TWI460337B - 包含除氣步驟之鋼樁打設工法 - Google Patents

Description

包含除氣步驟之鋼樁打設工法 發明領域

本發明係有關一種使用水泥砂漿(cement milk)等流動性固化材料之鋼樁打設工法，特別是一種有關於護基部的形成中進行流動性固化材料之除氣的鋼樁打設工法。

本申請案係依據2010年4月1日已於日本提申之特願2010-084868號申請案而主張優先權，此處並援用其內容。

發明背景

所謂本說明書之「流動性固化材料」係意味包含水泥之種種流動性的拌合物且於打設後時間經過會固化者。例如，將水泥與水(依情況包含摻合劑等添加劑)拌合後之水泥砂漿、將土壤拌合於水泥砂漿之土壤水泥、將砂拌合於水泥砂漿之灰漿(mortar)材料、及將砂(細骨材)及石礫(粗骨材)拌合於水泥砂漿之混凝土材料等係流動性固化材料。

又，所謂本說明書之「鋼樁」係意味打設於地下之土木、建築用之鋼材，例如也包含H型鋼、鋼板樁及鋼管等。

流動性固化材料係為了打設於模板而形成建築物之構造體、噴射或注入於地盤中以形成地下結構物而被使用。流動性固化材料係於拌合、壓送及打設的過程中，藉由將空氣封入於水泥及水之空隙，而包含較大的氣泡。包含如此之氣泡的情況而固化之固化體相較於未包含氣泡者強度較弱。因此，從打設後之流動性固化材料除去多餘的氣泡，亦即除氣者為佳。流動性固化材料之除氣處理一般稱為”夯實”。夯實係藉由對流動性固化材料給予適度的振動能量而進行。利用振動以除去多餘氣泡的結果，而獲得密實且高強度的固化體。

作為一般的夯實用振動裝置，例如，如專利文獻1所記載之棒狀振動機係為人知。棒狀振動機係發生頻率116.7～200Hz、振幅0.5～1.25mm左右的振動(本說明書之”振幅”意味著振動波之波峰到波峰的2分之1)，棒狀振動機之頻率在振動裝置中比較上是高頻率，在高頻率領域中由於振動能量之衰減較大，振動難以到達遠方。因此，在棒狀振動機中，只在其附近獲得除氣效果。是故，利用棒狀振動機進行除氣時，必須一面於每一短間隔(例如50cm)反覆將棒狀振動機插入到流動性固化材料，一面給予振動能量。其結果，流動性固化體之除氣狀態易變得不均勻，而難以獲得均質強度的固化體。

又，棒狀振動體係只可對以表面露出之方式打設的流動性固化材料使用。因此，對業已打設於地下之流動性固化材料是無法使用的。習知就有關地下構造物之形成所使用之流動性固化材料之除氣並未有有效的手段。

作為使用流動性固化材料之地下構造物，例如與土壤水泥之合成鋼樁是常為人知。鋼樁打設工法中，將振動打樁機安裝於鋼樁之基端部，且對鋼樁給予振動能量，藉以一面鬆弛地盤的抵抗一面將鋼樁貫入地下。在地盤硬的情況，如專利文獻2所載，併用噴水器之鋼樁打設工法也為人所知。

在專利文獻2的工法中，沿著鋼樁的軸方向安裝複數輸送管，並將噴射噴嘴配置於鋼樁之前端附近。打設鋼樁時，一面給予振動打樁機所產生之振動，一面從噴射噴嘴噴射高壓水以挖掘地盤，藉以鬆弛地盤的抵抗。在該噴水器併用工法中，由於鋼樁下方之地盤被掘削，因此打設後無法確保對鋼樁之前端支撐力。因此，將鋼樁貫入直到支撐層之預定深度後，從噴射噴嘴噴射流動性固化材料使其固化，藉以於鋼樁之前端部周邊形成護基部。護基部係流動性固化材料之固化體。藉由護基部而確保對鋼樁之前端支撐力。

【先行技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】特公昭54-31608號公報

【專利文獻2】特許第3850802號公報

專利文獻2之鋼樁打設工法之流動性固化材料也還含有多餘的氣泡。因此，為了形成更強固之護基部，希望是將流動性固化材料除氣。但是，對打設於地下之流動性固化材料不可能適用一般的棒狀振動機。因此，到目前為止，並未有想就噴設於地下而固化之流動性固化材料除氣之想法。

