JP7155911B2 - 回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムに関する。

従来、施工中の鋼管杭の杭先端地盤の支持力の確認方法として、動的貫入試験を用いたものが知られている。このような動的貫入試験は、所定深度に到達した鋼管杭に対して所定重量のハンマを所定高さから落下させることにより、鋼管杭の貫入量及びリバウンド量を測定して杭の先端地盤の極限支持力を杭打ち方式により推定するものである。
そして、このようにして得られた杭先端地盤の極限支持力に地盤条件から推定される周面摩擦力を加え、さらに安全率等を考慮した推定支持力と設計支持力とを比較して、該設計支持力を超える推定支持力が算定された場合に、所定の支持力が期待できる。しかし、上述した動的貫入試験により支持力を確認し施工を行う施工方法では、騒音、振動が発生することに加え、施工にハンマを使わない工法ではハンマの準備が必要になるというデメリットがあった。

また、先端に羽根が付いた杭を用いた回転杭工法では、回転トルク値と杭先端に作用する上載荷重と先端の羽根の仕様から先端支持力を確認する施工方法が、例えば特許文献１に記載されている。これは、貫入時の力のつり合いを用いて貫入抵抗を評価するものである。回転トルク値と圧入力の関係より支持力を確認する施工方法では、先端に羽根が取り付けてある必要があるが、羽根の加工費や取り付け費用が必要となる等の課題がある。そのため、羽根が不要であり加工コストが安く、騒音、振動が比較的小さいことから高い環境性能を有する回転圧入杭を用いた回転圧入工法が用いられることがある。

特開２０００－８０６５０号公報

しかしながら、従来の回転圧入工法では、以下のような問題があった。
すなわち、回転圧入工法は低騒音・低振動かつ省スペースなどの特徴を有しており、杭体自体に圧入力と回転トルクを直接加えて施工することから、鋼管杭特有の理想的な工法である。ところが、回転圧入杭の支持力性能については研究例や試験例が少ないため、構造物の鉛直荷重を支える支持杭として適用するためには、都度、載荷試験を実施して支持力性能を確認する必要があるという問題があった。

さらに、施工時の回転トルクと施工時の圧入力により先端支持力を評価する方法はあるものの、先端の粗度に応じて回転トルクと摩擦力から先端支持力を推定する方法となっている。この方法の場合には、開端杭のように先端に地中の土砂が詰まって閉塞して先端支持力を発揮する条件においては、先端の土砂の詰まり具合や詰まる土砂の構成などが施工の制御や地盤の状態に応じて変化することから事前の地盤調査の結果から先端の粗度を想定することは難しく、先端支持力の推定は困難である。

一方、回転圧入杭の特徴として、支持層への根入れを確保することで、高い支持力が期待でき、安定して支持力が発揮されることが確認されている。
しかしながら、回転圧入工法には明確な打ち止め時における管理方法がないため、根入れ長の管理による方法しかない現状となっている。そして、杭を打設する地点の地盤は事前調査を行った場所と離れる場合があり、調査結果と同じ地盤条件になるとは限らない。一方で、支持層が調査結果よりも浅い深度にある場合などでは、既に十分な支持力が得られているにも関わらず、根入れ長を確保するために、圧入が困難な硬い地盤に時間をかけて必要以上の根入れを確保することになる。
このように、施工時には荷重として施工時圧入力と回転トルク、変位として回転速度と貫入速度があり、制御の対象となるパラメータが多く存在することから、優れた施工管理方法の確立が求められていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたものであって、回転圧入工法において回転圧入杭の先端支持力を管理することで、支持層の不陸にも対応可能となり、施工品質を向上させることができる回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の概要は下記の通りである。

（１）本発明の第一の態様は、杭先端が解放された鋼管杭からなる回転圧入杭を地盤に回転圧入する施工時に、前記回転圧入杭の先端支持力を推定する回転圧入杭の先端支持力推定方法であって、前記施工時に測定された、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを入力する工程と、前記施工時に測定した前記圧入力Ｑｉｎ、前記回転トルクＴを使用し、前記回転圧入杭における圧入力Ｑｉｎ、先端支持力Ｒｕ、及び回転トルクＴの相関関係から定式化した（１）式で表される先端支持力推定式に基づいて、前記回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定する工程と、を有し、前記施工を行う前に、複数の回転圧入杭を複数個所の地盤に貫入させ、貫入毎の前記回転圧入杭の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを求め、前記圧入力Ｑｉｎ及び前記回転トルクＴと、先端支持力Ｒｕとの試験結果に基づく相関関係から前記（１）式で表される前記先端支持力推定式を予め得ることを特徴としている。

