JP7112888B2 - 基礎杭施工時における支持地盤の確認方法及びそのためのオーガー - Google Patents

Description

本発明は、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用いて基礎杭を施工するに当たって、前記オーガーを地中に貫入させた状態で、支持地盤の地耐力を確認する方法及びそのためのオーガーに関する。

土木構造物の基礎杭を施工するにあたっては、種々の工法が存在するが、その中の一つの方法として、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用い、このオーガーを軸芯回りに回転させながら地中に貫入させることにより円柱状に地盤を掘削した後、この掘削孔に地中に杭を挿入して基礎杭を構築することが行われている。

上記基礎杭の施工においては、オーガー掘削時に先端が支持層に到着したかどうかの確認が施工管理上重要となる。支持地盤を確認する方法としては、従来より、支持地盤は他の層と比べてＮ値が高く、掘削抵抗が大きくなることに着目して、オーガー駆動装置の積分電流値を計測することによって支持層への到達を判断することが行われていた。

具体的に下記特許文献１では、地盤を削孔する掘削機のオーガを駆動するオーガ駆動用モータの掘削時における電流値を検出する電流データ検出手段と、前記オーガの上下方向移動距離を検出する深度検出手段と、前記各検出手段からの検出信号をパソコン入力用デジタル信号に変換する信号変換装置と、この信号変換装置からの信号入力に基づき電流データについては積分し深度を縦軸として予め入力されたＮ値データと共に同一画面に表示するＣＲＴを有するパソコンとを具備することを特徴とする杭支持層検出装置が提案されている。

また、下記特許文献２では、支持層の想定深度よりも浅い深度にて、基準値取得深度を設定するための基準値取得深度設定部と、杭孔を掘削中の掘削ドリルのトルクに対応する電流値の積分値を前記掘削ドリルの掘削深度と対応付けられたチャートとしてモニタに表示するように構成されたチャート表示部と、前記基準値取得深度に対応する前記積分値に基づいて基準値を取得する基準値取得部と、前記基準値取得部によって取得された前記基準値、及び、前記基準値取得深度よりも深い深度に対応する前記積分値に基づいて、前記掘削ドリルが支持層に到達したか否かを判定するように構成された判定部と、前記判定部の判定結果を報知するように構成された報知部とを備える支持層到達判定装置が提案されている。

特開平５－２８００３１号公報 特開２０１８－３５６３５号公報

実際のオーガー掘削時に、深度に沿って、積分電流値、電流、Ｎ値との関係を計測したグラフの一例を図１３に示す。

積分電流値とＮ値との相関関係は、絶対的な比例関係にあるとは限らず、同じＮ値であってもその地盤で積分電流値が異なることも少なくない。一方で、積分電流値と地盤Ｎ値とにある程度以上の相関性が見られることも事実であり、オーガー装置の積分電流値を計測することにより支持地盤を確認することが専ら行われている。

しかしながら、オーガー掘削時の積分電流値を計測する方法は、あくまでも間接的な方法であるため、オーガー掘削の施工効率を阻害することなく、支持地盤を直接的に確認する方法が望まれていた。

そこで本発明の主たる課題は、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用いて基礎杭を施工するに当たって、前記オーガーを地中に貫入させた状態のままで、支持地盤の地耐力を直接的に測定することによって支持地盤の確認を行う方法及びそのためのオーガーを提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用い、このオーガーを軸芯周りに回転させながら地中に貫入させ地盤を掘削する際に、オーガー先端の支持地盤の地耐力を確認するための方法であって、
前記オーガーの先端に、オーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板を収納しておき、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記地耐力測定用載荷板を突出させた状態とするとともに、前記地耐力測定用載荷板の突出に伴ってオーガーを上方側に移動させた状態とし、
オーガーの自重を作用させてオーガーの沈下量を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行うことを特徴とする基礎杭施工時における支持地盤の確認方法が提供される。

上記請求項１記載の発明は、第１形態例に係る地耐力測定試験方法を示したものである。具体的には、オーガーの先端にオーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板を収納しておく。そして、オーガーの先端が支持層に達したならば、前記地耐力測定用載荷板を突出させた状態とするとともに、前記地耐力測定用載荷板の突出に伴ってオーガーを上方側に移動させた状態とする。次に、オーガーの自重を作用させてオーガーの沈下量を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行う。従って、オーガーを地中に貫入させた状態のままで、支持地盤の地耐力を直接的に測定することが可能となる。

