(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】2023-08-15
(45)【発行日】2023-08-23
(54)【発明の名称】杭打ち施工方法
(51)【国際特許分類】
E02D 5/50 20060101AFI20230816BHJP
E02D 5/30 20060101ALI20230816BHJP
E02D 13/06 20060101ALI20230816BHJP
E02D 7/00 20060101ALI20230816BHJP
【FI】
E02D5/50
E02D5/30 Z
E02D13/06
E02D7/00 Z
(21)【出願番号】P 2019213922
(22)【出願日】2019-11-27
【審査請求日】2022-09-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000000918
【氏名又は名称】花王株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大前 知也
【審査官】佐久間 友梨
(56)【参考文献】
【文献】特開2002-317594(JP,A)
【文献】特開平08-199566(JP,A)
【文献】特開平08-199567(JP,A)
【文献】特開2001-329558(JP,A)
【文献】特開2005-307607(JP,A)
【文献】特開2013-155577(JP,A)
【文献】特開2018-127395(JP,A)
【文献】特開2019-007261(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E02D 3/12
5/22-13/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数本の管状の杭のそれぞれを、掘削液を供給しながら地盤を掘削して形成した掘削孔に、水硬性粉体及び水を含有するスラリーを注入した後に挿入する杭打ち施工方法であって、
前記複数本の杭のうちの最後の1本を除く少なくとも1本の杭の挿入時に、杭内のスラリーの液面の位置をモニタするとともに、前記モニタの結果から杭挿入困難度を評価し、前記杭挿入困難度に基づき、前記杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準として、その後の杭打ちにおける杭以外に施す杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更をする、杭打ち施工方法。
【請求項2】
前記杭内のスラリーの液面の位置をモニタする少なくとも1本の杭が、前記複数本の杭のうちの最初の1本目の杭を含む、請求項1に記載された杭打ち施工方法。
【請求項3】
前記モニタの結果が、前記杭を所定の基準深度まで挿入したときにおける前記杭内のスラリーの液面の位置である、請求項1又は2に記載された杭打ち施工方法。
【請求項4】
前記スラリーにおける前記水硬性粉体の含有量に対する前記水の含有量の比の質量百分率が100質量%未満である、請求項1乃至3のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項5】
前記地盤を掘削して前記掘削孔を形成する際の前記掘削液の供給量が、前記掘削孔の容積に対して100%以下である、請求項1乃至4のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項6】
前記杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更が、前記杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリーを基準としたときの前記その後の杭打ちで用いるスラリーへの分散剤の添加若しくは不添加又はその添加量の維持、減量若しくは増量を含む、請求項1乃至5のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項7】
前記杭挿入促進手段の維持若しくは変更が、前記杭挿入困難度を評価したときの杭打ちにおける掘削液の供給量を基準としたときの前記その後の杭打ちにおける掘削液の供給量の維持、減量若しくは増量を含む、請求項1乃至6のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項8】
前記杭内のスラリーの液面の位置のモニタを、前記スラリーの液面に浮かした浮きの位置確認により行う、請求項1乃至7のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項9】
前記杭内のスラリーの液面の位置のモニタを、非接触変位計により行う、請求項1乃至
7のいずれかに記載された杭打ち施工方法。
【請求項10】
掘削液を供給しながら地盤を掘削して形成した掘削孔に、水硬性粉体及び水を含有するスラリーを注入した後、管状の杭を挿入するときの杭挿入困難度の評価方法であって、
