(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の先端部に複数のノズルおよび分岐ジェット管を設置して当該分岐ジェット管に高圧ホースを接続するとともに、前記杭の打設箇所に導枠を設置して当該導枠に前記杭を設置する準備工程と、
前記杭を打設する打設工程と、
前記杭の根固めを行う根固め工程と、
前記分岐ジェット管から前記高圧ホースを取り外して、当該高圧ホースを回収するホース回収工程と、を備える杭の打設方法であって、
前記分岐ジェット管は、前記高圧ホースに接続される本管と、前記本管の先端部において分岐するとともに前記ノズルに接続される複数本の分岐管とを有しており、
前記打設工程では、バイブロハンマによる振動を前記杭に与えつつ前記ノズルから高圧水を噴射することで、前記杭の先端部が所定深度に到達するまで前記杭を打設し、
前記根固め工程では、前記杭を定置した状態で前記ノズルから前記所定深度に到達した前記杭の先端部の周囲に固化材を注入することを特徴とする、杭の打設方法。
【請求項２】
試験施工を行い、前記固化材の計画注入量を算出する工程をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の杭の打設方法。
【請求項３】
先端部に複数のノズルが設けられているとともに先端部に分岐ジェット管が配管されている杭であって、
前記分岐ジェット管は、高圧ホースと接続される本管と、前記本管の先端部において分岐されるとともに前記杭の軸方向に沿って延びて前記ノズルに接続される複数本の分岐管とを備えていて、
前記複数本の分岐管のうちの１本の分岐管は、前記本管の先端部において前記杭の軸方向に延びており、他の分岐管は、前記本管の先端部において前記杭の周方向に沿って分岐された後、当該杭の軸方向に延びていることを特徴とする、杭。
【請求項４】
前記分岐ジェット管が、高圧ホースに着脱可能であることを特徴とする、請求項３に記載の杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の打設方法およびその杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬質地盤に鋼管杭を打設する方法として、ウォータージェット併用バイブロハンマ工法（以下、「ＪＶ工法」と称する）がある。
ＪＶ工法は、複数の噴射ノズルを先端部に取り付けた鋼管杭を、噴射ノズルから高圧水を噴射して地盤を切削もしくは礫塊等を移動させつつ、バイブロハンマにより振動を与えながら、打設する工法である。
【０００３】
ＪＶ工法では、高圧水の噴射と、バイブロハンマによる振動により、鋼管杭の周辺地盤が緩められることで、鋼管杭の支持力が低下してしまう場合がある。
【０００４】
ＪＶ工法において、鋼管杭の支持力を大きくしたい場合には、杭先端部にセメントミルク等の固化材を注入し、鋼管杭の根固めを行うのが一般的である。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ＪＶ工法により一定の深度まで鋼管杭を打設した後、高圧水に代えてセメントミルクを噴射ノズルから噴射させることで鋼管杭を所定の深度まで打設する杭の打設方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ＪＶ工法により所定の深度まで鋼管杭を打設した後、鋼管杭を引きあげながら噴射ノズルからセメントミルクを注入し、再度鋼管杭を所定の深度まで押し込む杭の打設方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５６４４９７号公報
【特許文献２】特許第３８５０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の杭の打設方法は、セメントミルクを利用して地盤を切削するため、セメントミルクの使用量が膨大となり、施工費が高価となる。
【０００９】
また、特許文献２の杭の打設方法は、鋼管杭を複数回引き上げ、沈設する工程を含むため、孔壁が崩落することや、鋼管杭が損傷するおそれがある。特に斜杭の場合には、施工が困難になるおそれがある。
【００１０】
