(57)【要約】【課題】  工事費・工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能な既設杭補強方法及び掘削装置を提供する。【解決手段】  掘削装置と補強鋼管を一体に連結する工程と、既設杭の杭頭部の外周の地盤を掘削装置で掘削すると同時に補強鋼管を地盤に埋め込む工程と、掘削装置と補強鋼管の連結を外し、補強鋼管を地盤に残し、掘削装置を地盤から引き出す工程と、補強鋼管と杭頭部との間の空間に充填材を充填する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削装置と補強鋼管を一体に連結する工程と、
既設杭の杭頭部の外周の地盤を前記掘削装置で掘削すると同時に前記補強鋼管を地盤に埋め込む工程と、
前記掘削装置と前記補強鋼管の連結を外し、前記補強鋼管を地盤に残し、前記掘削装置を地盤から引き出す工程と、
前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する工程と、
を有することを特徴とする既設杭補強方法。
【請求項２】
前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する際に、前記充填材にアンカーを埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の既設杭補強方法。
【請求項３】
既設杭の杭頭部の外周の地盤を掘削し、補強鋼管を埋め込む掘削装置において、
地盤を掘削する掘削部と、
前記掘削部を回転させる駆動部と、
を備え、
前記掘削部は、
円筒状の円筒部と、
前記円筒部に設けられた掘削部材と、
前記補強鋼管を着脱自在に連結する補強鋼管連結部と、
を有することを特徴とする掘削装置。
【請求項４】
前記掘削部材は、
先端に取り付けられた爪部材と、
前記爪部材が掘削した土を運搬する排土運搬部材と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の掘削装置。
【請求項５】
前記駆動部を支持する支持部と、
前記支持部に固着され前記円筒部の一部を覆う筒状部と、
をさらに備え、
前記筒状部は、
前記掘削部材が掘削した土を排出する孔部と、
前記孔部から排出した土を案内する排土ガイド部材と、
を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の掘削装置。
【請求項６】
前記円筒部は、
前記爪部材が地盤に当接している掘削表面に高圧の水を送出する水管及び高圧の空気を送出する空気管を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つに記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設杭の補強、特に杭頭部において既設杭を補強する既設杭補強方法及び掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤に打ち込まれ構造物の基礎を構成する杭として、施工スピードが早く安価なＰＣ杭（プレストレストコンクリート杭）等が、広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、新しい耐震基準を満足していない既設のＰＣ杭は、地震等により杭頭部に過大な荷重が加わるとせん断破壊や曲げ破壊が生じるおそれがあった。そこで、ＰＣ杭の杭頭部を補強する技術が知られている。
【０００４】
特許文献１には、地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周の地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により杭頭部と略同心円状に掘削して、杭頭部が露出する環状溝孔を形成する工程と、掘削鋼管を引き抜いてこれと外径が略同径の補強鋼管を環状溝孔に挿入する工程と、補強鋼管と杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備えてなる第１の杭頭補強方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献１には、地盤に埋設された既製杭の杭頭部外周地盤を、切削ビットを有する掘削鋼管により掘削して環状溝孔を形成する工程と、掘削鋼管を環状溝孔に残置したまま、該掘削鋼管と杭頭部との間に充填材を充填する工程とを備えてなる第２の杭頭補強方法も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２００１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の第１の杭頭補強方法では、工程が多く、施工時間が長くなってしまう。また、掘削鋼管を引き抜いた時に孔壁の崩壊のおそれがある。