於專利文獻2之鋼樁前端部的內外面，設有用以使與護基部之密接性提升之突起或肋。該等突起或肋於流動性固化材料噴射時藉由傳達振動打樁機之振動而於周圍發生壓力波。該壓力波具有些許除氣作用。然而，由於含有比較大氣泡的流動性固化材料係處於連續供給的狀態，因此只以鋼樁之突起或肋並無法充分的除氣。再加上，在專利文獻2的工法中，具有在計畫深度(錨固深度)完成鋼樁後，停止振動打樁機，並更加噴射預定時間之流動性固化材料之步驟。其結果，混入有大氣泡之流動性固化材料就這樣而固化。此意味著護基部的強度成為較原來所應獲得的強度低。

鑒於以上之現狀，本發明於鋼樁打設工法中，係以為了形成密實且均一之高強度護基部，而實現在地下之流動性固化材料之除氣為目的。

為了達到上述之目的，本發明係採用以下之構成。

(1)本發明之一態樣是一種鋼樁打設工法，係使用沿鋼樁之長度方向配設之輸送管與振動打樁機，將前述鋼樁打設於地下者，其特徵在於包含下述步驟：鋼樁貫入步驟，係從前述輸送管噴射水且使前述振動打樁機作動，藉以將前述鋼樁貫入至前述地下之預定深度；護基部形成步驟，係從前述輸送管噴射流動性固化材料，且使前述振動打樁機作動，藉以於前述鋼樁之前端部之周邊形成護基部；及流動性固化材料除氣步驟，係使前述鋼樁位於計畫深度且停止前述流動性固化材料之噴射後，藉由使前述振動打樁機作動一定時間，以將前述流動性固化材料除氣。

(2)於上述(1)記載之鋼樁打設工法，也可是在前述鋼樁貫入步驟及前述護基部形成步驟中，係以為了貫入而設定之第1振幅使前述振動打樁機作動，且在前述流動性固化材料除氣步驟中，以為了除氣而設定之第2振幅使前述振動打樁機作動。

(3)於上述(1)或(2)記載之鋼樁打設工法中，也可是前述鋼樁具備有設於前述前端部之內面的線狀突起。

(4)於上述(1)或(2)記載之鋼樁打設工法中，也可是前述鋼樁也可具備有設於前述前端部之外面得板狀肋突起。

依據上述(1)所記載之工法，於地下，特別是在鋼樁之前端部的周邊，由於可進行流動性固化材料之除氣，因此可獲得更強固之地下構造物。

依據上述(2)所記載之工法，由於係將流動性固化材料除氣之步驟之振動打樁機的振幅，與將鋼樁貫入之步驟及形成護基部之步驟之振動打樁機之振幅獨立而設定，而可更良好地進行流動性固化材料之除氣。

依據上述(3)所記載之工法，藉由設於鋼樁前端部之內面的線狀突起，而可更提高除氣效果。

依據上述(4)所記載之工法，藉由設於鋼樁前端部之外面的板狀肋突起，而可提高護基部與鋼樁之密接性，又，可形成大直徑之護基部。

圖式簡單說明

第1A圖係在本發明一實施形態之鋼樁打設工法中所使用之鋼樁的側面圖。

第1B圖係在前述鋼樁打設工法所使用之鋼樁的俯視圖。

第1C圖係模式地顯示鋼樁之前端部周邊狀態之一部分切除的斷面立體圖。

第1D圖係設於鋼樁之前端部外面之板狀肋突起的部分放大圖。

第1E圖係第1D圖之A-A斷面圖。

第2圖係顯示本發明鋼樁打設工法之流動性固化材料之除氣效果的圖表。

第3圖係顯示振動打樁機之選定法的圖示。

第4圖係模式地顯示鋼樁打設工法之程序(A)～程序(G)之流程的圖示。

第5A圖係顯示鋼樁前端位置之深度的時間變化之圖表。

第5B圖係顯示有關試料1～4之工程管理的實施狀況的表。

較佳實施例之詳細說明

以下，就有關本發明之一実施形態的鋼樁打設工法予以詳細說明。

本實施形態之鋼樁打設工法其特徵在於具有於鋼樁打入完成後，亦即使鋼樁位於計畫深度(錨固深度)而停止流動性固化材料之噴射後，藉由使振動打樁機運轉一定時間而將前端部周邊之未固化狀態的流動性固化材料除氣之步驟。習知，振動打樁機係專門為了鋼樁的打設而使用。為了地下之流動性固化材料之除氣而積極利用振動打樁機之振動能量的嘗試到目前為止並未進行。

振動打樁機係具有與上述之棒狀振動機完全不同範圍之頻率及振幅的振動裝置。振動打樁機之頻率相較棒狀振動機低，且振幅大。因此，振動打樁機之用以除氣之頻率及振幅的設定與棒狀振動機完全不同。頻率低的情況振動能量的衰減緩和，在振動易於到達遠方的點上是有利的。又，振幅大的情況在獲得大振動能量的點上是有利的。藉由振動能量無偏頗地傳達到流動性固化材料全體而均勻地除氣，確保固化體之強度的均質性。