このような観点から、本発明は、簡易かつ安価に施工を行うことを可能とした、杭の打設方法およびその杭を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の杭の打設方法は、杭の先端部に複数のノズルおよび分岐ジェット管を設置して当該分岐ジェット管に高圧ホースを接続するとともに、前記杭の打設箇所に導枠を設置して当該導枠に前記杭を設置する準備工程と、前記杭を打設する打設工程と、前記杭の根固めを行う根固め工程と、前記分岐ジェット管から前記高圧ホースを取り外して、当該高圧ホースを回収するホース回収工程とを備えており、前記分岐ジェット管は、前記高圧ホースに接続される本管と、前記本管の先端部において分岐するとともに前記ノズルに接続される複数本の分岐管とを有しており、前記打設工程では、バイブロハンマによる振動を前記杭に与えつつ前記ノズルから高圧水を噴射することで、前記杭の先端部が所定深度に到達するまで前記杭を打設し、前記根固め工程では、前記杭を定置した状態で前記ノズルから前記所定深度に到達した前記杭の先端部の周囲に固化材を注入することを特徴としている。
【００１２】
なお、前記杭の打設方法は、予め試験施工を行い、前記固化材の計画注入量を算出する工程をさらに備えていることが望ましい。
【００１３】
かかる杭の打設方法によれば、杭の先端部を所定の深度に到達させた後、杭を定置させた状態で固化材を注入するため、孔壁が崩れるおそれがなく、簡易に高品質な施工を行うことができる。
また、予め計画された注入量により固化材の施工を行うことができるため、材料費が高騰することを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の杭は、先端部に複数のノズルが設けられているとともに先端部に分岐ジェット管が配管されている杭であって、前記分岐ジェット管は、高圧ホースと接続される本管と、前記本管の先端部において分岐されるとともに前記杭の軸方向に沿って延びて前記ノズルに接続される複数本の分岐管とを備えていて、前記複数本の分岐管のうちの１本の分岐管は前記本管の先端部において前記杭の軸方向に延びており、他の分岐管は、前記本管の先端部において前記杭の周方向に沿って分岐された後、当該杭の軸方向に延びている。
また、前記分岐ジェット管は、高圧ホースへの着脱が可能であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の杭の打設方法およびその杭によれば、簡易かつ安価に杭を打設することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の杭の打設方法の各施工段階を示す断面図である。
【図２】本実施形態の鋼管杭を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】固化材の設計注入量を算出するための模式図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、固化材の充填長の計測方法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態では、図１に示すように、水上から水底に杭（鋼管杭１）を打設する場合について説明する。
本実施形態の杭は、鋼管杭１である。図２に示すように、鋼管杭１の先端には、高圧ホース５への着脱が可能な分岐ジェット管４が配管されている。
【００１８】
鋼管杭１は、図１に示すように、起重機船Ｃからウォータージェット併用バイブロハンマ工法（ＪＶ工法）により打設する。
鋼管杭１は、支持地盤に先端部を挿入した状態で、固化材２で根固めする。
【００１９】
鋼管杭１の先端部には、図２に示すように、高圧水および固化材２を噴射するための複数のノズル３，３，…が設置されている。
本実施形態では、６つのノズル３，３，…が設置されている場合について説明するが、ノズル３の数は限定されない。
【００２０】
複数のノズル３，３，…は、分岐ジェット管４の先端部に取り付けられており、鋼管杭１の周方向に対して、所定の間隔をあけて配設されている。
分岐ジェット管４は、本管４ａと分岐管４ｂ，４ｂ，４ｂとを備えている。本実施形態では一対の分岐ジェット管４が、鋼管１を挟んで対向するように配管されているが、分岐ジェット管４の本数や配置は限定されない。
【００２１】
分岐管４ｂは、本管４ａの先端部において、鋼管杭１の軸方向に延びる１本の分岐管４ｂと、鋼管杭１の周方向に沿って２方向に分岐された後、鋼管杭１の軸方向に延びる分岐管４ｂ，４ｂを備えている。
本実施形態では、各分岐ジェット管４が、３本の分岐管４ｂ，４ｂ，４ｂを備えている場合について説明するが、分岐管４ｂの本数は限定されない。また、本管４ａに対する分岐管４ｂの配置は分岐管４ｂの本数に応じて適宜設定すればよい。
【００２２】
分岐ジェット管４の本管４ａは、連結治具６を介して高圧ホース５の先端に着脱可能に取り付けられている。
