(57)【要約】【課題】陸上に設けられる構造物を支持するために土中に埋設される鋼杭の保護構造に関し、施工が容易でより優れた耐久性を備え、杭の埋設時の被覆層の剥離という問題を生ずることなく、地表面付近の鋼材の腐食が激しい環境における鋼杭の長期に亘る耐久性を向上させることを課題としている。【解決手段】構造物を支持するために土中に埋設される又は埋設された鋼杭であって、土中に埋設された後の当該鋼杭の地表面を貫通する位置の上下所定寸法の地表面領域がＦＲＰ層４ｂを含む被覆層４、好ましくはＦＲＰ層４ｂとそ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とを含む被覆層４で被覆されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持するための鋼杭であって、当該鋼杭の地表面が位置する位置の上下所定長の地表面領域に繊維補強プラスチック層を含む被覆層が設けられている、鋼杭。
【請求項２】
前記被覆層が、繊維補強プラスチック層とそ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とを含んでいる、請求項１記載の鋼杭。
【請求項３】
前記被覆層の下方部が回転杭工法により地中に埋設されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の鋼杭。
【請求項４】
前記地表面領域が当該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。
【請求項５】
土中に埋設された鋼杭で全体又は一部が支持されている陸上構造物であって、前記鋼杭が、請求項１、２、３又は４記載の鋼杭である、陸上構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は構造物の基礎構造に関し、特に陸上構造物を支持するために土中に埋設される鋼杭の保護構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物を支持する基礎の構造として杭を用いる構造が知られている。杭の材質として、木杭、ステンレス杭、アルミ杭等も用いられるが、木杭は内部に水が染み込んで腐敗しやすく、ステンレス杭やアルミニウム杭は高価である。そのため、表面に亜鉛メッキ、モルタル、防食塗装、ポリエチレンやポリウレタンなどの防食層を設けた鋼管や形鋼などの鋼製の杭が広く用いられている。
【０００３】
構造物の多くは陸上に設けられているが、海上に設けられる構造物もある。海上構造物を支持する杭は、海水の層を通って土中に打ち込まれる。海上構造物を支持する鋼杭では、潮の干満により周期的に水没する干満帯や波浪の飛沫が付着する飛沫帯の部分の腐食が激しい。そのため、海上構造物を支持する鋼杭の干満帯や飛沫帯の部分に防食層の表面にガラス繊維強化ポリエステル又はガラス繊維強化ウレタンエラストマーなどの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる重防食被覆を設けることが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、このような重防食被覆と下層のポリエチレン被覆やポリウレタン塗装等の合成樹脂層からなる防食層との剥離を防止する手段が提案されている。また特許文献２には、同様な課題を解決するために鋼杭の干満帯や飛沫帯の部分を鉄筋コンクリートからなる防食被覆により被覆することが提案されている。
【０００５】
一方、特許文献３には、陸上の軽量な構造物を支持する木杭について、雨水の浸透などによる腐食を避けるために、木杭の杭頭に鋼管キャップを被せ、当該鋼管キャップに構造物を接続して支持する構造が提案されている。鋼管キャップは、杭の頂端を覆っており、その長さは例えば０．８ｍである。
【０００６】
また杭を回転させながら埋設する工法について、非特許文献１に標準的な施工要領が詳細に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５７４４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２６９号公報
【特許文献３】特開２０１６−４１８８６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「回転杭工法施工管理要領」一般社団法人 鋼管杭・鋼矢板技術協会 平成２９年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、海水中を通って土中に埋設される鋼杭においては、当該鋼杭の干満帯や飛沫帯の部分に鋼杭の全長に亘って設けられる防食層に加えてＦＲＰ被覆層を部分的に設けることが提案されている。しかし、陸上に設けられる構造物を支持する鋼杭、すなわち地上の水の層を通過することなく土中に埋設される鋼杭においては、鋼杭の表面の長さ方向の一部分に特に耐食性を高めた被覆層を設けるということは行われていなかった。