流動固化材料藉由除氣而夯實。本說明書中所用之”除氣”與”夯實”二個用語只是在表現上不同，該等用語係表示相同現象。

對未固化狀態之流動性固化材料附加預定的振動能量時，互相附著之水泥粒子會分離，對剪力之抵抗性便會喪失。其結果，流動性固化材料液狀化且流動性變大。藉此，進行混入水泥粒子間之大氣泡的除氣。其結果，流動性固化材料被夯實。夯實後的流動性固化材料固化，藉以在鋼樁之前端部周邊形成強固之護基部。藉由本實施形態之鋼樁打設工法所形成之護基部的強度較不進行除氣步驟時提昇。

流動性固化材料具有在單位時間所發生之水泥粒子運動之次數(頻率)越多，又水泥粒子間之相對變位(振幅)越大，越易液狀化的性質。因此，原理上，藉由調節頻率或振幅之其中一者或兩者，而可調節液狀化之程度亦即除氣效果。但是，一般振幅可變型振動打樁機的場合，雖然頻率也可調整，但是振幅可更廣範圍且容易調整。因此，於鋼樁貫入時藉由以為了貫入而設定之第1振幅運轉振動打樁機，在流動性固化材料之除氣時藉由以為了除氣而設定之第2振幅運轉，可實現最佳之鋼樁貫入及護基部的形成。

設於鋼樁前端部之突起藉由於除氣時傳達振動打樁機之振動，而於周邊發生壓力波。該壓力波也有除氣作用。因此，該等突起具有更提高振動打樁機之振動所產生之除氣效果的功效。

1.鋼樁打設工法之基本態樣

以下，就本發明實施形態之包含除氣步驟之鋼樁打設工法的基本態樣參照第1A圖～第1E圖予以說明。

第1A圖係鋼樁之側面圖，第1B圖係俯視圖。第1C圖係模式地顯示施工完成後鋼樁前端部周邊(護基部)的狀態之一部分切除的斷面立體圖。第1D圖係設於鋼樁之前端部外面的板狀肋突起的部分擴大圖。第1E圖係第1D圖之A-A斷面圖。

第1A圖所示之鋼樁1係鋼管樁。作為本發明之適用對象並不限於鋼管樁，也包含鋼管板樁、H型鋼樁等。鋼樁1之外直徑例如係600～1500mm。

鋼樁1之外面沿著鋼樁之軸方向(長度方向)配設有複數(在圖示的例子中是4根)輸送管3。輸送管3也可安裝於鋼樁1之內面。在輸送管3的內部有壓送水或流動性固化材料的管路。輸送管3之前端位於鋼樁1之前端部附近。於該前端有適宜之噴射噴嘴(未圖示)的噴射口3a。噴射口3a之直徑例如為3～8mm。輸送管3之基端於鋼樁1之基端附近係遠離鋼樁1之外面，且連接於設置在地上的裝置(未圖示)。該等裝置係水與流動性固化材料之切換裝置、水及流動性固化材料送出裝置、水槽及拌合裝置等。輸送管3也可在施工之最終階段從鋼樁1拔出而於地表回收。

於樁本體1a前端部附近的外面也可安裝朝直徑方向突出之複數板狀肋突起1b。該等板狀肋突起1b係安裝以使板面與鋼樁之軸方向平行。如此之板狀肋突起1b在形成更大直徑之護基部時是有效的。板狀肋突起1b的形狀例如是矩形或是移除肩部之矩形(矩形之1或複數角隅部被切除的形狀)。板狀肋突起1b的數目例如為2～5片，其等例如如第1B圖所示，以等角度間格配置於綱樁1之周圍方向。

如第1D圖、第1E圖所示，板狀肋突起1b係以網紋鋼板所形成。網紋鋼板之表面交互地配置有具相互反向的傾斜之細長小突起1b1，全體形成略格子狀的圖案。一個小突起1b1的大小例如是28mm、寬4.5mm。而且，多數細長小突起1b1的配置圖案並不限於圖示的例子。

如第1C圖之切口部分所示，於樁本體1a之前端部內面也可安裝線狀突起(止滑物、止滑件)1c。圖示之線狀突起1c係以預定間隔水平配置之複數環狀突起。線狀突起1c也可以螺旋狀突起以取代複數環狀突起。

