JP6847176B1

JP6847176B1 - 杭施工方法

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Publication number: JP6847176B1
Application number: JP2019173729A
Authority: JP
Inventors: 藤井　健之; 健之藤井
Original assignee: 藤井　健之; 健之藤井
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: JP2021050516A

Abstract

【課題】掘削穴から上向きに突出した芯材を、垂直下向きに正確かつスムーズに押し込むことが可能な杭施工方法、及び、杭施工用の保持部材を提供する。【解決手段】地盤Ｇに所定深さの掘削穴１０を形成する掘削工程と、掘削穴１０に起泡剤を添加したセメントミルク１３を注入しながら前記掘削工程に伴って生じた掘削土１４と撹拌混合して、前記起泡剤によって発生した気泡を含むソイルセメント１５からなる柱状体を形成する柱状体形成工程と、ソイルセメント１５の固化前に、長尺の芯材１６をその自重で掘削穴１０に挿入する挿入工程と、掘削穴１０から上向きに突出した状態の芯材１６の上端を、この芯材１６の軸心が垂直方向から傾かないように保持部材１８で保持し、この保持部材１８を下方に移動して、芯材１６を掘削穴１０に押し込む押込工程と、を有する杭施工方法を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、建設現場に杭を施工するための杭施工方法、及び、その施工方法に使用する保持部材に関する。

建設工事等の工事現場においては、地盤の掘削作業時に工事現場の隣接地側から工事現場側へ土砂が崩落するのを防止する土留め壁の形成や、建物を支持する基礎工事のために杭が施工される。この杭の施工方法として、例えば下記特許文献１に示す方法がある。この施工方法においては、地盤に掘削した掘削穴の中に、セメント、水、及び、ベントナイトを主成分とするセメントミルクを注入し、掘削に伴って生じた掘削土とセメントミルクを撹拌混合したソイルセメントからなる柱状体を形成する。そして、このソイルセメントが固化する前に掘削穴にＨ形鋼などの芯材を挿入して、芯材が埋設された柱状体を構築する（特許文献１の段落００１７〜００３７、図１〜図３など参照）。

柱状体に埋設された芯材は、この柱状体の用済み後もそのまま地中に打設されたままの状態とされることが多く、芯材の価格は工事コストにそのまま転嫁される。近年は鋼材価格が高止まりすることが多く、工事コストの上昇が問題となっている。また、地中に埋設されたままの芯材が、他の工事の支障となる虞もある。柱状体から芯材を引き抜いて、この芯材を再利用することも考えられるが、芯材と固化したソイルセメントが固着して引き抜きが困難を極める。しかも、引き抜きに伴って周囲の土砂が地上に上がり、その周囲で地盤沈下が生じるとともに、産業廃棄物となった土砂の処理問題も生じる。

これらの問題を解決すべく、柱状体を施工する際に、セメントミルク中に起泡剤を添加して、柱状体の内部に気泡を形成する方法が提案されている。このように気泡を形成することにより、気泡と芯材の接触面積の分だけ、柱状体（気泡以外のマトリックスの部分）と芯材との接触面積が小さくなるため、芯材と柱状体との間の固着力が低下して引き抜きをスムーズに行うことができる可能性がある。また、芯材をスムーズに引き抜くことによって、周囲の土砂が地上に上がりにくく、地盤沈下や土砂の処理問題も生じない。しかも、引き抜きのために芯材を加振した際にその加振に伴う振動や騒音が気泡によって吸収されるため、工事現場の周囲に与える影響を極力抑制できる。

特開２０１２−１０７４４４号公報

上記のように柱状体の内部に気泡を形成する構成においては、気泡の発生による体積増加に対応して、セメントミルク中の水分量（水セメント比）を減らすことが多い。すると、ソイルセメントの粘度が高まって、芯材をその自重でスムーズに掘削穴に挿入できず、この芯材の上端が掘削穴から突出した状態となることがある。この上端を下向きにそのまま押圧することによって芯材を掘削穴に挿入することもできるが、長尺の芯材を真っすぐ下向きに押圧するのは難しく、芯材の向きが垂直方向から傾いてしまう問題がある。