請求項２に係る本発明として、前記地耐力測定用載荷板の背面側に外面にネジを形成した支持棒を一体的に設け、前記支持棒をオーガー先端面に設けた雌ネジ孔に螺入した状態で収納保持し、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記地耐力測定用載荷板を地盤に当接させた状態で、オーガーを軸芯回りに逆回転させることにより前記前記地耐力測定用載荷板を収納状態からネジ機構による螺進によって突出させる請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法が提供される。

上記請求項２記載の発明は、地耐力測定用載荷板を突出状態とするための第１構造例を示したものである。具体的には、地耐力測定用載荷板の背面側に外面にネジを形成した支持棒を一体的に設け、前記支持棒をオーガー先端面に設けた雌ネジ孔に螺入した状態で収納保持しておく。そして、オーガーの先端が支持層に達したならば、オーガーの逆回転によるネジ機構の螺退進によって前記地耐力測定用載荷板を突出状態とすることができる。

請求項３に係る本発明として、前記オーガーの先端に、油圧ジャッキを内設するとともに、ピストン先端に前記地耐力測定用載荷板を支持し、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記油圧ジャッキのピストンを伸長させることにより前記前記地耐力測定用載荷板を収納状態から突出させる請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法が提供される。

上記請求項３記載の発明は、地耐力測定用載荷板を突出状態とするための第２構造例を示したものである。具体的には、オーガーの先端に、油圧ジャッキを内設するとともに、ピストン先端に地耐力測定用載荷板を支持する。従って、油圧ジャッキの伸長操作によって前記地耐力測定用載荷板を突出状態とすることができる。

請求項４に係る本発明として、軸周りに螺旋状の羽根を備え、先端にオーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板を収納したことを特徴とする請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法のためのオーガーが提供される。

上記請求項４記載の発明は、基礎杭施工時における支持地盤の確認方法のためのオーガーの構造を記載したものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用いて基礎杭を施工するに当たって、前記オーガーを地中に貫入させた状態のままで、支持地盤の地耐力を直接的に測定することによって支持地盤の確認を行うことが可能となる。

第１形態例に係る地耐力測定試験方法に使用するオーガー１の側面図である。 図１のII－II線矢視図である。 図１のIII－III線矢視図である。 地耐力測定試験の手順図（その１）である。 地耐力測定試験の手順図（その２）である。 地耐力測定試験の手順図（その３）である。 地耐力測定用載荷板１５の突出方法の変形例を示す図である。 第２形態例に係る地耐力測定試験方法を示す図である。 第３形態例に係る地耐力測定試験方法に使用するオーガー１の側面図である。 貫入試験用サンプラー４及び打撃用重錘５を示す側面図である。 打撃用重錘５の縦断面図である。 地耐力測定試験の手順図(A)～(D)である。 オーガー掘削時の積分電流値、電流、Ｎ値の測定結果の一例を示すグラフである。

以下、ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用い、このオーガーを軸芯周りに回転させながら地中に貫入させ地盤を掘削する際に、オーガー先端の支持地盤の地耐力を確認するための方法（第１～第３形態例）について、図面を参照しながら詳述する。

〔本発明形態例〕
図１～図７に基づいて、本発明形態例に係る支持地盤の地耐力測定試験方法について詳述する。

本発明形態例に係る試験方法は、オーガー１の先端に、オーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板１５を収納しておき、オーガー１の先端が支持層に達した段階で、前記地耐力測定用載荷板１５を突出させた状態とし、オーガー１の自重を作用させてオーガー１の沈下量を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行うものである。

さらに、具体的に詳述する。

オーガー１は、図１に示されるように、先端のオーガーヘッド２と、螺旋状の羽根が周面に設けられたオーガー軸３とから構成されている。前記オーガーヘッド２は、ヘッド軸１０の外面（軸周り）に左右対の螺旋状の羽根１１Ａ、１１Ｂを固設し、この螺旋状の羽根１１Ａ、１１Ｂの下端縁に複数の掘削ビット１２，１２…を設けた構造のものであり、ヘッド軸１０の回転に伴って前記掘削ビット１２，１２…が土砂を削り取るように掘削するとともに、螺旋状の羽根１１Ａ、１１Ｂによって削り取った土砂を地上側に揚送する。

一方、前記オーガー軸３は、外面(軸周り)に螺旋状の羽根１３、１３…が固設された軸状の軸部材であり、前記オーガーヘッド２の上端に対して螺合によって接続されている。オーガー軸３の内部には、中心部に掘削液供給路１４を有し、掘削時にオーガーヘッド２の先端から吐出されるようになっている。この種のオーガー１は、主にシルト層、粘土層、砂層等の比較的軟らかい地層に対して適用されるものである。

