特許 7132049 鋼管杭による連続壁及びその施工方法

(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】

(24)【登録日】2022-08-29

(45)【発行日】2022-09-06

(54)【発明の名称】鋼管杭による連続壁及びその施工方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/06 20060101AFI20220830BHJP

   E02D 5/14 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

E02D5/06

E02D5/14

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018172267

(22)【出願日】2018-09-14

(65)【公開番号】P2020045616

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-07-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000141521

【氏名又は名称】株式会社技研製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(72)【発明者】

【氏名】北村 精男

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０２０６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５１４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０３８０３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０２－０５８６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ５／０６

Ｅ０２Ｄ ５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の間隔をあけて設置された複数の本杭同士の間において、当該本杭間の隙間を閉塞させる位置に弾性部材を設置した鋼管杭による連続壁であって、
前記弾性部材は、前記連続壁の一方の側に位置する中空部材と他方の側に位置する中空部材を有し、これら中空部材が連結部材によって連結されて構成され、
前記中空部材は、内部に流体が加圧注入されることで拡径変形自在であることを特徴とする、鋼管杭による連続壁。

【請求項2】

前記連結部材は、前記中空部材を保持する一対の保持部と、当該一対の保持部を連結する連結部から構成され、
前記連結部は、前記中空部材の拡径変形に合わせた前記保持部の変形に応じて張力が加わる構成であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管杭による連続壁。

【請求項3】

前記中空部材の外周面には１又は複数の突起部が形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼管杭による連続壁。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の鋼管杭による連続壁を施工する施工方法であって、
複数の本杭を所定の間隔をあけて設置すると共に、前記連続壁の一方の側に位置する中空部材と他方の側に位置する中空部材を有する弾性部材を、当該本杭間の隙間を閉塞させるように設置し、
前記中空部材の内部空間に水または硬化物を加圧注入し、連続壁を施工することを特徴とする、施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、止水や土留を目的として設置される鋼管杭による連続壁及びその施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば河川に設置された橋を耐震補強する際には、橋脚周りの締切りを行うために、止水壁を構築することがある。止水壁の構成方法の一例として、複数の本杭（鋼管杭）を所定間隔で圧入した後、小径の鋼管杭である杭間パイプを、隣り合う本杭にそれぞれ接近させて圧入し、更に、本杭と杭間パイプとで囲まれた杭間領域に硬化物（セメントミルク、モルタル、セメント等）を充填するといった技術が知られている。また、地盤等に所定の土留壁を構築して土留を行う場合にも、同様の技術を用いて土留壁を構成することが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に代表される技術では、鋼管杭間を挟むように小径のパイプを施工し、これら小径パイプ間の空間を高圧水、ダウンザホールハンマー、小径オーガといった技術を用いて掘削し、掘削された空間に硬化物を投入し止水や土留を行う構成が採られている。

【0004】

また、連続壁を構築する際に、隣接する部材（鋼管杭）間を高精度で閉塞させ止水や土留を確実に行う技術としては、特許文献２～４が開示されている。特許文献２では、隣接する鋼管杭の間を閉塞する弾性シール材及び補助部材を配置し、止水もしくは土留を確実に行う構成としている。特許文献３、４では、部材（鋼管杭等）間の隙間に拡径変形可能な中空の筒状弾性体を設け、当該筒状弾性体の中空部に充填材を加圧充填することで拡径変形させ、隣接する部材間に密着させて閉塞させる構成としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平５－１１２９２８号公報

【文献】特開２００５－１５５３０３号公報

【文献】特開２０１３－７６３１３号公報

【文献】特開２０１８－１２９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載の連続壁においては、止水や土留時に片側を排水あるいは掘削すると、水圧や土圧のバランスが崩れることにより、鋼管杭や硬化物にたわみ・変形を引き起こす場合がある。そしてセメントミルクやモルタルといった硬化物がたわみ・変形の変位に追随できず、クラック等が発生し、漏水や土漏れが生じてしまう恐れがある。

