(57)【要約】      （修正有）【課題】小径の鋼管杭を埋め込むにあたり、鋼管杭の下端近傍に形成される固化体を拡径して鋼管杭の先端支持力を高めることができる鋼管杭の埋込み方法を提供する。【解決手段】固化体の造成方法においては、地盤３内にグラウト充填領域９を形成した後、ボーリングロッド２を後退させながら、ノンコア切削ビット５の吐出孔６からグラウト材８を引き続き吐出することで、ボーリングロッド２の前方領域にグラウト材８を充填して、前方領域をあらたなグラウト充填領域９としつつ、ボーリングロッド２の先端がグラウト充填領域９の境界近傍に対向するように配置し、次いで、ボーリングロッド２をその材軸方向に沿ってグラウト充填領域９の中心近傍方向に前進させることにより、ボーリングロッドの先端に配置されたノンコア切削ビット５でグラウト充填領域９を加圧する。【選択図】図２
2014134008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内にグラウト材を充填し固化させることにより該グラウト材が充填されたグラウト充填領域に固化体を造成する固化体の造成方法において、
前記グラウト材が固化する前に、前記グラウト充填領域の境界近傍に先端が対向するように又は該グラウト充填領域の内側に先端が位置決めされるように載荷用ロッドを配置し、該載荷用ロッドをその材軸方向に沿って前記グラウト充填領域の中心近傍方向に前進させることにより、該載荷用ロッドの先端に配置された載荷手段で前記グラウト充填領域を加圧することを特徴とする固化体の造成方法。
【請求項２】
前記載荷用ロッドの前進によって前記グラウト充填領域を加圧した後、該載荷用ロッドを後退させながら又は後退させてから該載荷用ロッドの前方領域にグラウト材を充填することで該前方領域をあらたなグラウト充填領域とするとともに、前記載荷用ロッドの前進及び後退並びに前記前方領域へのグラウト材の充填からなる一連の工程を繰り返す請求項１記載の固化体の造成方法。
【請求項３】
前記載荷用ロッドを内部空間がグラウト材の流路となる中空ロッドで構成してその先端開口に前記載荷手段を取り付け、該載荷手段にグラウト材を吐出するための吐出孔を設けた請求項１又は請求項２記載の固化体の造成方法。
【請求項４】
前記中空ロッドをボーリングロッドで構成するとともに該ボーリングロッドの先端に取り付けられるノンコア切削ビットを前記載荷手段とすることで、前記ボーリングロッドを介して圧送されたグラウト材を前記ノンコア切削ビットに設けられた吐出孔から吐出させる請求項３記載の固化体の造成方法。
【請求項５】
地盤内に掘削孔を形成するとともに該掘削孔の底面近傍に固化体を造成し、該固化体に下端が当接し又は貫入されるように前記掘削孔内に鋼管杭を建て込む鋼管杭の埋込み方法において、
前記固化体を請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の固化体の造成方法にしたがって造成することを特徴とする鋼管杭の埋込み方法。
【請求項６】
前記固化体を請求項４記載の固化体の造成方法にしたがって造成する場合において、前記ボーリングロッドによる前記掘削孔の形成をケーシング内で行うことで前記掘削孔の孔壁を保護し、該掘削孔の形成後、その底面から下方に向けて前記ボーリングロッドを貫入させた後、前記固化体を造成し、該固化体の造成後、前記鋼管杭の前記掘削孔への建込み、前記ケーシングの引抜き撤去及び前記鋼管杭の周面と前記掘削孔の孔壁との間へのグラウト材の充填を行う請求項５記載の鋼管杭の埋込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として杭径が小さな鋼管杭を地盤に埋め込む際に適用される固化体の造成方法及びそれを用いた鋼管杭の埋込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物を支持するための杭基礎は、支持機構の観点からは、良質な支持層に下端を貫入させることで支持力を確保する支持杭と、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦によって支持力を確保する摩擦杭とに大別されるが、施工方法の観点からは、打込み杭、埋込み杭、場所打ち杭等に分類されるとともに、杭径の観点からは、φ３００ｍｍ以下の埋込み杭や打込み杭を用いたマイクロパイル工法と呼ばれる杭工法が知られている。