形成於第1C圖之樁本體1a前端部周邊的護基部C1係自輸送管3噴射之流動性固化材料的固化體。護基部C1係形成於從鋼樁1之預定深度(最大深度)D4到拉拔深度D1的範圍。在第1C圖的例中，拉拔深度D1係與支撐層上端(中間層與支撐層的界面)D2大致相同的位置。鋼樁1的最終計畫深度(錨固深度)D3係位於預定深度D4上方。護基部C1具有大於鋼樁1的直徑。藉由流動性固化體之一部分侵入到鋼樁1的內部而固化，而使護基部C1與鋼樁1之前端部一體化。其結果，確保了鋼樁1之前端支撐力。而且，板狀肋突起1b及線狀突起1c係為了護基部C1與鋼樁1之密接性及除氣效果而設置。

雖於後詳述，然而使鋼樁1位於計畫深度(錨固深度)D3後，實質地停止流動性固化材料的供給，使振動打樁機作動而進行除氣步驟，即夯實步驟。

作為流動性固化材料也可使用將水泥與水(依情況而含有摻合劑等添加劑)拌合後之水泥砂漿。例如，水與水泥的比(W/C)為50～150%。

2.振動打樁機所產生之流動性固化材料夯實的原理

＜與棒狀振動機之夯實性能的比較＞

藉由棒狀打樁機在地上所進行之流動性固化材料的夯實使用116.7～200Hz左右之高頻率。高頻率的振動在離開振動源時振福急遽地衰減。因此，棒狀振動機的情況，藉由插入到流動性固化材料之複數位置(通常約每50cm)而進行全體的夯實。但是，對於地下之流動性固化材料適用棒狀振動機在構造上是不可能的。又，設置於地下之希望位置亦有困難。

另一方面，振動打樁機雖安裝於鋼樁之上端，即地上，然而其振動可經由鋼樁而傳達到地下之鋼樁前端。在本實施形態中，振動打樁機之在地下的夯實使用11.7～18.3Hz左右的低頻率。低頻率的振動衰減少，且可從一個振動源將振動傳達至遠方。在此點，利用振動打樁機於地下之流動性固化材料之夯實是合理的。

此處，有關夯實性能，將棒狀打樁機與本實施形態之鋼樁打設工法中所使用之振動打樁機進行數值的比較。振動裝置所產生之流動性固化材料夯實性能可藉由振動加速度η與振動夯實能量E_c 來評價。藉由算出該等數值而可比較雙方之夯實性能。而且，所謂「振動夯實能量」係意味著為了夯實所利用之振動能量。

表1係將有關振動速度η與振動夯實能量E_c 之一般棒狀振動機與本實施形態之鋼樁打設工法中所使用之振動打樁機之比較結果歸納而成者。實施例之振動打樁機係以馬達輸出為90kW、120 Kw、180 kW及240 kW。有關適切之振動打樁機的選定方法將於後述。使用表中所示之各參數的值及式子，分別算出振動加速度η與振動夯實能量E_c 。g是重力加速度(9.81m/s² )。

有關表1之振動打樁機的振動質量W_v 係只振動打樁機的振動質量。在打設鋼樁時，係使用鋼樁之振動質量加了振動打樁機之振動質量者作為振動質量W_v 。此處，為了純粹將作為振動裝置之夯實性能與棒狀振動機比較，只採振動打樁機之振動質量。

有關振動加速度η，高週波之棒狀振動機相較於振動打樁機具有優勢的數值。因此，有關振動加速度η，在作為對象之頻率範圍中，求取振動加速度比η_r 以使棒狀振動機與振動打樁機之比成最大。振動加速度比η_r 成約75：1。也就是，棒狀振動機之振動加速度η較大且為振動打樁機之振動加速度的75倍。

又，有關振動夯實能量E_c ，大振動質量之振動打樁機相較棒狀振動機具有優勢的數值。因此，關於振動夯實能量E_c ，在作為對象之頻率範圍求取振動夯實能量比E_cr 以使棒狀振動機與振動打樁機的比成最小。振動夯實能量比E_cr 成約1：180。也就是，振動打樁機之振動夯實能量E_c 至少是棒狀振動機之振動夯實能量的180倍。

從與上述之棒狀振動機的比較結果，可了解到振動打樁機係以振動夯實能量E_c 的優勢來補振動加速度η的劣勢，且可發揮棒狀振動機以上的夯實性能。其係依據將振動打樁機之振幅A設定成大於「通常之振幅」的數值。所謂振動打樁機之「通常之振幅」係為了鋼樁貫入而設定之值。在表1的例子中，為了夯實而設定之振動打樁機的最低必要振幅A為5mm。如此之大振幅若非是大偏心彎矩量之低週波則無法獲得。

