(57)【要約】【課題】杭施工時の工程と排土量とを少なくする。【解決手段】杭１０は、該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な状態で当該杭１０の外周に装着された袋体１１と、該袋体１１に固結性流動体を注入するための注入管１３と、拡開前の袋体１１の外径よりも最大径が大きく、尚かつ当該杭１０が埋設される方向に尖端部１５ａを有する沓部１５と、を備える。沓部１５はテーパ形状であること、さらには逆円錐形状であることが好ましい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される杭であって、
該杭の外周面よりも外側に拡開可能な状態で当該杭の外周に装着された袋体と、
該袋体に固結性流動体を注入するための注入管と、
最大径が大きく、尚かつ当該杭が埋設される方向に尖端部を有する沓部と、
を備えることを特徴とする杭。
【請求項２】
前記沓部は当該杭の開口端を閉塞するものであることを特徴とする請求項１に記載の杭。
【請求項３】
前記沓部は一部に開口を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の杭。
【請求項４】
前記沓部がテーパ形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の杭。
【請求項５】
前記沓部が逆円錐形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭に関する。さらに詳述すると、本発明は、地中に埋設される杭の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高い鉛直支持力を発現させるために袋体を有した袋付き既製杭やその施工方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような袋付き杭を地盤に施工する際は、まずは杭を定着させるための孔を掘削し、杭先端の定着層付近において掘削水を高圧噴射したり、油圧機構による掘削ビットを利用したりして拡大掘削孔を削孔することが一般的に行われている。このような掘削孔には、掘削と同時にセメントミルクが注入され、もしくは周辺地盤と混合攪拌したソイルセメントが充填され、当該掘削孔にプレキャスト杭や鋼管杭が挿入される。その後、定着深度にて袋体内にセメントミルクなどの固結性流動体を導入し充填することで杭の先端（下端）に拡径体を築造し、かかる拡径体を、支持力性能および引き抜き抵抗力の大きいアンカー（根固め部）として機能させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６０７２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のごとき手法によると、拡径体の築造に至るまでに、事前地盤掘削、杭埋設、固結性流動体の導入といった複数の工程を経なければならない。
【０００６】
また、孔の掘削の際には、杭の体積以上の排土が発生するため、環境保護といった観点からすれば改良の余地がある。
【０００７】
そこで、本発明は、施工時の工程と排土量とを少なくすることができる構造の杭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。孔の掘削から拡径体の築造までに従来のごとく複数の工程を要すると、袋付き杭の施工にその分の手間と時間が費やされる。また、例えば海上風車の建設などに伴い海底地盤に袋付き杭を施工するような場合にあっては、多くの工程を経ると、地盤から海中への排土や掘削泥水を抑制することが難しい。同時に、袋付き杭を埋設するための掘削孔をあらかじめ設けることから、後から袋付き杭を挿入する際、杭挿入とともに泥土が排出されることは、環境保護といった観点からすれば好ましくはない。加えて、従来の場合には孔を掘削した後に袋付き杭を埋設するという手順であるため、地盤の緩い砂層などが崩壊すると袋付き杭が埋設できなくなるおそれがある。これらの点をふまえつつ、拡径体を築造するまでの工程を削減することについて検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。
【０００９】
本発明はかかる知見に基づくものであり、地中に埋設される杭であって、
該杭の外周面よりも外側に拡開可能な状態で当該杭の外周に装着された袋体と、
該袋体に固結性流動体を注入するための注入管と、
拡開前の袋体の外径よりも最大径が大きく、尚かつ当該杭が埋設される方向に尖端部を有する沓部と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された袋付きの杭を打撃工法によって打ち込む場合、掘削工程を経ることなく施工することが可能である。したがって、杭施工に要する工程数が少なくなり、その分、手間と時間が費やされるのを抑えることができる。
【００１１】
また、このような袋付き杭を打撃工法によって打ち込む場合、地盤を掘削する場合とは異なり、排土量はほぼゼロになる。このため、環境面からして好適である。しかも、地盤を掘削せずに杭を打ち込むことから、掘削により生じる地盤の乱れを招来しない。
【００１２】
