(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後行場所打ち杭溝内に昇降可能に吊持された吊り本体部材と、該吊り本体部材の一部に支持された杭溝内位置保持手段と、前記吊り本体部材内に同軸的に収容され、該本体部材に対して昇降し、かつ中心軸に関して正逆回動可能に支持された回動パイプと、該回動パイプ内に収容され、該回動パイプと一体的に回動可能に支持された複数本のノズル管を有する高圧ジェット配管とを備え、前記ノズル管からの高圧ジェット流により前記後行場所打ち杭と該後行場所打ち杭に隣接して造成された先行場所打ち杭との間に壁状溝を形成するように地山を切削することを特徴とする杭間切削装置。
【請求項２】
前記杭溝内位置保持手段は、反力プレートを有し、該反力プレートを杭溝壁に当接させ、前記吊り本体部材の装置軸方向中心軸と杭芯とを一致させることを特徴とする請求項１記載の杭間切削装置。
【請求項３】
前記ノズル管は、前記高圧ジェット流が前記先行場所打ち杭の表面近傍で交差するように噴射可能な設置角度で下部架台を介して前記回動パイプに支持されたことを特徴とする請求項１に記載の杭間切削装置。
【請求項４】
前記壁状溝は、前記回動パイプの回動角を調整し、所定振れ角が設定された前記高圧ジェット流の外側位置で溝輪郭を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の杭間切削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、場所打ち杭間の杭間切削装置に係り、特に所定間隔をあけて造成された場所打ち杭間の地山に高圧ジェットにより所定幅の壁状溝を効率よく掘削し、後行場所打ち杭とウイング状壁とを一体的にコンクリート打設することにより、隣接した場所打ち杭間に高い止水性と所定の強度が得られるようにした場所打ち杭間の杭間切削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
所定の平面間隔をあけて造成された場所打ち杭間を接続して止水壁を構成するようにした止水工として、薬液注入やコラムジェットによって造成される止水用コラム等が従来知られている。これらの止水工では、地上から地盤を切削しながら注入打設管を所定深さまで挿入し、薬液注入やコラムジェット等により、場所打ち杭間の所定範囲にわたる透水性地盤の改良を行い、不透水構造を形成するようになっている。図１２は、これらのうち、場所打ち杭１０１間の地山１０２にコラムジェットによって止水コラム１１０を形成した止水構造を示している。特に同図（ａ）には、あらかじめ所定間隔をあけて造成されている場所打ち杭１０１の側方に地上から穿孔されたコラムジェット施工用のノズル管挿入孔１１１が示されている。そのノズル管挿入孔１１１を利用して所定直径のコラムが造成されている（図１２（ｂ）参照）。このコラムジェット工法によれば、図示したように、所定深さの透水性層１０３のみを対象とした止水工が行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したコラムジェット工法による止水工ではノズル管挿入孔を新たに削孔する必要があり、地盤改良工の付加的な工期がかかる。また、止水工としての薬液注入、コラムジェット等の付加的な施工コストがかかる。さらに、隣接する場所打ち杭のそれぞれの側面に接するようにコラムを形成しているため、杭同士を一体化させることができず、構造的な強度向上が果たせないという問題がある。
【０００４】
ところで、出願人の一は、これらの関連技術として大型の橋脚基礎に適用可能な複合井筒基礎として複合杭を用いた井筒基礎を提案している（特開平９−２５６３５６号公報参照）。この複合井筒基礎は、異種杭を上下方向に接続して構成した複合杭を、円形、小判形等の所定の基礎形状となるように、平面的に隣接して構築されている。個々の複合杭は、たとえば上部杭が大口径の鋼管矢板で、下部杭が上部杭としての鋼管矢板より大きな外径の場所打ちコンクリート杭とから構成されている。