JP6354614B2 - 竹製杭、及び竹製杭を用いた液状化対策基礎構造体、並びに竹製杭の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、竹は、気候が温暖で、湿潤な環境に育つ植物であるため、温帯から熱帯に広く分布しており、日本にも生息する孟宗竹では一日で1メートル以上も伸びたことが観測されているほど、最も成長が早い植物の一つである。
よって、前記基礎構造体に竹製杭(特許文献2の段落[0020]、及び特許文献3の段落[0009]参照)を使用した場合には、成長が早い竹を大量伐採して有効利用するので、コストを低減できるとともに、森の豊かな生態系を破壊する竹の大量伐採により豊かな森を守ることができる(例えば、特許文献3の段落[0009]参照)。
また、東南アジア諸国は開発途上国であることから経済的な余裕がないため、前記液状化対策をより一層低コストで行う必要がある。
一方、竹林は、インド及び中国の他、ミャンマー、ベトナム、タイ、インドネシア等の東南アジア諸国で多く、アジアの竹林面積は世界の竹林面積の8割程度を占めると言われているほど広大であり、驚異的な成長速度を持っていることとも相俟って、竹の有効活用が期待されている。
よって、東南アジア諸国に広がる軟弱地盤における液状化対策として、基礎構造体の摩擦杭を竹製杭にするのが非常に有効であると言える。
しかしながら、本願の発明者が一般的な竹製杭を製作して評価を行ったところ、竹製杭を地下水位以下で用いた場合であっても、使用状態で割れ等が発生して内部空間に水が浸入する場合があることが分かった。
竹製杭の内部空間に水が浸入した場合、大きな内部空間が水に満たされてしまうので、浮力が大幅に低下することになり、沈下抑制効果が低下するため、沈下抑制効果が大きいという竹製杭の特徴が無くなってしまう。
すなわち、本発明に係る竹製杭は、前記課題解決のために、摩擦杭として用いられる竹製杭であって、所定長さの竹棹の節間の内部空間に樹脂発泡体を充填してなることを特徴とする(請求項1)。
このような構成によれば、竹棹の節間の内部空間に樹脂発泡体が充填されているので、摩擦杭として使用した際に竹棹に割れ等が発生しても内部空間に水が浸入しない。
また、樹脂発泡体の比重は0.01〜0.05g/cm3程度であり、水の比重(約1g/cm3)と比較して大幅に小さい。
したがって、内部空間に水が浸入しないため、摩擦杭として用いられた竹製杭が押し退けた水の体積に水の比重を掛けて求められる浮力が低下しないとともに、樹脂発泡体を充填しても自重は非常に軽いままであるため、沈下抑制効果が大きい状態が長期間にわたって維持される。
このような構成によれば、安価で扱いやすい硬質又は半硬質ウレタン発泡体を内部空間に充填するので、製造コストの上昇を抑制できる。
このような構成によれば、竹棹の節間の上下に通孔が形成されているので、前記通孔の一方から充填装置により内部空間に所要量の樹脂発泡原料を注入して発泡させる際に前記通孔の他方から空気が抜けるため、内部空間を満たすように樹脂発泡体が確実に充填される。
このような構成によれば、液状化発生が予測される地盤の状況に合わせて適切な間隔及び本数で設置され、下部地盤改良体を上下に貫通する杭支持穴に上部が嵌合した摩擦杭により、緩い液状化層を締め固め、かつ地震時のせん断変形を抑制するので、液状化と側方流動や沈下を抑制できる。
その上、摩擦杭が前記竹製杭により構成されるので、前記請求項1ないし3に係る発明の作用効果と同様の作用効果を奏する。