【０００３】
マイクロパイル工法は、比較的小規模な施工機械で実施が可能であるため、狭隘な場所、空頭制限がある場所、山間部、傾斜地その他十分な施工スペースを確保できない場合に有効な手段として実績がある。
【０００４】
マイクロパイル工法において鋼管杭を埋込み杭として用いる場合には、まず、地盤に掘削孔を先行形成し、次いで、該掘削孔内に鋼管杭を建て込んだ後、該鋼管杭の下方及び周囲にグラウト材を充填する。
【０００５】
このようにすると、充填されたグラウト材は、鋼管杭の下方で固化して該鋼管杭の軸力を分散された状態で地盤に伝達するとともに、鋼管杭の周囲で固化して該鋼管杭と周辺地盤との間で水平力や鋼管杭の周面に沿った摩擦力を伝達する役目を果たし、かくして鋼管杭の支持力が十分に確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８１７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、鋼管杭の下端近傍でグラウト材が固化してなる固化体を鋼管杭の外径よりも大きくなるように構成すれば、鋼管杭の軸力がさらに荷重分散された形で地盤に伝達するため、鋼管杭の先端支持力を高めることが可能であって、中堀り工法やプレボーリング工法では、拡径用の切削ヘッドで地盤内に拡径空間を形成する掘削工法が広く採用されており、拡径用の切削ヘッドも数多く開発されている。
【０００８】
しかしながら、上述したような施工スペースの確保が難しい状況では、拡径用の切削ヘッドを用いるための設備導入が困難な場合があるという問題を生じていた。
【０００９】
一方、マイクロパイル工法で用いられるボーリングマシン等の小規模な削孔機械には、スライム排除あるいは孔壁保護のための清水や泥水を圧送する圧送ポンプが備えられており、該圧送ポンプをグラウトポンプとして用いることにより、セメントミルクなどのグラウト材を地盤内に圧入することができるが、吐出圧は概して低く、拡径できるだけの吐出能力まで備えていない場合がほとんどである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、小径の鋼管杭を埋め込むにあたり、該鋼管杭の下端近傍に形成される固化体を拡径して該鋼管杭の先端支持力を高めることが可能な固化体の造成方法及びそれを用いた鋼管杭の埋込み方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る固化体の造成方法は請求項１に記載したように、地盤内にグラウト材を充填し固化させることにより該グラウト材が充填されたグラウト充填領域に固化体を造成する固化体の造成方法において、
前記グラウト材が固化する前に、前記グラウト充填領域の境界近傍に先端が対向するように又は該グラウト充填領域の内側に先端が位置決めされるように載荷用ロッドを配置し、該載荷用ロッドをその材軸方向に沿って前記グラウト充填領域の中心近傍方向に前進させることにより、該載荷用ロッドの先端に配置された載荷手段で前記グラウト充填領域を加圧するものである。
【００１２】
また、本発明に係る固化体の造成方法は、前記載荷用ロッドの前進によって前記グラウト充填領域を加圧した後、該載荷用ロッドを後退させながら又は後退させてから該載荷用ロッドの前方領域にグラウト材を充填することで該前方領域をあらたなグラウト充填領域とするとともに、前記載荷用ロッドの前進及び後退並びに前記前方領域へのグラウト材の充填からなる一連の工程を繰り返すものである。
【００１３】
また、本発明に係る固化体の造成方法は、前記載荷用ロッドを内部空間がグラウト材の流路となる中空ロッドで構成してその先端開口に前記載荷手段を取り付け、該載荷手段にグラウト材を吐出するための吐出孔を設けたものである。
【００１４】