【００１０】
陸上構造物を支持する鋼杭においては、干満帯や飛沫帯のように著しく腐食が進行するおそれのある部分が存在しないため、特に耐食性を高めた被覆層を部分的に設ける必要性が認識されていなかった。
【００１１】
また、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、このことも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。
【００１２】
しかし近年、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。
【００１３】
この発明は、そのような要望に答える技術を提供するためになされたもので、陸上に設けられる構造物を支持するために土中に埋設される鋼杭のより優れた保護構造を得ることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決したこの発明の鋼杭２（２ａ〜２ｄ）は、陸上構造物１（１ａ、１ｂ、１ｄ）を支持するために土中に埋設される又は埋設された鋼杭であって、土中に埋設された後の当該鋼杭の地表面ＧＬを貫通する位置３ａの上下所定寸法の地表面領域３がＦＲＰ層４ｂを含む被覆層４、好ましくはＦＲＰ層４ｂとそ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とを含む被覆層４で被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
表面に被覆層を設けた杭は、埋設時における土砂との摩擦研磨により被覆層が削り取られるという問題がある。特に、埋設時における騒音や振動を避けるために、回転杭工法が採用される場合、回転により土砂との摩擦距離が長くなり、被覆層の摩耗や剥離が問題となる。この問題は、ＦＲＰ層４ｂの表面に耐候性や耐摩耗性に優れた又は摩擦を軽減するトップコート層４ｃを設けることにより解決できることが、本願発明者らの試験による確認することができた。
【００１６】
またこの発明の陸上構造物１は、当該陸上構造物を支持するために土中に埋設された鋼杭２を備え、当該鋼杭が地表面ＧＬを貫通する部分の上下所定寸法の地表面領域３がＦＲＰ層４ｂを含む被覆層４、好ましくはＦＲＰ層４ｂとそ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とを含む被覆層４で被覆されていることを特徴とする。
【００１７】
一般的には地表面領域３は、鋼杭２の上端にまで達しておらず、鋼杭２の上端と地表面領域３との間にはＦＲＰ被覆層を備えていない杭頭領域５が存在している。また、ＦＲＰ層４ｂ及びトップコート層４ｃは、地表面領域３の下縁が地表面ＧＬより若干上に位置するまで鋼杭２を埋設したあとで施工し、これらの層４ｂ、４ｃが硬化したあと、これらの層を含む地表面領域３の略中間位置３ａが地表面ＧＬに位置する深さまで埋設するのが良い。これは、工場で塗布する又は現場で埋設施工前に塗布すると、杭の高止まり時、すなわち杭が予定の深さまで埋設されなかったときに対応が困難になるためである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の鋼杭は、数十年に亘る鋼杭の耐久性を更に改良することを課題としてなされたものである。従って、現時点ではその効果を十分に立証し確認することはできない。しかしながら、地表部分の土砂の状態は多種多様であり、長期に亘る耐久性を確保するための手段も複数種存在すると考えられる。
【００１９】
本発明の構造は、特に地表面における鋼材の腐食が激しいような地盤において有効であることは明らかであり、また、本発明者らの試験により、摩擦距離が長くなる回転杭工法による埋設においても、地表から１ｍ程度の深さまでの杭の埋設であれば、ＦＲＰ層の剥離が生じないことを実際の埋設試験により確認することができた。
【００２０】
すなわち、この発明は、従来懸念されていた杭の埋設時の被覆層の剥離という問題を生ずることなく、地表面付近の鋼材の腐食が激しい環境における陸上構造物の基礎に用いられる鋼杭の耐久性を改善する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の鋼杭の施工手順の第１例を示すブロック図
【図２】被覆層の下縁部分の一部拡大断面図
【図３】この発明の鋼杭の施工手順の第２例を示すブロック図
【図４】この発明の鋼杭の施工手順の第３例を示すブロック図
【図５】この発明の鋼杭で支持された陸上構造物の第１例を示す正面図
【図６】図５のＡ部断面矢視図
【図７】この発明の鋼杭で支持された陸上構造物の第２例を示す側面図