【0007】

また、上記特許文献２に記載された技術においては、止水や土留時に片側を排水あるいは掘削すると、水圧や土圧のバランスが崩れ弾性シール材及び補助部材の寸法や配置によっては鋼管杭のたわみ・変形に追随しきれない恐れがある。また、上記特許文献３、４に記載された技術においては、筒状弾性体に充填材を加圧充填させた際に、当該筒状弾性体を支持する部材が無いため、開放側に筒状弾性体の拡径変形が起こり、本来のシール部の接触面圧を高めて止水性能を上げることができないため、十分な閉塞（止水・土留）が行われない恐れがある。即ち、上記特許文献２～４に記載の技術では、連続壁にかかる水圧や土圧のバランスによっては閉塞（止水・土留）が十分に行われない恐れがあり、更なる改良の余地があった。

【0008】

上記事情に鑑み、本発明の目的は、止水や土留を目的として設置される鋼管杭からなる連続壁において、水圧のバランスに応じて鋼管杭に変位が生じた場合であっても、弾性部材が変位に追随し、２重構造による十分な止水や土留を実現させることが可能な鋼管杭による連続壁及びその施工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の目的を達成するため、本発明によれば、所定の間隔をあけて設置された複数の本杭同士の間において、当該本杭間の隙間を閉塞させる位置に弾性部材を設置した鋼管杭による連続壁であって、前記弾性部材は、前記連続壁の一方の側に位置する中空部材と他方の側に位置する中空部材を有し、これら中空部材が連結部材によって連結されて構成され、前記中空部材は、内部に流体が加圧注入されることで拡径変形自在であることを特徴とする、鋼管杭による連続壁が提供される。

【0010】

前記連結部材は、前記中空部材を保持する一対の保持部と、当該一対の保持部を連結する連結部から構成され、前記連結部は、前記中空部材の拡径変形に合わせた前記保持部の変形に応じて張力が加わる構成であっても良い。

【0011】

前記中空部材の外周面には１又は複数の突起部が形成されても良い。

【0012】

また、他の観点からの本発明によれば、上記記載の鋼管杭による連続壁を施工する施工方法であって、複数の本杭を所定の間隔をあけて設置すると共に、前記連続壁の一方の側に位置する中空部材と他方の側に位置する中空部材を有する弾性部材を、当該本杭間の隙間を閉塞させるように設置し、前記中空部材の内部空間に水または硬化物を加圧注入し、連続壁を施工することを特徴とする、施工方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、止水や土留を目的として設置される鋼管杭からなる連続壁において、水圧のバランスに応じて鋼管杭に変位が生じた場合であっても、弾性部材が変位に追随し、２重構造による十分な止水や土留を実現させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る杭圧入機の概略構成の一例を示す図である。

【図2】本杭及び弾性部材設置時の概要を示す概略平面断面図である。

【図3】弾性部材設置時の概要を示す概略側面断面図である。

【図4】連結部材の概略説明図である。

【図5】仮設施工に関する概略説明図である。

【図6】本設施工に関する概略説明図である。

【図7】杭間距離の異なる場合の施工方法に関する概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0016】

（杭圧入機の概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係る杭圧入機１０の概略構成の一例を示す図である。図１に示す杭圧入機１０は、本杭２を地中に回転圧入する場合を示している。杭圧入機１０は、チャック部１７に本杭２を把持して回転させながら、メインシリンダ１１の稼働によって本杭２を下降させて回転圧入する構成となっている。

【0017】

図１に示すように、杭圧入機１０は、地盤に圧入された既設の本杭２の上端側を掴んで既設の本杭２から反力を取りながら、メインシリンダ１１の稼働により、新たな本杭２をチャック部１７に把持して下降させて、新たな本杭２を地盤に圧入する。また、杭圧入機１０においては、本杭２同士の間に種々の部材（例えば、以下に説明する弾性部材３）を圧入・挿入させることもできる。チャック部１７に把持する部材を適宜他の部材とすることで、所望の部材を圧入・挿入することが可能である。なお、部材挿入の際には、先行掘削を行っても良い。

【0018】

本発明は、例えば上記のような杭圧入機１０で、本杭２と、本杭２同士の間に弾性部材３を設置し、鋼管杭による連続壁１（止水壁、土留壁）を設ける場合に関する技術である。以下、本発明の実施形態に係る連続壁及びその施工方法について、本杭２及び弾性部材３を用いた場合を例示して説明する。