本発明では、回転圧入杭を回転圧入する際に、圧入力Ｑｉｎ、及び回転トルクＴの測定情報を連続的又は間欠的に計測し、計測された測定情報から先端支持力推定式（上述の（１）式）に基づいて先端支持力Ｒｕを算出することができる。すなわち本発明では、施工時の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ、及び先端支持力Ｒｕの間に高い相関関係があることに基づいて定式化した先端支持力推定式を用いることで、容易にかつ精度よく回転圧入によって施工される回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定できるので、推定される先端支持力Ｒｕに応じて回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定することができる。このような先端支持力Ｒｕを推定することによる施工管理方法を採用することで、十分な先端支持力Ｒｕが発揮できる状態で回転圧入杭を打ち止めすることができる。
したがって、支持層までの深度によって打ち止めを管理する場合のように、支持層に対する根入れ長の過不足を防止でき、支持層の不陸にも対応することが可能となる。
そして、このような先端支持力推定方法とすることで、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ、及び先端支持力Ｒｕの相関関係が予め得られることから、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを管理することで十分な先端支持力Ｒｕが発揮できる状態で回転圧入杭を打ち止めすることができる。

（２）上記（１）の先端支持力推定方法では、前記回転圧入杭の周面摩擦による影響である修正回転トルクＴｓの計測値および修正圧入力Ｑｉｎ’と、（３）式で求められる補正係数β１と、（４）式で求められる補正係数β２とにより、前記先端支持力推定式を補正した（５）式で示す修正先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕが推定されてもよい。

このような構成とすることにより、地盤に貫入される回転圧入杭の周面摩擦による影響である修正回転トルクＴｓに基づく先端支持力推定式を使用することで、より精緻な先端支持力を推定することができる。

（３）本発明の第二の態様は、上記（１）又は（２）に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法を使用して前記回転圧入杭の先端支持力を管理する先端支持力管理システムであって、前記先端支持力推定式が格納された記憶部と、前記記憶部に格納されている前記先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕを算出する演算処理部と、を有することを特徴としている。

（４）上記（３）に記載の先端支持力管理システムでは、前記演算処理部において、算出した前記先端支持力Ｒｕに応じて前記回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定してもよい。

（５）上記（３）に記載の先端支持力管理システムでは、前記記憶部には、施工する回転圧入杭に必要な設計先端支持力Ｒａが格納され、前記演算処理部では、算出された前記先端支持力Ｒｕが前記設計先端支持力Ｒａ以上であるか否かを判定してもよい。

この場合には、定式化した先端支持力推定式によって算出された先端支持力Ｒｕが、設計先端支持力Ｒａ以上か否かを判定し、施工する回転圧入杭に必要な設計先端支持力Ｒａ以上である場合に回転圧入杭の貫入を停止し、設計先端支持力Ｒａよりも小さい場合に回転圧入杭の貫入を継続するように施工管理することができる。

（６）上記（３）～（５）のいずれか１項に記載の先端支持力管理システムは、前記演算処理部で処理した結果を表示する表示部を有してもよい。

この場合には、表示部で表示される推定した先端支持力Ｒｕや、この先端支持力Ｒｕに関する処理結果を確認することで、容易に、かつ効率よく回転圧入杭の施工管理をすることができる。

（７）本発明の第三の態様は、上記（１）又は（２）に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法を使用して前記回転圧入杭の施工を管理する施工管理方法であって、推定された前記先端支持力Ｒｕに応じて前記回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定する工程、を有することを特徴としている。

（８）上記（７）に記載の施工管理方法では、前記先端支持力推定式で算出された前記先端支持力Ｒｕが、施工する前記回転圧入杭に必要な設計先端支持力Ｒａ以上である場合に前記回転圧入杭の貫入を停止し、前記設計先端支持力Ｒａより小さい場合に前記回転圧入杭の貫入を継続してもよい。

（９）上記（７）又は（８）に記載の施工管理方法は、前記先端支持力Ｒｕを算出する工程では、前記回転圧入杭の周面摩擦による影響である修正圧入力Ｑｉｎ’又は修正回転トルクＴｓの計測値を用いて、（６）式で求められる補正係数β１と（６’）式で求められる補正係数β２とにより補正した（７）式で示す修正先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕを算出してもよい。

（１０）本発明の第四の態様は、上記（１）又は（２）に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

（１１）本発明の第五の態様は、上記（７）～（９）のいずれか一項に記載の施工管理方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明の回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムによれば、回転圧入工法における回転圧入杭の先端支持力を的確に推定することで、支持層の不陸にも対応可能となり、施工品質を向上させることができる。