連結治具６の構成は限定されない。また、分岐ジェット管４は、必ずしも高圧ホース５に着脱可能に取り付けられている必要はない。
【００２３】
なお、高圧ホース５および連結治具６は、必要に応じて配設すればよい。
【００２４】
ノズル３および分岐ジェット管４は、鋼管杭１の外面に溶接固定されている。なお、ノズル３および分岐ジェット管４の固定方法は限定されない。
また、本実施形態では、ノズル３を防護部材７により保護しているが、防護部材７は必要に応じて設置すればよい。
【００２５】
以下、鋼管杭１を打設する方法（杭の打設方法）について説明する。
本実施形態の杭の打設方法は、注入量算出工程と、準備工程と、打設工程と、根固め工程とを備えている。
【００２６】
注入量算出工程は、試験施工を行い、固化材２の計画注入量を算出する工程である。
固化材２は、地盤Ｇおよび支持層ＧＲを切削することにより形成された切削孔８と鋼管杭１のとの空隙に充填するため、地盤条件や施工条件により変化する。
【００２７】
そのため、本実施形態では、試験施工を行うことで、現場条件に応じた固化材２の計画注入量Ｑを算出する。
なお、本実施形態では、固化材２として、セメントミルクを使用するが、固化材２を構成する材料は、比重が水より重いものであれば、限定されない。
【００２８】
まず、式１により固化材２の設計注入量Ｑ０を算出する。
なお、式１において、Ａ０は設計充填断面積、Ｌ０は設計充填長、Ｄは杭径、Ｔ０は設計充填厚である。固化材２は、鋼管杭１の内外にそれぞれＴ０の厚さで注入するものとする。
【００２９】
Ｑ０＝Ａ０×Ｌ０  ・・・式１
ここで、
Ａ０＝（Ｄ＋Ｔ０×２）２／４×π−（Ｄ−Ｔ０×２）２／４×π
【００３０】
次に試験施工を行い、実際の充填長Ｌを計測する。
試験施工は、後述する実際の施工要領に基づいて、鋼管杭１を打設し、固化材２の充填長Ｌを計測することにより行う。
【００３１】
充填長Ｌの計測方法は限定されるものではなく、例えば、鋼管杭１の周面に沿ってボーリング孔９を形成し、これにより得られたコアサンプルに基づいて充填長Ｌを計測する方法（図４の（ａ）参照）や、鋼管杭１の先端部に所定の間隔で複数のひずみ計１０，１０，…を設置し、鋼管杭１に対する載荷試験を行って、鋼管杭２のひずみ分布を計測する方法（図４の（ｂ）参照）等により行えばよい。
【００３２】
なお、鋼管杭１の軸方向に荷重を付与した場合、図４の（ｂ）に示すように、固化材２によって根固めされた範囲においてひずみが大きく変化する傾向にある。したがって、ひずみ量が大きく変化する測定点を見極めることで、充填長Ｌを推定することができる。
【００３３】
充填長Ｌを計測したら、充填長Ｌを利用して、原地盤Ｇに応じた計画注入量Ｑを算出する。
【００３４】
準備工程は、図１および図２に示すように、鋼管杭１の打設箇所に、導枠１１を設置するとともに、鋼管杭１の先端部に複数のノズル３，３，…および分岐ジェット管４を設置する工程である。
【００３５】
導枠１１は、複数本の導杭１２，１２，…を利用して形成する。
導杭１２は、起重機船Ｃを利用してバイブロハンマＨにより振動を与えながら、地盤Ｇおよび支持層ＧＲに打設する。
本実施形態の導枠１１は、鋼管杭１を所定の角度で保持可能である。すなわち、鋼管杭１は、導枠１１によって、鉛直線に対して傾斜した状態に保持される。
【００３６】
鋼管杭１へのノズル３，３，…（分岐ジェット管４）の設置は、予め陸上において行う。
導枠１１の設置が完了したら、鋼管杭１に取り付けられた分岐ジェット管４に高圧ホース５を連結して、当該鋼管杭１を導枠１１に配置する。高圧ホース５は、起重機船Ｃに搭載されたポンプＰから延設されている。
なお、ノズル３等を鋼管杭１に取り付けるタイミングや取付作業を行う場所は限定されない。
【００３７】
打設工程は、ノズル３，３，…が設置された鋼管杭１を地盤Ｇおよび支持層ＧＲに打設する工程である。
鋼管杭１の打設は、図１の（ｂ）および（ｃ）に示すように、バイブロハンマＨにより振動を与えつつノズル３，３，…の先端のみから高圧水ＷＪを噴射することで、鋼管杭１の先端部が所定の深度に到達するまで行う。本実施形態では、鋼管杭１の先端部が支持層ＧＲに根入れされるまで鋼管杭１を打設する。
【００３８】
すなわち、鋼管杭１の打設は、高圧水ＷＪにより地盤Ｇおよび支持層ＧＲを切削するとともに、高圧水ＷＪにより形成された切削孔にバイブロハンマＨにより振動を与えながら鋼管杭１を圧入することにより行う。
高圧水ＷＪは、起重機船Ｃに搭載されたポンプＰから高圧ホース５を介して圧送する。
【００３９】
なお、鋼管杭１は、鉛直線に対して傾斜した状態で地盤Ｇおよび支持層ＧＲに打設する。
