特許 6475553 杭頭処理工法と凍結破砕管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6475553

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】杭頭処理工法と凍結破砕管

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/34 20060101AFI20190218BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/34 AZAB

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-83203(P2015-83203)

(22)【出願日】2015年4月15日

(65)【公開番号】特開2016-204827(P2016-204827A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2017年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591045965

【氏名又は名称】株式会社精研

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】特許業務法人東京アルパ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三輪 明広

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 信也

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 彰

(72)【発明者】

【氏名】中村 保則

(72)【発明者】

【氏名】石丸 達朗

(72)【発明者】

【氏名】廣野 直記

(72)【発明者】

【氏名】馬場 朝之

(72)【発明者】

【氏名】成田 修英

(72)【発明者】

【氏名】田口 智也

(72)【発明者】

【氏名】植木 和幸

(72)【発明者】

【氏名】小椋 浩

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−１３１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１４３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１８１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４２８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９００４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３１９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／２２〜 ５／８０

Ｅ２１Ｃ ２５／００〜 ５１／００

Ｅ０４Ｇ ２３／００〜 ２３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

現場造成杭の余盛コンクリート部分を、コンクリート中に埋設させた膨張性破砕材でひび割れを発生させて、そのひび割れ部分を境に撤去する杭頭処理する工法において、
前記膨張性破砕材は、予め水を封入し凍結手段の冷却管を内包した凍結破砕管であり、
該凍結破砕管をコンクリート中に埋設させた後に、凍結手段の冷却管で前記水を凍結させて前記凍結破砕管を凍結膨張させ、前記ひび割れを発生させること、
を特徴とする杭頭処理工法。

【請求項2】

凍結破砕管は、管の長手方向に直交する短手方向の横断面形状が、ひび割れの方向と変位量とを制御する扁平形状であること、
を特徴とする請求項１に記載の杭頭処理工法。

【請求項3】

凍結破砕管は、その外周部に、ひび割れを発生させようとする計画線に沿ってひび割れを促進して発生させる、平板体を突設していること、
を特徴とする請求項１または２に記載の杭頭処理工法。

【請求項4】

凍結破砕管は、凍結膨張させた後、元の扁平形状に修正して、繰り返し使用されること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭頭処理工法。

【請求項5】

凍結破砕管は、鉄筋籠の外周部から内側に向けてコンクリート打設用空間を確保して配設されるものであり、ひび割れを発生させようとする計画線の位置で略水平に載置され、且つ、周方向に適宜間隔をおいて配設されていること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の杭頭処理工法。

【請求項6】

凍結破砕管は、ひび割れを発生させる計画線の位置から、鉄筋籠の主筋に取付けて上に向けて配設されていること、
を特徴とする請求項５に記載の杭頭処理工法。

【請求項7】

膨張性破砕材として使用されるものであって、水を封入する容器であり、当該水を凍結させる凍結手段の冷却管を水とともに予め内包しており、少なくとも管の胴体部においては、管の長手方向に直交する短手方向の横断面形状が、ひび割れの方向と変位量とを制御するように扁平率ｆが、ｆ＞０の扁平形状であること、
を特徴とする凍結破砕管。

【請求項8】

凍結破砕管の外周部に、ひび割れを発生させようとする計画線に沿ってひび割れを促進して発生させる、平板体が突設されていること、
を特徴とする請求項７に記載の凍結破砕管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、現場造成杭の余盛りコンクリートを解体処理するための、杭頭処理工法とその工法に使用される凍結破砕管に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、現場造成杭の余盛りコンクリートの解体作業においては、従来例１：ハンドブレーカーを用いて解体する場合がある。その解体工事においては、大きな打撃音、振動、粉塵などが連続的に発生するので、工事現場の作業場所を防音シートで囲ってその中で作業員が解体工事を行って、騒音対策としている。また、従来例２：特許文献１に記載されているように、前記騒音、振動、粉塵を抑えるために、割岩用孔を形成して、そこに油圧破砕機を挿入してコンクリート片を破砕する方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−３８２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記の従来例１では、防音シートで覆った狭い作業空間で作業するので、作業環境が悪く作業員の負担が大きい。また、前記従来例２では、油圧破砕機の挿入する孔を穿設しなければならないので、その孔開けにブレーカ等による騒音・振動が発生する。本発明に係る杭頭処理工法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る杭頭処理工法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、現場造成杭の余盛コンクリート部分を、コンクリート中に埋設させた膨張性破砕材でひび割れを発生させて、そのひび割れ部分を境に撤去する杭頭処理する工法において、前記膨張性破砕材は、予め水を封入し凍結手段の冷却管を内包した凍結破砕管であり、該凍結破砕管をコンクリート中に埋設させた後に、凍結手段の冷却管で前記水を凍結させて前記凍結破砕管を凍結膨張させ、前記ひび割れを発生させることである。

