(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭体と、前記杭体の周りに設けられたつば部材とを備える鋼杭を準備する工程と、
外管を前記つば部材上に配置して前記外管で前記杭体を囲う工程と、
前記鋼杭及び前記外管を土壌に打ち込む工程と、
前記杭体と前記外管との間の領域に土粒子を充填する工程と、
前記土粒子を充填した後、前記外管を前記土壌から引き抜く工程とを含む、鋼杭の施工方法。
【請求項２】
杭体と、前記杭体の周りに設けられたつば部材とを備える鋼杭を準備する工程と、
外管を前記つば部材上に配置して前記外管で前記杭体を囲う工程と、
前記鋼杭及び前記外管を土壌に打ち込む工程と、
前記杭体と前記外管との間の領域に土粒子を充填する工程とを含み、
前記土粒子は、ＪＩＳ１２０４：２００９の粒径区分で粗砂又はそれよりも小さい土粒子である、鋼杭の施工方法。
【請求項３】
杭体と、前記杭体の周りに設けられたつば部材とを備える鋼杭を準備する工程と、
外管を前記つば部材上に配置して前記外管で前記杭体を囲う工程と、
前記鋼杭及び前記外管を土壌に打ち込む工程と、
前記杭体と前記外管との間の領域に土粒子を充填する工程とを含み、
前記杭体に対する前記つば部材の下面の内角は１５〜９０°である、鋼杭の施工方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋼杭の施工方法であって、
前記領域の深さは１ｍ以上である、鋼杭の施工方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の施工方法であって、
前記杭体の表面と前記外管の内面との間の距離は３０ｍｍ以上である、鋼杭の施工方法。
【請求項６】
杭体と、
前記杭体の周りに設けられたつば部材とを備え、
前記つば部材は、
前記杭体を囲うよう配置され、かつ、前記杭体の打ち込み後に引き抜かれる外管を支持する支持部と、
前記外管の位置を拘束する壁とを備え、
前記杭体に対する前記つば部材の下面の内角は１５〜６０°であり、
前記支持部によって前記外管が支持された際に、前記壁と前記外管との間に、前記外管の配置及び引き抜きの際に干渉を防止する隙間が設けられる、鋼杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼杭の施工方法及び鋼杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼杭は、地中や海底などの土壌に打ち込まれて、構造物などの基礎に用いられる。鋼杭は、土壌の土砂、泥又は瓦礫などに直接激しく接するので厳しい腐食環境に曝されることになり、腐食されやすい。そのため、鋼杭は効果的な防食対策が望まれている。特に、鋼杭を酸性硫酸塩土壌環境に用いる場合には、この土壌に含まれるパイライトの酸性反応により土壌のｐＨが著しく低下するため、鋼杭は非常に腐食されやすく、より効果的な防食対策が望まれる。
【０００３】
従来から用いられる防食対策は、鋼杭の表面に樹脂からなる防食被膜を形成する方法、防食電流を付与する電気防食方法、コンクリート、モルタル及びレンジモルタルなどで鋼杭表面を被覆する防食工法、鋼杭の接する土壌を改質する方法などがある。防食被膜を形成する方法は、鋼杭を土壌に打ち込む際に被膜の一部が剥がれ、充分な防食効果が得られなくなることがある。電気防食方法は、土壌の電気抵抗が非常に大きいため、大きな防食電流を流す必要がある。また、電気防食方法は、周囲の通信設備に障害を発生させたり、周囲の鋼材を迷走電流により腐食させたりすることがある。鋼杭表面を被覆する防食工法は、例えば、特開平５−１７１６５８号公報（特許文献１）の防食工法がある。同公報には、地下空間を囲う壁体用鋼材と壁体用鋼材の外側を囲う鋼製隔壁体との間に鉄筋コンクリートを打設して、壁体用鋼材の外側の表面をコンクリートで被覆する防食工法が記載されている。この防食工法は、コンクリートなどにひび割れが生じると、このひび割れからコンクリートなどの内部に酸素及び水素イオンが容易に侵入して、鋼材を腐食させる。