在本實施形態之鋼樁打設工法中，可發生具可對應除氣步驟之振幅的振動，又，利用可從適於貫入步驟之振幅變化至適於除氣步驟之振幅的振動打樁機。

＜振動強制除氣時間之設定＞

其次，檢討振動夯實所需之振動強制除氣時間。

一般，棒狀振動機之插入間隔為50cm左右，每一處之夯實時間t_B 為15～20秒左右。使用該棒狀振動機之夯實時間t_B 與表1所示之振動加速度的比η_r 及振動夯實能量的比E_cr ，藉由下式而給予振動打樁機之除氣時間t_v 。

t_v =α‧t_B ‧η_r /E_cr

t_v ：振動打樁機之振動強制除氣時間(秒)

α：餘裕附加時間係數

η_r ：振動加速度比

t_B ：棒狀振動機之振動強制除氣時間(秒)

E_cr ：振動夯實能量比

α係為了確保有餘裕之振動強制除氣時間所乘之係數，採取2～3時便足夠。表2顯示計算結果。表2之計算所使用之振動加速度的比η_r 及振動夯實能量比E_cr 的各值係估入振動打樁機之與土的摩擦力所產生之振動加速度η的損失在10%左右的值。棒狀振動機的情況，由於係直接插入至流動性固化材料中，振動夯實能量100%被傳遞。另一方面，振動打樁機的情況，由於振動打樁機位於地上，且流動性固化材料存在於地下，所以於振動傳遞過程中不可避免地產生與土之摩擦所造成之損失。是故，振動打樁機之振動夯實能量對流動性固化材料並未100%傳遞，而有10%左右的損失。

從表2的結果，振動打樁機之除氣時間大約為19～29秒左右。因此，振動打樁機之除氣時間即使假想為最大限，考慮30秒左右便足夠。

第2圖係顯示振動打樁機振動所產生之流動性固化材料夯實效果之影像的圖表。橫軸係振動強制除氣時間。縱軸係流動性固化材料的密度。藉由附加振動夯實能量而可從流動性固化材料除去氣泡，使流動性固化材料之密度上升。因流動性固化材料之黏度等種種條件，而於密度上升曲線中存在某種程度之寬度。但是，若是附加具預定振幅之振動，則從振動附加開始最長30秒左右達到密度的上限。亦即，夯實完成。

＜振動打樁機之振幅的設定＞

藉由振動打樁機用以貫入鋼樁之振幅依據經驗法則係至少3mm左右，通常是3～6mm。另一方面，藉由振動打樁機為了在地下使流動性固化材料之除氣效果良好的振幅係以設定成習知未被採用之5～10mm者為佳。此係因為大振動夯實能量是必須的。

因此，本實施形態之鋼樁打設工法中選定了具3mm～10mm之可變振幅範圍的振動打樁機。

＜振動打樁機貫入時之振動加速度的設定＞

此處，係假想振動加速度η為0時土壤之摩擦力為1。又，此時之土壤係假想為黏土。黏土係因振動而降低摩擦力最困難的土質。在未併用噴水器的情況，依據經驗法則，振動加速度η成5G以上時，土擾之摩擦力降低至0.2以下。併用噴水器的情況，依據經驗法則，振動加速度η成為3.5G以上時，土壤之摩擦力降低至0.1以下。在本實施形態之鋼樁打設工法中，由於在貫入鋼樁時併用噴水器，因此貫入時所必須之振動打樁機之振動加速度η也可設定成3.5G以上。振動加速度η之上限係使為從振幅及頻率之上限起10G左右。是故，貫入時之振動加速度η設定成3.5～10G。

＜振動打樁機之選定方法＞

在本實施形態之鋼樁打設工法中，進行使用1個振動打樁機以將鋼樁貫入到地下的步驟(第1步驟、貫入步驟)、噴射流動性固化材料的步驟(第2步驟、護基部形成步驟)、與將流動性固化材料除氣的步驟(第3步驟、除氣步驟)之3個步驟。因此，必須選定滿足全步驟條件之振動打樁機之機種。

以藉由本實施形態之鋼樁打設工法將特定規格之鋼樁打設於特定土質狀態的地盤時為例，於以下說明適切之振動打樁機之選定方法的各步驟(a)～(e)。而且，作為例子之鋼樁的規格係外徑φ為1000mm、板厚為14mm、長度為20m及單位長的質量為340kg/m。

