JP7216230B2 - マイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具に関する。

マイクロパイル工法は、直径３００ｍｍ以下の小径の場所打ち杭の総称であり、コンパクトな施工設備で備足りること、狭い空間で施工できること、既設構造物の機能を停止することなく施工できることなどの理由から、既設構造物の耐震補強や地盤補強、斜面の安定化などをはじめとする様々な用途に用いられている。
マイクロパイル工法では、まず、先端外周部が外側削孔用カッターとされた１番目のケーシングセグメントの内部に、先端に削孔ドリルが取着された１番目のロッドを挿通させ、それら１番目のケーシングセグメントとロッドとを回転させつつ、また、水を注入しつつ削孔していく工程が行なわれる。

そして、所定の深さ毎に、ケーシングセグメントの端部に次のケーシングセグメントを継手部材を介して着脱可能に連結して継ぎ足すと共に、ロッドの端部に次のロッドを着脱可能に連結して継ぎ足し、ケーシングセグメントとロッドとを回転させ、また、水を注入しつつ削孔していく工程が行なわれる。
なお、外側削孔用カッターの外径は継手部材の外径を考慮し、ケーシングセグメントの外径よりも大きく、削孔後、削孔壁面とケーシングセグメントの外周面との間には環状隙間が形成される。
複数のケーシングセグメントが連結されることでケーシングが構成され、削孔された孔が軟弱層を通過し荷重支持層の所定の深さに到達したならば、ロッドと共に削孔ドリルをケーシングの内部から引き抜く工程が行なわれる。
そして、必要に応じて鉄筋などの補強材をケーシングの内部にケーシングの全長にわたって配設する。

次に、グラウトホースを用いてケーシングの内部にグラウト材を充填する。
グラウト材として、セメントミルク、モルタル材、小径の骨材を混入したコンクリート材が使用可能である。
次に、ケーシングの内部にグラウト材を加圧注入しつつ、ケーシングを引き抜く工程、すなわち、ケーシングセグメントの引き抜き工程が行なわれる。
グラウト材の加圧は、グラウト材が、削孔された孔の壁面に密着し、グラウト材と地盤との間の接合状態が強固となるような圧力で行なわれることが望ましい。
上方に位置する複数本のケーシングセグメントが継手部材と共に取り外され、最下位に位置する一番目のケーシングセグメントの下端が、荷重支持層の最上部に近づいたところで、ケーシングの引き抜きは終了する。

次に、ケーシングを、グラウト材が加圧充填されたグラウト材の中に所定量押し戻しグラウト材を加圧注入する工程が行なわれ、ケーシングで囲繞された部分と、ケーシングで囲繞されていない部分との間に、中間的な構造を有する部分を作り出す。
そして、グラウト材が硬化されることで、荷重支持層にグラウト材による地盤接合部が形成された杭体が得られる。
次に、ケーシングの上端部に鋼製の支圧板が溶接により接合され、杭体の杭頭部を構造物に連結するための連結構造が形成される。

ところで地盤が軟弱地盤である場合、１番目のケーシングセグメントの先端外周部の外側削孔用カッターと、削孔ドリルとにより掘削された孔は、削孔時にその孔の壁面が崩れ、削孔された孔の内周面とケーシングの外周面との間の環状隙間は閉塞されるため、最終の工程においてケーシングの内部のグラウト材に圧力をかけることができる。

