(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼管杭の下方及び鋼管杭の周囲にグラウト材の充填空間を確実に形成する方法を提供する。【解決手段】鋼管杭１の埋込み方法においては、まず、鋼管杭１の先端にスペーサー５を取り付けるとともに、鋼管杭１を、ケーシング２１が建て込まれた掘削孔３内に建て込む。これにより、鋼管杭１は、その自重がスペーサー５を介して掘削孔３の底面６で支持されるとともに、先端が底面から離隔した状態で保持されるので、鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間にはグラウト材の充填空間が確実に形成される。そのため、この状態で鋼管杭１の中空空間にグラウト材を注入することにより、鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間にグラウト材が固化してなる根固めを確実に形成することが可能となり、かくして鉛直方向の支持力が十分に確保される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤又は地盤内の改良体に形成された掘削孔内に鋼管杭を建て込むとともに、該鋼管杭と前記掘削孔の底面及び孔壁との間にグラウト材を充填する鋼管杭の埋込み方法において、
前記鋼管杭を建て込む際、該鋼管杭の先端と前記掘削孔の底面との間にスペーサーを介在させる鋼管杭の埋込み方法であって、前記鋼管杭を建て込む前に該鋼管杭の先端に前記スペーサーを取り付けることを特徴とする鋼管杭の埋込み方法。
【請求項２】
前記スペーサーから前記鋼管杭と反対の側であって該鋼管杭の材軸方向に延びる貫入手段を該スペーサ又は前記鋼管杭の先端に取り付けた請求項１記載の鋼管杭の埋込み方法。
【請求項３】
前記掘削孔を斜め下方に向けて前記地盤に形成した請求項２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を根固めし、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】
しかしながら、建て込まれた鋼管杭が自重で沈下したり、孔壁保護のためのケーシングを掘削孔から引き抜く際にその反動で鋼管杭が沈下したりする場合があり、かかる場合においては、鋼管杭の下端側においてグラウト材の充填空間が十分に確保されなくなり、根固めによる荷重分散作用が発揮されることなく、鋼管杭からの軸力の多くが根固めを介さずに地盤に直接伝達される結果を招き、鉛直方向の支持力が不足するという問題を生じていた。
【０００８】
また、掘削孔を斜め下方に向けて形成する場合においては、掘削孔内に建て込まれた鋼管杭が該掘削孔の孔壁と接触してその周囲にグラウト材の充填空間が確保されなくなり、その結果、上述した鉛直方向の支持力不足のみならず、水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力も不足するという事態が生じる。
【０００９】
加えて、鋼管杭がその下端や周面で地盤と接触すると、地盤内の地下水の影響で鋼管杭に腐食が生じるため、それを見込んだ断面設計を行わねばならないという問題も生じていた。
【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、鋼管杭の下方又はそれに加えて該鋼管杭の周囲にグラウト材の充填空間を確実に形成可能な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、本発明に係る鋼管杭の埋込み方法は請求項１に記載したように、地盤又は地盤内の改良体に形成された掘削孔内に鋼管杭を建て込むとともに、該鋼管杭と前記掘削孔の底面及び孔壁との間にグラウト材を充填する鋼管杭の埋込み方法において、
前記鋼管杭を建て込む際、該鋼管杭の先端と前記掘削孔の底面との間にスペーサーを介在させる鋼管杭の埋込み方法であって、前記鋼管杭を建て込む前に該鋼管杭の先端に前記スペーサーを取り付けるものである。
【００１２】
また、本発明に係る鋼管杭の埋込み方法は、前記スペーサーから前記鋼管杭と反対の側であって該鋼管杭の材軸方向に延びる貫入手段を該スペーサ又は前記鋼管杭の先端に取り付けたものである。
【００１３】
また、本発明に係る鋼管杭の埋込み方法は、前記掘削孔を斜め下方に向けて前記地盤に形成したものである。
【００１４】
本発明に係る鋼管杭の埋込み方法を用いて鋼管杭を埋め込むには、地盤又は地盤内の改良体に形成された掘削孔内に鋼管杭を建て込むとともに、該鋼管杭と掘削孔の底面及び孔壁との間にグラウト材を充填するが、本発明においては、鋼管杭を建て込む際、該鋼管杭の先端と掘削孔の底面との間にスペーサーを介在させる。
【００１５】
このようにすると、建て込まれた鋼管杭は、自重又は自重の材軸方向成分がスペーサーを介して掘削孔の底面で支持されるとともに、先端が掘削孔の底面から離隔した状態で保持される。
