JP6325803B2 - 壁補強構造、岸壁補強構造、壁補強方法及び岸壁補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、壁補強構造、岸壁補強構造、壁補強方法及び岸壁補強方法に関する。

従来、老朽化した岸壁の改修や、岸壁の耐震補強を目的として、岸壁前面の海底を地盤改良する工事が行われることがあった。この工事を行う場合、大きな施工スペースを要するとともに施工機械が大型化するため、多大な費用がかかるうえ、狭隘な場所や供用中の港湾では工事自体が困難であり、また工事により海洋汚染を招く虞があった。

また、既存の岸壁の前面の海底に杭を列状に打ち込んだ後、杭頭部と岸壁の間に水中コンクリートを打設して荷重伝達版を形成してなる岸壁補強構造が提案されている。この岸壁補強構造では、岸壁に作用する地震時水平力が荷重伝達版を介して杭に伝達されるようになっており、杭に伝達された地震時水平力は、杭の曲げ剛性によって支持されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
また、既存の岸壁の前面の海底に壁体支持部材を敷設した後、その壁体支持部材を貫通して杭を打設してなる岸壁補強構造が提案されている。この岸壁補強構造では、岸壁に作用する地震時水平力が壁体支持部材を介して杭に伝達されるようになっており、杭に伝達された地震時水平力は、杭の曲げ剛性によって支持されるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−３８５２４号公報 特開２０１３−２１３４０２号公報

しかしながら、上記特許文献１，２の何れの場合も、杭への荷重伝達を確実にする必要があるとともに、杭には十分な耐力が要求されるため、杭の大型化に伴い施工規模が大きくなる。その結果、供用中の港湾での施工が困難となるばかりか、工費が増大してしまう。また、上記特許文献２の技術では、海底を掘削するため海洋汚濁を招いてしまうことがある。

本発明の目的は、様々な壁や岸壁に低コストで施工できる壁補強構造、岸壁補強構造、壁補強方法及び岸壁補強方法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
壁に接して列状に埋設された複数の鋼管杭を備えた壁補強構造であって、
前記鋼管杭の根入れ部分の周面には杭材内部より押圧されて拡開する少なくとも一葉の切片を有する複数のスリット開口部が前記壁とは反対面側のみに設けられており、拡開した前記スリット開口部に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
岸壁に接して列状に埋設された複数の鋼管杭を備えた岸壁補強構造であって、
前記複数の鋼管杭の杭頭部は、水面よりも上に位置し、
前記鋼管杭の根入れ部分の周面には杭材内部より押圧されて拡開する少なくとも一葉の切片を有する複数のスリット開口部が設けられており、拡開した前記スリット開口部に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の岸壁補強構造において、
前記スリット開口部は、前記鋼管杭が水底より深く根入れされる部分の上半部における前記岸壁とは反対面側のみに設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、壁補強方法であって、
杭材の根入れ部分に相当する周面の半面のみに複数のスリット開口部が設けられている複数の鋼管杭を壁に接して、前記スリット開口部を前記壁とは反対面側に向けて列状に埋設する工程と、
前記鋼管杭の内部より前記スリット開口部を押圧して拡開する工程と、
前記鋼管杭の内部に固化材料を加圧充填する工程と、
を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の壁補強方法において、
前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して突部を形成する工程を有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の壁補強方法において、
前記加圧充填する工程において、設定圧に達するまで前記固化材料を地盤に浸透させて充填することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、岸壁補強方法であって、
杭材の根入れ部分に相当する周面に複数のスリット開口部が設けられている複数の鋼管杭を岸壁に接して、前記複数の鋼管杭の杭頭部が前記水面よりも上に位置するように列状に埋設する工程と、
前記鋼管杭の内部より前記スリット開口部を押圧して拡開する工程と、
前記鋼管杭の内部に固化材料を加圧充填する工程と、
を有することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の岸壁補強方法において、
前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して突部を形成する工程を有することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の岸壁補強方法において、
前記加圧充填する工程において、設定圧に達するまで前記固化材料を地盤に浸透させて充填することを特徴とする。

