JP6679757B2 - マイクロパイルの波形グラウト球根及びその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、土木分野に関するものであり、より詳しくは、マイクロパイルと一体化されたグラウト球根の周面摩擦力、圧縮及び引き抜きに対する抵抗力（以下、‘支持力’という）を向上させることができるマイクロパイルの波形グラウト球根及びその形成方法に関するものである。

一般に、すべての建物は、基礎地盤がその建物を支持するための十分な支持力を有しなければならなく、そうでなければ、基礎地盤の最上部又は深層部で沈下が生じ、上部に建てられた建物の安定性を阻害することがある。

従って、建物を建てる前には、必ず地質学的調査及び土質調査のような適合した諸般調査を通じて地盤の支持力が建物により地盤に作用する重量又は荷重に十分に耐えることができるかを調査する必要があり、埋立地、圧密されていない地盤、有機質層を分解させる地盤、泥炭地、湿地、水分含量に相当な変化のある地盤、空隙が多くあるか、不均一な地盤などの場合には、基礎地盤の支持力が充分でないので、基礎地盤にさらに大きな支持力が求められる。

また、地上構造物の基礎をしっかりするために、軟弱地盤に多数のパイル（Pile）を打ち込むか、幅広く、且つ深く土を掘り出し、鉄筋コンクリートで基礎を作った後、その上に構造物を施工することになっており、作業場周辺に様々な構造物と施設が入っている場合には、前記基礎をしっかりするための環境が整えられていない場合が多く、地下埋設物の位置などを正確に分からないまま、幅広く基礎を掘ったとき、電気やガス配管等の施設の破損を来すことがある。

そこで、前記のような点などを考慮して、基礎地盤に対する支持力を確保するための方法として、杭基礎補強法を用いていることは周知であり、加えて、基礎地盤に油圧ドリルや各種穿孔機のロッド（Rod）及びビット（Bit）を利用して穿孔作業を行い、その穿孔穴に鉄筋のような鋼管を挿入した後、補強液（グラウト液）を注入するグラウト工法等をはじめとする多様な工法が提案されてきた。その中でも、マイクロパイル（Micro pile）が代表的といえる。

マイクロパイルは、５０年代、イタリアから始まり、全世界的に地盤補強とパイル（Pile）の代用として施工されてきた。各国における適用目的と範囲により、ミニパイル、マイクロパイル、ルートパイル、ニードルパイル、Ｇｅｗｉｐｉｌｅなどと呼ばれている。
従来のマイクロパイル工法は、大きく、穿孔ステップ、棒鋼挿入、設置ステップ、グラウトステップ及び頭部補強ステップに分けられる。

まず、穿孔は、直径が７６ｍｍ、８０ｍｍ、9０ｍｍ、１０５ｍｍ、１１５ｍｍ、１５２ｍｍ、１６５ｍｍなど様々な直径を有するビットを使用してなり、特殊には、２００ｍｍ以上のビットを使用することもある。また、不安定な地盤では穿孔穴の内壁が崩壊しない深度までケーシングを設け、その内部をビットで穿孔し、穿孔穴を形成することもある。

穿孔作業が完了すれば、１個の鉄筋、３個の鉄筋又はそれ以上の鉄筋で組み合わせられた棒鋼を挿入して、設置する。

棒鋼が穿孔穴内に挿入されれば、グラウト材を注入する。即ち、パイル体が穿孔穴に設けられた直後、重力グラウトを行う。このとき、グラウト材の収縮現象を補完するために、グラウトを３〜６回繰り返して行う。

グラウトが完了すれば、上部にスチールプレートをナットで固定するか、溶接を行うなどの頭部補強ステップを行う。

しかし、従来のマイクロパイル工法によれば、基礎地盤が岩盤の場合にのみ、施工が可能であり、土砂層のみが存在する地盤に、マイクロパイルを施工する場合には、高い支持力を得ることが不可能な問題があった。

また、マイクロパイルを構成する棒鋼は、その長さに比べて直径が小さいので、杭の線断面積が根入れされた周辺面積に比べて小さすぎて、マイクロパイルの先端支持力は一般的に設計で考慮されない問題があった。

また、グラウトの際に、チューブを介してグラウト材を穿孔穴の底から充填して、穿孔穴の入口に流出するまで注入を行っており、固結時間が長く、収縮現象を補完するために、３〜６回程度のグラウトを繰り返して行うことになるので、施工性が低下される問題があり、工事期間が長くなるだけでなく、注入圧力を一定に維持することができないので、グラウト材の充填状態を確認することが困難であり、品質管理が容易でない問題を有していた。

