JP7008314B2 - 管状杭打設工法、管状杭保持装置 - Google Patents
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Description
世界経済の流動化や、産業構造の転換、また異常多雨・大地震・津波などの気象・地象環境の大きな変化に対応するため、道路橋・鉄道橋・ダム・護岸などの社会資本の更新や新設が活発に行われている。このような社会資本の更新・新設工事のなかには、杭打ち施工が大径化、長尺化しているものが数多くあり、その具体例としては、桟橋支持杭(管状杭)の打設などの工事が挙げられる。
また、ダムサイトにおいては、堰堤やゲート部の部材が大型で重量物であり、比較的大型のクレーン(150t~300t程度)が用いられる。従って、クレーン荷重等を含む鉛直荷重が大きくなれば、それを支えるために桟橋の杭径がより大きくなる。
そのため、公共工事の合理化が強く推進される近年では、支間長が縮まると、その分杭の打設本数が増えて、工期長期化、コスト増大、原地盤の大きな改変といった弊害を招くため、工期短縮、コスト縮減、環境保全などを目的として、大径・長尺の杭を起用することで、より長い支間長(打設間隔)で施工することを求める事例が増加している。
また、特にダム湖においては、桟橋の下部補強材の取り付け作業が大水深の水中作業となり作業者への負担が大きくなるなどの理由から、設計上可能な限りブレス設置を行わないよう、大径の管状杭を利用することで断面係数を高めるなどの方法が望まれる。
その他にも、近年では、各地の地すべり地帯において、気象の変化による長梅雨や大規模台風により度々発生する異常多雨の際に発生する、河道閉塞や天然ダム、土石流により市民生活に重篤な被害をもたらすような深層崩壊による地すべりを抑止するための大深度の大口径抑止杭(多くの場合管状杭)を打設する防災措置が全国的に急務であるなど、強度に優れる管状杭の仕様が、大径・長尺化する例は枚挙に暇がない。
図8~図10に基づいて、桟橋施工の一例を説明する。
図8は、桟橋施工で用いる導材13(桟橋パネル)を示す平面図である。
図9は、桟橋施工の一工程を例示する斜視図であって、図8に示す導材13(桟橋パネル)をクレーンで設計位置に運搬している様子を示している。
図10は、図9の次工程を示す斜視図であって、桟橋完成部分から張り出すように連結した導材13をガイドに利用し、橋脚をなす管状杭71を打設している様子を示している。
次に図11~図13に基づいて、上述した桟橋施工で用いる掘削装置と管状杭の打撃圧入の原理について説明する。
図12は、ダウンザホールハンマによる打撃圧入の原理を示す概略図である。
図13は、ダウンザホールハンマによる打撃圧入の原理を示す詳細図である。
まず、ケーシングを併用したダウンザホールハンマ掘削を行う場合には、主として
・ 回転駆動装置、
・ その下に連結する掘削軸部材(ドリルロッド)、
・ 更にその下に連結する拡径ビット式ダウンザホールハンマ、
・ ケーシング(鋼管杭等管状杭)
などを一体的に構成した掘削手段をクレーンが吊り下げ、その吊り能力の範囲内の施工位置に掘削を行う。
すなわち、管状杭の杭長に従って掘削軸部材(ドリルロッド)は継ぎ足し・切り離しを行いその全長を変えることにより、回転駆動装置と掘削ビット部分が常に突出している構成が確保できるような構造となっており、杭が長尺になれば掘削軸部材長は長く(そしてその結果重く)なる。図14を参照。
そして、掘削装置8による掘削・圧入時には、該装置の下端にある拡縮可能な掘削ビット89をガイドする張出部86(外側に張り出した係合部)が、管状杭側のケーシングトップ75(内側に張り出した係合部)と上下方向で干渉・係合する。すなわち、掘削装置側の張出部86が、管状杭側のケーシングトップ75を上下方向で打撃する。
掘削・圧入時における管状杭71は、その周面に発生する周囲地盤との摩擦(すなわち周面摩擦)により上下方向の動きが拘束されて高止まりしようとするが、前述した打撃による押し込み力が管状杭71に作用して、掘進方向に強制的に引きずり込まれ圧入されるようになっている。
そのため従来の方法では、掘削装置8による掘削・圧入作業時は、掘削装置8と管状杭71は、上記の打撃圧入ができるように掘進方向には固定されない状態で構成されている一方で、常に一体的にクレーンにより吊り下げられている状態の構成となっている。図15を参照。
