JP6630560B2

JP6630560B2 - 岩盤への杭打設工法

Info

Publication number: JP6630560B2
Application number: JP2015243448A
Authority: JP
Inventors: 博文田口; 洋一嶋田; 辰見　夕一; 夕一辰見; 通宏中島
Original assignee: JFE Steel Corp; Obayashi Corp; Toa Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Obayashi Corp; Toa Corp
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-12-14
Also published as: JP2017110350A

Description

本発明は、岩盤への杭打設工法に関し、さらに詳しくは、ガンパイル工法により岩盤に打設された杭を、長期に渡り安定的に岩盤に固定することができる岩盤への杭打設工法に関するものである。

従来、岩盤に対して鋼矢板や鋼管矢板などの杭を打設する施工が行われている。この施工において杭をバイブロハンマー等で打設すると杭で破砕された破砕岩が杭の先端と岩盤の間でクッション材となり、打撃エネルギーが岩盤に十分に伝わらない。これに起因して、岩盤を容易に破砕することができず、杭の打設に要する時間が長くなるという問題があった。そこで、打設する杭に、高水圧ポンプに接続された注水パイプを設け、杭によって破砕された岩石を注水パイプの先端ノズルから噴射する噴射水により除去しつつ、杭を岩盤に打ち込むいわゆるガンパイル工法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

ガンパイル工法により杭を打設した場合には、打設された杭と岩盤との間には、ある程度のすき間が生じる。このすき間が大きい程、杭と岩盤との摩擦力が小さくなるため、杭を岩盤に対して長期間に渡って安定して固定するには不利になる。現状では、ガンパイル工法によって岩盤に打設された杭は、いわゆる仮設杭として短期的に使用されているので、長期的な安定した固定強度は必要とされていない。

しかしながら、ガンパイル工法によって岩盤に打設された杭を、いわゆる本設杭として長期的に使用することができれば、打設した杭を、様々な構造物を構成する一部材として利用できるので有益である。そのためには、ガンパイル工法により打設された杭を岩盤に対して長期的に安定して固定させる工夫が必要になる。

特開２００４−１２４５０５号公報

本発明の目的は、ガンパイル工法により岩盤に打設された杭を、長期に渡り安定的に岩盤に固定することができる岩盤への杭打設工法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の岩盤への杭打設工法は、振動杭打設機によって、杭の先端を岩盤に打ち付けて岩盤を破砕しつつ、破砕した岩石を、前記杭に隣接配置されている注水パイプの先端ノズルから噴射する水で前記杭の先端領域から排除しながら前記岩盤に前記杭を打ち込む岩盤への杭打設工法において、前記岩盤の上に土砂層が堆積している打設現場で、構造物を構成する一部材として使用される前記杭を打設する際に、前記杭として、その先端部の外周面が他の部位よりも外周側に突出した突出部を有する管状の杭を使用し、前記杭の先端面に、前記杭および前記岩盤よりも硬い先端補強部材を固設し、この先端補強部材の外周面が、前記突出部の外周面の位置と同じまたはそれ以上に内周側に位置し、かつ、前記突出部以外の前記杭の外周面の位置と同じまたはそれ以上に外周側に位置し、前記杭の延在方向に対して前記先端補強部材が前記突出部よりも短い仕様にして、前記杭の前記岩盤への打込みが終了した後、前記杭と前記岩盤とのすき間にセメントミルクを充填し、このセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して前記杭を前記岩盤に固定させ、かつ、前記杭の打込みの際に前記杭との間にすき間が生じた前記土砂層を、その土圧によって前記杭に密着させて前記杭を前記土砂層に固定させることを特徴とする。

