(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭又は鋼管矢板をバイブロハンマにより打設するときに該バイブロハンマの起振力によって該鋼管杭又は該鋼管矢板の杭頭部が損傷しないように該杭頭部を補強鋼板で補強する杭頭部補強構造であって、
前記バイブロハンマのチャック装置によって把持される前記杭頭部の把持部の外周面に、該杭頭部の周方向に互いに間隔を隔てて少なくとも３枚の前記補強鋼板が配置されていると共に、各該補強鋼板の周囲が該杭頭部に溶接されており、もって各該補強鋼板が該杭頭部に一体的に取り付けられている杭頭部補強構造。
【請求項２】
前記把持部から前記周方向に広がった損傷影響範囲に、該周方向に互いに間隔を隔てて複数枚の前記補強鋼板が配置されていると共に、各該補強鋼板の周囲が該杭頭部に溶接されており、もって各該補強鋼板が該杭頭部に一体的に取り付けられている請求項１に記載の杭頭部補強構造。
【請求項３】
前記損傷影響範囲は、前記把持部の下端の前記周方向の両端から該周方向に対して４５度方向に前記杭頭部の頂部に向かって延びる両境界線によって区画された範囲である請求項２に記載の杭頭部補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭又は鋼管矢板をバイブロハンマにより打設するときにバイブロハンマの起振力によって杭の杭頭部が損傷しないように杭頭部を補強鋼板で補強する杭頭部補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板等の既製杭を地盤に打設する打込み杭工法の一つとしてバイブロハンマ工法（振動工法）がある。バイブロハンマ工法は、バイブロハンマの起振力をチャック装置を介して杭に伝達し、杭周辺の土粒子間の結合を急速かつ一時的に低下させ、杭の周面摩擦力および先端抵抗力を低減させてバイブロハンマ及び杭の重量により杭を地盤に貫入する工法である。
【０００３】
バイブロハンマのチャック装置は、油圧又は電動により互いに近接する方向に作動する一対のチャック爪を有し、一対のチャック爪の間に杭の杭頭部の板部を把持可能となっている。打設対象となる鋼管杭や鋼管矢板（以下、主として鋼管杭について説明し、必要に応じて鋼管矢板の説明も加える）の杭径が６００ｍｍ以上の場合には、鋼管杭の杭径に合わせて鋼管杭の杭頭部の板部を２点で把持することが可能な鋼管専用チャック装置が装備されたバイブロハンマを使用することが多い。鋼管専用チャック装置は、鋼管杭の杭径と同じ離隔で配置された一対のチャック装置を備えており、各チャック装置で鋼管杭の中心軸を挟んで対向する各板部を把持可能となっている。
【０００４】
バイブロハンマは、主に対象地盤の種別や硬さ等の地盤条件、鋼管杭の形状寸法及び重量、鋼管杭の打込み長等に基づいて機種選定が行われている。実施工においては、バイブロハンマの機種選定時に想定した地盤条件と実際の地盤条件とが異なることがあり、実際の地盤が想定よりも硬いときには、バイブロハンマによる鋼管杭の打設が困難となる。鋼管杭の打設が困難となる頻度が高い場合には、バイブロハンマの規格を大きくしたり、アースオーガを併用したり、ウォータージェットを併用したりする等の対策を検討する必要がある。しかし、局部的に支持層が浅くなっていたり、局部的に硬い中間層が存在していたりする場合のように、鋼管杭の打設が困難となる頻度が低い場合には、バイブロハンマの規格を変更することなく、バイブロハンマの加振時間を長くするという対策がとられることがある。
【０００５】
バイブロハンマの加振時間を長くする対策においては、適正な板厚（部材厚）が確保されていない鋼管杭にバイブロハンマによる振動荷重が長時間にわたって作用すると、鋼管杭の杭頭部が損傷する場合がある。なお、杭頭部の損傷形態には、杭頭部の板部の塑性変形、亀裂（クラック）及び破断（切断）があり、主として、チャック爪と杭頭部の板部との当接範囲である把持部（チャッキング部）の周囲及びその周辺において杭頭部の損傷が発生する。非特許文献１においては、杭頭部の損傷が起こらない適正板厚の目安について次のように記載されている。鋼管杭においては、ｔ／Ｄは１．０％以上（ｔ：板厚、Ｄ：杭径）、最小板厚は９ｍｍ以上。鋼管矢板においては、ｔ／Ｄは１．４％以上、最小板厚は９ｍｍ以上。
【０００６】