本願発明に係るオーガー１においては、先端にオーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板１５が収納状態で設けられている。

具体的には、地耐力測定用載荷板１５の背面側に外面にネジを形成した支持棒１６が一体的に設けられている。一方、ヘッド軸１０の側には、先端に開口を臨ませて前記支持棒１６が螺入可能な雌ネジ孔１０ａが形成されている。なお、図２に示されるように、前記雌ネジ孔１０ａの十字方向にはそれぞれ凹部流路１０ｂが形成されており、この凹部流路１０ｂが前記掘削液供給路１４に連通し、掘削液をオーガー先端から吐出できるようになっている。

前記地耐力測定用載荷板１５は、図３に示されるように、鋼板１７の下面側に十字状にリブ１８が形成され、かつ４箇所に掘削液吐出孔１５ａが形成された部材とされ、前記支持棒１６を前記オーガー先端面に設けた雌ネジ孔１０ａに螺入させた状態で収納保持されている。

＜地耐力測定試験の手順＞
(1)ステップ１
図４に示されるように、オーガー１を軸芯回りに順回転させながら地盤に貫入させ、円柱状に掘削孔を形成する。

支持層Ｈにオーガー先端が到達した段階で、一旦掘削を止め、地耐力の測定試験を開始する。

(2)ステップ２
図５に示されるように、地耐力測定用載荷板１５を地盤に当接させた状態で、オーガー１を軸芯回りに逆回転させることによりオーガー１を上方側に移動させ、地耐力測定用載荷板１５を突出させた状態とする。前記地耐力測定用載荷板１５の下面には十字状のリブ１８を有し、これが地盤に食い込むことにより共周りすることなく保持されるようになっている。

(3)ステップ３
図６に示されるように、オーガー１の自重（重量は既知）を作用させ、オーガー１の沈下量（Ｌ）を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行う。前記沈下量Ｌの測定は、地上において測定することができる。

なお、前記平板載荷試験とは、ＪＧＳ１５２１（地盤工学会基準）に規定された地盤特性試験の方法であり、対象地盤に設置した円形載荷板に荷重をかけ、載荷板の荷重と沈下量との関係から、地盤反力係数や極限支持力などの地盤の変形特性や支持力特性を求める試験である。本願発明における地耐力試験とは、用いる載荷板や荷重載荷方法などが異なるが、予め本願発明における試験方法と平板載荷試験による試験方法との相関関係を調べておくことにより、本願発明による試験方法の結果を平板載荷試験に換算することが可能である。

＜他の形態例＞
(1)上記形態例では、前記地耐力測定用載荷板１５の背面側に外面にネジを形成した支持棒１６を一体的に設け、前記支持棒１６をオーガー先端面に設けた雌ネジ孔１０ａに螺入した状態で収納保持したが、図７に示されるように、前記オーガー１の先端に油圧ジャッキ１９を内設するとともに、ピストン２０の先端に前記地耐力測定用載荷板１５を支持し、オーガー１の先端が支持層に達した段階で、前記油圧ジャッキ１９のピストン２０を伸長させることにより前記前記地耐力測定用載荷板１５を収納状態から突出させるようにしてもよい。

〔参考第１形態例〕
次に、図８に基づいて、参考第１形態例に係る支持地盤の地耐力測定試験方法について詳述する。

本地耐力測定試験方法は、図７に示したオーガー１を使用して行う試験方法である。

オーガーの先端が支持層に達した段階で、オーガー１を上下方向に移動しないように拘束した状態とする。例えば、地上側において、オーガー１の把持して移動しないように固定する装置を用いて上下移動を拘束するようにする。

オーガー１を上下方向に移動しないように固定したならば、前記油圧ジャッキ１９を伸長して前記地耐力測定用載荷板１５に荷重をかけ、ジャッキ圧力とジャッキ伸長量を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行うようにする。なお、ジャック圧力は油圧を測定することにより計測が可能であり、ジャッキ伸長量は油圧ジャッキに設けたストロークセンサによって計測することが可能である。