本発明によれば、様々な岸や岸壁を低コストで補強することができる。

本実施形態の鋼管杭によって岸壁を補強した岸壁補強構造を示す概略断面図である。 図１のII−II線における断面図である。 本実施形態の鋼管杭を示す側面図（ａ）と、上面図（ｂ）である。 施工前の鋼管杭を示す側面図である。 鋼管杭のスリット開口部を示す拡大図である。 スリット開口部を拡開するための押圧装置を示す概略断面図である。 押圧装置によってスリット開口部を拡開した状態を示す概略断面図である。 拡開したスリット開口部を示す拡大図である。 鋼管杭内に固化材料を加圧充填するための注入装置を示す概略断面図である。 岸壁補強構造の他の実施例を示す概略断面図である。 スリット開口部の変形例であり、略＋字形状のスリット開口部（ａ）、略Ｈ字形状のスリット開口部（ｂ）、略Ｕ字形状のスリット開口部（ｃ）を示している。

以下、図面を参照して、本発明に係る壁補強構造、岸壁補強構造、壁補強方法及び岸壁補強方法の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態の岸壁補強構造１００は、図１、図２に示すように、例えば、港湾の岸壁１を補強するために構築された構造体であり、岸壁１に沿って列状に埋設された複数の鋼管杭１０を備えている。ここでは、岸壁１と海Ｗとの境に複数の鋼管杭１０が連設されて、壁状の杭列が形成されている。なお、図２に示すように、鋼管杭１０間の隙間を塞いで止水性を得るために、杭状の閉塞部材３０が鋼管杭１０に沿って埋設されている。
岸壁１は、例えば、図１に示すように、地盤Ｇ１上に盛り固められた埋立土Ｇ２の表面をアスファルトなどからなる舗装面２で被覆した陸地である。なお、岸壁補強構造１００が構築された岸壁１における舗装面２の縁であって鋼管杭１０の上には、鋼管杭１０の杭頭部を覆う車止め３などの構造物が設けられている。

この岸壁補強構造１００を構成する鋼管杭１０は、例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、その周面に突出した複数の突部１０ａが設けられたものである。
突部１０ａは、鋼管杭１０の周面に設けられた後述するスリット開口部１０ｂが拡開された箇所に、後述する固化材料２０が充填されて形成された突起である。

ここで、岸壁補強構造１００を構築するために用いる施工前の鋼管杭１０について説明する。
施工前の鋼管杭１０は、例えば、図４に示すように、杭材内部より押圧されて拡開する複数のスリット開口部１０ｂを有している。
スリット開口部１０ｂは、鋼管杭１０の周面を杭材の軸心を通る仮想面で二分したうちの一方の面側に形成されている。特に、スリット開口部１０ｂは、鋼管杭１０が水底（例えば海底）より深く根入れされる部分の上半部における岸壁１とは反対側となる面に設けられている。
また、鋼管杭１０の上端には、スリット開口部１０ｂが形成されている箇所（面）を示すためのマーク１１が設けられている。例えば、鋼管杭１０におけるマーク１１の下方と、そのマーク１１から左右４５°の範囲にスリット開口部１０ｂが形成されている（図３（ｂ）参照）。
なお、スリット開口部１０ｂの数や位置は、岸壁１や地盤Ｇ１（地層）の状況に応じて任意に決められ、この態様に限られるものではない。

このスリット開口部１０ｂは、例えば、図５に示すように、杭材の周面に設けられた略Ｘ字形状を呈する切込み状の開口と、スリット開口部１０ｂが拡開した際に外方へ突出する四葉の切片１０ｃを有している。

次に、上記した鋼管杭１０を用いて、本発明に係る岸壁補強構造１００を造成する方法について説明する。

まず、杭材の周面にスリット開口部１０ｂが設けられた鋼管杭１０を、所定の施工位置（ここでは、岸壁１と海Ｗとの境）に埋設する。鋼管杭１０の埋設は、回転圧入で行うことが好ましい。回転圧入であれば、鋼管杭先端に切削ビットを取り付けて既設の構造物を打ち抜けるうえ、地盤Ｇ１が硬質であっても騒音・振動もほとんどなく圧入でき、既設構造物および周辺地盤への影響を抑えることができる。

鋼管杭１０内部の土砂は、鋼管杭１０の埋設時あるいは埋設後、掘削・排土する。
ここで、鋼管杭１０内部の土砂を排土する際に、鋼管杭１０の根入れ部分の地盤状況を確認することができる。例えば、海底の上層は地盤Ｇ１上にヘドロ等が堆積している軟質層Ｇ３であることが予想されるので、海底面近傍の軟質層Ｇ３よりも深くに鋼管杭１０のスリット開口部１０ｂが達しているか否かを確認することができる。
つまり、鋼管杭１０が海底より深く根入れされた部分の上半部にあるスリット開口部１０ｂが、海底面近傍の軟質層Ｇ３よりも深い層（地盤Ｇ１）に達していることを確認して、鋼管杭１０を埋設することができる。
そして、所定の深度まで埋設された鋼管杭１０の向きは例えばマーク１１に基づき調整されており、岸壁１とは反対面側の海側にスリット開口部１０ｂを向けるように鋼管杭１０を埋設している。

