JP6047257B1 - 杭孔用貫入試験機及び杭施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】杭孔用貫入試験機として、ドライブハンマーが自由落下する際の摺接抵抗が非常に小さく、杭孔内での貫入試験機の着底姿勢に多少の傾きがあっても円滑に落下し、孔底地盤の支持強度を高精度で測定できるものを提供する。【解決手段】外側ケーシング１内に内側ケーシング２が昇降自在に保持され、内側ケーシング２の下端から垂下する貫入ロッド３が外側ケーシング１を貫通して下方へ突出する。内側ケーシング２は、上下全長にわたって配置するセンターロッド４を備え、下端部にノッキングブロック２１が固着され、自由落下によってノッキングブロック２１を打撃するドライブハンマー５と、落下後のドライブハンマー５を吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構６とを内蔵する。ドライブハンマー５は、センターロッド４に昇降自在に外嵌して内側ケーシング２に対して非接触に保持され、貫入ロッド３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要する打撃回数（Ｎ値）から孔底地盤の支持強度を測定する。【選択図】図３

Description

本発明は、アースドリル工法、プレボーリング工法、オールケーシング工法等によって地盤に穿設した杭孔における杭底地盤の支持強度を調べるための杭孔用貫入試験機と、この杭孔用貫入試験機を用いた杭施工管理方法に関する。

一般的に、場所打ち杭の施工にはケリーバ式アースドリル工法やオールケーシング工法が汎用され、またＰＨＣ杭やＲＣ杭の如き既製杭の施工にはアースオーガによるプレボーリング工法が多用されている。しかして、これら工法による建て込み完了後の杭の支持強度が充分であるか否かは一般的に載荷試験によって判定できるが、それによって支持強度不足が判明した場合は杭施工のやり直しに多大な労力と時間及びコストを費やすことになる。従って、通常では、施工予定地での試験ボーリングにて得られた地質試料のデータに基づき、所定の深度まで掘孔することで支持層に届いたものとみなしているが、施工予定地全体の地下深部が一様な層序で均質であるとは限らず、地歴によっては局所的に支持層の深さが異なったり、支持層自体の硬さの違いが大きかったりすることも多々あるため、個々の杭孔の底部が実際に充分な杭先端の支持力を有するとは言えない。

一方、形成した杭孔について杭先端の支持力が充分であるか否かを杭建て込み前に判定する手段として、掘削部材の回転駆動用モータの電流値から掘削負荷の変化を捉え、この掘削負荷の増大によって杭孔が地盤深部の硬い支持層に達したことを確認する方法が提案されている（特許文献１〜３）。しかるに、これらの方法では、掘孔が深くなるに伴い、掘削部材と孔壁との摩擦抵抗が大きくなることで、支持層に達していなくとも掘削負荷が著しく増大したり、掘削部位で滑りが発生することで、逆に支持層に達していても掘削負荷が減少したり、更には作業者の掘削作業の巧拙によっても掘削負荷は大きく変動するから、支持層への到達を確認する指標として信頼性に乏しい。

そこで、本発明者は先に、杭施工管理方法として、地盤に設定深度の杭孔を形成後、該杭孔内への杭の建て込み前に、杭孔内に貫入試験機を配置して孔底の支持強度を判定し、その支持強度が所定値以上である場合に該杭孔に杭を建て込むようにすることを提案している（特許文献４）。その貫入試験機は、縦筒状のケーシング内に、該ケーシングの下端から下方突出する貫入ロッドを一体化したノッキングブロックと、該ノッキングブロックを自由落下によって打撃するドライブハンマーと、落下後のドライブハンマーを吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構とを備えており、貫入ロッドが孔底から所定深さまで貫入するのに要する打撃回数（Ｎ値）から孔底の支持強度を判定するものであり、国際標準のＮ値での管理を行えるので測定値の高い信頼評価が得られる。また、本発明者は、このような貫入試験機として、クレーンのワイヤで吊下げて杭孔に出入させる吊下げ式のもの（特許文献５）、アースオーガのスクリューロッドやアースドリルのケリーバ等の掘削ロッドに、その杭孔を掘削後の掘削先部材に代えて連結する掘削ロッド連結式のもの（特許文献６）、アースオーガにおけるスクリューロッドの先端側中空ロッド内やアースドリルにおける軸堀りバケット又は拡底バケットの中空ロッド内に組み込んだ掘削部材の中空ロッド内蔵型のもの（特許文献７）を提案している。

特開平５−２８００３１号公報 特開２０００−２４５０５８号公報 特開２００３−７４０４５号公報 特許第５９４８４３５号公報 特願２０１６−０７１８４５号 特願２０１６−０７８３０２号 特許第５９３２１７８号公報

本発明者の提案に係る前記の貫入試験機は、既述のように測定値の高い信頼評価が得られているが、実機試験を重ねる過程で更に改良の余地を残すことが判明した。すなわち、この貫入試験機では、ドライブハンマーは吊上げ位置から自由落下するが、その落下姿勢を安定にするために、該ドライブハンマーの周面の複数箇所に嵌合キーを突設し、各嵌合キーが内側ケーシングの内周に設けたガイド溝に摺動自在に嵌合した形になっており、その摺接抵抗でノッキングブロックに対する落下衝撃が幾分減じることになり、また杭孔内での貫入試験機の着底姿勢に僅かに傾きがあると、ドライブハンマーが落下する際に嵌合キーの部分で引っ掛かりを生じ、落下速度の低下によってノッキングブロックへの衝撃力が弱まる懸念もあり、これらの要因で測定精度が落ちる可能性があった。

