材２、２から杭穴充填物１２を別々のバケツに取り出し、パイプ基材２、２内の杭穴充填物１６を空にする（図示していない）。この杭穴充填物１６は、前記同様に固化させて、固化杭穴充填物１６ａ（１回目）を形成する（図示していない）。
杭穴充填物１６の抜き取りと前後して、または同時に、杭穴２１内に、前記同様の従来の方法により、既製杭１７を埋設する（図９（ｄ））。続いて、前記採取装置１を、既製杭１７の中空部に（または既製杭１７の外側と杭穴１２の間に）、挿入して、再度、杭穴充填物１６を採取する（図９（ｅ））。杭穴１２から採取装置１を引き上げれば、基礎杭２０を構築できる（図９（ｆ））。再度採取した杭穴充填物１６を、前記実施例同様に、杭穴基材２、２内または杭穴基材２、２外で固化させて、２回目の固化杭穴充填物１６ａを形成する。

このように、既製杭１７を埋設する前後で、２回杭穴充填物を採取して比較すれば、より正確に杭穴充填物の状況を把握できる。即ち、既製杭１７を挿入する際に、杭穴充填物が移動することもあり、既製杭１７を下降した状態で採取した方がより正確となる。また、既製杭１７を埋設する際には杭穴充填物の固化が始まっている場合もあり、この場合には、採取し難い時もあるので、既製杭１７を下降させる前に、杭穴充填物を採取しておくことが望ましい。

この発明の実施例で、（ａ）は採取装置、（ｂ）は採取装置を沈設した状態、（ｄ）は採取装置を地上に上げ、試料を取り出した状態を表す。同じく（ａ）は掘削した杭穴内にソイルセメントを充填した状態、（ｂ）は杭穴内に採取装置を沈設した状態、（ｃ）は杭穴内に既製杭を埋設し、対応する深さに試料を表示した状態を表す。この発明の実施例で、（ａ）〜（ｅ）は、杭穴内に既製杭を埋設する工程を表す。実施例で現地ボーリング柱状図に採取装置を並記した図である。試験結果で、根固め部圧縮強度の分布グラフである。試験結果で、杭穴内の採取装置（供試体）の深さ位置を表す図である。試験結果で、杭穴内の深度と供試体の応力度との関係を表すグラフである。試験結果で、杭穴内の深度と供試体の密度との関係を表すグラフである。（ａ）〜（ｆ）はこの発明の他の実施例を説明する概略した縦断面図である。

符号の説明

１採取装置
２、２ａパイプ基材
３パイプ基材の上端部
４パイプ基材の下端部
６接続具６
７接続具６の上端部
８接続具６の下端部
１０逆止弁
１２杭穴
１３杭穴軸部
１４杭穴の拡大根固め部
１５開口部
１６杭穴充填物（未固化）
１６ａ杭穴充填物（固化）
１７既製杭
２０基礎杭
２１地上
２３掘削ロッド
２５ワイヤ
３０パイプ基材の係止部
３１パイプ基材の腕状突起

Claims

以下のようにすることを特徴とする杭穴充填物の採取方法。
(1) 所定長さのパイプ基材の複数を、逆止弁を有する接続具を介して連結して採取装置を構成する。前記逆止弁は下方から上方に向けての流れを許容し、上方から下方に向けての流れを遮断する。
(2) 杭穴内に杭穴充填物を充填し、該杭穴充填物が流動性を有する間に、前記杭穴上方から前記採取装置を挿入する。
(3) 前記杭穴充填物を前記採取装置の下端から取込み採取して、前記採取装置の先端が所定の深さに至ったならば、前記採取装置を地上に引き上げる。
(4)「前記採取装置内で前記杭穴充填物を固化させ固化した杭穴充填物を前記採取装置から取り出す。」または「前記採取装置から取り出して、前記杭穴充填物を固化させる。」
以下のように構成することを特徴とする請求項１記載の杭穴充填物の採取方法。
(1) 杭穴内から採取装置を一旦引き上げ、引き上げた前記採取装置から１回目の杭穴充填物を取り出す。
(2) 前記杭穴内に既製杭を埋設すると共に、前記杭穴内に再度採取装置を挿入して、２回目の杭穴充填物を採取する。
(3) １回目の杭穴充填物及び２回目の杭穴充填物を固化させる。
以下のように構成したことを特徴とする採取装置。
(1) 使用する杭穴の深さに応じた所定長さのパイプ基材の複数を、逆止弁を有する接続具を介して連結する。
(2) 最下端のパイプ基材の下端に接続具を連結する。
(3) 前記逆止弁は下方から上方に向けての流れを許容し、上方から下方の流れを遮断する構成とする。
採取装置の上端部に、杭穴の開口部で採取装置を保持するための係止部を形成し、前記採取装置の中間部に、放射状に突設する位置調節具を設け、該位置調節具の先端部を前記杭穴壁に当接する長さで形成したことを特徴とする請求項３記載の採取装置。