【0019】

なお、本明細書においては、本杭２の総称として「鋼管杭」と呼称する場合がある。また、本杭２や弾性部材３といった各部材同士が「当接する」あるいは「接する」とは、各部材が直に接触する場合の他、必要に応じて硬化物（セメントミルク、モルタル、セメント等）を用いることにより、連続壁構造物として所定の機能を発揮できる程度に、各部材間に少しだけ隙間があいている場合も含む概念である。
また、一般的に、本杭２や弾性部材３により構成される構造物は、所定の区間内において連続的に複数の本杭２や弾性部材３が同様の構成で隣接設置されるが、以下では、説明のために当該構造物を構成する複数の本杭２や弾性部材３のうち、一部のみを拡大して図示する場合がある。

【0020】

（本発明の実施の形態に係る鋼管杭による連続壁及びその施工方法）
以下、本発明の実施の形態に係る鋼管杭による連続壁とその施工方法の一例について説明する。本実施の形態に係る連続壁１とは、例えば河川等において橋脚周りの締切りを行うために構築され、略一定の間隔で設置された複数の本杭２と、本杭２同士の間に設置される弾性部材３からなる止水壁等である。ここでは、水中及び土中において止水を行うために鋼管杭を連続的に配置して構成される構造物を連続壁１として記載し、当該連続壁１を構成する方法を例示して説明する。

【0021】

本杭２の設置、圧入方法は特に限定されるものでなく、例えば図１に示すような杭圧入機１０を用いて、複数の本杭２を所定間隔で圧入する。この工程を、延伸方向に所定の長さになるまで繰り返し行い、複数の本杭２同士の隙間（鋼管杭間領域）に対し後述する止水を行うことで連続壁１は構築される。

【0022】

図２は、本杭２及び弾性部材３設置時の概要を示す概略平面断面図である。図２に示すように、例えば上述した杭圧入機１０により、鋼管杭による連続壁１を構成する２本の本杭２が所定の距離をあけて隣接して圧入される。また、２本の本杭２の間の隙間において、本杭２間の隙間を閉塞させるような位置に弾性部材３が設置される。弾性部材３は、水圧を受ける側に設置される一方の中空部材３ａと、水圧を受けない側に設置される他方の中空部材３ｂを有している。また、これら一方の中空部材３ａと他方の中空部材３ｂはその一部又は全部において連結部材４０を介して連結している。

【0023】

また、図３は、弾性部材３設置時の概要を示す概略側面断面図であり、図３（ａ）は止水前、図３（ｂ）は止水後を示し、図中の弾性部材３右側を施工面として水抜きする場合を想定して図示している。なお、実際の連続壁１の施工では本杭２と弾性部材３は併せて施工されるが、ここでは、説明のため本杭２は図示せず、弾性部材３の側面のみを図示し、施工の一例として水中及び土中に対し弾性部材３を設置した場合を図示している。図３に示すように、弾性部材３は、上記各中空部材３ａ、３ｂが長尺方向（鉛直方向：図中の上下方向）に水上、水中、土中に亘って挿入される。この場合、連続壁１は水上、水中において止水壁として機能し、土中において土留壁として機能する。

【0024】

図３中の水上及び水中においては、一方の中空部材３ａと他方の中空部材３ｂが連結部材４０によって連結された構成となっている。
また、弾性部材３の土中への設置においては、小径パイプ等のガイド材を施工後、ガイド材内部に対し掘削を行い、小径パイプ等のガイド材を抜き土中に空間を確保した後に設置を行う。この掘削は、例えば、ダウンザホールハンマー、小径オーガといった技術により行われても良い。なお、土中においては、周囲の土がガイドとなり、弾性部材３の位置を保持するため、一方の中空部材３ａと他方の中空部材３ｂとの間に連結部材を設けなくても良い。

【0025】

また、図３（ｂ）に示すように、図示しない本杭２と弾性部材３を設置して連続壁１を施工し止水壁を構成し、片側（図中右側）での水抜きを行った場合には、水抜きを行った後に所定の深さまで地盤の掘削を行う場合がある（図中の斜線部参照）。弾性部材３の土中への設置に関しては、そのような地盤の掘削も考慮した上で、十分な深さまで弾性部材３を挿入させておくことが求められる。

【0026】

連結部材４０は、各中空部材３ａ、３ｂの長尺方向において所定の間隔でもって複数箇所に好適に設けられても良く、その位置や数等は特に限定されるものではない。また、本実施の形態に係る構成では、各中空部材３ａ、３ｂの上端部は水上に位置し、その上端部は開口しており、当該開口から流体である水や硬化物を加圧注入可能な構成となっている。