また、非特許文献１には、杭頭部が損傷しないように杭頭部を補強鋼板で補強する杭頭部補強構造についても記載されている。図３に示すように、杭頭部補強構造Ｒｂは、鋼管杭１（又は鋼管矢板）の杭頭部１ａの外周面の全周を覆うように４枚の補強バンド２０を配置した後、各補強バンド２０の周囲を現場にて全周すみ肉溶接した構造よりなる。例えば、補強バンド２０としては、板厚が９ｍｍ、幅が５００ｍｍ、長さが鋼管杭１の周長の約１／４の鋼板を鋼管杭１の外周面の形状に合わせて曲げ加工したものが用いられる。この杭頭部補強構造Ｒｂによって、鋼管杭１の杭頭部１ａの板厚が厚くなるため、杭頭部１ａの板部の断面性能（断面積、断面２次モーメント）が向上する。これにより、バイブロハンマの起振力による杭頭部１ａの損傷を防止することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】バイブロハンマ工法技術研究会、「バイブロハンマ設計施工便覧」、平成２２年１月発行、第９９頁から第１００頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１に記載されている杭頭部補強構造Ｒｂは、各補強バンド２０の周囲を全周すみ肉溶接した構造よりなり、当然ながら、鋼管杭１の外周面と補強バンド２０の内周面との境界面は一体化されていない。そして、各補強バンド２０における杭頭部１ａの周方向の長さが鋼管杭１の周長の約１／４と長いことから、鋼管杭１の外周面と補強バンド２０の内周面との境界面が一体化されていない範囲が広範囲に及んでいる。また、チャック装置によって把持される補強バンド２０の縦方向（鋼管杭１の中心軸と平行方向）の溶接箇所数が少ない。
【０００９】
したがって、杭頭部補強構造Ｒｂにおいては、杭頭部１ａの断面性能が向上しているにもかかわらず、補強バンド２０の縦方向の溶接延長が不足しているため、断面性能に見合った補強効果が発揮される前にバイブロハンマの起振力によって補強バンド２０の溶接が外れてしまうことがある。また、一対のチャック爪により把持される杭頭部１ａの把持部の周囲及びその周辺に、バイブロハンマの起振力に伴うせん断応力や曲げ応力が作用した場合、鋼管杭１の外周面と補強バンド２０の内周面との境界面にズレが生じる。このため、杭頭部補強構造Ｒｂにおいては、上記境界面にズレが発生することなく鋼管杭１と補強バンドとが一体的に挙動する場合と比較して、板厚が厚くなったことによる補強効果を十分に発揮することができない場合がある。
【００１０】
杭頭部補強構造Ｒｂにおいて、鋼管杭１にバイブロハンマによる振動荷重が長時間にわたって作用すると、一対のチャック爪により把持される杭頭部１ａの把持部及びその周辺が発熱する。鋼材のヤング率には温度依存性があり、高温になるほど鋼材のヤング率が低下する。このため、高温になるほど上記把持部及びその周辺が塑性変形しやすくなる。よって、鋼管杭１の杭頭部１ａの板部に塑性変形が発生しないように、杭頭部１ａを冷却するための適度な休止期間を確保しながらバイブロハンマによる鋼管杭１の打設を行う必要がある。杭頭部１ａの外周面の全周を覆うように補強バンド２０が配置されている杭頭部補強構造Ｒｂにおいては、杭頭部１ａの放熱性が良好ではないため、杭頭部１ａを冷却するために長い休止期間が必要となる。したがって、休止期間が長いことにより工期が遅延したり、休止期間中に鋼管杭１周辺の土粒子間の結合が回復して鋼管杭１の打設が困難になったりする場合がある。
【００１１】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、鋼管杭又は鋼管矢板をバイブロハンマにより打設するときにバイブロハンマの起振力によって杭の杭頭部が損傷しないように杭頭部を補強鋼板により補強する杭頭部補強構造において、杭頭部の板厚が厚くなったことによる補強効果を十分に発揮することが可能であり、杭頭部の放熱性に優れた杭頭部補強構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る杭頭部補強構造の構成上の特徴は、鋼管杭又は鋼管矢板をバイブロハンマにより打設するときに該バイブロハンマの起振力によって該鋼管杭又は該鋼管矢板の杭頭部が損傷しないように該杭頭部を補強鋼板で補強する杭頭部補強構造であって、前記バイブロハンマのチャック装置によって把持される前記杭頭部の把持部の外周面に、該杭頭部の周方向に互いに間隔を隔てて少なくとも３枚の前記補強鋼板が配置されていると共に、各該補強鋼板の周囲を溶接することによって各該補強鋼板が該杭頭部に一体的に取り付けられていることである。
【００１３】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の杭頭部補強構造において、前記把持部から前記周方向に広がった損傷影響範囲に、該周方向に互いに間隔を隔てて複数枚の前記補強鋼板が配置されていると共に、各該補強鋼板の周囲を溶接することによって各該補強鋼板が該杭頭部に一体的に取り付けられていることである。
