JP5875650B1 - ハイブリッド杭装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の掘削孔を任意の設計位置の設計された大きさで掘削しつつ、均等な厚みの流動性固化材で木製杭を被覆し、地中の水位変動に対しても強度を保持するハイブリッド杭装置、方法を提供する。【解決手段】ハイブリッド杭装置では、縦長中空の外筒の下端開口から、下端に閉鎖コマ体を連結固定させた木杭を挿入し外筒内壁と木杭外周との間に間隙を設けた杭挿入筒体を形成する。杭挿入筒体を地中に押下げ圧入させた状態で外筒と木杭との間隙に流動性固化材を投入して全長周状に木杭の被覆部を形成する。外筒と木杭との間隙への流動性固化材の投入後に外筒を地中から上方に引き抜いて木杭と被覆部とのハイブリッド杭建て込み構造を構築する。【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法に係り、特に設定された特定の設置地中位置に均等厚さの硬化体で木製杭を被覆したハイブリッド杭を埋設できるハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法に関する。

地盤の安定性を保つための地盤改良工法の１つとして杭工法が知られており、地中に杭基礎を打ち込んで周辺地盤を締め固めて地盤の支持力強化、地震時の液状化発生防止、根切り工事での安定性確保等を行うことができる。一方、資材の入手、運搬、打ち込みなどが容易で低コストで実施可能である等の理由から、松杭をはじめとする木杭を用いた地盤改良が行なわれている。ところで、木杭は常水面を超えて外気に接する部分では腐朽菌により腐敗するため防腐処理が施されるのが通常であるが、防腐処理された木材のコストが高いという欠点がある。従来、木杭を用いて地盤改良を行う方法が特許文献１において示されている。

特公平８−６３１８号

例えば特許文献１では木杭を常水位以上においも使用を可能とする手段として、任意の範囲を撹拌翼つきのアースドリルによって撹拌掘削した土砂中に水、セメント、ベントナイト及び木材防腐剤等を混合したスラリーを注入した後、この内部に木杭を挿入し、その後は木杭を包囲する混合物の固結体が形成されることで土中設置木杭の長期保存を企図するものが開示されている。つまり、この手法では空隙率３０％〜４０％が実態とされる堆積土砂を、掘削ドリルを用いて撹拌する工程に於いて、撹拌中の土砂容積の８％程度のセメントおよび、セメント容積の４倍相当の水を加えて混合したスラリーを撹拌土砂内に直接放出する工程を経て木杭を核とする固結体を形成する手法を主張している。しかしながら、この特許文献１の方法ではスラリー充填域確保のための型枠を有しないから、固結体と未処理土砂域とは曖昧な連続空隙構造で形成されるため、木杭周囲の地盤が不安定となり強度が劣る欠点がある。更に特許文献１の方法では土壌撹拌工程に地下水の存在が想定されておらず、引例が示す水セメント比８０％程度の固結体から正常なセメント硬化体を確保することは困難である。また、特許文献１の方法において、攪拌翼の回転により削孔内壁は削り取られながら掘削土砂を生成するから軟弱質の地盤等では削孔自体の大きさが必要以上に広がってしまい、設計通りの位置や大きさで木杭の被覆部を形成することができず、木杭自体の埋設本数も削減せざるを得なくなって設計値に見合う地盤強度を得ることができないおそれがあった。また、現場の掘削土を用いたソイルセメントにより木杭表面を被覆するものであるから、木杭表面との付着力が弱かったり、木杭表面の位置によって付着力にばらつきが生じ、木杭の被覆機能の信頼性が劣り、結局、杭全体の耐久性を長期に保持できないという問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、現場組立で、かつ、型枠使用により均等厚さの流動性固化材による被覆部を外周に形成して高密度、高強度かつ耐久性に優れた木杭補強構造を得ることのできるハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、流動性固化材による木杭の被覆部を高密度で付着性に優れたものとして木杭と一体化し、被覆機能を万全にして杭全体の耐久性を長期に保持し得るハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法を提供することである。さらに、本発明の他の目的は地盤の掘削孔を任意の設計位置の設計された大きさまで開口しつつ、均等な厚みの流動性固化材で木製杭を被覆し、地中の水位変動に対しても強度を保持することのできるハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、低コストでしかも短い工期で地盤改良をすることができるハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、縦長中空の外筒２と、外筒２の下端開口を閉鎖するように外筒に対して係止配置される閉鎖コマ体４と、閉鎖コマ体４に下端を連結され外筒の内壁２１２との間に周状間隙ｔｂを設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に配置される木杭３と、木杭３を収容した外筒２を地中に押下げ圧入させた状態で外筒２と木杭３との間隙に投入されて全長周状に木杭の被覆部６を形成する流動性固化材５と、外筒２と木杭３との間隙ｔｂへの流動性固化材５の投入後に外筒２を地中から上方に引き抜いて形成される木杭３と被覆部６とを含むハイブリッド杭１Ａと、を備え、閉鎖コマ体４に木杭３の下端を連結し、木杭を外筒２内に挿入して外筒との間に周状間隙ｔｂを形成するように外筒内中央部に木杭３を位置決めする位置決め機構８を備え、閉鎖コマ体４は、小径化部４１２を下部に配置した逆三角錐台本体４１１と、小径化部下端の中心から下方に突出するピン４１３と、コマ体４の上部中心から上方に突設して木杭３の下端とねじ込み結合するねじ込み軸４１４と、を備えたことを特徴とするハイブリッド杭装置１から構成される。

