(57)【要約】【課題】注入併用工法において杭の周面支持力を増加させることができるＨ形鋼杭とその施工方法を提供する。【解決手段】Ｈ形鋼杭１において、杭体２に注入管３をあらかじめ設置しておき、杭体２が地盤Ｇ中へ挿入された後、注入管３の下端開口から、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する地盤改良材２１を地盤Ｇ中へ高圧で注入し、地盤改良材２１の硬化及び膨張により杭体２の周囲の地盤Ｇの緩みを防止し支持力を増強する。【選択図】　　　　図２
2004132111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ形鋼からなる杭体を打撃又は振動若しくは圧入により地上から地盤中へ挿入することにより形成されるＨ形鋼杭において、
前記杭体に沿って先端付近から後端付近まで延びる注入管をあらかじめ設置しておき、前記杭体が前記地盤中へ挿入された後、前記注入管を介して、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する性質を有する地盤改良材を前記地盤中へ高圧で注入し、前記地盤改良材が杭体の周囲に浸透して、前記地盤改良材の硬化及び膨張により前記杭体の周囲の地盤の緩みを防止し支持力を増強すること
を特徴とするＨ形鋼杭。
【請求項２】
請求項１記載のＨ形鋼杭において、
前記地盤改良材は、前記注入管を通して移送され、前記注入管の下端開口から前記地盤中へ注入されること
を特徴とするＨ形鋼杭。
【請求項３】
請求項１記載のＨ形鋼杭において、
前記地盤改良材は、前記注入管に挿入されるロッド管を通して移送され、前記ロッド管の下端開口から前記地盤中へ注入されること
を特徴とするＨ形鋼杭。
【請求項４】
請求項１記載のＨ形鋼杭において、
前記地盤改良材は、セメントミルクに膨張材を添加して混合したものであること
を特徴とするＨ形鋼杭。
【請求項５】
請求項４記載のＨ形鋼杭において、
前記膨張材は、石灰系膨張材、又はＣＳＡ系膨張材、若しくはこれらの適宜の組み合わせが用いられること
を特徴とするＨ形鋼杭。
【請求項６】
Ｈ形鋼からなる杭体を打撃又は振動若しくは圧入により地上から地盤中へ挿入することによりＨ形鋼杭を形成するＨ形鋼杭の施工方法において、
前記杭体に沿って先端付近から後端付近まで延びる注入管をあらかじめ設置しておき、前記杭体が前記地盤中へ挿入された後、前記注入管を介して、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する性質を有する地盤改良材を前記地盤中へ高圧で注入し、前記地盤改良材が杭体の周囲に浸透して、前記地盤改良材の硬化及び膨張により前記杭体の周囲の地盤の緩みを防止し支持力を増強すること
を特徴とするＨ形鋼杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼杭及びＨ形鋼杭の施工方法に関し、特に、杭打設後の周囲の地盤支持力の低下を防止し得るＨ形鋼杭及びＨ形鋼杭の施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｈ形鋼を杭体に用いるＨ形鋼杭の施工方法として、Ｈ形鋼杭の打ち込み時に、高圧の水を噴射して杭打ち込み作業を補助する「ウォータージェット併用工法」が用いられる場合があった。この「ウォータージェット併用工法」を用いると、杭の打ち込み時の地盤の抵抗を低減させることができる。このため、杭の打ち込み能力が低いバイブロハンマー装置等であっても、所定の杭強度の得られる深い位置まで杭打ち込みが可能となった。
【０００３】
しかし、「ウォータージェット併用工法」においては、高圧水の噴出により、杭の周囲の地盤が非常に緩められ、杭の周面支持力が低下する、という問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために開発された工法として、特開平１１−２０９９６９号公報に開示された工法が提案されている。この工法は、杭の打設時に高圧水を噴出させるのではなく、杭を地盤へ打ち込んだ後に、自硬性の注入材を注入するものである。この注入材には、最初は液状であり、時間の経過により硬化する材料、例えばセメントと水との混合物（セメントミルク）等が用いられる。
