JP6413469B2 - 杭基礎及び杭基礎の構築方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート杭の構築深さを低減して鉄筋量及びコンクリート量を必要最小限度にすることにより、コストの低減と省資源化を図ることができる杭基礎及び杭基礎の構築方法に関するものである。
地上に構造物を建設する際の杭基礎には、構造物の重量、高さ等に応じて種々の構築方法及び構造が採用される。
杭基礎を構築する深度については、国内では、地盤の標準貫入試験(ＳＰＴ：standard penetration test)による打撃回数であるＮ値が５０以上の支持層に到達する深度であることが規定されている。更に杭基礎は、前記支持層に対して、杭基礎の直径の２倍の長さ以上を支持層に貫入させることが規定されている。このため、杭基礎を構築する深度は、地盤の性状等によって、例えば約５メートルから約５０メートル以上に及ぶ場合もある。
大型のＬＮＧタンク等の構造物を支持するためには、非常に多数(例えば３００〜６００本)の杭基礎を地盤に構築する必要がある。このような、大型の構造物を支持する杭基礎としては、現場打ちコンクリート杭が一般に用いられており、このような現場打ちコンクリート杭の施工法としては特許文献１がある。
特許文献１では、内側ケーシングをパワージャッキ等により地面に圧入し、内側ケーシングの内部を掘削装置で掘削する作業により、内側ケーシングを所要の深度まで圧入して抗孔を開削する。そして、内側ケーシングの内部の抗孔に鉄筋かごを挿入した後、内側ケーシングを上方へ引き抜きながら抗孔にコンクリートを打設して固化することより杭基礎を形成する。
しかしながら、上記特許文献１に示されるコンクリート杭の施工法では、地盤の標準貫入試験を行い、標準貫入試験によるＮ値が５０以上の支持層に到達する深度まで内側ケーシングと掘削装置により杭孔を開削する。そして、内側ケーシング内の抗孔に鉄筋かごを挿入し、内側ケーシングを上方に引き抜きながら抗孔にコンクリートを打設して固化することによりコンクリート杭を形成している。
従って、特許文献１では、例えば標準貫入試験によるＮ値が５０以上の支持層の深度が４０メートルである場合には、この４０メートルの深度まで開削した抗孔に鉄筋かごを挿入してコンクリートを打設する必要がある。そのため、大型の構造物のために設けられる多数の杭基礎を特許文献１のコンクリート杭によって構築した場合には、鉄筋、コンクリートの使用量が膨大となり、コストが増加するという問題を有していた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、コンクリート杭の構築深さを低減することにより鉄筋量及びコンクリート量を削減し、コストの低減と省資源化を図ることができる杭基礎及び杭基礎の構築方法を提供することを目的とする。
本発明は、支持層の深度まで開削した杭孔の内側下部に石杭による第一躯体が形成され、該第一躯体の上部に、鉄筋かごを挿入し、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化したコンクリート杭による第二躯体が形成されたことを特徴とする杭基礎、に係るものである。
上記杭基礎において、前記第一躯体は、杭基礎に対する応力安定域の上限位置まで形成することが好ましい。
本発明は、掘削装置により地盤の支持層の深度まで杭孔を開削し、該杭孔の内側下部に予め成形された石柱を挿入することにより石杭による第一躯体を形成し、続いて、前記第一躯体の上部に鉄筋かごを挿入した後、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化することによりコンクリート杭による第二躯体を形成したことを特徴とする杭基礎の構築方法、に係るものである。
本発明は、地盤に圧入するケーシング管と該ケーシング管の内部を掘削する掘削装置により地盤の支持層の深度まで杭孔を開削し、前記ケーシング管の内部を通して抗孔に砂を投入し、ケーシング管を上下動させて砂を締め固めた石杭による第一躯体を形成し、続いて、前記第一躯体の上部に鉄筋かごを挿入した後、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化することによりコンクリート杭による第二躯体を形成したことを特徴とする杭基礎の構築方法、に係るものである。