【０００８】
特許文献１の第２の杭頭補強方法では、第１の杭頭補強方法と比較して工程が短く、掘削鋼管を引き抜いた時の孔壁の崩壊のおそれもない。しかしながら、切削ビットを有する掘削鋼管を環状溝孔に残置したままとするので、補強の必要がある杭に対応した数と同じ数の切削ビットを有する掘削鋼管を製作する必要があり、コストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、このような問題点を解決するためになされたものであり、工事費及び工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能な既設杭補強方法及び掘削装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の既設杭補強方法は、掘削装置と補強鋼管を一体に連結する工程と、既設杭の杭頭部の外周の地盤を前記掘削装置で掘削すると同時に前記補強鋼管を地盤に埋め込む工程と、前記掘削装置と前記補強鋼管の連結を外し、前記補強鋼管を地盤に残し、前記掘削装置を地盤から引き出す工程と、前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する際に、前記充填材にアンカーを埋め込むことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記目的を達成する本発明の掘削装置は、既設杭の杭頭部の外周の地盤を掘削し、補強鋼管を埋め込む掘削装置において、地盤を掘削する掘削部と、前記掘削部を回転させる駆動部と、を備え、前記掘削部は、円筒状の円筒部と、前記円筒部に設けられた掘削部材と、前記補強鋼管を着脱自在に連結する補強鋼管連結部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記掘削部材は、先端に取り付けられた爪部材と、前記爪部材が掘削した土を運搬する排土運搬部材と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記駆動部を支持する支持部と、前記支持部に固着され前記円筒部の一部を覆う筒状部と、をさらに備え、前記筒状部は、前記掘削部材が掘削した土を排出する孔部と、前記孔部から排出した土を案内する排土ガイド部材と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記円筒部は、前記爪部材が地盤に当接している掘削表面に高圧の水を送出する水管及び高圧の空気を送出する空気管を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明によると、既設杭補強方法は、掘削装置と補強鋼管を一体に連結する工程と、既設杭の杭頭部の外周の地盤を前記掘削装置で掘削すると同時に前記補強鋼管を地盤に埋め込む工程と、前記掘削装置と前記補強鋼管の連結を外し、前記補強鋼管を地盤に残し、前記掘削装置を地盤から引き出す工程と、前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する工程と、を有するので、工事費・工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能となる。
【００１７】
また、前記補強鋼管と前記杭頭部との間の空間に充填材を充填する際に、前記充填材にアンカーを埋め込むので、アンカーの取付が容易となり、さらに工期を縮小することが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明によると、既設杭の杭頭部の外周の地盤を掘削し、補強鋼管を埋め込む掘削装置は、地盤を掘削する掘削部と、前記掘削部を回転させる駆動部と、を備え、前記掘削部は、円筒状の円筒部と、前記円筒部に設けられた掘削部材と、前記補強鋼管を着脱自在に連結する補強鋼管連結部と、を有するので、工事費・工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能となる。
【００１９】
また、前記掘削部材は、先端に取り付けられた爪部材と、前記爪部材が掘削した土を運搬する排土運搬部材と、を有するので、爪部材により的確に地盤を掘削し、排土運搬部材により掘削した土を効率的に運搬することが可能となる。
【００２０】
また、前記駆動部を支持する支持部と、前記支持部に固着され前記円筒部の一部を覆う筒状部と、をさらに備え、前記筒状部は、前記掘削部材が掘削した土を排出する孔部と、前記孔部から排出した土を案内する排土ガイド部材と、を有するので、掘削した土を所定の的確な場所に排出し、排土処理を効率的に行うことが可能となる。
