(57)【要約】【課題】簡単な設備で容易に鋼部材を地中に貫入することができる鋼部材の地中貫入方法を提供する。【解決手段】鋼部材１１は上下方向に軸線を有するものとし、水平方向の断面における形状が閉じた部分を有する。つまり、鋼板部１１ａに鋼管１１ｂが一体に接合されている。この鋼管に上部から界面活性剤を発泡させた気泡を圧入し、該鋼部材の下端付近の土壌内に噴出させながら鋼部材を地中に貫入する。気泡が土粒子間に充填されることによって間隙圧が上昇するとともに、界面活性剤が土粒子間に入り込むことによって土粒子間の滑りが生じ易くなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に軸線を有する鋼部材を、地表面から地中に貫入する方法であって、
前記鋼部材は、水平方向の断面における形状が閉じた部分を有し、この閉じた部分が上下方向に連続する管状部となっているものとし、
前記管状部に上部から発泡剤を含む液体を発泡させた気泡を圧入し、該鋼部材の下端付近の土壌内に噴出させながら該鋼部材を地中に貫入することを特徴とする鋼部材の地中貫入方法。
【請求項２】
前記鋼部材に下方へ押し込む方向の力を作用させた後、該鋼部材を上方へ引き上げる動作を繰り返し、圧入した気泡の土粒子間への拡散を促進しながら前記鋼部材を貫入することを特徴とする請求項１に記載の鋼部材の地中貫入方法。
【請求項３】
前記鋼部材は板状の部材であり、水平方向の断面における全幅のほぼ中央部に前記管状部が形成されており、
前記管状部の下端部は、該鋼部材の下端より上方に気泡を噴き出す噴出口を有し、
該噴出口より下方に伸びた板状部分の前記噴出口付近に、該板状部分の両側間で前記気泡が移動可能となる開口が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼部材の地中貫入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭、Ｈ形鋼、鋼矢板等の鋼部材を地中に貫入する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管杭、鋼矢板等の鋼部材を地中に貫入する方法として、鋼部材の頂部に打撃又は振動を与えて地中に貫入する方法が広く用いられている。また、貫入時における鋼部材の先端付近の地盤中に高圧水の噴射を行い、地盤の貫入抵抗の低減及び鋼部材の周面の摩擦力の低減を図る方法が、例えば特許文献１又は特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２５５１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、狭小な敷地内で、小断面の鋼部材を地中に貫入しようとするときには、上記のような従来の方法を適用することが難しい場合がある。
狭小な敷地内で小断面の鋼部材を地中に貫入する場合としては、例えば戸建て住宅のように小規模の建築物における液状化対策や、軟弱地盤上に構築する小規模建築物の杭基礎を施工する場合等が考えられる。
狭小な敷地における液状化対策としては、断面積が小さい鋼矢板状の鋼板部材を地中に貫入して地中隔壁を形成する場合がある。これは、砂質地盤中における地下水の移動、砂層の流動を制限して液状化を抑制しようとするものである。
【０００５】
上記のように狭小な敷地内で鋼部材を地中に貫入するときには、従来において広く使用されている油圧ハンマやバイブロハンマ等を敷地内に設置することが困難である場合が多い。また、近隣への騒音が生じるため多くの場合に使用が制限される。さらに、地中に貫入しようとする鋼部材の断面が小さいと曲げ剛性も小さくなり、貫入時に頂部から大きな力で押し込もうとすると鋼部材が座屈してしまうおそれもある。
【０００６】
一方、加圧水を鋼部材の先端付近から地盤中に噴出させながら鋼部材を貫入することで、頭部に作用させる力を低減し、上記問題点を緩和することができる。つまり、小断面の鋼部材は、加圧水の噴出を行うことによって大規模の設備を用いることなく比較的容易に地中に貫入することができる。したがって、打撃や振動を与えることなく圧入することが可能となり、騒音も低減することができる。
【０００７】