本発明の別の岩盤への杭打設工法は、振動杭打設機によって、杭の先端を岩盤に打ち付けて岩盤を破砕しつつ、破砕した岩石を、前記杭に隣接配置されている注水パイプの先端ノズルから噴射する水で前記杭の先端領域から排除しながら前記岩盤に前記杭を打ち込む岩盤への杭打設工法において、構造物を構成する一部材として使用される前記杭を打設する際に、前記杭として、その先端部の外周面が他の部位よりも外周側に３５ｍｍ以下の範囲で突出した突出部を有する管状の杭を使用し、前記杭の先端面に、前記杭および前記岩盤よりも硬い先端補強部材を固設し、この先端補強部材の外周面が、前記突出部の外周面の位置と同じまたはそれ以上に内周側に位置し、かつ、前記突出部以外の前記杭の外周面の位置と同じまたはそれ以上に外周側に位置し、前記杭の延在方向に対して前記先端補強部材が前記突出部よりも短い仕様にして、前記杭の前記岩盤への打込みが終了した後、前記杭と前記岩盤とのすき間にセメントミルクを充填し、このセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して前記杭を前記岩盤に固定させることを特徴とする。

本発明の前者の岩盤への杭打設工法によれば、杭の岩盤への打込みが終了した後、杭と岩盤とのすき間に充填したセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して杭が岩盤に固定される。しかも、杭の先端部に外周面が他の部位よりも外周側に突出した突出部を有しているが、この突出部の突出量は、前記杭の打込みの際に前記突出部によって前記杭と前記土砂層と間に形成されたすき間が前記土砂層の土圧によって前記土砂層が前記杭に密着することにより塞がることができる寸法になっている。即ち、突出部により形成される杭と岩盤とのすき間が適切な大きさになる。そのため、杭を円滑に打設することができ、かつ、杭を長期に渡って安定的に岩盤および土砂層に固定することが可能になり、これに伴い、打設した杭を本設杭として用いることが可能になる。

本発明の後者の岩盤への杭打設工法によれば、杭の岩盤への打込みが終了した後、杭と岩盤とのすき間に充填したセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して杭が岩盤に固定される。しかも、杭の先端部に外周面が他の部位よりも３５ｍｍ以下の範囲で外周側に突出した突出部を有しているので、杭と岩盤とのすき間が適切な大きさになる。そのため、杭を円滑に打設することができ、かつ、杭を長期に渡って安定的に岩盤固定することが可能になり、これに伴い、打設した杭を本設杭として用いることが可能になる。

ここで、前記突出部の前記杭の外周面から外周側への突出量を６ｍｍ以上にするとよい。これにより、杭をより円滑に打設し易くなる。また、杭を岩盤に強固に固定するために必要な量のセメントミルクを充填するスペースを確保できる。

前記杭として、前記突出部が前記杭に予め一体的に形成されている杭を使用するとよい。この杭は本設杭として利用するので、突出部が後付けされた杭よりも、予め突出部が一体化されている杭を用いた方が、長期間の安定した耐久性を確保するには有利になる。

前記杭と前記岩盤とのすき間に充填する前の前記セメントミルクに、前記セメントミルクを充填する際の流動性を確保できる量の範囲内で増粘材および膨張材を予め配合しておくとよい。さらに、前記増粘材の配合量は、前記セメントミルクに含有されるセメントに対して３重量％以上１２重量％以下にするとよい。これにより、セメントミルクをすき間に密に充填させつつ、杭を長期に渡って安定的に岩盤に固定するには有利になる。

前記セメントミルクを、例えば前記杭と前記岩盤とのすき間の下方側から充填する。これにより、すき間に存在している地下水をすき間から排除してセメントミルクを密に充填し易くなる。

前記杭の先端面に、前記杭および前記岩盤よりも硬い先端補強部材を固設し、この先端補強部材の外周面が、前記突出部の外周面の位置と同じまたはそれ以上に内周側に位置し、かつ、前記突出部以外の前記杭の外周面の位置と同じまたはそれ以上に外周側に位置することもできる。これにより、先端補強部材によって保護しながら杭を打込みができるので、打設した杭を本設杭として長期に渡って使用するには有利になる。

