JP6396226B2 - マイクロパイル工法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロパイル工法に関する。

マイクロパイル工法は、直径３００ｍｍ以下の小径の場所打ち杭の総称であり、コンパクトな施工設備で備足りること、狭い空間で施工できること、既設構造物の機能を停止することなく施工できることなどの理由から、既設構造物の耐震補強や地盤補強、斜面の安定化などをはじめとする様々な用途に用いられている。
マイクロパイル工法では、まず、先端外周部が外側削孔用カッターとされた１番目のケーシングセグメントの内部に、先端に削孔ドリルが取着された１番目のロッドを挿通させ、それら１番目のケーシングセグメントとロッドとを回転させつつ、また、水を注入しつつ削孔していく工程が行なわれる。
そして、所定の深さ毎に、ケーシングセグメントの基端に次のケーシングセグメントを着脱可能に連結して継ぎ足すと共に、ロッドの基端に次のロッドを着脱可能に連結して継ぎ足し、ケーシングセグメントとロッドとを回転させ、また、水を注入しつつ削孔していく工程が行なわれる。
また、所定の深さ毎に、いったん削孔ドリルをロッドと共にケーシングセグメントの内部から引き抜き、先端に錘を付けた検尺テープをケーシングセグメントの内部の水中に垂下し、錘が孔の底部に到達した時点で検尺テープを読み取り、削孔された孔の深さを実測している。
なお、予めケーシングセグメントの長さは既知であるため、継ぎ足したケーシングセグメントの長さの合計によって孔の深さは推定できるが、作業ミスなどにより誤った長さのケーシングセグメントを使用していないか否かを確認するためにも、削孔された孔の深さの実測が必要となっている。
孔の深さの実測後、再び、削孔ドリルをロッドと共にケーシングセグメント内部に挿入して掘削工程を行なう。

次に、削孔された孔が所定の深さに到達したならば、削孔ドリルをロッドと共にケーシングの内部から引き抜く工程が行なわれる。
次に、必要に応じて、補強材をケーシングの内部にケーシングの全長にわたって配設する。
次に、グラウト材をケーシングの内部に充填し、グラウト材の圧力を高めつつケーシングを所定長さ引き抜く工程が行なわれる。

特許第４０１０３８３号

しかしながら、１番目のケーシングセグメントの先端が位置している地層が軟弱層であり、被圧帯水層である場合、被圧帯水層に含まれている被圧地下水と共に掘削土が１番目のケーシングセグメントの先端の開口からケーシングセメント内に流入する。
この場合、削孔した孔の深さを実測するために、先端に錘を付けた検尺テープをケーシングセグメントの内部に垂下しても、ケーシングセメント内に掘削土が流入するので、錘が掘削土の上に留まり、孔の底部まで到達できないため、孔の深さを正確に測定する上で不利がある。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、軟弱層で被圧帯水層を削孔する際、削孔工程において削孔された孔の深さの測定を正確に行なう上で有利なマイクロパイル工法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、先端外周部が削孔用カッターとされた１番目のケーシングセグメントに、前記削孔用カッターの半径方向内側の空間を閉塞し前記ケーシングセグメントの内部から外部への通水を可能とし前記外部から前記内部への通水を不能とした通水部を有し前記ケーシングセグメントと一体に回転しかつ前記ケーシングセグメントの軸方向に一体に移動するように結合された止水部材を設け、前記通水部を介して前記１番目のケーシングセグメントの内部から外部へ通水しつつ前記１番目のケーシングセグメントを回転させ、前記ケーシングセグメントの内部と反対に位置する前記止水部材の先端面に設けられた歯部と前記削孔用カッターにより削孔し、前記削孔に伴って前記１番目のケーシングセグメントの基端に２番目のケーシングセグメントを着脱可能に連結し、それらケーシングセグメントを回転させつつ削孔し、以後削孔に伴ってケーシングセグメントを順次継ぎ足していき、所定の深さまで削孔したならば、前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部にグラウト材を充填し、次いで、前記１番目のケーシングセグメントの先端と前記止水部材との結合を解除し、前記止水部材を前記削孔された孔の底部に残し、グラウト材の圧力を高めつつ前記継ぎ足されたケーシングセグメントを所定の長さ引き抜くようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記止水部材と前記１番目ケーシングセグメントとの結合は、前記削孔用カッターの外周面から前記止水部材に打ち込まれたピンによりなされ、前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部にグラウト材を充填する際に、前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部に鉄筋を挿入し、前記１番目のケーシングセグメントの先端と前記止水部材との結合の解除を、前記鉄筋により前記止水部材を下方に叩いて前記ピンを破損させることで行なうことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ケーシングセグメントの内部に被圧地下水および掘削土が侵入することが止水部材によって防止されるため、削孔された孔の深さの測定を正確に行なう上で有利となる。
また、止水部材の機能が不要となった段階で結合部を操作することにより止水部材をケーシングセグメントから切り離すことができるため、ケーシングセグメントを所定の長さ引き抜く工程と、ケーシングをグラウト材の中に所定量押し戻す工程とを円滑に行なう上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、削孔された孔の底部に止水部材を残すことが簡単な操作によってでき作業性の向上を図る上で有利となる。