また、本発明に係る固化体の造成方法は、前記中空ロッドをボーリングロッドで構成するとともに該ボーリングロッドの先端に取り付けられるノンコア切削ビットを前記載荷手段とすることで、前記ボーリングロッドを介して圧送されたグラウト材を前記ノンコア切削ビットに設けられた吐出孔から吐出させるものである。
【００１５】
また、本発明に係る鋼管杭の埋込み方法は請求項５に記載したように、地盤内に掘削孔を形成するとともに該掘削孔の底面近傍に固化体を造成し、該固化体に下端が当接し又は貫入されるように前記掘削孔内に鋼管杭を建て込む鋼管杭の埋込み方法において、
前記固化体を請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の固化体の造成方法にしたがって造成するものである。
【００１６】
また、本発明に係る鋼管杭の埋込み方法は、前記固化体を請求項４記載の固化体の造成方法にしたがって造成する場合において、前記ボーリングロッドによる前記掘削孔の形成をケーシング内で行うことで前記掘削孔の孔壁を保護し、該掘削孔の形成後、その底面から下方に向けて前記ボーリングロッドを貫入させた後、前記固化体を造成し、該固化体の造成後、前記鋼管杭の前記掘削孔への建込み、前記ケーシングの引抜き撤去及び前記鋼管杭の周面と前記掘削孔の孔壁との間へのグラウト材の充填を行うものである。
【００１７】
本発明に係る固化体の造成方法を用いて地盤内に固化体を造成するには、地盤内にグラウト材を充填することでグラウト充填領域を形成した後、該グラウト充填領域の境界近傍に先端が対向するように、又は該グラウト充填領域の内側に先端が位置決めされるように載荷用ロッドを配置する。
【００１８】
グラウト充填領域は、土粒子間隙その他地盤内に存在する空隙にグラウト材が充填された領域であって未だ固化していないものを指すものとし、公知のグラウト工法を用いて地盤内に適宜形成することができる。
【００１９】
グラウト充填領域と載荷用ロッドとの相対位置関係については、必ずしも載荷用ロッドの先端がグラウト充填領域の内側に位置決めされる必要はなく、後述する載荷用ロッドの前進操作によってグラウト充填領域が加圧される限り、載荷用ロッドの先端がグラウト充填領域から離間していてもかまわない。
【００２０】
次に、載荷用ロッドをその材軸方向に沿ってグラウト充填領域の中心近傍方向に前進させることにより、該載荷用ロッドの先端に配置された載荷手段でグラウト充填領域を加圧する。
【００２１】
このようにすると、グラウト充填領域内のグラウト材は周辺地盤へと浸透拡散し、その結果、グラウト充填領域が拡張する。
【００２２】
そのため、グラウト材を高圧で加圧注入する設備を導入せずとも、簡易な設備でより大きな固化体を地盤内に造成することが可能となる。
【００２３】
ここで、載荷用ロッドの前進によってグラウト充填領域を加圧した後、該載荷用ロッドを後退させながら又は後退させてから、該載荷用ロッドの前方領域にグラウト材を充填することで該前方領域をあらたなグラウト充填領域とするとともに、上述した載荷用ロッドの前進及び後退並びに前方領域へのグラウト材の充填からなる一連の工程を繰り返すようにすれば、グラウト充填領域を載荷用ロッドの材軸直交方向に拡張させつつ該材軸方向に沿って地盤内に連続形成することが可能となり、かくして固化体をより確実に造成することができるとともに、一定範囲にわたって地盤内を固化させる際にも、効率的な造成が可能となる。
【００２４】
グラウト材は、載荷用ロッドの後退操作によってその前方に生じた空隙に充填するが、充填のタイミングとしては、載荷用ロッドの後退操作が終了してからでもよいし、後退操作と同時並行で行うようにしてもよい。
【００２５】
載荷用ロッドは、それを前進させることによってグラウト充填領域を加圧することができるように構成されれば足りるものであって、グラウト材の充填を載荷用ロッドとは関係なく行ってもかまわないが、該載荷用ロッドを内部空間がグラウト材の流路となる中空ロッドで構成してその先端開口に上述の載荷手段を取り付け、該載荷手段にグラウト材を吐出するための吐出孔を設けるようにしたならば、載荷用ロッドをグラウト材充填のための供給手段として用いることも可能となる。