上記杭基礎の構築方法において、前記第一躯体は、杭基礎に対する応力安定域の上限位置まで形成することが好ましい。
上記本発明の杭基礎及び基礎杭の構築方法によれば、コンクリート杭の構築深さを低減することにより鉄筋量及びコンクリート量を削減し、コストの低減と省資源化を図ることができるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は、本発明の杭基礎の構築方法の一実施例を工程順に示す。
地面にタンク等の構造物を建設するに当たっては、構造物を建設する場所の地盤の状況を調査する必要があり、そのための一般的な方法としては、標準貫入試験(ＳＰＴ：standard penetration test)による打撃回数(Ｎ値)を求める方法が用いられている。
そして、杭基礎は、地盤の標準貫入試験によるＮ値が５０以上を示す支持層に到達する深度まで構築することが規定されており、更に、杭基礎は、前記支持層に対して、杭基礎の直径Ｄの２倍の長さ(２Ｄ)以上の長さを支持層に貫入させることが規定されている。
このように、構造物を建設するには、標準貫入試験によるＮ値が５０以上となる地盤の支持層の深度を測定することが行われ、同時に、砂質地盤、礫質地盤、粘土質地盤等の地盤の性状が調査されて、構造物の建設場所が決定される。
図１中、Ｓは標準貫入試験によるＮ値が５０を示す支持層である。
構造物の建設場所が決定されると、杭基礎を構築する場所に、図１(ａ)に示すように、掘削装置１により地面から鉛直に杭孔２を開削する。この時、掘削装置１の近傍の地面には固化剤供給装置３を設けている。この固化剤供給装置３は、前記掘削装置１の掘削によって形成された杭孔２に、プライマー、ベントナイト水溶液等の液状の固化剤４を供給するためのものである。前記固化剤供給装置３によって杭孔２に固化剤４を供給すると、固化剤４は掘削装置１の上部に溜まり、掘削装置１による抗孔２の形成の進行に伴って抗孔２の内面に固化剤４が浸み込んだ液膜を形成し、この液層が固化することにより固化面５が形成される。このように抗孔２に固化面５を形成することにより、杭孔２の壁面が崩落する問題は防止される。前記プライマーはエポキシ樹脂及び変性脂環式ポリアミンを含むものである。尚、固化剤４は、杭孔２の内面に固化面５を形成できればよく、従って、前記プライマー、ベントナイト水溶液以外のものを用いてもよい。
地盤に構築する杭基礎は、前記したように、支持層Ｓに対して、後で構築される杭基礎の直径Ｄの２倍の長さ(２Ｄ)以上の長さを支持層Ｓに貫入させることが規定されている。従って、図１(ｂ)に示すように、前記掘削装置１により、支持層Ｓの位置から更に杭基礎の直径Ｄに対して２Ｄの長さ以上の深度まで杭孔２を形成する。
次に、図１(ｂ)に示した杭孔２の内部に、図１(ｃ)に示すように、予め成形しておいた石柱６(ストーンカラム：Stone Column)をクレーン等により吊り下げ、杭孔２の内側に石柱６を積み重ねて設置する。これにより、図１(ｄ)に示すように、杭孔２の内側下部に、所要の高さまで石柱６を積み重ねた石杭７による第一躯体Ｉが形成される。前記石柱６は、石切り場から切り出される石材を所定の長さの円柱状等に加工したものである。
前記石杭７による第一躯体Ｉは、杭基礎に対して作用する応力の応力安定域Ａの上限位置Ａ'の近傍まで形成する。
図３は、地盤に構築される杭基礎が受ける応力と深度との関係を示したものである。杭基礎の応力状態を把握する上では、曲げモーメントＭが杭基礎の挙動及び地盤を評価するための重要な指標となる。
図３に曲げモーメントＭと深度との関係を示すように、地面から深度が約１２メートル付近までは大きな曲げモーメントＭが発生しているが、１２メートルよりも大きい深度では、曲げモーメントＭの発生は殆どなく、応力安定域Ａとなっていることが明らかである。このような応力と深度との関係は以前から知られている。
従って、石柱６を用いた石杭７による第一躯体Ｉは、前記応力安定域Ａの上限位置Ａ'近傍の上限位置Ａ'よりも低い高さまで形成する。即ち、曲げモーメントＭが発生する範囲が地面から１２メートルの深度である場合には、曲げモーメントＭが発生する深度の誤差Ｘを考慮して、第一躯体Ｉの高さを、地面から１２メートルよりも深い、例えば、地面から１３メートル(１メートル深い)の位置までの高さで形成することが好ましい。