本発明は、上述の状況に照らし、杭孔用貫入試験機として、ドライブハンマーが吊上げ位置から自由落下する際の摺接抵抗が非常に小さく、また杭孔内での貫入試験機の着底姿勢に多少の傾きがある場合でも、ドライブハンマーが引っ掛かりを生じることなく円滑に落下し、もって孔底地盤の支持強度を高精度で測定できるものを提供すると共に、この杭孔用貫入試験機を用いた杭施工管理方法を提示することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る杭孔用貫入試験機は、地盤Ｇに穿設した杭孔Ｈに杭（場所打ち杭Ｐ１，既製杭Ｐ２）を建て込む前に、孔底Ｈｂに着底させて該孔底Ｈｂの支持強度を測定する杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４であって、縦筒状の外側ケーシング１内に縦筒状の内側ケーシング２が昇降自在に保持され、該内側ケーシング２の下端から垂下する貫入ロッド３が外側ケーシング１の下端部を貫通して下方外部へ突出し、内側ケーシング２は、その中心に沿って上下全長にわたって配置するセンターロッド４を備えると共に、下端部にノッキングブロック２１が固着され、該内側ケーシング２の内部に、自由落下によってノッキングブロック２１を打撃するドライブハンマー５と、落下後のドライブハンマー５を吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構６とが設けられ、ドライブハンマー５がセンターロッド４に昇降自在に外嵌して内側ケーシング２の内周に対して非接触に保持され、貫入ロッド３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要するドライブハンマー５の打撃回数（Ｎ値）から孔底地盤の支持強度を測定するように構成されてなる。

請求項２の発明は、上記請求項１の杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４において、センターロッド４と貫入ロッド３が単一のロッド部材から構成されてなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４において、吊上げ機構６は、油圧シリンダー６１より下方突出するピストンロッド６１ａの先端に設けたクランプ部６１によってドライブハンマー５を把持し、該ピストンロッド６１ａの短縮作動でドライブハンマー５を持ち上げて上限位置で開放するものであり、そのピストンロッド６１ａが筒状に構成され、センターロッド４の上部側が該ピストンロッド６１ａ内及び油圧シリンダー内を貫通してなる構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４において、外側ケーシング１内の上部に、内側ケーシング２の下降量を計測するエンコーダー８を備えてなるものとしている。

請求項５の発明に係る杭施工管理方法は、地盤Ｇに穿設した杭孔Ｈ１に杭（場所打ち杭Ｐ１，既製杭Ｐ２）を建て込む前に、孔底Ｈｂ１に請求項１〜４のいずれかに記載の杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４を着底させ、孔底Ｈｂ１に当接させた貫入ロッド３が所定深さまで地盤Ｇに貫入するのに要するドライブハンマー５の打撃回数から孔底Ｈｂ１地盤の支持強度を判定し、該支持強度が所定値以上である場合に該杭孔Ｈ１に杭Ｐ１，Ｐ２を建て込む一方、該支持強度が所定値未満である場合に、該杭孔Ｈ１を更に深く再掘削して、再掘削後の孔底Ｈｂ２の支持強度を貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４によって同様にして判定し、該支持強度が所定値以上に達した段階で、元の杭長さに対して再掘削による深度増加分の長さを継ぎ足し調整した杭Ｐ１，Ｐ２を該杭孔Ｈ２に建て込むことを特徴とする。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る杭孔用貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４では、地盤Ｇに穿設した杭孔Ｈに着底させて孔底Ｈｂ地盤の支持強度を測定する際、内側ケーシング２内で吊上げ機構６によって吊り上げたドライブハンマー５を自由落下させてノッキングブロック４を打撃するが、該ドライブハンマー５はセンターロッド４に昇降自在に外嵌して内側ケーシング２の内周に対して非接触に保持され、その自由落下時の摺接抵抗が極めて小さく、また杭孔Ｈ内での貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４の着底姿勢に多少の傾きがある場合でも、ドライブハンマー５は引っ掛かりを生じることなく円滑に落下するから、ノッキングブロック４に対して略設定通りの打撃力を確実に加えることができ、もって孔底Ｈｂ地盤の支持強度を高精度で測定できる。

請求項２の発明によれば、センターロッド４と貫入ロッド３が単一のロッド部材から構成されるから、両ロッド３，４に各々独立したロッド部材を用いる場合に比較して貫入試験機の組立て製作が容易になるという利点がある。

請求項３の発明によれば、吊上げ機構６における油圧シリンダー６１のピストンロッド６１ａが筒状をなし、該ピストンロッド６１ａ内及び油圧シリンダー６１内をセンターロッド４が貫通し、センターロッド４をガイド軸としてピストンロッド６１ａが直線的にぶれなく伸縮動作するから、ドライブハンマー５の把持及び吊上げと下放が安定して確実になされる。

請求項４の発明によれば、外側ケーシング１内の上部に内側ケーシング２の下降量を計測するエンコーダー８を備えるから、ノッキングブロック４の打撃による貫入ロッド３の孔底Ｈｂへの貫入量を正確に捉えることができる。