そのため、掘削ずりを吹き上げる圧縮空気の圧力を高く確保するため、その流路である上記クリアランスを可及的に狭くして掘削ずりの吹き上げに対して最適の断面積にしておくように構成する必要があり、管状杭の径が大きくなるに従って、掘削軸部材(ドリルロッド)の径が大きく(そしてその結果重く)なることになる。
上述した問題点やニーズに鑑み、本発明の目的は、管状杭の打設において、施工現場の地形や環境に影響されず大径・長尺施工のニーズに柔軟に対応できる方法と装置を提供することにある。
地上に固定された構造物に管状杭保持装置を固定するための固定部と、
打設する管状杭を保持可能な第1のチャック部と、
前記第1のチャック部を上下動させるためのジャッキ部と、
前記第1のチャック部および前記ジャッキ部と機能的に分離しており、打設する管状杭を保持可能な第2のチャック部と、
を有する管状杭保持装置によって達成される。
これに対し、本発明の打設方法では図1に示すように、掘削装置をクレーン設備で吊設する一方で、地上に固定された構造物上にある管状杭保持装置により管状杭を支持する。すなわち、打設する管状杭の荷重を管状杭保持装置が分担することによりクレーン吊荷重が低減できるので、長尺・大径の杭を打設する場合でも、杭打ち施工におけるクレーン規格の増大を抑えることができる。
また、管状杭の打設の際、地上に固定された構造物上にある管状杭保持装置で管状杭を支持するので、杭長・杭径が増してもクレーン作業半径が狭まることはなく、そのため、支間長を縮めるといった弊害が生じることはない。すなわち、長尺・大径の杭を打設する場合でも、長支間の要請に応えることができる。
さらに、従来技術では対応不能になるおそれのあった、杭長が著しく長くなる施工の場合でも、本発明であれば確実に対応することができる。
よって本発明によれば、杭の大径化・長尺化のニーズに応えることができるのは勿論のこと、同時に、工期短縮、施工コスト縮減、環境保全の要請を満たすこともできる。
このような特徴により、一定の長さ以上は管状杭が降下しないように防護され(すなわち管状杭の上下方向の動きが管状杭保持装置によって抑止され)、また、管状杭がどんなに降下しても、掘削ビットに継続的に荷重がかからないようにすることができる。しかも、ダウンザホールハンマなどによる打撃圧入力を、管状杭に対して確実に印加することもできる。
その結果、どんなに自立性の高い地盤(孔壁崩壊等が生じない地盤)での打設であろうと、また、打設する管状杭の重量がどんなに大きくなろうと、管状杭が掘削ビットの動きを妨げることが殆どなくなり、スムーズに掘削・打設ができるようになる。つまり、ダウンザホールハンマによる打撃圧入力(押し込み力)が管状杭の方へ確実に伝達されるようになり、また、掘削装置の機能作用が管状杭によって邪魔されることが無くなり、対象地盤が確実に掘削されるとともに、管状杭を確実に打設できるようになる。
はじめに管状杭打設工法の概要を説明する。
本実施形態で用いる管状杭保持装置3は、いわゆる打設補助装置であって、打設する管状杭(橋脚をなす鋼管杭)よりも長尺の掘削装置8を用いて該管状杭が追随するように掘削を行う際に用いられる。
・「地上に固定された構造物」に対して管状杭保持装置を固定するための固定部31と、
・管状杭を保持可能な油圧駆動式の上チャック部33および下チャック部35と、
・上チャック部33を上下動させるための油圧駆動式のジャッキ部37と、
を有している。
次に、掘削装置8と管状杭保持装置3を併用した管状杭打設工法について具体的に説明する。以下説明する工程A~工程Iは、図3A~図3Iに対応している。
図9に示す従来技術と同じ要領で、桟橋完成部分(地上に固定された構造物)から張り出すように、該桟橋完成部分に対して導材13(桟橋パネル)を連結する。これにより、導材13は、「地上に固定された構造物」の一部として機能する。
連結する導材13のガイドフレーム15には、後述する管状杭保持装置を連結するための連結部材12(相フランジ)を予め取り付けておく。
導材13のガイドフレーム15が具備する杭ガイド16に管状杭71を通して、打設する該管状杭71を地盤上に建て込む。なお、図3では、判別し易いように管状杭を破線にて図示している。
管状杭保持装置3をクレーンで吊り込んで、桟橋完成部分から張り出した導材13に対し据え付ける。導材13(桟橋パネル)は、「地上に固定された構造物」の一部である。すなわち、管状杭保持装置3を構築途中の橋の上に固定する。
このとき、上チャック部33と下チャック部35の内側スペースに管状杭71を挿通させる。また、導材13のガイドフレーム15に取り付けておいた連結部材17(相フランジ)に対して、管状杭保持装置3の固定部を固定する。