本発明の岩盤への杭打設工法において、杭を岩盤に打ち込んでいる工程を縦断面視で例示する説明図である。図１の杭の先端部周辺を拡大して例示する説明図である。杭の突出部を拡大して例示する説明図である。岩盤への打込みが完了した杭と岩盤とのすき間にセメントミルクを充填する工程を縦断面視で例示する説明図である。図４のセメントミルクが固化して、このセメントミルクを介して杭が岩盤に固定されている状態を縦断面視で例示する説明図である。図５のＡ−Ａ断面図である。先端補強部材を設けた杭の先端部を例示する説明図である。引抜き試験における引抜き荷重の載荷サイクルを示すグラフ図である。引抜き試験における引抜き荷重と鋼管杭の軸方向変位量を示すグラフ図である。

以下、本発明の岩盤への杭打設方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示する杭２の打設現場は、岩盤Ｒの上に土砂層Ｓが堆積した地盤である。この地盤にガンパイル工法によって杭２を打設するには、バイブロハンマー等の振動杭打設機１が発振する振動を利用する。杭２としては例えば、Ｈ型鋼や鋼矢板など様々なタイプを用いることができるが、この実施形態では鋼管杭を用いている。

図３に例示するように杭２の先端部は外周面が他の部位よりも外周側に所定の突出量ｔだけ突出した突出部２ａを有している。即ち、本発明では、先端部に他の部位に比して相対的に厚さｔだけ厚肉の突出部２ａを有する杭２を使用する。この突出部２ａは、打設現場において杭２に溶接して接合することもできるが、突出部２ａが予め一体的に形成されている杭２を使用することが好ましい。例えば、突出部２ａを有する形状の杭２を工場で製造する。

突出部２ａの突出量ｔは、後述するように杭２の打込みの際に杭２と土砂層Ｓと間に突出部２ａによって形成されたすき間が、土砂層Ｓの土圧によって自然に土砂層Ｓが杭２に密着して塞がることができる寸法にする。具体的には、突出量ｔは６ｍｍ以上３５ｍｍ以下にすることが好ましく、９ｍｍ以上１２ｍｍ以下にすることがより好ましい。

この突出部２ａの杭２の長手方向寸法Ｌは、例えば２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。また、突出部２ａは杭２の周方向に連続した筒状にするだけでなく、棒状の突出部２ａを周方向に断続的に配置した仕様にすることもできる。

杭２には注水パイプ４が着脱自在に隣接配置されている。この実施形態では、注水パイプ４が杭２の内周面に沿って杭２の長手方向に延在している。１本の杭２に対して、単数または複数の注水パイプ４が配置される。注水パイプ４の後端には直接、または別の配管３ａを介して、地盤上に配置された水タンク３が接続される。注水パイプ４の先端は、水タンク３から供給された水Ｗを噴射する先端ノズル４ａになっている。杭２には、打設中の注入パイプ４の振れを抑制するための振れ留め金具が適宜設けられる。先端ノズル４ａは、杭２の先端から突出しない位置に配置される。

この杭２を打設するには、クレーン等によって吊り下げられた振動杭打設機１により杭２を保持する。次いで、振動杭打設機１により杭２を振動させながら、杭２の先端を土砂層Ｓに打ち込んでゆく。杭２の先端が土砂層Ｓの範囲内に位置していて、岩盤Ｒまで達していない段階では、先端ノズル４ａから水Ｗを噴射する必要はない。

図１、２に例示するように、杭２の先端が岩盤Ｒに達すると、水タンク３に収容されている水Ｗを高圧ポンプによって注水パイプ４に供給して、先端ノズル４ａから噴射させる。即ち、振動杭打設機１により杭２を振動させるとともに、先端ノズル４ａから水Ｗを噴射しながら杭２を岩盤Ｒに打ち込む。即ち、打設している杭２の先端が岩盤Ｒに到達した時点で先端ノズル４ａから水の噴射を開始するとよい。これにより、噴射した水Ｗによって土砂層Ｓを不必要に緩めることがなくなり、かつ、土砂層Ｓと杭２との間に実質的にすき間が形成されなくなるので、後工程で使用するセメントミルクＣの量を抑制するには有利になる。