高圧水ＷＪの圧力は、地盤Ｇおよび支持層ＧＲの強度に応じて適宜設定する。
【００４０】
根固め工程は、鋼管杭１の根固めを行う工程である。
鋼管杭１の先端部を、支持層ＧＲに所定長挿入したら、バイブロハンマＨを停止させて、鋼管杭１の圧入を停止する。
【００４１】
次に、鋼管杭１を定置した状態（鋼管杭１を上下に動かさない状態）を保ちつつ、高圧水ＷＪに代えて固化材２をノズル３から噴射する。固化材２は、ノズル３の先端のみから注入する。
ノズル３から噴射された固化材２は、図１の（ｄ）に示すように、鋼管杭１の先端部の周囲（鋼管杭１の外周および内周）に注入される。先端部から吐出した固化材２は、加圧力を保って鋼管杭１の先端から鋼管杭１の内周および外周と切削孔８の孔壁間を通り、水を下から上に追い出しながら充填される。そのため鋼管杭１の内周および外周と切削孔８の孔壁との間隙は、鋼管杭１の周長に亘って略均一になる。さらには水より比重の重いセメントミルクを固化材２として利用すれば鋼管杭１に作用する浮力も略均一に期待できる。
【００４２】
固化材２の注入量は、注入量算出工程において算出された計画注入量Ｑとする。
なお、固化材２は、起重機船Ｃに搭載された図示しないプラントから、ポンプＰを介して圧送する。
【００４３】
計画注入量Ｑの固化材２を注入したら、水中において連結治具６を操作して、高圧ホース５を分岐ジェット管４から取り外して回収する。
回収した高圧ホース５は、図示しない洗浄機を利用して洗浄し、他の鋼管杭１の打設に使用する。
【００４４】
本実施形態の杭の打設方法および鋼管杭１によれば、鋼管杭１を定置した状態で固化材２を注入するため、杭先端支持力および杭周面摩擦力の増大を図ることができる。
また、鋼管杭１の先端部を所定の深度に到達させた状態で、固化材２を注入するため、切削孔の孔壁が崩れるおそれがなく、簡易に高品質な施工を行うことができる。
【００４５】
また、固化材２としてセメントミルクを使用して加圧注入する斜杭の場合では、鋼管杭１に対して浮力が期待でき、鋼管杭１の周長に亘って充填厚を略均一に保つことができる。
ゆえに、地盤条件や施工条件等に関わらず、高品質に鋼管杭１を打設することができる。
【００４６】
また、試験施工に基づいて固化材２の注入量を設定しているため、より確実に杭先端支持力および杭周面摩擦力を確保することができる。
また、予め計画された注入量により固化材２の施工を行うことで、固化材２の注入量を必要最小限に抑えることが可能となり、ひいては、材料費が高騰することを抑制することができる。
【００４７】
また、鋼管杭１の先端部に分岐ジェット管４が配設されるので、鋼管杭１の長さに影響されないで分岐ジェット管４を同一サイズで製作することが可能となり、全長に亘って分岐管４ｂを配設する場合に比べて鋼材の使用量を減らすことができる。
分岐ジェット管４が高圧ホース５から分離可能なため、高圧ホース５を回収して転用することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、鋼管杭１を傾斜させた状態で打設する場合について説明したが、鋼管杭１は必ずしも傾斜している必要はない。
【００４９】
また、前記実施形態では、起重機船を利用して水面から水底に鋼管杭１を施工する場合について説明したが、本発明の杭の打設方法は、桟橋等からの施工や地上部における施工にも採用可能である。
また、鋼管杭１は、ガイドを備えた杭打ち船を利用して打設してもよい。
また、固化材の計画注入量の算出は、必要に応じて実施すればよく、省略してもよい。
導枠は、必要に応じて使用すればよく、必ずしも使用する必要はない。
【００５０】
本発明の杭の打設方法により打設する杭の種類は鋼管杭に限定されない。
固化材の注入範囲は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  鋼管杭
２  固化材
３  ノズル
４  分岐ジェット管
４ａ  本管４ａ
４ｂ  分岐管
５  高圧ホース
６  連結治具
７  防護部材
８  切削孔
９  ボーリング孔
１０  ひずみ計
１１  導枠
１２  導杭
Ａ０  設計充填断面積
Ｃ    起重機船
Ｄ    杭径
Ｇ    地盤
ＧＲ  支持層
Ｈ    バイブロハンマ
Ｌ    充填長
Ｌ０  設計充填長
Ｐ    ポンプ
Ｔ０  設計充填厚
ＷＪ  高圧水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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