JP7209964B2 - 鋼杭の埋設方法 - Google Patents

Description

この発明は、陸上構造物を支持するために土中に埋設される鋼杭の埋設方法に関するものである。

軟弱な地盤に構造物を構築する場合、浅い基礎では構造物を支えることができないため、杭を深く埋設して構造物を支持する杭基礎が採用される。杭基礎は、先端を支持層に到達させて支持層の先端支持力によって荷重を支える支持杭と、杭の側面と地盤との間の周面摩擦力によって荷重を支える摩擦杭とがある。

杭基礎として用いる鋼杭には、鋼管杭と形鋼杭とがあり、埋設工法としては、打撃力によって杭を打ち込む打撃工法が一般的であり、安定した支持力を得ることができるが、騒音や振動が大きいため、市街地や住宅の近くでは使用が困難である。

埋設時の振動や騒音を生じない工法として、回転工法が知られている。回転工法は、先端に半月状の斜板ないし螺旋羽を取り付けた鋼管杭を回転圧入機で回転させで地盤に圧入する工法で、無排土で経済的であり、逆回転での引抜きが可能であるなどの特徴がある。回転工法ではφ２００～１２００ｍｍという比較的小径の杭の使用も可能である。

近年、築後数十年が経過した陸上構造物の老朽化の問題がクローズアップされており、老朽化した公共構造物などの維持・補修を軽減できるのに好適な、より耐久性や保守作業性に優れた基礎構造についての要望が高まっている。基礎の耐久性に関しては、季節や天候、更には空気中や地表水に混入している化合物などのため、基礎の地表面部分が腐食しやすい。杭基礎であれば、杭頭が地上に出ている杭の地表部分が腐食しやすい。

この発明は、陸上に設けられる構造物を支持するより優れた基礎構造を得ることを目的とする試験研究の一環としてなされたもので、鋼杭を使用する杭基礎の耐久性を向上させた鋼杭の埋設方法を提供することを課題としている。

この発明の鋼杭の埋設方法は、構造物を支持するために地表面ＧＬを貫通して埋設される鋼杭２の埋設方法において、外表面に防食層６を備えた鋼杭２の埋設された後に地表面を貫通する部分を挟む所定長の領域となる地表面領域３を設定する領域設定工程と、地表面領域３に繊維補強プラスチック層（以下、「ＦＲＰ層」と言う。）４ｂを含む被覆層４を設ける被覆工程と、被覆層４の硬化後に地表面領域３の上下方向の中間位置３ａが地表面ＧＬに達するまで当該鋼杭２を埋設する埋設工程とを備えていることを特徴とするものである。

ＦＲＰ層４ｂの補強繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維が好ましく、被覆工程は、ＦＲＰ被覆工程と、形成されたＦＲＰ層４ｂの表面を覆う耐候性塗料、耐摩耗性塗料又は摩擦低減塗料からなるトップコート層４ｃを設けるトップコート工程とを含む工程とするのが好ましい。後述するように、ＦＲＰ層４ｂの表面を覆うトップコート層４ｃを設けることにより、埋設時におけるＦＲＰ層４ｂの損傷を防止することができる。

被覆層４を設ける地表面領域３の設定方法としては、杭の種類や埋設方法の別により、種々の方法が採用可能である。打ち込み深さが予め分かっているときは、地表面領域３は計算により求めることができるから、杭２を必要な深さまで打ち込む前に、求めた地表面領域３に工場又は現場で被覆層４を設けることができる。

一方、正確な埋設深さが分からないときは、杭２の先端が岩盤などの支持層ＳＬに当接するまで、又は土との摩擦力によって所定の支持力となるまで、杭２を打ち込む予埋設を行って埋設後に地表面ＧＬの位置となる位置３ａを確認し、そのあと被覆層４を設ける作業に必要な寸法だけ当該杭を引き上げて、地表面領域３を設定する。この場合には、杭が鋼管杭に限定されるが、杭の引き上げが容易な回転杭工法を用いるのが特に便利である。

打ち込んだ杭２の上端には、支持する建造物の形鋼製やコンクリート製の基礎ないし基盤が固着される。この固着を従来公知の通常の手段で行うことができるように、杭頭と地表面領域３との間に被覆層４を設けない杭頭領域５を形成しておくのが良い。

この発明により、腐食しやすい地表面部分の耐食性を向上させた鋼杭を能率良く埋設することができ、鋼杭を用いた杭基礎の耐久性を経済的に向上させることができる。すなわち、この発明により、地表面部分にＦＲＰ被覆層などの他の部分より厚さの厚い被覆層を設けた鋼杭を無駄なく埋設することができ、耐久性に優れた杭基礎を経済的に構築することができる。