【０００４】
土壌を改質する防食方法は、例えば、特開２００１−１１６６８号公報（特許文献２）の防食工法がある。同公報には、施工の際、鋼構造物に接する土壌に、アルカリ性の土壌改質剤を混合して、鋼構造物から少なくとも１０ｍｍまでの範囲にある土壌のｐＨを６〜１３にする土壌改質を行う防食工法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７１６５８号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記土壌を改質する防食工法は、土壌改質剤を添加して酸性土壌のｐＨを中性〜アルカリ性に変えることで、鋼を防食している。しかしながら、この技術は、土壌改質剤を添加して土壌のｐＨを中性〜アルカリ性に改質しても、土壌の表面から鋼の周りに酸素が十分に供給されていると、埋設鋼材のカソード反応により鋼を腐食させるおそれがある。また、パイライトを含む酸性硫酸塩土壌の場合には、パイライトの酸化反応により土壌のｐＨが低下して、鋼を腐食させるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、鋼杭を防食して土壌に施工可能な鋼杭の施工方法及び鋼杭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による鋼杭の施工方法は、杭体と、杭体の周りに設けられたつば部材とを備える鋼杭を準備する工程と、外管をつば部材上に配置して外管で杭体を囲う工程と、鋼杭及び外管を土壌に打ち込む工程と、杭体と外管との間の領域に土粒子を充填する工程とを含む。
【０００９】
本発明の一実施形態による鋼杭は、杭体と、杭体の周りに設けられたつば部材とを備える。つば部材は、杭体を囲うよう配置される外管の位置を拘束する壁を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼杭を防食して土壌に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、パイライトと土粒子とが存在する土壌系の鋼杭の腐食反応の模式的な説明図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による鋼杭の斜視図である。
【図３】図３は、外管を配置した鋼杭の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による施工方法のフローチャートである。
【図５】図５は、鋼杭及び外管を打ち込む途中の状態の模式図である。
【図６】図６は、鋼杭及び外管を打ち込んだ状態の模式図である。
【図７】図７は、外管を引き抜く途中の状態の模式図である。
【図８】図８は、外管を引き抜いた状態の模式図である。
【図９】図９は、変形例による鋼杭の先端の断面図である。
【図１０】図１０は、他の変形例による鋼杭のつば部材周辺の断面図である。
【図１１】図１１は、さらに他の変形例による鋼杭のつば部材周辺の断面図である。
【図１２】図１２は、さらに他の変形例による鋼杭の平面図である。
【図１３】図１３は、さらに他の変形例による鋼杭の平面図である。
【図１４】図１４は、さらに他の変形例による鋼杭の平面図である。
【図１５】図１５は、浸漬試験の模式図である。