前記杭の挿入時における杭内の前記スラリーの液面の位置をモニタするとともに、前記モニタの結果から杭挿入困難度を評価する、杭挿入困難度の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、杭打ち施工方法及び杭挿入困難度の評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プレボーリング杭工法では、地盤を掘削して形成した掘削孔にセメントスラリーを注入した後、その掘削孔に杭を挿入し、セメントスラリーを硬化させることにより杭を地盤に定着させる。このとき、セメントスラリーに現場の土壌が混入して増粘すると、杭とセメントスラリーとの間に作用する摩擦力が高くなり、その結果、杭の挿入が進まずに高止まりしてしまう場合がある。このような場合、杭を上下に変位させる等の対策を施す必要があり、杭打ちの施工に長時間を要してしまうこととなる。一方、セメントスラリーに分散剤を含有させておけば、現場の土壌が混入しても、セメントスラリーの増粘を抑制することができる。特許文献1には、かかる分散剤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、分散剤の使用はコストアップを伴うため、杭の高止まりが起こらないような場合にまで、分散剤を含有させたセメントスラリーを用いるのは不経済である。
【0005】
本発明の課題は、時間的にも経済的にも効率的な杭打ち施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、複数本の管状の杭のそれぞれを、掘削液を供給しながら地盤を掘削して形成した掘削孔に、水硬性粉体及び水を含有するスラリーを注入した後に挿入する杭打ち施工方法であって、前記複数本の杭のうちの最後の1本を除く少なくとも1本の杭の挿入時に、杭内のスラリーの液面の位置をモニタするとともに、前記モニタの結果から杭挿入困難度を評価し、前記杭挿入困難度に基づき、前記杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準として、その後の杭打ちにおける杭以外に施す杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更をするものである。
【0007】
本発明は、掘削液を供給しながら地盤を掘削して形成した掘削孔に、水硬性粉体及び水を含有するスラリーを注入した後、管状の杭を挿入するときの杭挿入困難度の評価方法であって、前記杭の挿入時における杭内のスラリーの液面の位置をモニタするとともに、前記モニタの結果から杭挿入困難度を評価するものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、時間的にも経済的にも効率的に杭打ちの施工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1A】実施形態に係る杭打ち施工方法の第1の説明図である。
【
図1B】実施形態に係る杭打ち施工方法の第2の説明図である。
【
図1C】実施形態に係る杭打ち施工方法の第3の説明図である。
【
図1D】実施形態に係る杭打ち施工方法の第4の説明図である。
【
図1E】実施形態に係る杭打ち施工方法の第5の説明図である。
【
図2A】浮きによる杭内のスラリーの液面の位置のモニタの第1の説明図である。
【
図2B】浮きによる杭内のスラリーの液面の位置のモニタの第2の説明図である。
【
図2C】浮きによる杭内のスラリーの液面の位置のモニタの第3の説明図である。
【
図3A】非接触変位計による杭内のスラリーの液面の位置のモニタの第1の説明図である。
【
図3B】非接触変位計による杭内のスラリーの液面の位置のモニタの第2の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態について詳細に説明する。
【0011】
実施形態に係る杭打ち施工方法は、プレボーリング杭工法であり、この杭打ち施工方法では、複数本の管状の杭のそれぞれを、掘削液を供給しながら地盤を掘削して形成した掘削孔に、水硬性粉体及び水を含有するスラリーを注入した後に挿入する。
【0012】
具体的には、まず、
図1Aに示すように、オーガ10で地盤20を掘削して掘削孔21を形成する。このとき、オーガ10に設けられた配管を介し、その先端から掘削液を供給する。掘削液は、一般的には水であるが、地盤20が脆弱な場合には、水にベントナイトやカルボキシメチルセルロース(CMC)等を含有させたものであってもよい。この掘削液の供給により、掘削抵抗を減少させるとともに、掘削孔21内で掘削した土壌を泥土化させる。泥土化した土壌は、オーガ10の搬送機構により孔外に排泥する。
【0013】
次いで、
図1Bに示すように、掘削孔21が所定深さまで達した時点で、掘削及び掘削液の供給を停止する。ここまで地盤20を掘削して掘削孔21を形成する際の掘削液の供給量(掘削液が水の場合は注水率)は、掘削抵抗を減少させるとともに、孔内の土壌を泥土化させる観点から、この完成した掘削孔21の容積に対して、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上である。掘削液の供給量が少ないと、排泥量が削減されるため施工費を低減することができる一方、後に注入するスラリーを低粘度化する効果が低くなるため、スラリーが増粘し易くなる。したがって、後述の時間的にも経済的にも効率的に杭打ちの施工を行うことができるという作用効果を顕著に得ることができるという観点からは、掘削液の供給量は、好ましくは100%以下、より好ましくは90%以下、更に好ましくは80%以下である。なお、掘削液の供給量は、事前のボーリング調査や近隣での施工実績からおおよそを推定して設定することができる。
