JP6589549B2 - 場所打ち杭の構築方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に開示の発明においては、螺旋翼を備えた鋼管に底板を装着し、該底板を荷重伝達軸で保持した状態で鋼管を回転貫入させるようにしている。このように、鋼管の回転貫入時に底板が離脱するのを防ぐために、荷重伝達軸を鋼管に挿入した状態で回転貫入させねばならず、施工性が悪いという問題がある。
さらに、特許文献2の発明においては、鋼管を支持層まで沈降させた後、底板への荷重伝達軸による係止を解除するため、底板が地中に残されることになる。このため、特許文献1と同様に、施工の都度新たな底板が必要となり、コスト増となるという問題もある。
前記ケーシングの先端を塞ぐと共に前記ケーシングの下端部に着脱可能に設置された先端閉塞具を保持した状態で前記ケーシングを地盤に回転貫入する回転貫入工程と、
前記ケーシングを所定深さまで貫入した後、前記先端閉塞具を、前記ケーシング内を上昇させるように吊り上げて回収する先端閉塞具回収工程と、
前記先端閉塞具を回収した後、前記ケーシング内に鉄筋籠を挿入する鉄筋籠挿入工程と、
前記鉄筋籠が挿入された前記ケーシング内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、
前記打設されたコンクリートが固化する前に前記ケーシングを引抜くケーシング引抜き工程とを備えたことを特徴とするものである。
前記ケーシングには、前記係止部材が係止する係止孔が設けられていることを特徴とするものである。
該鉛直支持力確認工程は、
鋼管からなる本体と、該本体の先端部に設けられた螺旋状の翼部と、前記本体の先端部に該先端開口を塞ぐように設けられた底板と、先端が底板の上面側に固定され、他端が本体の内面に設けられた支持板に固定された鋼管からなる内筒と、該内筒に生じる軸方向のひずみを計測するひずみ計と、該ひずみ計によって前記内筒に生ずるひずみを計測し、該ひずみに基づいて、前記底板に生ずる貫入抵抗Ppを演算する演算装置とを有する杭の鉛直支持力確認装置を用いて、
計測対象とする地盤に前記鉛直支持力確認装置をねじ込みながら、前記演算装置によって演算される貫入抵抗Ppに基づいて杭の鉛直支持力を確認することを特徴とするものである。
該鉛直支持力確認工程は、
鋼管からなる本体と、該本体の先端部に設けられた螺旋状の翼部と、前記本体の先端部に該先端開口を塞ぐように設けられた底板と、先端が底板の上面側に固定され、他端が本体の内面に設けられた支持板に固定された鋼管からなる内筒と、前記本体の上端部の周面に設けられて本体の当該部位の軸方向のひずみを計測する第1ひずみ計と、前記本体における翼部の近傍上部周面に設けられて前記本体の当該部位の軸方向のひずみを計測する第2ひずみ計と、前記内筒の周面に設けられて内筒の軸方向のひずみを計測する第3ひずみ計と、前記第1ひずみ計の計測値に基づいて押し込み力Poを演算し、前記第2ひずみ計の計測値に基づいて翼の推進力Pwを演算し、前記第3ひずみ計の計測値に基づいて貫入抵抗Ppを演算し、これらPo、Pw、Ppの値を用いて、前記本体に生ずる周面摩擦力Pfを、Pf=Pw−Pp+Poとして演算する演算装置とを有する杭の鉛直支持力確認装置を用いて、
計測対象とする地盤に前記鉛直支持力確認装置をねじ込みながら、前記演算装置によって演算される貫入抵抗Pp及びPfに基づいて杭の鉛直支持力を確認することを特徴とするものである。
本発明の一実施の形態に係る場所打ち杭の構築方法に用いる一部の部材について、図2〜図4に基づいて説明する。
本実施の形態の杭の構築方法に用いる部材として、下端部近傍に螺旋翼1を備えた鋼製のケーシング3(図2参照)と、ケーシング3の下端を塞ぐ先端閉塞具5(図3、4参照)とがある。