【００１６】
そのため、鋼管杭の先端と掘削孔の底面との間にはグラウト材の充填空間が確実に形成されるとともに、自重やケーシングの引抜き等が原因でグラウト材の固化前に鋼管杭が沈下するおそれもなくなり、かくして根固めによる荷重分散作用が確実に発揮され、それに伴って鉛直方向の支持力も十分に確保される。
【００１７】
グラウト材は、鋼管杭を掘削孔に建て込んだ後に充填する工程が主として想定されるが、これに代えて、掘削孔にグラウト材を先行充填した後、該グラウト材が固化する前に、掘削孔に鋼管杭を建て込むようにしてもかまわない。
【００１８】
掘削孔は、地盤に形成されたものをはじめ、地盤内に設けられた改良体、例えばソイルセメント柱に形成されたものが包摂される。なお、掘削孔を形成するための工法は任意であり、ボーリングマシン等の掘削機械を適宜選定しつつ、必要に応じてケーシングで孔壁保護を図りながら、公知の掘削工法を用いて適宜掘削すればよい。
【００１９】
スペーサーは、鋼管杭の先端と掘削孔の底面との間に介在させることによって、鋼管杭の自重又はその材軸方向成分を掘削孔の底面にて地盤に伝達することが可能でかつ鋼管杭の先端側にグラウト材の充填空間が確実に形成される限り、その構成や介在時期は任意であって、鋼管杭を建て込む前に掘削孔に先行配置することも可能であるが、本発明においては、鋼管杭を建て込む前に該鋼管杭の先端に取り付けるものとする。
【００２０】
このようにすれば、鋼管杭に対するスペーサーの位置決めが容易になるため、鋼管杭の自重支持及びグラウト材の充填空間確保というスペーサーの作用を確実に発揮させることが可能となる。
【００２１】
鋼管杭は、マイクロパイル工法で採用される概ね３００ｍｍ以下のものが主たる対象となるが、先端側に充填されたグラウト材が固化して根固めされ、該グラウト材を介して軸力が地盤に伝達されるようになっているとともに、周囲に充填されたグラウト材によって水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力が確保されるものであれば、外径３００ｍｍを上回る鋼管杭であってもかまわない。
【００２２】
鋼管杭の建込みは、掘削孔を先行形成した後で行うようにしてもよいし、掘削孔を形成しながら行うようにしてもかまわない。また、鋼管杭の建込みには、掘削孔への直接的な建込みをはじめ、掘削の際にケーシングを建て込んで孔壁保護を図る場合において、そのケーシングが建て込まれた掘削孔への建込みも包摂される。
【００２３】
鋼管杭の建込みは、鉛直下方に向けて形成された掘削孔に建て込まれる場合をはじめ、斜め下方に向けて形成された掘削孔に建て込まれる場合も包摂されるが、特に後者の場合においては、スペーサーから鋼管杭と反対の側であって該鋼管杭の材軸方向に延びる貫入手段を該スペーサ又は鋼管杭の先端に取り付けた構成とすることができる。
【００２４】
かかる構成においては、鋼管杭を掘削孔に建て込んだとき、貫入手段が掘削孔の底面にて上述の地盤又は改良体に貫入されるため、鋼管杭は、その先端近傍で地盤又は改良体に位置決めされ、材軸直交方向の動きが拘束される。
【００２５】
そのため、鋼管杭をその基端側でも別途位置決めすることにより、鋼管杭が斜め下方に向けて建て込まれる場合であっても、鋼管杭をその周面が掘削孔の孔壁と接触しないように姿勢保持することが可能となり、かくして鋼管杭の周囲にグラウト材の充填空間を十分に確保することができるとともに、その結果として水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力が不足するといった事態を未然に回避することが可能となる。
【００２６】
加えて、鋼管杭がその下端や周面で地盤と確実に非接触となることにより、腐食による強度低下の懸念がなくなり、鋼管杭の断面をより合理的に定めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る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】本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法における鋼管杭１の配置図であり、(a)は側面図、(b)はＡ−Ａ線方向から見た矢視図。
【図３】本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法を実施する手順を示した説明図。
【図４】変形例に係る鋼管杭の埋込み方法において埋込み後の様子を示した側面配置図。
【図５】別の変形例に係る鋼管杭の埋込み方法における鋼管杭１の配置図であり、(a)は側面図、(b)はＢ−Ｂ線方向から見た矢視図。
【図６】別の変形例に係る鋼管杭の埋込み方法における鋼管杭１の配置図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る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。