このような製造方法によれば、竹棹作成工程を経て作成された竹棹に対して、孔あけ工程により節間の上下に通孔が形成されているので、樹脂発泡原料注入工程で前記通孔の一方から充填装置により内部空間に所要量の樹脂発泡原料を注入して発泡させる際に前記通孔の他方から空気が抜けるため、内部空間を満たすように樹脂発泡体が確実に充填される。
このような製造方法によれば、樹脂発泡原料が2液性硬質又は半硬質ウレタン発泡原料であるので、安価で扱いやすいため、製造コストの上昇を抑制できる。
その上、前記構成の充填装置により、第1容器に収容した前記原料の主剤と第2容器に収容した前記原料の硬化剤を注入装置で混合して所要量を通孔から注入すれば樹脂発泡原料注入工程が完了し、竹棹の内部空間で発泡成形されるので、竹棹の内部空間を満たすように樹脂発泡体を充填する作業を簡素な構成の充填装置を用いて現場で一挙に行うことができるため作業効率が向上する。
このような製造方法によれば、油抜き工程により竹棹に油抜き処理が施されているので、地盤改良体と組み合わせて摩擦杭として用いた際に地盤改良体との密着性が良くなるため、摩擦杭による緩い液状化層を締め固め効果、並びに地震時のせん断変形抑制効果及び側方流動抑制効果が高くなる。
その上、竹棹に油抜き処理が施されているので、油分やたんぱく質を無くしているため、微生物による劣化を防止できる。
(1)竹棹の節間の内部空間に樹脂発泡体が充填されているので、沈下抑制効果が大きい状態が長期間にわたって維持される、
(2)樹脂発泡体を硬質又は半硬質ウレタン発泡体にすることにより、製造コストの上昇を抑制できる、
(3)竹棹の節間の上下に通孔を形成することにより、内部空間を満たすように樹脂発泡体が確実に充填される、
という顕著な効果を奏する。
また、本発明に係る竹製杭を用いた液状化対策基礎構造体(請求項4)によれば、
(4)基礎構造体の下部地盤改良体に摩擦杭である前記竹製杭の上部が嵌合しているので、緩い液状化層を締め固め、かつ地震時のせん断変形を抑制するため、液状化と側方流動や沈下を抑制できる、
とともに、前記竹製杭と同様の顕著な効果を奏する。
(5)竹棹作成工程を経て作成された竹棹に対して、孔あけ工程により節間の上下に通孔が形成されているので、前記通孔の一方を注入孔、他方を空気抜き孔とすることにより、竹棹の内部空間を満たすように樹脂発泡体が確実に充填される、
(6)樹脂発泡原料を2液性硬質又は半硬質ウレタン発泡原料にすることにより、製造コストの上昇を抑制できる、
(7)充填装置を、前記原料の主剤を収容した第1容器、前記原料の硬化剤を収容した第2容器、注入装置、前記第1容器及び前記注入装置を繋ぐ第1チューブ、並びに前記第2容器及び前記注入装置を繋ぐ第2チューブからなるものとすることにより、竹棹の内部空間を満たすように樹脂発泡体を充填する作業を簡素な構成の充填装置を用いて現場で一挙に行うことができるため作業効率が向上する、
(8)竹棹に油抜き処理を施すことにより、改良土との密着性が良くなるとともに微生物による劣化を防止できる、
という顕著な効果を奏する。
ここで、竹製杭1(竹棹2)の所定長さ(全長)Lは4〜6m程度であり、下端直径d1は70〜100mm程度、上端直径d2は110〜130mm程度である。
また、樹脂発泡体3は、例えば硬質ウレタン発泡体であるが、半硬質ウレタン発泡体であってもよい。なお、樹脂発泡体3は、安価で扱いやすい点で硬質又は半硬質ウレタン発泡体であるのが好ましいが、他の発泡体であってもよい。
さらに、竹棹2の節間の上下には、竹棹2の外部と内部空間Sとを連通する通孔5,6が形成されており、通孔5,6の一方(本実施の形態では通孔5)を注入孔、通孔5,6の他方(本実施の形態では通孔6)を空気抜き孔としており、注入孔5には止め栓Tが嵌入している。