鋼杭の地中に埋設される箇所に部分的にＦＲＰ被覆層などのある程度の厚さのある被覆層を設けると、当該杭の埋設時に部分的に設けた被覆層の特に下縁付近の部分が土砂との摩擦によって損傷したり剥離するおそれがあり、鋼杭の土中に埋設される箇所に厚みのある被覆層を部分的に設けることの阻害要因となっていたが、本発明の方法、特に回転工法を用いた本発明の方法により、当該阻害要因を解消することができる。

この発明の鋼杭の施工手順の第１実施例示すブロック図 被覆層の下縁部分の一部拡大断面図 この発明の鋼杭の施工手順の第２実施例を示すブロック図 この発明の鋼杭の施工手順の第３実施例を示すブロック図

以下、実施例を示す図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。従来方法により表面全長に適宜防食処理を施した鋼杭２をその先端が所定の支持層ＳＬに当接するまで打ち込み（図１ａ）、高被覆領域とする地表面領域３の予め定められている上下寸法Ｌの半分に作業に必要な余裕分を見込んだ寸法だけ引き上げる（図１ｂ）。そして、先に支持層ＳＬまで打ち込んだときに地表面に位置していた位置３ａを中間位置とする地表面領域３に下地処理として、サンドブラスト、ショットブラスト、ディクスサンダー等で鋼管杭表面の酸化皮膜を除去し、プライマーにより下地塗装を行う（図１ｃ）。プライマーとしては、例えばビニルエステルを使用する。

一方で地表面領域３を覆う幅のガラス繊維マット又は炭素繊維マットに不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂を含浸させた樹脂含浸マット８を準備し（図１ｄ）、硬化したプライマー層４ａの上に当該樹脂含浸マット８を巻き付けて整形したあと硬化させてＦＲＰ層４ｂを形成し、さらにその表面及びその上下縁を覆う領域にトップコート剤を塗布して被覆層４とする（図１ｅ）。

トップコート剤としては、アクリルラッカー等の耐候性塗料の他、不飽和ポリエステル樹脂（イソ系）やアクリル系のゲルコート樹脂を利用できる。更に必要により、紫外線硬化シートや土砂との境界面に含水ゲルを生成して摩擦を低減するコート材（例えば登録商標フリクションカッター）などを使用することもできる。

そして、ＦＲＰ層４ｂ及びトップコート層４ｃが完全に硬化した後、杭２の先端が支持層ＳＬに当接する深さまで杭２を打ち込む（図１ｆ）。これにより、被覆層４を設けた地表面領域３の高さ中間位置３ａが地表面ＧＬの位置となる。杭２の埋設工法としては、鋼管杭を使用して回転工法によるのが好適で、騒音や振動を発生しないばかりでなく、杭の引き上げ作業も容易である。

支持する構造物の構造にもよるが、一般的には地表面領域３は鋼杭２の上端にまでは達していない。すなわち、地表面領域３の上方にＦＲＰ被覆が施されていない杭頭領域５が存在し、当該杭頭領域５にコンクリート製や鋼鉄製の陸上構造物ないしその支持基盤が固着ないし固定される。

図２は、上記のようにして形成した被覆層４の下縁部の断面を示しており、プライマー層４ａの表面にＦＲＰ層４ｂが形成され、ＦＲＰ層４ｂの表面にトップコート層４ｃが形成されている。これらの３層からなる被覆層４の厚さは、作業性なども考慮すると２ｍｍ程度が適当で、好ましい範囲は１．５～１０ｍｍ、より好ましくは１．８ｍｍ以上で鋼管杭では管の板厚の１．３倍以下である。被覆層４は、鋼杭２の長手方向の一部にのみ形成されており、その下縁４ｄ及び上縁には、ＦＲＰ層４ｂとトップコート層４ｃの皮膜厚さに相当する斜めの段差が形成される。なお、図２の符号６は、鋼杭の全長に塗布されていた防食層である。

以上は鋼杭２が支持杭の場合であるが、支持層ＳＬが存在しない摩擦杭であれば、杭２を支持荷重Ｐが所望の荷重となるまで杭２を打ち込んだあと引き上げて、前記の図１ｂ～図１ｅと同様な手順で被覆層４を形成し、当該被覆層４の中間位置が地表面の位置となる引き上げ前の深さまで杭２を打ち込んでやれば良い。