【０００５】
上記の工法の利点は、杭先端部に注入材を高圧噴射攪拌し、時間の経過によって硬化することにより、杭先端部に根固め体が造成され、大きな先端支持力が得られる、というものである。以下、上記の工法を、「注入併用工法」という。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の注入併用工法には、下記のような問題があった。すなわち、液状の注入材が地盤の緩んだ部分の全体に浸透しない場合には、緩められた地盤の部分が残ることとなり、杭の周面支持力が期待できないおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、注入併用工法において杭の周面支持力を増加させることができるＨ形鋼杭とその施工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＨ形鋼杭は、
Ｈ形鋼からなる杭体を打撃又は振動若しくは圧入により地上から地盤中へ挿入することにより形成されるＨ形鋼杭において、
前記杭体に沿って先端付近から後端付近まで延びる注入管をあらかじめ設置しておき、前記杭体が前記地盤中へ挿入された後、前記注入管を介して、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する性質を有する地盤改良材を前記地盤中へ高圧で注入し、前記地盤改良材が杭体の周囲に浸透して、前記地盤改良材の硬化及び膨張により前記杭体の周囲の地盤の緩みを防止し支持力を増強すること
を特徴とする。
【０００９】
上記のＨ形鋼杭において、好ましくは、前記地盤改良材は、前記注入管を通して移送され、前記注入管の下端開口から前記地盤中へ注入される。
【００１０】
また、上記のＨ形鋼杭において、好ましくは、前記地盤改良材は、前記注入管に挿入されるロッド管を通して移送され、前記ロッド管の下端開口から前記地盤中へ注入される。
【００１１】
また、上記のＨ形鋼杭において、好ましくは、前記地盤改良材は、セメントミルクに膨張材を添加して混合したものである。
【００１２】
また、上記のＨ形鋼杭において、好ましくは、前記膨張材は、石灰系膨張材、又はＣＳＡ系膨張材、若しくはこれらの適宜の組み合わせが用いられる。
【００１３】
また、本発明に係るＨ形鋼杭の施工方法は、
Ｈ形鋼からなる杭体を打撃又は振動若しくは圧入により地上から地盤中へ挿入することによりＨ形鋼杭を形成するＨ形鋼杭の施工方法において、
前記杭体に沿って先端付近から後端付近まで延びる注入管をあらかじめ設置しておき、前記杭体が前記地盤中へ挿入された後、前記注入管を介して、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する性質を有する地盤改良材を前記地盤中へ高圧で注入し、前記地盤改良材が杭体の周囲に浸透して、前記地盤改良材の硬化及び膨張により前記杭体の周囲の地盤の緩みを防止し支持力を増強すること
を特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態であるＨ形鋼杭の構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、このＨ形鋼杭１は、杭体２と、注入管３を備えて構成されている。杭体２は、Ｈ形鋼からなり、フランジ２ａ及び２ｂと、ウェブ２ｃを有している。
【００１７】
注入管３は、鋼管等からなり、杭体２のウェブ２ｃに沿って取り付けられ、杭体２の先端付近から後端付近まで延びている。注入管３は、例えば、溶接４等によって杭体２に接合されている。
【００１８】
次に、上記したＨ形鋼杭１の施工方法について説明を行う。図２は、本発明の一実施形態であるＨ形鋼杭の施工方法を説明する図である。
【００１９】
まず、図２（Ａ）に示すように、杭体２を地上から地盤Ｇの中へ挿入する。この杭体２の地盤Ｇ中への挿入は、杭の頭部を打撃し、又は杭の頭部に振動を加え、あるいは杭の頭部を押圧して圧入すること等の各種の方法が採用可能である。
【００２０】
次に、図２（Ｂ）に示すように、注入管３の上端開口に、注入ホース１１の一端を装着し、注入ホース１１の他端に注入ポンプ１０を接続する。その後、注入ポンプ１０により、液状の地盤改良材２１を注入管３に高圧で送り込み注入する。