以下、各部材を詳細に説明する。
ケーシング3は、先端近傍に螺旋翼1が溶接された鋼管によって形成されており、その外径は例えば、φ400mm〜φ600mmである。また、ケーシング3の上端には、回転力を伝達するための突部6が設けられている。
ケーシング3の先端には先端閉塞具5が、ケーシング3の回転貫入中、ケーシング3から離脱しないように保持される。ケーシング3の下端部には、後述する先端閉塞具5の係止ピン13aが挿入される係止孔3aが設けられている。
また、ケーシング3の先端の内面側には、係止孔3aから連続して下に向かって広がる扇状の凹部3bが設けられている。凹部3bは、下端側の凹みが深く、上方に向かった凹みが浅くなるようになっている。
凹部3bを設けることで、後述するように、係止部の係止孔3aへの挿入を容易にすることができる。
先端閉塞具5はケーシング3の下端部に保持されており、ケーシング3の回転貫入中は土砂がケーシング3内に侵入するのを防止する。
先端閉塞具5は、ケーシング3の先端を塞ぐようにケーシング3内に挿入状態で配置可能な円板からなる底板部7と、底板部7の上面側に設けられて底板部7をケーシング3に着脱可能に装着する装着機構9を備えている。
装着機構9は、底板部7の端に固定されてガイド孔11aを有するガイド片11と、ガイド孔11aに挿通される係止ピン13aと横片部13bを有する平面視でT字状の係止部材13と、一端側が係止部材13の横片部13bに固定され、他端が底板部7に立設された支持部材15の貫通孔15aに挿通されたガイドピン17と、ガイドピン17に挿通されて、一端側が横片部13bに当接し、他端側が支持部材15に当接するように設けられたバネ部材19と、一端側が横片部13bに固定され、他端に線材23を挿通して取り付ける取付孔21aを有する取付片21と、一端側が取付片21の取付孔21aに挿通されて締結され、他端がケーシング3の上端から抜き出された線材23と、底板部7の中心部に立設されて線材23を水平方向から上方に向くように案内する方向転換部材25を備えている。
図4に示すように、線部材を上方に引き上げると、取付片21に底板部7の内方向の引張り力が作用し、バネ部材19が押し縮められることで、係止ピン13aが底板中央側(内方向)に移動して、係止孔3aから離脱する。この状態でさらに線部材を引き上げると先端閉塞具5がケーシング3内を上昇し、先端閉塞具5を取り出すことができる。
以下、各工程を詳細に説明する。
先端閉塞具装着工程は、図5に示すように、底板部7とほぼ同径の載置台26の上に先端閉塞具5を載置し、その上方からケーシング3を下降させる(図5(a)参照)。ケーシング3の凹部3bが係止ピン13aの先端に当接し、さらにケーシング3を下降させると、係止ピン13aが内方に押され、バネ部材19が押し縮められる(図5(b)参照)。さらにケーシング3を下降させて係止ピン13aが係止孔3aの位置にくると、バネの付勢力で係止ピン13aが外方に押し戻されることで、係止ピン13aが係止孔3aに挿入され、先端閉塞具5の装着が完了する(図5(c)参照)。
回転貫入工程(図1(a))は、先端に先端閉塞具5を装着した状態でケーシング3を地盤に回転貫入して、支持層のある所定深さまで貫入させる工程である。回転貫入中は、先端閉塞具5がケーシング3に保持されており、回転貫入時の回転方向の動きや、上下動によっても先端閉塞具5がケーシング3から外れることはない。したがって、土砂がケーシング3内に侵入することはない。
このように、ケーシング3を回転貫入させることで、無排土で地盤に貫入させることができる。
先端閉塞具取り出し工程(図1(b))は、ケーシング3の上端から線材23を引っ張ることによって、図6に示すように、バネ部材19の付勢力に抗して係止ピン13aがケーシング3の中心方向に移動し、係止孔3aから係止ピン13aが抜け出す。この状態で、線材23をさらに引き上げると、先端閉塞具5がケーシング3内を上昇し、これを取り出すことができる。