これらの下部杭としての場所打ちコンクリート杭の杭間の接続構造おいても適用できる構造、構築方法等が求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、隣接した場所打ち杭のうち、後行場所打ち杭の造成とともに、接続構造としてのウイング状壁を施工することで、先行場所打ち杭と後行場所打ち杭とを確実に一体化させ、止水効果のみならず、所定の壁体構造強度を確保することができるようにした場所打ち杭間の接続構造、その構築を行うことができる杭間切削装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は後行場所打ち杭溝内に昇降可能に吊持された吊り本体部材と、該吊り本体部材の一部に支持された杭溝内位置保持手段と、前記吊り本体部材内に同軸的に収容され、該本体部材に対して昇降し、かつ中心軸に関して正逆回動可能に支持された回動パイプと、該回動パイプ内に収容され、該回動パイプと一体的に回動可能に支持された複数本のノズル管を有する高圧ジェット配管とを備え、前記ノズル管からの高圧ジェット流により前記後行場所打ち杭と該後行場所打ち杭に隣接して造成された先行場所打ち杭との間に壁状溝を形成するように地山を切削することを特徴とする。
【００１０】
前記杭溝内位置保持手段は、反力プレートを有し、該反力プレートを杭溝壁に当接させ、前記吊り本体部材の装置軸方向中心軸と杭芯とを一致させることが好ましい。
【００１１】
前記ノズル管は、前記高圧ジェット流が前記先行場所打ち杭の表面近傍で交差するように噴射可能な設置角度で下部架台を介して前記回動パイプに支持されるようにすることが好ましい。
【００１２】
前記壁状溝は、前記回動パイプの回動角を調整し、所定振れ角が設定された前記高圧ジェット流の外側位置で溝輪郭を形成することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の場所打ち杭間の杭間切削装置の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、今回の接続構造は上述した複合井筒基礎工法の下部場所打ちコンクリート杭においても適用可能であるが、以下の説明では通常の場所打ちコンクリート杭列からなる構造の例により説明を行う。
【００１４】
まず、杭間切削装置１０の構成及び同装置による地山切削動作について図添付を参照して説明する。杭間掘削装置１０（図１）は、あらかじめ所定の平面間隔をあけて造成された先行場所打ち杭１，１間に掘削された後行場所打ち杭２の杭溝３内に配置され、隣接する場所打ち杭１，２間を接続する接続構造としてのウイング状壁４（図８，９参照）を形成するために地山に壁状溝５を切削するための掘削装置である。
図１は、本発明の杭間掘削装置１０が後行場所打ち杭２として掘削された杭溝３内に設置された状態を示している。この杭間掘削装置１０は、先行場所打ち杭１と後行場所打ち杭２との間の地山６に壁状溝５を切削するために使用される。この装置１０全体は、地上に設置された図示しない吊り下げ装置に保持されて杭溝３内の所定深さに昇降可能に吊持されている。
【００１５】
杭間掘削装置１０は、下端に上部架台１２と溝内位置保持手段２０とが取り付けられた吊り本体部材としての本体パイプ１１と、本体パイプ１１内に収容され、上部架台１２下に位置するように配置された下部回転架台３２を所定の回動速度で正逆切換を連続して行って回動可能な回動パイプ３１と、回動パイプ３１内に配管され、下部回動架台３２下面に、ノズル先端が杭溝３の溝壁７を向くように固定支持された高圧ジェット配管４０とから構成されている。
【００１６】
以下、上述した各構成について図１〜図４を参照して説明する。
本体パイプ１１は、図１に示したように図示しない地上から杭溝３内に延びた円形断面鋼管からなり、パイプ下端１１ａには上部架台１２の上面が固着されている。本体パイプ１１は、杭間掘削装置１０全体を吊り下げて杭溝３内の所定深さに保持するとともに、地上の昇降装置（図示せず）の動作によって杭間掘削装置１０全体を杭溝３内で上下方向に昇降させる役割を果たす。なお、本実施の形態では鋼管によるパイプ形状が示されているが、所定の長手方向に対してねじれ剛性等を有する形鋼による組立フレーム等を使用することができる。また、昇降装置として吊下げワイヤー等を使用し、このワイヤーを地上に設置された巻取機（図示せず）で巻上下することにより、本体パイプ１１を昇降させることもできる。
【００１７】