【図１６】図１６は、浸漬日数と重量減との関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、浸漬日数とｐＨとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、鋼杭を防食して土壌に施工するため、種々の検討を行い、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の知見を得た。
【００１３】
（Ａ）土壌腐食環境において、酸性硫酸塩土壌（以下、酸性土という）は、時間経過でｐＨが低下しやすく、腐食環境が非常に厳しい。ｐＨの低下は、土壌中に含まれるパイライト（ＦｅＳ２）の酸化反応により硫酸を生成するためである。パイライトと水と土粒子とが存在する環境（以下、土壌系という）は、パイライトと水とからなるパイライト分散溶液の環境（以下、溶液系という）よりも腐食速度が小さくなることが分かった。土壌系では、例えば、図１に示すように、土粒子３が酸素及び水素イオンの拡散の障害となり、土粒子３間に生じる隙間が酸素及び水素イオンの拡散経路９になることで、パイライト８への酸素の供給や鋼杭１への酸素及び水素イオンの供給が遅くなり、腐食速度が小さくなると考えられる。
【００１４】
（Ｂ）土壌系では、土粒子３の平均粒径が小さくなると、鋼杭１の腐食速度が小さくなり、平均粒径が大きくなると、溶液系の腐食速度に近づく傾向があることが分かった。これは、土粒子３が細かいほど、拡散経路９が減少したり狭まったりするなどで拡散が制限され、土粒子３が粗いほど、拡散経路９が増加したり広がったりするなどで拡散が容易になるためと考えられる。ここで、土壌系及び溶液系において、酸素及び水素イオンの拡散速度を測定した結果、土壌系は溶液系よりも酸素及び水素イオンの拡散速度が遅くなることが確認された。
【００１５】
（Ｃ）溶液系では腐食が進行しても低ｐＨを維持するのに対し、土壌系では日数経過に伴い土壌と鋼杭との界面のｐＨが上昇し、界面を低ｐＨに維持できなくなることが分かった。これは、鋼杭の腐食により水素イオンが消費されることでｐＨが上昇に向かうところ、溶液系では、パイライトの酸化反応により水素イオンが継続的に供給されることで、低ｐＨに維持されたと考えられる。一方、土壌系では、酸素や水素イオンの拡散が制限されることで、鋼杭の周囲において水素イオンの消費に水素イオンの供給が追いつかず、界面のｐＨが上昇したと考えられる。また、土壌系では、界面のｐＨが上昇しても、土壌の鋼杭から３０ｍｍ離れた位置（以下、バルク部という）が低ｐＨに維持されることが分かった。
【００１６】
（Ｄ）土壌は深い位置になるほど、酸素の濃度が低下する傾向にある。これは、深い位置になるほど、土壌の表面からの酸素が供給されにくくなるためと考えられる。
【００１７】
本発明者らは、前述の知見に基づいて本発明を完成させた。まず、本発明の一実施形態の概要を説明する。
【００１８】
本実施形態による鋼杭の施工方法は、杭体と、杭体の周りに設けられたつば部材とを備える鋼杭を準備する工程と、外管をつば部材上に配置して外管で杭体を囲う工程と、鋼杭及び外管を土壌に打ち込む工程と、杭体と外管との間の領域に土粒子を充填する工程とを含む。
【００１９】
この施工方法は、充填した土粒子により杭体への酸素及び水素イオンの拡散を制限でき、鋼杭を防食して土壌に施工することができる。
【００２０】
この施工方法は、好ましくは、土粒子を充填した後、外管を土壌から引き抜く工程をさらに含む。
【００２１】
好ましくは、土粒子は、ＪＩＳ１２０４：２００９の粒径区分で粗砂又はそれよりも小さい土粒子である。
【００２２】
好ましくは、領域の深さは１ｍ以上である。
【００２３】
好ましくは、杭体に対するつば部材の下面の内角は１５〜９０°である。
【００２４】
好ましくは、杭体の表面と外管の内面との間の距離は３０ｍｍ以上である。
【００２５】
本実施形態による鋼杭は、杭体と、杭体の周りに設けられたつば部材とを備える。つば部材は、杭体を囲うよう配置される外管の位置を拘束する壁を備える。