本発明は、前述の従来のマイクロパイルが有する問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、マイクロパイルと一体化されたグラウト球根の周面摩擦力、圧縮及び引き抜きに対する抵抗力を向上させ、マイクロパイル体の構造的安定性を向上させることにある。

本発明の別の目的は、マイクロパイルの棒鋼が挿入される土砂層に、ジェットグラウトで形成されたグラウト球根を予め形成させ、岩石層が存在しない土砂層でも高い支持力を有するマイクロパイルを施工することができるようにすることにある。

本発明のさらに別の目的は、岩石層に施工されるマイクロパイルにおいても、岩石層の上部に存在する土砂層にジェットグラウトで形成されたグラウト球根を予め形成させ、マイクロパイルの構造的安全性を向上させることにある。

本発明のさらに別の目的は、マイクロパイルの構造的安全性を向上させることができるグラウト球根を容易に形成させることにある。

本発明のさらに別の目的は、端面が波形で形成されるマイクロパイルの最大の極限支持力を確保することができる数値を提供することにある。

本発明の一側面によれば、マイクロパイル１０の地中支持力確保のための波形グラウト球根１００において、下向きに延びる円筒状の柱部１１０の長さ方向に沿って、一定の最大直径Ｄ１を有する突出部１２０が複数形成され、隣接する前記突出部１２０は、所定の形成間隔ｓほど離隔されて形成されたことを特徴とする波形グラウト球根が提供される。

この場合、前記グラウト球根１００の縦断面は波形（Waveform）を形成することを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

また、前記マイクロパイル１０は、前記柱部１１０に挿入されることを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

また、前記突出部１２０の長さＬは、前記最大直径Ｄ１であることを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

また、前記形成間隔ｓは、前記最大直径Ｄ１の２倍であることを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

また、前記突出部１２０の長さＬは、前記最大直径Ｄ１の２倍であることを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

また、前記形成間隔ｓは、前記最大直径Ｄ１の２倍であることを特徴とする波形グラウト球根であってもよい。

本発明の他の一側面によれば、波形グラウト球根を形成する方法において、地中１を穿孔し、穿孔穴２を形成させる穿孔機２３０、グラウト材を噴射するグラウト材噴射口２２０及び前記グラウト材噴射口２２０に、前記グラウト材を供給するグラウト材移送管２１０を含むジェットグラウト装置２００を用いて、前記穿孔穴２を形成すると同時に、前記グラウト材噴射口２０から前記グラウト材を前記穿孔穴２の内部に高圧で噴射させ、前記グラウト球根を形成させる第１ステップ（Ａ１００）、前記ジェットグラウト装置２００を前記穿孔穴２の外部に引き出すと同時に、前記穿孔穴の内部に前記グラウト材噴射口から前記グラウト材３を前記穿孔穴２の内部に噴射させ、前記柱部１１０を形成させる第２ステップ（Ａ２００）、及び前記柱部１１０に前記マイクロパイル１０を挿入する第３ステップ（Ａ３００）、を含むジェットグラウトを用いるマイクロパイル工法が提供される。

本発明によれば、マイクロパイルと一体化されたグラウト球根の周面摩擦力、圧縮及び引き抜きに対する抵抗力を向上させ、マイクロパイル体の構造的安定性を向上させる効果がある。

本発明によれば、マイクロパイルが挿入される土砂層に、ジェットグラウトで形成されたグラウト球根を予め形成させ、岩石層が存在しない土砂層でも高い支持力を有するマイクロパイルを施工できる効果がある。

本発明によれば、岩石層に施工されるマイクロパイルにおいても、岩石層上部に存在する土砂層に、ジェットグラウトで形成されたグラウト球根を予め形成させ、マイクロパイルの構造的安全性を向上させる効果がある。

本発明によれば、マイクロパイルの構造的安全性を向上させることができるグラウト球根を容易に形成させる効果がある。

本発明によれば、従来のマイクロパイルよりも短いマイクロパイルを用いても、同じ支持力を得ることが可能な効果がある。

本発明によれば、最大極限支持力を有するマイクロパイルを施工することが可能になる。

一般的な従来の波形端面が適用されたマイクロパイルの端面を示す図である。 本発明の一実施例に係るマイクロパイルの端面を示す図である。 本発明の一実施例に係るマイクロパイルが挿入されるグラウト球根の斜視図である。 本発明の一実施例に係る波形グラウト球根を形成する方法を示す図である。 突出部の長さが、グラウト球根の最大直径である場合に、最大極限支持力を確保するために実験された様々なグラウト球根の形状を示す図である。 突出部の長さが、グラウト球根の最大直径である場合に、最大極限支持力を確保するために実験された様々なグラウト球根の極限支持力を示す図である。 突出部の長さが、グラウト球根の最大直径の２倍の場合に、最大極限支持力を確保するために実験された様々なグラウト球根の形状を示す図である。 突出部の長さがグラウト球根の最大直径の２倍の場合に、最大極限支持力を確保するために実験された様々なグラウト球根の極限支持力を示す図である。