そこで、この発明は、掘削穴から上向きに突出した芯材を、垂直下向きに正確かつスムーズに押し込むことを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、地盤に所定深さの掘削穴を形成する掘削工程と、前記掘削穴に起泡剤を添加したセメントミルクを注入しながら前記掘削工程に伴って生じた掘削土と撹拌混合して、前記起泡剤によって発生した気泡を含むソイルセメントからなる柱状体を形成する柱状体形成工程と、前記ソイルセメントの固化前に、長尺の芯材をその自重で前記掘削穴に挿入する挿入工程と、前記掘削穴から上向きに突出した状態の前記芯材の上端を、該芯材の軸心が垂直方向から傾かないように保持部材で保持し、該保持部材を下方に移動して、前記芯材を前記掘削穴に押し込む押込工程と、を有する杭施工方法を構成した。

このように、保持部材を用いて芯材を垂直に保持することによって、一般的なソイルセメントと比較して水分量が少なく粘度が高い、気泡を含むソイルセメントの中に、芯材を垂直下向きに正確かつスムーズに押し込むことができる。

前記構成においては、前記保持部材が前記芯材の上端に被せられる本体部と、該本体部の上部に垂直に起立して設けられた起立部と、を有し、前記本体部を前記芯材の上端に被せたときの前記起立部の垂直方向からの傾きによって前記芯材の垂直状態を確認する構成とすることができる。

このようにすると、本体部によって芯材の上端を安定的に保持することができるとともに、起立部を目視することによって芯材の垂直状態を容易に確認することができるため、押込工程における作業性の向上を図ることができる。

前記各構成においては、前記本体部の内面と前記芯材の傾斜方向との間の隙間の大きさｇと、前記芯材の上端に被さっている前記本体部の垂直方向の長さＬとの間に、ｇ／Ｌ≦０．０１の関係が成立する構成とすることができる。

柱状体に埋設された芯材の傾斜は、芯材の挿入深さに対して最大１／１００まで横方向の傾斜が許容されるのが一般的である。そこで、隙間の大きさｇと本体部の垂直方向の長さＬとの関係を上記の範囲に規定することにより、本体部の内面と芯材との当接によって、芯材の傾斜を確実にその許容範囲内に収めることができる。

また、この発明においては、気泡を含むソイルセメントからなる柱状体に挿し込まれる芯材の上端に被せられる本体部と、前記本体部の上部に垂直に起立して設けられた起立部と、を有し、前記本体部を前記芯材の上端に被せたときの前記起立部の垂直方向からの傾きによって前記芯材の垂直状態を確認する杭施工用の保持部材を構成した。

このようにすると、既述の通り、本体部によって芯材の上端を安定的に保持することができるとともに、起立部を目視することによって芯材の垂直状態を容易に判断することができるため、押込工程における作業性の向上を図ることができる。

この発明は、地盤に所定深さの掘削穴を形成する掘削工程と、前記掘削穴に起泡剤を添加したセメントミルクを注入しながら前記掘削工程に伴って生じた掘削土と撹拌混合して、前記起泡剤によって発生した気泡を含むソイルセメントからなる柱状体を形成する柱状体形成工程と、前記ソイルセメントの固化前に、前記掘削穴に長尺の芯材をその自重で挿入する挿入工程と、前記掘削穴から上向きに突出した状態の前記芯材の上端を、該芯材の軸心が垂直方向から傾かないように保持部材で保持し、該保持部材を下方に移動して、前記芯材を前記掘削穴に押し込む押込工程と、を有する杭施工方法としたので、保持部材によって、気泡を含むソイルセメントの中に、芯材を垂直下向きに正確かつスムーズに押し込むことができる。

この発明に係る杭施工方法の工程を示す断面図であって、（ａ）は掘削穴を形成した状態、（ｂ）はソイルセメントからなる柱状体を形成している状態、（ｃ）はソイルセメントにＨ形鋼を挿入している状態、（ｄ）はＨ形鋼の上端を保持部材によって下向きに押し込んでいる状態、（ｅ）はソイルセメントへのＨ形鋼の挿入を完了した状態この発明に係る杭施工用の保持部材の一例を示す斜視図図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図

この発明に係る杭施工方法の各工程を図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。この杭施工方法は、掘削工程、柱状体形成工程、挿入工程、及び、押込工程を主要な構成要素としている。

