(57)【要約】【課題】先端部に羽根を有する回転圧入の杭本体を打設したときに、汚染されている地下水の拡散を防止することができる杭構造およびその施工方法を提供することを目的としている。【解決手段】先端部に傾斜する円状の羽根３が形成されている杭本体１は、地下水Ｗが内在する帯水層Ａと帯水層Ａの下方に形成された不透水層Ｂと不透水層Ｂの下方に形成された支持層Ｃとから形成される地盤Ｇ内に回転圧入され、杭本体１の先端は、不透水層Ｂを貫通して支持層Ｃ内に貫入されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に傾斜する円状の羽根が形成されている杭本体は、地下水が内在する帯水層と該帯水層の下方に形成された不透水層と該不透水層の下方に形成された支持層とから形成される地盤内に回転圧入され、前記杭本体の先端は、前記不透水層を貫通して前記支持層内に貫入されていることを特徴とする杭構造。
【請求項２】
請求項１記載の杭構造において、
前記不透水層内の前記杭本体中間部には、前記杭本体の外周面と前記不透水層との間に介在される止水手段が設けられていることを特徴とする杭構造。
【請求項３】
請求項２記載の杭構造において、
前記止水手段は、前記杭本体の外周面に沿って環状に配置され上下端が該外周面に接合されている伸縮性を有する伸縮被膜材、および該伸縮被膜材と前記外周面との間に形成された密閉状態の空間内にグラウト液を注入する注入手段から構成されていることを特徴とする杭構造。
【請求項４】
請求項２記載の杭構造において、
前記止水手段は、水膨張性を有する止水パッキン材から構成され、該止水パッキンは前記杭本体の外周面に沿って環状に形成されていることを特徴とする杭構造。
【請求項５】
先端部に螺旋状の羽根が形成されている杭本体を打設する杭構造の施工方法であって、
前記杭本体を、汚染地下水を含む帯水層と該帯水層の下方に形成された不透水層と該不透水層の下方に形成された支持層とから形成される地盤内に回転圧入し、前記先端部が前記帯水層から前記不透水層を貫通して前記支持層内に貫入することを特徴とする杭構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内に回転圧入される杭本体からなる杭構造およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、汚染地下水を有する上層の帯水層と中層の不透水層と下層の支持層とからなる地盤内に杭本体を打設する場合、地盤内に支持層まで達する掘削孔を所定の大きさ（径）で形成し、その後、掘削孔内に杭本体を挿入し、或いは掘削孔内に鉄筋籠の挿入後に掘削孔内にコンクリートを打設して杭本体を形成する方法がある。
【０００３】
一方、先端に螺旋状の羽根が形成された杭本体が提供されている。この杭本体によれば、杭本体を回転させることで先端の羽根を回転させ、羽根の回転による推進力によって杭本体が地盤内に回転圧入される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６１１８０号公報  （第４−５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法では、杭本体を挿入する掘削孔は不透水層を貫通するため、帯水層の汚染地下水が不透水層に形成された掘削孔から支持層内に流入し、汚染地下水が支持層内に拡散する恐れがあるという問題が存在する。また、掘削孔を形成するための削孔に伴って多量の排土が発生し、この排土とともに汚染地下水が地上に拡散されるという問題が存在する。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、地下水が内在する帯水層、不透水層、支持層が積層されてなる地盤内に先端に羽根を有する杭本体を回転圧入して打設したときに、帯水層の地下水が汚染されており、汚染物が支持層等に拡散することを防止することができる杭構造およびその施工方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、先端部に傾斜する円状の羽根が形成されている杭本体は、地下水が内在する帯水層と該帯水層の下方に形成された不透水層と該不透水層の下方に形成された支持層とから形成される地盤内に回転圧入され、前記杭本体の先端は、前記不透水層を貫通して前記支持層内に貫入されていることを特徴としている。