振動する杭２の打撃を受けることにより、杭２の先端に衝突した岩盤Ｒの部分が破砕される。岩盤Ｒが破砕されて発生した岩石Ｒｃは、杭２の先端と岩盤Ｒとの間に存在するが、杭２の先端が打撃の反力により上方移動して岩盤Ｒから離反した際に、先端ノズル４ａから噴射されている水Ｗにより杭２の先端領域から排除される。杭２が続いて岩盤Ｒを打撃する時には杭２の先端と岩盤Ｒとの間には緩衝作用を及ぼす岩石Ｒｃがない状態になる。そのため、杭２による打撃エネルギーが岩石Ｒｃによって減殺されることなく岩盤Ｒに作用して岩盤Ｒを容易に破砕することができる。杭２の打撃による岩盤Ｒの破砕と、先端ノズル４ａから噴射される水Ｗによる岩石Ｒｃの排除を繰り返して、岩盤Ｒへの杭２の打込みを進める。杭２は先端部に相対的に厚肉の突出部２ａを有しているので他の部位に比して強度が高く、岩盤Ｒに衝突しても変形し難いというメリットがある。

岩盤Ｒへの打込みが終了した杭２と岩盤Ｒとの間には、ある程度のすき間ｇが生じる。このすき間ｇは例えば２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。そこで、図４に例示するように、杭２と岩盤Ｒとのすき間ｇにセメントミルクＣ（セメントと水の混合材）を充填する。すき間ｇに充填する前のセメントミルクＣには、セメントミルクＣを充填する際の流動性に支障が生じない範囲で所定量の増粘材Ｂや膨張材Ｄを予め配合しておくとよい。増粘材Ｂおよび膨張材Ｄの詳細については後述する。尚、土砂層Ｓはその土圧によって締め固まるので、杭２と土砂層Ｓとの間には実質的にすき間は生じない。したがって、杭２には土砂層Ｓが密着して杭２は土砂層Ｓに固定されることになる。

セメントミルクＣは、地盤上に配置された収容タンク５から充填用パイプ６を通じてすき間ｇに供給される。一般的には、このすき間ｇには地下水が存在しているが、セメントミルクＣを充填することにより、地下水とセメントミルクＣが置き換わることになる。充填用パイプ６は１本に限らず、複数本にすることもできる。

すき間ｇの大部分の範囲にセメントミルクＣを充填した後は、所定時間、養生することによりセメントミルクＣを固化させる。図５、６に例示するように、すき間ｇに介在して固化したセメントミルクＣは、岩盤Ｒの削られた表面および杭２の表面（周面）に強固に付着する。これにより、固化したセメントミルクＣを介して杭２が岩盤Ｒに強固に固定される。

従来のガンパイル工法の施工対象は主に仮設構造物であった。それ故、すき間ｇにセメントミルクＣを充填することがあったとしても、セメントミルクＣの量やすき間ｇの大きさなどの条件を十分に検討することなく、適切な条件設定をしていなかった。そのため、土砂層Ｓと杭２との間の摩擦力（固定力）に比して、岩盤Ｒと杭２との間の摩擦力（固定力）は小さくなる傾向にあった。しかしながら、本発明によれば、固化したセメントミルクＣが介在することにより、岩盤Ｒと杭２との間の摩擦力（固定力）が大幅に増大する。

加えて、杭２は先端部に上述した仕様の突出部２ａを有しているので、杭２と岩盤Ｒとのすき間ｇが適切な大きさになる。このすき間ｇが過小にならないので、打設している杭２の周面に作用する地盤（土砂層Ｓおよび岩盤Ｒ）からの摩擦が低減して円滑に打設することができる。一方、このすき間ｇが過大になることもないので、打設後の杭２の周面に作用する地盤（土砂層Ｓおよび岩盤Ｒ）からの摩擦支持力が低下することを回避できる。