鉄筋籠建込み工程(図1(c))は、先端が支持層まで貫入されたケーシング3内に鉄筋籠27を建て込む工程である。
コンクリート打設工程(図1(d))は、鉄筋籠27が建て込まれたケーシング3内に、コンクリート29を打設する工程である。
ケーシング引抜工程(図1(e)参照)は、コンクリート29が固化する前にケーシング3を回転貫入時の回転方向と逆方向に回転させながら地中から引抜く工程である。
ケーシング3を引く抜いた状態で、コンクリート29を固化させることで、場所打ち杭30が完成する(図1(f)参照)。
さらに、先端閉塞具5を回収できるので、場所打ち杭の施工毎に新たな先端閉塞具5を用意する必要がなく、コスト低減を図ることができる。
コンクリートを現場で硬化させて杭を構築する場所打ち杭の場合、コンクリートの硬化後でなければ鉛直支持力を確認するための載荷試験ができず、杭の打設後おおよそ1ヵ月後でないと載荷試験ができないという問題がある。
そのため、施工後に実施した載荷試験において鉛直支持力不足が判明した場合は、当初の計画よりも杭の本数を増やす、いわゆる増し杭などによる対応しか取れないという問題もある。
そこで、本実施の形態は、実施の形態1で説明した回転貫入工程の前に杭の鉛直支持力を確認する工程を備えた場所打ち杭の構築方法を提供するものである。
まず、鉛直支持力確認方法に用いる杭の鉛直支持力確認装置31について図7に基づいて説明する。
杭の鉛直支持力確認装置31の基本的な形状は鋼管杭と同様であり、鋼管からなる本体33と、本体33の先端部に設けられた螺旋状の翼部35と、本体33の先端部に該先端部から1〜2cm下方側に離れた位置に本体33の先端開口を塞ぐように設けられた底板37と、先端が底板37の上面側に固定され、他端が本体33の内周面に設けられた円環板39に固定された鋼管からなる内筒41とを備えている。
さらに、第1ひずみ計43の計測値に基づいて押し込み力Poを演算し、第2ひずみ計45の計測値に基づいて翼の推進力Pwを演算し、第3ひずみ計47の計測値に基づいて貫入抵抗Ppを演算し、これらPo、Pw、Ppの値を用いて、本体33に生ずる周面摩擦力Pfを演算する演算装置49を備えている。
なお、杭の鉛直支持力確認装置31は、図7に示すように、演算装置49の演算結果を表示する表示部51を備えるのが望ましい。
以下、各構成について説明する。
本体33は、外径が例えばφ400mm〜φ600mmの鋼管からなる。本体33の先端近傍に翼部35が溶接されており、翼部35の推進力によって本体33が地中に回転貫入される。
本体33の上端部の外周面には、図示しない突起が設けられ、該突起に回転力が付与される。
翼部35は、本体33に推進力を与えるものであり、例えば螺旋翼によって構成されている。
底板37は、本体33の先端開口を閉塞し、本体33が回転貫入する際に土砂が本体33内に入るのを防止する機能を有する。
該機能を発揮するためには、底板37の面積は本体33の先端開口と同等又は若干大きくすればよいが、底板37は、先端支持力を演算するための地盤反力を受けるという機能も有しているので、これらの機能を発揮するという観点から、底板37は本体33の先端開口と同等にするのが望ましい。
内筒41は、本体33と同じ材質の鋼管からなり、底板37を本体33の先端部に該先端部から1〜2cm下方側に離れた位置に支持するものである。内筒41の下端側に底板37が固定され、内筒41の上端は本体33の内周面に設けられた円環板39に固定されている。
なお、内筒41の上端側は、円環板39に固定しなくとも、本体33の内周面に連結するように設けられた支持板に固定するようにしてもよい。