しかし、地中に多量の水を噴出することによって、貫入中の鋼部材に沿って水が地表面にまで上昇する。このため、近隣の敷地外に流出するのを防ぎ、敷地内で処理する必要がある。また、鋼部材は狭小な敷地内への搬入及び敷地内での取扱いが容易となる長さのものを使用すると、接続しながら地中に貫入する必要が生じることが多い。鋼部材を接続するときは、下方の鋼部材を地中に貫入した後、地中への加圧水の噴出を停止し、鋼部材の接続作業を行うことになる。そして、鋼部材の貫入を再開したときに、加圧水の噴出を停止したことによる土粒子の締め固めが進んでおり、再開後の貫入が困難になることがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な設備で容易に鋼部材を地中に貫入することができる鋼部材の地中貫入方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、  上下方向に軸線を有する鋼部材を、地表面から地中に貫入する方法であって、  前記鋼部材は、水平方向の断面における形状が閉じた部分を有し、この閉じた部分が上下方向に連続する管状部となっているものとし、  前記管状部に上部から発泡剤を含む液体を発泡させた気泡を圧入し、該鋼部材の下端付近の土壌内に噴出させながら該鋼部材を地中に貫入する鋼部材の地中貫入方法を提供する。
【００１０】
この方法では、鋼部材を貫入するときに、上記管状部を介して鋼部材の先端付近の地盤に気泡が供給され、砂質地盤であると砂粒子の間隙に気泡が入り込む。これにより、砂粒子間の圧力つまり間隙圧が上昇し、地盤中の砂粒子間の噛み合わせが解放されやすくなる。また、気泡を形成している液体が界面活性剤を含むものであると、その界面活性作用によって、砂粒子が互いに動きやすくなる。したがって、鋼部材を上方から押圧するときに地盤は流動化し易い状態となり、鋼部材は少ない押圧力で容易に圧入することが可能となる。これにより鋼部材に作用させる押圧力を低減することができ、大きな設備を用いること無く容易に貫入することが可能となって、鋼部材が座屈する虞も低減される。
また、鋼部材に沿って気泡が地表面まで上昇しても、気泡を形成している液体は少量であり、消泡することによって容易に処理することができる。
さらに、気泡の圧入を停止したときに、砂粒子間に侵入した気泡は短い時間で抜け出すことはなく、鋼部材を接続する間は気泡の圧入を停止しても、砂が締め固められてその後の貫入が困難になるようなことも回避される。
【００１１】
請求項２係る発明は、請求項１に記載の方法において、  前記鋼部材に下方へ押し込む方向の力を作用させた後、該鋼部材を上方へ引き上げる動作を繰り返し、圧入した気泡の土粒子間への拡散を促進しながら前記鋼部材を貫入するものとする。
【００１２】
この方法では、鋼部材の上下動を繰り返し行うことによって鋼部材の先端付近の砂粒子、及び鋼部材の側面付近にある砂粒子が攪拌され、土粒子間に気泡が入り込むのが促進される。これにより、砂粒子の流動性が向上し、鋼部材を地中に貫入することが容易となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の方法において、  前記鋼部材は板状の部材であり、水平方向の断面における全幅のほぼ中央部に前記管状部が形成されており、  前記管状部の下端部は、該鋼部材の下端より上方に気泡を噴き出す噴出口を有し、  該噴出口より下方に伸びた板状部分の前記噴出口付近に、該板状部分の両側間で前記気泡が移動可能となる開口が設けられているものとする。
【００１４】
この方法では、気泡の噴出口を鋼部材の下端より上方に設けることによって、噴出口が砂によって閉塞されるのを抑制することができる。これにより、気泡を圧入するときの圧力を小さく設定することができる。
また、噴出口を鋼部材の下端より上方に設けても、開口によって板状となった鋼部材の側面の両側に気泡を供給することができ、鋼部材の先端付近の広い範囲に気泡を侵入させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上、説明したように、本発明に係る鋼部材の地中貫入方法では、狭小な敷地にでも設置できる程度の設備によって容易に鋼部材を地中に貫入することができるとともに、排出する水の処理の容易化及び騒音の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る方法で貫入することができる鋼部材を用いた鋼板地中隔壁を示す概略断面図及び概略平面図である。
【図２】図１に示す鋼板地中隔壁の地表面下の状態を透視した概略斜視図である。
【図３】図１に示す鋼板地中隔壁を構成する鋼部材であって、本発明に係る方法で地中に貫入することができる鋼部材の平面図である。
【図４】図３に示す鋼部材の斜視図である。
【図５】鋼板地中隔壁を構成する鋼部材を地中に圧入する状態を示す概略図である。