掘削工程は、図１（ａ）に示すように、地盤Ｇに所定深さの掘削穴１０を形成する工程である。オーガ１１の下端側には掘削刃１２が取り付けられており、このオーガ１１を回転駆動すると掘削刃１２によって地盤Ｇが掘削される。

柱状体形成工程は、図１（ｂ）に示すように、掘削穴１０に起泡剤が添加されたセメントミルク１３を注入しながら前記掘削工程に伴って生じた掘削土１４と撹拌混合して、起泡剤によって発生した気泡を含むソイルセメント１５からなる柱状体を形成する工程である。

セメントミルク１３は、セメント、水、ベントナイトを主成分とし、さらに所定量の起泡剤が添加されている。主成分の配合割合は、例えば、セメント：水：ベントナイト＝２００ｋｇ：３００ｋｇ：２５ｋｇとされる。この配合割合のとき、水セメント比（水／セメント×１００）は１５０、ベントナイトセメント比（ベントナイト／セメント×１００）は１２．５となる。これらを混錬すると、約３５０〜４００Ｌのセメントミルク１３が得られ、さらに、起泡剤によって発生した気泡が例えば約２００Ｌ導入されるため、気泡を含むセメントミルク１３の総体積は約５５０〜６００Ｌとなる。このとき、セメントミルク１３の総体積に占める気泡の割合（気泡注入率）は約０．３５となる。

起泡剤が添加されたセメントミルク１３は、掘削刃１２の下端に設けられたノズルから噴射される。この噴射とともに、掘削刃１２を回転しながら複数回上下動することにより、掘削穴１０内の掘削土１４とセメントミルク１３が混合され、均等に気泡が導入されたソイルセメント１５（柱状体）が生成される。

なお、気泡は、セメントミルク１３と起泡剤の混錬時（ノズルからの噴射前）に生じるようにしてもよいし、掘削穴１０への注入後に生じるようにしてもよい。

この実施形態に用いられるセメントミルク１３は、気泡の発生に伴う体積増加に対応して、既述の通り、通常のセメントミルク（例えば、水セメント比が２５０）よりも水分量を少なめに調整されている。このため、このセメントミルク１３を用いて生成されたソイルセメント１５は、通常のソイルセメントよりも高い粘度を有している。このように、セメントミルク１３の水分量を減らすことにより、セメントミルク１３から地盤Ｇへの水分の吸収量が減少する。このため、地盤Ｇが水分の吸収によって緩み、掘削穴１０の内壁がソイルセメント１５側に向かって崩壊するのを防止することができる。

挿入工程は、図１（ｃ）に示すように、ソイルセメント１５の固化前に、長尺の芯材１６をその自重で掘削穴１０に挿入する工程である。

芯材１６として、この実施形態ではウェブ幅がフランジ幅よりも広いＨ形鋼を採用している。芯材１６の上端にはワイヤ１７が接続されており、このワイヤ１７によって芯材１６が垂直に吊り下げられている。そして、この垂直状態を保ったまま、ソイルセメント１５の中に芯材１６が挿入される。鋼からなる芯材１６の比重は、セメント、水、掘削土１４などを主成分とするソイルセメント１５の比重より十分大きい。このため、芯材１６はその自重でスムーズにソイルセメント１５の中に挿入されるように思われる。しかしながら、既述の通り、この実施形態に係るソイルセメント１５の粘度は通常のソイルセメントの粘度よりも高いため、芯材１６の自重では掘削穴１０の穴底まで入りきらず、芯材１６の上端が掘削穴１０から突出した状態となる。この突出状態を解消するために、挿入工程に続いて押込工程が行われる。

押込工程は、図１（ｄ）に示すように、掘削穴１０から上向きに突出した状態の芯材１６の上端を、この芯材１６の軸心が垂直方向から傾かないように保持部材１８で保持し、この保持部材１８を下方に移動して、芯材１６を掘削穴１０に押し込む工程である。

保持部材１８は、図２に示すように、本体部１９、蓋体２０、及び、起立部２１を有している。本体部１９は、芯材１６の上端に被せられる筒状の部材であって、この実施形態では角形鋼管が採用されている。芯材１６の上端に被さっている本体部１９の垂直方向の長さはＬである。蓋体２０は、筒状の本体部１９の上端開口を塞ぐように設けられた板状の部材である。起立部２１は、本体部１９（蓋体２０）の上部に垂直に起立して設けられた部材である。