第1ひずみ計43は、本体33の上端部の内周面に設けられて本体33の当該部位の軸方向のひずみを計測する。
本体33の上端部には、本体33を地盤に貫入させるための押しこみ力が付与され、この押し込み力に起因して生ずる軸方向のひずみを計測することで、押し込み力を求めることができる。
なお、本例において、第1ひずみ計43は本体33の周方向180°離れた位置で、かつ軸方向が同じ位置に1個づつ設置(1対設置)しており、このような配置にすることで曲げひずみをキャンセルして軸方向ひずみを正確に計測することができる。
なお、ひずみ計は一般に断線することも考えられるので2対以上設けるようにしてもよい。
また、本例では、第1ひずみ計43を本体33の内周面に設けているが、本体33の外周面に設けるようにしてもよい。外周面に設ける場合には、外力によって破損しないように保護すればよい。また、第1ひずみ計43を外周面に設けたとしても、配線は本体33の内側を通すため、配線を通すための孔を本体3に設ける必要がある。この場合、孔の位置は第1ひずみ計43の設置位置から遠ざけるようにする。
以上のような、ひずみ計の設置位置、設置個数に関しては、後述の第2ひずみ計45、第3ひずみ計47でも同様である。
本体33が回転貫入する際に翼部35が回転すると、土が翼部35によって掬い上げられ、掬い上げた土は翼上面に沿って上方へ押し上げられる。そして、押し上げられた土は次第に締め固まり、この土の反力によって翼部35に推進力が生ずる。このとき、本体33における翼部35の近傍上部には翼部35を介して下方への引張力が作用するので、該引張力によって本体33の当該部位に生ずるひずみを計測することで、翼部35の推進力を求めることができる。
本体33が回転貫入する際に底板37には地盤反力が作用し、該地盤反力によって内筒41は圧縮力を受ける。したがって、内筒41に生ずるひずみを計測することで、地盤反力を求めることができる。
演算装置49は、第1ひずみ計43の計測値に基づいて押し込み力Poを演算し、第2ひずみ計45の計測値に基づいて翼の推進力Pwを演算し、第3ひずみ計47の計測値に基づいて貫入抵抗Ppを演算し、これらPo、Pw、Ppの値を用いて、本体33に生ずる周面摩擦力Pfを演算する。
なお、演算装置49におけるPo、Pw、Ppの演算方法の詳細は、後述の鉛直支持力確認工程の説明において詳述する。
表示部51は、演算装置49の演算結果を表示するものである。表示部51を設けることで、本体33が回転貫入している際に、本体33の推進途中の任意の深度における杭の鉛直支持力を確認できる。
杭の鉛直支持力確認装置31を、確認対象とする地盤上に立設して回転させ、翼部35に推進力を生じさせて地中にねじ込む。
回転貫入している間、各ひずみ計は測定値を出力するので、これを記録するようにする。
この杭の鉛直支持力確認装置31が地中にねじ込まれるときの鉛直方向の力の釣り合いを式で表すと下式(1)となる。
Pw+Po≧Pp+Pf・・・(1)
ここで、
Pwは、翼が回転することにより掬い上げた土を翼上面に沿って上方へ押し上げることにより次第に締め固まった土の反力から翼部35に生じる推進力
Pfは本体33と地盤の摩擦抵抗
Ppは底板37に生じる地盤の貫入抵抗
Poは本体33に加えられる押しこみ力である。
また、Pwも接している土の強度や深さに応じて大きさが変わりながら杭の鉛直支持力確認装置31を地中に引き込む働きをする。翼部35の推進力は、底板37が接する地盤の上載圧を減少させて底板37の貫入抵抗を減少させる働きもする。
これらの結果、杭の鉛直支持力確認装置31は主として翼部35の推進力のみで杭が地中へ貫入して行くが、貫入抵抗のPpとPfが、翼推進力Pwより大きいと貫入できなくなり、不足分をPoとして付加する。