図１(ｄ)に示すように、前記杭孔２の内側下部に形成した石杭７による第一躯体Ｉの上部に、鉄筋かご８を吊り下げて挿入する。鉄筋かご８の上端は地面の近傍まで設けられる。続いて、前記鉄筋かご８が埋没するように上部から杭孔２内にコンクリート９を打設する。このとき、コンクリート９は、前記石杭７を形成する石柱６と杭孔２との間の隙間を埋めるように充填されると共に、上下の石柱６間の隙間を埋めるように充填される。
前記コンクリート９が固化することにより、図１(ｅ)に示すように、前記石柱６を用いた石杭７による第一躯体Ｉの上部に、コンクリート杭１０による第二躯体ＩＩが形成される。このとき、前記コンクリート９は石柱６と杭孔２との間の隙間、及び、石柱６の相互の隙間に充填されて固化するため、石柱６は地盤と一体化し、第一躯体Ｉの強度は高められる。
従って、図１(ｅ)に示すように、前記石柱６を用いた石杭７による第一躯体Ｉの上部に、コンクリート杭１０による第二躯体ＩＩが形成された複合構造の杭基礎１１が構築される。
図２は、本発明の杭基礎の構築方法の他の実施例を工程順に示す。
図２の実施例では、図２(ａ)に示すように、ケーシング管１２を図示しないパワージャッキ等により地面に鉛直に圧入し、ケーシング管１２の内部を掘削装置１３により掘削する作業を繰り返すことにより所定深度の杭孔２を開削する。そして、図２(ｂ)に示すように、後で構築される杭基礎の直径Ｄの２倍の長さ(２Ｄ)以上の長さが支持層Ｓの位置から更に貫入するように杭孔２を形成する。
次に、図２(ｃ)に示すように、前記ケーシング管１２の上端から、杭孔２の内部に砂１４を投入し、前記ケーシング管１２を上下動する操作を行うことにより砂１４を強固に締め固めるＳＣＰ工法（sand compaction pile method）により、砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉを形成する。ＳＣＰ工法によって上記砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉは、原地盤の相対密度が高められることによりせん断強度が高められる。
砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉは、前記応力安定域Ａの上限位置Ａ'近傍の上限位置Ａ'よりも低い高さまで形成する。このとき、曲げモーメントＭが発生する範囲が地面から１２メートルの深度である場合には、曲げモーメントＭが発生する深度の誤差Ｘを考慮して、第一躯体Ｉの高さを、地面から１２メートルよりも深い、例えば、地面から１３メートル(１メートル深い)の位置までの高さで形成することが好ましい。
図２(ｄ)に示すように、前記杭孔２の内側下部に砂１４を締め固めて形成した石杭７'による第一躯体Ｉの上部に、鉄筋かご８を吊り下げて挿入する。鉄筋かご８の上端は地面の近傍まで設けられる。続いて、前記鉄筋かご８が埋没するように上部から杭孔２内にコンクリート９を打設する。このとき、コンクリート９は、前記砂１４を締め固めて形成した石杭７'の上部と地盤との間の隙間を埋めるように充填される。
前記コンクリート９が固化することにより、図２(ｅ)に示すように、砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉの上部に、コンクリート杭１０による第二躯体ＩＩが形成される。このとき、前記コンクリート９は、前記砂１４を締め固めて形成した石杭７'の上部と地盤との間の隙間を埋めるように充填されて固化するため、石杭７'は地盤と一体化して強度が高められる。
従って、図２(ｅ)に示すように、前記砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉの上部に、コンクリート杭１０による第二躯体ＩＩが形成された複合構造の杭基礎１１が構築される。
本発明では、地盤に開削した杭孔２の内側下部に、石杭７、７'による第一躯体Ｉを形成し、該第一躯体Ｉの上部に、鉄筋かご８を挿入し、該鉄筋かご８が埋没するようにコンクリート９を打設して固化したコンクリート杭１０による第二躯体ＩＩを形成している。従って、コンクリート杭１０の構築深さを低減することができ、よって、鉄筋量及びコンクリート量を低減してコストの低減と省資源化を図ることができる。