請求項５の発明に係る杭施工管理方法によれば、地盤Ｇに所定深度の杭孔Ｈ１を形成後、請求項１〜４のいずれかに記載の杭孔用貫入試験装置Ｍ１〜Ｍ４を着底させたのち、孔底Ｈｂ１に当接した貫入ロッド３が所定深さまで地盤に貫入するのに要するドライブハンマー５の打撃回数から孔底地盤Ｇｈの支持強度を判定し、該支持強度が所定値以上である場合に建て込み可能と判定し、該杭孔Ｈ１に杭（場所打ち杭Ｐ１、既製杭Ｐ２）を建て込んで杭施工を効率よく完了させることができる。一方、該支持強度が所定値未満の場合には、建て込み不可となるから、該杭孔Ｈ１を更に深く再掘削し、再掘削後の孔底Ｈｂ２の支持強度を貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４で同様にして判定し、該支持強度が所定値以上に達した場合に、元の杭長さに対して再掘削による深度増加分の長さを継ぎ足し調整した杭を該杭孔Ｈ２に建て込むようにしている。従って、この杭施工管理方法によれば、最初に掘削した設定深度の杭孔Ｈ１の孔底Ｈｂ１の支持強度が不足しても、場所を代えて新たに杭孔を形成する必要はなく、同じ杭孔Ｈ１の再掘削と再判定を行うことで対応できるから、建造物の設計変更、大幅な施工コスト増大や工期延長等を回避できる上、設定深度の杭孔Ｈ１用として予め準備している既製杭Ｐや場所打ち杭用の鉄筋籠Ｆを杭本体Ｐ１や鉄筋籠本体Ｆ１として長さ不足分だけ簡単に継ぎ足す形で利用できるから、資材コストが嵩まず、且つ能率よく杭の建て込み作業を行える。なお、再掘削と再判定は、所定値以上の支持強度が得られるまで繰り返し行える。

ケリーバ式アースドリル機を示し、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）はケリーバに第一実施形態の貫入試験機を連結した状態の要部の側面図である。 同貫入試験機の外側ケーシングの内部を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の矢視断面図である。 同貫入試験機における内側ケーシングの内部を示し、（ａ）は落下位置にあるドライブハンマーを吊上げ機構のクランプ部で把持した状態の縦断正面図、（ｂ）は吊上げ機構によって上限位置へ持ち上げたドライブハンマーを開放した状態の縦断正面図である。 同吊上げ機構のクランプ部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線の断面図である。 同貫入試験機におけるパイプストッパーの縦断側面図である。 同貫入試験機を用いたケリーバ式アースドリル工法による杭施工において、貫入試験による孔底の支持強度が所定値以上であった場合の工程を（ａ）〜（ｋ）の順に示す概略縦断面図である。 同貫入試験機の貫入試験時の動作を示し、（ａ）は孔底に貫入ロッドが着底した状態、（ｂ）は外側ケーシングの下降によって内側ケーシングが上限位置に配置した試験開始時の状態、（ｃ）は貫入ロッドが孔底地盤に貫入した状態、のそれぞれ縦断側面図である。 同アースドリル工法による杭施工において、貫入試験による孔底の支持強度が所定値未満であった場合の貫入試験以降の工程を（ａ）〜（ｅ）の順に示す概略縦断面図である。 アースオーガの三点式杭打機を示し、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）はスクリューロッドに第二実施形態の貫入試験機を連結した状態の要部の側面図である。 同貫入試験機を用いたプレボーリング工法による杭施工において、貫入試験による孔底の支持強度が所定値以上であった場合の工程を（ａ）〜（ｈ）の順に示す概略縦断面図である。 同プレボーリング工法による杭施工において、貫入試験による孔底の支持強度が所定値未満であった場合の貫入試験以降の工程を（ａ）〜（ｆ）の順に示す概略縦断面図である。 第三実施形態の吊下げ式の貫入試験機を示し、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は上部側の縦断正面図である。 第四実施形態の吊下げ式の貫入試験機を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る杭孔用貫入試験機及び杭施工管理方法の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図８は第一実施形態、図９〜図１１は第二実施形態、図１２は第三実施形態、図１３は第四実施形態、をそれぞれ示すが、これら第一〜第四実施形態において共通する構成部分には同一符号を附している。

第一実施形態の貫入試験機Ｍ１は、図１（ａ）の如くアースドリル機ＡＤのケリーバＫの下端に連結していた、実線で示す軸堀りバケットＢ１や仮想線で示す拡底バケットＢ２に代えて、図１（ｂ）の如く該ケリーバＫの下端に連結して用いるようになっている。しかして、アースドリル機ＡＤは、ブームＢｏ及びフロントフレームＦを備えた走行式クレーンよりなり、斜め前方へ張出するフロントフレームＦの先端にケリードライブ装置ＫＤが保持され、ブームＢｏによって巻上げロープＷを介して吊持されたケリーバＫが該ケリードライブ装置ＫＤに上下動可能に挿通しており、ケリードライブ装置ＫＤの下位には、一対のホースリールＨｒを設置したロータリーテーブルＲＴが取り付けられ、このロータリーテーブルＲＴには油圧用及び電気配線用のロータリーカップリング（図示省略）が設けてある。

貫入試験機Ｍ１は、図２（ａ）に示すように、縦筒状の外側ケーシング１内に筒状の内側ケーシング２が昇降自在に装填されており、外側ケーシング１の裁頭円錐状の上端テーパープレート１ａの頂端に平面視正方形の突軸部１１が突設されると共に、内側ケーシング２の下端中央から垂下する貫入ロッド３が外側ケーシング１の下端を貫通して下方外部へ突出している。この貫入ロッド３の先端側には地質試料を採取するための二つ割り可能なサンプラー３ａが設けてある。また、突軸部１１にはケリーバＫの下端にピン止め連結するためのピン孔１１ａが水平に貫設されている。

そして、図２（ｂ）でも示すように、外側ケーシング１の内周には、上下方向に沿う平行２条の凸条より構成されるガイドレール１２が周方向複数箇所（図では４カ所）に等配形成され、内側ケーシング２の外周の上下部に突設した嵌合キー２２が各ガイドレール１２に摺動自在に嵌合すると共に、外側ケーシング１の内側上端部に固設した取付板１３と内側ケーシング２の上端板２ａとの間に、二重管状のパイプストッパー７が介装されている。