【０００８】
このような特徴により、杭本体は羽根によって地盤を押し広げつつ回転圧入されるため、杭本体と地盤（不透水層）には圧縮力が作用し、杭本体と不透水層とは密着される。また、杭本体を回転圧入する際に地盤を押し広げつつ貫入されるため、杭構造の構築時に排土が発生しない。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の杭構造において、前記不透水層内の前記杭本体中間部には、前記杭本体の外周面と前記不透水層との間に介在される止水手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴により、不透水層と杭本体の外周面との間に止水帯が形成され帯水層内の地下水が流通する隙間は塞がれる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の杭構造において、前記止水手段は、前記杭本体の外周面に沿って環状に配置され上下端が該外周面に接合されている伸縮性を有する伸縮被膜材、および該伸縮被膜材と前記外周面との間に形成された密閉状態の空間内にグラウト液を注入する注入手段から構成されていることを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、伸縮被膜材内の空間にグラウト液が注入されていないときは、伸縮被膜材は杭本体の外周面と略面一になり、伸縮被膜材内の空間にグラウト液が注入されたときは、伸縮被膜材は杭本体の中間部に凸状になる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の杭構造において、前記止水手段は、水膨張性を有する止水パッキン材から構成され、該止水パッキンは前記杭本体の外周面に沿って環状に形成されていることを特徴としている。
【００１４】
このような特徴により、帯水層の地下水が不透水層と杭本体の外周面との間に流入した際に止水パッキン材が膨張し、地下水が不透水層と杭本体の外周面との間から支持層内に浸入することは防止される。
【００１５】
請求項５載の発明は、先端部に螺旋状の羽根が形成されている杭本体を打設する杭構造の施工方法であって、前記杭本体を、汚染地下水を含む帯水層と該帯水層の下方に形成された不透水層と該不透水層の下方に形成された支持層とから形成される地盤内に回転圧入し、前記先端部が前記帯水層から前記不透水層を貫通して前記支持層内に貫入することを特徴としている。
【００１６】
このような特徴により、杭本体は羽根を回転させつつ貫入され、回転する羽根によって地盤は押し広げられるため、押し広げられた地盤は杭本体の方向に加圧して杭本体と地盤には圧縮力が作用する。杭本体と不透水層には圧縮力が作用するため、杭本体と不透水層とは密着する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る杭構造およびその施工方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００１８】
図１は、地盤Ｇ内に形成される杭構造を表す断面図である。図１に示すように、地盤Ｇは、ロームからなる帯水層Ａと粘土からなる不透水層Ｂと砂礫からなる支持層Ｃとが積層されて形成されている。帯水層Ａ内には汚染された地下水Ｗが内在されており、帯水層Ａの下方に不透水層Ｂが形成されている。不透水層Ｂの下方にはＮ値が高い支持層Ｃが形成されており、帯水層Ａと支持層Ｃとは不透水層Ｂによって完全に仕切られている。
【００１９】
地盤Ｇ内には、帯水層Ａから不透水層Ｂを貫通して支持層Ｃ内に貫入されている鉛直方向に延在する杭本体１が打設されている。杭本体１は中空の鋼管杭からなり、杭本体１の杭頭（上端）には帯水層Ａの上部に設置されている基礎２が接合されている。基礎２の上方には図示せぬ構造物が構築されており、図示せぬ構造物の荷重は杭本体１を介して支持層Ｃに伝えられている。