これに伴い、杭２を長期に渡って安定的に岩盤Ｒに固定することが可能になる。特に、杭２の引抜き抵抗力の大幅な向上が期待できるので、構造物を構成する一部材としてこの杭２を使用しても、十分な耐震性を確保することが可能になる。それ故、ガンパイル工法により打設した杭２を、仮設杭としてだけでなく本設杭として用いることができる。

突出部２ａが予め一体的に形成されている杭２を使用すると、突出部２ａが後付けされた杭２よりも、突出部２ａ（杭２）の長期間の安定した耐久性を確保するには有利になる。それ故、本設杭として用いるためには、突出部２ａが予め一体的に形成されている杭２がより好ましい。

セメントミルクＣに予め配合する増粘材Ｂとしては、例えばベントナイト、セルロースエーテル、炭酸カルシウム等の様々なコンクリート増粘材を用いることができる。膨張材Ｄとしては、例えば、石灰、石膏、ボーキサイトを主成分とする焼成化合物等の様々なコンクリート膨張材を用いることができる。

増粘材Ｂを配合することにより、セメントミルクＣ成分中のセメントと水とが分離し難くなる。セメントと水との分離が生じると、岩盤Ｒに対する杭２の固定力が低下するので、増粘材Ｂを配合することにより、杭２の固定力を長期に渡って安定して維持するには有利になる。ただし、増粘材Ｂの配合割合が過大になると、すき間ｇに充填する際のセメントミルクＣの流動性が悪化して、すき間ｇに密に充填させることが困難になる。一方、増粘材Ｂの配合割合が過小であると、期待する分離抵抗性（セメントと水との分離を抑制する作用効果）を発揮することができない。そのため、増粘材Ｂの配合量はセメントミルクＣに含有されるセメントに対して３重量％以上１２重量％以下にすることが好ましく、５重量％以上８重量％以下がより好ましい。

セメントミルクＣに膨張材Ｄを配合することで、セメントミルクＣが膨張して周辺に対する圧力が上昇する結果、杭２とセメントミルクＣとの付着性が向上する。相応の効果を期待できる膨張材Ｄの配合量は、セメントミルクＣに含有されるセメントに対して１０重量％程度（例えば５重量％以上１５重量％以下）である。

打設した杭２と土砂層Ｓとの間では、十分な摩擦力が確保できるので、両者のすき間にセメントミルクＣを敢えて充填する必要はない。即ち、セメントミルクＣの使用量を抑えつつ、杭２の固定強度を十分に確保するには、実質的に杭２と岩盤Ｒとのすき間ｇのみにセメントミルクＣを充填して固化させればよい。

それ故、セメントミルクＣをすき間ｇに充填する際には、岩盤Ｒの深さ位置（範囲）を予め把握しておくとよい。そして、セメントミルクＣの供給量、供給位置を適切に調整してセメントミルクＣをすき間ｇに供給することにより、岩盤Ｒが存在している深さ位置（範囲）のみにセメントミルクＣを充填するとよい。

セメントミルクＣは、すき間ｇの上方側から充填することも、すき間ｇの下方側から充填することもできる。すき間ｇの下方側からセメントミルクＣを充填すると、すき間ｇに存在している地下水をすき間ｇから排除してセメントミルクＣを密に充填し易くなる。したがって、例えば、充填用パイプ６をすき間ｇの下端近傍まで延ばした状態にして収容タンク５からセメントミルクＣを供給する。