その際、閉鎖コマ体４に木杭３の下端を連結して木杭を外筒内に挿入し全体を縦長に組み付けた杭挿入筒体１１を吊支する吊支機構１０を備えてもよい。

さらに、吊支機構１０は、縦長に組み付けた杭挿入筒体１１を１つの重機ブーム１２により吊支するワイヤ係止部１１１を有するとよい。

また、閉鎖コマ体４は、密度２，０００ｋｇ／ｍ ^３ 以上の下端方向に向けて小径化した錐形状であるとよい。

さらに、閉鎖コマ体の下端から下方に向けて突出するワイヤ係止兼埋入方向安定化用ピンを有するとよい。

さらに、吊支機構は、杭挿入筒体下端に位置する閉鎖コマ体に係合し下から受けて均等なバランスで杭挿入筒体全体を吊支させる受け具を含むとよい。

吊支機構は、外筒の長さと同じ長さであって、外筒上端側と閉鎖コマ体とにそれぞれ着脱自在に係合する軸体を含むとよい。

本発明のハイブリッド杭装置によれば、縦長中空の外筒と、外筒の下端開口を閉鎖するように外筒に対して係止配置される閉鎖コマ体と、閉鎖コマ体に下端を連結され外筒の内壁との間に周状間隙を設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に配置される木杭と、木杭を収容した外筒を地中に押下げ圧入させた状態で外筒と木杭との間隙に投入されて全長周状に木杭の被覆部を形成する流動性固化材と、外筒と木杭との間隙への流動性固化材の投入後に外筒を地中から上方に引き抜いて形成される木杭と被覆部とのハイブリッド杭建て込み構造と、を備える構成であるから、地盤の掘削孔を任意の設計位置の設計された大きさで精度良く掘削しつつ、均等な厚みの流動性固化材で木製杭を確実に被覆し、地中の水位変動に対しても強度を保持し得る地盤補強を実現することができる。また、木材資源の利用と補強工事の施工性向上並びに工事の低コスト化を図れる。

また、閉鎖コマ体に木杭の下端を連結し、木杭を外筒内に挿入して外筒との間に周状間隙を形成するように外筒内中央部に木杭を位置決めする位置決め機構を備えた構成とすることにより、簡単な構成で外筒下端開口の閉鎖と木杭の下端の外筒内での中央位置決め、並びに外筒内での木杭の軸心を中央とする中央位置決めを同時に実現して、杭挿入筒体の形成を簡単に行え、地盤補強作業を簡単にし、また杭挿入筒体の軽量化、低コスト化に資する。

また、閉鎖コマ体に木杭の下端を連結して木杭を外筒内に挿入し全体を縦長に組み付けた杭挿入筒体を吊支する吊支機構を備えた構成であるから、閉鎖コマ体を外筒の下端において外筒に単に係止させた状態で縦長状態の杭挿入筒体を１本程度の少ないワイヤ等を用いて吊支することができる。

また、吊支機構は、縦長に組み付けた杭挿入筒体を１つの重機ブームにより吊支するワイヤ係止部を有する構成であるから、閉鎖コマ体を外筒の下端において外筒に単に係止させた状態で縦長状態の杭挿入筒体を簡単に吊支することができる。

また、閉鎖コマ体の密度は２，０００ｋｇ／ｍ ^３ 以上が好ましく、流動性固化材の注入時または外筒の抜き時に伴う杭構造体の浮上を防止することができる。

また、閉鎖コマ体の下端から下方に向けて突出するワイヤ係止兼埋入方向安定化用ピンを有することにより、閉鎖コマ体の杭位置決めに加えて打ち込み時の埋入方向安定化、ワイヤ係止部を兼用して閉鎖コマ体の小型化と軽量化、低コスト化を達成し得る。

また、閉鎖コマ体は、小径化部を下部に配置した逆三角錐台本体と、小径化部下端の中心から下方に突出するピンと、コマ体の上部中心から上方に突設して木杭の下端とねじ込み結合するねじ込み軸と、を備えた構成とすることにより、閉鎖コマ体による杭の外筒中央部位置決め、打ち込み時の埋入方向安定化、ピンによるワイヤ係止部の機能を兼用して閉鎖コマ体、軽量化、低コスト化を達成し得る。

吊支機構は、杭挿入筒体下端に位置する閉鎖コマ体に係合し下から受けて均等なバランスで杭挿入筒体全体を吊支させる受け具を含むことにより、縦長状態の杭挿入筒体を１本程度の少ないワイヤ等を用いて吊支する際に安定してその吊支機能を行うことができる。