本発明に係るマイクロパイルの波形グラウト球根及びその形成方法の実施例を添付図面から詳細に説明する。添付図面を参照して説明する際に、同一であるか、対応する構成要素は、同じ図面番号を付与して、これらに対する重複する説明は省略する。

また、以下で使用される第１、第２等のような用語は、同一又は相応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎなく、同一又は相応する構成要素が、第１、第２等の用語によって限定されるものではない。

また、結合とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間に物理的に直接接触される場合だけを意味するのではなく、他の構成が各構成要素間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触されている場合まで含む概念である。

図１は、従来の波形端面のグラウト球根が適用されたマイクロパイルの施工状態を示す図である。

従来のグラウト球根の波形端面は、波形をなす複数の突出部１２０が連続的につながる形状であった。

また、突出部１２０の形状及び大きさが一定でなく、突出部１２０の特定部位で集中応力が生じる現象があり、マイクロパイルの安定した支持力確保が難しい問題があった。

そこで、本発明は、突出部１２０の長さＬ、及び形成間隔ｓを提示することによって、マイクロパイル１０が最大極限支持力を有するようにする波形グラウト球根の形状を提示する。

本発明の一実施例に係る波形グラウト球根は、下向きに延びる円筒状の柱部１１０の長さ方向に沿って、一定の最大直径Ｄ１を有する突出部１２０が複数形成され、隣接する突出部１２０は、所定の形成間隔ｓほど離隔されて形成されたことを特徴とする（図２）。

これにより、本発明に係るグラウト球根１００の縦断面は、波形（Waveform）を形成する。

マイクロパイル１０は、一般に、地盤に挿入された棒鋼１１及び地盤上部に露出された棒鋼１１の上部と結合され、棒鋼１１が地盤内部に引き込まれることを防止する頭部１２を含む（図１）。
マイクロパイル１０の棒鋼１１は、柱部１１０に挿入され、固定される。

棒鋼１１は、柱部１１０を形成するグラウト材が硬化される前に、柱部１１０に挿入され、柱部１１０が硬化されるにつれて、グラウト球根１００とマイクロパイル１０とが一体化され得る。

従来の波形グラウト球根の突出部１２０は、隣接する突出部１２０同士が連続して形成されていたが、本発明に係る波形グラウト球根は、隣接する突出部１２０間を所定の形成間隔ｓほど離隔して形成させることで、さらに高い極限支持力を確保することができる。

このような効果は、図５及び図６から確認することができる。

図５は、突出部の長さがグラウト球根の最大直径である場合に、最大極限支持力を確保するために実験された様々なグラウト球根の形状を示す図である。

図６は、図５に示されたグラウト球根に対応するマイクロパイルの極限支持力に関するデータを示す図である。

図６のデータを参照すれば、形成間隔ｓが０の従来のグラウト球根ＷＭ１の極限支持力は７２３ｋＮであり、形成間隔ｓほど離隔して、突出部１１０を形成した本発明の一実施例に係るグラウト球根ＷＭ２、ＷＭ３は、従来のグラウト球根よりも少ない数の突出部１１０を有しているにもかかわらず、さらに高い極限支持力が発揮されることが分かる。

突出部１２０の長さＬが、最大直径Ｄ１の場合には、形成間隔ｓは、最大直径Ｄ１の２倍のときに最大極限支持力を確保することができる（図６）。

また、突出部１２０の長さＬが、最大直径Ｄ１の２倍である場合には、形成間隔ｓは、最大直径Ｄ１の２倍のときに、最大極限支持力を確保することができる（図８）。

突出部１２０の長さＬが、最大直径Ｄ１以下の場合には、突出部１２０の間隔が近くなりすぎ、現場でグラウト球根を形成することが困難になる。

突出部１２０の長さＬが、最大直径Ｄ２の２倍の場合には、グラウト物量の増大による工事費用の上昇及び過施工の問題がある。

したがって、本発明は、現場施工性と経済性を考慮し、突出部１２０の長さＬが最大直径Ｄ１又は最大直径Ｄ１の２倍範囲内で実験を行った。

図６及び図８のデータを参照すれば、ＷＭ１よりもＷＭ３の最大極限支持力がさらに高いことが分かる。

即ち、連続的に突出部１００を形成しなくても最大極限支持力を確保することができるので、施工難易度を低くすることができ、グラウト材を節約し、工事費を削減することができるだけでなく、何より高い支持力を確保し、マイクロパイルを基礎とする構造物の構造的安全性を確保することができる。