このパイプストッパー７は、上端を取付板１３の下面中央に固着した外筒７１内に、下端を内側ケーシング２の上端板２ａの中央に固着した内筒７２が上下摺動自在に嵌合している。そして、図５で示すように、内筒７２が外筒７１内に最も退入した短縮限において、内筒７２の上端が取付板１３の下面に当接するため、内側ケーシング２は外側ケーシング１内での上限位置になる。一方、内筒７２が外筒７１から最も伸長した状態では、その上端の外向きフランジ部７２ａが外筒７１の下端の内向きフランジ部７１ａに係合することにより、該内筒７２が外筒７１から抜出不能となり、もって内側ケーシング２は外側ケーシング１内での下限位置になる。

更に、外側ケーシング１の取付板１３と内側ケーシング２の上端との間には、内側ケーシング２内の後述する油圧シリンダー６１（図３参照）に対する作動油の給排路を構成する二重管式の２本の伸縮配管２３が介装されている。そして、各伸縮配管２３は、上部側を外側ケーシング１に固定した外管２３ａと、下端を内側ケーシング２に固定した内管２３ｂとからなるが、外管２３ａから上方に延出した曲管部２３ｃが上端テーパープレート１ａのテーパー部を貫通して上方外部へ突出し、アースドリル機ＡＤのロータリーテーブルＲＴから垂下する油圧ホースｈ１，ｈ２をアダプタａを介して接続する油圧ジョイントＪ１，Ｊ２を構成している。また、取付板１３の下面側には、外側ケーシング１に対する内側ケーシング２の下降量を計測するエンコーダー８が取り付けられ、該エンコーダー８から延出する計測コード８ａが内側ケーシング２の上端に止着されている。なお、エンコーダー８用の電気配線は二重構造とした一方の油圧ホースｈ１内に挿通させている。

外側ケーシング１の下部側には、内側ケーシング２の昇降空間１０から隔絶した蓄圧室１４が設けられ、該蓄圧室１４内は圧縮空気の封入によって高圧になっている。この蓄圧室１４は独立の下端部材１ｂとして外側ケーシング１の下端に着脱可能にボルト止めされている。そして、該蓄圧室１４の天井部１４ａ及び底板部１４ｂの開口部１４ｃ，１４ｄに、貫入ロッド３がパッキン部材９Ａ，９Ｂを介して気密に挿通されている。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、内側ケーシング２は、その内側に中心に沿って上下全長にわたって配置するセンターロッド４を備え、下端部にノッキングブロック２１が固着されると共に、該ノッキングブロック２１を自由落下によって打撃する略円柱状のドライブハンマー５と、落下後のドライブハンマー５を吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構６とを内蔵している。しかして、センターロッド４と貫入ロッド３は、ノッキングブロック２１を貫通した単一のロッド部材から構成されており、貫入ロッド３の基部に嵌装した固定用リング２４を当該貫入ロッド３及びノックキングブロック２１にねじ止めすることで、内側ケーシング２に固定されている。

ドライブハンマー５は、上部に裁頭円錐部５ａとこれに続くネック部５ｂを備え、上下に透通する中心孔５０にセンターロッド４を挿通することにより、該センターロッド４に昇降自在に外嵌して、且つ内側ケーシング２の内周に対して非接触に保持されている。

吊上げ機構６は、内側ケーシング２の上端板２ａに基端側を固着した油圧シリンダー６１と、そのピストンロッド６１ａの先端部に各々枢支ピン６２を介して垂直面内で揺動自在に枢着された一対のクランプアーム６３，６３と、油圧シリンダー６１の下端外周部に固設された短円筒状の把持解除筒６４とで構成されている。そして、把持解除筒６４の内周下部は下方へ拡大する環状テーパー面６４ａとなっている。また、ピストンロッド６１ａは筒状に構成されており、センターロッド４の上部側が該ピストンロッド６１ａ内を貫通して内側ケーシング２の上端板２ａに固着されている。なお、油圧シリンダー６１から導出する２本の油圧ホースｈ，ｈは、各々上側の伸縮配管２３に接続している。

吊上げ機構６の各クランプアーム６３は、図４（ａ）（ｂ）で詳細に示すように、中間が括れた壺形を縦に半割した概略形態をなし、下端内周に半円弧状の係止部６３ａが突設され、各係止部６３ａの内周下部が下向きに拡大するテーパ面６３ｂになり、円弧状の上端部の外面側が上向きに縮小するテーパ面６３ｃになっている。そして、両クランプアーム６３，６３は、相互に対向した状態で、括れ部６３ｄよりも上位側において各々ピストンロッド６１ａに突設したブラケット６１ｂに枢着されると共に、相互の括れ部６３ｄ，６３ｄを周回する形でリング状のコイルスプリング６５が嵌装されている。このコイルスプリング６５の付勢により、両クランプアーム６３，６３は、対向する両側縁部６３ｅ，６３ｅが中間で広角に曲折していることで、図４（ａ）の如く、下部側同士が閉じ合わさり、上部側同士はＶ字形に開くようになっている。

この吊上げ機構６では、内側ケーシング２内でドライブハンマー５が落下位置にあるとき、油圧シリンダー６１のピストンロッド６１ａを伸長させることにより、図３（ａ）で示すように、両クランプアーム６３，６３の係止部６３ａ，６３ａのテーパ面６３ｂ，６３ｂがドライブハンマー５の裁頭円錐部５ａに接触し、傾斜誘導作用によって両クランプアーム６３，６３がコイルスプリング６５の付勢に抗して開くことで、両係止部６３ａ，６３ａが裁頭円錐部５ａの下側に係合する。そして、この係合状態でピストンロッド６１ａを収縮作動させることで、ドライブハンマー５を把持して吊り上げるが、ピストンロッド６１ａが上限位置まで来た際に、図３（ｂ）に示すように、両クランプアーム６３，６３の上端部のテーパ面６３ｂ，６３ｂが把持解除筒６４のテーパ面６４ａに接触し、傾斜誘導作用によって両クランプアーム６２，６２がコイルスプリング６５の付勢に抗して強制的に開くため、把持解除されたドライブハンマー５自由落下して内側ケーシング２の底端のノッキングブロック２１を打撃する。