【図６】図４に示す鋼部材の圧入時の状態を示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る方法で用いることができる鋼部材の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る方法によって貫入した鋼部材を用いて形成された鋼板地中隔壁を示す概略断面図及び概略平面図である。また、図２は、この鋼板地中隔壁の地表面下の状態を透視した概略斜視図である。
この鋼板地中隔壁は、戸建て住宅等の建物１が構築された領域を取り囲むように形成されたものである。また、この鋼板地中隔壁２の外側には該鋼板地中隔壁と接触又は近接するように鋼杭４が鋼板地中隔壁２より深い位置まで圧入され、この鋼杭４が鋼板地中隔壁２に沿って水平方向に所定間隔毎に設けられている。
【００１８】
このような鋼板地中隔壁２を設けることにより、建物１の下側の地盤を鋼板地中隔壁２によって囲み、地震時において地下水及び建物の下側の地盤が側方に流動するのを抑制しようとするものである。また、鋼板地中隔壁２によって囲まれた範囲の外側に設けられた鋼杭４は、地盤が側方へ流動しようとする力によって、鋼板地中隔壁２が外側に膨らむように変形するのを抑制するものとなっている。
【００１９】
上記鋼板地中隔壁２は、液状化し易い層６つまり地下水位が高い砂質地盤に形成されており、液状化が生じ難い層５に達する深さまで設けてもよいが、必ずしも液状化が生じ難い層５まで達していなくてもよく、液状化し易い層６内に留めてもよい。例えば、地表面近くから２ｍ〜１０ｍの深さまでの地中鋼板隔壁とすることができる。より好ましくは４ｍ〜１０ｍの深さとする。
【００２０】
上記鋼板地中隔壁２は、鉛直方向に長い複数の鋼部材１１が、図３に示すように、水平方向に連続して接合されたものである。上記鋼部材１１は、鋼板を上下方向の折り曲げ線によって曲げ加工して形成された鋼板部１１ａと、この鋼板部１１ａに溶接によって取り付けられて本発明の管状部となる鋼管１１ｂとを有するものである。鋼板部１１ａは、厚さが０．４ｍｍ〜６ｍｍ程度の鋼板を曲げ加工して形成されたものであり、より好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍ程度の鋼板を用いる。この鋼板はメッキ等による防食加工が施されたものが望ましく、特に、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの合金による溶融メッキが施された鋼板（例えば、日新製鋼株式会社製、「高耐食溶融めっき鋼板ＺＡＭ」、［「ＺＡＭ」は日新製鋼株式会社の商標］）や、アルミニウム合金のメッキが施された鋼板等を用いるのが望ましい。
上記鋼部材１１の鋼板部１１ａには、両側縁に沿って隣り合う鋼部材１１と接合するための接合用加工部１１ｃが、曲げ加工によって設けられている。また、両側縁間には、鉛直方向の折り曲げ線によって曲げ加工されて水平方向の断面における形状が山形となった補剛部１１ｄが形成されている。この補剛部１１ｄに沿って鋼管１１ｂが上下方向つまり鋼部材の軸線方向に溶接によって取り付けられている。
【００２１】
上記接合用加工部１１ｃは、水平方向の断面において両側縁付近の形状が該鋼部材１１の中心線ａ−ａに関して線対称となるように設けられている。そして、図３に示すように、補剛部１１ｄが凸状に張り出した第１面側から、補剛部１１ｄが凹状となった第２面側に側縁付近が折り返すように曲げ加工された係合端１１ｅを有している。隣り合う鋼部材１１−１，１１−２は、第１面と第２面とが交互に逆方向となるように接合されるものであり、第１面側から第２面側に折り返された上記係合端１１ｅが互いに係合され、折り曲げられた内側となる面が互いに接触するように接合されている。
【００２２】
鋼部材１１の鋼板部１１ａに取り付けられた鋼管１１ｂは、図３及び図４に示すように、断面が円形となっており、鋼板部１１ａに設けられた補剛部１１ｄの凹状となった面に沿って固定され、管状部を形成している。この鋼管１１ｂは、例えば、内径が１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度のものを使用することができ、より好ましくは内径が１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものを使用する。この鋼管１１ｂを鋼板部１１ａに取り付けるための溶接は、鉛直方向に沿って連続するように行ってもよいが、所定の間隔毎に限られた範囲を接合するものであってもよい。
【００２３】