(a)頻率的決定

將振動打樁機之頻率決定於11.7～18.3Hz範圍內之1個頻率(在該時點具體的機種未定)。

(b)鋼樁質量之計算

依據單位長度的質量為340kg/m及長度為20m，如下式般計算鋼樁質量W_p (kg)。

鋼樁質量W_p (kg)=340×20=6800

(c)鋼樁之貫入阻力值的計算

貫入處所之土質狀態由記載有深度與N值之土質柱狀圖獲得。依據土質柱狀圖以下式計算所希望之鋼樁埋設長度(朝地下之貫入長度)之貫入阻力值R。

貫入阻力值R=300N‧A_p +(10N‧N_i ‧L_c +2N_i ‧L_s )‧A_s

N：最大N值

A_p ：鋼樁之前端閉塞斷面積(m² )

N_i ：鋼樁之埋設長度之平均N值

L_c ：鋼樁朝黏性土之埋設長度(m)

L_s ：鋼樁朝砂質土之埋設長度(m)

A_s ：鋼樁之周長(m)

將一例子之各參數的數值代入時，貫入阻力值R便成如下述。

貫入阻力值R(kN)=300×50×0.79+(10×2×11.7+10×5×1.3+2×22.5×2.0)×3.14=13071

(d)振動打樁機之機種選定

第3圖係公知之「依質量之振動打樁機選定表」。藉由以上述(b)(c)所算出之鋼樁質量W_p 為6800kg與貫入阻力值R為13071Kn，從第3圖選定振動打樁機之機種。在此例中，選定馬達輸出為180Kw的機種。

(e)檢證具體機種之適格性與決定各步驟之振幅就有關馬達輸出為180Kw之特定機種之振動打樁機，檢證是否可為適用於本實施形態之鋼樁打設工法之第1步驟～第3步驟之規格，並依據檢證結果來設定各步驟之適切振幅A。

(e-1)第1步驟之設定

表3係歸納了特定機種之振動打樁機是否可適用於本實施形態之鋼樁打設工法，特別是第1步驟之機種的檢證方法之表。在表3之上半部顯示了表示特定機種之規格之各參數、與鋼樁質量W_p 。在表3之下半部係顯示檢證項目與檢證結果。

【表3】

於檢證中，首先，檢證振動打樁機之最大振幅是否滿足在第3步驟中之除氣所必須之振幅。此係本實施形態之鋼樁打設工法之最重要要件，所以最先檢證。從偏心彎矩K之最大值K_max 計算出之最大振幅A_max 為8.6mm。此滿足本實施形態之鋼樁打設工法之地下除氣所必須之振幅5～10mm的範圍。

其次，檢證從第1步驟之併用噴水器之貫入最低必要加速度3.5G所計算之振幅A是否滿足用以貫入之振幅3～6mm的範圍。振幅A約為5mm，滿足用以貫入的振幅之範圍。

依據上述，檢證了本機種可適用於本實施形態之鋼樁打設工法，且決定了第1步驟之適切的振幅A。

(e-2)第2步驟之設定

在第2步驟中，將噴水器切換成流動性固化材料，進行流動性固化材料之噴射。於該第2步驟中，使振動打樁機以與第1步驟相同之頻率及相同之振幅作動。

(e-3)第3步驟之設定

在第3步驟中，基本上停止流動性固化材料的噴射，只使振動打樁機作動以進行除氣。頻率是相同的。振幅A係設定成在最大振幅A_max 以下且除氣所必須之最低振幅5mm以上的適切值。例如，若將偏心彎矩K設定成最大偏心彎矩K_max 時，振幅便成8.6mm。此時，振動加速度η便成6.1G。又，除氣時間為最大30秒。

3.鋼樁打設工法之實施形態

其次，參照第4圖說明包含除氣步驟之鋼樁打設工法。第4圖中，程序(A)～程序(C)係模式地顯示本實施形態之鋼樁打設工法之鋼樁打設工法的一例子。

本工法係具有藉由一面從輸送管3噴水一面使振動打樁機2作動，將鋼樁1貫入直到預定深度D4之第1步驟(第4圖中，程序(A)及程序(B))、為了在鋼樁1之前端部周邊形成護基部一面使振動打樁機2作動一面從輸送管3噴射流動性固化材料之第2步驟(第4圖中，程序(C)～程序(E))、及使鋼樁1位於計畫深度(錨固深度)D3且在停止流動性固化材料之噴射後，藉由使前述振動打樁機作動一定時間以將流動性固化材料除氣之第3步驟(第4圖中，程序(F))。

<第1步驟>

如第4圖之程序(A)所示，振動打樁機2藉由夾頭裝置把持鋼樁1之基端部(鉛直方向打入時為上端部)。例如，把持鋼管樁之圓周上緣2個處所。振動打樁機2將馬達的旋轉力分別傳達給一對偏心重錘，藉由使該等偏心重錘相互反旋轉而發生一方向之振動。將該振動方向作為打入方向使用。一般的鋼樁打入用振動打樁機的規格例如為馬達輸出90～240kW、頻率11.7～18.3Hz、偏心彎矩420～3600N‧m、本體質量7～37t。但是，在本實施形態之鋼樁打設工法中，可設定適切於除氣之振幅，且使用可變振幅之振動打樁機。