しかして、ドライブハンマー５は、センターロッド４に昇降自在に外嵌して内側ケーシング２の内周に対して非接触に保持されているから、その自由落下時の摺接抵抗が極めて小さく、また落下後の吊上げ機構６による吊上げも円滑になされる。

本発明を適用したケリーバ式アースドリル工法による場所打ち杭の施工では、図６に示すように、（ａ）アースドリル機のケリーバＫに連結した前堀り用の軸掘バケットＢｐによって地盤上位の軟弱層Ｇｓを掘削・排土し、（ｂ）その掘削孔ＨｐにスタントパイプＰｓを圧入し、（ｃ）孔内にベントナイト液等の安定液Ｌｓを注入しつつ、交換した本堀り用の径小の軸掘バケットＢ１にて掘削・排土し、（ｄ）想定される地下深部の硬質支持層Ｇｈに達する深さ（設定深度）の杭孔Ｈ１を形成する。そして、（ｅ）軸掘バケットＢ１を抜出後の杭孔Ｈ内に、該軸掘バケットＢ１に代えてケリーバＫに連結した貫入試験機Ｍ１を挿入し、（ｆ）該貫入試験機Ｍ１を孔底Ｈｂ１に着底させ、孔底地盤の支持強度を測定し、該支持強度が所定値以上であれば、（ｇ）該貫入試験機Ｍ１の抜出後の杭孔Ｈ１内に鉄筋籠Ｆｃを建て込み、（ｈ）鉄筋籠Ｆｃの内側にトレミー管Ｔｐを挿入し、（ｉ）エアーＡｉｒの導入によってスライムＳを排出し、（ｊ）生コンＣを打設しつつ、その打ち上げに伴ってトレミー管Ｔｐを引き抜いてゆき、（ｋ）最後にスタントパイプＰｓを引抜く、という手順で場所打ち杭Ｐ１の建て込みを完了する。

なお、図示を省略するが、拡底杭施工として、杭孔Ｈ１の形成後、その底部を拡底バケットＢ２〔図１（ａ）の仮想線参照〕で拡大した上で場所打ち杭Ｐ１を建て込む場合、前記工程（ｆ）の貫入試験機Ｍ１による孔底地盤の支持強度の測定後に拡底バケットＢ２で杭底部を拡大するか、もしくは前記工程（ｄ）の杭孔Ｈの形成に引き続いて拡底バケットＢ２による杭底部の拡大を行ったのち、貫入試験機Ｍ１による測定を行えばよい。

貫入試験機Ｍ１による孔底地盤の支持強度の測定は、まず図７（ａ）に示すように、アースドリル機ＡＤ〔図１（ａ）参照〕に保持されたケリーバＫの下端開口部（図示省略）に、突軸部１１を嵌入してピン止めすることにより、当該貫入試験機Ｍ１を該ケリーバＫの下端に連結する。この連結状態の貫入試験機Ｍ１では、外側ケーシング１側でケリーバＫに支持されているため、内側ケーシング２は自重によって外側ケーシング１内での下限位置つまりパイプストッパー７が伸長限となった位置に配置し、これに伴って外側ケーシング１の下端からの貫入ロッド３の突出長さが最大になっている。

かくしてケリーバＫの下端に連結した貫入試験機Ｍ１は、該ケリーバＫを非回転で下動させることにより、先に形成している杭孔Ｈ内に挿入し、孔壁に接触しないように下降させて孔底Ｈｂに着底させる。しかして、この着底においては、図７（ａ）の如く貫入ロッド３の先端が孔底Ｈｂに当接することで内側ケーシング２の下降は停止しても、外側ケーシング１は内側ケーシングに対して相対的に昇降自在であるから、図７（ｂ）に示すように、貫入ロッド３の退入を伴って外側ケーシング１がケリーバＫと一体に下降し、内側ケーシング２が外側ケーシング１内での上限位置つまりパイプストッパー７が短縮限となる位置で停止する。そして、この外側ケーシング１の下降停止位置でケリーバＫを昇降不能に固定し、該貫入試験機Ｍ１を駆動して測定試験を行う。

測定試験では、既述のように、内側ケーシング２内の吊上げ機構６の駆動により、図３（ａ）の如くドライブハンマー５を両クランプアーム６３，６３で把持して吊り上げ、図３（ｂ）の如く上限位置で把持解除筒６４によって両クランプアーム６３，６３を開いて該ドライブハンマー５を下放し、自由落下する該ドライブハンマー５にて下端のノッキングブロック２１を打撃する。その打撃力により、図７（ｃ）に示すように、内側ケーシング２の下動を伴って貫入ロッド３が杭底Ｈｂの地盤Ｇに貫入するから、以降同様に打撃操作を繰り返すことにより、貫入ロッド３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要する打撃回数を計測し、その打撃回数に基づいて杭底Ｈｂの地盤の支持強度が所定値以上であるか否かを判定する。