上記鋼管１１ｂの上部は、鋼板部１１ａの上端とほぼ同じ高さに端面を有し、気泡を供給するための供給管１２と接続するための接続具１１ｇを取り付けることが可能となっている。また、鋼部材１１を上端部で継ぎ足して貫入するときには、上記接続具１１ｇを取り外し、上部に接続する鋼部材に取り付けられた鋼管と接続することができるものとなっている。
【００２４】
一方、この鋼管１１ｂの下端は鋼板部１１ａの下端よりやや高い位置に設定され、下端面１１ｆは切断された断面形状のまま下方に向けて噴出口１１ｈが形成されている。また、鋼管の下端付近に圧縮力を加えて噴出口１１ｈが扁平な形状となるように変形させたものであってもよい。また、鋼板部１１ａの上記噴出口付近には、図４に示すように、該鋼板部１１ａの両側間で気泡が移動可能となる開口１１ｉが設けられている。
なお、上記鋼板部１１ａの下端より上方にある上記鋼管１１ｂの下端面の高さは、吐出された気泡が鋼部材１１の先端付近の土壌内に浸透して鋼部材の貫入抵抗を低減する効果が発揮される範囲で設定される。
【００２５】
上記鋼板地中隔壁２の外側で、該鋼板地中隔壁２に沿ってほぼ鉛直方向に圧入された鋼杭４としては、鋼管杭、Ｈ型鋼等を用いることができる。そして、鋼板地中隔壁２を構成する鋼部材１１より深い位置まで圧入されている。鋼杭４を圧入する深さは、必ずしも液状化が生じ難い層５まで到達するように圧入する必要はないが、図１に示す例では、液状化し易い層６を貫通して液状化が生じ難い層５まで圧入している。
【００２６】
次に、本発明の一実施形態であって、上記鋼部材１１を地中に貫入する方法について説明する。
上記鋼板地中隔壁２を構成する鋼部材１１を、一枚ずつ順次に貫入するものとし、図３に示すように、先に圧入した鋼部材１１−１の一方の側縁に設けられた接合用加工部１１ｃ−１と、次に圧入する鋼部材１１−２の一方の接合用加工部１１ｃ−２とが係合されるように位置を合わせて貫入する。そして、順次に鋼部材１１を貫入して建物１を囲むように平面視が閉じた形状に鋼板地中隔壁２を形成する。
【００２７】
鋼部材１１の貫入は、図５に示すように、鋼部材１１を鉛直に吊り上げ、上端から押圧力を付与して地中に貫入する。このとき鋼部材１１は主要部が薄い鋼板で構成されて軽量となっており、長さも４ｍ〜１０ｍ程度である。したがって、鋼部材１１を貫入しようとする敷地内に小型の施工機械３１によって鋼部材１１を建て込み、貫入する作業を行うことができる。そして貫入は、騒音及び振動を抑制するために上方から押圧力を付与することによって行うものとし、図４に示すように、鋼部材１１の上端面に施工機械３１の押圧部３１ａを当接して下方への押圧力を付与する。なお、近隣の条件等によって振動や打撃を行うことができる場合には振動又は打撃を与えて貫入してもよい。
【００２８】
鋼部材１１の鋼板部１１ａは、薄い鋼板を曲げ加工して形成されたものであり、断面積が小さく軸線方向つまり上下方向の曲げ剛性が小さくなっている。このため、上方から押圧力を負荷することによって鋼部材１１が座屈する虞が生じる。これに対して、鋼部材１１は、鋼板部１１ａに補剛部１１ｄを設けるとともに鋼管１１ｂを取り付けて曲げ剛性を増大させる。さらに、鋼管１１ｂを介して鋼部材１１の先端付近の地盤中に発泡剤を含む液体を発泡させた気泡を供給しながら圧入する。供給する気泡は、例えば発泡剤を含む液体と圧縮空気とを細かい網状のスクリーンに供給して通過させることによって発泡させることができる。発泡剤としては、例えばアルキルサルフェート系界面活性剤、部分加水分解蛋白質、アルキルエーテル系化合物複合体等を用いることができる。気泡の径は、２０μｍ〜５００μｍ程度となるように発泡させるのが望ましく、地盤を構成する土粒子の径によって調整することもできる。気泡を圧入する圧力は、０．２ｍＰａ〜０．６ｍＰａ程度とするのが望ましいが、使用する鋼部材１１の寸法や鋼部材を貫入する地盤の条件等にしたがって調整することができる。
【００２９】
気泡の供給は、図４に示すように鋼管１１ｂの上部に気泡の供給管１２を接続して行うものとし、該鋼管１１ｂの下端に設けた噴出口１１ｈから地盤中に気泡を噴出する。
このように鋼部材１１の下端部へ気泡を供給することによって圧入に対する抵抗が減少する。つまり、図６に示すように鋼部材１１の下端付近の地盤に気泡が供給されることによって砂質地盤内で砂粒子の間隙に気泡が充填され、これによって間隙圧が上昇して砂粒子の噛み合わせが解放されやすくなる。また、気泡を形成する液体が界面活性剤を含むものであると、砂粒子間に浸入した界面活性剤によって砂粒子間で滑りが生じ易くなる。したがって、砂粒子の流動性が向上し、鋼部材１１の圧入への抵抗が減少するものと考えられる。また、圧入された気泡が鋼部材１１の側面に沿って上昇し、地盤と鋼部材１１との間の摩擦力を低減する。このような作用により、鋼部材１１を地中に貫入するときの抵抗は低減され、座屈を生じることなく容易に圧入することが可能となる。
