JP7168328B2 - 斜面補強工および斜面補強工の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、斜面補強工および斜面補強工の施工方法に関する。

斜面補強杭は、自然斜面、または切土もしくは盛土によって形成された斜面のせん断抵抗を増加させ、地盤を安定化させるために施工される。このような斜面補強杭に関する技術として、例えば特許文献１には、鋼管製のアンカー体の先端寄りの外周に螺旋状羽根を固定するとともに、アンカー体の頭部に支圧板を取り付ける技術が記載されている。特許文献２にも、同様の技術として、鋼管からなる杭本体の先端または周面に螺旋状羽根を設けるとともに、地盤面に接触する、または地中に配置される支圧板を設ける技術が記載されている。これらの技術によれば、支圧板と螺旋状羽根との間に圧縮力を導入することによって、地盤のせん断抵抗を効果的に向上させることができる。

特開２００６－２２６０５１号公報 特開２０１２－２０１２号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術では、アンカー体を所定の深さまで地中に回転貫入させた後に、アンカー体に支圧板を取り付けて圧縮力を導入するための追加の工程が必要になる。特許文献２に記載された技術では、杭本体の回転貫入の最終段階で支圧板を杭本体に固定し、杭本体をさらに回転貫入させながら支圧板で地盤を圧密して螺旋状羽根との間に圧縮力を導入することが記載されているが、支圧板は地盤面に沿って配置される板状またはブロック状の部材であるため、杭本体とともに地中に回転貫入させることは難しく、従って上記の工程による地盤の圧縮量はさほど大きくならない。

そこで、本発明は、ピッチを有する羽根を取り付けた斜面補強杭において、杭本体を地中に回転貫入させる工程によって効果的に地盤に圧縮力を導入することを可能にする、新規かつ改良された斜面補強工および斜面補強工の施工方法を提供することを目的とする。

本発明のある観点による斜面補強杭は、杭本体と、杭本体の第１の端部に近い位置に杭本体の軸方向について第１のピッチで取り付けられる第１の羽根と、杭本体の第２の端部に近い位置に杭本体の軸方向について第１のピッチよりも小さい第２のピッチで取り付けられる第２の羽根とを備える。
上記の構成によれば、第１の羽根および第２の羽根がいずれも地中にある状態では、第１のピッチと第２のピッチとの差のために、杭本体を回転圧入するにつれて第１の羽根と第２の羽根との間により多くの土が詰め込まれ、結果として地盤に圧縮力が導入される。

上記の斜面補強杭では、杭本体の軸方向の投影面において、第２の羽根の直径は第１の羽根の直径よりも大きくてもよい。
この場合、第１の羽根の引抜抵抗と第２の羽根の受圧抵抗とのバランス、および第１の羽根の推進力と第２の羽根の推進力とのバランスを適切に設定することができる。

上記の斜面補強杭において、第２のピッチは第１のピッチと同じ向きであってもよい。
この場合、杭本体の回転圧入時に、第２の羽根が土を掘削して第２の端部側に押しやることになるため、第２の羽根を貫入させるための抵抗が小さくなる。

上記の斜面補強杭を含む斜面補強工において、第１の羽根の少なくとも一部は斜面のすべり面よりも深い位置まで貫入し、第２の羽根はすべり面よりも浅い位置まで貫入してもよい。
この場合、第１の羽根がすべり面よりも深い不動層に貫入することで斜面補強杭による地盤の締め付け効果が得られるのに加えて、第２の羽根がすべり面よりも浅い滑動層に貫入することで第１の羽根との間で地盤に圧縮力を導入することが容易になる。

上記の斜面補強杭の施工方法は、杭本体の貫入量が第１のピッチを超えないように杭本体を回転圧入することによって、第１の羽根の少なくとも一部を斜面のすべり面よりも深い位置まで貫入させるとともに、第２の羽根をすべり面よりも浅い位置まで貫入させる工程を含んでもよい。
この場合、第１の羽根による不動層の攪乱を抑えて支持力を確保できる。なお、杭本体の貫入量が第２のピッチよりも大きい場合および小さい場合のいずれにおいても、地盤に圧縮力を導入する効果は得られる。