ケーシングセグメントの先部の断面図である。 止水部材の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｇ）はマイクロパイル工法の説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるマイクロパイル工法の実施の形態をケーシングセグメントの実施の形態と共に説明する。
まず、本実施の形態のケーシングセグメントから説明する。
図１に示すように、細長い中空円筒形の鋼製のケーシングセグメント１０は、削孔用カッター１２と、止水部材１４と、結合部１６とを含んで構成されている。
削孔用カッター１２は、ケーシングセグメント１０の先端外周部に位置している。
削孔用カッター１２は、円筒状を呈し、先部が歯部とされ、基部内周面がケーシングセグメント１０の先端に取着（固着）されている。
また、削孔用カッター１２の内周部またはケーシングセグメント１０の先端内周部に当接部１８が固着されている。
本実施の形態では、当接部１８は、削孔用カッター１２の内周部に取着（固着）された筒部１８０２と、筒部１８０２の基端から半径方向内側に環状に突設された環状壁１８０４とを備えている。

止水部材１４は、削孔用カッター１２の半径方向内側の空間を閉塞している。なお、本発明のマイクロパイル工法は、ケーシングセグメント１０の内部でロッドの先端に設けられる削孔ドリルは省略され、削孔ドリルの代わりに止水部材１４が設けられている。
止水部材１４は、大径円柱部２０と小径円柱部２２とを有している。
大径円柱部２０の軸方向の一方の端面は、削孔用カッター１２の先端の内側に位置する先端面１４０２となっており、小径円柱部２２の大径円柱部２０から離れた側の端面は、ケーシングセグメント１０の内部に位置する内面１４０４となっている。

図２に示すように、先端面１４０２に削孔用の歯部２４が設けられている。
本実施の形態では、歯部２４は、先端面１４０２の中心から先端面１４０２の周方向に間隔をおいて半径方向外方に複数、本実施の形態では４つ延在している。４つの歯部２４は、図１、図２に示すように、先端面１４０２の中心箇所が最も突出し、先端面１４０２の外周部に至るにつれてその高さが減少している。
隣り合う歯部２４の間は、２つの傾斜面２４０２からなる凹部２４０４となっている。
歯部２４は、軟弱層の削孔時には、主として土を掻き分けるように機能し、荷重支持層の削孔時には、４つの歯部２４が回転することで地盤を砕きながら削孔していくように機能する。なお、歯部２４の形状は種々考えられ、従来公知の様々な構造が適用可能である。

図１に示すように、大径円柱部２０から離れた側の小径円柱部２２の端面から大径円柱部２０にわたり凹部２６が形成され、凹部２６の底部と傾斜面２４０２とを接続する孔２８が凹部２６の周方向に間隔をおいて４つ設けられている。削孔時に水が削孔箇所に円滑に供給されるように、孔２８は、凹部２４０４の底部である２つの傾斜面２４０２の境の箇所に開口している。本実施の形態では孔２８と凹部２６により、ケーシングセグメント１０の内部と外部とを連通する通水路３０が構成されている。
凹部２６の深さ方向の中間部には、開口３２０２を有する弁座３２が設けられ、弁座３２と凹部２６の底部との間に、ばね３４により開口３２０２を常時閉じる方向に付勢された球体３６が配置されている。通水路３０に介設された弁座３２、ばね３４、球体３６により、ケーシングセグメント１０の内部から外部への通水を可能としケーシングセグメント１０の外部から内部への通水を不能とした逆止弁３８が構成されている。
本実施の形態では、ケーシングセグメント１０の内部から外部への通水を可能とし外部から内部への通水を不能とした通水部４０が、通水路３０と逆止弁３８により構成されている。