杭２が鋼管杭の場合は、管内周側と管外周側にそれぞれ充填用パイプ６を杭２の長手方向に延在させて、岩盤Ｒの杭２の外周面とのすき間ｇ、岩盤Ｒと杭２の内周面とのすき間ｇにそれぞれ、セメントミルクＣを充填するとよい。これにより、すき間ｇの全体範囲に十分、かつ、迅速にセメントミルクＣを密に充填し易くなる。鋼管杭ではない他のタイプの杭２の場合も、複数本の充填用パイプ６を用いて、複数系統でセメントミルクＣを充填することがより好ましいが、１本の充填用パイプ６を用いてセメントミルクＣを充填することもできる。

杭２の先端面には、図７に例示するように、先端補強部材２ｂを固設しておくとよい。先端補強部材２ｂは杭２および岩盤Ｒよりも硬い部材である。この先端補強部材２ｂは、杭２の先端面全面を覆い、その外周面は突出部２ａの外周面と同じ位置またはそれ以上に内周側に位置し、かつ、突出部２ａ以外の杭２の外周面と同じ位置またはそれ以上に外周側に位置する。

先端補強部材２ｂを設けることにより、杭２を保護しながら打込みができるので、打設した杭２に変形や損傷が生じることを防止できる。したがって、杭２を本設杭として長期に渡って使用するには有利になる。

実施形態では、岩盤Ｒの上に土砂層Ｓが堆積した地盤に杭２を打設する場合を例にして説明したが、土砂層Ｓが存在せずに岩盤Ｒのみの地盤に杭２を打設することもできる。この場合も、岩盤Ｒに対して杭２を打ち込み、すき間ｇにセメントミルクＣを充填、固化させる手順は先の実施形態と同様である。

この場合、突出部２ａの突出量ｔは６ｍｍ以上３５ｍｍ以下にすることが好ましく、９ｍｍ以上１２ｍｍ以下にすることがより好ましい。

表１に示す配合の６種類のセメントミルクのサンプルを製造し、それぞれのサンプルについて下記の流動性、材料分離性を確認した。水Ｗには水道水、セメントＣには普通ポルトランドセメントを使用した。膨張材には低添加型コンクリート膨張材（デンカパワーＣＳＡタイプＳ：電気化学工業株式会社製）、増粘材には、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とした増粘材（クニゲルＶ１：クニミネ工業株式会社製）を使用した。その結果は表１に示すとおりであった。

[流動性]
土木学会基準：プレパックドコンクリートの注入性試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５２１−１９９９）に基づいて、Ｐロート試験を行った。ロートに入れた所定量のサンプルがすべてロートから落下するまでに要する時間を測定した。この時間が短い程、流動性が優れていることを示す。サンプル６は流動性が乏し過ぎて測定不能であった。

[材料分離性]
土木学会基準：プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率試験方法（ＪＳＤＥ−Ｆ５２２−２０１３）に基づいて行った。サンプルを容器に注入してから３時間後、約２０時間後にブリードした水の量を測定した。ブリードした水の量が少ない程、材料分離が発生し難く、優れていることを示す。

表１の結果から、杭と岩盤とのすき間に注入するセメントミルクとしては、流動性が１０秒前後であり、かつ、３時間後のブリーディング量が数十ｃｃであるサンプル４、５が好ましいことが判明した。

また、縦１．２ｍ、横１．２ｍ、高さ１．５ｍの四角柱状の型枠内に、小径ボイド管（外径約４００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）と大径ボイド管（内径約５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）を二重管状態にして埋設するとともに、小径ボイド管の内周領域および大径ボイド管の外周領域に砂を充填した。これらボイド管を岩盤に見立てて、小径ボイド管と大径ボイド管とのすき間に鋼管杭（外径４５０ｍｍ、内径４２８ｍｍ、長さ１０００ｍｍ程度）を挿入して設置して、岩盤に打ち込んだ鋼管杭の擬似モデルを作成した。次いで、鋼管杭の内周面と小径ボイド管の外周面とのすき間、鋼管杭の外周面と大径ボイド管の内周面とのすき間のそれぞれの下方側から、手動ポンプを用いて充填用パイプを通じて、表１のサンプル４を供給して、これらすき間ｇに充填する際の施工性を確認した。サンプル４をすき間ｇに充填してから３日後に、この擬似モデルを解体して、固化したサンプル４の充填状態および密度を確認した。固化したサンプル４を採取した位置は、鋼管杭の内周面と小径ボイド管の外周面とのすき間（杭内周側）、鋼管杭の外周面と大径ボイド管の内周麺とのすき間（杭外周側）のそれぞれにおいて、高さ方向の上段部、中段部、下段部であった。即ち、６ヶ所の部位について固化したサンプル４の充填状態および密度を確認し、その結果は表２に示すとおりであった。