上記の斜面補強杭の施工方法において、第１の羽根および第２の羽根を貫入させる工程は、第１の羽根の少なくとも一部がすべり面よりも深い位置まで貫入した後に実行されてもよい。
第１の羽根の少なくとも一部がすべり面よりも深い位置まで貫入した後に第２の羽根を貫入させることによって、第２の羽根を貫入させるための十分な推進力を得ることができる。

以上で説明したように、本発明によれば、ピッチを有する羽根を取り付けた斜面補強杭において、杭本体を地中に回転貫入させる工程によって効果的に地盤に圧縮力を導入することができる。

本発明の一実施形態に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。 図１に示す斜面補強杭の変形例を示す図である。 図１に示された斜面補強杭の施工方法を示す図である。 斜面補強杭の施工時の貫入量と地盤の圧縮効果との関係について説明するための図である。 斜面補強杭の施工時の貫入量と地盤の圧縮効果との関係について説明するための図である。 斜面補強杭の施工時の貫入量と地盤の圧縮効果との関係について説明するための図である。 図１に示された斜面補強杭の頭部羽根が斜面に埋め込まれない例を示す図である。 本発明の変形例に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。 本発明の別の変形例に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。図１に示されるように、本実施形態に係る斜面補強杭１は、例えば鋼管で形成される杭本体２と、杭本体２の先端部２Ａ（第１の端部）に近い位置２Ｂに取り付けられる先端羽根３（第１の羽根）と、杭本体２の頭端部２Ｃ（第２の端部）に近い位置２Ｄに取り付けられた頭部羽根４（第２の羽根）とを有する。斜面補強杭１は、内部にすべり面５を有する斜面６に施工される。ここで、すべり面５は、斜面６において崩壊が生じた場合に、滑動層７と不動層８との境界になることが予測される仮想的な面であり、例えば斜面補強杭１の施工前に土質力学的な解析によって特定される。

本実施形態において、先端羽根３は螺旋状の羽根であり、杭本体２の軸方向（すなわち貫入方向）についてピッチＰ_１（第１のピッチ）で取り付けられる。一方、頭部羽根４も螺旋状の羽根であり、杭本体２の軸方向についてピッチＰ_２（第２のピッチ）で取り付けられる。ここで、本明細書において、ピッチＰ_１，Ｐ_２は、先端羽根３および頭部羽根４が杭本体２を周方向に所定の向き（例えば、右ねじの向き）に１周する間に生じる軸方向の変位を意味する。本実施形態において、頭部羽根４のピッチＰ_２は、先端羽根３のピッチＰ_１よりも小さい（Ｐ_２＜Ｐ_１）。図示された例のようにピッチＰ_２がピッチＰ_１と同じ向きである場合、ピッチＰ_１，Ｐ_２の大小関係は、それぞれの絶対値によって定義されてもよいし、杭本体２が斜面に貫入する向きを正とする符号を含んで定義されてもよい。

なお、先端羽根３および頭部羽根４の形状は、上記のようなピッチＰ_１，Ｐ_２が定義できる形状であれば必ずしも厳密な螺旋状でなくてもよく、また螺旋状以外の形状であってもよい。また、ピッチＰ_１，Ｐ_２は、必ずしも先端羽根３および頭部羽根４の全体を通じて一定でなくてもよい。従って、本実施形態では、平均的な値、または設計上の値として、ピッチＰ_２がピッチＰ_１よりも小さくなっていればよい。