【0006】

前記凍結破砕管は、管の長手方向に直交する短手方向の横断面形状が、ひび割れの方向と変位量とを制御する扁平形状であることである。

【0007】

前記凍結破砕管は、その外周部に、ひび割れを発生させようとする計画線に沿ってひび割れを促進して発生させる、平板体を突設していることである。

【0008】

前記凍結破砕管は、凍結膨張させた後、元の扁平形状に修正して、繰り返し使用されることを含むものである。

【0009】

前記凍結破砕管は、鉄筋籠の外周部から内側に向けてコンクリート打設用空間を確保して配設されるものであり、ひび割れを発生させようとする計画線の位置で略水平に載置され、且つ、周方向に適宜間隔をおいて配設されていることである。

【0010】

前記凍結破砕管は、ひび割れを発生させる計画線の位置から、鉄筋籠の主筋に取付けて上に向けて配設されていることである。

【0011】

本発明に係る凍結破砕管の要旨は、膨張性破砕材として使用されるものであって、水を封入する容器であり、当該水を凍結させる凍結手段の冷却管を水とともに予め内包しており、少なくとも管の胴体部においては、管の長手方向に直交する短手方向の横断面形状が、ひび割れの方向と変位量とを制御するように扁平率ｆが、ｆ＞０の扁平形状であることである。

【0012】

また、前記凍結破砕管の外周部に、ひび割れを発生させようとする計画線に沿ってひび割れを促進して発生させる、平板体が突設されていることを含むものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明の杭頭処理工法によれば、杭頭処理を低騒音・低振動で施工できるのは勿論のこと、ひび割れが容易に発生して余盛りコンクリート部分の解体施工性が高まる。
膨張性材料として、水を使用するので、地球環境に優しい工法となる。
更に、扁平な凍結破砕管を使用することで、ひび割れ発生の時間が従来よりも極めて早くなり、杭頭処理の工期が大幅に短縮される。
また、前記扁平の凍結破砕管にひび割れを促進させる平板体を追加することで、ひび割れが平板体の位置に発生し易くなる。
前記凍結破砕管を繰り返し使用することで、杭頭処理コストを低減させることができる。
杭の直径が大きい場合には、凍結破砕管を鉄筋籠の主筋に沿って、取付け方向を上に向けて配設することで、垂直方向にもひび割れを発生させて、余盛りコンクリート部分を小分けに分解し、解体処理効率を向上させることができる、など数々の優れた効果を奏するものである。

【0014】

本発明に係る凍結破砕管によれば、水による凍結膨張により大きな破壊力を得るばかりで無く、管の胴体部を扁平形状にすることで、ひび割れの発生を早く、且つ、大きなひび割れとすることができるという優れた効果を奏するものである。更に、平板体を突設することで、ひび割れの発生が促進される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る杭頭処理工法における凍結破砕管の配置を示す平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、側面図におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図（Ｃ）である。

【図2】同本発明の杭頭処理工法における、凍結破砕管の内部を示す縦断面図（Ａ）、縦断面図のＸ−Ｘ線に沿った端部の断面図（Ｂ）、同Ｙ−Ｙ線に沿った胴体部の断面図（Ｃ）である。

【図3】同本発明に係る杭頭処理工法の原理を説明する説明図（Ａ）、扁平形状の鋼管の作用を説明する説明図（Ｂ）、更に、平板体を扁平の鋼管に適用した場合の作用の説明図（Ｃ）である。

【図4】本発明に係る杭頭処理工法の主な施工手順を示すブロック図である。

【図5】本発明に係る杭頭処理工法における、凍結破砕管として扁平形状の鋼管と円筒の鋼管とを用いた場合の、凍結作用の相違を比較する特性曲線図（Ａ），（Ｂ）である。

【図6】他の実施例に係る杭頭処理工法の、平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）である。

【図7】同他の実施例に係る凍結破砕管の側面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、正面図（Ｃ）である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に係る杭頭処理工法は、図１に示すように、水を凍結させることによりコンクリートにひび割れを発生させるものであり、とりわけ膨張性破砕材として扁平形状の凍結破砕管を使用し、迅速にひび割れを発生させる工法である。