本発明の実施の形態による回転圧入杭を地盤に圧入する際の状態を示す概略図である。 先端支持力推定方法に使用する三点式杭打ち機による杭回転圧入機の構成を示す側面図である。 先端支持力推定方法に使用する全周旋回式圧入機による杭回転圧入機の構成を示す側面図である。 載荷試験の結果を示したグラフであって、先端支持力、施工時の圧入力、及び回転トルクの関係をプロットした図である。 図４に基づいて先端支持力推定式を定式化するための載荷試験の結果を示したグラフを示す図である。 先端支持力管理システムの構成を示すブロック図である。 先端支持力推定方法を使用した回転圧入杭の施工管理方法によるステップを示すフローチャートである。 他の先端支持力推定方法を使用した回転圧入杭の施工管理方法によるステップを示すフローチャートである。 実施例を説明する図であって、支持層への根入れ比と圧入力との関係を示すグラフである。 実施例を説明する図であって、支持層への根入れ比と回転トルクとの関係を示すグラフである。 実施例を説明する図であって、支持層への根入れ比と先端支持力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態による回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムについて、図面に基づいて説明する。

図１は、先端部１ａが解放された鋼管杭からなる回転圧入杭１を地盤に圧入する際の状態を示す概略図である。図１に示すように、回転圧入杭１は、軸周り方向に回転トルクＴ（ｋＮ・ｍ）を付与しつつ、軸方向に圧入力Ｑｉｎ（ｋＮ）を付与することにより、地盤に圧入される。
圧入力Ｑｉｎは、施工中に施工機械で地上部に出ている杭部分を把持して杭頭部から杭先端部に向けて付与する荷重である。

先端支持力Ｒｕとは、杭の先端近傍で発揮される支持力である。先端部１ａが解放された鋼管杭（開端杭）においては、管内に取り込んだ土砂が閉塞して先端支持力Ｒｕを発揮する。従って、先端支持力Ｒｕは、回転圧入杭１の先端部１ａだけでなく、回転圧入杭１の先端部１ａから杭外径Ｄの１倍～３倍程度上方までの範囲Ａで発揮される、杭軸の杭頭１ｂから杭先端方向に向けた抵抗である。

回転圧入杭１は、図２及び図３に示すような杭回転圧入機２により回転トルクＴと圧入力Ｑｉｎとを付与することで地盤に回転圧入される。

なお、回転圧入杭１は、先端部１ａに掘削用の掘削ビットが設けられたビット付鋼管杭であってもよく、先端部１ａに掘削用の掘削ビットが設けられていないビット無鋼管杭であってもよい。
掘削ビットは、支持力を得るために取り付けられる羽根とは異なり、施工性を向上するための構造である。本実施の形態において、掘削ビットが設けられている場合、掘削ビットの鋼管杭外面からの外側突出長は、２０ｍｍ以下である。一方、鋼管杭の先端には、軸方向長さ３００ｍｍ程度のフリクションカッターが設けられてもよい。フリクションカッターは二重管構造を有し、鋼管杭の外面から２０ｍｍ以下で突出している。掘削ビットが、このフリクションカッター上に設けられた場合、フリクションカッター外面から２０ｍｍ以下で突出し得るため、鋼管外面からは２０ｍｍ＋２０ｍｍ＝４０ｍｍ以下で突出することとなる。なお、掘削ビットの内側突出長も、２０ｍｍ以下であることが好ましい。

図２に示すように、杭回転圧入機２の一例として、リーダー２４Ａを備えた自走式の圧入機本体２４と、リーダー２４Ａに設けられる把持部２４Ｂを回転させるための駆動モーター２５と、を有する三点式杭打ち機２Ａを用いることができる。

また、図３に示すように、杭回転圧入機２の他の例として、把持部２６Ａ及びスラストジャッキ２６Ｂを備えた据え置き式の圧入機本体２６と、把持部２６Ａを回転させるための駆動モーター２７と、を有する全周旋回式圧入機２Ｂ（２）を使用しても良い。
なお、杭打設深度（杭先端位置）はリーダーに設けられるストロークセンサーやエンコーダー等の一般的な計測装置により計測するよう構成されている。

本発明者らは、このようにして施工される回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを的確に推定する方法について鋭意検討した。
その結果、回転圧入杭を地盤に回転圧入する施工時に、圧入力Ｑｉｎと、回転トルクＴとを測定し、回転圧入杭における圧入力Ｑｉｎと、先端支持力Ｒｕと、回転トルクＴとの相関関係から定式化した下記（８）式で表される先端支持力推定式に基づいて、回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定することが有効であることを見出した。

本発明は上述の新たな知見に基づきなされたものである。以下、本発明を各実施形態に基づき図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態による回転圧入杭の先端支持力推定方法について説明する。
本実施形態による先端支持力推定方法は、回転圧入杭を地盤に回転圧入する施工時の回転トルクＴに基づいて回転圧入杭の先端支持力を推定するものであり、入力工程と推定工程とを有する。