特許第４０１０３８３号

しかしながら、削孔すべき箇所が粘性土系の地盤や岩盤である場合、削孔された孔の内周面は崩れることが少なく、削孔後、削孔された孔の内周面とケーシングセグメントの外周面との間には環状隙間が常時確保されている状態となっている。
そのため、最終の工程において、グラウト材に圧力をかけることができず、ケーシング下端の周囲を含んだケーシングの直下に、グラウト材と地盤とが強固に接合した接合部を作ることができない。
このような事態を解消するため、従来では、１回グラウト材を注入し、そのグラウト材の硬化が始まりかけたところで、再度、グラウト材を注入しグラウト材に圧力を掛けるようにしており、作業時間を短縮できず、マイクロパイル工法を効率良く行なえない不具合があった。
このような事態を解消するため、高い粘性のグラウト材を使用することも考えられるが、この場合には、従来のポンプを使用できなくなり、大型のポンプを導入しなければならないなどコストが上昇する不具合が生じる。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、削孔すべき箇所が粘性土系の地盤や岩盤である場合、簡単な構造により削孔された孔の内周面とケーシングの外周面との間の環状隙間を確実に閉塞でき、マイクロパイル工法の最終の工程において、グラウト材の加圧注入を効率良く行なえるマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明は、ケーシングの回転により削孔された孔の内周面と前記ケーシングの外周面との間の環状隙間を閉塞するマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具であって、前記隙間閉塞具は、隙間閉塞部材と拡張手段とを備え、前記隙間閉塞部材は、折り畳み可能な材料で形成され前記ケーシングの周囲を囲む環状を呈しその中心に中心孔を有すると共に前記中心孔の周囲に位置する内周部と前記内周部の外側に位置する外周部とを有し前記中心孔に前記ケーシングが挿通される環状の袋状に形成され前記ケーシングとは別体で前記ケーシングに取り付け可能な袋体で構成され、前記袋体は、前記削孔された孔の延在方向と直交する平面で切断した断面形状が前記ケーシングの断面形状よりも大きくかつ前記削孔された孔の断面形状よりも小さい輪郭の縮小状態から、前記内周部が前記ケーシングの外周面の全周に密着すると共に前記外周部が前記削孔された孔の内周面の全周に密着する拡張状態へ可変であり、前記拡張手段は、前記ケーシングの外周面と前記削孔された孔の内周面との間を延在して前記袋体に連結された管体と、前記管体を介して前記袋体の内部に供給され前記袋体を前記縮小状態から前記拡張状態にする充填材とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記袋体は、前記拡張状態で前記ケーシングの長手方向に沿った細長形状を呈し、前記外周部にその長手方向に間隔をおいて大径部と小径部とが交互に並べられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記袋体の前記ケーシングへの取り付けは、前記中心孔に前記ケーシングが挿通された状態で、前記袋体の下端が、締結具により前記ケーシングの外周面に締結され、前記袋体の前記縮小状態から前記拡張状態への変化を許容する部材が前記縮小状態の前記袋体上に巻回されることでなされることを特徴とする。

本発明によれば、削孔すべき箇所が粘性土系の地盤や岩盤である場合、マイクロパイル工法の最終の工程において、グラウト材に所望の圧力を掛けることができ、グラウト材による強固な地盤接合部を有する杭体を確実に得ることが可能となる。
本発明によれば、隙間閉塞具を簡易な構成の袋体と管体とで構成すると、安価に簡単に製作でき、また、ケーシングへの装着も簡単に短時間で行なえ、マイクロパイル工法の作業効率を高める上で有利となる。
本発明によれば、削孔された孔の内周面とケーシングセグメントの外周面との間の環状隙間を確実に閉塞する上で有利となる。
本発明によれば、削孔すべき箇所が粘性土系の地盤や岩盤である場合、マイクロパイル工法の最終の工程において、グラウト材に所望の圧力を掛けることができ、グラウト材による強固な地盤接合部を有する杭体を確実に得ることが可能となる。
本発明によれば、隙間閉塞部材を削孔された孔の内部に確実に配置する上で有利となる。
本発明によれば、ケーシングの内部に注入するグラウト材や、このグラウト材を注入するポンプなどをそのまま使用でき、袋体の拡張状態を安価に短時間で形成することが可能となる

（Ａ）は拡張状態となった袋体の半部を断面とした正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ断面図である。 袋体を縮小状態としケーシングに装着した正面図である。 削孔された孔内で拡張状態となった袋体の一部断面正面図である。 （Ａ）～（Ｉ）は隙間閉塞具を用いたマイクロパイル工法の説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具の実施の形態について説明する。
図４（Ｆ）に示すように、ケーシングＣは複数のケーシングセグメント１２が継手１４により連結されることで構成され、ケーシングＣに本発明の隙間閉塞具２０が用いられる。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、隙間閉塞具２０は、隙間閉塞部材２２と拡張手段２４とを含んで構成されている。

隙間閉塞部材２２は、本実施の形態では、折り畳み可能な材料で袋状に形成された袋体２６で構成され、図１では拡張状態となった袋体２６を示している。
折り畳み可能な材料として、袋体２６の内部に充填される充填材の漏れを阻止するに足る材料であればよく、従来公知の様々な材料が使用可能であるが、本実施の形態では、布を用いている。
袋体２６はケーシングＣの周囲を囲む環状を呈し、その中心に中心孔２６０２を備えている。
本実施の形態では、袋体２６は、中心孔２６０２の周囲に位置する内周部２６０４と、内周部２６０４の外側に位置する外周部２６０６とを備えている。
また、袋体２６の外周部２６０６には、袋体２６が拡張した状態で、中心孔２６０２の軸方向に間隔をおいて複数の大径部２６０６Ａと小径部２６０６Ｂとが交互に設けられている。
このように構成することで、図３に示すように、袋体２６が拡張した状態で、ケーシングＣにより削孔された孔１６の内周面に効果的に密着し、粘性土系の地盤である場合には、削孔された孔１６の内周面に外周部２６０６が食い込み、削孔された孔１６の内周面とケーシングＣの外周面との間の環状隙間Ｓをより確実に閉塞できるように図られている。