【実施例1】

【0017】

本発明に係る杭頭処理工法は、図１乃至図２に示すように、現場造成杭１の余盛コンクリート部分２を、コンクリート中に埋設させた膨張性破砕材３でひび割れを発生させて、そのひび割れ部分を境に撤去する杭頭処理する工法において、前記膨張性破砕材３は、水を封入し凍結手段を内包した凍結破砕管４である。

【0018】

前記水は、例えば、真水（まみず、淡水）、水道水（軟水、硬水）、ミネラルウォーター、天然水、などである。その水の凍結時（−２０℃）の体積膨張は、約９％、膨張圧が約２００ＭＰａである。前記凍結破砕管４は、例えば、鋼管等の金属製管であり、図２（Ｃ）に示すように、扁平形状の鋼管である。

【0019】

前記凍結破砕管４は、少なくとも、管の胴体部において、管の長手方向に直交する短手方向の横断面形状が、ひび割れの方向と変位量とを制御するため、図２（Ｃ）に示すように、楕円のような扁平形状に形成されている。その扁平率ｆは、ｆ＝（ａ−ｂ）／ａであり、この実施例では、ａ＝５０ｍｍ、ｂ＝４０ｍｍであり、これは一例にすぎず、任意に設定する設計事項である。

【0020】

図２に示すように、凍結破砕管４である鋼管の大きさは、一例として、長さが３００ｍｍ〜５００ｍｍ、円径部の直径が約１００ｍｍである。前記凍結破砕管４の内部には、凍結手段となる冷却管４ａがＵ字状に配管され、その端部に冷凍機などの冷却装置の接続管、若しくは、ＬＮ_２（液体窒素）ボンベの接続管が接続される。

【0021】

前記凍結破砕管４の注水口４ｃからこの管内部空間に、水４ｂが充填され、蓋（図示せず）で前記注水口４ｃが閉蓋され封入される。この水４ｂを充填し封入した凍結破砕管４には、その接続部側に円筒形のボイド４ｄが図２（Ａ）で示すように嵌装され、そのボイド４ｄの一端側開口部にキャップ４ｅが閉蓋される。打設されるコンクリートが、前記冷却管４ａ、注水口４ｃの接続部に付着しないようにするためである。

【0022】

前記ボイド４ｄやキャップ４ｅは、この実施例に限らず、コンクリート中に埋設させるものとして、その内部にコンクリートが侵入せず、その形を維持して、更に、撤去しやすいものであればよい。こうして、凍結破砕管４を膨張性破砕材３として杭頭処理工法に使用できるようになる。

【0023】

本発明に係る杭頭処理工法の手順を図面を参照して説明する。最初に、図２に示す凍結破砕管４である冷凍管を、管内に水４ｂを封入し、ボイド４ｄおよびキャップ４ｅを接続部側に付けて、予め形成しておく。

【0024】

そして、図１、図４の工程ａに示すように、鉄筋籠９の上部に、主筋５に対して縁切材（図示せず、合成樹脂製の養生材である）を被せて取付ける。その取付け位置は、図１（Ｂ）に示すように、縁切材の下端位置６から上の位置に被せるものである。打設されるコンクリートと主筋５との付着を防止して、余盛りコンクリート部分２を撤去しやすくするものである。

【0025】

更に、前記主筋５に対して、補強支持鉄筋３ａ，３ｂを番線で図示のように取付け、固定する。膨張性破砕材３をしっかりと位置固定して、コンクリートでずれたり、浮き上がったりしないようにするためである。

【0026】

図４の工程ｂにおいて、前記膨張性破砕材３である凍結破砕管４を、図１（Ａ）に示すよう状態になるように、ひび割れを発生させようとする計画線の位置で略水平に載置するため、主筋５に周方向で等間隔に６箇所、それぞれ中心に向けて半径方向に沿って、前記補強支持鉄筋３ａ，３ｂを介して番線などで固定する。なお、図１（Ａ）に示すように、中央に確保している空間１０は、現場打ちコンクリート用のトレミー管を通すための空間である。

【0027】

次に、図４の工程ｃにおいて、前記取付け完了した鉄筋籠９を揚重装置で吊り上げ、現場の杭孔に挿入する。そして、図４のｄ工程のおいて、トレミー管を前記空間１０から差し込んでコンクリートを下から順に打設する。

【0028】

図４のｅ工程において、前記打設されたコンクリートが養生され、所要の強度を発現した後に、地盤の根切りを行い、現場打ち杭１の頭部を露出させる。そして、キャップ４ｅを外して、冷却管４ａに冷凍機などの冷却装置、若しくは、ＬＮ_２（液体窒素）を接続管を介して接続し、前記冷却管４ａを冷却する。