吊支機構は、外筒の長さと略同じ長さであって、その上下端を外筒上端側と閉鎖コマ体とにそれぞれ着脱自在に係合する軸体を含むことにより、吊支機構の構造を簡単にし、杭挿入筒体の吊支時に全体を鉛直縦方向に向けて安定的に支持させ、作業効率を向上させることが可能である。

また、本発明のハイブリッド杭の建込み方法によれば、縦長中空の外筒内に木杭を挿入し外筒の筒壁との間に周状間隙を設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に木杭を配置する工程と、木杭の一端側に木杭よりも大径の閉鎖コマ体を連結して外筒の一端開口を閉鎖する杭挿入筒体を形成する工程と、閉鎖コマ体を下部側に配置させた縦長状態で杭挿入筒体を地中に圧入する工程と、杭挿入筒体の圧入後にその上端側から周状間隙内に流動性固化材を投入する工程と、流動性固化材投入後に外筒を地上側に引く抜く工程と、を備えた構成であるから、地盤の掘削孔を任意の設計位置の設計された大きさで精度良く掘削しつつ、均等な厚みの流動性固化材で木製杭を密実に被覆し、地中の水位変動に対しても強度を保持し得る地盤補強を実現することができる。また、木材資源の利用と補強工事の施工性向上並びに工事の低コスト化を図れる。

本発明の実施形態のハイブリッド杭装置の流動性固化材の図示省略の概略縦断面説明図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 ハイブリッド杭建て込み構造を示す概略断面説明図である。 杭挿入筒体の分解斜視図である。 閉鎖コマ体の拡大斜視図である。 図５の閉鎖コマ体の正面図である。 ハイブリッド杭装置の建て込み工程を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の杭挿入筒体下端部へ受け具を装着した状態を示す一部省略拡大正面図である。 本発明の第２実施形態の杭挿入筒体下端部へ受け具を装着した状態を示す一部省略拡大側面図である。 本発明の第２実施形態の杭挿入筒体下端部へ受け具を装着した状態を示す一部省略拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態の受け具を装着した杭挿入筒体へワイヤを係止させた状態を示す一部省略全体正面図である。 本発明の第３実施形態に係るハイブリッド杭装置の杭挿入筒体の概略縦断面説明図である。 図１２の装置の上部横断面図である。 図１２の閉鎖コマ体の斜視図である。 実施形態の流動性固化材の配合比を示す表の図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。本発明は、木杭の表面にセメント系硬化材等の流動性固化材を充填して被着させ、木製杭を固化材で被覆して木杭の特性を生かしながら埋設位置での水面変動によっても高い防腐防蟻機能を備えるハイブリッド杭を精度の高い位置及び削孔大きさによって埋設できるハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法である。

図１ないし図５は、本発明の第１の実施形態を示している。図１において、第１実施形態によるハイブリッド杭装置１は、縦長中空の外筒２と、外筒内の中央部に配置される木杭３と、木杭の一端に固定される閉鎖コマ体４と、外筒２と木杭３との間隙に投入される流動性固化材５と、ハイブリッド杭建て込み構造７と、を含む。

図１ないし図３において、外筒２は、その中空２１１内部の軸心中央部に木杭３を配置した状態で木杭の周囲を覆う外殻を形成するように流動性固化材５の硬化体からなる被覆部６を形成する型枠手段であり、縦長状態で地中に圧入させた後に地上に抜脱される。外筒２は、剛性素材による中空管構成であり、例えば金属製円筒管が用いられるがプラスチック製で製作することもできる。また、円筒管に限らず、三角形、四角形、その他の多角形の筒管でもよい。

図１ないし図３において、木杭３は、ハイブリッド杭１Ａの中心部あるいは中央部に配置される杭芯構成要素であり、ハイブリッド杭装置の主要構成要素の１つである。木杭の使用により資材の入手、運搬、打ち込み容易性保持、低コスト実施等に資する。木杭は、松、杉、檜、その他の木材を用いることができる。加工の容易性と杭の目的や充分な地中密度保持のための地中打ち込み設置構成からすると直状に生育したものが多い杉材が好ましいが、これに限られるものではない。木杭３は、外筒２の筒壁（内壁）２１２との間に周状間隙ｔｂが確保できる位置決め機構が外筒内面また木杭３の外周辺で適当な位置に配置される。実施形態において、木杭３は、外筒２の筒壁（内壁）２１２との間に周状間隙ｔｂを設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に位置を決めて配置される。木杭３は外筒内に収容した状態で外筒を地中打ち込みすることにより地中に配置される。一つの実施形態において、木杭３は所用長に切断の後、樹皮を剥がした生木の状態で用いてもよい。ここに生木とは人工乾燥叉は防腐防蟻処理等の二次加工を一切省略した低コスト木材である。過剰に乾燥した木材を木杭に供する場合は予め木材に散水等を行い木材の含水率を６０％以上とすることが望ましい。