図１の例では、杭２を一旦所望深さまで打ち込んだあと引き上げて被覆層４を形成しているが、杭２の周りを掘削して被覆層４を形成することもできる。すなわち、図３に示すように、杭２を打ち込む前ないし後に、所望深さまで打ち込んだ杭２の周囲を掘削する（図３ａ、ｂ）。そして、地表面領域３を設定して被覆層４を形成し（図３ｃ～ｅ）、ＦＲＰ層４ｂ及びトップコート層４ｃが完全に硬化した後、掘削した孔を埋め戻す（図３ｆ）。また、基礎杭を設ける箇所が盛土をする箇所であれば、盛土前に杭２を打ち込み、盛土の上面が地表面領域３の領域内に位置するように被覆層４を形成し、そのあと盛土をするという方法で施工することもできる。

杭を埋設する場所の地層が試験杭の打ち込みなどの事前調査により鋼杭２の埋設深さが分かっている場合には、杭を打ち込む前に、例えば工場などで被覆層４を形成しておくことができる。この場合には図４に示すように、杭の上端に接合する頭頂部２ａの地表面領域となる部分に被覆層４を形成しておき（図４ａ）、地表面に達しない長さの杭の地中部２ｂを打ち込んだあと（図４ｂ）、所定の埋設深さまで打ち込んだときに被覆層４の中間位置が地表面ＧＬとなるように杭の頭頂部２ａを杭の地中部２ｂの上端に溶接接続して（図４ｃ）、所定深さまで杭２を打ち込んでやれば良い（図４ｄ）。

本願発明者らは、表１に示した材質がＳＴＫ４００、直径Ｄｐが２６７．４ｍｍ、肉厚ｔｓが８ｍｍの先端羽根付きの鋼管杭と、同材質で直径Ｄｐが２１６．３ｍｍで肉厚ｔｓが８．２ｍｍの先端羽根付きの鋼管杭を用い、それらの鋼管杭の杭頭から１ｍ下の位置から上下２５０ｍｍを地表面領域として下地処理、プライマー塗装、ＦＲＰ層の形成及び耐候性塗料の塗布を行い、これらが硬化した後、杭の頭頂から１ｍ下の位置が地表面ＧＬとなるまで杭２を埋設した後、当該杭を引き抜いてＦＲＰ被覆層の土中に埋設されていた部分を観察した。

その結果、一部の試験体において、耐候性塗料の塗膜が損傷を受けている部分が認められたが、ＦＲＰ層の剥離や損傷は認められなかった。ＦＲＰ被覆層の全周に亘って、厚さは基準値とした２ｍｍ以上であり、ピンホールなども確認されなかった。

なお、試験に使用したプライマーは不飽和ポリエステル樹脂、ガラス繊維の硬化剤はメチルエチルケトンパーオキサイド、耐候性塗料はアクリルラッカーである。杭の打ち込み及び引き抜きは回転工法で行った。

また本願発明者らは、ＦＲＰ被覆層を設けた鋼製地中タンクの耐久性試験の一環として、鋼板上に形成したＦＲＰ被覆層のコンクリートや砕石土などを対象としたスクラッチテストを行っている。これらのスクラッチテストの結果及び上記の実地試験の結果から、ほぼ全ての地盤における杭基礎において、本発明の方法における鋼杭の被覆層には十分な耐スクラッチ性があると認められた。

１（１ａ、１ｂ、１ｄ） 陸上構造物
２ 鋼杭
３ 地表面領域
３ａ 中間位置
４ 被覆層
４ａ プライマー層
４ｂ ＦＲＰ層
４ｃ トップコート層
５ 杭頭領域
６ 防食層
ＧＬ 地表面
ＳＬ 支持層

Claims (4)

1. 外表面に防食層を備えた鋼杭の先端が地中の支持層に当接するまで打ち込む予埋設工程と、当該打ち込んだ鋼杭を所定長だけ引き上げる引上工程と、引き上げた鋼杭の長手方向の一部となる地表面領域を設定する領域設定工程と、当該地表面領域に繊維補強プラスチック層を含む被覆層を設ける被覆工程と、前記被覆層の硬化後に先端が地中の支持層に当接する深さまで当該鋼杭を埋設する埋設工程で構成される、鋼杭の埋設方法。
2. 前記被覆工程が、繊維補強プラスチック層を設けるＦＲＰ被覆工程と、当該繊維補強プラスチック層の表面を覆う耐候性塗料、耐摩耗性塗料又は摩擦低減塗料からなるトップコート層を設けるトップコート工程とを含んでいる、請求項１記載の鋼杭の埋設方法。
3. 鋼杭が鋼管杭であり、前記埋設工程が、回転杭工法による埋設工程である、請求項１又は２記載の鋼杭の埋設方法。
4. 前記地表面領域が、埋設工程後の杭の上端に達しない領域である、請求項１、２又は３記載の鋼杭の埋設方法。

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