先ず、入力工程として、回転圧入杭１を地盤に回転圧入する施工時に、圧入力Ｑｉｎと、回転トルクＴとを測定してコンピュータに入力する。

次に、推定工程として、入力工程で得られた圧入力Ｑｉｎと、回転トルクＴとを使用し、回転圧入杭における圧入力Ｑｉｎと、先端支持力Ｒｕと、回転トルクＴとの相関関係から定式化した上記（８）式で表される先端支持力推定式に基づいて、回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定する。

上記（８）式で表される先端支持力推定式は、後述するような施工試験及び載荷試験によって定式化された式である。圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴは、杭回転圧入機２に設けられた計測部によって連続的に計測される。

本実施形態に係る先端支持力推定方法によれば、回転圧入杭を回転圧入する施工時に、圧入力Ｑｉｎ、及び、回転トルクＴの測定情報を連続的又は間欠的に計測し、計測された測定情報から上述の（８）式で表される先端支持力推定式に基づいて先端支持力Ｒｕを算出することができる。
すなわち、施工時の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ、及び先端支持力Ｒｕの間に高い相関関係があることに基づいて定式化した先端支持力推定式を用いることで、容易にかつ精度よく回転圧入によって施工される回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定できる。従って、推定される先端支持力Ｒｕに応じて回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定することができる。
また、後述するように、このような先端支持力Ｒｕを推定することによる施工管理方法を採用することで、十分な先端支持力Ｒｕを発揮できる状態で回転圧入杭を打ち止めすることができる。
したがって、支持層までの深度によって打ち止めを管理する場合のように、支持層に対する根入れ長の過不足を防止でき、支持層の不陸にも対応することが可能となる。

ここで、上述の（８）式で表される先端支持力推定式を定式化するための施工試験及び載荷試験について説明する。

施工試験では、図１に示すように、実際の地盤や人工的に作成した地盤に回転圧入杭１を回転圧入し、回転圧入施工を停止する予め設定された打ち止め時の深度（打ち止め深度Ｚ０）よりも杭外径Ｄの２倍程度上方の位置までの区間において、回転速度θを一定値に保持したまま貫入させる。
圧入力Ｑｉｎは、地盤の抵抗の変化により多少の上下があるものの、概ね一定値になるように制御される。ここで、打ち止め深度Ｚ０は、施工試験で用いる杭外径Ｄと地盤条件に基づいて設計される先端支持力が得られる深度である。
回転トルクＴは、打ち止め深度Ｚ０から上方に杭外径Ｄの０．１倍程度の長さ区間を打ち止め直前区間Ｋとして、この区間Ｋに回転圧入杭１の先端部１ａが到達したときに測定される平均値を採用する。

載荷試験では、試験用の回転圧入杭を所定の深度で打ち止めした後、鉛直方向から荷重により載荷を行う。そして、深度方向に複数断面の杭の応力分布を計測して周面摩擦力と先端支持力Ｒｕを分離して測定する。なお、載荷試験は、例えば、地盤工学会から発刊されている「杭の鉛直載荷試験方法・同解説2002」に示される、「杭の押込み試験」、「杭の急速載荷試験」、「杭の衝撃載荷試験」に従って実施すればよい。

表１は、具体例としての試験１～２５について、掘削ビットの有無、杭外径（ｍｍ）、支持層地盤の種類（砂層／礫層）、圧入力Ｑｉｎ（ｋＮ）、回転トルクＴ（ｋＮ・ｍ）、Ｔ／（Ｑｉｎ×０．５Ｄ）（－）、先端支持力Ｒｕ（ｋＮ）、及びＱｉｎ／Ｒｕ（－）を示している。
試験１～１４では、掘削ビットを有しないビット無鋼管杭を用いた。
試験１５～２５では、先端部において周方向に均等に四つの掘削ビットが設けられたビット付鋼管杭を用いた。

試験１～２５について、Ｘ軸をＴ／（Ｑｉｎ×０．５Ｄ）とし、Ｙ軸をＱｉｎ／Ｒｕとしてプロットしたグラフを図４に示す。このグラフは、施工試験後に載荷試験を実施した回転圧入杭のＱｉｎ／Ｒｕと、Ｔ／（Ｑｉｎ×０．５Ｄ）との関係を示したものである。

図４から、各試験の試験結果のプロットについて最小二乗法による近似線を算出すると、図５に示すように下記（１０）式が得られる。

そして、この（１０）式に基づいて、上記（８）式に対応する先端支持力推定式である（１１）式が導かれる。
実構造物の設計では、先端支持力Ｒｕの設計式に対して十分な安全率が考慮されているため、打ち止め管理式においてもばらつきは許容される。従って、全データの近似式から求めた（１１）式を用いることは妥当である。