【００２１】
また、前記円筒部は、前記爪部材が地盤に当接している掘削表面に高圧の水を送出する水管及び高圧の空気を送出する空気管を有するので、掘削時の掘削表面の地盤を柔らかくすることができ、爪部材が容易に掘削表面の地盤を掘削することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る既設杭補強方法に用いる掘削装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】図２の一部の拡大図である。
【図４】ＰＣ杭補強方法の第１の工程を示す図である。
【図５】ＰＣ杭補強方法の第２の工程の途中を示す図である。
【図６】ＰＣ杭補強方法の第２の工程の終了時を示す図である。
【図７】ＰＣ杭補強方法の第３の工程を示す図である。
【図８】ＰＣ杭補強方法の第４の工程を示す図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】既設杭補強方法に用いる掘削装置の第２実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態の既設杭補強方法について、以下説明する。なお、本実施形態では、ＰＣ杭を例に説明するが、ＲＣ杭、ＰＨＣ杭等の他の杭に利用してもよい。
【００２４】
図１は本発明に係る既設杭補強方法に用いる掘削オーガ装置１を示す図、図２は図１のＡ−Ａ線の断面図、図３は図２の一部の拡大図である。
【００２５】
掘削装置１は、の第１支持部１１と、第１支持部１１に固着された第２支持部１２と、第２支持部１２に固着された筒状部１３と、第１支持部１１に支持される駆動部２１と、第２支持部１２に支持されると共に、駆動部２１に連結される接続部２２と、接続部２２に連結される掘削部２３と、を有する。なお、第１支持部１１と第２支持部１２とで支持部を構成する。
【００２６】
第１支持部１１は、駆動部２１を内側に支持する第１環状部材１１ａと、第１環状部材１１ａから下方に延びる複数の第１柱状部材１１ｂと、を有する。第２支持部１２は、第１支持部１１の第１柱状部材１１ｂに固着され接続部２２を支持する第２環状部材１２ａと、第２環状部材１２ａから下方に延びる複数の第２柱状部材１２ｂと、第２柱状部材１２ｂの下端に固着される第３環状部材１２ｃと、を有する。
【００２７】
筒状部１３は、上方で第２支持部１２の第３環状部材１２ｃに固着される環状の第１フランジ１３ａと、第１フランジ１３ａの内側から下方に延びる筒状の筒部材１３ｂと、筒部材１３ｂの下端から外側に延びる第２フランジ１３ｃと、を有する。筒部材１３ｂの側面には、排土を排出する孔部１３ｄと、孔部１３ｄから排出される排土を案内する排土ガイド部材１３ｅと、を有する。
【００２８】
駆動部２１は、外側で第１支持部１１の第１環状部材１１ａに支持されるケース２１ａと、ケース２１ａの内部で回転駆動力を与える駆動部材２１ｂと、駆動部材２１ｂの駆動力を出力する回転軸部材２１ｃと、を有する。
【００２９】
接続部２２は、図３に示すように、第２環状部材１２ａに支持された固定部材２２ａと、回転軸部材２１ｃと連結されて固定部材２２ａの内側で回転可能に支持される第１回転部材２２ｂと、第１回転部材２２ｂと共に回転して掘削部２３と連結する第２回転部材２２ｃと、を有する。
【００３０】
掘削部２３は、複数又は少なくとも１つの排土用孔２３ａ1を有して上方を第２回転部材２２ｃと共に回転可能に連結される蓋部材２３ａと、第２回転部材２２ｃ及び蓋部材２３ａと共に回転可能に連結される円筒部材２３ｂと、円筒部材２３ｂの外周に設けられた排土運搬部材２３ｃと、排土運搬部材２３ｃの先端に取り付けられた爪部材２３ｄと、を有する。なお、排土運搬部材２３ｃと爪部材２３ｄとで掘削部材を構成する。
【００３１】
なお、蓋部材２３ａは、補強鋼管４０と着脱自在に連結することが可能な補強鋼管連結部としての下部フランジ２３ａ2を有する。
【００３２】
また、接続部２２及び掘削部２３は、掘削時に掘削土に水及び空気を供給する水管３１及び空気管３２を有する。水管３１と空気管３２は、第１回転部材２２ｂ及び第２回転部材２２ｃの回転軸に対して対称に設けると好ましい。なお、接続部２２は、回転部分と非回転部分の管を連結するスイベルジョイントとしての機能を有する。
【００３３】
水管３１は、接続部２２の回転しない固定部材２２ａに設けられた第１水管３１ａと、接続部２２の回転可能な第１回転部材２２ｂに設けられた第２水管３１ｂと、接続部２２の回転可能な第２回転部材２２ｃに設けられた第３水管３１ｃと、掘削部２３の円筒部材２３ｂの外周に沿って排土運搬部材２３ｃを貫通して下方に向けて設けられる。第４水管３１ｄと、を有する。