【００２６】
さらに、中空ロッドをボーリングロッドで構成するとともに該ボーリングロッドの先端に取り付けられるノンコア切削ビットを載荷手段とすることで、ボーリングロッドを介して圧送されたグラウト材をノンコア切削ビットに設けられた吐出孔から吐出するようにするならば、従来のボーリングマシンを用いて本発明を実施することが可能となり、設備負担がさらに軽減される。
【００２７】
本発明に係る固化体の造成方法は、地盤内に形成されたグラウト充填領域を拡張させた上で該グラウト充填領域を固化させて固化体を造成したいあらゆる場合に適用することが可能であり、例えば液状化対策として地盤内に固化体を造成する際に適用することができるが、地盤内に掘削孔を形成するとともに該掘削孔の底面近傍に固化体を造成し、該固化体に下端が当接し又は貫入されるように掘削孔内に鋼管杭を建て込むにあたり、該固化体を上述した固化体の造成方法にしたがって造成するようにすれば、鋼管杭の外径よりも大きな固化体が造成されるので、鋼管杭の軸力が荷重分散された形で地盤に伝達することとなり、かくして鋼管杭の先端支持力を高めることが可能となる。
【００２８】
ここで、請求項４記載の固化体の造成方法にしたがって固化体を造成する場合、ボーリングロッドによる掘削孔の形成をケーシング内で行うことで掘削孔の孔壁を保護するかどうかは任意であるが、ケーシングを用いて掘削孔を形成する場合には、該掘削孔の形成後、その底面から下方に向けてボーリングロッドを貫入させた後、上述の手順で固化体を造成し、しかる後、鋼管杭の掘削孔への建込み、ケーシングの引抜き撤去及び鋼管杭の周面と掘削孔の孔壁との間へのグラウト材の充填を行うようにすればよい。
【００２９】
鋼管杭の掘削孔への建込み、ケーシングの引抜き撤去及び鋼管杭の周面と掘削孔の孔壁との間へのグラウト材の充填をそれぞれ実施する順序は任意であり、鋼管杭を掘削孔に建て込んだ後、ケーシングを引き抜きながら鋼管杭の周囲にグラウト材を充填する手順をはじめ、グラウト材を掘削孔に充填してから鋼管杭を建て込み、その後、ケーシングを引抜き撤去する手順を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係る固化体の造成方法及びそれを用いた鋼管杭の埋込み方法の実施手順を示したフローチャート。
【図２】本実施形態の実施手順を説明した鉛直断面図。
【図３】引き続き本実施形態の実施手順を説明した鉛直断面図。
【図４】引き続き本実施形態の実施手順を説明した鉛直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る固化体の造成方法及びそれを用いた鋼管杭の埋込み方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図１は、本実施形態に係る固化体の造成方法及びそれを用いた鋼管杭の埋込み方法を示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法を用いて鋼管杭を地盤に埋め込むには、まず図２(a)に示すように、ケーシング１を用いて孔壁を保護しつつ、該ケーシング内に建て込まれた載荷用ロッド及び中空ロッドとしてのボーリングロッド２で地盤３に掘削孔４を形成する（ステップ１０１）。
【００３３】
掘削孔４を形成するにあたっては、ケーシング１を地盤３に圧入しながら、該ケーシング内に建て込まれたボーリングロッド２をその材軸回りに回転させることにより、該ボーリングロッドの先端開口に取り付けられたノンコア切削ビット５で地盤３を所定の深さまで掘り下げるとともに、ボーリングロッド２の内部空間を介して図示しない圧送ポンプから圧送される清水をノンコア切削ビット５に形成された吐出孔６から吐出することで、該清水に連行させる形で掘削土砂を地上に排出するようにすればよい。
【００３４】
ノンコア切削ビット５は、例えば肉厚円筒体の端面に超硬チップが植え付けられてなるロッドビットで構成することができる。
【００３５】