掘削装置１により地盤の支持層Ｓの深度まで杭孔２を開削し、該杭孔２の内側下部に予め成形された石柱６を挿入することにより石杭７による第一躯体Ｉを形成し、この第一躯体Ｉの上部にコンクリート杭１０による第二躯体ＩＩを形成することにより、コンクリート杭１０の構築深さを低減できる。上記掘削装置１により地盤の支持層Ｓの深度まで杭孔２を開削する工法は、粘土質地盤等のように強度が比較的高く崩壊しにくい地盤の場合に好適である。
又、地盤に圧入するケーシング管１２と該ケーシング管１２の内部を掘削する掘削装置１３により地盤の支持層Ｓの深度まで杭孔２を開削し、前記ケーシング管１２の内部を通して抗孔２に砂１４を投入し、ケーシング管１２を上下動させて砂１４を締め固めた石杭７'による第一躯体Ｉを形成し、この第一躯体Ｉの上部にコンクリート杭による第二躯体ＩＩを形成することにより、コンクリート杭１０の構築深さを低減できる。上記ケーシング管１２の圧入と掘削装置１３による掘削により地盤の支持層Ｓの深度まで杭孔２を開削する工法は、砂質地盤、礫質地盤等のように比較的崩壊し易い地盤の場合に好適である。
更に、前記第一躯体Ｉを形成する高さを、杭基礎に対する応力安定域Ａの上限位置Ａ'近傍までとすることにより、コンクリート杭１０の構築深さを最小限に低減することができ、よって、鉄筋量及びコンクリート量を必要最小限度にして、大幅なコストの低減と省資源化を図ることができる。
尚、本発明の杭基礎及び杭基礎の構築方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 掘削装置
２ 杭孔
６ 石柱
７ 石杭
７' 石杭
８ 鉄筋かご
９ コンクリート
１０ コンクリート杭
１１ 杭基礎
１２ ケーシング管
１３ 掘削装置
１４ 砂
Ｉ 第一躯体
ＩＩ 第二躯体
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７ 石杭
７' 石杭
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１３ 掘削装置
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Ａ 応力安定域
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- 支持層の深度まで開削した杭孔の内側下部に石杭による第一躯体が形成され、該第一躯体の上部に、鉄筋かごを挿入し、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化したコンクリート杭による第二躯体が形成されたことを特徴とする杭基礎。
- 前記第一躯体は、杭基礎に対する応力安定域の上限位置まで形成したことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎。
- 掘削装置により地盤の支持層の深度まで杭孔を開削し、該杭孔の内側下部に予め成形された石柱を挿入することにより石杭による第一躯体を形成し、続いて、前記第一躯体の上部に鉄筋かごを挿入した後、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化することによりコンクリート杭による第二躯体を形成したことを特徴とする杭基礎の構築方法。
- 地盤に圧入するケーシング管と該ケーシング管の内部を掘削する掘削装置により地盤の支持層の深度まで杭孔を開削し、前記ケーシング管の内部を通して抗孔に砂を投入し、前記ケーシング管を上下動させて砂を締め固めた石杭による第一躯体を形成し、続いて、前記第一躯体の上部に鉄筋かごを挿入した後、該鉄筋かごが埋没するようにコンクリートを打設して固化することによりコンクリート杭による第二躯体を形成したことを特徴とする杭基礎の構築方法。
- 前記第一躯体は、杭基礎に対する応力安定域の上限位置まで形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の杭基礎の構築方法。
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