結合部１６は、止水部材１４をケーシングセグメント１０に係脱可能に結合させ、止水部材１４をケーシングセグメント１０に結合させた状態で、止水部材１４をケーシングセグメント１０と一体に回転させると共にケーシングセグメント１０の軸方向に一体に移動させるものである。
結合部１６は、ピン１６０２と、当接部１８の環状壁１８０４とを含んで構成されている。
ピン１６０２は、削孔用カッター１２の外周面の周方向に間隔をおいた複数箇所から止水部材１４に打ち込まれている。
すなわち、小径円柱部２２を環状壁１８０４の中心孔に挿通させ、小径円柱部２２と大径円柱部２０の境の端面２３を環状壁１８０４に当接した状態で、ピン１６０２が削孔用カッター１２の外周面から止水部材１４に打ち込まれている。
ピン１６０２は、止水部材１４をケーシングセグメント１０と一体に回転させる。
このピン１６０２は、ケーシングセグメント１０の内部から鉄筋４２（図３（Ｄ）、（Ｅ）参照）によりケーシングセグメント１０の軸方向で大径円柱部２０が環状壁１８０４から離れる方向に止水部材１４を叩くことで破損される。
また、環状壁１８０４は、止水部材１４に当接して止水部材１４のケーシングセグメント１０の先端から基端に向かう方向への移動を阻止するように機能し、ケーシングセグメント１０による削孔時、止水部材１４をケーシングセグメント１０と一体に地中に進行させていく。なお、ピン１６０２も、環状壁１８０４と同様に、止水部材１４のケーシングセグメント１０の先端から基端に向かう方向への移動を阻止するように機能し、ケーシングセグメント１０による削孔時、止水部材１４をケーシングセグメント１０と一体に地中に進行させていく。

次に、図３を参照して本実施の形態のケーシングセグメント１０を用いたマイクロパイル工法について説明する。
図３（Ａ）に示すように、先端外周部が削孔用カッター１２とされ止水部材１４が設けられた１番目のケーシングセグメント１０を用意する。
そして、通水部４０を介して１番目のケーシングセグメント１０の内部から外部へ通水しつつ１番目のケーシングセグメント１０を回転させ、歯部２４により土を止水部材１４の周方向に掻き分けつつ削孔用カッター１２で削孔する工程が行われる。
すなわち、１番目のケーシングセグメント１０の内部に注入された水は、止水部材１４の先端面１４０２（歯部２４の孔２８）からケーシングセグメント１０の前方の掘削土に噴出される。
この状態で、歯部２４により掘削土がかき分けられつつ削孔用カッター１２による削孔が行なわれる。

そして、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、削孔された孔４４が所定の深さとなる毎に、ケーシングセグメント１０の基端に次の細長い中空円筒形の鋼製のケーシングセグメント１０を着脱可能に連結して継ぎ足し、ケーシングセグメント１０を回転させ、また、ケーシングセグメント１０の内部に水を注入しつつ削孔用カッター１２と歯部２４とで孔４４を削孔していく工程が行なわれる。
また、ケーシングセグメント１０どうしの連結は、不図示のケーシング継手を用いて行われている。例えば、ケーシングセグメント１０の外径よりも大きい外径の中空円筒形の不図示のケーシング継手を用意し、隣り合うケーシングセグメント１０の外周面の雄ねじに、ケーシング継手の内周面の雌ねじを螺合することでケーシングセグメント１０の連結が行なわれている。
なお、ケーシング継手の構成は上記に限定されず、ケーシング継手として従来公知の様々な構成のものが使用可能である。

孔４４が所定の深さとなる毎に、ケーシングセグメント１０内部への注水をいったん中断し、先端に錘を付けた検尺テープをケーシングセグメント１０の内部の水中に垂下し、錘が止水部材１４の内面１４０４に到達した時点で検尺テープを読み取り、削孔された孔４４の深さを実測する。
この際、１番目のケーシングセグメント１０の先端が位置している地層が軟弱層４６であり、被圧帯水層である場合、被圧帯水層に含まれている被圧地下水が掘削土が止水部材１４の通水部４０を介して１番目のケーシングセグメント１０の内部に侵入しようとする。
しかしながら、逆止弁３８により被圧地下水および掘削土の侵入は確実に阻止されるので、ケーシングセメント内に流入した掘削土により、錘が掘削土の上に留まり、止水部材１４の内面１４０４まで到達できず、孔４４の深さを正確に測定できなくなるといった事態を回避することができる。
孔４４の深さの実測後、検尺テープを回収したならば、再び、ケーシングセグメント１０の内部に水を注入しつつケーシングセグメント１０を回転し削孔工程を行なう。