このような相関性があることを確認したことにより、施工時に杭回転圧入機２から刻々と測定される圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴのデータから先端支持力推定式である（１１）式を使用して先端支持力Ｒｕを推定することができる。

なお、許容される安全率が低い構造物について打ち止め管理を行う場合には、図５に示すように、（１０）式の近似線に平行で、かつＱｉｎ／Ｒｕの点の最大値を含む上限を示す近似線である（１２）式を算出し、これに基づいて得られる（１３）式を先端支持力推定式として用いてもよい。

この場合、載荷試験による試験結果は、図５において（１２）式で示される直線よりも下方の領域に包含されているため、より信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態に係る先端支持力推定方法においても、第一実施形態で説明した通り、推定の精度を高めるために、実際に施工する圧入鋼管杭の掘削ビットの有無に合わせた試験結果のみを用いて導き出した推定式を用いてもよい。

なお、上記の例では、プロットの最小二乗法による近似線である（１０）式から平行移動した近似線である（１２）式を導き出して先端支持力推定式である（１３）式を求めた。しかし、近似線はプロットを最小二乗法以外の近似法を用いて得てもよい。
また、上記（１３）式で示す近似線は、最小二乗法による近似線の傾きを厳密に一定とした平行移動により得られたものでなくてもよく、また、厳密な直線でなくてもよい。

また、上述した先端支持力推定式である（９）式において、杭長が長い場合や、支持層より上部に厚い粘土層が存在する場合などにはより精緻な先端支持力Ｒｕの推定を行うために、支持層より上部での杭周面の影響を除く補正を行うようにしてもよい。
その際には、回転圧入杭１を支持層の上部で一旦引き上げ、杭先端に空隙を生じさせて先端の抵抗が発生しない条件で再度貫入させたときの杭周面の影響（周面摩擦力が起因となる押し込み方向の抵抗力）である修正回転トルクＴｓおよび修正圧入力Ｑｉｎ’を計測する。

具体的には、施工時の回転トルクＴから杭周面の影響である修正回転トルクＴｓを除去することにより求まる（１４）式で表される補正係数β１を求める。
さらに、施工時の圧入力Ｑｉｎから修正圧入力Ｑｉｎ’を除去することにより求まる（１５）式で表される補正係数β２を求める。
そして、補正係数β１、β２を用いた（１６）式の修正先端支持力推定式によって、より精緻な先端支持力Ｒｕを推定できる。又は、補正係数α（＝（Ｑｉｎ－Ｑｉｎ’）／Ｑｉｎ）を用いた（１６）式の修正先端支持力推定式によって、より精緻な先端支持力Ｒｕを推定してもよい。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態は、上述の先端支持力推定方法を使用して回転圧入杭の先端支持力を管理する先端支持力管理システム（以下、本実施形態に係る先端支持力管理システムと呼称する場合がある）であり、測定部と、記憶部と、演算処理部とを有する。

図６に示すように、本実施形態に係る先端支持力管理システム１０は、上述したように回転圧入杭１を把持した把持部を昇降させることにより回転圧入杭１を地盤に圧入する杭回転圧入機２を利用したものである（図２、図３参照）。このシステム１０は、杭回転圧入機２で取得した計測値（圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ）をコンピュータ３に入力し、コンピュータ３内の演算処理部３１により先端支持力Ｒｕを算出し推定する。この杭回転圧入機２で測定した計測値は、演算処理部３１を有するコンピュータ３に無線又は有線により通信可能に接続されている。

コンピュータ３は、前記演算処理部３１と、記憶部３２とを有する。又、コンピュータ３は、演算処理部３１で算出された先端支持力Ｒｕの推定値を表示する表示部４を備えていてもよい。
記憶部３２には、先端支持力推定式と、所定の設計先端支持力Ｒａとが組み込まれている。各計測部２１、２２で計測された計測値は、回転圧入杭１の貫入工程において連続的又は間欠的に計測される時系列データであり、記憶部３２にこれら時系列データが格納されている。
なお、先端支持力推定式については、第一実施形態で説明したように、施工を行う前に、複数の回転圧入杭を複数個所の地盤に貫入させることで得られた圧入力Ｑｉｎと、先端支持力Ｒｕと、回転トルクＴとの相関関係から予め求められた先端支持力推定式を用いればよい。

演算処理部３１では、記憶部３２で記憶されている先端支持力推定式を使用し、杭回転圧入機２の各計測部２１、２２から入力された計測値（記憶部のデータ）に基づいて、先端支持力Ｒｕを算出する演算処理が実行される。さらに演算処理部３１では、算出された先端支持力Ｒｕと設計先端支持力Ｒａとが比較される処理が行われる。その処理結果（推定した先端支持力Ｒｕと設計先端支持力Ｒａとの判定結果）は表示部４によって視認可能に出力されることが好ましい。なお、設計先端支持力Ｒａとは、施工する回転圧入杭に必要な先端支持力の設定値であり、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴの計測結果の精度などを考慮して、必要とされる安全率に応じてマージンが設定されてもよい。