【0014】
続いて、
図1Cに示すように、オーガ10を引き上げながら、掘削孔21内に、オーガ10に設けられた配管を介し、その先端から水硬性粉体及び水を含有するスラリー22を注入する。
【0015】
本出願における「水硬性粉体」とは、水和反応により硬化する物性を有する粉体である。かかる水硬性粉体としては、例えば、セメント、石膏等が挙げられる。セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、エコセメント等が挙げられる。水硬性粉体は、これらのうちの1種又は2種以上のセメントを含むことが好ましい。
【0016】
スラリー22における水硬性粉体の含有量に対する水の含有量の比の質量百分率(以下、「W/C」という。)は、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上である。W/Cが低いと、スラリー22の硬化物の高強度化を図ることができる一方、スラリー22が増粘し易くなる。したがって、後述の時間的にも経済的にも効率的に杭打ちの施工を行うことができるという作用効果を顕著に得ることができるという観点からは、W/Cは、好ましくは100質量%未満、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
【0017】
掘削孔21には、その先端部にW/Cが相対的に低い根固め液のスラリー22を注入し、途中でスラリー22の組成を変更して、根固め液のスラリー22の上に、W/Cが相対的に高い杭周固定液のスラリー22を注入してもよい。
【0018】
スラリー22は、流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、分散剤が添加されていてもよい。かかる分散剤としては、例えば特許文献1に開示された分散剤組成物が挙げられる。
【0019】
特許文献1に開示された分散剤組成物は、カルボン酸基を有するモノマー単位を有する重合物(以下「(A)成分」という。)と、分子量が1000以下の糖化合物(以下「(B)成分」という。)とを含有し、且つ22℃におけるpHが7.5以下である水溶液である。
【0020】
(A)成分としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸/マレイン酸共重合体、及びこれらの塩が挙げられる。塩としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩等が挙げられる。(A)成分は、これらのうちの1種又は2種以上を含むことが好ましく、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、ポリアクリル酸又はその塩を含むことがより好ましく、ポリアクリル酸のナトリウム塩及び/又はポリアクリル酸のアンモニウム塩を含むことが更に好ましい。
【0021】
上記分散剤組成物における(A)成分の含有量は、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
【0022】
(B)成分としては、例えば、糖類、糖アルコール等が挙げられる。糖類としては、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノースなどの単糖類;サッカロースなどの二糖類;三糖類等が挙げられる。糖アルコールとしては、例えばソルビトール等が挙げられる。(B)成分は、これらのうちの1種又は2種以上を含むことが好ましく、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、サッカロース、グルコース、マルトース、及びラクトースのうちの1種又は2種以上を含むことがより好ましく、サッカロースを含むことが更に好ましい。
【0023】
上記分散剤組成物における(B)成分の含有量は、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
【0024】
上記分散剤組成物における(A)成分の含有量の(B)成分の含有量に対する質量比は、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは2以上であり、また、好ましくは10以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは4以下である。
【0025】
上記分散剤組成物の22℃でのpHは、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、好ましくは7以下、より好ましくは6.9以下であり、また、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上である。
【0026】
上記分散剤組成物は、その他に、酸、消泡剤、水溶性高分子化合物、空気連行剤、セメント湿潤剤、膨張材、防水剤、遅延剤、急結剤、増粘剤、凝集剤、乾燥収縮低減剤、強度増進剤、硬化促進剤、防腐剤等を含有していてもよい。