【００２１】
これにより、地盤改良材２１は注入管３を通して移送され、注入管３の下端開口から、液状の地盤改良材２１が地盤Ｇの中へ浸透していく。液状の地盤改良材２１は、図２（Ｂ）において矢印で示すように、注入管３の下端開口から鉛直上方へ向けて浸透し、地表まで到達する。液状の地盤注入材２１が地表まで浸透してきた場合には、注入ポンプ１０を停止し、注入を終了する。
【００２２】
なお、注入管３に直接、地盤改良材２１を注入し、注入管３の下端開口から、液状の地盤改良材２１を地盤Ｇの中へ浸透させる注入方法だけでなく、他の注入方法も採用可能である。例えば、図示はしていないが、注入管３をガイド用の管とし、杭体２が地上から地盤Ｇの中へ挿入された後、注入管３の中に、ロッド管を挿入していき、このロッド管の上端開口に、注入ホース１１の一端を装着し、注入ホース１１の他端に注入ポンプ１０を接続して、注入ポンプ１０により、液状の地盤改良材２１をロッド管に高圧で送り込み注入し、地盤改良材２１をロッド管を通して移送し、ロッド管の下端開口から、液状の地盤改良材２１を地盤Ｇの中へ浸透させるような注入方法などである。この場合、ロッド管は、鋼管等により構成し、ロッド管の外径を注入管３の内径よりも小さい値に設定しておく。
【００２３】
ここで、液状の地盤改良材２１の組成について説明する。液状の地盤改良材２１は、自硬性の注入材に膨張材を添加して混合したものが用いられる。自硬性注入材には、最初は液状であり、時間の経過により硬化する材料、例えばセメントと水との混合物（セメントミルク）等が用いられる。
【００２４】
また、膨張材としては、例えば、石灰系膨張材、又はＣＳＡ系膨張材などが用いられる。
【００２５】
石灰系膨張材とは、セメントミルクとの水和反応により、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の結晶が生成し、その結晶の力でセメントミルクの硬化時にセメントミルクを膨張させるものである。石灰系膨張材の成分の中には、生石灰（酸化カルシウム：ＣａＯ）、消石灰（水酸化カルシウム：Ｃａ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）などが適宜の組み合わせ、適宜の混合比率で含まれている。
【００２６】
また、上記した石灰系膨張材にセッコウを混合した石灰−セッコウ系膨張材も、膨張材として使用可能である。セッコウは、硫酸カルシウムであり、ＣａＳＯ４・ｎＨ２Ｏで表される。ここに、ｎは、０又は１／２若しくは２のいずれかの値をとる。最も一般的なセッコウは、ｎの値が２の２水和物である。この石灰−セッコウ系膨張材の場合、石灰系膨張材とセッコウの混合比率は、適宜設定可能である。
【００２７】
また、上記したＣＳＡ系膨張材とは、カルシウム・サルフォ・アルミネート（ＣＳＡ）を主成分とするものであり、セメントミルクとの水和反応により、主にエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）と呼ばれる針状の結晶が生成し、この針状結晶の力でセメントミルクの硬化時にセメントミルクを膨張させるものである。ＣＳＡ系膨張材の成分の中には、例えば、４ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＳＯ３などが含まれている。
【００２８】
また、上記したＣＳＡ系膨張材にセッコウを混合したＣＳＡ−セッコウ系膨張材も、膨張材として使用可能である。このＣＳＡ−セッコウ系膨張材の場合、ＣＳＡ系膨張材とセッコウの混合比率は、適宜設定可能である。
【００２９】
膨張材としては、上記したもの以外の材料も使用可能である。例えば、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）が挙げられる。あるいは、アルミナセメントも膨張材として使用可能である。また、アルミニウム粉、鉄粉なども膨張材として使用可能である。
【００３０】
また、アルミン酸三カルシウムとセッコウの混合物、アルミナセメントとセッコウの混合物、アルミニウム粉とセッコウの混合物、鉄粉とセッコウの混合物なども膨張材として使用可能である。これらの混合物の膨張材の場合、混合比率は、適宜設定可能である。