また、樹脂発泡体3の比重は0.01〜0.05g/cm3程度であり、水の比重(約1g/cm3)と比較して大幅に小さい。
したがって、内部空間S,S,…に水が浸入しないため、摩擦杭として用いられた竹製杭1が押し退けた水の体積に水の比重を掛けて求められる浮力が低下しないとともに、樹脂発泡体3を充填しても自重は非常に軽いままであるため、沈下抑制効果が大きい状態が長期間にわたって維持される。
さらに、樹脂発泡体3を硬質又は半硬質ウレタン発泡体にすることにより、安価で扱いやすい硬質又は半硬質ウレタン発泡体を内部空間S,S,…に充填するので、製造コストの上昇を抑制できる。
さらにまた、竹棹2の節間の上下に通孔5,6を形成することにより、前記通孔の一方(例えば通孔5)から充填装置7により内部空間Sに所要量の樹脂発泡原料を注入して発泡させる際に前記通孔の他方(例えば通孔6)から空気が抜けるため、内部空間Sを満たすように樹脂発泡体3が確実に充填される。
(竹棹作成工程)
先ず、竹棹2を作成する竹棹作成工程を行う。
すなわち、例えば孟宗竹の腰位置の直径が90〜120mm程度のものを選んで伐採し、所定長さL(図1(a)参照)に切断し、節4,4,…と枝の根元に鋸目を入れて枝を降ろして竹棹2を作成する。
ここで、1年以上経過した古竹は含水率が約80%に安定しているので任意の時期に切り出し、新竹は11月頃まで含水率が高いため1月以降に切り出す。
次に、竹棹2に油抜き処理を施す油抜き工程を行う。
すなわち、例えば竹棹2を沸騰水で所定時間煮沸することや、竹棹2の外周面をガスバーナで焼くこと等により、竹棹2に油抜き処理を施す。
竹棹2に油抜き処理を施すことにより、改良土との密着性が良くなるとともに、油分やたんぱく質を無くしているため微生物による劣化を防止できる。
次に、竹棹2の節間の上下に通孔5,6を形成する孔あけ工程を行う。
すなわち、例えばドリルにより節間の上下に、一方が注入孔、他方が空気抜き孔となる、直径6〜8mm程度の通孔5,6をあける。
なお、油抜き工程は、孔あけ工程の後に行ってもよい。
次に、充填装置により竹棹2の節間の内部空間S,S,…に所要量の樹脂発泡原料を注入する樹脂発泡原料注入工程を行う。
すなわち、樹脂発泡原料は、例えば2液性(2液反応型)硬質ウレタン発泡原料であり、図2の説明図に示すように、充填装置7を用い、竹棹2の注入孔5に注入装置10の先端ノズルを挿入し、混合された硬質ウレタン発泡原料の主剤及び硬化剤並びに発泡剤の所定量を注入孔5から内部空間Sに注入し、注入が完了したら注入孔5に止め栓T(図1(b)参照)を装着する。
ここで、第1容器8Aには2液性硬質ウレタン発泡原料の主剤(ポリオール)及び発泡剤(HFC類)が収容され、第2容器8Bには2液性硬質ウレタン発泡原料の硬化剤(イソシアネート)及び発泡剤(HFC類)が収容され、第1容器8A及び注入装置10は第1チューブ9Aにより接続され、第2容器8B及び注入装置10は第2チューブ9Bにより接続される。
内部空間Sを満たすように膨張した発泡ウレタンは、その膨張圧力により空気抜き孔6から漏れ出るので、硬化後に余分な発泡ウレタンを取り除く。
なお、第1容器8A及び第2容器8Bに発泡剤(HFC類)を添加することなく硬化剤(イソシアネート)と空気中の水の反応によって生成されるCO2を発泡剤とする水発泡タイプを使用してもよい。
また、樹脂発泡原料が2液性硬質ウレタン発泡原料であると、安価で扱いやすいため、製造コストの上昇を抑制できる。