【0027】
スラリー22における上記分散剤組成物の添加量は、スラリー22の流動性を高めて優れた施工性を得る観点から、(A)成分及び(B)成分の含有量の和が、水硬性粉体の含有量に対して、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.4質量%以上となる量であり、また、コスト低減を図る観点から、好ましくは2.0質量%以下、より好ましくは1.2質量%以下となる量である。
【0028】
そして、
図1Dに示すように、スラリー22を注入した掘削孔21に、クレーンで吊り上げた筒状の杭23を建て込んで挿入する。このとき、杭23が長さ方向に複数に分割されており、それらを繋いだ杭23及び吊り具の総重量がクレーンの耐荷重を超える場合には、分割された杭23を挿入しつつ、継手施工を行ってもよい。また、杭23に対して、打撃や軸回転を与えてもよい。なお、
図1Eに示すように掘削孔21に杭23が沈設された後、スラリー22が硬化することにより杭23が地盤20に定着することとなる。
【0029】
ところで、掘削孔内でスラリーに現場の土壌が混入して増粘すると、杭と杭周のスラリーとの間に作用する摩擦力が高くなり、それに伴って杭の挿入困難性も高まることとなる。また、このとき、掘削孔内のスラリーの圧力も高まるため、その圧力に対応して杭内に流入したスラリーの液面の位置が上昇する。このことから、本発明者は、このときの杭内のスラリーの液面の位置が杭の挿入困難性に対応することを見出した。
【0030】
そこで、実施形態に係る杭打ち施工方法では、複数本の杭23のうちの最後の1本を除く少なくとも1本の杭23の挿入時に、杭23内のスラリー22の液面の位置をモニタするとともに、そのモニタの結果から杭挿入困難度を評価し、その杭挿入困難度に基づき、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準として、その後の杭打ちにおける杭23以外に施す杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更をする。
【0031】
実施形態に係る杭打ち施工方法によれば、このように杭23内のスラリー22の液面の位置をモニタするとともに、そのモニタの結果から杭挿入困難度を評価し、その杭挿入困難度に基づき、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準として、その後の杭打ちにおける杭23以外に施す杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更をし、杭挿入困難度に応じた施工条件の調整を図るので、時間的にも経済的にも効率的に杭打ちの施工を行うことができる。
【0032】
このとき、杭23内のスラリー22の液面の位置のモニタに基づく杭挿入困難度の評価は、杭23を所定の基準深度まで挿入したときにおける杭23内のスラリー22の液面の位置そのものに基づいて行うことができる。この場合、杭23内のスラリー22の液面の位置が高いほど、杭挿入困難度が高いと評価することができる。また、杭23内のスラリー22の液面の位置のモニタに基づく杭挿入困難度の評価は、杭23内のスラリー22の液面の位置が所定の基準位置まで上昇したときの杭23の挿入深度に基づいて行うこともできる。この場合、杭23の挿入深度が浅いほど、杭挿入困難度が高いと評価することができる。
【0033】
杭23内のスラリー22の液面の位置をモニタする少なくとも1本の杭23は、施工初期から杭挿入困難度に応じた施工条件の調整を図る観点から、複数本の杭23のうちの最初の1本目の杭23を含むことが好ましい。この最初の1本目の杭23は、その上に建物等の構造物が建築され、実際にその支持に活用される杭23であってもよく、また、その上に構造物は建築されず、施工条件の設定のためだけに活用される杭23であってもよい。
【0034】
杭23内のスラリー22の液面の位置をモニタする杭23は、土壌の質が異なる領域毎に、各領域に杭打ちする最初の1本目の杭23を含んでもよい。このようにすれば、土壌の質毎の杭挿入困難度に応じた施工条件の調整を図ることができる。また、杭23内のスラリー22の液面の位置をモニタする杭23は、最後の1本を除く全ての杭23であってもよい。このようにすれば、杭挿入困難度に応じた施工条件の微調整を図ることができる。
【0035】
杭23内のスラリー22の液面の位置のモニタは、
図2A~Cに示すように、スラリー22の液面に浮かした浮き30の位置確認により行うことができる。例えば、杭挿入困難度の判断を、杭23を所定の基準深度まで挿入したときにおける杭23内のスラリー22の液面の位置に基づいて行う場合、杭23の上端からの浮き30の突出の有無から、浮き30の突出が有るときには、スラリー22の液面の位置が高く、杭挿入困難度が相対的に高い一方、浮き30の突出が無いときには、スラリー22の液面の位置が低く、杭挿入困難度が相対的に低いと、2段階の評価を行うことができる。また、浮き30の長さ方向に所定間隔を開けて標31を設けておけば、