【0027】

図２、３に示すように、弾性部材３を構成する中空部材３ａ、３ｂは、長さ方向に長尺であり、且つ、弾性的に拡径変形可能な筒状体である。その断面形状は任意に設計可能であり、中空部材３ａ、３ｂは、流体を内部に注入可能ないわゆるチューブ状の部材である。各中空部材３ａ、３ｂにおいては、長さ方向両端のうち、一方の端部（図３中の上端部）は開口部となっており、他方の端部（図３中の下端部）は閉塞している。即ち、開口部から各中空部材３ａ、３ｂ内に注入された流体は、当該開口部以外からは漏出しない構成である。なお、中空部材３ａ、３ｂの断面形状は、拡径変形により本杭２間の隙間を閉塞させるといった観点から、例えば略円形状が好ましい。

【0028】

弾性部材３を構成する中空部材３ａ、３ｂはいわゆるチューブ状のゴムやシリコン部材といった伸縮可能な弾性素材で構成される。即ち、その内部に水や硬化物、充填材等の流体が注入され、加圧されると、内部空間が拡がり、それと共に中空部材３ａ、３ｂが弾性的に延伸（拡径変形）し、その断面積が拡がる構成となっている。また、連結部材４０の素材や形状は特に限定されるものではないが、例えば、連結部材４０は非弾性体であることが好ましく、中空部材３ａ、３ｂを保持する２つの保持部と、それら保持部同士を繋ぐ連結部からなる、例えば８の字形状あるいは眼鏡形状の部材であっても良い。

【0029】

図４は連結部材４０の概略説明図であり、（ａ）が中空部材拡径前、（ｂ）が中空部材拡径時を示している。なお、図中の破線は中空部材３ａ、３ｂを表し、その形状は拡径変形により適宜変化するものである。図４に示すように、連結部材４０は、中空部材３ａ、３ｂをそれぞれ保持可能な平面視で円環状の保持部４０ａ、４０ｂと、それら一対の保持部４０ａ、４０ｂ同士を繋ぐ平面視で略直線状の連結部４０ｃから構成される。保持部４０ａ、４０ｂは中空部材３ａ、３ｂの拡径変形に合わせて変形し、その変形に応じて連結部４０ｃには張力等が加わり、連結長さが変化する構成となっている。保持部４０ａ、４０ｂと連結部４０ｃは一体的なベルト状の非弾性体部材で構成されても良く、図４（ａ）、（ｂ）を比較して分かるように、保持部４０ａ、４０ｂが拡径変形すると、連結部４０ｃに張力が加わり、中空部材３ａ、３ｂの中心間距離（図中のＰ１、Ｐ２）が短くなる構成となっている。図示の通り、中空部材３ａ、３ｂ及び保持部４０ａ、４０ｂが拡径変形するほど、３ａ－３ｂの中心間距離は短くなる（Ｐ１＞Ｐ２）。

【0030】

図５は、仮設施工に関する概略説明図であり、中空部材３ａ、３ｂ内に流体として水Ｗを加圧注入した場合の概略平面断面図である。図５に示すように、中空部材３ａ、３ｂ内に水Ｗが加圧充填されることで、当該中空部材３ａ、３ｂが拡径変形し、併せて、それら中空部材３ａと３ｂの間に張力が加わるため、隣接する２本の本杭２間の隙間において、中空部材３ａ、３ｂが共に本杭２に押し付けられた状態となる。即ち、図示のように、中空部材３ａ、３ｂが本杭２の周面形状に追従するように押し付けられ、本杭２間の隙間が閉塞される。

【0031】

このように、中空部材３ａ、３ｂに水Ｗが加圧充填され、加圧状態が維持された状態の連続壁１では、中空部材３ａ、３ｂが本杭２の周面に押し付けられ、密着した状態となっているため、十分な止水性を発揮することができる。例えば、中空部材３ａ、３ｂに水Ｗを加圧充填した状態の連続壁１を構築し、当該連続壁１による止水を一時的に実施した後、所定の作業後に連続壁１を取り外す、いわゆる連続壁１の「仮設施工」を行う場合には図５に示すような水Ｗを加圧充填した状態で構成される連続壁１で十分な止水を実現できる。また、本実施の形態に係る連続壁１では、水圧を受ける側と、水圧を受けない側の両側において、中空部材３ａ又は３ｂによる２重構造での止水が行われるため、シール性が極めて高い施工を行うことができる。更には、中空部材３ａ、３ｂに充填した水Ｗを排水することで、容易にこれら部材の回収や再利用を行うことができ、施工性の向上やコスト削減が図られる。