以下、本発明の一実施例に係る波形グラウト球根を形成する方法について説明する。

波形グラウト球根の形成方法は、地中１を穿孔し、穿孔穴２を形成させる穿孔機２３０、グラウト材を噴射するグラウト材噴射口２２０及びグラウト材噴射口２２０に、グラウト材を供給するグラウト材移送管２１０を含むジェットグラウト装置２００を用いて、穿孔穴２を形成すると同時に、グラウト材噴射口２２０からグラウト材を前記穿孔穴２の内部に高圧で噴射させ、前記グラウト球根を形成させる第１ステップ（Ａ１００）が行われる。

第１ステップ（Ａ１００）の後に、ジェットグラウト装置２００を穿孔穴２の外部に引き出すと同時に、穿孔穴の内部にグラウト材噴射口からグラウト材３を穿孔穴２の内部に噴射させ、柱部１１０を形成させる第２ステップ（Ａ２００）が行われる。
さらに、第２ステップ（Ａ２００）の後に、柱部１１０にマイクロパイル１０を挿入する第３ステップ（Ａ３００）が行われる。
本発明の一実施例に係るグラウト材（３）は、突出部１２０を形成する第１グラウト材３ａ及び柱部１１０を形成する第２グラウト材３ｂを含む。

以上は、本発明により具現できる好ましい実施例の一部についての説明に過ぎなく、周知の通りに、本発明の範囲は、前記実施例に限定されて解釈されるべきではない。前述された本発明の技術的思想とその根本を一緒にする技術的思想は、すべて本発明の範囲に含まれる。

Claims (4)

1. 地中（１）を穿孔し、穿孔穴（２）を形成させる穿孔機（２３０）、グラウト材（３）を噴射するグラウト材噴射口（２２０）及び前記グラウト材噴射口（２２０）に、前記グラウト材を供給するグラウト材移送管（２１０）を含むジェットグラウト装置（２００）を用いて、前記穿孔穴（２）を形成すると同時に、前記グラウト材噴射口（２２０）から前記グラウト材を前記穿孔穴（２）の内部に高圧噴射させ、マイクロパイル（１０）の地中支持力確保のための波形のグラウト球根（１００）を形成させる第１ステップ（Ａ１００）を含み、
   前記グラウト球根（１００）は、
   下向きに延びる円筒状の柱部（１１０）の長さ方向に沿って、一定の最大直径（Ｄ１）を有する突出部（１２０）が複数形成され、
   隣接する前記突出部（１２０）は、所定の形成間隔（ｓ）ほど離隔されて形成され、
   前記グラウト球根（１００）の縦断面は、波形を形成し、
   前記マイクロパイル（１０）は、前記柱部（１１０）に挿入され、
   前記突出部（１２０）の長さ（Ｌ）が前記最大直径（Ｄ１）の２倍である場合、前記形成間隔（ｓ）は、前記最大直径（Ｄ１）であるか、又は前記最大直径（Ｄ１）の２倍であることを特徴とするジェットグラウトを用いたマイクロパイル工法。
2. 前記第１ステップ（Ａ１００）において、前記ジェットグラウト装置（２００）は、前記穿孔穴（２）及び前記グラウト球根（１００）を同時に形成させることを特徴とする請求項１に記載のジェットグラウトを用いたマイクロパイル工法。
3. 前記ジェットグラウト装置（２００）を前記穿孔穴（２）の外部に引き出すと同時に、前記穿孔穴の内部に、前記グラウト材噴射口から前記グラウト材（３）を前記穿孔穴（２）の内部に噴射させ、前記柱部（１１０）を形成させる第２ステップ（Ａ２００）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のジェットグラウトを用いたマイクロパイル工法。
4. 前記柱部（１１０）に、前記マイクロパイル（１０）を挿入する第３ステップ（Ａ３００）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のジェットグラウトを用いたマイクロパイル工法。