本実施形態では、上記のように杭本体２に頭部羽根４が取り付けられ、かつ頭部羽根４のピッチＰ_２が先端羽根３のピッチＰ_１よりも小さいことによって、杭本体２の回転圧入時に地盤に圧縮力を導入することができる。より具体的には、後述するように、先端羽根３および頭部羽根４がいずれも地中にある状態では、それぞれのピッチＰ_１，Ｐ_２の差のために、杭本体２を回転圧入するにつれて先端羽根３と頭部羽根４との間により多くの土が詰め込まれ、結果として地盤に圧縮力が導入される。

図示された例では、杭本体２の軸方向の投影面における直径について、頭部羽根４の直径Ｄ_２は、先端羽根３の直径Ｄ_１よりも大きい（Ｄ_２＞Ｄ_１）。このような直径Ｄ_１，Ｄ_２は、例えば以下の（１）および（２）の条件を満たす。
（１）頭部羽根４の受圧抵抗Ｒ_２≧先端羽根３の引抜抵抗Ｒ_１
（２）頭部羽根４の推進力Ｗ_２≦先端羽根３の推進力Ｗ_１

ここで、受圧抵抗Ｒ_２は、数値計算、原位置載荷実験または模型実験によって求められるほか、頭部羽根４の軸方向の投影面における面積に滑動層７の地盤支持力を乗じることによって求められてもよい。地盤支持力は、例えば日本道路協会発行の「道路橋示方書・同解説（Ｉ共通編・IV下部構造編）」（平成２４年３月）などに示された直接基礎の設計における基礎底面地盤の極限支持力の求め方を参考にして、滑動層７の地盤の単位体積重量、粘着力、およびせん断抵抗角などの地盤調査結果から算出することができる。

また、引抜抵抗Ｒ_１は、数値計算、原位置載荷実験または模型実験によって求められるほか、先端羽根３の軸方向の投影面における直径に、先端羽根３が不動層８に貫入している区間で周面支持力が期待できる部分の長さを乗じ、さらにこの部分の地盤の単位面積あたりの周面支持力度を乗じることによって求められてもよい。単位面積あたりの周面支持力度は、例えば新日鉄住金エンジニアリング株式会社発行のカタログ「回転圧入鋼管杭ＮＳエコスパイラル（登録商標）基礎構造」（平成２５年３月）などに基づいて決定することができる。

また、推進力Ｗ_１，Ｗ_２は、数値計算、原位置載荷実験または模型実験によって求められるほか、例えば佐伯英一郎、大木仁による新日鉄技報第３７２号「回転圧入鋼管杭に関する研究」（平成１１年）に基づいて、それぞれの羽根のピッチ、作用円（トルクを計算する際の摩擦力の合力作用円）上の長さ、数、および杭本体２の軸方向の投影面における面積、地盤剛性、ならびに地盤降伏荷重などに基づいて算出してもよい。

なお、図１に示された例では、螺旋状の先端羽根３が杭本体２の周方向について３周分の長さを有し、同じく螺旋状の頭部羽根４が杭本体２の周方向について１周分の長さを有しているが、先端羽根３および頭部羽根４の長さはこのような例には限定されない。先端羽根３および頭部羽根４は杭本体２の周方向について少なくとも１周分の長さを有していればよく、例えば杭本体２の周方向について１．５周分、２周分、４周分など、任意の長さに設計することが可能である。また、先端羽根３および頭部羽根４のいずれか、または両方は、図２に示された変形例に係る先端羽根３Ａ，３Ｂのように、杭本体２の周方向について間欠的に設けられてもよい。

図３は、図１に示された斜面補強杭の施工方法を示す図である。図３（Ａ）に示されるように、斜面補強杭１の施工にあたっては、まず、先端羽根３を斜面６に貫入させる。この工程は、例えば通常の羽根付きの斜面補強杭と同様に杭本体２を回転圧入することによって実施できる。以下の説明では、杭本体２を回転圧入するときの圧入荷重をＦ、回転トルクをＴとする。図３（Ｂ）に示されるように、先端羽根３の少なくとも一部がすべり面５よりも深い位置、すなわち不動層８まで貫入した後も、引き続き杭本体２を回転圧入する。例えば先端羽根３が不動層８に到達する前後、または頭部羽根４が斜面６の表面に到達する前後で、圧入荷重Ｆや回転トルクＴを変更してもよい。