在如第4圖之程序(A)及程序(B)所示之打入步驟中，與振動打樁機併用，從安裝於鋼樁1之輸送管3之噴射口3a朝貫入方向噴射高壓水(例如清水)W。噴射壓力例如係3～15MPa。高壓水W係作為噴水式裁剪機掘削地盤。貫入步驟之振動打樁機2的振幅通常設定成3～6mm。藉由振動能量與高壓水之掘削力而連續地將鋼樁1貫入。

鋼樁1之前端在通過支持層上端D2後，若達到第4圖之程序(B)所示之預定深度(最大深度)D4時一度停止打設。從支持層上端D2到貫入掘削深度D4的距離例如係使為鋼樁1之外直徑的3倍左右。此處，停止噴射高壓水W。

<第2步驟>

在如第4圖之程序(C)～程序(E)所示之流動性固化材料噴射步驟的最初，將朝輸送管3供給之流體從水換成流動性固化材料。且，一面使振動打樁機2作動一面將流動性固化材料C從噴射口3a噴射，在預定範圍使鋼樁1停止或上下動。流動性固化材料C係例如以壓力15MPa左右以下噴射。流動性固化材料噴射步驟之振動打樁機2的振幅係使為與第1步驟相同之第1振幅。於該流動性固化材料噴射步驟中，藉由與第1步驟相同之振動打樁機之振動能量，利用流動性固化材料中之水泥粒子振動，而某程度進行除氣。然而，由於流動性固化材料被大量供給，因此流動性固化材料噴射步驟中無法進行充分的除氣。

例如，如第4圖之程序(D)所示，鋼樁1的前端拉起直到到達與支持層上端(中間層與支持層之界面)D2大致相同位置之拔出深度D1。

其次，如第4圖之程序(E)所示，一面噴射流動性固化材料C一面將鋼樁1從拔出深度D1打入直到計畫深度(錨固深度)D3。

第4圖之程序(C)～程序(E)所示之流動性固化材料噴射步驟也可只進行1次，也可因應地盤的硬度等狀況反覆進行複數次。硬地盤的情況，為了固化材料的攪拌以反覆進行適當次數者為佳。藉此，可在鋼樁之前端部周邊確實地形成護基部。

<第3步驟>

在第4圖之程序(F)所示之除氣步驟中，首先達到計畫深度(錨固深度)D3而停止打設後，在計畫深度(錨固深度)D3位置停止供給流動性固化材料。就有關流動性固化材料也可供給極少量的流動性固化材料作為最低必要壓力以取代完全停止。其係為了防止噴射噴嘴之塞孔。將為了防止塞孔而只供給極少量之流動性固化材料的狀態視為實質上停止流動性固化材料之供給的狀態。而非為了形成護基部形成之供給。接著，將振動打樁機2之振幅設為適於除氣之第2振幅而在一定時間，例如30秒左右使振動打樁機2作動。除氣步驟之振動打樁機2之振幅係設定為5～10mm。

流動性固化材料之水泥粒子越大，則使振動打樁機之振幅越大，在為了促進固體粒子之運動是有效的。藉由促進水泥粒子之運動，而提高除氣效果。又，振動打樁機2之振幅大者，也具有所謂流動性固化材料更易攪拌的效果。

於除氣步驟中，對鋼樁之前端部內面的線狀突起(止滑、slip keeper),給予振動打樁機所產生之軸方向的振動。該等線狀突起之上下振動所產生之承載壓力發生軸方向之壓力波，藉由對流動性固化材料進行施加而更提高除氣效果。又，該等線狀突起具有作為抑制與固化後之流動性固化材料之接觸面的滑動之止滑物(止滑件)功能，且可藉此有效地傳遞振動。特別是，安裝了突出於直徑方向之板狀肋突起的情況，提高了除氣效果。板狀肋突起進行上下振動也進行水平振動。藉由該板狀肋突起之水平振動所發生之壓力波也提高除氣效果。又，藉由使用網紋鋼板，也因在板表面更設置其他小突起而提高除氣效果。