掘削孔４が形成されたならば、同図(b)に示すように掘削孔４の底面７から下方に向けてボーリングロッド２を貫入させる（ステップ１０２）。
【００３６】
次に、ボーリングロッド２に連通接続された上述の圧送ポンプをグラウト材の供給に切り替えた上、該圧送ポンプを作動させることにより、ボーリングロッド２内にグラウト材を供給するとともに、ボーリングロッド２を介して圧送されたグラウト材８を同図(c)に示すようにノンコア切削ビット５に設けられた吐出孔６から吐出する（ステップ１０３）。
【００３７】
このようにすると、掘削孔４の下方には、グラウト材８が充填されてなるグラウト充填領域９が形成される。ちなみに、グラウト充填領域９は、後工程で別途拡張されるため、ボーリングロッド２に連通接続された上述の圧送ポンプの吐出能力は小さくてもかまわない。
【００３８】
次に、同図(d)に示すように、ボーリングロッド２を後退させる、本実施形態では鉛直上方に引き上げながら、ノンコア切削ビット５の吐出孔６からグラウト材８を引き続き吐出することで、ボーリングロッド２の前方領域にグラウト材８を充填して該前方領域をあらたなグラウト充填領域９としつつ、ボーリングロッド２をその先端がグラウト充填領域９の境界近傍に対向するように配置する（ステップ１０４）。
【００３９】
次に、載荷用ロッドであるボーリングロッド２を、図３(a)に示すように該ボーリングロッドの材軸方向に沿ってグラウト充填領域９の中心近傍方向に前進させることにより、該ボーリングロッドの先端に配置された載荷手段であるノンコア切削ビット５でグラウト充填領域９を加圧する（ステップ１０５）。
【００４０】
このようにすると、グラウト充填領域９内のグラウト材８は周辺地盤へと浸透拡散し、その結果、グラウト充填領域９が拡張する。
【００４１】
次に、図３(b)に示すように、ボーリングロッド２を後退させながら、ノンコア切削ビット５の吐出孔６からグラウト材８を引き続き吐出することにより、ボーリングロッド２の前方領域にグラウト材８を充填して該前方領域をあらたなグラウト充填領域９としつつ、ボーリングロッド２をその先端がグラウト充填領域９の境界近傍に対向するように配置し（ステップ１０４）、次いで、載荷用ロッドであるボーリングロッド２を、図３(c)に示すように該ボーリングロッドの材軸方向に沿ってグラウト充填領域９の中心近傍方向に前進させることにより、該ボーリングロッドの先端に配置された載荷手段であるノンコア切削ビット５でグラウト充填領域９を加圧する（ステップ１０５）。
【００４２】
以下、グラウト充填領域９がボーリングロッド２の材軸方向に沿って所望の長さ範囲に連続形成されるまで、ステップ１０４〜ステップ１０５からなる工程を繰り返し実施する（ステップ１０６,NO）。
【００４３】
なお、ボーリングロッド２の前進及び後退は、ボーリングマシンに備えられた昇降機構（図示せず）を用いて行うことができる。
【００４４】
図３(d)は、ステップ１０４〜ステップ１０５からなる工程を一度だけ繰り返した場合におけるグラウト充填領域９の形成状況を示したものである。
【００４５】
グラウト充填領域９の形成が完了したならば、これを所定期間養生することで図４(a)に示すように固化体４１を地盤３内に造成する（ステップ１０７）。
【００４６】
次に、ケーシング１内に鋼管杭４２を建て込み（ステップ１０８）、次いで、ケーシング１を引き抜きつつ、鋼管杭４２の周面と掘削孔４の孔壁との間にグラウト材４３を充填することにより（ステップ１０９）、地盤３への鋼管杭１の埋込みを完了する。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態に係る固化体の造成方法によれば、載荷用ロッドであるボーリングロッド２をその先端がグラウト充填領域９の境界近傍に先端が対向するように配置した上で、該ボーリングロッドをグラウト充填領域９の中心近傍方向に前進させることにより、ボーリングロッド２の先端に配置された載荷手段であるノンコア切削ビット５でグラウト充填領域９を加圧するようにしたので、グラウト充填領域９内のグラウト材８は周辺地盤へと浸透拡散し、その結果、グラウト充填領域９が拡張する。