上部架台１２は、内外の円周フレーム１３，１４と円周フレーム１３，１４を補剛する十字形フレーム１５とから構成され、内周フレーム１３の中央上面が本体パイプ１１の下端に固着されている。上部架台１２には、後述する溝内位置保持手段２０として方向制御ジャッキ（以下、符号２０を付す。）が据え付けられている。この方向制御ジャッキ２０のロッド２１の伸縮により、上部架台１２、すなわち本体パイプ１１下端の位置が保持される。通常は本体パイプ１１の管軸と杭芯とがほぼ一致するように各ジャッキ２０のロッド２１長が調整される。内周フレーム１３の内面には本体パイプ１１内に同心的に収容される回動パイプ３１を正逆方向に回転可能に保持する軸受部１６が形成されている。外周フレーム１４の下面には摩擦低減部材１７が取着され、下部回動架台３２が上部架台１２の下面に当接した際に、下部回動架台３２との間の摺動抵抗が最小限となるようになっている。
【００１８】
溝内位置保持手段としての油圧駆動の方向制御ジャッキ２０は、上部架台１２上に載置されるように固定されている。ロッド２１の先端には反力プレート２３がピンジョイント２４を介して取着されている。図２に示したように図示しない制御部からの指令によりロッド２１を伸長させることにより各反力プレート２３が杭溝壁７に当接し、杭間掘削装置１０の装置軸方向中心と杭芯とがほぼ一致するように位置保持させることができる。なお、方向制御ジャッキ２０を駆動するための油圧ホースは図示していないが、各油圧ホースは地上まで延長されており、地上の油圧駆動源から各ジャッキ２０のロッド２１の一斉動作あるいは独立操作を行えるようになっている。溝内位置保持手段としては方向制御ジャッキ２０以外にも、鋼材フレームで立体リンクを組んで４点の支持位置が中心軸（装置中心軸）から外方に向かって等距離に移動できるような機構を搭載してもよい。また、反力プレート２３に代えて、装置の昇降に伴って溝壁７に沿って転動可能な反力ローラを使用してもよい。
【００１９】
下部回動架台３２は、ほぼ上部架台１２と同形状からなり、その下面には高圧ジェット配管４０のノズル管４２が所定角度θをなして杭溝壁側７を向くように固着されている。この下部回動架台３２には回動パイプ３１の回動動作が伝達される。
【００２０】
回動パイプ３１は本体パイプ１１内に軸受３４を介して同心的に収容された鋼管からなり、その下端に下部回動架台３２が固着されている。この回動パイプ３１には、図示しない地上の駆動装置によって、たとえば所定の回動角２α（α＝９０°−θ）の正逆回動動作が付与されるようになっている。また、図１，図３にノズル管４２の高さを変えて示したように、この回動パイプ３１は図示しない地上の昇降機構により本体パイプ１１（上部架台１２）に対して所定の昇降動作をとることができる。これにより杭溝３内の一定の深さ範囲にわたって後述する高圧ジェット流Ｊによる地山切削を行うことができる。なお、下部回動架台３２はノズル管４２に加わる高圧ジェット流Ｊの噴射時の作用反力を保持できる程度の剛性を有すれば、リング状でなくてもノズル管４２を支持するのみのトラス構造等でもよい。
【００２１】
高圧ジェット配管４０の構成及び作用について説明する。
高圧ジェット配管４０は、地上の図示しない圧源である高圧ジェット発生装置から回動パイプ３１内を配管された供給管４１と、下部回動架台３２の下面で所定の設置角をなすように固着されたノズル管４２とからなる。高圧ジェット発生装置として通常のコラムジェット等の圧力発生装置が使用されている。本実施の形態では、４本の供給管４１が回動パイプ３１内に配管され、さらに各供給管４１は下部回動架台３２下面位置で屈曲され、その先端がそれぞれノズル管４２となっている。なお、４本の供給管４１に代えて１本の大口径供給管（図示せず）を下部回動架台３２まで配管し、先端近傍でたとえば４本の細管に分岐させて同等のノズル管４２を構成してもよい。また、高圧ジェット流Ｊに使用するエア配管を別系統で送気することもできる。使用される高圧ジェット流Ｊの圧力は通常のジェットグラウト等で使用する圧力と同等でよく、本実施の形態ではＰ＝２０〜４０MPa程度に設定されている。なお、本実施の形態では回動パイプ３１内に収容された供給管４１と、下部回動架台３２に固着されたノズル管４２とが一体的に回動するような構成になっているが、供給管４１とノズル管４２との間にスイベル管（図示せず）等を設け、供給管４１を回動パイプ３１内で固定支持させる一方、下部回動架台３２に固着されたノズル管４２のみが下部回動架台３２とともに回動するようにもできる。
【００２２】
ノズル管４２の水平面内の設定角度θは、本実施の形態では図４に示したように２本のノズル管４２が高圧ジェット流Ｊを噴射した状態で２本の高圧ジェット流Ｊが先行場所打ち杭１の表面１ａ付近で交差するように設定されている。これにより、ノズル管４２先端から噴出された２本の高圧ジェット流Ｊによる地山破砕能力は重ね合わされ、地山を切削した先端位置である先行場所打ち杭１の表面１ａ付近で最大となる。