ドライブハンマー５の打撃回数（Ｎ値）は吊上げ機構６の油圧シリンダー６１の作動を司る地上側の油圧駆動制御装置（図示省略）によってカウントされ、孔底地盤への貫入ロッド３の貫入量は内側ケーシング２の下降量としてエンコーダー８で計測される。そして、エンコーダー８による計測信号は、電気配線を通して地上の自動計測装置（図示省略）に送られ、１打撃当たりの沈下量つまり貫入ロッド３の地盤Ｇに対する貫入量及び累計貫入量が打撃回数（Ｎ値）と共に記録・表示される。なお、ＪＩＳ Ａ １２１９で規定される標準貫入試験では、質量６３．５±０．５ｋｇのドライブハンマー５を７６±１ｃｍ自由落下させてノッキングブロック２１を打撃し、外径５１±１ｍｍ，内径３５±１ｍｍの貫入ロッド３が地盤に３０ｃｍ貫入するのに要する打撃回数をＮ値として表すから、この貫入試験機Ｍ１においても上記標準貫入試験に準拠して支持強度をＮ値として掌握すればよい。

かくして測定した孔底地盤の支持強度が所定値以上であれば、杭の建て込みが可能と判定し、既述した図６（ｇ）〜（ｋ）の工程手順で場所打ち杭Ｐ１の杭施工を行うが、例えば図８（ａ）で示すように、地下深部の支持層Ｇｈが当初の想定よりも深い位置にあり、杭孔Ｈ１が該支持層Ｇｈに達していないこと等で、前記貫入試験機Ｍ１にて測定した杭底地盤の支持強度が所定値に満たなかった場合には、以下の手順を採用する。すなわち、貫入試験機Ｍ１を抜出した杭孔Ｈ１に対し、図８（ｂ）安定液Ｌｓを追加注入しつつ、再びケリーバＫに連結した軸掘バケットＢ２にて掘削・排土することにより、より深い杭孔Ｈ２を形成し、同（ｃ）再掘削後の杭孔Ｈ２に再びワイヤＷで吊り下げた貫入試験機Ｍ１を挿入して孔底Ｈｂ２に着底させ、前記同様にして杭底地盤の支持強度を測定する。そして、該杭孔Ｈ２が当初の想定より深い位置にあった支持層Ｇｈに達していること等で、該支持強度が所定値以上であれば、同（ｄ）当初想定の杭孔Ｈ１用として準備していた鉄筋籠Ｆを鉄筋籠本体Ｆ１として、この鉄筋籠本体Ｆ１に籠延長部Ｆ２を継ぎ足し構築して長くした鉄筋籠ＦＣを用い、同（ｅ）再掘削後の杭孔Ｈ２に該鉄筋籠ＦＣを建て込み、以降は図６（ｇ）〜（ｋ）と同様の手順で場所打ち杭Ｐ１の建て込みを完了する。

再掘削後の杭孔Ｈ２に建て込む鉄筋籠ＦＣは、上述のように当初想定の杭孔Ｈ１に対応する鉄筋籠Ｆである鉄筋籠本体Ｆ１に籠延長部Ｆ２を継ぎ足すことで、再掘削後の杭孔Ｈ２に対応する長さにする。この継ぎ足しには、鉄筋籠を構成する主筋、フープ筋、補強リング等の個々の部材を杭施工の現場で鉄筋籠本体Ｆ１に組み付けてゆく方法も採用できるが、予め籠形態とした短い鉄筋籠部材を用意しておき、この鉄筋籠部材を鉄筋籠本体Ｆ１に継ぎ足し連結する方法によれば、その継ぎ足しを簡単に行えるので再掘削が必要になった時に迅速に対応できる。更に、再掘削の掘削深さを一律とし、鉄筋籠部材の籠延長部Ｆ２を該掘削深さに応じた長さに設定しておけば、再掘削への対応をより迅速に行える。

第二実施形態の貫入試験機Ｍ２は、図９（ａ）の如くプレボーリング工法に用いるアースオーガＡＡのスクリューロッドＲｓの下端に連結していた先端ロッド部材Ｒｈに代えて、図９（ｂ）の如く該スクリューロッドＲｓの下端に連結して用いるようになっている。しかして、例示したアースオーガＡＡは、三点支持式杭打ち機の垂直に保持されたリーダＬにオーガーマシンＡＭが昇降可能に装着され、該オーガーマシンＡＭにスクリューロッドＲｓが上端部で保持されている。このスクリューロッドＲｓは、直線状の中空ロッドＲの周囲に略全長にわたって螺旋羽根Ｓｃが形成されたもので、先端側が下端に掘削刃Ｅを備える独立の短い先端ロッド部材Ｒｈより構成されている。

この貫入試験機Ｍ２では、既述した第一実施形態の貫入試験機Ｍ１が上端にケリーバ連結用の突軸部１１を備える代わりに、上端部にスクリューロッドＲｓに対する連結部（図示省略）を備えるが、他の構成は第一実施形態の貫入試験機Ｍ１と同様であるため、内部構造の説明を省略する。なお、スクリューロッドＲｓに対する連結部については本出願人に係る既述の特許文献６（特願２０１６−０７８３０２号）に詳細な開示がある。