袋体２６は、図２で示すように、削孔された孔１６の延在方向と直交する平面で切断した断面形状が前記ケーシングＣの外周面に折り畳まれ削孔された孔１６の断面形状よりも小さい輪郭の縮小状態と、図３で示すように、ケーシングＣの外周面の全周に密着すると共に削孔された孔１６の内周面の全周に密着する拡張状態とになるように形成されている。
したがって、袋体２６は縮小状態で、削孔された孔１６の延在方向と直交する平面で切断した断面形状がケーシングＣの断面形状よりも大きくかつ削孔された孔１６の断面形状よりも小さい輪郭となる。

図１（Ａ）に示すように、拡張手段２４は、袋体２６の内部に供給されることで袋体２６を拡張させる充填材と、充填材を袋体２６に供給する管体２８とを含んで構成されている。
充填材としては水、空気など袋体２６を縮小状態から拡張状態にするものであればよい。本実施の形態では、充填材として後述する荷重支持層に削孔された孔１６およびケーシングＣの内部に充填するグラウト材Ｇを用いている。
管体２８は袋体２６の上端を貫通し、管体２８の下端開口は袋体２６の内部に位置している。
管体２８が袋体２６の上端を貫通する箇所は、袋体２６に対して充填材が漏れないように管体２８と袋体２６とがシール部材２８０２を介して連結されており、また、ケーシングＣの下方への移動に伴って管体２８と袋体２６とが一体に移動するように連結されている。

次に、図４を参照して隙間閉塞具２０を用いたマイクロパイル工法について説明する。
図４（Ａ）に示すように、マイクロパイル工法を施工するにあたり、先端外周部が外側削孔用カッター１２０２とされた１番目の細長い中空円筒形の鋼製のケーシングセグメント１２の内部に、先端に削孔ドリル１８０２が取着された１番目のロッド１８を挿通させ、それらケーシングセグメント１２とロッド１８とを回転させつつ、また、水を注入しつつ外側削孔用カッター１２０２と削孔ドリル１８０２とで軟弱層３０に孔１６を削孔していく工程が行なわれる。
なお、本実施の形態では、軟弱層３０は粘性土系であり、削孔した場合、削孔された孔１６の内周面は崩れず、孔１６の輪郭が保持される。

図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、孔１６が所定の深さとなる毎に、ケーシングセグメント１２の端部に次の細長い中空円筒形の鋼製のケーシングセグメント１２を継手１４を介して着脱可能に連結して継ぎ足すと共に、ロッド１８の端部に次のロッド１８を着脱可能に連結して継ぎ足し、ケーシングセグメント１２とロッド１８とを回転させ、また、水を注入しつつ外側削孔用カッター１２０２と削孔ドリル１８０２とで孔１６を削孔していく工程が行なわれる。

複数のケーシングセグメント１２が連結されることでケーシングＣが構成される。
図４（Ｃ）に示すように、削孔された孔１６が軟弱層３０を通過し荷重支持層３２の所定の深さに到達したならば、ロッド１８と共に削孔ドリル１８０２をケーシングＣの内部から引き抜く工程が行なわれる。
次に、必要に応じて、鉄筋などの補強材をケーシングＣの内部にケーシングＣの全長にわたって配設する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、不図示のグラウトホースを用いてケーシングＣの内部にグラウト材Ｇを充填する。
グラウト材Ｇとして、セメントミルク、モルタル材、小径の骨材を混入したコンクリート材が使用可能である。
次に、図４（Ｅ）に示すように、ケーシングＣの内部にグラウト材Ｇを注入しつつ、ケーシングセグメント１２を引き抜く工程、すなわち、ケーシングＣの引き抜き工程が行なわれる。

ケーシングＣの引き抜きは、上下に隣り合うケーシングセグメント１２のうち、下方に位置するケーシングセグメント１２の上端が地盤上の近傍に位置したところで、下方のケーシングセグメント１２を回転不能に把持し、上方のケーシングセグメント１２を回転操作し、下方のケーシングセグメント１２に対して上方のケーシングセグメント１２を継手１４と共に取り外すことで行なう。
上方に位置する複数本のケーシングセグメント１２が継手１４と共に取り外され、図４（Ｅ）に示すように、最下位に位置する一番目のケーシングセグメント１２の下端が、荷重支持層３２の最上部に近づいたところで、ケーシングＣの引き抜きは終了する。