【0029】

前記冷却管４ａが冷却されて、封入された水４ｂが約−２０℃で凍結すると、水４ｂの体積が約９％膨張する。すると、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、凍結膨張圧（約２００ＭＰａ程度）が放射状に発生する。硬化したコンクリートに圧縮応力が発生して、これと直交する方向に引張力が発生する。その結果、コンクリートの引張強度を超えたときに、ひび割れ７が発生する。周方向に等間隔で配設された凍結破砕管４により互いのひび割れ７が伝達して繋がり、水平方向に大きなひび割れ７が発生するものである。

【0030】

前記凍結破砕管４は、扁平形状の冷凍管であるため、管が円形に戻ろうとする復元力により、ひび割れ７の方向の制御と、変位量を増大させることができる。図５（Ａ）に示すように、扁平形状の冷凍鋼管であれば、冷却開始後の約３０分でひび割れ７が発生し、冷却開始後の約６０分でひび割れの拡張が止まった。そのひび割れ７の幅が１１ｍｍ〜１４ｍｍ程度である。

【0031】

一方、図５（Ｂ）に示すように、円筒鋼管の場合には、冷却開始後の約１２０分でひび割れ７が発生し、冷却開始後の約２００分でひび割れの拡張が止まった。そのひび割れ７の幅が、０．２ｍｍ〜３．５ｍｍ程度である。このように、扁平形状の鋼管を使用することで、ひび割れ幅の変位量を大幅に増大させることができたので、扁平率ｆでひび割れ７の変位量を制御することが可能である。

【0032】

図１（Ｂ）、図４のｆ工程に示すように、ひび割れ７の境から上の余盛りコンクリート部分２を揚重装置で吊り上げ撤去するものである。なお、凍結破砕管４は、凍結膨張させた後、元の扁平形状に修正して、繰り返し使用される。この場合、完全に元の形状に修正するのでは無く、無理をせず、可能な範囲で扁平率を小さくした扁平形状にして、繰り返し他の杭頭処理工法を適用する現場に使用するものである。これにより、コストの低減を図ることができる。

【実施例2】

【0033】

前記凍結破砕管４の他の実施例として、図６乃至図７に示すように、凍結破砕管１２の左右両側の外周部４ｇに、使用状態で水平になるように、ひび割れを発生させようとする計画線に沿ってひび割れを促進して発生させる、平板体４ｆを突設する。

【0034】

前記凍結破砕管１２は、前記凍結破砕管４と同じ径で長さが１６００ｍｍ程度の大きさである。そして、一例として長さが４００ｍｍ、幅が５０ｍｍ、厚さｔが６ｍｍの大きさである平板体４ｆを、溶接等で一体に固着してなるものである。この凍結破砕管１２を、図６（Ａ）に示すように、三角形状に配置して主筋５に固定している。なお、この実施例に限らず、四角形状、若しくは、多角形状に配置しても良い。前記平板体４ｆがあることで、ひび割れ発生位置のコンクリート断面を欠損させることで、ひび割れ７の発生位置を制御することができる。

【実施例3】

【0035】

また、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、本発明に係る杭頭処理工法の他の実施例として、杭径が例えば２．５ｍ〜３ｍ程度と大きい場合には、凍結破砕管１１が、ひび割れを発生させる計画線の位置から、鉄筋籠９の主筋５に取付けて上に向けて配設されることがある。これにより、ひび割れを立て方向に発生させて、余盛りコンクリート２の縦割りに貢献させるものである。

【0036】

なお、本発明に係る凍結破砕管は、膨張性破砕材として、杭頭処理工法だけに限らず、静的破砕材として、その他の硬化物を破砕する手段として使用できるものである。

【符号の説明】

【0037】

１ 現場造成杭、
２ 余盛コンクリート部分、
３ 膨張性破砕材、 ３ａ 補強支持鉄筋、
３ｂ 補強支持鉄筋、
４ 凍結破砕管（冷凍管）、 ４ａ 冷却管、
４ｂ 水、 ４ｃ 注水口、
４ｄ ボイド、 ４ｅ キャップ、
４ｆ 平板体、 ４ｇ 外周部、
５ 主筋、 ５ａ 帯筋、
６ 縁切材の下端位置、
７ ひび割れ、
８ 平板体、
９ 鉄筋籠、
１０ 空間、
１１ 縦割り用の凍結破砕管、
１２ 凍結破砕管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】