複数のケーシングセグメント１０が連結されることでケーシングＣが構成される。
図３（Ｃ）に示すように、削孔された孔４４が軟弱層４６を通過し荷重支持層４８の所定の深さに到達したならば、必要に応じて、鉄筋４２などの補強材をケーシングＣの内部にケーシングＣの全長にわたって配設する。
次に、図３（Ｄ）に示すように、不図示のトレミー管を用いてケーシングＣの内部にグラウト材Ｇを充填する。
グラウト材Ｇとして、セメントミルク、モルタル材、小径の骨材を混入したコンクリート材が使用可能である。
ケーシングＣの内部にグラウト材Ｇを充填すると、止水部材１４を取り除いても、ケーシングＣの内部への地下水の侵入はグラウト材Ｇで阻止される。

ケーシングＣの内部にグラウト材Ｇが充填されたならば、ケーシングＣの内部に鉄筋４２を挿入し、鉄筋４２により止水部材１４を下方に叩いてピン１６０２を破損させ、１番目のケーシングセグメント１０の先端と止水部材１４との結合の解除を解除する。
これ以降、止水部材１４は、削孔された孔４４の底部に残される。

次に、図３（Ｅ）に示すように、ケーシングＣの内部にグラウト材Ｇを加圧注入しつつ、ケーシングＣを引き抜く工程、すなわち、ケーシングセグメント１０の引き抜き工程が行なわれる。
グラウト材Ｇの加圧は、グラウト材Ｇが、削孔された孔４４の壁面に密着し、グラウト材Ｇと地盤との間の接合状態が強固となるような圧力で行なわれることが望ましい。
ケーシングＣの引き抜きは、上下に隣り合うケーシングセグメント１０のうち、下方に位置するケーシングセグメント１０の上端が地盤上に位置したところで、下方のケーシングセグメント１０を回転不能に把持し、上方のケーシングセグメント１０を回転操作し、下方のケーシングセグメント１０に対して上方のケーシングセグメント１０を前記の継手部材と共に取り外すことで行なう。
上方に位置する複数本のケーシングセグメント１０が前記の継手部材と共に取り外され、図３（Ｅ）に示すように、最下位に位置する一番目のケーシングセグメント１０の下端が、荷重支持層４８の最上部に近づいたところで、ケーシングＣの引き抜きは終了する。