上述のように、先端羽根３および頭部羽根４がいずれも地中にある状態では、杭本体２を回転圧入するにつれて先端羽根３と頭部羽根４との間により多くの土が詰め込まれ、結果として地盤に圧縮力が導入される。ここで、図３（Ｂ）に示された例のように先端羽根３の少なくとも一部が不動層８まで貫入した後は、不動層８の攪乱を抑えて支持力を確保するために、杭本体２の貫入量Ｓが先端羽根３のピッチＰ_１を超えないように圧入荷重Ｆを調節することが望ましい。ここで、貫入量Ｓは、回転圧入されている杭本体２が周方向に１回転する間の軸方向の変位であり、圧入荷重Ｆによって調節することができる。

図３（Ｃ）に示されるように、杭本体２の先端部２Ａを所定の深さＬまで貫入させたところで、杭本体２の回転圧入を終了する。この時までに、先端羽根３の少なくとも一部は斜面６のすべり面よりも深い位置、すなわち不動層８まで貫入しており、これによって斜面補強杭１による地盤の締め付け効果が得られる。一方、頭部羽根４も、すべり面５よりも浅い位置、すなわち滑動層７まで貫入している。斜面６の表面に近い滑動層７は比較的軟らかいため、より小さい抵抗で頭部羽根４を貫入させることができる。

図４Ａ～図４Ｃは、斜面補強杭の施工時の貫入量と地盤の圧縮効果との関係について説明するための図である。上述の通り、本実施形態に係る施工方法では、先端羽根３の少なくとも一部が不動層８まで貫入している状態で杭本体２を回転圧入するときに、杭本体２の貫入量Ｓが先端羽根３のピッチＰ_１を超えないように圧入荷重Ｆを調節することが望ましい。以下では、この点に関連して、杭本体２の貫入量Ｓと地盤の圧縮効果との関係について説明する。

図４Ａには、杭本体２の貫入量Ｓが先端羽根３のピッチＰ_１に等しくなるように圧入荷重Ｆを調節した場合が示されている。この場合、先端羽根３は不動層８の土をほとんど掘削することなく貫入する。従って、先端羽根３によって頭部羽根４側に押圧される土の量はわずかである。一方、頭部羽根４は、ピッチＰ_２よりもかなり大きい貫入量Ｓで貫入させられるため、滑動層７の土Ｑ_２を大きく先端羽根３側に押し込みながら貫入する。つまり、図４Ａの例では、先端羽根３側では土の移動がほとんどない一方で、頭部羽根４側では土Ｑ_２が先端羽根３側に押し込まれることによって、先端羽根３と頭部羽根４の間により多くの土が詰め込まれる。

なお、頭部羽根４はピッチＰ_２を有するため、上記のように土Ｑ_２を大きく押し込みながら貫入する場合であっても、いくらかの土を掘削して杭本体２の頭端部２Ｃ側に押しやっている。従って、頭部羽根４を貫入させるための抵抗は、例えばピッチを有さない板状の部材を地中に押し込む場合に比べると小さい。

図４Ｂには、杭本体２の貫入量Ｓが先端羽根３のピッチＰ_１よりも小さく、かつ頭部羽根４のピッチＰ_２よりも大きくなるように圧入荷重Ｆを調節した場合が示されている。この場合、先端羽根３は、ピッチＰ_１よりも小さい貫入量Ｓで貫入させられるため、不動層８の土Ｑ_１を掘削して頭部羽根４側に押圧しながら貫入する。一方、頭部羽根４は、依然としてピッチＰ_２よりも大きい貫入量Ｓで貫入させられるため、滑動層７の土Ｑ_２を先端羽根３側に押し込みながら貫入する。つまり、図４Ｂの例では、先端羽根３側および頭部羽根４側の両方で、土Ｑ_１，Ｑ_２が先端羽根３と頭部羽根４との間に押し込まれることによって、先端羽根３と頭部羽根４との間により多くの土が詰め込まれる。