次いで、図６に示すように、スリット開口部１０ｂを拡開するための押圧装置４０を鋼管杭１０内に挿入する。
押圧装置４０は、例えば、図６に示すように、装置本体４１と、装置本体４１に設けられて押圧部４２を左右方向に進退させるシリンダ４３と、装置本体４１の姿勢を安定させるとともに上下に移動させるための懸垂部４４等を備えている。
そして、図示しないセンサーによってスリット開口部１０ｂを検出したり、また図示しないカメラを用いてスリット開口部１０ｂの位置を目視確認したりするなどして、押圧装置４０の上下位置や向きを調整する。
この押圧装置４０が適正な位置に配設された状態で、図７に示すように、シリンダ４３を駆動させて押圧部４２をスリット開口部１０ｂに向けて押し出し、杭材内部より押圧してスリット開口部１０ｂを拡開する。シリンダストロークを管理することで切片１０ｃの突出量を制御できる。
各地点で押圧装置４０を作動させて、図８に示すように、全てのスリット開口部１０ｂを拡開して切片１０ｃを外方に突出させた後、押圧装置４０を鋼管杭１０内から引き上げる。

次いで、図９に示すように、鋼管杭１０の内部に固化材料２０を加圧充填するための注入装置５０を鋼管杭１０内に挿入する。なお、固化材料２０としては、流動状態から固化して強度を有するものであればよく、例えば、コンクリートや樹脂などを用いることができる。
注入装置５０は、例えば、図９に示すように、固化材料２０の流路である注入管５１と、中央の開口部分に注入管５１が固定された円盤状の隔壁５２と、隔壁５２の周囲に設けられ鋼管杭１０の内面に密着するシール部５３と、固化材料２０の流入量を切り替える開閉部５４と、隔壁５２の下面に設けられた圧力センサー５５と、装置支持体５６に取り付けられた加圧手段５７と係止手段５８とを備えている。
そして、所定の位置で係止手段５８を作動させると、シリンダの駆動によって進退する当接部５８ａが鋼管杭１０の内面に当接して、注入装置５０の姿勢を安定させることができる。
この注入装置５０が適正な位置に配設された状態で、注入管５１を通じて隔壁５２の開口から鋼管杭１０内に固化材料２０を注入する。そして、隔壁５２まで固化材料２０が満たされたら、加圧手段５７を作動させ、シリンダの駆動によって隔壁５２を下方に押し下げることで、予め設定された圧力で固化材料２０を加圧する。また、固化材料充填用のポンプ圧によって加圧してもよい。この加圧によって鋼管杭１０内に固化材料２０を加圧充填すると、杭材周面のスリット開口部１０ｂから固化材料２０が漏出しつつ、スリット開口部１０ｂが拡開した箇所に固化材料２０が充填される。この際、固化材料２０中の余剰水や空気もスリット開口部１０ｂから排出される。なお、鋼管杭１０内部の土砂を排土する際に確認した地盤Ｇ１の状況に応じて、固化材料２０の充填量や充填圧をコントロールすることも容易である。例えば、図１０に示すように、比較的軟弱な地盤Ｇ４にあっては、設定圧に到達するまで固化材料２０を地盤Ｇ４に浸透させて充填することで地盤改良を図ることもできる。また、良好な地盤Ｇ１では固化材料２０の浸透は少なく（図１参照）、材料のロスを図ることができる。
鋼管杭１０内に固化材料２０を所定量注入した後、加圧手段５７と係止手段５８を停止させ、注入装置５０を鋼管杭１０内から引き上げる。
なお、鋼管杭１０の全長に亘って固化材料２０を充填する必要はなく、例えば図１、図１０に示すように、少なくとも鋼管杭１０にスリット開口部１０ｂが形成されている範囲に固化材料２０を充填すればよい。このとき、充填した固化材料２０の上面が地盤Ｇ１（Ｇ４）面よりも上にあることが好ましい。鋼管杭１０内に充填した固化材料２０の範囲が多いほど（鋼管杭１０内を固化材料２０が占める割合が多いほど）、その鋼管杭１０の剛性が高まることは言うまでもない。

所定時間後、固化材料２０が固化することで、外方に突出した切片１０ｃとその切片１０ｃに密着した固化材料２０とからなる突部１０ａが形成される。こうして突部１０ａが形成された複数の鋼管杭１０を造成することによって岸壁補強構造１００を構築することができる。