【００２６】
この鋼杭は、防食させて土壌に施工させることができる。
【００２７】
以下、本発明の一実施形態による鋼杭について詳細に説明する。図２のＡ方向（鋼杭１を打ち込む方向）を打ち込み方向と表し、鋼杭１を打ち込む際に土壌が最初に接触する側を下、反対側を上と表す。また、Ｂ方向（打ち込み方向と直交する方向）を断面方向と表して説明する。
【００２８】
鋼杭１は、図２に示すように、防食が望まれる杭体４と、杭体４の外表面に設けられたつば部材５とを備える。つば部材５は杭体４の外表面の上下長の途中に接続され、杭体４から断面方向Ｂに突出している。つば部材５は、下向きに凸である支持部６と、支持部６から上向きに伸長する環状の壁７とを備える。杭体４と支持部６とのなす角のうち上側に位置する角度（以下、「内角」とも表す）θを１５〜９０°とすることが好ましい。内角θを９０°より大きくすると、杭体４を土壌に打ち込むときに杭体４と支持部６との接続部に大きな応力が加わり破損する恐れがあるためである。内角θを１５°未満とすると支持部６が大きくなり、支持部６のコストが高くなり、施工時の手間が増えるためである。また、内角θのさらに好ましい上限値は６０°である。内角θのさらに好ましい下限値は３０°である。杭体４の外表面と壁７の内面との間の距離は１００ｍｍ以下が好ましい。
【００２９】
鋼杭１は、図３に示すように、外管１２を外側に被せて使用する。外管１２は、支持部６上に配置され、壁７によって断面方向Ｂに拘束される。外管１２が配置されることで、杭体４の外表面、支持部６の上面及び外管１２の内面で囲まれた領域１１が形成される。後述する土粒子３の充填による杭体４への酸素及び水素イオンの拡散の制限と鋼杭１の防食効果を享受するため、領域１１の断面方向Ｂの長さ（杭体４の外表面と外管１２の内面との間の距離）Ｔ１は３０ｍｍ以上であることが好ましく、領域１１の打ち込み方向Ａの長さ（深さ）Ｄ１は１ｍ以上が好ましい。さらに、外管１２の設置及び引き抜きの際に外管１２と壁７との干渉を防止するため、壁７と外管１２との間に隙間を設けることが好ましい。
【００３０】
［施工方法］
以下、本発明の一実施形態による鋼杭の施工方法について詳細に説明する。なお、鋼杭１の説明と重複する説明は省略する。
【００３１】
この施工方法は、図４に示すように、鋼杭１を準備する工程Ｓ１と、外管１２をつば部材５上に配置して外管１２で杭体４を囲う工程Ｓ２と、杭体４と外管１２との間の領域１１に土粒子を充填する工程Ｓ３と、鋼杭１及び外管１２を土壌に打ち込む工程Ｓ４と、外管を引き抜く工程Ｓ５とを含む。
【００３２】
工程Ｓ３で充填される土粒子は、ＪＩＳ  １２０４：２００９の粒径区分で粗砂又はそれよりも小さい土粒子であることが好ましい。粗砂又はそれよりも小さい土粒子とは、ＪＩＳ  １２０４：２００９において、粒径２ｍｍ以下の土粒子である。粒径２ｍｍ以下とは、ＪＩＳ  １２０４：２００９の土粒度試験方法に基づき、土粒子を格子状のふるいにかけ、２ｍｍ×２ｍｍの格子を通過した土粒子の重量比率が５０％以上を表す（有効粒径Ｄ５０）。そして、粒径区分は、ＪＩＳ  １２０４：２００９に基づき、０．８５０〜２ｍｍが粗砂、０．２５０〜０．８５０ｍｍが中砂、０．０７５〜０．２５０ｍｍが細砂、０．０７５〜０．００５ｍｍがシルト、０．００５ｍｍ以下が粘土である。土粒子は、知見のとおり粒径が小さいほど好ましく、より好ましくは細砂以下である。
【００３３】
工程Ｓ４は、図５に示すように、土粒子３を領域１１に充填した鋼杭１及び外管１２を土壌２に打ち込む。その結果、図６に示すように、鋼杭１及び外管１２が土粒子３とともに土壌２に埋め込まれる。
【００３４】
工程Ｓ５は、図７に示すように、外管１２を土壌２から引き抜く。外管１２を引く抜くことで生じる土粒子３と土壌との間の隙間は、図８に示すように、鋼杭１の周りの土壌や土粒子３の土圧作用により埋められる。