表２の結果から、いずれの部位でもサンプル４は十分に充填されていて、密度にも異常は見られなかった。

また、鋼管杭（材質はＳＫＫ４００、外径１０００ｍｍ、内径９７２ｍｍ、長さ５ｍ）をガンパイル工法により実際の岩盤に打ち込んだ後、岩盤と鋼管杭とのすき間に、表１のサンプル４を充填、固化させた後、下記の鋼管杭の引抜き抵抗力を測定した。この鋼管杭は、その先端部の外周面が、他の部位よりも外周側に９ｍｍ突出した筒状の突出部を有する仕様であった。即ち、突出部における鋼管杭の外径は１０１８ｍｍであった。打設現場は、岩盤の上に約０．５ｍの層厚の土砂層が堆積した地盤であった。岩盤に対する鋼管杭の打込み深さは約３ｍである。岩盤の圧縮強度は５５００ｋＮ／ｍ²程度であり、深いほど圧縮強度が高い岩盤であった。

引抜き試験後に、鋼管杭を掘り出して、鋼管杭および岩盤の状態を確認したところ、鋼管杭と岩盤とのすき間はほとんど無い状態であった。また、鋼管杭と岩盤のすき間のほぼ全範囲にサンプル４が充填されていた。サンプル４は、鋼管杭および岩盤の表面に強固に付着した状態であった。

[引抜き抵抗力]
地盤工学会基準（ＪＧＳ１８１３−２００２）杭の引抜き試験方法に準拠して試験を行った。表１のサンプル４を鋼管杭と岩盤とのすき間に充填してから３０日間の養生後、引抜き試験を行った。鋼管杭に対する引抜き荷重の載荷方法は、４００ｋＮピッチで５サイクル１０段階（最大荷重１５００ｋＮ）の段階載荷方式・多サイクルで実施した。新規に引抜き荷重を載荷した際には、その引抜き荷重を３０分間保持した。

鋼管杭に対して載荷した杭上端部における引抜き荷重の実測値は図８に示すとおりであった。この引抜き荷重および鋼管杭の軸方向変位量の測定結果は図９に示すとおりであった。尚、図９の軸方向変位量は、新規に引抜き荷重を載荷してから３０分後におけるデータである。

図９に示すように第５サイクル第１０段階において、鋼管杭を１５００ｋＮの引抜き荷重で保持中に、杭径（１０００ｍｍ）の１０％の長さが地盤から引き抜かれたため、試験基準の上での極限引抜き抵抗力１４５４ｋＮを確認した。岩盤層において鋼管杭の周面摩擦力度は１３２〜１７１ｋＮ／ｍ²となり、打ち込み杭の隙間の影響がない地盤における設計上の上限値目安とされる１００ｋＮ／ｍ²以上の周面摩擦力度が得られることが確認できた。尚、引抜き抵抗力は漸増の傾向であった。引抜き試験を行った鋼管杭の近傍の地盤表面（土砂層の表面）が隆起してひび割れしていることからも、十分な引抜き抵抗力があることが分かった。

１振動杭打設機
２杭
２ａ突出部
２ｂ先端補強部材
３水タンク
３ａ配管
４注水パイプ
４ａ先端ノズル
５収容タンク
６充填用パイプ
Ｂ増粘材
Ｃセメントミルク
Ｄ膨張材
Ｓ土砂層
Ｒ岩盤
Ｗ水