【００２９】
図１は、本実施形態に係る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である。本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法においては、まず図２に示すように、鋼管杭１の先端にスペーサー５を取り付ける（ステップ１０１）。
【００３０】
鋼管杭１は、地盤２に設けられた掘削孔３内に建て込まれるものであり、先端と掘削孔３の底面６との間に充填されるグラウト材によって根固めされることにより、図示しない上部構造物からの鉛直荷重である軸力を分散させて地盤２に伝達できるようになっているとともに、掘削孔３の孔壁７との間に充填されるグラウト材によって水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力が確保されるように構成してあり、例えばマイクロパイル工法で採用される概ね３００ｍｍ以下の鋼管杭で構成することが可能である。
【００３１】
スペーサー５は、外径が鋼管杭１の内径よりも小さな円筒部材で構成してあるとともに、その上縁を鋼管杭１の先端開口に架け渡された十字状の取付け部材８の下面に溶接やボルトで固着してあり、鋼管杭１を掘削孔３内に建て込んだときに該鋼管杭の先端を掘削孔３の底面６から離隔させることができるようになっている。
【００３２】
スペーサー５は、例えば鋼管パイプで構成することができるが、図示しない上部構造物からの鉛直荷重を地盤２に伝達できるだけの断面積や強度が必要になる鋼管杭１とは異なり、グラウト材の充填前後において鋼管杭１の自重を支持できれば足りる。スペーサー５の取付けは、例えば鋼管杭１を横置きした状態で行えばよい。
【００３３】
次に、図３(a)に示したように、先端にスペーサー５が取り付けられた鋼管杭１を、ケーシング２１が建て込まれた掘削孔３内に建て込む（ステップ１０２）。
【００３４】
ケーシング２１は、地盤２をボーリング機械で二重管掘削して該地盤に掘削孔３を形成する際、孔壁保護のために該掘削孔内に建て込まれたケーシングであって、図示しないボーリングロッドについては予め引き抜いて撤去しておく。
【００３５】
次に、鋼管杭１の基端側に連通接続された図示しないグラウト注入装置を駆動することにより、鋼管杭１の中空空間にグラウト材を注入する（ステップ１０３）。
【００３６】
このようにすると、鋼管杭１は図３(b)に示すように、その自重がスペーサー５を介して掘削孔３の底面６で支持されるとともに、先端が該底面からΔｈだけ離隔した状態で保持されているので、鋼管杭１の中空空間に注入されたグラウト材２２は、図３(c)に示すように該鋼管杭の先端開口に設けられた十字状の取付け部材８をすり抜けるようにして吐出され、一部がスペーサー５を構成する円筒部材内に満たされつつ、鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間に充填されるとともに、同時並行で行われるケーシング２１の引抜きに伴って、鋼管杭１の外周面と掘削孔３の孔壁７との間に充填される。
【００３７】
図３(d)は、鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間、及び該鋼管杭の外周面と掘削孔３の孔壁７との間にグラウト材２２が充填された様子を示したものである。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係る鋼管杭の埋込み方法によれば、掘削孔３に建て込まれた鋼管杭１は、スペーサー５を介して該鋼管杭の自重が掘削孔３の底面６で支持されるとともに、先端が掘削孔３の底面６から離隔した状態で保持される。
【００３９】
そのため、鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間にはグラウト材２２の充填空間が確実に形成されるとともに、自重やケーシングの引抜きが原因でグラウト材２２の固化前に鋼管杭１が沈下するおそれもなくなり、かくして鋼管杭１の先端と掘削孔３の底面６との間で固化したグラウト材２２は、荷重分散作用が発揮される形で鋼管杭１を根固めし、かくして鉛直方向の支持力が十分に確保される。
【００４０】
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１を建て込む前に該鋼管杭の先端にスペーサー５を取り付けるようにしたので、鋼管杭１に対するスペーサー５の位置決めが容易になり、かくして鋼管杭１の自重支持及びグラウト材２２の充填空間確保というスペーサー５の作用を確実に発揮させることが可能となる。
【００４１】
本実施形態では、鋼管杭１を建て込んでから該鋼管杭の中空空間を介してグラウト材２２を注入するようにしたが、これに代えて、掘削孔３内にグラウト材２２を先に注入し、次いで、グラウト材２２が固化する前に鋼管杭１を掘削孔３内に建て込むようにしてもかまわない。