〔参考第２形態例〕
次に、図９～図１２に基づいて、参考第２形態例に係る支持地盤の地耐力測定試験方法について詳述する。

参考第２形態例に係る試験方法は、前記オーガー１の螺旋状の羽根３、１１Ａ、１１Ｂに通孔２１を設けて、オーガー１の軸芯方向に沿って連続する、貫入試験用サンプラー４を挿入するための挿通路２２を形成しておき、オーガー１の先端が支持層に達した段階で、前記貫入試験用サンプラー４を前記挿通路２２から挿入するとともに、この貫入試験用サンプラー４に打撃を与えるために打撃用重錘５を挿入し、前記打撃用重錘５を所定の高さ位置まで引上げ自由落下させることによって前記貫入試験用サンプラー４に打撃を与え、前記貫入試験用サンプラー４を所定の深さまで打ち込むのに要する打撃回数Ｎ'を求めることにより、標準貫入試験に準じた地耐力測定試験を行うものである。

なお、前記標準貫入試験とは、JIS A1219に規定された試験であり、原位置における地盤の硬軟や締り具合の指標となるＮ値を求めるとともに、試料を採取するための試験方法である。ここで、Ｎ値は質量63.5±0.5kgのドライブハンマーを76±1cmの高さから自由落下させて、ボーリングロッド頭部に取り付けたノッキングブロックを打撃し、ボーリングロッド先端に取り付けた標準貫入試験用サンプラーを地盤に30cm打ち込むのに要する打撃回数のことである。

さらに、具体的に詳述する。

図９に示されるように、オーガー１において、螺旋状の羽根１３、１１Ａ、１１Ｂに対して通孔２１を設けてオーガー１の軸芯方向に沿って連続する、貫入試験用サンプラー４を挿入するための挿通路２２を形成する。前記挿通路２２（通孔２１）の直径は、１００mm＋α程度とする。

一方、前記貫入試験用サンプラー４及び打撃用重錘５を含む試験装置の詳細を図１０に示す。

前記貫入試験用サンプラー４及び打撃用重錘５は、ガイド用棒材６の下側に該ガイド用棒材６を外嵌するように前記貫入試験用サンプラー４を配設し、前記ガイド用棒材６の上側に該ガイド用棒材６を外嵌するように前記打撃用重錘５を配設し、これらサンプラー４、打撃用重錘５及びガイド用棒材６がそれぞれ独立的に吊持された構造とされ、前記打撃用重錘５を前記ガイド用棒材６に沿って引上げ、前記貫入試験用サンプラー４の上端に自由落下させることにより打撃を与えるようにしたものである。

前記貫入試験用サンプラー４は、下側が開口とされ、上面にガイド用棒材６が貫通する通孔２３ａが形成された上蓋２３を有する円管状の部材である。直径は、概ね５０mmφ程度とされる。前記上蓋２３の上面であって中心から偏心した位置（後述の打撃用重視５の管材２８の配設位置）には吊持用ワイヤ２４が連結されている。

前記打撃用重錘５は、詳細には図１１に示されるように、外管２５と内管２６とから二重管構造を成し、上端部は上蓋２７Ａよって塞がれ、下端は下蓋２７Ｂによって塞がれている。前記外管２５と内管２６との間には比較的小径の管材２８が上下方向に貫通する通孔２９を形成するために配設されている。前記通孔２９は前記貫入試験用サンプラー４の吊持用ワイヤ２４を通すためのものである。

前記外管２５の直径φ１は概ね１００mm程度とされ、前記内管２６の直径φ２は概ね３０～３５mm程度とされる。これら外管２５と内管２６との間の空間には、重量を稼ぐために溶融した鉛３０が充填されている。この打撃用重錘５の長さｌは、オーガー１の螺旋羽根１３に対して常時少なくとも２箇所で係合していることが望ましいため、螺旋羽根１３の上下方向間隔の２倍＋αの長さとするのが望ましい。この打撃用重錘５は吊持用ワイヤ３１によって吊持されている。

前記ガイド用棒材６は、図１０に示されるように、前記貫入試験用サンプラー４の通孔２３ａに挿通し、かつ前記打撃用重錘６の内管２６に挿通した状態で配置される棒状の部材であり、前記打撃用重錘６を引上げ、前記貫入試験用サンプラー４の上端に自由落下させることにより打撃を与えるとともに、貫入試験用サンプラー４を地中に貫入させる際のガイドとして機能するものである。このガイド用棒材６は吊持用ワイヤ３２によって吊持されている。

＜地耐力の測定試験の手順＞
(1)ステップ１
先ず、オーガー１を軸芯回りに順回転させながら地盤に貫入させ、円柱状に掘削孔を形成する。支持層Ｈにオーガー先端が到達した段階で、一旦掘削を止め、地耐力の測定試験を開始する。