図１、３、４ないし６において、閉鎖コマ体４は、外筒２の下端開口を閉鎖するとともに、外筒内に挿入された木杭３の下端の木杭軸心を外筒の軸心に位置決めする閉鎖・位置決め手段であり、実施形態において、位置決めされた状態で外筒内において木杭の下端を保持しつつ外筒の下端部（開口縁）を閉鎖しつつ係止配置される。詳細には、閉鎖コマ体４は、図４ないし図６に示すように、小径化部４１２を下部に配置した平面視円形の逆三角錐台本体４１１と、小径化部４１２下端の中心から下方に突出するピン４１３と、コマ体の上部中心から上方に突設して木杭の下端とねじ込み結合するねじ込み軸４１４と、を備えている。実施形態において、閉鎖コマ体４は、コンクリート製のコマ形状成形体からなり、打ち込み時に受ける衝撃に十分耐える強度と密度が必要で、詳しくは使用時におけるコンクリートの圧縮強度は３０Ｎ／ｍｍ ^２ 、密度２，０００ｋｇ／ｍ ^３ 以上のものが適用される。好ましくは、密度２，３００ｋｇ／ｍ ^３ 以上であるのがよい。またコマの形態は下端方向にしたがって小径化した錐台形状であり、少なくとも一般のコンクリート成形体以上の密度を有してハイブリッド杭の下端部側寄りに重心を設定させる。図６において、閉鎖コマ体４の逆三角錐台本体４１１の上部は、円形周縁にＬ字状の外筒受けステージ（切欠き部）４１５を有して本体４１１の外形部より小径の短円柱からなる中央台部４１６が立設されている。さらに、中央台部４１６の中心から上方に突設して木杭３の下端とねじ込み結合するねじ込み軸４１４が突設されている。ねじ込み軸４１４は、ねじ溝を刻設したねじ棒体からなり、閉鎖コマ体４に一部を埋め込まれて一体化している。閉鎖コマ体全体を周方向に回動させながら木杭の下端中心にねじ込ませて木杭と連結し、木杭下端に閉鎖コマ体４を連結した状態で外筒２の一端開口から挿入し、閉鎖コマ体４で外筒の一端を閉鎖して木杭は外筒の中空の軸方向中央部に固定されｔｂを確保し、流動性固化材の充填時に受ける木杭３の浮上を拘束する。

閉鎖コマ体４の小径化部４１２下端の中心から下方に突出するピン４１３は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、閉鎖コマ体４で外筒２中空中央部に木杭３を収容配置させた状態を保ちながら一本のワイヤで吊り込み吊り下ろし操作可能とするために縦配置された杭体の下端側を係止する杭下端部係止用の第１のワイヤ係止部１１１ａとして機能する。ピン４１３は、さらに、小径化部４１２下端の中心から下方に突出して、木杭収容外筒の埋込み方向の安定化用ピンとして機能する。

図１ないし４において、ハイブリッド杭装置１は、外筒内の軸心を含む中央部に木杭を位置決めする位置決め機構８を備えている。本実施形態において位置決め機構８は、閉鎖コマ体４に木杭３の下端を連結して木杭を外筒２内に挿入し、外筒２との間に周状間隙ｔｂを形成するように外筒内中央部に木杭３を位置決めする位置決め手段であり、木杭３の下端に連結される閉鎖コマ体４と、木杭の下端より上部位置で木杭３を外筒２内で中央位置決めする上部スペーサ部９と、を含む。実施形態において、上部スペーサ部９は、図１、図４に示すように木杭３の上端寄り位置において略９０度等間隔で木杭３から半径方向に突出し先端を外筒２の内壁２１２に当接させる４個のスペーサ片９１１から成る。詳細には、スペーサ片９１１は、それぞれ木杭に基部を取り付けて他端側を木杭の半径方向に突設させた先端が釘状で頭部が防錆機能を有するスペーサーであるから、木杭に対して簡単に取付することができる。４個のスペーサ片どうしの間隔部９１２は外筒の長手方向に連通しており、これらの間隔部９１２を通して外部から流動性固化材が投入される。なお、上部スペーサ部の構成は、実施形態に限定されるものではなく、外筒内中央部に木杭の上部を位置決めする装置であれば任意に構成しうる。例えば、長手方向に連通孔を有する環状部材、着脱式、プラスチック製、木製等の材料選択等は任意に設定することができる。