前述したように、本体33に加えられる押しこみ力Poは、本体33の軸力として第1ひずみ計43の計測値を用いて求めることができる。
また、翼部35の推進力Pwは、第2ひずみ計45の計測値を用いて求めることができる。
また、地盤の貫入抵抗Ppは、内筒41の軸力として第3ひずみ計47の計測値を用いて求めることができる。
さらに、本体33と地盤の摩擦抵抗Pfは、(1)式の不等号を等号した式を変形して、Pf=Pw−Pp+Poより求めることができる。
本体33を構成する鋼管の外径:D1、厚み:t1と、内筒41を構成する鋼管の外径:D2、厚みt2とする。
本体33を構成する鋼管の断面積A1は、:A1=πD1 2/4−π(D1−2t1)2/4=πt1(D1−t1)となる。
また、内筒41を構成する鋼管の断面積A2は、:A2=πD2 2/4−π(D2−2t2)2/4=πt2(D2−t2)となる。
また、前述したように、本体33と地盤の摩擦抵抗Pfは、Pf=Pw−Pp+Poより求めることができる。
先端支持力は、貫入抵抗Ppとして求められ、また周面摩擦力は、上記の摩擦抵抗Pfとして求められる。
したがって、本実施の形態の杭の鉛直支持力確認装置31を地中にねじ込むことで、適宜、貫入抵抗Ppと摩擦抵抗Pfが得られ、これによって、所定の深さにおける杭の鉛直支持力を確認することができる。
この点、本実施の形態の杭の鉛直支持力確認装置31では、先端支持力と周面摩擦力をそれぞれ個別に求めることができ、かつ、P0、Pw、Ppを、それぞれ単位面積あたりの荷重に換算することができるので、計測されたP0、Pw、Ppの値から打設深度が同じで杭径の異なる杭における「鉛直支持力」を算出することができる。
これによって例えば、期待していた鉛直支持力が当初の予定杭径では確保できないことが判明した場合に本施工用の杭径を太くした場合の「周面摩擦力」と「先端支持力」を算出したり、あるいは期待していた以上の過剰の鉛直支持力が見込めることが判明した場合には本施工用の杭径を細くした場合の「周面摩擦力」と「先端支持力」を算出したりして、本施工前に過不足の無い適切な杭設計を行うことも出来る。
このように、PpとPfを個別に導出できることにより、予定杭径で不足が無いかの検証に加え、打設深度が同じ場合で、杭径を違えた場合の鉛直支持力も確認することが可能となる。
また、現場ごとに杭径をあわせた新たな杭の鉛直支持力確認装置31を作るのは非効率であるため、以前に製作・使用した近い径の杭の鉛直支持力確認装置31を使いまわすことも出来る。
また、上記の説明では、Poをひずみ計で計測する例を示したが、Poをジャッキ元圧の計測値に基づいて求めるようにしてもよい。
(1)回転貫入前にひずみゲージのゼロ点を取る。
(2)杭の鉛直支持力確認装置31を地中に回転貫入。その間、演算装置49は常に計測値を出力し、表示部51に表示させたり、記録をしたりする。
(3)杭の鉛直支持力確認装置31を予定深さまで回転貫入させる。なお、予定深さ到達前に期待鉛直支持力が確認できた場合にも、予定深さまでは進めるのが好ましい。
逆に、予定深さに到達しても期待鉛直支持力に達しない場合であっても、予定深さまで回転貫入した時点で完了とする。
(4)杭の鉛直支持力確認装置31を逆回転して地中から回収する。
(5)計測値に基づいて、杭の施工本数、杭径等を決定する。
3 ケーシング
3a 係止孔
3b 凹部
5 先端閉塞具
6 突部
7 底板部
9 装着機構
11 ガイド片
13 係止部材
13a 係止ピン
13b 横片部
15 支持部材
15a 貫通孔
17 ガイドピン
19 バネ部材
21 取付片
21a 取付孔
23 線材
25 方向転換部材
26 載置台
27 鉄筋籠
29 コンクリート
30 場所打ち杭
31 鉛直支持力確認装置
33 本体
35 翼部
37 底板
39 円環板
41 内筒
43 第1ひずみ計
45 第2ひずみ計