【００４８】
そのため、グラウト材８を高圧で加圧注入する設備を導入せずとも、簡易な設備でより大きな固化体４１を地盤３内に造成することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法によれば、鋼管杭４２が建て込まれる掘削孔４の底面近傍に造成される固化体４１を上述した固化体の造成方法を用いて造成するようにしたので、固化体４１は鋼管杭４２の外径よりも大きくなって該鋼管杭の軸力は荷重分散された形で地盤３に伝達することとなり、かくして鋼管杭４２の先端支持力を大幅に高めることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態に係る固化体の造成方法によれば、ボーリングロッド２の前進及び後退並びに前方領域へのグラウト材８の充填からなる一連の工程（ステップ１０４〜ステップ１０５）を繰り返し行うようにしたので、グラウト充填領域９をボーリングロッド２の材軸直交方向に拡張させつつ、該材軸方向に沿って地盤３内に連続形成することが可能となり、かくして固化体４１を所定の長さ方向にわたってかつ拡径された形で造成することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態に係る固化体の造成方法によれば、本発明の載荷用ロッドを、内部空間がグラウト材８の流路となる中空ロッドとしてのボーリングロッド２で構成してその先端開口に載荷手段であるノンコア切削ビット５を取り付け、該ノンコア切削ビットにグラウト材８を吐出するための吐出孔６を設けるようにしたので、載荷用ロッドであるボーリングロッド２をグラウト材充填のための供給手段として用いることができるとともに、従来のボーリングマシンを用いて本発明を実施することが可能となり、設備負担がさらに軽減される。
【００５２】
本実施形態では特に言及しなかったが、ボーリングロッド２でグラウト充填領域９を加圧するにあたり、一定以上の速度でボーリングロッド２を前進させるようにすれば、速度比例型のダンパー機構と同様、ノンコア切削ビット５の吐出孔６からグラウト材８が逆流するのを防止することができる。なお、ボーリングロッド２の前進速度を大きくできないのであれば、ボーリングロッド２内にグラウト材８を圧送しつつ、該ボーリングロッドを前進させるようにすればよい。
【００５３】
また、本実施形態では、掘削孔４をいわゆる二重管削孔で掘削形成するようにしたが、孔壁保護の必要がないのであれば、ケーシング１を省略して単管削孔としてもかまわないし、そもそも掘削孔４をどのような掘削工法で地盤３に形成するかは任意である。
【００５４】
また、本実施形態では、本発明に係る固化体の造成方法を、鋼管杭４２を地盤３に埋め込む場合に適用した例として説明したが、液状化対策や強度向上といった地盤改良を目的として、地盤３に固化体４１を単に形成したい場合にも適用することが可能である。
【００５５】
また、本実施形態では、鋼管杭４２を建て込む際、グラウト充填領域９の固化、すなわち固化体４１の造成完了を待つようにしたが、鋼管杭４２をその下端が固化体４１に貫入されるように地盤３に埋め込むのであれば、グラウト充填領域９に充填されたグラウト材８が固化する前に鋼管杭４２を建て込み、その下端がグラウト充填領域９に貫入された状態を保持したまま、グラウト充填領域９を固化させるようにすればよい。
【符号の説明】
【００５６】
１        ケーシング
２        ボーリングロッド（中空ロッド、載荷用ロッド）
３        地盤
４        掘削孔
５        ノンコア切削ビット（載荷手段）
６        吐出孔
７        底面
８        グラウト材
９        グラウト充填領域
４１        固化体
４２        鋼管杭
【図１】
2014134008.tif 000003
【図２】
2014134008.tif 000004
【図３】
2014134008.tif 000005
【図４】
2014134008.tif 000006