【００１４】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２に記載の杭頭部補強構造において、前記損傷影響範囲は、前記把持部の下端の前記周方向の両端から該周方向に対して４５度方向に前記杭頭部の頂部に向かって延びる両境界線によって区画された範囲であることである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る杭頭部補強構造によれば、バイブロハンマのチャック装置によって把持される杭頭部の把持部の外周面に、杭頭部の周方向に互いに間隔を隔てて少なくとも３枚の補強鋼板が配置されている。そして、各補強鋼板の周囲を溶接することによって各補強鋼板が杭頭部に一体的に取り付けられている。
【００１６】
よって、各補強鋼板における杭頭部の周方向の長さが短く各補強鋼板の周囲が溶接されているため、チャック装置によって把持される全補強鋼板の縦方向の溶接延長が十分に確保されており、バイブロハンマの起振力によって各補強鋼板の溶接が外れる虞はない。また、補強鋼板の溶接延長が十分に確保されていることによって杭頭部の外周面と補強鋼板の内周面との境界面にズレが生じることがなく、各補強鋼板は把持部における杭頭部の板部と一体的に挙動する。したがって、本発明によれば、杭頭部の板厚が厚くなったことによる補強効果を十分に発揮することができる。
【００１７】
また、補強鋼板が杭頭部の周方向に互いに間隔を隔てて配置されているため、把持部の外周面は、径方向に凹凸を有する表面形状を呈している。よって、把持部がバイブロハンマのチャック装置によって把持された状態において、把持部の外周面の凹状部によって空間が形成されている。鋼管杭又は鋼管矢板の打設中、この空間が常に大気と接しているため、杭頭部の放熱性に優れており、本発明によれば、杭頭部の発熱に伴って杭頭部が塑性変形しやすくなることを抑制することができる。
【００１８】
また、補強鋼板が杭頭部の周方向に少なくとも３枚配置されているため、チャック装置による把持位置が周方向に多少ズレたとしても、少なくとも２枚の補強鋼板をチャック装置で把持することができる。よって、本発明によれば、チャック装置により杭頭部を把持するときの施工性に優れている。なお、把持部の周方向の長さを、チャック装置のチャック爪の幅よりも若干長く設定することによって、チャック爪による把持位置の不可避なズレに対応しやすくなる。
【００１９】
請求項２に係る杭頭部補強構造によれば、把持部から周方向に広がった損傷影響範囲にも、請求項１と同様の補強鋼板が溶接により取り付けられている。よって、把持部の周囲の損傷のみならず、その周辺の損傷も防止することができる。なお、損傷影響範囲とは、バイブロハンマの起振力によって杭頭部が損傷（塑性変形、亀裂、破断）する虞の高い範囲のことである。
【００２０】
請求項３に係る杭頭部補強構造によれば、損傷影響範囲は、把持部の下端の周方向の両端から周方向に対して４５度方向に杭頭部の頂部に向かって延びる両境界線によって区画された範囲である。よって、本発明によれば、解析等により損傷影響範囲を厳密に設定する煩わしさはなく、損傷影響範囲を簡易に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態における杭頭部補強構造を有する鋼管杭がバイブロハンマの鋼管専用チャック装置により把持されている状況を説明する側面図である。
【図２】一実施形態における杭頭部補強構造を説明する構造図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図を示している。
【図３】従来技術における杭頭部補強構造を説明する構造図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１及び２に基づき、本発明の一実施形態について説明する。図１に示すように、鋼管杭１の打設中、鋼管杭１は油圧式のバイブロハンマＶに備わる鋼管専用チャック装置ＣＰによって把持されている。なお、図１においては、鋼管杭１の内部の状況が見えるように、鋼管杭１の中心軸よりも右側の板部の一部を切り開いて示している。
【００２３】
鋼管専用チャック装置ＣＰは、鋼管杭１の杭径と同じ離隔で配置された一対のチャック装置Ｃ，Ｃを備えており、各チャック装置Ｃ，Ｃで鋼管杭１の中心軸を挟んで対向する各板部を把持可能となっている。チャック装置Ｃは、油圧により互いに近接する方向に作動する一対のチャック爪Ｃ１，Ｃ１を有しており、図１に示すように、一対のチャック爪Ｃ１，Ｃ１の間に、後述する把持部補強鋼板２で補強された鋼管杭１の杭頭部１ａの板部を把持可能となっている。