図４Ｃには、杭本体２の貫入量Ｓが頭部羽根４のピッチＰ_２よりも小さくなるように圧入荷重Ｆを調節した場合が示されている。この場合、先端羽根３は、ピッチＰ_１よりもかなり小さい貫入量Ｓで貫入させられるため、不動層８の土Ｑ_１を大きく掘削して頭部羽根４側に押圧しながら貫入する。一方、頭部羽根４も、ピッチＰ_２よりも小さい貫入量Ｓで貫入させられるため、滑動層７の土Ｑ_１を掘削して杭本体２の頭端部２Ｃ側に押しやりながら貫入する。つまり、図４Ｃの例では、頭部羽根４側では土Ｑ_２が排出されるものの、ピッチＰ_１がピッチＰ_２よりも大きいために、先端羽根３側で押し込まれる土Ｑ_１の量が頭部羽根４側で排出される土Ｑ_２の量よりも多く、従って先端羽根３と頭部羽根４との間により多くの土が詰め込まれる。

上記で図４Ａ～図４Ｃを参照して説明したように、本実施形態では、杭本体２に頭部羽根４が取り付けられ、かつ頭部羽根４のピッチＰ_２が先端羽根３のピッチＰ_１よりも小さいことによって、杭本体２の貫入量Ｓが先端羽根３のピッチＰ_１に等しい場合、貫入量ＳがピッチＰ_１よりも小さく頭部羽根４のピッチＰ_２よりも大きい場合、貫入量ＳがピッチＰ_２よりも小さい場合のいずれにおいても、地盤に圧縮力を導入する効果を得ることができる。

なお、上記の例では、先端羽根３および頭部羽根４が杭本体２の単一の部分に取り付けられていたが、杭本体２が軸方向について複数の部分に分割され、先端羽根３および頭部羽根４がそれぞれ異なる部分に取り付けられてもよい。この場合、先端羽根３が取り付けられる部分を第１の部分、頭部羽根４が取り付けられる部分を第２の部分として、第２の部分は、先端羽根３の少なくとも一部が不動層８まで貫入した後に、第１の部分に接続されてもよい。

また、図１、図３（Ｃ）、および図４Ａ～図４Ｃに示された例では、滑動層７に貫入した頭部羽根４が斜面６に埋め込まれているが、本実施形態はこのような例には限定されない。例えば、図５に示された例のように、頭部羽根４が滑動層７を圧縮して押し込みながら貫入することによって頭部羽根４が斜面６に埋め込まれず、頭部羽根４の一部の面が露出した状態で杭本体２の回転圧入が終了してもよい。

図６は、本発明の変形例に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。図６に示された例において、斜面補強杭１Ａは、図１に示した例と同様の構成要素に加えて、支圧板９を有する。支圧板９は、例えば鋼板または樹脂板で構成され、上記で図３を参照して説明したような工程によって斜面補強杭１Ａが斜面６に貫入させられた後に、頭部羽根４よりも頭端部２Ｃに近い位置に取り付けられる。支圧板９は、例えば、頭部羽根４の貫入によって攪乱された斜面６の表面に近い滑動層７の崩落を防止するために設置される。なお、上述のように、斜面補強杭１Ａでは、先端羽根３および頭部羽根４によって既に地盤に圧縮力が導入されているため、支圧板９は地盤に圧縮力を導入するためには用いられなくてもよい。