ここで図２、図４（Ｆ）に示すように、地盤上に位置するケーシングセグメント１２の箇所に隙間閉塞具２０の袋体２６を取り付ける。
すなわち、環状の袋体２６の中心孔１６０２にケーシングセグメント１２を挿通し、管体２８が上方に突出するように袋体２６の下端を、締結具３４によりケーシングＣの外周面に締結する。締結具３４としてはベルトなどの従来公知の様々な部材が使用可能である。

そして、図２に示すように、袋体２６を縮小状態とし、袋体２６の縮小状態から拡張状態への変化を許容する部材３６を、縮小状態の袋体２６上に巻回し、袋体２６の縮小状態を維持した状態でケーシングＣに装着する。
これにより、ケーシングＣの下方への移動の際に、削孔された孔１６の内周面と接触しても袋体２６の縮小状態が維持され、袋体２６の削孔された孔１６内での移動が円滑になされるように図られる。
袋体２６の縮小状態から拡張状態への変化を許容する部材３６は、例えば、破断可能な紙製、あるいは、伸縮可能なゴム製などの紐状の部材や、あるいは、縮小状態の袋体２６を覆う袋状の部材など、従来公知の様々な材料や形態のものが使用可能である。
なお、隙間閉塞具２０は、削孔時に予めケーシングセグメント１２に取着しておいてもよいが、本実施の形態のように、ケーシングＣを引き抜いた際に取り付ける方が、袋体２６の縮小状態を維持する上で有利となる。

次に、図４（Ｇ）に示すように、隙間閉塞具２０が取り付けられたケーシングＣを、すでに注入されているグラウト材Ｇの中に所定量押し戻す工程が行なわれる。
ケーシングＣが所定量押し戻されたならば、袋体２６は、地盤表面の下方の削孔された孔１６の内部に位置している。

次に、図３、図４（Ｈ）に示すように、管体２８から充填材としてグラウト材Ｇを袋体２６の内部に供給し、袋体２６を縮小状態から拡張状態にし、袋体２６の内周部２６０４をケーシングＣの外周面の全周に密着させると共に、袋体２６の外周部２６０６を削孔された孔１６の内周面の全周に密着させる。
本実施の形態では、軟弱層３０は粘性土系であるため、袋体２６の拡張状態で、図３に示すように、袋体２６の外周部２６０６は削孔された孔１６の内周面に喰いこみ、軟弱層３０、荷重支持層３２に形成された環状隙間Ｓは完全に閉塞され、確実に大気と遮断される。

次に、ケーシングＣ内にグラウト材Ｇを加圧注入し、ケーシングＣで囲繞された部分と、ケーシングＣで囲繞されていない部分との間に、中間的な構造を有する部分を作り出す。
ケーシングＣ内へのグラウト材Ｇの加圧注入は、グラウト材Ｇが、削孔された孔１６の壁面に密着し、グラウト材Ｇと地盤との間の接合状態が強固となるような圧力で行なわれることが望ましい。
本実施の形態では、拡張状態の袋体２６により、軟弱層３０、荷重支持層３２に形成された環状隙間Ｓは完全に確実に大気と遮断されるので、所望の圧力でグラウト材Ｇに圧力を掛けることができ、グラウト材Ｇと地盤との接合状態を設計通りの強固なものにすることができる。
そして、図４（Ｉ）に示すように、グラウト材Ｇが硬化されることで、グラウト材Ｇによる地盤接合部３８を有する杭体４０が得られる。
次に、ケーシングＣの上端部に鋼製の支圧板４２が溶接により接合され、杭体４０の杭頭部を構造物に連結するための連結構造が形成される。

したがって、本実施の形態によれば、削孔すべき箇所が粘性土系の地盤や岩盤である場合、削孔された孔１６の内周面は崩れることが少なく、削孔後、削孔された孔１６の内周面とケーシングセグメント１２の外周面との間には環状隙間Ｓが常時確保されるものの、マイクロパイル工法の最終の工程において、グラウト材Ｇに所望の圧力を掛けることができ、グラウト材Ｇによる強固な地盤接合部３８を有する杭体４０を確実に得ることが可能となる。
しかも隙間閉塞部材２２は、簡易な構成の袋体２６と管体２８とで構成されているので、安価に簡単に製作でき、また、ケーシングＣへの装着も簡単に短時間で行なえ、マイクロパイル工法の作業効率を高める上で極めて有利となる。