このように、先端支持力管理システム１０によって推定された先端支持力Ｒｕに基づいて回転圧入杭１の貫入を打ち止めするものである。つまり、本実施の形態では、先端支持力管理システム１０を用いて杭回転圧入機２によって回転圧入杭１を圧入する回転圧入杭１の施工管理を行うことができる。
なお、先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａ以上になったことを確認してから、より安全性を高めるために多少のマージンを確保すべく更に貫入してもよい。

杭回転圧入機２は、回転圧入杭１に回転力と圧入力とを付与しながら地盤に圧入し、図６に示すように、圧入力Ｑｉｎ、及び回転トルクＴがそれぞれ圧入力計測部２１、及び、回転トルク計測部２２によって計測される。

圧入力Ｑｉｎ、及び回転トルクＴそれぞれを計測する圧入力計測部２１、及び、回転トルク計測部２２としては、杭回転圧入機２のリーダーに設けられる駆動モーターの油圧を検出する油圧センサーを利用し、回転圧入杭１を地盤Ｇに圧入する圧入力値、及び回転トルク値として計測する構成が採用されている。例えば連続的、或いは回転圧入杭１が円周方向に１／４回転や１／８回転程度、回転する毎に計測及び記録される。

（第三実施形態）
本発明の第三実施形態は、上述の先端支持力推定方法を使用して回転圧入杭の施工を管理する施工管理方法（以下、本実施形態に係る施工管理方法と呼称する場合がある）であり、計測工程と、算出工程と、判定工程とを有する。

以下、本実施形態に係る施工管理方法について、図７のフローチャートを使用して詳しく説明する。

先ず、ステップＳ１において、図２及び図３に示す杭回転圧入機２（２Ａ、２Ｂ）を使用して回転圧入杭１に回転力と圧入力を与えながら地盤に対して回転圧入を開始する。
そして、ステップＳ２において、回転圧入中の杭回転圧入機２の図６に示す圧入力計測部２１、及び、回転トルク計測部２２で、それぞれ圧入力Ｑｉｎと、回転トルクＴが計測される。計測は、連続的又は所定時間ピッチで行われる。これら計測されたデータ（圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ）は、図６に示すコンピュータ３の演算処理部３１に入力される。以降、演算処理部３１は、ステップＳ３、Ｓ４の処理を実行する。

ステップＳ３において、予め記憶部３２に格納されている先端支持力推定式（上記（８）式）を用い、測定されたデータに基づいて先端支持力Ｒｕが算定される。ステップＳ４において、演算処理部３１は、算定された先端支持力Ｒｕが、記憶部３２に予め格納されている設計先端支持力Ｒａの値以上であるか否かを判断する。算定した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａ以上である場合（Ｒｕ≧Ｒａ、ステップＳ４：ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む。一方、算定した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａよりも小さい場合（Ｒｕ＜Ｒａ、ステップＳ４：ＮＯ）には、ステップＳ２に戻り引き続き回転圧入の施工とともに各データ（圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ）が測定され、回転圧入杭１の回転圧入による貫入が継続される。

なお、ステップＳ４において、地盤中に支持層には適さない、硬質な薄層や、硬度の高い障害物がある場合等には、一時的にＲｕ≧Ｒａとなることがある。このような場合には圧入の施工を止めることは適切ではない。一般的に、鉛直支持力性能を評価する際の載荷試験において、杭を沈下させる量は杭径の１０％程度であるため、杭径の１０％以上の長さを貫入させている区間で安定してＲｕ≦Ｒａの関係が得られていることを確認できた場合にステップＳ５に進んでもよい。
演算処理部３１で算定された先端支持力Ｒｕの数値や、ステップＳ４の結果（先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａの対比結果）等は、表示部４を介して視認可能に出力されることが好ましい。

そして、ステップＳ４において、算出した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａ以上であることを確認することで、十分な先端支持力Ｒｕが確保され、回転圧入杭１が定着されたことになるため、ステップＳ５において回転圧入杭１の回転圧入による貫入を停止して打ち止めとし、施工が終了となる。
ここで、回転圧入杭１の打ち止めとは、回転圧入による貫入を停止することであり、回転を停止した後に、施工時の圧入力の付与を停止する場合と、施工時の圧入力の付与を停止した後に回転を停止する場合がある。

次に、杭周面の影響を除いた修正先端支持力推定式を用いた回転圧入杭１の施工管理方法について、図８のフローチャートを使用して説明する。
この場合には、上述したステップＳ１の後、ステップＳ６において、回転圧入杭１を支持層の上部で一旦引き上げ、ステップＳ７で、周面摩擦による影響に関連する修正圧入力Ｑｉｎ’、又は、修正回転トルクＴｓを計測する。