さらには、沓部（杭の尖端に取り付けされ、あるいは形成される主として鋼製の穂先）の最大径が拡開前の袋体の外径よりも大きいことから、当該袋付き杭を地盤に打ち込んだ場合、この拡開前の袋体と孔壁との間にスペースを形成することができる。このため、拡径部が、大きな引き抜き抵抗力が得られるアンカーとして機能するよう、袋体を十分に膨らませることが可能である。また、このように沓部の最大径が拡開前の袋体の外径よりも大きいことから、袋付き杭を打ち込む際、袋体が損傷するようなことがない。
【００１３】
また、沓部は、当該杭が埋設される方向に尖端部を有することから、杭の地盤への打ち込みを円滑にさせる。
【００１４】
このような杭において、沓部は当該杭の開口端を閉塞するものであってもよい。あるいは、沓部は一部に開口を有するものであってもよい。
【００１５】
また、杭においては、沓部がテーパ形状であることが好ましい。この場合、沓部が逆円錐形状であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、施工時の工程と排土量とを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る杭の施工時における、杭心位置に杭を建て込む工程を示す図である。
【図２】杭の施工時における打撃工程の初期段階を示す図である。
【図３】打撃工程の終盤の段階を示す図である。
【図４】袋体に固結性流動体を注入する工程を示す図である。
【図５】固結性流動体を注入する前の段階における杭等の状態を示す図である。
【図６】固結性流動体を注入した後の段階における杭等の状態を示す図である。
【図７】一部に開口が形成された沓部の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１〜図６に本発明に係る杭の実施形態を示す。杭１０は、杭施工装置１による打撃工法によって地中に埋設されるもので、袋体１１、注入管１３、沓部１５を備えている（図１等参照）。杭１０の本体９は、例えば鋼管からなる既製杭、あるいは、内面が鋼管に密着した中空コンクリート部からなる鋼管コンクリート複合杭などである。どのような構成の杭１０とするかは、目的や地盤Ｇの性状などに応じて適宜選択される。
【００２０】
杭１０には、環状の袋体１１が、本体９における杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な状態で装着されている（図１、図５等参照）。袋体１１は、杭１０の埋設後にセメントミルク等の水硬性材料を含む固結性流動体（地盤改良材）が注入管１３を通じて注入されることにより、地盤Ｇ中に拡径体１１’を形成する（図４、図６参照）。本実施形態の袋体１１は、例えばその上下部を鋼製バンドなどの袋体拘束具１２によって締め付けられ、杭１０の下部における外周面１０ａに装着されている（図５参照）。
【００２１】
袋体１１の材質は、導入される固結性流動体中の水分を透過させる脱水機能と強度の点からナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ビニロンなどの合成繊維であることが好ましい。このように固結性流動体の水分を透過させうる材質の袋体１１を用いた場合、袋体１１への固結性流動体の導入時または導入後、所定の圧力を作用させることにより、固結性流動体中の水分を透過させて脱水することができ、硬化後により緻密で強固な硬化体を得ることが可能となる。
【００２２】
注入管１３は、上述の袋体１１に固結性流動体を導入するための導入路を形成する管である（図５等参照）。本実施形態では特に詳しくは図示していないが、注入管１３は、杭１０の内周に設置された、固結性流動体の供給用パイプといった公知の構成のものでよい。
【００２３】
沓部１５は、杭１０の本体９の先端（下端）に形成され、あるいは取り付けられる例えば鋼製の穂先である。沓部１５は、例えばその外形がテーパ形状であるなど、打撃を受けた杭１０が地盤Ｇ中に打ち込まれやすい形状であることが好ましい。本実施形態では、沓部１５を、中心に尖端部１５ａが位置する逆円錐形状としている（図５等参照）。尖端部１５ａは、杭１０が埋設される方向（先端側）を向いて尖っている。
【００２４】
また、沓部１５は、その最大径が、拡開前の袋体１１の外径よりも大きくなるように形成されている（図１等参照）。したがって、本実施形態の杭１０を地盤Ｇに打ち込む際、拡開前の袋体１１よりも大きな孔２０が形成されることとなり、袋体１１が損傷するようなことがない（図２，図３等参照）。さらに、このような沓部１５によれば、拡開前の袋体と孔壁２０ａとの間にスペースを形成することができる（図５等参照）。
【００２５】
杭施工装置１は、杭１０を地盤Ｇに直打ちして施工するための杭打装置であり、杭１０の杭頭をおもり（例えば、油圧ハンマー、ディーゼルハンマー、ドロップハンマーなど）２で打撃し、支持力を発現させる。このように杭１０を直打ちする打撃工法は一般に施工費が安く経済的である。また、打撃工法は、打ち込み時に測定される１打撃当たりの貫入量やリバウンド量から、杭１０の支持力を客観的に確認できるという点で信頼性が高いといえる。一方で、施工時、打ち込み（打撃）による振動や音の発生を伴う。特に図示していないが、海底の地盤Ｇに杭１０を打ち込んで施工する海上施工の場合、杭施工装置１は台船上に配置されている。
【００２６】
続いて、上述のごとき構成の杭１０を施工する手順の一例について説明する（図１等参照）。
【００２７】
まず、杭心位置に杭１０を建て込み、ハンマーキャップを杭頭にかぶせた後、当該杭１０の鉛直度を確認する（図１参照）。
【００２８】