また、袋体２６を縮小状態から拡張状態にする充填材としてグラウト材Ｇを用いたので、ケーシングＣの内部に注入するグラウト材Ｇや、このグラウト材Ｇを注入するポンプなどの既設の設備をそのまま使用でき、充填材として水や空気を用いる場合に較べて袋体２６の拡張状態を安価に短時間で形成することが可能となる。
また、グラウト材Ｇが充填され拡張状態となった袋体２６および管体２８は埋め殺しとされ、充填材として水や空気を用いる場合に較べて杭体４０の横抵抗を確保する上で有利となる。

なお、本実施の形態では、袋体２６を布で構成した場合について説明したが、袋体２６は、弾性を有するゴム材料で形成し、水や空気或いはグラウト材Ｇが充填されていない状態でその弾性によりしぼんでケーシングＣの周囲で縮小状態となり、充填材が供給されることで膨張して拡張状態となるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、袋体２６を締結具３４によりケーシングＣに取り付けた場合について説明したが、縮小状態の袋体２６を形成しておき、管体２８により袋体２６を、削孔された孔１６内につり下げ、所定の箇所で袋体２６を拡張状態にするようにしてもよい。
また、隙間閉塞部材２２を配置する箇所は、最終工程でグラウト材Ｇに圧力を掛けることができればよく、したがって、地盤接合部３８の上方箇所で地表面と地盤接合部３８との間の箇所であればよく、実施例の箇所に限定されない。
また、本実施の形態では、隙間閉塞部材２２を袋体２６で構成した場合について説明したが、隙間閉塞具２０は環状隙間Ｓを閉塞できる構造のものであればよく、例えば、隙間閉塞部材２２として複数の羽からなり環状隙間Ｓの開閉を可能とした環状のシャッターを用い、拡張手段２４としてシャッターを開閉させるアクチュエータを用いるなど、隙間閉塞具２０として従来公知の様々な機械的構造のものも採用可能である。

１２ ケーシングセグメント
１４ 継手
２０ 隙間閉塞具
２２ 隙間閉塞部材
２４ 拡張手段
２６ 袋体
２６０２ 中心孔
２６０４ 内周部
２６０６ 外周部
２６０６Ａ 大径部
２６０６Ｂ 小径部
２８ 管体
３０ 軟弱層
３２ 荷重支持層
３４ 締結具
３８ 地盤接合部
４０ 杭体
Ｃ ケーシング
Ｇ グラウト材
Ｓ 環状隙間

Claims (3)

1. ケーシングの回転により削孔された孔の内周面と前記ケーシングの外周面との間の環状隙間を閉塞するマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具であって、
   前記隙間閉塞具は、隙間閉塞部材と拡張手段とを備え、
   前記隙間閉塞部材は、折り畳み可能な材料で形成され前記ケーシングの周囲を囲む環状を呈しその中心に中心孔を有すると共に前記中心孔の周囲に位置する内周部と前記内周部の外側に位置する外周部とを有し前記中心孔に前記ケーシングが挿通される環状の袋状に形成され前記ケーシングとは別体で前記ケーシングに取り付け可能な袋体で構成され、
   前記袋体は、前記削孔された孔の延在方向と直交する平面で切断した断面形状が前記ケーシングの断面形状よりも大きくかつ前記削孔された孔の断面形状よりも小さい輪郭の縮小状態から、前記内周部が前記ケーシングの外周面の全周に密着すると共に前記外周部が前記削孔された孔の内周面の全周に密着する拡張状態へ可変であり、
   前記拡張手段は、前記ケーシングの外周面と前記削孔された孔の内周面との間を延在して前記袋体に連結された管体と、前記管体を介して前記袋体の内部に供給され前記袋体を前記縮小状態から前記拡張状態にする充填材とを備える、
   ことを特徴とするマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具。
2. 前記袋体は、前記拡張状態で前記ケーシングの長手方向に沿った細長形状を呈し、前記外周部にその長手方向に間隔をおいて大径部と小径部とが交互に並べられている、
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具。
3. 前記袋体の前記ケーシングへの取り付けは、前記中心孔に前記ケーシングが挿通された状態で、前記袋体の下端が、締結具により前記ケーシングの外周面に締結され、前記袋体の前記縮小状態から前記拡張状態への変化を許容する部材が前記縮小状態の前記袋体上に巻回されることでなされる、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロパイル工法で用いる隙間閉塞具。

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