このように、岸壁１に埋設した鋼管杭１０におけるスリット開口部１０ｂが拡開されて外方に突出した切片１０ｃが地盤Ｇ１に食い込み、地盤Ｇ１を押圧して圧密補強するので、地盤Ｇ１からの地盤反力が見込まれる。
さらに、その鋼管杭１０内に固化材料２０を充填することで、拡開した切片１０ｃが硬化した固化材料２０によって補強されるので、鋼管杭１０に外力が作用しても外方に突出した切片１０ｃが押し戻されることはない。
そして、杭材周面に突出した複数の突部１０ａが引抜き・押込み抵抗となるので、その突部１０ａを有する鋼管杭１０の支持力や引抜抵抗力は向上するうえ、曲げモーメントの定常性を本杭長で調整できる。
したがって、岸壁１に地震時の水平力や岸壁後背地に荷重増加があっても、鋼管杭１０の杭頭変位は抑止されるので、別途アンカー等の控えが不要となり、また後背地の沈下も抑止できる。

特に、鋼管杭１０における岸壁１とは反対面側の海側に突部１０ａが突出して地盤Ｇ１を加圧しており、その加圧した地盤Ｇ１からの反力によって鋼管杭１０は背面側の岸壁１に向けて押圧されるので、岸壁１側の地盤Ｇ１も圧密補強される。
つまり、鋼管杭１０の前面に形成した複数の突部１０ａによって、鋼管杭１０の根入れ部分の前面側（海側）の地盤Ｇ１を圧密補強するとともに、背面側（岸壁１側）の地盤Ｇ１も圧密補強することができる。
その結果、列状に埋設された複数の鋼管杭１０によって岸壁１側の地盤Ｇ１や埋立土Ｇ２が海側にはらみ出すことを抑止することができ、岸壁１側の地盤沈下を防止することができる優れた岸壁補強構造１００を構築することができる。

また、鋼管杭１０の前面側に地盤Ｇ１を加圧する複数の突部１０ａを形成することによって、鋼管杭１０の前面及び背面側の地盤Ｇ１を圧密補強することができ、効率的に岸壁１を補強することができるので、鋼管杭１０の根入れ長を従来よりも短くすることが可能になる。つまり、鋼管杭１０の支持力や引抜抵抗力が向上し、鋼管杭１０による地盤Ｇ１の圧密補強力が向上した分、根入れ長（杭長）を短くすることができ、工期の短縮や工費の削減を図ることが可能になる。

また、この岸壁補強構造１００は、複数のスリット開口部１０ｂを設けた鋼管杭１０と、複数のスリット開口部１０ｂを拡開した鋼管杭１０内に加圧充填する固化材料２０とからなり、比較的簡易な工法で構築することができるので、材料費を安価に抑えて工費の削減を図ることができる。
また、この岸壁補強構造１００は、既設の鋼管杭１０から反力をとって、新たな鋼管杭１０を施工位置に圧入する従来周知の作業工程と、圧入した鋼管杭１０内に押圧装置４０や注入装置５０を挿入しての作業工程によって造成することができ、大型の施工機械を使用することはないので、供用中の港湾など狭隘な場所であっても施工可能であり、所望する場所に施工することができる優れた技術である。
また、岸壁補強構造１００を造成する際、海底を掘削することはなく鋼管杭１０内から海底面最上層部を除く地盤Ｇ１（Ｇ４）に固化材料２０が注入されるので、固化材料２０の海底面への漏出がなく海洋を汚染することはない。

また、杭材周面のスリット開口部１０ｂから漏出した固化材料２０が杭材を地盤Ｇ１に密着させ、さらに地盤Ｇ１を圧密し、突部１０ａと相まって引抜き・押込み抵抗として機能するので、鋼管杭１０の支持力や引抜抵抗力がより一層向上する。
また、鋼管杭１０内に固化材料２０が充填されていることで、鋼管杭１０の耐力や靱性が大幅に向上し、鋼管杭１０の強度がより一層向上する。