流動性固化材５は、木杭３を収容した外筒２を地中に押下げ圧入させた状態で外筒２と木杭３との間隙ｔｂに投入されて全長にわたり全周に木杭の被覆部６を形成する固化材であり、間隙ｔｂへの投入時には流動性を有して外筒２と木杭３との間隙ｔｂ内に外筒の上端側の間隙ｔｂから流入し間隙全体に行き渡って木杭全体を被覆し得る。一方、時間経過により流動性固化材５は硬化し固化体となって木杭全周に密着して全体を被覆する。このとき、木杭３の外周において略均等厚みでムラなく被覆層を形成し、木杭の耐久性を保持する。流動性固化材は、例えば地盤改良、わき水・漏水防止等目的で注入され強化剤あるいは止水剤として用いられる注入剤（グラウト(grout)）が好適であり、例えば、セメントペースト又はセメントモルタル等のセメントグラウト、ベントナイトグラウト、アスファルトグラウト、ケミカルグラウトなどがある。ベントナイトグラウトは、モンモリロナイト(Al2O3・4SiO2・6H2O)を主成分とする粘土で、粘性、可塑性、膨潤性、塩基置換性に優れる。ケミカルグラウトには、ケイ酸ソーダ系、尿素系、リグニン系、アクリル系がある。

さらに、ハイブリッド杭装置１が備える吊支機構１０は、縦長状態の杭挿入筒体１１を縦長のままバランスをとった状態で吊り上げ、又は吊り下げ状態で地中打ち込みさせる縦長姿勢支持手段であり、閉鎖コマ体４に木杭３の下端を連結して木杭を外筒２内に挿入し全体を縦長に組み付けた杭挿入筒体１１を吊り上げあるいは吊り下げ支持しその状態で打ち込み機を介して地中打ち込みする。吊支機構１０は、杭挿入筒体吊支用のワイヤを含む索条と、索条の係止部とを含む。

本実施形態において、吊支機構１０は、縦長に組み付けた杭挿入筒体１１を１つの重機ブーム１２により吊支するワイヤ係止部１１１を有している。実施形態において、ワイヤ係止部１１１は、杭挿入筒体１１の下端側で吊支用ワイヤ１３を巻き掛け、フック係止、嵌合、等の方法で係止する第１の掛部１１１ａと、杭挿入筒体１１の上部側で吊支用ワイヤ１３を同様の方法で係止する第２の掛部１１１ｂと、を含む。杭挿入筒体１１についてその上下部にワイヤ係止部１１１を設けることにより、１本のワイヤを延長してそれぞれ上下のワイヤ係止部１１１に掛けるだけで１本のワイヤと吊支用の重機ブームだけで吊支することができ、杭打ち込み装置全体の作業機器を簡素化し、作業性を向上させることができる。

ハイブリッド杭建て込み構造７は、図７（ｇ）に示すように、外筒２と木杭３との間隙ｔｂへの流動性固化材５の投入後に外筒２を地中から上方に引き抜いて形成される木杭３と被覆部６との杭体構造であり、流動性固化材の硬化前に地中から外筒２のみを引き抜いて中央に木杭を配し外周全体を均等厚みにグラウトで被覆したハイブリッド杭１Ａのみが地中に残される。地中の流動性固化材が硬化することにより注入材の固化した被覆部で被覆した木杭とのハイブリッド杭１Ａが形成される。このとき、外筒２が成形枠の機能を行い外筒内壁と木杭外周壁との均等な間隙幅の間隙ｔｂに対応した均等厚みの被覆部６が形成される。

前記した杭挿入筒体１１の地中打ち込みに際し、図４、図７（ｂ）〜（ｅ）に示すように、打ち込み補助具１４が装着される。打ち込み補助具の長さは杭木３の上端から吊支機構９１２を経由し外筒2の上端に至る外筒２内に配置される柱状材で、その機能は補助具下端に配置された木杭３に対する打込み力の均等な伝達手段となる例である。従ってこれらの構成は限定的なものではなく、材料、形状、構造などについて打ち込み力を効果的に伝達し得る他の方法、装置を用いることができる。外筒２内の木杭３上方の空間に木柱を挿入させて下端を木杭上端に当接させ、その状態で木柱の上端に荷重を加えて地中打ち込みを行わせる。これによって、打ち込み力は木杭３とその閉鎖コマ体４まで均等かつ確実に伝達され、杭挿入筒体１１全体が効果的に地中打ち込みされる。