前述した工程Bと同様の手順で、導材13のガイドフレーム15が具備する他の杭ガイドに管状杭72,73を通して、該管状杭を地盤上に建て込む。
掘削装置8の構成要素である、ダウンザホールハンマアタッチメント9を挿入する。このダウンザホールハンマアタッチメント9は、図4(a)の拡大図に示すように少なくとも、一または複数本のドリルロッド85と、ダウンザホールハンマ87と、拡径/縮径縮可能な掘削ビット89を含んで構成されている。
なお、本実施形態で用いる掘削装置8は、管状杭の杭長に従って掘削軸部材(ドリルロッド)を継ぎ足し・切り離しを行うことで、その全長を変えることができる。すなわち、杭長に従って掘削装置の重量が増す構成となっているので、掘削装置の重量は必ずしも一定ではない。また、回転駆動装置と掘削ビット部分が常に突出している構成が確保できるような構造となっている。図14参照。
建て込んだ管状杭71に対して上杭を継溶接する。また、管状杭71に挿入したダウンザホールハンマアタッチメント9に対し、回転駆動装置80を連結する。これにより、打設する管状杭よりも長尺の掘削装置8を該管状杭に挿入した状態が確保される。ダウンザホールハンマアタッチメント9に対し回転駆動装置80を連結して構成された掘削装置8の拡大図を図4(b)に示す。
管状杭保持装置3により管状杭71を引き上げて掘削ビット89を拡径させる。その具体的手順を図5に示す。
はじめに図5(a)に示すように上チャック部33で管状杭71の外周面を保持する。すなわち、上チャック部33で管状杭71をチャックする。下チャック部35は非チャック状態のままとする。
次に、ジャッキ部37を作動させて、管状杭71の外周面をチャックしている上チャック部33を押し上げる。これにより、管状杭71が、上チャック部33によってチャックされた状態で、ジャッキ部37のストローク分だけ引き上げられる。その結果図5(b)に示すように、管状杭71の下端が地盤から離れて、掘削装置8の掘削ビット89が管状杭71の下端から突き出した状態が確保される。また図5(b)に示すように、管状杭71の下端と、地盤面との間に、所定距離の隙間X(掘削ビット89の拡径動作を許容するサイズの隙間)が形成される。
次に、図5(c)に示すように、掘削装置8下端の掘削ビット89を隙間Xを介して拡径させる。掘削ビット89が拡径した状態では、該掘削ビットは隙間Xを通って管状杭71の外側に張り出している。
上記の手順を経て、打設する管状杭71が掘削装置外周に套嵌された状態が確保される。
なお、チャック部33,35を有する管状杭保持装置3の上記の機能により、従来の方法では掘削装置8と管状杭71は、常に一体的にクレーンにより吊り下げられている状態となっていたのに対して、本実施形態では、管状杭重量は管状杭保持装置3により保持できるようになり、以降の作業においてクレーンは主として掘削装置8のみの重量を支持(保持)できれば良いように、重量を分担して保持できる構造が確保されている。
掘削装置8が具備するダウンザホールハンマ87による岩盤等の削孔と、管状杭保持装置3による管状杭71の押し込みにて、管状杭71を所定深度まで打ち込む。
具体的には、前工程で掘削ビット89を拡径させた後であって、掘削装置8による掘削を開始する前に、管状杭保持装置3の上チャック部33を管状杭71から離す。そして、管状杭71の下端から突出した掘削ビット89の動作を該管状杭が妨げないように、且つ、掘削装置8の掘進および該掘削装置に対する管状杭71の追随を妨げないように、打設途中の管状杭71を管状杭保持装置3の下チャック部35によって保持したり離したりしながら、掘削装置8による掘削を進める。
掘削装置8による掘削を進める間、管状杭保持装置3が据え付けられた導材13は、管状杭71をガイドする部材として機能する。この点は図10に示す従来技術と同様である。
掘削装置外周を套嵌する管状杭71は管状杭保持装置3によって保持されているため、図6(a)のチャック状態で掘削を進めると、やがて図6(b)下に示すように、掘進した掘削装置8の張出部86が、管状杭71の下端のケーシングトップ75にぶつかる。つまり、管状杭保持装置3の下チャック部35によって管状杭71をチャックしたままだと、いずれ、掘削装置8の掘進と該掘削装置に対する管状杭71の追随が、管状杭をチャックする管状杭保持装置3によって妨げられることになる。