從流動性固化材料除去之空氣係藉由鋼樁之振動而強制地朝上方排出。除氣步驟完成時，便停止振動打樁機2。

且，在第1步驟及第2步驟所設定之振動打樁機之第1振幅與第3步驟所設定之第2振幅，並非相互間一定要相異者，也有偶而設定成相同數值的情況。

<最後步驟>

最後，進行第4圖之程序(G)所示之輸送管3之拉拔步驟。首先，從鋼樁1將振動打樁機2卸除。其次，從鋼樁1脫離前端之噴射噴嘴與輸送管3(強制地拉出輸送管3)。之後，一面利用吊車等(圖未示)將輸送管3之上端部吊起，一面拉拔輸送管3。此時，一面從噴射口3a噴射流動性固化材料C一面拉拔。藉此，流動性固化材料之固化體的周面固化部C2形成於鋼樁1之外側。周面固化部C2使鋼樁1之周面摩擦力增大。且，在噴射口3a到達地表附近時停止噴射。

4.施工例

第5A圖、第5B圖係顯示本實施形態之鋼樁打設工法之施工例1～4之工程管理狀況的圖示。第5A圖係鋼樁前端位置之深度之時間變化的圖表。第5B圖係顯示時間相關之工程管理之表。雖未圖示，但是有關水或流動性固化材料之流量也被工程管理。工程管理係藉由計時器、壓力計及流量計等進行。

第5A圖之區間[1][2]係貫入步驟(第1步驟)，以第1振幅使振動打樁機振動且噴射水。區間[3]～[7]係流動性固化材料噴射步驟(第2步驟)，以第1振幅使振動打樁機振動且噴射流動性固化材料。但是，區間[3]係從水到流動性固化材料之切換步驟。區間[8]係除氣步驟(第3步驟)，停止流動性固化材料，且以第2振幅使振動打樁機振動。

【產業上之利用可能性】

依據本發明，於地下，特別是於鋼樁之前端部所位處之支持層，可進行流動性固化材料之除氣。其結果，獲得更強固之地下構造物。

1．．．鋼樁

1a．．．樁本體

1b．．．板狀肋突起

1b1．．．突起

1c．．．線狀突起(止滑物、止滑件)

2．．．振動打樁機

3．．．輸送管

3a．．．噴射口

C．．．流動性固化材料

C1．．．護基部

C2．．．周面固化部

D1．．．拉拔深度

D2．．．支撐層上端

D3．．．最終計畫深

D4．．．預定深度

W．．．高壓水

第1A圖係在本發明一實施形態之鋼樁打設工法中所使用之鋼樁的側面圖。

第1B圖係在前述鋼樁打設工法所使用之鋼樁的俯視圖。

第1C圖係模式地顯示鋼樁之前端部周邊狀態之一部分切除的斷面立體圖。

第1D圖係設於鋼樁之前端部外面之板狀肋突起的部分放大圖。

第1E圖係第1D圖之A-A斷面圖。

第2圖係顯示本發明鋼樁打設工法之流動性固化材料之除氣效果的圖表。

第3圖係顯示振動打樁機之選定法的圖示。

第4圖係模式地顯示鋼樁打設工法之程序(A)～程序(G)之流程的圖示。

第5A圖係顯示鋼樁前端位置之深度的時間變化之圖表。

第5B圖係顯示有關試料1～4之工程管理的實施狀況的表。

1．．．鋼樁

2．．．樁本體

3．．．輸送管

3a．．．噴射口

C．．．流動性固化材料

C1．．．護基部

C2．．．周面固化部

D1．．．拉拔深度

D2．．．支撐層上端

D3．．．最終計畫深

D4．．．預定深度

W．．．高壓水

Claims (3)

1. 一種鋼樁打設工法，係使用沿鋼樁之長度方向配設之輸送管與振動打樁機，將前述鋼樁打設於地下者，其特徵在於包含下述步驟：鋼樁貫入步驟，係從前述輸送管噴射水且使前述振動打樁機作動，藉以將前述鋼樁貫入至前述地下之預定深度；護基部形成步驟，係從前述輸送管噴射流動性固化材料，且使前述振動打樁機作動，藉以於前述鋼樁之前端部之周邊形成護基部；及流動性固化材料除氣步驟，係使前述鋼樁位於計畫深度且停止前述流動性固化材料之噴射後，藉由使前述振動打樁機作動一定時間，以將前述流動性固化材料除氣，在前述鋼樁貫入步驟及前述護基部形成步驟中，係以為了貫入而設定之第1振幅使前述振動打樁機作動，且在前述流動性固化材料除氣步驟中，以為了除氣而設定之第2振幅使前述振動打樁機作動。
2. 如申請專利範圍第1項之鋼樁打設工法，其中前述鋼樁具備有設於前述前端部之內面的線狀突起。
3. 如申請專利範圍第1項之鋼樁打設工法，其中前述鋼樁具備有設於前述前端部之外面的板狀肋突起。