【００４２】
また、本実施形態では、地盤２に掘削孔３を直接形成するようにしたが、これに代えて、図４に示すように、地盤２に改良体としてのソイルセメント柱４１を形成してから該ソイルセメント柱に掘削孔３を形成し、しかる後、上述したと同様のステップを実施することにより、鋼管杭１を地盤２に埋め込むようにしてもかまわない。
【００４３】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、スペーサー５が掘削孔３の底面６にめり込んで鋼管杭１の先端が底面６から十分に離隔しないおそれがある場合には、スペーサー５を構成する円筒部材の肉厚を大きくする、該円筒部材の下縁に鍔部を設けるなど、底面６への応力集中が緩和される対策を適宜講ずればよい。
【００４４】
また、本実施形態では、地盤２をボーリング機械で二重管掘削することで該地盤に掘削孔３を形成するものとしたが、孔壁保護の必要がないのであれば、二重管掘削に代えて単管掘削としてもかまわない。その場合、ケーシング２１を用いる必要はないので、ケーシング２１の引抜きも不要となる。
【００４５】
また、本実施形態では、鋼管杭１を掘削孔３に建て込む際、ケーシング２１を建込みガイドとして用いることにより、掘削孔３の孔軸とほぼ同軸になるように鋼管杭１を建て込むことができるとともに、グラウト材２２を注入する際も、ケーシング２１によって鋼管杭１の同軸配置が維持されるものとして説明したが、例えばケーシング２１がないことが理由で、グラウト材注入時に鋼管杭１の同軸配置が維持されないおそれがある場合には、図５に示すように、スペーサー５から鋼管杭１と反対の側にかつ該鋼管杭の材軸方向に延びる貫入手段としての位置決めロッド５１を該スペーサを貫通する形で鋼管杭１の先端に取り付けるようにすればよい。
【００４６】
位置決めロッド５１は、例えば十字状をなす取付け部材８の交点箇所に基端側が溶接された鉄筋で構成することができる。
【００４７】
かかる構成においては、図示しないガイドやリーダーを必要に応じて用いながら鋼管杭１を掘削孔３に建て込んだとき、位置決めロッド５１が掘削孔３の底面６にて地盤２に貫入されるため、鋼管杭１は、その先端近傍で地盤２に位置決めされ、材軸直交方向の動きが拘束される。
【００４８】
そのため、鋼管杭１をその基端側でも別途位置決めすることにより、グラウト材注入時において、鋼管杭１をその周面が掘削孔３の孔壁７と接触しないように姿勢保持することが可能となり、かくして鋼管杭１の周囲にグラウト材２２の充填空間を十分に確保することができるとともに、その結果として水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力が不足するといった事態を未然に回避することができる。
【００４９】
加えて、鋼管杭１の周囲がグラウト材２２で確実に被覆されることから、該鋼管杭の腐食を防止しあるいはその進行を抑制することが可能となり、かくして鋼管杭１の断面設計を行う際、地盤２の地下水に起因した腐食を見込む必要がなくなり、該鋼管杭の肉厚を低減することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態では、鋼管杭１を鉛直下方に向けて地盤２に埋め込む場合について説明したが、これに代えて、図６に示すように、鋼管杭１を斜め下方に向けて地盤２に埋め込むようにしてもよい。
【００５１】
この場合、上述した実施形態と概ね同様の手順で鋼管杭１を地盤２に埋め込むようにすればよいが、図５に係る変形例と同様、スペーサー５から鋼管杭１と反対の側にかつ該鋼管杭の材軸方向に延びる位置決めロッド５１を該スペーサを貫通する形で鋼管杭１の先端に取り付ける。
【００５２】
かかる構成においては、図示しないガイドやリーダーを用いながら鋼管杭１を掘削孔３に建て込んだとき、位置決めロッド５１が掘削孔３の底面６にて地盤２に貫入されるため、鋼管杭１は、その先端近傍で地盤２に位置決めされ、材軸直交方向の動きが拘束される。
【００５３】
そのため、鋼管杭１をその基端側でも別途位置決めすることにより、鋼管杭１が斜め下方に向けて建て込まれる場合であっても、図５に示した変形例と同様、鋼管杭１の周囲にグラウト材２２の充填空間を十分に確保し、もって水平方向の支持力や周面に沿った摩擦力を確保することができるとともに、鋼管杭１の腐食を見込む必要がなくなることにより、該鋼管杭の断面を合理的に定めることも可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１    鋼管杭
２    地盤
３    掘削孔
５    スペーサー
６    底面
７    孔壁
２２    グラウト材
４１    改良体
５１    位置決めロッド（貫入手段）
【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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