そして、ステップＳ８において、支持層に貫入させた際の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを計測する。そして、ステップＳ９において、演算処理部３１は、計測された貫入速度と修正圧入力Ｑｉｎ’、又は、計測された回転トルクＴ、圧入力Ｑｉｎ、修正回転トルクＴｓ及び修正圧入力Ｑｉｎ’を用いて、予め記憶部３２に格納されている関係式から補正係数（上述したα、β１、β２）を求める。さらに、演算処理部３１は、修正先端支持力推定式（上記（１６）式）を用い、測定されたデータに基づいて先端支持力Ｒｕを算定する。

その後、ステップＳ１０において、演算処理部３１は、算定された先端支持力Ｒｕが、記憶部３２に予め格納されている設計先端支持力Ｒａの値よりも大きいか否かを判断する。算定した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａ以上である場合（Ｒｕ≧Ｒａ、ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む。一方、算定した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａよりも小さい場合（Ｒｕ＜Ｒａ、ステップＳ１０：ＮＯ）には、ステップＳ８に戻り引き続き回転圧入の施工とともに各データ（圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ）が測定され、回転圧入杭１の回転圧入による貫入が継続される。

そして、ステップＳ１０において、算出した先端支持力Ｒｕが設計先端支持力Ｒａ以上であることを確認することで、十分な先端支持力が確保され、回転圧入杭１が定着されたことになるため、ステップＳ５において回転圧入杭１の回転圧入による貫入を停止して打ち止めとし、施工が終了となる。

このように、本実施形態に係る施工管理方法によれば、コンピュータ３の演算処理部３１において定式化した先端支持力推定式によって算出された先端支持力Ｒｕが、設計先端支持力Ｒａ以上であるか否かを判定し、施工する回転圧入杭１に必要な設計先端支持力Ｒａ以上である場合に回転圧入杭１の貫入を停止し、設計先端支持力Ｒａよりも小さい場合に回転圧入杭１の貫入を継続するように施工管理することができる。

以上説明した回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムによれば、回転圧入杭１を回転圧入する際に、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴの測定情報を連続的又は間欠的に計測し、計測された測定情報から先端支持力推定式に基づいて先端支持力Ｒｕを算出することができる。
すなわち、施工時の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴ、及び先端支持力Ｒｕの間に高い相関関係があることに基づいて定式化した先端支持力推定式を用いることで、容易にかつ精度よく回転圧入によって施工される回転圧入杭１の先端支持力Ｒｕを推定できるので、推定される先端支持力Ｒｕに応じて回転圧入杭１の貫入を継続するか否かを判定することができる。このような先端支持力Ｒｕを推定することによる施工管理方法を採用することで、十分な先端支持力Ｒｕが発揮できる状態で回転圧入杭１を打ち止めすることができる。
したがって、支持層までの深度によって打ち止めを管理する場合のように、支持層に対する根入れ長の過不足を防止でき、支持層の不陸にも対応することが可能となり、施工品質を向上させることができる。

なお、上述した回転圧入杭の先端支持力推定方法又は施工管理方法は、ＣＰＵやメモリ、インターフェースからなるコンピュータがコンピュータプログラムを実行することによって実現され、上述したステップＳ３～Ｓ４、又はＳ９～Ｓ１０は、上記コンピュータの各種ハードウェア資源と上記コンピュータプログラムとが協働することによって実現される。
また、上記したコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な一時的ではない有形の記録媒体に格納されて提供されても良い。

次に、上述した回転圧入杭の先端支持力推定方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

（実施例）
試験実施例として、外径８００ｍｍの鋼管を支持層より上の中間層が１０ｍである条件で施工し、載荷試験を行った。
図９～図１１に、その結果をグラフとして示す。これらのグラフでは、それぞれ縦軸を支持層への根入れ比（支持層への貫入量Ｌ（ｍｍ）を杭外径Ｄ（ｍｍ）で除したもの）としている。
図９は根入れ比Ｌ／Ｄと圧入力Ｑｉｎ（ｋＮ）との関係を示したグラフである。
図１０は根入れ比Ｌ／Ｄと回転トルクＴ（ｋＮ・ｍ）との関係を示したグラフである。
図１１は根入れ比Ｌ／Ｄと先端支持力Ｒｕ（ｋＮ）と、第二実施形態で説明した（１１）式と同様に導き出した先端支持力推定式Ｅ３、及び（１３）式と同様に導き出した先端支持力推定式Ｅ４に基づいて推定した、回転圧入杭１の先端支持力Ｒｕの推定値の関係を示したグラフである。