【００３０】
上記気泡を供給しながら鋼部材１１を圧入するときに、鋼部材１１を上下方向に繰り返し往復駆動させることができる。このように鋼部材１１を繰り返し上下動させることによって、鋼部材１１の先端付近の地盤を攪拌し、砂粒子間に気泡が侵入するのを促進することができる。
【００３１】
また、気泡の噴出口１１ｈが鋼板部１１ａの下端より上方に設けられていることによって、圧入時に噴出口１１ｈが砂によって閉塞されるのを抑制することができる。上記のように噴出口１１ｈより鋼板部１１ａの下端面が下方にあることによって下方へ向かって作用する押圧力の大部分が鋼板部１１ａの下端面に作用し、鋼管１１ｂの下端面が地盤に押し付けられる力が緩和されて、噴出口１１ｈの閉塞が生じにくくなるものと考えられる。噴出口を小さくして気泡を供給する圧力を増大させることによっても噴出口の閉塞を抑制することは可能であるが、上記構成を採用することによって、気泡を供給する圧力を小さく設定しても砂粒子による噴出口の閉塞を抑制しながら気泡を供給することが可能となる。
【００３２】
また、噴出口１１ｈを鋼板部１１ａの下端より上方に設け、鋼板部１１ａが鋼管１１ｂの下端つまり噴出口１１ｈより下方に突き出していると、鋼管１１ｂの下端から噴出された気泡の地盤への拡散が鋼板部１１ａによって遮られることがある。つまり、鋼板部１１ａの側面の片方に沿った位置には多くの気泡が供給されるが鋼板部１１ａの反対側の側面に沿った位置には気泡が供給されにくくなることが考えられる。これに対して、図４に示すように鋼板部に開口１１ｉを設けることによって、この開口１１ｉを通して気泡が鋼板部１１ａの両側に供給され、鋼部材１１の先端における貫入抵抗の低減及び側面の摩擦力の低減が促進されるものとなる。
【００３３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他の形態で実施することができる。
例えば、鋼部材の形状は、図３に示すものに限られるものではなく、他の形状の鋼部材を用いることができる。
図７に断面形状を示す鋼部材２１は、本発明に係る方法によって地中に貫入することができるものであって、この鋼部材２１は、鋼板の曲げ加工によって管状部２１ａを形成したものである。つまり、鋼板の幅方向のほぼ中央部に形成した補剛部を、断面がループ状に閉じた形状となるようにした曲げ加工ものである。閉じた形状に閉合する位置２１ｂでは、溶接によって接合して上部から下方に気泡を圧入することが可能な管状部を形成している。
このような鋼部材２１を用いたときにも、図３及び図４に示す鋼部材１１を用いたときと同様に上部から気泡を供給して鋼部材２１の圧入時の抵抗を低減し、座屈が生じないように圧入することが容易となる。
【００３４】
また、鋼部材は鋼板を用いるものに限定されず、鋼管やＨ形鋼とすることもできる。つまり、図１及び図２に示す鋼板地中隔壁２で用いられる鋼杭４は、本発明の方法によって気泡を先端付近に供給しながら圧入することができる。鋼管杭を本発明における鋼部材とするときには、鋼管杭自体を管状部として用いることができる。また、鋼管杭の径が大きいときには、別途小径の鋼管を内側に配置して管状部としても良い。一方、Ｈ形鋼を本発明の鋼部材として用いるときには、鋼管を別途に付加して管状部とすることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：建物，    ２：鋼板地中隔壁，    ４：鋼杭，    ５：液状化し難い層，    ６：液状化し易い層，    
１１：鋼部材，    １１ａ：鋼部材の鋼板部，    １１ｂ：鋼板部に取り付けられた鋼管，    １１ｃ：接合用加工部，    １１ｄ：補剛部，    １１ｅ：係合端，    １１ｆ：鋼管の下端面，    １１ｇ：鋼管と気泡供給管とを接続するための接続具，    １１ｈ：気泡の噴出口，    １１ｉ：鋼板部の開口，    １２：気泡の供給管，    
２１：鋼部材，    ２１ａ：鋼部材の管状部，    ２１ｂ：鋼部材の断面が閉じた形状に閉合する位置，    
３１：施工機械
【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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