【００３４】
空気管３２は、接続部２２の回転しない固定部材２２ａに設けられた第１空気管３２ａと、接続部２２の回転可能な第１回転部材２２ｂに設けられた第２空気管３２ｂと、接続部２２の回転可能な第２回転部材２２ｃに設けられた第３空気管３２ｃと、掘削部２３の円筒部材２３ｂの外周に沿って排土運搬部材２３ｃを貫通して下方に向けて設けられる。第４空気管３２ｄと、を有する。
【００３５】
次に、掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法について説明する。
【００３６】
図４は、掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法の第１の工程を示す図である。
【００３７】
第１の工程では、図４に示すように、まず、掘削装置１と補強鋼管４０を連結する。掘削装置１は、図示しないバックホウ等により持ち上げられて、補強鋼管４０内に挿入される。掘削装置１と補強鋼管４０は、補強鋼管４０の内周と掘削装置１の排土運搬部材２３ｃの外周が微少な隙間を有して同心又は略同心に配置される。その後、蓋部材２３ａの補強鋼管連結部としての下部フランジ２３ａ2と補強鋼管４０の上部フランジ４０ａとをボルト等の着脱自在な連結部材で連結する。連結された掘削装置１と補強鋼管４０は、バックホウ等により運ばれて、地盤１００に埋められた既設のＰＣ杭５０上に同心に配置される。なお、蓋部材２３ａと補強鋼管４０の連結は、この方法に限らず、他の方法で連結してもよい。また、蓋部材２３ａと補強鋼管４０は、フランジを有する必要はなく、着脱自在に連結されていればよい。
【００３８】
図５は、掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法の第２の工程の途中を示す図、図６は、掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法の第２の工程の終了時を示す図である。
【００３９】
第２の工程では、図４に示したように設置された状態から、図１に示した駆動部２１の駆動部材２１ｂを作動して、回転軸部材２１ｃ、並びに接続部２２の第１回転部材２２ｂ及び第２回転部材２２ｃを回転させて、掘削部２３を回転させる。駆動部２１のケース２１ａはバックホウ等により固定されている。
【００４０】
掘削部２３が回転すると、図１及び図２に示した爪部材２３ｄが地盤１００を掻き取り掘削する。掻き取られた排土は螺旋状の排土運搬部材２３ｃによって上方に運搬されて、掘削部２３の排土用孔２３ａ1及び筒状部１３の孔部１３ｄを通って、排土ガイド部材１３ｅから排出される。そして、掘削部２３は、ＰＣ杭５０の外周の地盤１００を掻き取りながら地盤１００の中をＰＣ杭５０と同心又は略同心に下方へ進み、同時に掘削部２３と固着された補強鋼管４０も円筒部材２３ｂと共に回転しながら地盤１００の中をＰＣ杭５０と同心に下方へ埋め込まれる。
【００４１】
掘削部２３によって掘削されている間、図３に示した水管３１に高圧で削孔水を注入し、空気管３２に高圧の空気を注入する。高圧の削孔水及び空気は、水管３１及び空気管３２を通り、地盤１００の掘削表面に送出される。したがって、高圧の削孔水及び空気により掘削表面１００ａが崩され、掘削部２３による掘削が容易となる。
【００４２】
その後、図６に示すように、補強鋼管４０の上端とＰＣ杭５０の上端がほぼ同じ高さとなる所定の時点で、駆動部２１の駆動部材２１ｂの作動を停止し、掘削部２３の回転を停止し、杭頭部５０ａの外周の掘削を終了する。
【００４３】
図７は、掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法の第３の工程を示す図である。
【００４４】
第３の工程では、図６に示したように掘削の終了した状態から、図７に示すように、蓋部材２３ａの下部フランジ２３ａ2と補強鋼管４０の上部フランジ４０ａとの連結を外し、補強鋼管４０を地盤１００に残し、図示しないバックホウ等により掘削装置１を地上に引き出す。すると、図７に示すように、既設のＰＣ杭５０の杭頭部５０ａと補強鋼管４０の間に掘削された空間が生じる。
【００４５】
図８は掘削装置１を用いたＰＣ杭補強方法の第４の工程を示す図、図９は図８を上方から見た平面図である。
【００４６】
第４の工程では、図７に示したように補強鋼管４０を地盤１００に残し、掘削装置１を地上に引き出し、図８及び図９に示すように、既設のＰＣ杭５０の杭頭部５０ａと補強鋼管４０の間の掘削装置１により掘削された空間にコンクリート等の充填材６０を充填し、ＰＣ杭５０と補強鋼管４０を一体化する。この時、図８及び図９に示すように、ＰＣ杭とフーチングを結合するためのアンカー鉄筋７０を充填材６０に略等間隔に埋め込むと好ましい。