保持部材１８を芯材１６の上端に被せた状態の断面図を図３に示す。掘削穴１０の内径（ソイルセメント１５が固化した柱状体の外径）をＤ、角形鋼管（本体部１９）の一辺の長さ（外寸）をＡ、角形鋼管の肉厚をｔ、Ｈ形鋼（芯材１６）のウェブ幅をＢとすると、角形鋼管の内面とＨ形鋼のウェブ側の隙間の大きさｇは、ｇ＝（Ａ−Ｂ−２ｔ）／２となる。例えば、Ａ＝３５０ｍｍ、ｔ＝１６ｍｍ、Ｂ＝３００ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍとすると、ｇ＝９ｍｍとなり、本体部の垂直方向の長さＬに対する隙間の大きさｇの比率ｇ／Ｌは、ｇ／Ｌ＝０．９／１００となる。ソイルセメント１５（柱状体）に埋設された芯材１６の傾斜は、芯材１６の挿入深さに対して最大１／１００まで横方向の偏位が許容されることが多く、角形鋼管及びＨ形鋼が上記の寸法であれば、上記の比率０．９／１００はその許容範囲内に収まっている。

また、Ｄ＝４５０ｍｍとすると、掘削穴１０に保持部材１８の本体部１９がほぼ隙間なく挿入され、掘削穴１０と本体部１９との間、芯材１６と本体部１９との間、及び、芯材１６と本体部１９に設けられた起立部２１との間の全ての平行状態が保たれる。このため、起立部２１の垂直方向からの傾きによって、掘削穴１０に挿入された芯材１６の垂直状態を確認することができる。

この押込工程において、図１（ｅ）に示すように、芯材１６をその上端まで掘削穴１０に押し込むと一連の杭の施工工程が完了する。

上記の実施形態において示した杭施工方法、及び、杭施工用の保持部材１８はあくまでも例示であって、掘削穴１０から上向きに突出した芯材１６を、垂直下向きに正確かつスムーズに押し込む、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、杭施工方法の工程の一部や、保持部材１８の構成の一部に変更を加えることができる。

例えば、上記の実施形態においては、芯材１６としてＨ形鋼を採用したが、Ｌ形鋼などの他形状の形鋼も採用し得る。また、保持部材１８の本体部１９として角形鋼管を採用したが、丸形鋼管などの他形状の鋼管も採用し得る。また、上記のセメントミルク１３の配合割合は例示に過ぎず、掘削土１４の状態などを考慮して適宜変更することができる。

１０掘削穴
１１オーガ
１２掘削刃
１３セメントミルク
１４掘削土
１５ソイルセメント
１６芯材
１７ワイヤ
１８保持部材
１９本体部
２０蓋体
２１起立部
Ｇ地盤

Claims

地盤（Ｇ）に所定深さの掘削穴（１０）を形成する掘削工程と、
前記掘削穴（１０）に起泡剤を添加したセメントミルク（１３）を注入しながら前記掘削工程に伴って生じた掘削土（１４）と撹拌混合して、前記起泡剤によって発生した気泡を含むソイルセメント（１５）からなる柱状体を形成する柱状体形成工程と、
前記ソイルセメント（１５）の固化前に、長尺の芯材（１６）をその自重で前記掘削穴（１０）に挿入する挿入工程と、
前記掘削穴（１０）から上向きに突出した状態の前記芯材（１６）の上端を、該芯材（１６）の軸心が垂直方向から傾かないように保持部材（１８）で保持し、該保持部材（１８）を下方に移動して、前記芯材（１６）を前記掘削穴（１０）に押し込む押込工程と、
を有する杭施工方法。
前記保持部材（１８）が前記芯材（１６）の上端に被せられる本体部（１９）と、該本体部（１９）の上部に垂直に起立して設けられた起立部（２１）と、を有し、前記本体部（１９）を前記芯材（１６）の上端に被せたときの前記起立部（２１）の垂直方向からの傾きによって前記芯材（１６）の垂直状態を確認する請求項１に記載の杭施工方法。
前記本体部（１９）の内面と前記芯材（１６）の傾斜方向との間の隙間の大きさｇと、前記芯材（１６）の上端に被さっている前記本体部（１９）の垂直方向の長さＬとの間に、ｇ／Ｌ≦０．０１の関係が成立する請求項２に記載の杭施工方法。