【００２３】
次に、図５各図を参照してノズル管４２から噴射される高圧ジェット流Ｊによる地山切削の要領について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）にはノズル管４２が正逆回動した際の振れ方向と、その状態における地山切削状態が示されている。図５（ａ）はノズル管４２から噴射された高圧ジェット流Ｊが隣接する場所打ち杭の表面の溝幅のほぼ中心１ｂ付近で交差した状態が示されている。図５（ｂ）には初期位置（図５（ａ））から図中反時計回りで最大振れ角（α）だけ回動した状態が示されている。図５（ｃ）には図中時計回りで最大振れ角（−α）だけ回動した状態が示されている。したがって、ノズル管４２動作時の振れ角は約２αとなる。
【００２４】
まず、図５（ａ）から図５（ｂ）に示したように、上から見て反時計回りに回動させた状態では、２本のノズル管４２の一方から噴出した高圧ジェット流Ｊの外側面が壁状溝５の掘削予定輪郭５ａに沿う位置にある。これにより壁状溝５の一方の側の輪郭５ａが切削できる。このとき、回動パイプ３１を挟んで対称位置にある他方の組の２本のノズル管４２も一方の先行場所打ち杭１の表面で交差するとともに、一方のノズル管４２から噴出した高圧ジェット流Ｊの外側面が壁状溝５の掘削予定輪郭５ａを形成する位置にある。これにより他の側の壁状溝５の一方の輪郭５ａも形成される。この状態から図５（ｃ）に示したように、時計回りに回動させると、図５（ｂ）の場合と逆の側の壁状溝５の輪郭５ｂを形成でき、さらに他の組のノズル管４２から噴出した高圧ジェット流Ｊによっても溝輪郭５ｂが切削される。
【００２５】
このように構成されたノズル管４２によって地山に壁状溝５部分を切削する際、高圧ジェット流Ｊが先行場所打ち杭１の表面１ａ付近で交差するように噴射されるため、この部分で高圧ジェットによる最大切削能力が発揮される。さらに壁状溝５の輪郭５ａ，５ｂがノズル管４２の振れ角に沿って設定され、所定幅の壁状溝５が得られる。上述したように、ノズル管４２が固着された下部回動架台３２は、回動パイプ３１の降下に伴って所定深さ範囲にわたり壁状溝５が形成される。ある降下範囲での壁状溝５の切削が完了したら、次の切削工程として本体パイプ１１を所定量だけ降下させて回動パイプ３１を降下させる範囲での壁状溝５の切削を行うことができる。この壁状溝５の切削工程を繰り返すことにより、所定深さの範囲にわたって先行場所打ち杭１と後行場所打ち杭２との間に壁状溝５の切削を行うことができる。なお、各図において、先行場所打ち杭１の表面１ａは目粗し状態を示すためにその凹凸形状を拡大して示している。
【００２６】
以上に説明した杭間掘削装置１０による壁状溝５の切削を含む隣接場所打ち杭間１，２の接続構造の構築方法について、施工手順を追って図６〜図９を参照して説明する。
▲１▼先行場所打ち杭１の造成、後行場所打ち杭２の杭溝３の掘削
図６に示したように、所定間隔をあけて造成される場所打ち杭１，２のうち、先行場所打ち杭１を１本おきに施工する。この先行場所打ち杭１は公知の場所打ち杭造成方法によって施工する。先行場所打ち杭１，１間は、その間に後行場所打ち杭２が造成可能な程度の離隔をとって設定するが、杭溝３の掘削精度や地山状況により適切な距離を確保することが必要である。そして先行場所打ち杭１の間に後行場所打ち杭２の杭溝３を掘削する。図６には、後行場所打ち杭２の杭溝３掘削が終了し、杭溝３が安定液８で満たされた状態が示されている。
【００２７】
▲２▼壁状溝５の切削
図７は、上述した杭間掘削装置１０を用いて隣接した場所打ち杭１，２間を連絡する壁状溝５の切削を行っている状態を示した模式説明図である。図示しない杭間掘削装置は、後行場所打ち杭２の杭溝３内の所定深さに吊持され、所定回動角で正逆回動させることでノズル管４２を所定振れ角で動作させながら高圧ジェット流を噴射させることにより、先行場所打ち杭１との間の地山に所定幅の壁状溝５を形成する。このとき高圧ジェット流Ｊにより先行場所打ち杭１の表面の切削及び弱部の剥離と目粗しが行える。このため、後行場所打ち杭２及びウイング状壁４のコンクリート１８と先行場所打ち杭１との確実な接続が可能となる（図９参照）。なお、壁状溝５は、深さ方向に所定間隔をあけて一部の地山を残存させて切削し、その後残存部分を切削するようにしてもよい。この場合、崩壊のおそれのある地山では、比較的健全な地山部分で支保させるようにして壁状溝切削を進めることができるので、壁状溝切削時の地山崩壊の危険が減少する。