次に、図３（Ｆ）に示すように、ケーシングＣを、グラウト材Ｇが加圧充填されたグラウト材Ｇの中に所定量押し戻す工程が行なわれ、ケーシングＣで囲繞された部分と、ケーシングＣで囲繞されていない部分との間に、中間的な構造を有する部分を作り出す。
そして、グラウト材Ｇが硬化されることで、グラウト材Ｇによる地盤接合部５０Ａを有する杭体５０が得られる。
次に、図３（Ｇ）に示すように、ケーシングＣの上端部に鋼製の支圧板５２が溶接により接合され、杭体５０の杭頭部を構造物に連結するための連結構造が形成される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ケーシングセグメント１０に、削孔用カッター１２の半径方向内側の空間を閉塞し、ケーシングセグメント１０の内部から外部への通水を可能とし外部から内部への通水を不能とした通水部４０と、ケーシングセグメント１０の内部と反対に位置する止水部材１４の先端面１４０２に設けられた削孔用の歯部２４とを有する止水部材１４を設けた。
したがって、軟弱層４６で被圧帯水層を削孔する際、先端に錘を付けた検尺テープをケーシングセグメント１０の内部に垂下して削孔された孔４４の深さの実測を行なう場合に、ケーシングセグメント１０の内部に被圧地下水および掘削土が侵入することが止水部材１４によって防止されるため、削孔された孔４４の深さの測定を正確に行なう上で有利となる。
また、止水部材１４をケーシングセグメント１０に係脱可能に結合させる結合部１６を設けたので、止水部材１４の機能が不要となった段階で止水部材１４をケーシングセグメント１０から切り離すことができる。
そのため、削孔された孔４４に充填されたグラウト材Ｇの圧力を高めつつ継ぎ足されたケーシングセグメント１０を所定の長さ引き抜く工程と、ケーシングＣを、グラウト材Ｇが加圧充填されたグラウト材Ｇの中に所定量押し戻す工程とを円滑に行なう上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、通水部４０を、先端面１４０２とケーシングセグメント１０の内部に位置する止水部材１４の内面１４０４とにわたって延在する通水路３０と、通水路３０に介設されケーシングセグメント１０の内部から外部への通水を可能とし外部から内部への通水を不能とした逆止弁３８とを含んで構成した。
したがって、ケーシングセグメント１０の内部から外部への通水を可能とし外部から内部への通水を不能とする止水部材１４を簡単に構成する上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、歯部２４は、先端面１４０２の中心に位置する箇所から先端面１４０２の周方向に間隔をおいて先端面１４０２の半径方向外方に複数延在しており、それら歯部２４の間は、先端面１４０２の中心に位置する箇所から先端面１４０２の半径方向外方に延在する凹部２４０４となっており、通水路３０は凹部２４０４の底部に開口している。
したがって、歯部２４は、軟弱層４６の削孔時には、主として土を掻き分けるように機能し、荷重支持層４８の削孔時には、複数の歯部２４が回転することで地盤を砕きながら削孔していくように機能するため、削孔する地盤の性状に対応して効率的に削孔を行なう上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、結合部１６は、削孔用カッター１２の外周面から止水部材１４に打ち込まれ、ケーシングセグメント１０の内部から止水部材１４が内部から外部に向けて叩かれることにより破損するピン１６０２を含んで構成されている。
したがって、削孔された孔４４の底部に止水部材１４を残すことが簡単な操作によってでき作業性の向上を図る上で有利となる。
なお、結合部１６には、従来公知の様々な構成を採用可能であるが、実施の形態のようにすると、簡単に構成する上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、結合部１６は、ケーシングセグメント１０に設けられ止水部材１４に当接して止水部材１４のケーシングセグメント１０の先端から基端に向かう方向への移動を阻止する当接部１８を含んで構成されている。
したがって、削孔工程において、ケーシングセグメント１０の先端から基端に向かう方向への力が止水部材１４に加わっても止水部材１４を強固にケーシングセグメント１０に支持させる上で有利となる。

１０ ケーシングセグメント
１２ 削孔用カッター
１４ 止水部材
１４０２ 先端面
１６ 結合部
１６０２ ピン
１８ 当接部
２４ 歯部
２４０４ 凹部
３０ 通水路
４０ 通水部
４２ 鉄筋
４４ 削孔された孔
Ｃ ケーシング
Ｇ グラウト材

Claims (2)

1. 先端外周部が削孔用カッターとされた１番目のケーシングセグメントに、前記削孔用カッターの半径方向内側の空間を閉塞し前記ケーシングセグメントの内部から外部への通水を可能とし前記外部から前記内部への通水を不能とした通水部を有し前記ケーシングセグメントと一体に回転しかつ前記ケーシングセグメントの軸方向に一体に移動するように結合された止水部材を設け、
   前記通水部を介して前記１番目のケーシングセグメントの内部から外部へ通水しつつ前記１番目のケーシングセグメントを回転させ、前記ケーシングセグメントの内部と反対に位置する前記止水部材の先端面に設けられた歯部と前記削孔用カッターにより削孔し、
   前記削孔に伴って前記１番目のケーシングセグメントの基端に２番目のケーシングセグメントを着脱可能に連結し、それらケーシングセグメントを回転させつつ削孔し、以後削孔に伴ってケーシングセグメントを順次継ぎ足していき、
   所定の深さまで削孔したならば、前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部にグラウト材を充填し、
   次いで、前記１番目のケーシングセグメントの先端と前記止水部材との結合を解除し、
   前記止水部材を前記削孔された孔の底部に残し、グラウト材の圧力を高めつつ前記継ぎ足されたケーシングセグメントを所定の長さ引き抜くようにした、
   ことを特徴とするマイクロパイル工法。
2. 前記止水部材と前記１番目ケーシングセグメントとの結合は、前記削孔用カッターの外周面から前記止水部材に打ち込まれたピンによりなされ、
   前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部にグラウト材を充填する際に、前記継ぎ足されたケーシングセグメントの内部に鉄筋を挿入し、
   前記１番目のケーシングセグメントの先端と前記止水部材との結合の解除を、前記鉄筋により前記止水部材を下方に叩いて前記ピンを破損させることで行なう、
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロパイル工法。

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