【００２４】
図２に基づき、本実施形態における杭頭部補強構造Ｒの詳細について説明する。図２（ａ）は鋼管杭１の杭頭部１ａの側面図、図２（ｂ）は鋼管杭１の杭頭部１ａの平面図を示している。鋼管杭１の杭径Φは９００ｍｍであり、図２（ｂ）に示すように、鋼管杭１は、杭頭部１ａの中心軸を挟んで対向する各板部に杭頭部補強構造Ｒ，Ｒを有している。両杭頭部補強構造Ｒ，Ｒは、杭頭部１ａの中心軸を挟んで対称形状とされているため、一方の杭頭部補強構造Ｒについてのみ説明する。
【００２５】
杭頭部補強構造Ｒは、５枚の把持部補強鋼板２（補強鋼板）と、４枚の影響部補強鋼板３（補強鋼板）とを有している。把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３の寸法は、いずれも幅２５ｍｍ、長さ５００ｍｍ、板厚１２ｍｍである。図２（ａ）に示すように、全ての把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３は、長さ方向を鋼管杭１の中心軸と平行に向けて、杭頭部１ａの頂部から下方に１０ｍｍから５１０ｍｍの範囲の外周面に配置されている。また、図２（ｂ）に示すように、隣り合う全ての把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３は、杭頭部１ａの周方向（以下、杭頭部１ａの周方向を「周方向」と呼ぶ）に互いに所定の間隔を隔てて配置されている。把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３の各周囲には、現場にて全周すみ肉溶接された溶接部４が形成されている。
【００２６】
５枚の把持部補強鋼板２は、バイブロハンマＶのチャック装置Ｃによって把持される杭頭部１ａの把持部Ａの外周面に、部材の中心間隔で周方向に互いに５０ｍｍの間隔を隔てて配置されている。図２（ａ）における破線の網掛けで示しているように、把持部Ａは、杭頭部１ａの頂部から下方に２００ｍｍ、周方向に２００ｍｍの範囲に形成されている。把持部Ａの周方向の長さ２００ｍｍは、チャック装置Ｃのチャック爪Ｃ１の幅よりも若干長く設定されており、チャック爪Ｃ１による把持位置の不可避なズレに対応可能となっている。図２（ａ）に示すように、周方向の両端に位置する把持部補強鋼板２は、把持部Ａから周方向に１２．５ｍｍずつはみ出しており、５枚の把持部補強鋼板２の各下端は、把持部Ａの下端から３１０ｍｍはみ出している。
【００２７】
４枚の影響部補強鋼板３は、把持部Ａから周方向に広がった損傷影響範囲Ｂに、把持部Ａの周方向の両外方に２枚ずつ配置されている。損傷影響範囲Ｂは、バイブロハンマＶの起振力によって杭頭部１ａが損傷（塑性変形、亀裂、破断）する虞の高い範囲のことである。本実施形態においては、損傷影響範囲Ｂを、把持部Ａの下端の周方向の両端から周方向に対して４５度方向に杭頭部１ａの頂部に向かって延びる両境界線（図２（ａ）において二点鎖線で示している）によって区画された範囲としている。すなわち、損傷影響範囲Ｂは、損傷影響範囲Ｂを平面展開したときに上底が２００ｍｍ、下底が６００ｍｍ、高さが２００ｍｍの台形状を呈している。
【００２８】
４枚の影響部補強鋼板３のうちの周方向の外方の２枚は、損傷影響範囲Ｂの周方向の両端に配置されており、４枚の影響部補強鋼板３のうちの周方向の内方の２枚は、部材の中心間隔で周方向の外方の２枚の影響部補強鋼板３から１００ｍｍの間隔を隔てて配置されている。
【００２９】
本実施形態によれば、図３に示した従来技術における補強バンド２０と比較して把持部補強鋼板２における杭頭部１ａの周方向の長さが短い。そして、各把持部補強鋼板２の周囲が全周すみ肉溶接されているため、チャック装置Ｃによって把持される全把持部補強鋼板２の縦方向の溶接延長が十分に確保されており、バイブロハンマＶの起振力によって各把持部補強鋼板２の溶接が外れる虞はない。また、把持部補強鋼板２の溶接延長が十分に確保されていることによって杭頭部１ａの外周面と把持部補強鋼板２の内周面との境界面にズレが生じることがなく、各把持部補強鋼板２は把持部Ａにおける杭頭部１ａの板部と一体的に挙動する。したがって、本実施形態によれば、杭頭部１ａの板厚が厚くなったことによる補強効果を十分に発揮することができる。
【００３０】
また、把持部補強鋼板２が杭頭部１ａの周方向に互いに間隔を隔てて配置されているため、把持部Ａの外周面は、径方向に凹凸を有する表面形状を呈している。よって、把持部ＡがバイブロハンマＶのチャック装置Ｃによって把持された状態において、把持部Ａの外周面の凹状部によって空間が形成されている。鋼管杭１の打設中、この空間が常に大気と接しているため、杭頭部１ａの放熱性に優れており、本実施形態によれば、杭頭部１ａの発熱に伴って杭頭部１ａが塑性変形しやすくなることを抑制することができる。