以上のように、複数の鋼管杭１０を岸壁１に沿って連設し、その鋼管杭１０の根入れ部分の前面側（海側）に突出する突部１０ａを形成するといった比較的簡易な工法（岸壁補強方法）によって岸壁１を補強することができる岸壁補強構造１００は、様々な岸壁１に低コストで施工できる優れた技術である。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、鋼管杭１０に突部１０ａを形成するために鋼管杭１０に設けるスリット開口部１０ｂは、略Ｘ字形状を呈するものに限定されない。
例えば、図１１（ａ）に示すように、スリット開口部１０ｂは、杭材の周面に設けられた略＋字形状を呈する切込み状の開口と、スリット開口部１０ｂが拡開した際に外方へ突出する四葉の切片１０ｃを有するものでもよい。
また、図１１（ｂ）に示すように、スリット開口部１０ｂは、杭材の周面に設けられた略Ｈ字形状を呈する切込み状の開口と、スリット開口部１０ｂが拡開した際に外方へ突出する二葉の切片１０ｃを有するものでもよい。
また、図１１（ｃ）に示すように、スリット開口部１０ｂは、杭材の周面に設けられた略Ｕ字形状あるいは略Ｖ字形状を呈する切込み状の開口と、スリット開口部１０ｂが拡開した際に外方へ突出する一葉の切片１０ｃを有するものでもよい。
また、スリット幅を横長とすれば、鉛直方向荷重に対して突部１０ａの受圧面積を大きくできるので、突部１０ａの数量を少なくでき好適である。

なお、以上の実施の形態においては、岸壁補強構造１００によって港湾の岸壁を補強することを例に説明したが、岸壁の新設時に本発明を適用して岸壁前面の地盤を補強しておけば、強固な構造物を造成できるのは言うまでもない。また、本発明はこれに限定されるものではなく、海や河川の護岸や運河の擁壁といった岸壁の他、道路擁壁、建築根切り土留などを補強する場合にも本発明を適用することができる。

また、以上の実施の形態においては、スリット開口部１０ｂは、鋼管杭１０の周面のうち半面側に形成されているとしたが全周（全面）に亘って形成されていてもよい。また、スリット開口部１０ｂは、鋼管杭１０が水底より深く根入れされる部分の上半部に形成されているとしたが根入れ部分の全長に亘って形成されていてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 岸壁
１０ 鋼管杭
１０ａ 突部
１０ｂ スリット開口部
１０ｃ 切片
１１ マーク
２０ 固化材料
４０ 押圧装置
５０ 注入装置
Ｇ１ 地盤
Ｇ２ 埋立土
Ｇ３ 軟質層
Ｇ４ 地盤
Ｗ 海

Claims (9)

1. 壁に接して列状に埋設された複数の鋼管杭を備えた壁補強構造であって、
   前記鋼管杭の根入れ部分の周面には杭材内部より押圧されて拡開する少なくとも一葉の切片を有する複数のスリット開口部が前記壁とは反対面側のみに設けられており、拡開した前記スリット開口部に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする壁補強構造。
2. 岸壁に接して列状に埋設された複数の鋼管杭を備えた岸壁補強構造であって、
   前記複数の鋼管杭の杭頭部は、水面よりも上に位置し、
   前記鋼管杭の根入れ部分の周面には杭材内部より押圧されて拡開する少なくとも一葉の切片を有する複数のスリット開口部が設けられており、拡開した前記スリット開口部に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする岸壁補強構造。
3. 前記スリット開口部は、前記鋼管杭が水底より深く根入れされる部分の上半部における前記岸壁とは反対面側のみに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の岸壁補強構造。
4. 杭材の根入れ部分に相当する周面の半面のみに複数のスリット開口部が設けられている複数の鋼管杭を壁に接して、前記スリット開口部を前記壁とは反対面側に向けて列状に埋設する工程と、
   前記鋼管杭の内部より前記スリット開口部を押圧して拡開する工程と、
   前記鋼管杭の内部に固化材料を加圧充填する工程と、
   を有することを特徴とする壁補強方法。
5. 前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して突部を形成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の壁補強方法。
6. 前記加圧充填する工程において、設定圧に達するまで前記固化材料を地盤に浸透させて充填することを特徴とする請求項４又は５に記載の壁補強方法。
7. 杭材の根入れ部分に相当する周面に複数のスリット開口部が設けられている複数の鋼管杭を岸壁に接して、前記複数の鋼管杭の杭頭部が前記水面よりも上に位置するように列状に埋設する工程と、
   前記鋼管杭の内部より前記スリット開口部を押圧して拡開する工程と、
   前記鋼管杭の内部に固化材料を加圧充填する工程と、
   を有することを特徴とする岸壁補強方法。
8. 前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して突部を形成する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の岸壁補強方法。
9. 前記加圧充填する工程において、設定圧に達するまで前記固化材料を地盤に浸透させて充填することを特徴とする請求項７又は８に記載の岸壁補強方法。

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