47 第3ひずみ計
49 演算装置
51 表示部
Claims (4)
- 先端近傍に螺旋翼を備えたケーシングを用いて無排土で場所打ち杭を構築する場所打ち杭の構築方法であって、
前記ケーシングの先端を塞ぐと共に前記ケーシングの下端部に着脱可能に設置された先端閉塞具を保持した状態で前記ケーシングを地盤に回転貫入する回転貫入工程と、
前記ケーシングを所定深さまで貫入した後、前記先端閉塞具を、前記ケーシング内を上昇させるように吊り上げて回収する先端閉塞具回収工程と、
前記先端閉塞具を回収した後、前記ケーシング内に鉄筋籠を挿入する鉄筋籠挿入工程と、
前記鉄筋籠が挿入された前記ケーシング内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、
前記打設されたコンクリートが固化する前に前記ケーシングを引抜くケーシング引抜き工程とを備え、
前記先端閉塞具は、ケーシングの先端を塞ぐように前記ケーシング内に挿入状態で配置可能な底板部と、該底板部の上面側で該底板部の内外方向に移動可能に設けられた係止部材と、該係止部材を常時は外方向に付勢するバネ部材と、前記係止部材を内方向に引っ張ることができる線材とを備え、
前記ケーシングには、前記係止部材が係止する係止孔が設けられていることを特徴とする場所打ち杭の構築方法。 - 前記回転貫入工程の前に場所打ち杭の鉛直支持力を確認する鉛直支持力確認工程を有し、
該鉛直支持力確認工程は、
鋼管からなる本体と、該本体の先端部に設けられた螺旋状の翼部と、前記本体の先端部に該先端開口を塞ぐように設けられた底板と、先端が底板の上面側に固定され、他端が本体の内面に設けられた支持板に固定された鋼管からなる内筒と、該内筒に生じる軸方向のひずみを計測するひずみ計と、該ひずみ計によって前記内筒に生ずるひずみを計測し、該ひずみに基づいて、前記底板に生ずる貫入抵抗Ppを演算する演算装置とを有する杭の鉛直支持力確認装置を用いて、
計測対象とする地盤に前記鉛直支持力確認装置をねじ込みながら、前記演算装置によって演算される貫入抵抗Ppに基づいて杭の鉛直支持力を確認することを特徴とする請求項1記載の場所打ち杭の構築方法。 - 前記回転貫入工程の前に場所打ち杭の鉛直支持力を確認する鉛直支持力確認工程を有し、
該鉛直支持力確認工程は、
鋼管からなる本体と、該本体の先端部に設けられた螺旋状の翼部と、前記本体の先端部に該先端開口を塞ぐように設けられた底板と、先端が底板の上面側に固定され、他端が本体の内面に設けられた支持板に固定された鋼管からなる内筒と、前記本体の上端部の周面に設けられて本体の当該部位の軸方向のひずみを計測する第1ひずみ計と、前記本体における翼部の近傍上部周面に設けられて前記本体の当該部位の軸方向のひずみを計測する第2ひずみ計と、前記内筒の周面に設けられて内筒の軸方向のひずみを計測する第3ひずみ計と、前記第1ひずみ計の計測値に基づいて押し込み力Poを演算し、前記第2ひずみ計の計測値に基づいて翼の推進力Pwを演算し、前記第3ひずみ計の計測値に基づいて貫入抵抗Ppを演算し、これらPo、Pw、Ppの値を用いて、前記本体に生ずる周面摩擦力Pfを、Pf=Pw−Pp+Poとして演算する演算装置とを有する杭の鉛直支持力確認装置を用いて、
計測対象とする地盤に前記鉛直支持力確認装置をねじ込みながら、前記演算装置によって演算される貫入抵抗Pp及びPfに基づいて杭の鉛直支持力を確認することを特徴とする請求項1記載の場所打ち杭の構築方法。 - 押し込み力Poを、第1ひずみ計の計測値に代えて本体を地盤に押し込むジャッキの元圧を計測して該計測値に基づいて演算するようにしたことを特徴とする請求項3記載の場所打ち杭の構築方法。
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