【0032】

また、連続壁１を半永久的に施工し止水壁として構築する、いわゆる「本設施工」を行う場合には、より止水性を恒常的に安定させることが必要となる。図６は、本設施工に関する概略説明図であり、中空部材３ａ、３ｂの内部に流体である硬化物（セメントミルク、モルタル、セメント等）Ｕを加圧注入した構成を示している。図６に示すように、中空部材３ａ、３ｂに硬化物Ｕを加圧注入し、拡径変形させることで中空部材３ａと３ｂの間に張力が加わるため、隣接する２本の本杭２間の隙間において、中空部材３ａ、３ｂが共に本杭２に押し付けられた状態となる。その状態で硬化物Ｕを固化させることで、連続壁１が本設施工される。

【0033】

図６に示す硬化物Ｕによって本設施工された連続壁１の構成では、中空部材３ａ、３ｂを本杭２の周面に密着させ、中空部材３ａと３ｂの間に張力が加わり、それら中空部材３ａ、３ｂが本杭２に押し付けられた状態で硬化物Ｕを固化させ本杭２間の隙間を閉塞させている。そのため、安定的な止水が実現され、連続壁１を半永久的に構築する、いわゆる「本設施工」に適した構成となっている。また、この構成では、硬化物Ｕを例えばチューブ状の中空部材３ａ、３ｂに注入して用いているため、外部からの硬化物Ｕへの汚染等が無く、例えば、水中での施工において硬化物Ｕが水と混ざり薄まってしまうといった事も防止される。

【0034】

また、本実施の形態に係る連続壁１の施工方法によれば、圧入された複数の本杭２において、杭間距離にばらつきがある場合であっても、有効な止水を実現させることが可能である。図７は杭間距離の異なる場合の施工方法に関する概略説明図であり、（ａ）は杭間距離が狭い場合、（ｂ）は杭間距離が広い場合である。なお、ここでは、中空部材３ａ、３ｂに水Ｗを加圧注入する場合（仮設施工）を例として図７に図示しているが、硬化物Ｕを加圧注入する場合（本設施工）にも同様の効果が得られる。

【0035】

図４を参照して上述したように、本実施の形態に係る弾性部材３の構成によれば、中空部材３ａ、３ｂに加圧注入する水Ｗ（あるいは硬化物Ｕ）の注入量により、中空部材３ａ、３ｂの拡径変形量を調整することができる。即ち、図７に示すように、複数の既設の本杭２の間の距離にばらつきがあり、例えば、同じ施工現場において杭間距離がＱ１とＱ２（Ｑ１＜Ｑ２）で異なるような場所があったとしても、中空部材３ａ、３ｂに加圧注入する水Ｗ（あるいは硬化物Ｕ）の注入量を変えることで、杭間距離の異なるいずれの場合であっても有効な杭間の止水を実現させることができる。

【0036】

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0037】

例えば、上記実施の形態で説明した連結部材４０において、保持部４０ａと連結部４０ｂは異なる素材で構成されても良い。例えば、保持部４０ａは拡径変形する弾性体とし、連結部４０ｂは非弾性体としても良い。また、連結部材４０の全てを弾性体で構成しても良い。また、連結部材４０においてゴムをライニングするといった表面処理を施しても良い。

【0038】

また、上記実施の形態において、中空部材３ａ、３ｂや、連結部材４０の表面形状等には特に言及していないが、例えば、中空部材３ａ、３ｂや連結部材４０が本杭２に密着した際のシール性を高めるため、各部材の表面（外周面）に１又は複数の突起部等を設けても良い。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、止水や土留を目的として設置される鋼管杭による連続壁及びその施工方法に適用できる。

【符号の説明】

【0040】

１…連続壁
２…本杭
３…弾性部材
３ａ、３ｂ…中空部材
４０…連結部材
４０ａ、４０ｂ…保持部
４０ｃ…連結部
Ｗ…水
Ｕ…硬化物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】