さらに、充填装置7が、2液性硬質ウレタン発泡原料の主剤を収容した第1容器8A、2液性硬質ウレタン発泡原料の硬化剤を収容した第2容器8B、注入装置10、第1容器8A及び注入装置10を繋ぐ第1チューブ9A、並びに第2容器8B及び注入装置10を繋ぐ第2チューブ9Bからなるので、注入装置10で主剤及び硬化剤を混合して所要量を通孔5から注入すれば樹脂発泡原料注入工程が完了し、竹棹2の内部空間Sで発泡成形される。よって、竹棹2の内部空間Sを満たすように樹脂発泡体3を充填する作業を簡素な構成の充填装置7を用いて現場で一挙に行うことができるため作業効率が向上する。
さらにまた、竹棹2の油抜き工程により竹棹2に油抜き処理が施されているので、地盤改良体と組み合わせて摩擦杭として用いた際に地盤改良体との密着性が良くなるため、摩擦杭による緩い液状化層を締め固め効果、並びに地震時のせん断変形抑制効果及び側方流動抑制効果が高くなる。
また、竹棹2に油抜き処理が施されているので、油分やたんぱく質を無くしているため、微生物による劣化を防止できる。
図3の縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る液状化対策基礎構造体Aは、液状化発生が予測される地盤Gに構築され、地表面GLよりも下方に上面11Aが位置する下部地盤改良体11、下部地盤改良体11を上下に貫通する複数の杭支持穴h,h,…に上部が嵌合して下部地盤改良体11の下面11Bから垂下する複数の摩擦杭FP,FP,…、下部地盤改良体11の上面11Aに下面12Bが当接するように下部地盤改良体11上に形成された上部地盤改良体12、及び上部地盤改良体12上に打設された建築物の基礎13からなる。
また、図3の縦断面図及び図4の平面図に示すように、下部地盤改良体11には、内側領域を複数に仕切るように上下に貫通する複数の穴部H,H,…が形成されているので、下部地盤改良体11の重量軽減によって沈下が抑制されるとともに、上部地盤改良体12の下側に窪みが形成されるため、不同沈下の抑制効果及び下部の未改良土の側方流動の抑制効果が高くなる。
(掘下げ工程)
先ず、図3の縦断面図に示す地表面GLよりも下方に上面11Aが位置する下部地盤改良体11を形成するために、液状化発生が予測される地盤Gの地表面GLから下側の表層部を、例えばバックホウによる鋤取り等により、下部地盤改良体11の平面形状に合わせて下部地盤改良体11の上側を掘り下げる掘下げ工程を行う。
次に、地盤Gの表層部を下部地盤改良体11の形状に、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により掘削し、セメント系固化材等の固化材と水を注入しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて下部地盤改良体11を形成する一次改良工程を行う。
次に、前記一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体11を上下に貫いて下部地盤改良体11の下面11Bから垂下するように、複数の摩擦杭FP,FP,…(竹製杭1,1,…)を、専用の杭打ち機又は杭打ち用のアタッチメントを装着したバックホウ等により打設する摩擦杭打設工程を行う(摩擦杭打設工程を経て摩擦杭FP,FP,…(竹製杭1,1,…)が打設された状態を示す図4(a)の平面図参照。)。
次に、前記掘下げ工程により掘り下げた土を、バックホウ等により下部地盤改良体11の上側に埋め戻し、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により、地盤Gの表層部を地表面GLから上部地盤改良体12の形状に掘削し、固化材と水を注入しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて上部地盤改良体12を形成する二次改良工程を行う(二次改良工程を経て下部地盤改良体11上に上部地盤改良体12が形成された状態を示す図4(b)の平面図、及び図5の縦断面図参照。)。