【００４７】
図１０は、既設杭補強方法に用いる掘削装置の第２実施形態を示す図である。
【００４８】
第２実施形態の掘削装置１は、掘削部２３の蓋部材２３ａと円筒部材２３ｂを一体とし、蓋部材２３ａと円筒部材２３ｂの内周に排土運搬部材２３ｃを設ける構成としたものである。蓋部材２３ａは、第１実施形態と同様に、少なくとも１つの排土用孔２３ａ1を有して上方を図１に示した第２回転部材２２ｃと共に回転可能に連結され、下方を円筒部材２３ｂに連結されている。また、排土運搬部材２３ｃの先端には爪部材２３ｄが取り付けられている。
【００４９】
第２実施形態の掘削装置１は、補強鋼管４０の内周に円筒部材２３ｂを挿入し、第１実施形態と同様に一体で回転するように固定される。次に、掘削装置１を排土運搬部材２３ｃの内側で既設のＰＣ杭５０が補強鋼管４０及び円筒部材２３ｂと同心又は略同心となるように配置する。
【００５０】
掘削の工程は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
以上の本実施形態によると、既設杭補強方法は、掘削装置１と補強鋼管４０を一体に連結する工程と、既設杭５０の杭頭部５０ａの外周の地盤１００を掘削装置１で掘削すると同時に補強鋼管４０を地盤１００に埋め込む工程と、掘削装置１と補強鋼管４０の連結を外し、補強鋼管４０を地盤１００に残し、掘削装置１を地盤から引き出す工程と、補強鋼管４０と杭頭部５０ａとの間の空間に充填材６０を充填する工程と、を有するので、工事費・工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能となる。
【００５２】
また、補強鋼管４０と杭頭部５０ａとの間の空間に充填材６０を充填する際に、充填材６０にアンカー鉄筋７０を埋め込むので、アンカー鉄筋７０の取付が容易となり、さらに工期を縮小することが可能となる。
【００５３】
さらに、本実施形態の既設杭５０の杭頭部５０ａの外周の地盤１００を掘削し、補強鋼管４０を埋め込む掘削装置１は、地盤１００を掘削する掘削部２３と、掘削部２３を回転させる駆動部２１と、を備え、掘削部２３は、円筒状の円筒部２３ｂと、円筒部２３ｂに設けられた掘削部材２３ｃ，２３ｄと、補強鋼管４０を着脱自在に連結する補強鋼管連結部２３ａ2と、を有するので、工事費・工期を縮小すると共に、小スペースで工事を行うことが可能となる。
【００５４】
また、掘削部材２３ｃ，２３ｄは、先端に取り付けられた爪部材２３ｄと、爪部材２３ｄが掘削した土を運搬する排土運搬部材２３ｃと、を有するので、爪部材２３ｄにより的確に地盤を掘削し、排土運搬部材２３ｃにより掘削した土を効率的に運搬することが可能となる。
【００５５】
また、駆動部２１を支持する支持部１１と、支持部１１に固着され円筒部２３ｂの一部を覆う筒状部１３と、をさらに備え、筒状部１３は、掘削部材２３ｃが掘削した土を排出する孔部１３ｄと、孔部１３ｄから排出した土を案内する排土ガイド部材１３ｅと、を有するので、掘削した土を所定の的確な場所に排出し、排土処理を効率的に行うことが可能となる。
【００５６】
また、円筒部２３ｂは、爪部材２３ｄが地盤に当接している掘削表面１００ａに高圧の水を送出する水管３１ｄ及び高圧の空気を送出する空気管３２ｄを有するので、掘削時の掘削表面１００ａの地盤１００を柔らかくすることができ、爪部材２３ｄが容易に掘削表面１００ａの地盤を掘削ことが可能となる
【符号の説明】
【００５７】
１…掘削装置
１１…第１支持部（支持部）
１２…第２支持部（支持部）
１３…筒状部
１３ａ…第１フランジ
１３ｂ…筒部材
１３ｃ…第２フランジ
１３ｄ…孔部
１３ｅ…排土ガイド部材
２１…駆動部
２２…接続部
２３…掘削部
２３ａ…蓋部材
２３ａ1…排土用孔
２３ａ2…下部フランジ（補強鋼管連結部）
２３ｂ…円筒部材
２３ｃ…排土運搬部材（掘削部材）
２３ｄ…爪部材（掘削部材）
３１…水管
３２…空気管
４０…補強鋼管
５０…既設ＰＣ杭
５０ａ…杭頭部
６０…充填材
７０…アンカー鉄筋
１００…地盤
１００ａ…掘削表面
【図１】
2012112174.tif 000003
【図２】
2012112174.tif 000004
【図３】
2012112174.tif 000005
【図４】
2012112174.tif 000006
【図５】
2012112174.tif 000007
【図６】
2012112174.tif 000008
【図７】
2012112174.tif 000009
【図８】
2012112174.tif 000010
【図９】
2012112174.tif 000011
【図１０】
2012112174.tif 000012