【００３５】
この施工方法は、杭体４の周りを土粒子３で被い、鋼杭１を土壌２に施工することで、杭体４への酸素及び水素イオンの拡散（供給）を既設の土壌よりも制限して、杭体４を防食することができる。この施工方法は、土壌がパイライトを含む酸性土であっても、杭体４の周りが低ｐＨに維持されることを抑制でき、杭体４を防食して土壌２に施工することができる。この施工方法は、土粒子に粗砂又はそれよりも小さい土粒子を用いることで、酸素及び水素イオンの拡散をより制限できる。この施工方法は、外管１２を引き抜くことで、引き抜いた外管１２を別の鋼杭１の施工に再使用することができる。
【００３６】
この施工方法は、外管１２の位置を壁７によって拘束することで、酸素及び水素イオンの拡散の制限に有効な厚みを確保して土粒子を充填することができる。
【００３７】
［変形例］
杭体４の形状は、打ち込むことができる形状であれば、任意の形状を適用できる。杭体４は円形の鋼管杭を適用してもよく、棒状やＨ字型の鋼杭を適用してもよい。さらに、杭体４の下側に蓋を備えていてもよい。この蓋は、杭体４が土壌に打ち込まれたとき、土壌が杭体４内に侵入することを防止することができる。
【００３８】
また、外管１２の形状は、領域１１の断面方向Ｂの長さＴ１と打ち込み方向Ａの長さＤ１とを前記所望の長さにできれば、円管でなく任意の形状にしてもよい。
【００３９】
また、支持部６の設置位置を杭体４の任意の場所に設置してもよい。例えば図９に示す変形例のように、内角θが９０°であるつば部材５が杭体４の底に設けられている構造にしてもよい。この場合、杭体４の外表面全体を土粒子３で被うことができる。また、図１０に示す変形例のように、内角θが９０°であるつば部材５が杭体４の途中に設けられている構造にしてもよい。また、図１１に示す変形例のように、支持部６の上面が平坦になるように、支持部６の内面を詰まった構造にしてもよい。この場合、打ち込み時の支持部６の強度を向上させることができる。
【００４０】
支持部６は、打ち込み方向Ａから投影したときに円形や多角形等の任意の形状であってもよい。壁７の構造は、打ち込み方向Ａから投影したときに点在して配置されていてもよい。一例として、図１２に示す変形例のように、支持部６の外周端に等間隔で２つの壁７が設けられている構造や、図１３に示す他の変形例のように、支持部６の外周端に等間隔で８つの壁７が設けられている構造を適用できる。
【００４１】
上記実施の形態では、支持部６の形状が円錐である例を説明したが、支持部６の形状を任意の形状としてもよい。一例として、図１４に示す変形例のように、支持部６は四角錐であり、支持部６の外周端全体に設けられた壁７とを備える構造としてもよい。この場合、外管１２が円筒であるとき、外管１２の位置は壁７の一部によって拘束される。
【００４２】
外管１２を引き抜く工程Ｓ５は選択的な工程であり、実施されなくてもよい。
【００４３】
上記実施の形態では、鋼杭１及び外管１２を打ち込む前に土粒子３を充填した例を説明したが、外管１２で杭体４を囲った後であれば、任意のタイミングで土粒子３を充填できる。一例として、打ち込みを中断して、土粒子３を充填し、その後に打ち込みを再開してもよい。この場合、鋼杭１を土壌２に支持させて、土粒子３を充填できる。他の例として、打ち込んだ後に土粒子３を充填してもよい。この場合、鋼杭１を土壌２に支持させて、土粒子３を充填できることはもちろん、打ち込み途中に充填するよりも土壌の表面に近い位置から土粒子３を充填できる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、この実施例は本発明を限定するものではない。
【００４５】