Claims

振動杭打設機によって、杭の先端を岩盤に打ち付けて岩盤を破砕しつつ、破砕した岩石を、前記杭に隣接配置されている注水パイプの先端ノズルから噴射する水で前記杭の先端領域から排除しながら前記岩盤に前記杭を打ち込む岩盤への杭打設工法において、
前記岩盤の上に土砂層が堆積している打設現場で、構造物を構成する一部材として使用される前記杭を打設する際に、前記杭として、その先端部の外周面が他の部位よりも外周側に突出した突出部を有する管状の杭を使用し、前記杭の先端面に、前記杭および前記岩盤よりも硬い先端補強部材を固設し、この先端補強部材の外周面が、前記突出部の外周面の位置と同じまたはそれ以上に内周側に位置し、かつ、前記突出部以外の前記杭の外周面の位置と同じまたはそれ以上に外周側に位置し、前記杭の延在方向に対して前記先端補強部材が前記突出部よりも短い仕様にして、前記杭の前記岩盤への打込みが終了した後、前記杭と前記岩盤とのすき間にセメントミルクを充填し、このセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して前記杭を前記岩盤に固定させ、かつ、前記杭の打込みの際に前記杭との間にすき間が生じた前記土砂層を、その土圧によって前記杭に密着させて前記杭を前記土砂層に固定させることを特徴とする岩盤への杭打設工法。
前記突出部の前記杭の外周面から外周側への突出量を３５ｍｍ以下にした請求項１に記載の岩盤への杭打設工法。
前記杭の先端が前記岩盤に到達してから前記ノズルから水を噴射する請求項１または２に記載の岩盤への杭打設工法。
振動杭打設機によって、杭の先端を岩盤に打ち付けて岩盤を破砕しつつ、破砕した岩石を、前記杭に隣接配置されている注水パイプの先端ノズルから噴射する水で前記杭の先端領域から排除しながら前記岩盤に前記杭を打ち込む岩盤への杭打設工法において、
構造物を構成する一部材として使用される前記杭を打設する際に、前記杭として、その先端部の外周面が他の部位よりも外周側に３５ｍｍ以下の範囲で突出した突出部を有する管状の杭を使用し、前記杭の先端面に、前記杭および前記岩盤よりも硬い先端補強部材を固設し、この先端補強部材の外周面が、前記突出部の外周面の位置と同じまたはそれ以上に内周側に位置し、かつ、前記突出部以外の前記杭の外周面の位置と同じまたはそれ以上に外周側に位置し、前記杭の延在方向に対して前記先端補強部材が前記突出部よりも短い仕様にして、前記杭の前記岩盤への打込みが終了した後、前記杭と前記岩盤とのすき間にセメントミルクを充填し、このセメントミルクが固化することにより、固化したセメントミルクを介して前記杭を前記岩盤に固定させることを特徴とする岩盤への杭打設工法。
前記突出部の前記杭の外周面から外周側への突出量を６ｍｍ以上にした請求項１〜４のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。
前記杭と前記岩盤とのすき間に充填する前の前記セメントミルクに、前記セメントミルクを充填する際の流動性を確保できる量の範囲内で増粘材および膨張材を予め配合しておき、前記増粘材の配合量が、前記セメントミルクに含有されるセメントに対して３重量％以上１２重量％以下である請求項１〜５のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。
前記セメントミルクを、前記杭と前記岩盤とのすき間の下方側から充填する請求項１〜６のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。
前記突出部が前記杭の周方向に連続した筒状である請求項１〜７のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。
前記突出部が棒状であり、前記杭の周方向に断続的に配置されている請求項１〜７のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。
前記杭の内周面と前記先端補強部材の内周面とが段差なく前記杭の延在方向に連続している請求項１〜９のいずれかに記載の岩盤への杭打設工法。