次に、本発明の実施形態のハイブリッド杭装置の作用について説明すると、図４に示すように上部スペーサ部９を取り付けた木杭３の下端の軸心位置にねじ込み軸４１４をねじ込んで閉鎖コマ体４を取り付ける。その状態で木杭の上端側を外筒２の一端開口から外筒内に挿入し、閉鎖コマ体４の外筒受ステージ４１５に外筒２の端縁を突き当てて嵌め込み係止させ杭挿入筒体１１を形成させる。そして、図７（ａ）において例えば螺旋掘削刃等を有するオーガ装置１５を用いて計画建て込み位置に打ち込み用穴ｈを掘削し、吊支用ワイヤ１３をワイヤ係止部１１１若しくは９１２に掛けて杭挿入筒体１１の上下位置を係止した状態で吊支し（図７（ｂ））、掘削した穴位置に杭挿入筒体１１の下端の閉鎖コマ体４のピン４１３を位置合わせする。打ち込み場所にセット後、閉鎖コマ体４のピン４１３に係止したワイヤのフック係止を解除し、杭打ち機１６により上端側から杭挿入筒体全体11を下方に押圧して地中に打ち込みする(図７（ｃ）、（ｄ）)。このとき、打ち込み補助具１４が外筒２と木杭３に当着して下端の閉鎖コマ体４を押圧し、さらに杭打ち機の回転、圧入作用により外筒、木杭、閉鎖コマ体を同時に打ち込み、杭挿入筒体全体に打ち込み力が併用されて打ち込みする。また、外筒内の木杭３の上端が地表面から２０ｃｍ以深の深さに達するまで杭挿入筒体１１を打ち込んだ後に、打ち込み補助具１４を取り外し図７（ｅ）の工程で図１２に示した連結材８４２を除去した後に流動性固化材の投入装置１７の排出部１７１を外筒上端開口に装着して流動性固化材５を投入する（図７（ｆ））。流動性固化材５は、いわゆるグラウト材であり、実施形態では、セメントと砂に加水し、さらに流動性を高めるためにフライアッシュを混入している。また、セメントはグラウト硬化後の重金属溶出抑制のために高炉セメントが使用される。流動性固化材５は、回転軸受部８５１及び位置決め機構８等を経由しながら外筒内壁と木杭外周壁との周状間隙ｔｂは自己充填機能を備える流動性固化材が無振動で充填投入を継続する。その後、木杭３の外周全体は流動性固化材５によって被覆された後に投入装置１７を取り外し（図７（ｇ））その状態から外筒２に備えるワイヤ係止部１１１または回転軸受部８５１にワイヤ１３を掛て鉛直方向へ静かに外筒２は地上側に引き抜かれる（図７（ｈ））。このとき、閉鎖コマ体と木杭を連結することで流動性固化材による浮力が作用しても木杭が浮き上がる事なく外筒２が引き抜かれる。これによって、木杭表面を流動性固化材で均等厚さに被覆したハイブリッド杭１Ａ（硬化前）が形成され、同時にハイブリッド杭建て込み構造７の基礎が形成される。こうして流動性固化材の硬化を待ってハイブリッド杭及びハイブリッド杭建て込み構造７が完成する。本発明によって構築されたハイブリッド杭はその設置工程では有害な振動や外力の影響を一切受けないこと、また地中に充填される流動性固化材にとって地中は急激な温度変化や異常乾燥などの悪影響を受けないため、硬化体は最適養生環境下に置かれるため成形体にヒビ割れや有害な欠損も発生せず、地中の恒温恒湿状態と流動性硬化材に混和されたフライアッシュのポゾラン反応も機能して硬化体の長期強度の増進にも寄与することになり長期強度に優れた耐久性に富むハイブリッド杭１Ａを得ることができる。したがって、計画地盤補強区域を設計通りの密度で高精度に地盤補強することが可能となる。

セメントコンクリートにより被覆された木材の耐久性について発明者らは既に１２年間に及ぶ暴露試験を継続中であり芯木材の健全性を確認してきた。ここでは流動性固化材に用いたセメントモルタルの配合例(単位量ｋｇ／ｍ ^３ )による発明の実施例を下記に示す。ここでは高炉セメントに対し、ＦＡ(フライアッシュ)は質量比で４７％が混入されている。フライアッシュ粒子は球形であることからこれを適量混合したコンクリートの性状はフライアッシュによるボールベアリング効果により少ない練り混ぜ水量でも流動性や自己充填機能などが格段に改善できた。またフライアッシュはセメントのアルカリ刺激によりセメントの強度を継続して増進させるポゾラン反応を発揮する。従がってフライアッシュ混入のコンクリートやモルタルの特徴は長期に亘る水和反応の継続で長期強度の増進効果もあり発明者らはこの特徴を本発明実施に適用し確認した。図１５の配合は本発明における実施例に用いた流動性固化材を用いて成型したハイブリッド杭に関するものである。ここでは砂利を含まないセメントモルタルの事例を示したが被覆層の厚みや杭の形状寸法等の条件に応じ、セメントコンクリートでも対応可能である。本発明過程で実施したサンプルは杭長４ｍで、地表から２．５ｍの深さまで掘削を行い地中に自己充填されたハイブリッド杭の外観、形状、寸法等について目視検査及び強度についてはシュミットハンマーによる比破壊試験を行った結果極めて良好であった。

次に、図８ないし図１０により、本発明の第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同一部材には、同一符号を付して説明する。第２実施形態のハイブリッド杭装置では吊支機構１０は、閉鎖コマ体４に係合する受け具１８１を含む点が、第１実施形態と異なる。受け具１８１は、杭挿入筒体１１の下端に位置する閉鎖コマ体４に係合し下から受けて均等なバランスで杭挿入筒体１１全体を吊支し、吊支用ワイヤ１３により縦長状態の杭挿入筒体を安定して支持させることを可能とする閉鎖コマ体の下部受け手段である。