【００３１】
また、把持部補強鋼板２が杭頭部１ａの周方向に５枚配置されているため、チャック装置Ｃによる把持位置が周方向に多少ズレたとしても、少なくとも４枚の把持部補強鋼板２をチャック装置Ｃで把持することができる。よって、本実施形態によれば、チャック装置Ｃにより杭頭部１ａを把持するときの施工性に優れている。
【００３２】
また、本実施形態によれば、把持部Ａから周方向に広がった損傷影響範囲Ｂにも、把持部補強鋼板２と同様に杭頭部１ａの周方向に互いに間隔を隔てて配置された影響部補強鋼板３が溶接により取り付けられている。よって、把持部Ａの周囲の損傷のみならず、その周辺の損傷も防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、損傷影響範囲Ｂは、把持部Ａの下端の周方向の両端から周方向に対して４５度方向に杭頭部１ａの頂部に向かって延びる両境界線によって区画された範囲としている。よって、解析等により損傷影響範囲Ｂを厳密に設定する煩わしさはなく、損傷影響範囲Ｂを簡易に設定することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、杭頭部１ａの中心軸を挟んで対向する各板部のみを杭頭部補強構造Ｒ，Ｒで補強している。したがって、図３に示した従来技術における杭頭部補強構造Ｒｂのように杭頭部１ａの外周面の全周を補強する場合と比較すると、本実施形態においては、杭頭部１ａの補強が必要最小限の範囲に限定されて行われている。よって、本実施形態においては、バイブロハンマＶの起振力に対して各把持部補強鋼板２の溶接が外れることがない十分な溶接延長を確保しつつ、図３に示した従来技術における杭頭部補強構造Ｒｂと同等の経済性を実現することができる。
【００３５】
本発明の杭頭部補強構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。
【００３６】
例えば、本実施形態の杭頭部補強構造Ｒは、５枚の把持部補強鋼板２と、４枚の影響部補強鋼板３とを有しているが、少なくとも３枚の把持部補強鋼板２、及び複数枚の影響部補強鋼板３を有している構成であれば、把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３の枚数はこれに限定されない。また、把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３の形状寸法及び間隔も本実施形態の態様に限定されず、設計者が適宜設定することが可能である。また、本実施形態の杭頭部補強構造Ｒは、把持部補強鋼板２及び影響部補強鋼板３を有しているが、影響部補強鋼板３を有しない構成とすることもできる。
【００３７】
また、本実施形態においては、損傷影響範囲Ｂは、損傷影響範囲Ｂを平面展開したときに上底が２００ｍｍ、下底が６００ｍｍ、高さが２００ｍｍの台形状を呈しているが、損傷影響範囲Ｂの平面展開形状はこれに限定されない。鋼管杭１及びチャックＣの形状寸法やバイブロハンマＶの起振力及び加振時間等を勘案した上で、設計者が適宜最適な損傷影響範囲を設定することが可能である。
【００３８】
また、本実施形態においては、鋼管杭１の杭頭部１ａの杭頭部補強構造Ｒについて述べたが、杭頭部補強構造Ｒを鋼管矢板の杭頭部補強構造Ｒとして採用することもできる。また、本実施形態においては、バイブロハンマＶのチャック装置Ｃによって杭頭部１ａの板部を２点で把持することを想定しているが、チャック装置Ｃによる杭頭部１ａの把持点数は２点に限定されず、杭頭部１ａを１点又は３点以上で把持する場合において、本実施形態の杭頭部補強構造Ｒを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１    …  鋼管杭                      １ａ  …  杭頭部
２    …  把持部補強鋼板              ３    …  影響部補強鋼板
４    …  溶接部
Ａ    …  把持部                      Ｂ    …  損傷影響範囲
Ｃ    …  チャック装置                Ｖ    …  バイブロハンマ
【図１】
0005855471.tif 000002
【図２】
0005855471.tif 000003
【図３】
0005855471.tif 000004