これにより、実際に載荷試験から得られた先端支持力Ｒｕが、先端支持力推定式Ｅ３から推定された先端支持力に良く一致していることが確認できる。
さらに、先端支持力推定式Ｅ４を用いた場合には、十分に安全側に先端支持力を推定できることが確認できる。
したがって、本発明による先端支持力Ｒｕの推定値が有効であることを確認できた。

以上、本発明による回転圧入杭の先端支持力推定方法、先端支持力管理システム、施工管理方法、及びプログラムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、支持層より上部の中間層において、例えばスクリューオーガー、ハンマグラブ等を使用して回転圧入杭の鋼管内の土砂を排土する方法や、鋼管内に配管をして水を吐出させて鋼管内の土砂を緩める方法や、バイブロハンマー等を用いて振動を与える方法等の補助工法を用いても良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

本発明によれば、回転圧入工法における回転圧入杭の先端支持力を的確に推定することで、支持層の不陸にも対応可能となり、施工品質を向上させることができる。

１ 回転圧入杭
１ａ 先端部
２ 杭回転圧入機
３ コンピュータ
４ 表示部
１０ 先端支持力管理システム
２１ 圧入力計測部
２２ 回転トルク計測部
３１ 演算処理部
３２ 記憶部

Claims (11)

1. 杭先端が解放された鋼管杭からなる回転圧入杭を地盤に回転圧入する施工時に、前記回転圧入杭の先端支持力を推定する回転圧入杭の先端支持力推定方法であって、
   前記施工時に測定された、圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを入力する工程と、
   前記施工時に測定した前記圧入力Ｑｉｎ、前記回転トルクＴを使用し、前記回転圧入杭における圧入力Ｑｉｎ、先端支持力Ｒｕ、及び回転トルクＴの相関関係から定式化した（１）式で表される先端支持力推定式に基づいて、前記回転圧入杭の先端支持力Ｒｕを推定する工程と、
   を有し、
   前記施工を行う前に、複数の回転圧入杭を複数個所の地盤に貫入させ、貫入毎の前記回転圧入杭の圧入力Ｑｉｎ、回転トルクＴを求め、前記圧入力Ｑｉｎ及び前記回転トルクＴと、先端支持力Ｒｕとの試験結果に基づく相関関係から前記（１）式で表される前記先端支持力推定式を予め得ることを特徴とする回転圧入杭の先端支持力推定方法。
   

   

   
2. 前記回転圧入杭の周面摩擦による影響である修正回転トルクＴｓの計測値および修正圧入力Ｑｉｎ’と、（３）式で求められる補正係数β１と、（４）式で求められる補正係数β２とにより、前記先端支持力推定式を補正した（５）式で示す修正先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕが推定されることを特徴とする請求項１に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法。
   

   

   

   
3. 請求項１又は２に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法を使用して前記回転圧入杭の先端支持力を管理する先端支持力管理システムであって、
   前記先端支持力推定式が格納された記憶部と、
   前記記憶部に格納されている前記先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕを算出する演算処理部と、
   を有することを特徴とする先端支持力管理システム。
4. 前記演算処理部において、算出した前記先端支持力Ｒｕに応じて前記回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の先端支持力管理システム。
5. 前記記憶部には、施工する回転圧入杭に必要な設計先端支持力Ｒａが格納され、
   前記演算処理部では、算出された前記先端支持力Ｒｕが前記設計先端支持力Ｒａ以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の先端支持力管理システム。
6. 前記演算処理部で処理した結果を表示する表示部を有することを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載の先端支持力管理システム。
7. 請求項１又は２に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法を使用して前記回転圧入杭の施工を管理する施工管理方法であって、
   推定された前記先端支持力Ｒｕに応じて前記回転圧入杭の貫入を継続するか否かを判定する工程、
   を有することを特徴とする施工管理方法。
8. 前記先端支持力推定式で算出された前記先端支持力Ｒｕが、施工する前記回転圧入杭に必要な設計先端支持力Ｒａ以上である場合に前記回転圧入杭の貫入を停止し、前記設計先端支持力Ｒａより小さい場合に前記回転圧入杭の貫入を継続することを特徴とする請求項７に記載の施工管理方法。
9. 前記先端支持力Ｒｕを算出する工程では、前記回転圧入杭の周面摩擦による影響である修正圧入力Ｑｉｎ’又は修正回転トルクＴｓの計測値を用いて、（６）式で求められる補正係数β１と（７）式で求められる補正係数β２とにより補正した（８）式で示す修正先端支持力推定式に基づいて前記先端支持力Ｒｕを算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の施工管理方法。
   

   

   

   
10. 請求項１又は２に記載の回転圧入杭の先端支持力推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
11. 請求項７～９のいずれか一項に記載の施工管理方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

Images