【００２０】
図２は杭本体１の先端を表す側面図である。図１、図２に示すように、杭本体１の先端（下端）は支持層Ｃ内に貫入されている。杭本体１の先端部１ａには、螺旋形状の羽根３が付設されており、羽根３の外径Ｄ１は杭本体１の杭径Ｄ２より大きく形成されている。
【００２１】
図３は杭本体１の中間部を表す断面図である。図１、図３に示すように、不透水層Ｂ内に位置する杭本体１中間部には、杭本体１の外周面１ｃと不透水層Ｂとの間に介在される止水手段４が設けられている。図３に示すように、止水手段４は、杭本体１の杭外周面１ｃに沿って環状に配置された伸縮被膜材５、および伸縮被膜材５と杭外周面１ｃとの間に形成された空間６にセメントミルクからなるグラウト液Ｘを注入する注入手段７から構成されている。
【００２２】
伸縮被膜材５は例えば伸縮性のあるゴムシートや不織布等の帯材からなり、帯材の伸縮被膜材５の両短辺部を接合して筒状に形成されている。筒状に形成された伸縮被膜材５の上端および下端（帯材の長辺部）は杭外周面１ｃにそれぞれ連続的に接着され、伸縮被膜材５と杭外周面１ｃとの間には密閉された空間６が形成されている。
【００２３】
注入手段７は杭本体１の杭壁１ｄを貫通して空間６内に連通されている複数（図では３本）の分岐管８と、複数の分岐管８に接続されて杭本体１の軸方向に延在する本管９と、本管９に接続されて本管９内にグラウト液Ｘを圧入するグラウト液供給装置１０とから構成されている。分岐管８は杭本体１の中に水平に配置されており、複数の分岐管８は十字状或いは放射状に配置されている。分岐管８の杭本体１中心側の端部には本管９の下端部がそれぞれ接続されている。本管９は杭本体１の中心軸上に配置されており、本管９の上端部はグラウト液供給部１０に取り外し自在に接続されている。グラウト液供給装置１０は杭本体１の外に配置されており、グラウト液供給装置１０にはグラウト液Ｘを貯留するタンク１１とグラウト液Ｘを送り出すポンプ１２とが備えられている。
【００２４】
次に、上記した構成からなる杭構造の施工方法について説明する。
【００２５】
まず、予め地盤Ｇにボーリングなどを行い、支持層Ｃの深度および不透水層Ｂの深度を確認しておく。そして、図１、図３に示すように、先端に羽根３が形成された杭本体１の所定位置（不透水層Ｂ内に納まる位置）の中間部に伸縮被膜材５を取り付けるとともに、所定位置の杭壁１ｄに複数の貫通孔を形成する。伸縮被膜材５は帯状の部材を杭外周面１ｃに沿って巻きつけ、帯状の伸縮被膜材５の両短辺部を重ねて隙間なく接合して筒形に形成する。そして、筒状の伸縮被膜材５の上端および下端を杭外周面１ｃに連続的に隙間なく接合する。伸縮被膜材５の上端および下端を接合する際は、例えば、図示せぬ鋼製の押え部材を押し当てて該押え部材を杭外周面１ｃに溶接する方法や、伸縮被膜材５の上端および下端、または杭外周面１ｃに図示せぬ接着剤を塗布して接着する方法等がある。
【００２６】
また、杭壁１ｄに形成された複数の貫通孔に分岐管８の一端（杭壁１ｄ側）をそれぞれ嵌入し、杭本体１の中に複数の分岐管８を杭本体１の中心軸から十字状或いは放射状に配置する。そして、複数の分岐管８の他端（杭本体１の中心軸側）に杭本体１の中心軸上に延在する本管９の下端部をそれぞれ接続する。本管９は杭本体１の杭天端付近まで延びており、本管９の中間部および下端部には折れ曲がりを防止するための図示せぬ支持金物が適当な箇所にそれぞれ設置されている。
【００２７】
次に、上記した杭本体１を地盤Ｇ内に回転圧入する。杭本体１は回転しながら地盤Ｇ内を掘進していき、帯水層Ａから不透水層Ｂを貫通して、支持層Ｃに貫入する。そして、杭本体１の先端が支持層Ｃに所定深さまで貫入した後に回転圧入を停止する。
【００２８】