第二実施形態の貫入試験機Ｍ２を利用し、プレボーリング工法による既製杭の施工を行う場合、図１０に示すように、（ａ）三点式杭打機等のリーダ［図示省略、図９（ａ）参照］に沿って昇降するオーガーマシンＡＭに取り付けたスクリューロッドＲｓを回転駆動しつつ下降させることにより、その下端に連結している先端ロッド部材Ｒｈの掘削刃Ｅによって地盤Ｇ（軟弱層Ｇｓ）を掘削し、（ｂ）想定される地下深部の支持層Ｇｈに達する深さの杭孔Ｈ１を形成したのち、（ｃ）スクリューロッドＲｓを引き上げつつ、ソイルセメント等の根固め液Ｌｓを注入し、（ｄ）続いて孔周固定液Ｌｆを杭孔Ｈ１の上部まで注入し、該スクリューロッドＲｓを抜出する。そして、（ｅ）スクリューロッドＲｓの先端ロッド部材Ｒｈに代えて貫入試験機Ｍ２を該スクリューロッドＲｓに連結し、オーガーマシンＡＭの下動によって該貫入試験機Ｍ２を杭孔Ｈ１に挿入し、（ｆ）該貫入試験機Ｍ２を孔底Ｈｂ１に着底させ、既述のように孔底地盤の支持強度を測定し、該支持強度が所定値以上であれば、（ｇ）オーガーマシンＡＭに連結用ロッドＲｊを介してＰＨＣ杭やＲＣ杭の如き既製杭Ｐ２を連結し、この既製杭Ｐ２を杭孔Ｈ１に挿入し、（ｈ）該既製杭Ｐ２を杭孔Ｈ１内に埋入して杭施工を完了する。

しかるに、例えば図１１（ａ）で示すように、地下深部の支持層Ｇｈが当初の想定よりも深い位置にあり、杭孔Ｈ１が該支持層Ｇｈに達していないこと等で、前記貫入試験機Ｍ２にて測定した杭底地盤の支持強度が所定値に満たなかった場合には、貫入試験機Ｍ２を抜出した杭孔Ｈ１に対し、図１１（ｂ）再び先端ロッド部材Ｒｈを連結したスクリューロッドＲｓを挿入して掘削することにより、より深い杭孔Ｈ２を形成したのち、該スクリューロッドＲｓを引上げつつ根固め液Ｌｓを追加注入し、同（ｃ）再掘削後の杭孔Ｈ２に再び該スクリューロッドＲｓに連結した貫入試験機Ｍ２を挿入して着底させ、前記同様にして杭底地盤の支持強度を測定する。そして、該杭孔Ｈ２が当初の想定より深い位置にあった支持層Ｇｈに達していること等で、該支持強度が所定値以上であれば、同（ｄ）当初想定の杭孔Ｈ１用の既製杭Ｐ２を杭本体ＰＡとして、該杭本体ＰＡに鋼管等からなる短尺杭部材ＰＢを継ぎ足し連結した既製杭Ｐ２を用い、同（ｅ）再掘削後の杭孔Ｈ２に前記同様にして該既製杭Ｐ２を挿入し、同（ｆ）該杭孔Ｈ２の底まで埋め込んで既製杭Ｐ２の建て込みを完了する。

図１２（ａ）（ｂ）に示す第三実施形態の貫入試験機Ｍ３は、クローラクレーンのブーム等より垂下するワイヤ下端のフックＨｏに対し、吊支部材２５の上端に連結した吊り金具２５ａに通したワイヤ製の掛け輪２６を掛けることにより、全体を吊り下げて用いるものである。この貫入試験機Ｍ３では、既述の第一及び第二実施形態の貫入試験機Ｍ１，Ｍ２と同様に外側ケーシング１内に内側ケーシング２が昇降自在に装填されているが、外側ケーシング１の上側テーパーキャップ１５に設けた上端開口部１５ａから棒軸状の吊支部材２５が突出すると共に、該上端開口部１５ａと吊支部材２５の中間部との間、ならびに下端開口部（図示省略）と貫入ロッド３の中間部との間にゴム等よりなる封止用のベローズ筒体１６がそれぞれ装着されている。また、外側ケーシング１の下部には、上下の径大のパイプリング１７ａ，１７ｂを複数本（図では４本）のパイプ支柱１７ｃで連結した支脚１７が、下側パイプリング１７ｂを外側ケーシング１の下端より低位とするように、上部側で放射状に配置するブラケット１７ｄを介して固設されている。

吊支部材２５は、下端を枢支ピン２５ｂを介して内側ケーシング２の上端に枢着連結しているが、外側ケーシング１の内側に位置する中間部に円形フランジ状のストッパー２７が設けてあり、このストッパー２７を介して吊下げ時の外側ケーシング１を上側テーパーキャップ１５の内側において支承するように構成されている。そして、この吊下げ状態では、嵌入ロッド３の先端が支脚１７の下端に対して同レベルもしくは若干高位になるように設定されている。なお、内側ケーシング２の内部は第一実施形態の貫入試験機Ｍ１と全く同様であるため、その説明を省略する。

上記構成の貫入試験装置Ｍ３は、アースドリル工法、オールケーシング工法、プレボーリング工法等による杭施工において、穿設後の杭孔に杭を建て込む前に、クローラクレーンのブーム等より垂下するワイヤで吊り下げて該杭孔に挿入して着底させ、杭底地盤の支持強度を測定する。この着底状態では、吊り下げていたワイヤを弛緩させて測定試験を行うが、孔底に支脚１７が接地することで装置全体が自立して直立姿勢を保つと共に、該ワイヤの弛緩の弛緩によって内側ケーシング２が降下自在になるから、貫入ロッド３の先端が確実に孔底に当接する。

なお、オールケーシング工法等で杭孔の径が大きい場合、図１３に示す第四実施形態の吊下げ式の貫入試験機Ｍ４のように、外側ケーシング１の上部外周にスタビライザ１８を設けてもよい。このスタビライザ１８は、各々放射状に側方へ張出する複数本（図では４本）のステー１８ａの各先端に、縦帯板片１８ｂを設けたものであり、杭孔内での突っ張りによって貫入試験機Ｍ４が倒れるのを防止する。なお、この貫入試験機Ｍ４のスタビライザ１８以外の構成は第三実施形態の貫入試験機Ｍ３と同様である。