【００２８】
添付図には土砂の排出設備は図示していないが、切削した土砂は、杭溝３内に設置された排土パイプを介して公知のエアリフト設備等により安定泥水とともに地上に設置された公知の処理プラントまで排出し、処理プラントで土砂と泥水を分離するようにする。
【００２９】
▲３▼後行場所打ち杭２、ウイング状壁４の構築
後行場所打ち杭２の杭溝３と先行場所打ち杭１との間に壁状溝５を形成したら、杭溝３内に鉄筋かご９を建て込む。図８は杭溝３内に鉄筋かご９を挿入している状況を示している。鉄筋かご９は図示しないクレーン等の公知の揚重手段機によって行なうことができる。鉄筋かご９の設置が完了したら、通常の場所打ち杭の施工と同様にトレミー管（図示せず）等により杭コンクリート１８を打設する。図９に示したように、コンクリート１８は後行場所打ち杭２の本体とウイング状壁４とに同時に打設される。また先行場所打ち杭１の表面は十分に目粗しされているので、先行場所打ち杭１とウイング状壁４とは確実に一体化され、高い止水性を有する堅固な接続構造が得られる。
【００３０】
図１０は、上述した複合井筒基礎構造等に適用することを目的としてウイング状壁４の壁剛性と強度とを発揮させ、後行場所打ち杭２と一体挙動することを実現する鉄筋コンクリート構造とした変形例を示している。この場合、ウイング状壁４のみを独立配筋させてもよいし、杭鉄筋９とウイング鉄筋１９とを一体化させた形状の鉄筋かごを製作して図８に示した工程で鉄筋かごを設置するようにしてもよい。
【００３１】
図１１は場所打ち杭１，２の深さ方向において、所定深さに位置する透水層だけにウイング状壁４を造成した適用例を示している。同図に示したように、地山状況、構造条件によっては杭間の全体にわたる接続を必要とせず、所定深さに位置する透水層部分だけを遮水すれば良い場合がある。このような場合には図１１に示したように、杭間掘削装置による壁状溝の切削を対象深さのみとすることができ、施工時の付加作業を最小限とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、杭間掘削装置において高圧ジェット流を用いて壁状溝の切削を行う際、高圧ジェット流を先行場所打ち杭の外表面付近で交差させるようにノズル管の配置等を設定したので、先行場所打ち杭の表面を目粗しでき、後行場所打ち杭と一体打設されるウイング状壁のコンクリート端面と先行場所打ち杭とを確実に一体化できるので、完成接続構造は、堅固でかつ高い止水性が得られる。さらに、高圧ジェット流の外側を壁状溝の輪郭と一致させるようにしたので、壁状溝の輪郭内のみを確実に切削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による場所打ち杭間の接続構造に用いる杭間掘削装置の一実施の形態を一部切り欠いて示した杭縦断面図。
【図２】図１に示した杭間掘削装置を矢視Ａ方向から見た杭平断面図。
【図３】図２に示した杭間掘削装置を矢視Ｂ方向から見た杭縦断面図。
【図４】図１に示した杭間掘削装置を矢視Ｃ方向から見た装置端面図。
【図５】杭間掘削装置による地山切削状態を模式的に示した状態説明図。
【図６】場所打ち杭間の接続構造の構築状態を示した状態説明図（その１）。
【図７】場所打ち杭間の接続構造の構築状態を示した状態説明図（その２）。
【図８】場所打ち杭間の接続構造の構築状態を示した状態説明図（その３）。
【図９】場所打ち杭間の接続構造の構築状態を示した状態説明図（その４）。
【図１０】場所打ち杭間の接続構造の変形例を示した平断面図、縦断面図。
【図１１】場所打ち杭間の接続構造の他の変形例を示した平断面図、縦断面図。
【図１２】従来の場所打ち杭間の止水接続構造の一例を示した平断面図、縦断面図。
【符号の説明】
１  先行場所打ち杭
２  後行場所打ち杭
３  杭溝
４  ウイング状壁
５  壁状溝
６  地山
７  溝壁
１０  杭間掘削装置
１１  本体パイプ
１２  上部架台
２０  溝内位置保持手段（方向制御ジャッキ）
３１  回動パイプ
３２  下部回動架台
４０  高圧ジェット配管
４１  供給管
４２  ノズル管
【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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