次に、杭本体１の中に配置された本管９の上端部にグラウト液供給装置１０を接続し、グラウト液供給装置１０のタンク１１内にグラウト液Ｘを貯留する。そして、グラウト液供給装置１０のポンプ１２を稼動させ、タンク１１内のグラウト液Ｘを本管９内に圧入する。本管９内に圧入されたグラウト液Ｘは本管９内を下方に流通し、本管９の下端部から複数の分岐管８内にそれぞれ流入する。分岐管８内に流入したグラウト液Ｘは分岐管８内を杭外周面１ｃ方向に流通し、伸縮被覆材５と杭外周面１ｃとの間に形成された空間６内に流入する。空間６内に所定の量のグラウト液Ｘを圧入した後に、ポンプ１２の稼動を停止して、本管９の上端部からグラウト液供給装置１０を取り外す。
【００２９】
次に、杭本体１の上方を掘削し、杭本体１の杭頭部を頭出しする。そして、杭本体１の上方に基礎２を形成し、基礎２上に図示せぬ構造物を構築する。
【００３０】
上記した構成からなる杭構造およびその施工方法によれば、汚染された地下水Ｗが内在する帯水層Ａと不透水層Ｂと支持層Ｃとから形成される地盤Ｇ内に、先端部に羽根３が形成された杭本体１が回転圧入され、不透水層Ｂを貫通して支持層Ｃ内に貫入されるため、杭本体１は羽根３によって地盤Ｇを押し広げつつ掘進する。これによって、杭本体１と地盤Ｇには圧縮力が作用し、杭本体１と不透水層Ｂとは密着されるため、不透水層Ｂの上方に形成された帯水層Ａ内の汚染された地下水Ｗが不透水層Ｂの下方に形成された支持層Ｃ内に侵入することを防止することができ、汚染された地下水Ｗの拡散を防止することができる。また、杭本体１は羽根３によって地盤Ｇを押し広げつつ掘進するため、杭本体１の打設に伴う排土は発生しない。これによって、汚染された地下水Ｗを含む土砂が地上に掘り起こされることはなく、汚染された地下水Ｗの拡散を防止することができる。
【００３１】
また、不透水層Ｂ内に位置する杭本体１中間部には止水手段４が設けられ、止水手段４は杭外周面１ｃと不透水層Ｂとの間に介在されているため、不透水層Ｂと杭外周面１ｃとの間の隙間は止水手段４によって塞がれる。これによって、帯水層Ａ内の地下水Ｗが不透水層Ｂと杭外周面１ｃとの間から支持層Ｃ内に浸入することは防止され、汚染された地下水Ｗの拡散を防止することができる。
【００３２】
また、止水手段４は、杭外周面１ｃに接合されている伸縮性を有する伸縮被膜材５と、空間６内にグラウト液Ｘを注入する注入手段７とから構成されているため、空間６内にグラウト液Ｘが注入されていないときは、伸縮被膜材５は杭外周面１ｃと略面一状態となっており、空間６内にグラウト液Ｘが圧入されると、伸縮被膜材５は伸びて伸縮被膜材５は図３に示す矢印方向に膨らむ。これによって、伸縮被膜材５は杭本体１の中間部に凸状に形成され、不透水層Ｂと杭外周面１ｃとの隙間を塞ぐ止水手段４を形成することができる。
【００３３】
以上、本発明に係る杭構造およびその施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、伸縮被膜材５と注入手段７とからなる止水手段４を杭本体１の中間部に設けているが、本発明は、図４に示すように、止水手段１００に例えば水膨張性を有するゴム材や樹脂材等からなる止水パッキン材１０１から構成してもよい。止水パッキン材１０１は杭本体１０２の杭外周面１０２ａに沿って環状に形成されており、止水パッキン材１０１の内側面は接着剤を介して杭外周面１０２ａに接合されている。上記のように、止水手段１００が水膨張性を有する止水パッキン材１０１から構成されているため、帯水層Ａの地下水Ｗが不透水層Ｂと杭外周面１０２ａとの間に流入した際に止水パッキン材１０１が膨張し、地下水Ｗが不透水層Ｂと杭外周面１０２ａとの間から支持層Ｃ内に浸入することは防がれる。これによって、汚染された地下水Ｗの拡散を防止することができる。
【００３４】
また、上記した実施の形態では、地盤Ｇは上から帯水層Ａ、不透水層Ｂ、支持層Ｃの順で積層されているが、本発明は、帯水層Ａの上方に他の地層が形成されていてもよく、帯水層Ａと不透水層Ｂとの間に他の地層が介在されていてもよく、また不透水層Ｂと支持層Ｃとの間に他の地層が介在されていてもよい。また、複数の不透水層Ｂが形成されている場合、例えば上から帯水層Ａ１、不透水層Ｂ１、帯水層Ａ２、不透水層Ｂ２、支持層Ｃの順で積層されて地盤Ｇが形成されている場合には、それぞれの不透水層Ｂ１、Ｂ２の位置に止水手段を設けてもよい。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、杭本体１の先端には螺旋状の羽根３が形成されているが、本発明は、杭本体１の先端にそれぞれ反対方向に斜めに傾いた２枚の半月板によって羽根を形成してもよく、また杭本体１の先端に複数枚の斜めに傾いた扇状の刃からなる羽根を形成してもよい。