これら吊下げ式の貫入試験機Ｍ３，Ｍ４を用いる場合でも、最初に測定した杭底地盤の支持強度が所定値に満たなかった場合には、杭孔を更に深く掘削して再度の支持強度の測定を行うことは言うまでもない。

しかして、これら貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４では、ドライブハンマー５がセンターロッド４に昇降自在に外嵌して内側ケーシング２の内周に対して非接触に保持されているため、その自由落下時の摺接抵抗が極めて小さく、また杭孔Ｈ内での貫入試験機Ｍ１〜Ｍ４の着底姿勢に多少の傾きがある場合でも、ドライブハンマー５は引っ掛かりを生じることなく円滑に落下するから、ノッキングブロック４に対して略設定通りの打撃力を確実に加えることができ、もって孔底Ｈｂ地盤の支持強度を高精度で測定できる。

実施形態のように、センターロッド４と貫入ロッド３が単一のロッド部材から構成すれば、両ロッド３，４に各々独立したロッド部材を用いる場合に比較して貫入試験機の組立て製作が容易になるという利点がある。同じく実施形態のように、吊上げ機構６における油圧シリンダー６１のピストンロッド６１ａを筒状として、該ピストンロッド６１ａにセンターロッド４が貫通する構成とすれば、センターロッド４をガイド軸としてピストンロッド６１ａが直線的にぶれなく伸縮動作するから、ドライブハンマー５の把持及び吊上げと下放が安定して確実になされるという利点がある。しかして、センターロッド４及び貫入ロッド３には中実材及びパイプ材を使用できる。なお、センターロッド４は、例えば図２におけるパイプストッパー７の内筒７２や、図１２における吊支部材２５と一体化することも可能である。

一方、本発明の杭施工管理方法によれば、掘削した設定深度の杭孔Ｈ１の孔底Ｈｂ１の支持強度が不足しても、場所を代えて新たに杭孔を形成する必要はなく、同じ杭孔Ｈ１の再掘削と再判定を行うことで対応できるから、建造物の設計変更、大幅な施工コスト増大や工期延長等を回避できる上、設定深度の杭孔Ｈ１用として予め準備している既製杭や場所打ち杭用の鉄筋籠を杭本体や鉄筋籠本体として長さ不足分だけ簡単に継ぎ足す形で利用できるから、資材コストが嵩まず、且つ能率よく杭の建て込み作業を行える。なお、再掘削と再判定は、所定値以上の支持強度が得られるまで繰り返し行える。

１ 外側ケーシング
２ 内側ケーシング
２１ ノッキングブロック
３ 貫入ロッド
４ センターロッド
５ ドライブハンマー
６ 吊上げ機構
６１ 油圧シリンダー
６１ａ ピストンロッド
８ エンコーダー
Ｇ 地盤
Ｈ 杭孔
Ｈ１ 設定深度の杭孔
Ｈ２ 再掘削後の杭孔
Ｈｂ 杭底
Ｈｂ１ 最初の杭底
Ｈｂ２ 再掘削後の杭底
Ｍ１〜Ｍ４ 杭孔用貫入試験機
Ｐ１ 場所打ち杭
Ｐ２ 既製杭

Claims (5)

1. 地盤に穿設した杭孔に杭を建て込む前に、孔底に着底させて該孔底の支持強度を測定する杭孔用貫入試験機であって、
   縦筒状の外側ケーシング内に縦筒状の内側ケーシングが昇降自在に保持され、該内側ケーシングの下端から垂下する貫入ロッドが外側ケーシングの下端部を貫通して下方外部へ突出し、
   内側ケーシングは、その中心に沿って上下全長にわたって配置するセンターロッドを備えると共に、下端部にノッキングブロックが固着され、
   該内側ケーシングの内部に、自由落下によって前記ノッキングブロックを打撃するドライブハンマーと、落下後のドライブハンマーを吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構とが設けられ、
   前記ドライブハンマーが前記センターロッドに昇降自在に外嵌して内側ケーシングの内周に対して非接触に保持され、
   前記貫入ロッドが孔底から所定深さまで貫入するのに要するドライブハンマーの打撃回数から孔底地盤の支持強度を測定するように構成されてなる杭孔用貫入試験機。
2. 前記センターロッドと貫入ロッドが単一のロッド部材から構成されてなる請求項１に記載の杭孔用貫入試験機。
3. 前記吊上げ機構は、油圧シリンダーより下方突出するピストンロッドの先端に設けたクランプ部によってドライブハンマーを把持し、該ピストンロッドの短縮作動でドライブハンマーを持ち上げて上限位置で開放するものであり、そのピストンロッドが筒状に構成され、前記センターロッドの上部側が該ピストンロッド内及び油圧シリンダー内を貫通してなる請求項１又は２に記載の杭孔用貫入試験機。
4. 外側ケーシング内の上部に、内側ケーシングの下降量を計測するエンコーダーを備えてなる請求項１〜３のいずれかに記載の杭孔用貫入試験機。
5. 地盤に穿設した杭孔に杭を建て込む前に、孔底に請求項１〜４のいずれかに記載の杭孔用貫入試験機を着底させ、孔底に当接させた貫入ロッドが所定深さまで地盤に貫入するのに要するドライブハンマーの打撃回数から孔底地盤の支持強度を判定し、
   該支持強度が所定値以上である場合に該杭孔に杭を建て込む一方、
   該支持強度が所定値未満である場合に、該杭孔を更に深く再掘削して、再掘削後の孔底の支持強度を前記杭孔用貫入試験機によって同様にして判定し、該支持強度が所定値以上に達した段階で、元の杭長さに対して再掘削による深度増加分の長さを継ぎ足し調整した杭を該杭孔に建て込むことを特徴とする杭施工管理方法。

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