そこで、掘削装置8の掘進と該掘削装置に対する管状杭71の追随を管状杭保持装置3が妨げ始めたときに又は妨げる前に、図6(b)に示すように、管状杭71を掴む下チャック部35を該管状杭71から離してチャックを解除する。そして、管状杭71に対するチャックを解除した状態で掘削を進める。その結果、ダウンザホールハンマ87の打撃力等を受けて、管状杭71が追随するように(管状杭71が掘削ビット89を後追いするように)、掘削装置8による掘削が進行する。このときの打設原理は図12及び図13に示す従来技術と同様である。
図6(b)の非チャック状態で掘削を進めると、やがて図6(c)下に示すように、管状杭71の下端が、拡径状態の掘削ビット89の上にぶつかることになる。つまり、管状杭71に対するチャックを解除したままだと、管状杭71の下端部が掘削ビット89の上に乗り上げて、該掘削ビットの動作(回転や打撃など)を妨げてしまう。この点は図14に示すとおり従来技術の課題として前述した。
そこで、管状杭71の下端から突出した掘削ビット89の動作を該管状杭が妨げ始めたときに又は妨げる前に、図6(c)に示すように、管状杭保持装置3の下チャック部35で該管状杭を再びチャックするようにする。
そして図6(c)のチャック状態で掘削を進めると、掘削装置外周を套嵌する管状杭71は管状杭保持装置3によって保持されているため、再び図6(d)に示すように、掘進した掘削装置3の張出部86が、管状杭71の下端のケーシングトップ75にぶつかる。つまり、管状杭保持装置3の下チャック部35によって管状杭71をチャックしたままだと、いずれ、掘削装置8の掘進と該掘削装置に対する管状杭71の追随が、管状杭をチャックする管状杭保持装置3によって妨げられることになる。
以後は、同様の要領により、管状杭71に対するチャックの解除と再チャックを繰り返しながら、掘削を進める。つまり、管状杭71の下端から突出した掘削ビット89の動作を該管状杭71が妨げないように、且つ、掘削装置8の掘進と該掘削装置に対する管状杭71の追随を妨げないように、打設途中の管状杭71を管状杭保持装置3の下チャック部35によって断続的にチャックしながら(下チャック部35によるチャックとその解除を繰り返しながら)、掘削装置8による掘削を進める。
管状杭71を所定深度まで打ち込んだら、該管状杭から掘削装置8を引き抜く。
上述した実施形態では、本発明を桟橋施工における杭打ちに適用する場合を例示したが、本発明の実施形態はこれに限定されない。
8 掘削装置
9 ダウンザホールハンマアタッチメント
12 連結部材(相フランジ)
13 導材(桟橋パネル)
14 メインフレーム
15 ガイドフレーム
16 杭ガイド
17 連結部材
18 連結金具
19 挿通孔
31 固定部(据え付け部)
33 上チャック部(第1のチャック部)
35 下チャック部(第2のチャック部)
37 ジャッキ部
71 管状杭(鋼管杭)
72 管状杭(鋼管杭)
73 管状杭(鋼管杭)
75 ケーシングトップ(張出部/シューリング)
80 回転駆動装置
81 装置本体
82 排土キャップ
85 ドリルロッド(掘削軸部材)
86 張出部(係合部)
87 ダウンザホールハンマ
89 掘削ビット
Claims (4)
- 掘削装置にダウンザホールハンマを用いて掘削と同時に掘削装置外周に套嵌された管状杭を地盤に打設する工法において、
打設する管状杭よりも長尺の掘削装置を用いた管状杭の打設時に、
掘削装置の掘削軸部材は管内に挿入され、掘削軸部材の上部には回転駆動装置、掘削軸部材の下部には拡径式ダウンザホールハンマのビット部分がそれぞれ管外に突出した状態で前記掘削装置をクレーン設備で吊設し、
地上に固定された構造物に設置した管状杭保持装置により管状杭を支持することを特徴とする管状杭打設工法。 - 掘削装置による掘削の途中で、打設途中の管状杭を管状杭保持装置によって断続的に支持する、ことを特徴とする請求項1に記載の管状杭打設工法。
- 掘削装置による掘削の途中で、打設途中の管状杭を管状杭保持装置によって押し引きする、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の管状杭打設工法。
- 請求項1記載の工法で用いる管状杭保持装置において、
地上に固定された構造物に管状杭保持装置を固定するための固定部と、
打設する管状杭を保持可能な第1のチャック部と、
前記第1のチャック部を上下動させるためのジャッキ部と、
前記第1のチャック部および前記ジャッキ部と機能的に分離しており、打設する管状杭を保持可能な第2のチャック部と、
を有する管状杭保持装置。
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