【００３６】
また、上記した実施の形態では、本管９とグラウト液供給装置１０とを取り外し可能に接続しているが、本発明は分岐管８と本管９とを取り外し可能に接続してもよく、また本管９を２本の管が取り外し可能に接続された構造としてもよく、また分岐管８と杭本体１とを取り外し可能に接続してもよい。さらに、分岐管８または本管９にグラウト液Ｘの逆流防止のための弁を設けてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明した本発明に係る杭構造およびその施工方法によれば、杭本体は羽根によって地盤を押し広げつつ掘進するため、杭本体と地盤には圧縮力が作用し、杭本体と不透水層とは密着されるため、不透水層の上方に形成された帯水層内の地下水が不透水層の下方に形成された支持層内に侵入することを防止することができ、地下水が汚染されている場合には汚染物の拡散を防止することができる。また、杭本体は羽根によって地盤を押し広げつつ掘進するため、杭本体の打設に伴う排土は発生せず、地盤が汚染されている場合には汚染された土砂が地上に掘り起こされることはなく、汚染物の拡散を防止することができる。
【００３８】
また、不透水層内に位置する杭本体中間部には、杭本体の外周面と不透水層との間に介在される止水手段が設けられているため、不透水層と杭本体の外周面との間の隙間は止水手段によって塞がれ、帯水層内の地下水が不透水層と杭本体の外周面との隙間から支持層内に浸入することは防止され、地下水が汚染されている際には汚染物の拡散を防止することができる。
【００３９】
また、止水手段が伸縮性を有する伸縮被膜材、および伸縮被覆材と杭本体の外周面との間に形成される空間内にグラウト液を注入する注入手段から構成されている場合には、グラウト液が注入されていない状態では伸縮被膜材は杭本体の外周面と略面一となり、グラウト液が注入された状態では伸縮被膜材は杭本体の外周面に対して凸状に形成される。これによって、杭本体を回転圧入する際は、伸縮被膜材は杭本体の外周面と略面一であるためスムーズに杭本体を打設することができ、杭本体が打設した後には、伸縮被膜材は杭本体の外周面に対して凸状に形成されるため不透水層と杭本体の外周面との間の隙間は塞がれ、地下水が支持層内に浸入することを防止することができる。
【００４０】
また、止水手段が水膨張性を有する止水パッキン材から構成されている場合には、帯水層の地下水が不透水層と杭本体の外周面との間に流入した際に止水パッキン材が膨張し、地下水が支持層内に浸入することは防がれる。これによって、地下水が汚染されている場合に汚染物の拡散を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態を説明するための全体断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態を説明するための杭本体の先端の部分図である。
【図３】本発明に係る実施の形態を説明するための杭本体の中間部の断面図である。
【図４】本発明に係るその他の実施の形態を説明するための杭本体の中間部の断面図である。
【符号の説明】
１、１０２  杭本体
１ａ  先端部
１ｃ、１０２ａ  杭外周面（外周面）
３  羽根
４、１００  止水手段
５  伸縮被膜材
６  空間
７  注入手段
１０１  止水パッキン材
Ａ  帯水層
Ｂ  不透水層
Ｃ  支持層
Ｇ  地盤
Ｗ  地下水
Ｘ  グラウト液
【図１】
2004360219.tif 000003
【図２】
2004360219.tif 000004
【図３】
2004360219.tif 000005
【図４】
2004360219.tif 000006