【図８】この発明の鋼杭で支持された陸上構造物の第３例を示す部分斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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）。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図４は、試験杭の打ち込みなどの事前調査などにより鋼杭２の埋設深さが分かっている場合の施工手順を示した図である。従来方法により表面全長に適宜防錆処理を施した鋼杭２を所定の埋設深さより形成する地表面領域３の上下寸法Ｌにより決定される若干浅い深さに打ち込んだあと（図４ａ）、所定の埋設深さまで打ち込んだときに地表面ＧＬとなる位置を中間位置とする上下所定寸法の地表面領域３に前記と同様な手順で被覆層４を形成し（図４ｂ、ｃ）、被覆層４が硬化した後、所定の深さまで鋼杭２を打ち込む。
【００２８】
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。
【００２９】
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１ないしその支持基盤１３、１４、１５（図５〜図７参照）が固着ないし固定される。
【００３０】
本願発明者らは、材質がＳＴＫ４００の直径２６７．４ｍｍで肉厚８ｍｍの鋼管杭と、直径２１６．３ｍｍで肉厚８．２ｍｍの鋼管杭を用い、それらの鋼管杭の頂端から１ｍ下の位置を中心としてその上下２５０ｍｍの地表面領域３に上記手順でプライマー塗装、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の地表面領域３の中間位置３ａが地表面ＧＬとなるまで杭２を打ち込んでから、当該杭を引き抜いてＦＲＰ被覆層の土中に埋設された部分を観察した。
【００３１】
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、ピンホールは確認されなかった。
【００３２】
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。
【００３３】
図５〜図８は、上記のようにして打設された鋼杭２で支持した陸上構造物の例を示した図で、図５、６は斜面ＬＧＬの上に設けた遊歩道の例であり、図７は高架の鉄道車両基地の例、図８は陸上構造物の支柱１ｄを支持している例である。
【００３４】
図５の紙面直角方向に延びる遊歩道の基盤１ａは、その長手方向に所定間隔で配置した支柱１１と、その上端に固着した複数本の腕１２で支持されている。支柱１１の下端は、図６に示すような支持基盤１３で支持されており、当該支持基盤１３が土の斜面ＬＧＬに埋設された４本の鋼管からなる鋼杭２で支持されている。それぞれの鋼杭２は、斜面ＬＧＬを貫通する位置を中間位置として、その上下の所定長さの地表面領域にＦＲＰ層４ｂを含む被覆層４が形成されている。
【００３５】
図７は、この発明の鋼杭で支持された高架の車両基地の一部を示した図である。車両基地の基盤１ｂは、平面視で井桁に組まれたＨ形鋼１４、１５で支持されており、直交するＨ形鋼１４、１５が交差する部分に同寸法のＨ形鋼からなる鋼杭２ａ〜２ｃが配置されている。車両基地の基盤１ｂの周縁に位置する鋼杭２ａの外側には、設置地面を囲む壁１６と盛土１７が設けられている。周縁以外の部分には盛土は設けられていない。
【００３６】
図７には、３本の鋼杭２ａ〜２ｃが示されており、盛土１７が設けられていない部分の鋼杭２ｃは、地表面ＧＬを略中心とする所定寸法の地表面領域に被覆層４が設けられており、盛土１７を設けた部分に埋設された鋼杭２ａ、２ｂには、地表面ＧＬの下方から盛土１７の表面の上方にかけての地表面領域に被覆層４が設けられている。
【００３７】
この発明の鋼杭の保護構造における地表面領域は、杭そのものの表面で無くても良く、杭が地表面を貫通する位置の上下の実質的に鋼杭の表面に相当する面であっても良い。
【００３８】
図８は、土中に埋設された２本の鋼製の地中杭２１、２１と鋼製の型枠２２及び当該型枠内の鉄筋コンクリート２３からなる鋼杭２ｄの上端と陸上構造物である屋根を支える支柱１ｄの下端とを鋼製の型枠２２内の鉄筋コンクリート２３によって固着した例を示した図である。この例では、鋼製の型枠２２が地表面ＧＬを貫通している。そして、その鋼製の型枠２２の表面が地表面領域３となっている。
【００３９】
図８の場合には、予め本来の設置深さまで打ち込んだ地中杭２１、２１の上端周囲の地面を掘削し、外表面にＦＲＰ被覆を施した型枠２２を設置し、支柱１ｄの下端を当該型枠２２内に差し込んで仮固定した後、型枠２２内にコンクリートを打設すると共に型枠２２の周囲に土を埋め戻して基礎を完成するという手順で施工される。
【符号の説明】
【００４０】
１（１ａ、１ｂ、１ｄ）  陸上構造物
２（２ａ〜２ｄ）  鋼杭
３  地表面領域
３ａ  中間位置
４  被覆層
４ｂ  ＦＲＰ層
４ｃ  トップコート層
５  杭頭領域
ＧＬ  地表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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