ここで、図5に示す縦断面図において、下部地盤改良体11の厚さD1は、1〜2m程度、上部地盤改良体12の厚さD2は、0.6〜1.2m程度である。
また、前記のとおり、摩擦杭FP(竹製杭1)の長さLは、4〜6m程度、下端直径(図1(a)のd1参照)は70〜100mm程度、上端直径(図1(a)のd2参照)は110〜130mm程度である。
さらに、複数の摩擦杭FP,FP,…(竹製杭1,1,…)の設置ピッチ(隣接する摩擦杭FP,FP(竹製杭1,1)間の中心距離)は、0.5〜1.5m程度である。
次に、図4(b)の平面図、及び図5の縦断面図に示す状態で、バックホウ等により基礎掘削を行い、上部地盤改良体12の上面12A上に建築物の基礎13の配筋及びコンクリートを打設する基礎打設工程を行い、図3の縦断面図に示すような液状化対策基礎構造体Aを構築する。
また、摩擦杭FPが竹製杭1により構成されるので、前記竹製杭1の作用効果と同様の作用効果を奏する。
D1 下部地盤改良体の厚さ
D2 上部地盤改良体の厚さ
d1 竹製杭(竹棹)の下端直径
d2 竹製杭(竹棹)の上端直径
G 地盤
FP 摩擦杭
GL 地表面
H 穴部
h 杭支持穴(貫通穴)
L 竹製杭(竹棹)の長さ
S 節間の内部空間
T 止め栓
WL 地下水位(地下水面)
1 竹製杭
2 竹棹
3 樹脂発泡体
4 節
5 注入孔(通孔)
6 空気抜き孔(通孔)
7 充填装置
8A 第1容器
8B 第2容器
9A 第1チューブ
9B 第2チューブ
10 注入装置
11 下部地盤改良体
11A 上面
11B 下面
12 上部地盤改良体
12A 上面
12B 下面
13 建築物の基礎
Claims (7)
- 摩擦杭として用いられる竹製杭であって、
所定長さの竹棹の節間の内部空間に樹脂発泡体を充填してなることを特徴とする竹製杭。 - 前記樹脂発泡体が硬質又は半硬質ウレタン発泡体である請求項1記載の竹製杭。
- 前記竹棹の節間の上下に通孔が形成されてなる請求項1又は2記載の竹製杭。
- 地震時における建築物の液状化対策を行うための基礎構造体であって、
地表面よりも下方に上面が位置する下部地盤改良体と、
前記下部地盤改良体を上下に貫通する複数の杭支持穴に上部が嵌合して前記下部地盤改良体の下面から垂下する複数の摩擦杭と、
前記下部地盤改良体上に形成された上部地盤改良体と、
前記上部地盤改良体上に打設された前記建築物の基礎とからなり、
前記摩擦杭が請求項1〜3の何れか1項に記載の竹製杭であることを特徴とする液状化対策基礎構造体。 - 摩擦杭として用いられる竹製杭の製造方法であって、
切り出した竹を所定長さに切断するとともに枝降ろしをして竹棹にする竹棹作成工程と、
前記竹棹の節間の上下に通孔を形成する孔あけ工程と、
前記通孔の一方から充填装置により前記竹棹の節間の内部空間に所要量の樹脂発泡原料を注入する樹脂発泡原料注入工程と、
を有することを特徴とする竹製杭の製造方法。 - 前記樹脂発泡原料が2液性硬質又は半硬質ウレタン発泡原料であり、
前記充填装置が、前記原料の主剤を収容した第1容器、前記原料の硬化剤を収容した第2容器、注入装置、前記第1容器及び前記注入装置を繋ぐ第1チューブ、並びに前記第2容器及び前記注入装置を繋ぐ第2チューブからなる請求項5記載の竹製杭の製造方法。 - 前記竹棹の油抜き工程を有する請求項5記載の竹製杭の製造方法。
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