実施形態において、受け具１８１は、閉鎖コマ体４の逆三角錐台本体部分に係止される当着部１８２と、当着部１８２から閉鎖コマ体４の等間隔離した外周複数位置に固定されフック係止用孔１８４を有する係止片１８３と、を有している。そして、実施形態で閉鎖コマ体の周方向１８０度位置に２個設けられた係止片１８３にそれぞれ１個ずつ、計２つの吊支用ワイヤ１３をフック部材等を用いて係合することにより、閉鎖コマ体４に係合し下から受けて均等なバランスで杭挿入筒体１１全体を吊支することができる。なお、吊支用ワイヤは外筒の上部係止位置から上方に伸びる部分で１本に結合することもできる。この第２実施形態のハイブリッド杭装置では、縦長の杭を縦長状態で吊支しながら杭打ち作業を行う際に、安定した吊支を実現でき、ハイブリッド杭の杭打ち作業の施工性を向上させ得る。

次に、図１２ないし図１４により、本発明の第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同一部材には、同一符号を付して説明する。第３実施形態のハイブリッド杭装置は、第１実施形態と同様に、縦長中空の外筒２と、外筒内の中央部に配置される木杭３と、木杭の一端に固定される閉鎖コマ体４と、外筒２と木杭３との間隙に投入される流動性固化材５と、ハイブリッド杭建て込み構造７を含む。この第３実施形態では、位置決め機構及び吊支機構の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態の位置決め機構８３は、本実施形態の杭挿入筒体８０を示す図１２のように外筒２下端開口内縁と木杭下端部との間に嵌挿された緩衝材８３２と、上部スペーサ部９と、を含む。緩衝材８３２は、木杭外面と外筒内壁との間に複数個が環状に配置されている。実施形態では、計８個が等間隔で設けられている。縦長中空の外筒内壁２１２の下端開口部にはｔｂを越えない範囲内に緩衝材８３２が設けられている。緩衝材８３２は杭挿入筒体１１の地中打込時に外筒２の先端面が閉鎖コマ体４の外筒受けステージ４１５部分に加わる集中衝撃力を緩衝材８３２によって分散し閉鎖コマ体のせん断破壊の回避手段とした。

さらに、第３実施形態において、吊支機構８５は、外筒２の長さと略同じ長さであって、その上下端を外筒上端側と閉鎖コマ体４とにそれぞれ着脱自在に係合する連結材８４２を含む。連結材８４２は、外筒２の上端側と閉鎖コマ体４とを連結する連結手段であり、本実施形態では、外筒２の上端側と外筒２の下端に接続した閉鎖コマ体４とを直結させて連結する軸体から構成されている。そして、本実施形態では、外筒２の上端部内壁２１２に設けた回転軸受部８５１とインサートナット８３１の間を軸体としての連結ボルトにて結合して吊支機構を構成する。外筒２と略同じ長さの連結材８４２で外筒と閉鎖コマ体４とを連結することにより、杭挿入筒体の吊支時にその下部側がふらつかせないように安定支持し、掘削穴への立て込み作業効率を良好にさせることができる。本実施形態において閉鎖コマ体４は、外筒の上端内側に設けた回転軸受部８５１と閉鎖コマ体４の上面側に埋め込み設けられたインサートナット８３１（図１４参照）とにより連結材８４２を介して着脱自在に連結支持されている。これにより、閉鎖コマ体４や外筒２との連結に要する部材を省略することができる。回転軸受部８５１は流動性固化材５の充填工程後に行う外筒２の地上引き抜き工程作業の初期、詳しくは打ち込み深さの１／３程度までを、杭打機のオーガ回転機能を回転軸受部８５１を介して外筒に伝達させ、正逆回転を併用すれば外筒２の垂直抜き取り作業が円滑にできる。また外筒の引抜工程に際しては外筒内に充填された流動性固化材５は外筒内面によるスライデイング摩擦と緩衝材８３２による撹拌作用の相乗効果を受けて流動性固化材を密実な被覆層の形成に効果的である。ここで回転軸受部８５１の取り付け位置は木杭３の規定長上端から更に余裕空間を持たせた上方の外筒内面に取りつけると良い。

第３実施形態のハイブリッド杭装置については、木杭３を収容した外筒１１は図７（ａ）オーガ掘削工程を経て図７（ｂ）吊り下げ移動工程、及び図７（ｃ）及び（ｄ）工程では所定深度の地中まで押下げ圧入する。このとき、外筒内の木杭３の上端が地表面から２０ｃｍ以深の深さに達するまで杭挿入筒体１１を打ち込んだ後に打ち込み補助具１４及び図１２の軸体（８４２）を離脱し（ｅ）、その後に流動性固化材の投入装置１７の排出部１７１を外筒上端開口に装着して流動性固化材５を投入する（図７（ｆ））。流動性固化材５の投入に際しては、外筒２と木杭３との間隙ｔｂに流動性固化材５を外筒内部の全長、全周で木杭表面を完全に被覆、充填しながら地表面高に必要な余盛を含めたて高さまで流動化固化材を充填する。ここに余盛高とは外筒２を抜き去った時点において流動性固化材の上層面は木杭頂部の上に所定被覆部６が確保される条件を指している。その後、木杭３の外周全体は流動性固化材５によって被覆された後に投入装置１７を取り外し（図７（ｇ））その状態から外筒２に備える吊支機能１１１または回転軸受部８５１にワイヤ１３を掛けて鉛直方向へ静かに外筒２は地上側に引き抜かれる（図７（ｈ））。