その後、錘２で杭頭を打撃して杭１０を地盤Ｇに打ち込む（図２、図３参照）。杭１０の先端が軟弱層を突き抜けて支持層に到達し、所要の支持力が得られたところで打ち込みを終了する。杭１０の周囲には、沓部１５の最大径部分が貫入した軌跡に沿って孔壁２０ａが形成される（図５等参照）。また、固結性流動体が注入される前のこの時点において、該孔壁２０ａと袋体１１の間にはスペースが形成されている。
【００２９】
次に、注入管１３を通じて袋体１１に固結性流動体を注入する（図４参照）。袋体１１が膨らむと、当該杭１０の先端（下端）付近に拡径体１１’が築造される。その後、袋体１１が内圧により孔壁２０ａへと押し付けられた状態で流動体が固結することにより、当該拡径体１１’の押込、引抜時の摩擦抵抗が増大し、支持力および引き抜き抵抗力の大きいアンカー（根固め部）として機能する（図６等参照）。なお、上述のように袋体１１を膨らませる工程の前あるいはその後に、杭１と孔壁２０ａとの間の隙間に向けて例えば沓部１５の上部などから固結材を出し、杭１０の本体９と一体化させればさらに大きな支持力を得ることが可能である。
【００３０】
本実施形態の杭１０を打撃工法により施工する場合、上述のように、掘削工程を経ることなく施工することができることから、杭施工に要する工程数が少ない。したがって、その分、手間と時間が費やされるのが抑えられる。
【００３１】
また、本実施形態のごとき杭１０を打撃工法によって打ち込む場合、地盤Ｇを掘削する場合とは異なり、排土量はほぼゼロになるから環境の面からしても好適である。すなわち、従来のごとく複数工程にて杭を施工する場合、特に海底地盤Ｇに杭１０を施工する場合においては、掘削時点、掘削装置を引き上げる時点、さらには掘削孔に杭を埋設する時点それぞれで排土が生じることから、施工完了までの排土量を効果的に抑制することが難しい。これに対し、打撃工法によって杭１０を打ち込む本実施形態の場合にはそもそも排土量が少なく、環境に対する影響を極力抑えることが可能である。
【００３２】
また、本実施形態のごとき杭１０を打撃工法により施工する場合、全工程を通して、回転駆動力が不要である。例えば、海上施工（一例として、洋上風力発電用の風車の基礎の施工）をする場合、海底に掘削孔を設けようとすれば回転駆動力が必要となり、台船としてある程度大規模なものが必要になるが、本実施形態によればこのような制限がない。したがって、本実施形態においては、不安定な台船などの作業船上での施工作業が可能である。
【００３３】
また、本実施形態のごとき杭１０を打撃工法により施工する場合、打撃により周辺地盤を締め固めることが可能であることから、同じ杭径、孔径である従来の施工と比べて摩擦、先端支持力が増加することが見込める。したがって、従来の施工方法では崩壊するおそれがあるような緩い砂地盤においても安定した孔２０を形成することが可能である。
【００３４】
また、地盤Ｇを掘削するのではなく、本実施形態のように打撃工法によって杭１０を打ち込む場合、当然ながら打ち込みの途中で袋体１１が損傷するおそれがある。この点、上述したように、本実施形態の杭１０は、沓部１５の最大径を、拡開前の袋体１１の外径よりも大きくなるように構成しているため、打ち込みの途中で袋体１１が損傷するようなことがない。
【００３５】
さらに、このような沓部１５によれば、拡開前の袋体１１と孔壁２０ａとの間にスペースを形成することができる（図５等参照）。したがって、袋体１１を十分に膨らませ、当該袋体１１が内圧により孔壁２０ａへと押し付けられた状態で流動体を固結させることにより、大きな引き抜き抵抗力が得られるアンカーとして機能する拡径体１１’を築造することが可能となっている。
【００３６】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれ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種々変形実施可能である。例えば上述の実施形態中における沓部１５は杭１０の本体９の開口端を閉塞するものであったが、この代わりに、開口を有する沓部１５を採用することも可能である（一例として、中央に形成された尖端部１５ａの周囲に複数の略楕円形の開口（図５において符号１５ｂで示す）が等間隔で配置されている、等）。このような開口１５ｂは、地盤Ｇへの杭１０の打ち込み時、杭１０の本体９の内部に土や土砂が流入することを許容するから、その分、打撃時に地盤Ｇから受ける抵抗が小さくなる可能性がある。このような沓部１５において、尖端部１５ａは中心に配置されていなくても構わない。例示すれば、沓部１５の中央に開口１５ｂがある場合、開口の周囲の環状縁部を尖端部１５ａとしてもよい（図７参照）。さらには、周方向に凹凸（高低）を設け、周状に並ぶ複数の突起を形成してこれらを尖端部としてもよい（図７中の二点鎖線参照）。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する場合、特に海底地盤に施工する場合に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００３８】
１０…杭
１０ａ…外周面
１１…袋体
１３…注入管
１５…沓部
１５ａ…尖端部
２０…孔
Ｇ…地盤
【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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