図７は、本発明の別の変形例に係る斜面補強杭の概略的な構成を示す図である。図７に示された例において、斜面補強杭１Ｂは、頭部羽根４Ｒ以外については図１に示した例と同様の構成要素を有する。頭部羽根４Ｒは、杭本体２の頭端部２Ｃに近い位置２Ｄに、杭本体２の軸方向についてピッチＰ_３で取り付けられる。ピッチＰ_３は、ピッチＰ_１と同様に、頭部羽根４Ｒが杭本体２を周方向に所定の向き（例えば、右ねじの向き）に１周する間に生じる軸方向の変位であるが、図１に示した例においてピッチＰ_２がピッチＰ_１と同じ向きであったのに対し、ピッチＰ_３はピッチＰ_１と逆向きである。つまり、ピッチＰ_１が杭本体２の頭端部２Ｃから先端部２Ａに向かう変位である場合、ピッチＰ_３は先端部２Ａから頭端部２Ｃに向かう変位である。このような場合も、ピッチＰ１，Ｐ３の大小関係を杭本体２が斜面に貫入する向きを正とする符号を含んで定義すると、ピッチＰ_３はピッチＰ_１よりも小さい（Ｐ_３＜Ｐ_１）。

上記の例では、頭部羽根４ＲのピッチＰ_３が先端羽根３のピッチＰ_１とは逆向きであることから、杭本体２の貫入量Ｓを小さくしても、図４Ｃに示した例のように頭部羽根４Ｒが滑動層７の土を掘削するようにはならず、図４Ａおよび図４Ｂに示した例のように頭部羽根４が滑動層７の土を先端羽根３側に押し込みながら貫入する。このような場合でも、杭本体２を回転圧入するにつれて先端羽根３と頭部羽根４の間の区間により多くの土が詰め込まれ、結果として地盤に圧縮力が導入されるのは、上記で図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明した通りである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１，１Ａ，１Ｂ…斜面補強杭、２…杭本体、２Ａ…先端部、２Ｃ…頭端部、３…先端羽根、４…頭部羽根、５…すべり面、６…斜面、７…滑動層、８…不動層、９…支圧板。

Claims (5)

1. 杭本体と、
   前記杭本体の第１の端部に近い位置に前記杭本体の軸方向について第１のピッチで取り付けられる第１の羽根と、
   前記杭本体の第２の端部に近い位置に前記杭本体の軸方向について前記第１のピッチよりも小さい第２のピッチで取り付けられる第２の羽根と
   を備え、
   前記第１の羽根と前記第２の羽根とは前記杭本体と一体的に回転させられ、
   前記第１の羽根の前記杭本体の周方向の長さは、前記第２の羽根の前記杭本体の周方向の長さよりも長く、前記第１の羽根の前記杭本体の周方向の巻き数は、前記第２の羽根の前記杭本体の周方向の巻き数よりも多い斜面補強杭を含む斜面補強工であって、
   前記第１の羽根の少なくとも一部は斜面のすべり面よりも深い位置まで貫入し、
   前記第２の羽根は前記すべり面よりも浅い位置まで貫入する、斜面補強工。
2. 前記杭本体の軸方向の投影面において、前記第２の羽根の直径は前記第１の羽根の直径よりも大きい、請求項１に記載の斜面補強工。
3. 前記第２のピッチは前記第１のピッチと同じ向きである、請求項１または請求項２に記載の斜面補強工。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の斜面補強工の施工方法であって、
   前記杭本体の１回転あたりの貫入量が前記第１のピッチを超えないように前記杭本体を回転圧入することによって、前記第１の羽根の少なくとも一部を前記すべり面よりも深い位置まで貫入させるとともに、前記第２の羽根を前記すべり面よりも浅い位置まで貫入させる工程を含む、斜面補強工の施工方法。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の斜面補強工の施工方法であって、
   前記杭本体を回転圧入することによって、前記第１の羽根の少なくとも一部を前記すべり面よりも深い位置まで貫入させる第１の工程と、
   前記第１の工程の後に、前記杭本体の１回転あたりの貫入量が前記第１のピッチを超えないように前記杭本体を回転圧入することによって、前記第１の羽根をさらに深い位置まで貫入させるとともに、前記第２の羽根を前記すべり面よりも浅い位置まで貫入させる第２の工程と
   を含む、斜面補強工の施工方法。

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