図７（ｈ）に示す外筒２を抜き取り地上側に引き抜く工程は流動性固化材の充填終了の直後で流動性固化材がまだ固まらない条件下で外筒２は抜き去ることを本技術の特徴としている。従がって、本発明は杭の設置条件が地下水の影響を受ける場合であっても充填される流動性固化材５は水中分離もなく時間経過とともに確実に木杭３の全周を緻密でほぼ均等厚を有する高品質の被覆層が形成され耐久構造の木杭が担保される。

次に、本発明のハイブリッド杭の建込み方法は、縦長中空の外筒内に木杭を挿入し外筒の筒壁との間に周状間隙を設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に木杭を配置する工程と、木杭の一端側に木杭よりも大径の閉鎖コマ体を連結して外筒の一端開口を閉鎖する杭挿入筒体を形成する工程と、閉鎖コマ体を下部側に配置させた縦長状態で杭挿入筒体を地中に圧入する工程と、杭挿入筒体の圧入後にその上端側から周状間隙内に流動性固化材を投入する工程と、流動性固化材投入後に外筒を地上側に引く抜く工程と、を備えて構成される。これによれば、設計通りの正確で良好な精度の地盤補強と強度の高い補強地盤を得ることが可能である。

以上説明した本発明のハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲においてなされる任意の改変も本発明に含まれる。

本発明のハイブリッド杭装置並びにハイブリッド杭の建込み方法は、地盤補強における建築、土木分野とともに、木材の有効利用による林業振興にも資する。

１ ハイブリッド杭装置
１Ａ ハイブリッド杭
２ 外筒
３ 木杭
４ 閉鎖コマ体
４１１ 逆三角錐台本体
４１４ ねじ込み軸
４１３ ピン
４１５ 外筒受けステージ
５ 流動性固化材
６ 被覆部
７ ハイブリッド杭建て込み構造
８、８３ 位置決め機構
９ 上部スペーサ部
１０、８５ 吊支機構
１１、８０ 杭挿入筒体
１１１ ワイヤ係止部
１３ 吊支用ワイヤ
１４ 打ち込み補助具
１６ 杭打機
１７ 投入装置
ｔｂ 周状間隙
１８１ 受け具
８０ 杭挿入筒体（第３実施形態）
８３ 位置決め機構
８３１ インサートナット
８３２ 緩衝材
８４２ 連結材
８５ 吊支機構
８５１ 回転軸受部

Claims (7)

1. 縦長中空の外筒と、
   外筒の下端開口を閉鎖するように外筒に対して係止配置される閉鎖コマ体と、
   閉鎖コマ体に下端を連結され外筒の内壁との間に周状間隙を設けるように筒壁から所要間隔をあけて外筒内中央部に配置される木杭と、
   木杭を収容した外筒を地中に押下げ圧入させた状態で外筒と木杭との間隙に投入されて全長周状に木杭の被覆部を形成する流動性固化材と、
   外筒と木杭との間隙への流動性固化材の投入後に外筒を地中から上方に引き抜いて形成される木杭と被覆部とを含むハイブリッド杭と、を備え、
   閉鎖コマ体に木杭の下端を連結し、木杭を外筒内に挿入して外筒との間に周状間隙を形成するように外筒内中央部に木杭を位置決めする位置決め機構を備え,
   閉鎖コマ体は、小径化部を下部に配置した逆三角錐台本体と、小径化部下端の中心から下方に突出するピンと、コマ体の上部中心から上方に突設して木杭の下端とねじ込み結合するねじ込み軸と、を備えたことを特徴とするハイブリッド杭装置。
2. 閉鎖コマ体に木杭の下端を連結して木杭を外筒内に挿入し全体を縦長に組み付けた杭挿入筒体を吊支する吊支機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド杭装置。
3. 吊支機構は、縦長に組み付けた杭挿入筒体を１つの重機ブームにより吊支するワイヤ係止部を有することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド杭装置。
4. 閉鎖コマ体は、密度２，０００ｋｇ／ｍ ^３ 以上の下端方向に向けて小径化した錐台形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド杭装置。
5. 閉鎖コマ体の下端から下方に向けて突出するワイヤ係止兼埋入方向安定化用ピンを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド杭装置。
6. 吊支機構は、杭挿入筒体下端に位置する閉鎖コマ体に係合し下から受けて均等なバランスで杭挿入筒体全体を吊支させる受け具を含むことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のハイブリッド杭装置。
7. 吊支機構は、外筒の長さと同じ長さであって、外筒上端側と閉鎖コマ体とにそれぞれ着脱自在に係合する軸体を含むことを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のハイブリッド杭装置。

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