表１は、Ｎｏ．１〜４の試験片における土粒子３の条件及び実験結果である。Ｎｏ．１〜３はパイライト８を含む土壌系での浸漬試験を行い、Ｎｏ．４はパイライト８を含む溶液系での浸漬試験を行った。溶液系は、図１５に示すように、水及びパイライト８からなる１７５ｍＬのパイライト分散溶液１０（４．９ｇ／Ｌ  ＦｅＳ２）に、試験片１１の全面を接触させてパイライト分散溶液１０の中央付近に浸漬した。土壌系は、溶液系と同じ水及びパイライトからなる６７ｍＬのパイライト分散溶液１０に、溶液系と同量の体積となるよう土粒子３を加えたものに、試験片１１の全面を接触させて土壌２の中央付近に浸漬した（埋め込んだ）。Ｎｏ．１の土粒子３は粒径２ｍｍ以下で構成され平均粒径０．２ｍｍの細砂であり、Ｎｏ．２の土粒子３は粒径２ｍｍ以下で構成され平均粒径０．８５ｍｍの粗砂であり、Ｎｏ．３の土粒子３は平均粒径３ｍｍの礫である。平均粒径には、ＪＩＳ  １２０４：２００９の土粒度試験方法に基づき、粒径加積曲線の通過質量百分率が５０％に該当する粒径（有効粒径Ｄ５０）を用いた。試験片１１は、ＪＩＳ  ＳＳ４００の鋼材から得たもの（２５ｍｍ×５０ｍｍ×６ｍｍ）を供試材とした。試験条件は、初期ｐＨが４．０、試験温度が４０℃、雰囲気が大気開放とした。
【００４６】
【表１】
0006589559.tif 000002
【００４７】
Ｎｏ．１〜４は、図１６に示すように、７日後及び１４日後、回収した試験片１１から腐食生成物を除去した重量減（ｇ／ｃｍ２）を測定した。図１７に示すように、Ｎｏ．１〜３は、７日後及び１４日後、試験片１１と土壌２との界面（位置Ｐ１）のｐＨ及びバルク部（位置Ｐ２）のｐＨを測定し、Ｎｏ．４は、７日後及び１４日後、パイライト分散溶液１０（位置Ｐ１）のｐＨを測定した。図１７において、Ｎｏ．１Ａ，２Ａ及び３ＡがＮｏ．１，２及び３の界面の測定結果であり、Ｎｏ．１Ｂ，２Ｂ及び３ＢがＮｏ．１，２及び３のバルク部の測定結果である。なお、位置Ｐ２は、土壌２内において試験片１１との界面（位置Ｐ１）から側方に３０ｍｍ離れた位置である。また、Ｎｏ．４は位置Ｐ１と位置Ｐ２とでｐＨに差を生じないため、位置Ｐ２での測定を行っていない。
【００４８】
７日後の重量減は、Ｎｏ．１〜３が０．００１ｇ／ｃｍ２未満であったのに対し、Ｎｏ．４が０．００１ｇ／ｃｍ２以上であった。そして、１４日後の重量減は、Ｎｏ．１及び２が０．００１ｇ／ｃｍ２未満であったのに対し、Ｎｏ．３及び４が０．００１ｇ／ｃｍ２以上であった。
【００４９】
７日後の各ｐＨは、Ｎｏ．１〜３の各位置Ｐ１が５以上であったのに対し、Ｎｏ．４が５未満であった。そして、位置Ｐ２での各ｐＨはいずれも５未満であった。また、１４日後の各ｐＨは、Ｎｏ．１及び２の各位置Ｐ１が６以上であったのに対し、Ｎｏ．３の位置Ｐ１及びＮｏ．４が６未満であった。そして、位置Ｐ２での各ｐＨは、Ｎｏ．１が５未満であり、Ｎｏ．２及び３が６未満であった。
【００５０】
このように、Ｎｏ．１及び２は、位置Ｐ１において、１４日後の各ｐＨが初期ｐＨから中性程度に上昇した。さらに、Ｎｏ．１及び２は、７日後以降の腐食速度が小さくなった。また、Ｎｏ．１は、位置Ｐ２において１４日後も低ｐＨを維持した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、鋼杭の施工に利用でき、構造物の基礎等に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１：鋼杭
２：土壌
３：土粒子
４：杭体
５：つば部材
６：支持部
７：壁
１１：領域
１２：外管
θ：内角
Ｄ１：深さ
Ｔ１：厚み
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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