【００３１】
さらに、上記した石灰系膨張材、ＣＳＡ系膨張材、アルミン酸三カルシウム、アルミナセメント、アルミニウム粉、鉄粉等は、これらを適宜に組み合わせて膨張材として使用することが可能である。この場合、混合される各成分の混合比率は、適宜設定可能である。あるいはまた、これらの組み合わせ混合物に、セッコウを混合させてもよい。この場合も、混合される各成分の混合比率は、適宜設定可能である。
【００３２】
次に、図２（Ｃ）に示すように、注入後に時間が経過すると、液状であった地盤改良材は符号２２に示すように硬化するとともに、膨張する。これにより、地盤Ｇの中へ浸透した後に硬化した地盤改良材２２は、自己の膨張により、周囲の地盤Ｇに押圧力（図２（Ｃ）の太い矢印を参照）を及ぼす。したがって、もし仮に、地盤Ｇの中に緩んだ部分があったとしても、この膨張時の押圧力により、緩んだ地盤部分は締め固められ、杭体２の周面支持力が増加する。
【００３３】
上記したような構成により、本実施形態のＨ形鋼杭及びＨ形鋼杭の施工方法は、下記のような作用・効果を有している。
【００３４】
１）緩められた地盤全体に地盤改良材が浸透しない場合であっても、地盤改良材の硬化時の膨張作用（体積増加）により、緩められた地盤の箇所は締固められる。また、根固めの造成に加えて杭の周面支持力の増加も図られる。
【００３５】
２）根固めの造成、又は杭の周面支持力の大幅な増加、あるいは両者の作用により、杭の長さを短くすることができ、工事費を低減することができ、工期も短縮することが可能となる。
【００３６】
３）上記の地盤締固め作用により、地盤の水平抵抗力が増加するため、杭に作用する水平力に対する水平方向変位量が減少し、杭体の断面を減少することができる。このため、杭の費用を低減することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３８】
例えば、上記実施形態においては、注入管３の配置位置がＨ形鋼の杭体２のウェブ２ｃの中央付近である例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成、例えば、ウェブ２ｃとフランジ２ａ（又は２ｂ）の接合する箇所付近に注入管３を取り付けてもよい。さらに、Ｈ形鋼の他の箇所に注入管３を取り付けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｈ形鋼からなる杭体を打撃又は振動若しくは圧入により地上から地盤中へ挿入することにより形成されるＨ形鋼杭において、杭体に沿って先端付近から後端付近まで延びる注入管をあらかじめ設置しておき、杭体が地盤中へ挿入された後、注入管を介して、液状で時間の経過により硬化するとともに膨張する性質を有する地盤改良材を地盤中へ高圧で注入するように構成したので、以下のような利点を有している。
【００４０】
緩められた地盤全体に地盤改良材が浸透しない場合であっても、地盤改良材の硬化時の膨張作用（体積増加）により、緩められた地盤の箇所は締固められる。また、根固めの造成に加えて杭の周面支持力の増加も図られる。
【００４１】
根固めの造成、又は杭の周面支持力の大幅な増加、あるいは両者の作用により、杭の長さを短くすることができ、工事費を低減することができ、工期も短縮することが可能となる。
【００４２】
上記の地盤締固め作用により、地盤の水平抵抗力が増加するため、杭に作用する水平力に対する水平方向変位量が減少し、杭体の断面を減少することができる。このため、杭の費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＨ形鋼杭の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態であるＨ形鋼杭の施工方法を説明する図である。
【符号の説明】
１　Ｈ形鋼杭
２　杭体
２ａ、２ｂ　フランジ
２ｃ　ウェブ
３　注入管
４　溶接箇所
１０　注入ポンプ
１１　注入ホース
２１　液状の地盤改良材
２２　硬化後状の地盤改良材
Ｇ　地盤
【図１】
2004132111.tif 000003
【図２】
2004132111.tif 000004