(2)ステップ２
オーガー１を上下方向に移動しないように拘束したならば、図１０に示されるように、地上から螺旋状の羽根３、１１Ａ、１１Ｂに形成した挿通路２２に前記貫入試験用サンプラー４を挿入するとともに、この貫入試験用サンプラー４に打撃を与えるために打撃用重錘５を挿入し、図１２(A)に示されるように、前記勧誘試験用サンプラー４及びガイド用棒材６を支持層Ｈに当接させる。

(3)ステップ３
次に、図１２(B)(C)に示されるように、前記打撃用重錘５をガイド用棒材６をガイドとしながら所定の高さ位置まで引上げ自由落下させることによって前記貫入試験用サンプラー４に打撃を与える作業を繰り返す。そして、前記貫入試験用サンプラー４を所定の深さＬまで打ち込むのに要する打撃回数Ｎ'を求める。

仮に、標準貫入試験に試験条件を合わせるとすれば、前記打撃用重錘５の引上げ高さは76±1cmであり、前記貫入試験用サンプラー４の貫入深さは30cmとなるが、標準貫入試験におけるドライブハンマーの質量は63.5±0.5kgであり、本願発明の打撃用重錘５の質量とは相違する可能性が高いため、必ずしも標準貫入試験に合わせる必要はない。予め、本願発明における試験方法と標準貫入試験による試験方法との相関関係を調べておくことにより、本願発明による試験方法の結果（打撃回数Ｎ'）を標準貫入試験のＮ値に換算することが可能である。

なお、貫入試験用サンプラー４の貫入深さＬの測定は、前記打撃用重錘５を貫入試験用サンプラー４に載せた状態で吊持用ワイヤ３１に地上でマーキングしておき、このマーキング位置の移動量を計測することによって可能である。

(4)ステップ４
前記貫入試験用サンプラー４を所定の深さＬまで打ち込んだならば、図１２(D)に示されるように、貫入試験用サンプラ４、打撃用重錘５及びガイド用棒材６を吊持している吊持用ワイヤ２４，３１，３２を地上側に引上げて、貫入試験用サンプラー４、打撃用重錘５及びガイド用棒材６を回収する。前記貫入試験用サンプラー４の内部には土砂（試料）が採取されている。

１…オーガー、２…オーガーヘッド、３…オーガー軸、４…貫入試験用サンプラー、５…打撃用重錘、６…ガイド用棒材、１０…ヘッド軸、１１Ａ・１１Ｂ…螺旋羽根、１２…掘削ビット、１３…螺旋状の羽根、１４…掘削液供給路、１５…地耐力測定用載荷板、１６…支持棒、１７…鋼板、１８…リブ、１９…油圧ジャッキ、２０…ピストン、２１…通孔、２２…挿通路、Ｈ…支持層

Claims (4)

1. ロッド軸周りに螺旋状の羽根を備えたオーガーを用い、このオーガーを軸芯周りに回転させながら地中に貫入させ地盤を掘削する際に、オーガー先端の支持地盤の地耐力を確認するための方法であって、
   前記オーガーの先端に、オーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板を収納しておき、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記地耐力測定用載荷板を突出させた状態とするとともに、前記地耐力測定用載荷板の突出に伴ってオーガーを上方側に移動させた状態とし、
   オーガーの自重を作用させてオーガーの沈下量を測定することにより、平板載荷試験に準じた地耐力測定試験を行うことを特徴とする基礎杭施工時における支持地盤の確認方法。
2. 前記地耐力測定用載荷板の背面側に外面にネジを形成した支持棒を一体的に設け、前記支持棒をオーガー先端面に設けた雌ネジ孔に螺入した状態で収納保持し、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記地耐力測定用載荷板を地盤に当接させた状態で、オーガーを軸芯回りに逆回転させることにより前記前記地耐力測定用載荷板を収納状態からネジ機構による螺進によって突出させる請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法。
3. 前記オーガーの先端に、油圧ジャッキを内設するとともに、ピストン先端に前記地耐力測定用載荷板を支持し、オーガーの先端が支持層に達した段階で、前記油圧ジャッキのピストンを伸長させることにより前記前記地耐力測定用載荷板を収納状態から突出させる請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法。
4. 軸周りに螺旋状の羽根を備え、先端にオーガー軸芯方向に突出可能に地耐力測定用載荷板を収納したことを特徴とする請求項１記載の基礎杭施工時における支持地盤の確認方法のためのオーガー。

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