図2B及びCに示すように、浮き30の突出が有るときについて、確認される標31の数が多いほど杭挿入困難度が高いと、更に多段階の評価を行うことができる。浮き30の位置確認手段としては、目視の他、例えば、場内外に設置したカメラ、ドローンの利用等が挙げられる。
【0036】
杭23内のスラリー22の液面の位置のモニタは、
図3A及びBに示すように、杭23の開口部に設けられたレーザ変位センサ等の非接触変位計40により行うこともできる。例えば、杭挿入困難度の評価を、杭23を所定の基準深度まで挿入したときにおける杭23内のスラリー22の液面の位置に基づいて行う場合、杭23内のスラリー22の液面の位置に応じて、杭挿入困難度について連続的な評価又は不連続な多段階の評価を行うことができる。なお、非接触変位計40は、杭23の吊具であるワイヤー部やクレーンの先端部に設けてもよい。
【0037】
杭挿入困難度に基づく、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準としたときの、その後の杭打ちにおける杭23以外に施す杭挿入促進手段としては、例えばスラリー22への分散剤の添加又はその添加量の増量が挙げられる。この場合、杭挿入促進手段の採用若しくは不採用又はその条件の維持若しくは変更は、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準としたときの、その後の杭打ちで用いるスラリー22への分散剤の添加若しくは不添加又はその添加量の維持、減量若しくは増量を含むこととなる。
【0038】
具体的には、例えば、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22が分散剤を含有しない場合、杭挿入困難度が所定の設定基準よりも高いときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準として、その後の杭打ちにおいて用いるスラリー22では、杭挿入困難度の設定基準との差に応じて分散剤を添加する。杭挿入困難度が設定基準に一致するとき、又は、杭挿入困難度が設定基準よりも低いときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準として、スラリー22への分散剤の添加量を維持、つまり、スラリー22への分散剤の不添加を継続する。
【0039】
杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22が分散剤を含有する場合、杭挿入困難度が設定基準に一致するときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準として、その後の杭打ちにおいて用いるスラリー22に添加する分散剤の添加量を維持する。杭挿入困難度が設定基準よりも高いときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準として、その後の杭打ちにおいて用いるスラリー22に、杭挿入困難度の設定基準からの差に応じて分散剤の添加量を増量する。杭挿入困難度が設定基準よりも低いときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちで用いたスラリー22を基準として、その後の杭打ちにおいて用いるスラリー22に、杭挿入困難度の設定基準からの差に応じて分散剤の添加量を減量し、場合によっては、スラリー22に分散剤を不添加とする。
【0040】
また、杭挿入困難度に基づく、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちを基準としたときの、その後の杭打ちにおける杭23以外に施す杭挿入促進手段としては、掘削液の供給量の増量が挙げられる。この場合、杭挿入促進手段の維持若しくは変更は、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちにおける掘削液の供給量を基準としたときの、その後の杭打ちにおける掘削液の供給量の維持、減量若しくは増量を含むこととなる。
【0041】
具体的には、杭挿入困難度が設定基準よりも高いときには、杭挿入困難度が設定基準に一致するときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちにおける掘削液の供給量を基準として、その後の杭打ちにおける掘削液の供給量を維持する。杭挿入困難度を評価したときの杭打ちにおける掘削液の供給量を基準として、その後の杭打ちにおける掘削液の供給量を、杭挿入困難度の設定基準からの差に応じて増量する。杭挿入困難度が設定基準よりも低いときには、杭挿入困難度を評価したときの杭打ちにおける掘削液の供給量を基準として、その後の杭打ちにおける掘削液の供給量を、杭挿入困難度の設定基準からの差に応じて減量する。
【0042】
杭挿入促進手段の制御は、スラリー22に添加する分散剤による制御のみ、又は、掘削液の供給量による制御のみで行ってもよく、また、それらの制御を組み合わせて行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、杭打ち施工方法及び杭挿入困難度の評価方法の技術分野について有用である。
【符号の説明】
【0044】
10 オーガ
20 地盤
21 掘削孔
22 スラリー
23 杭
30 浮き
31 標
40 非接触変位計