JP5222226B2

JP5222226B2 - 摩擦杭の修復方法および杭基礎構造

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Publication number: JP5222226B2
Application number: JP2009120398A
Authority: JP
Inventors: 和彦千野
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP2010265735A

Description

本発明は、摩擦杭の修復方法および杭基礎構造に関する。

摩擦杭は、支持杭と比較して長期の沈下特性が不明な点が多い。そのため、摩擦杭により支持された構造物の不同沈下を抑制することを目的として、摩擦杭の周辺地盤全体に対して地盤改良を行う場合があった。

ところが、比較的軽量な構造物等に対して、広範囲に地盤改良を行うことは、工事費が高価となる原因となっていた。

特許文献１には、既存の構造物に対して不同沈下等が発生した場合に、摩擦杭と上部構造物との縁を切り、上部構造物をジャッキアップして所定の位置に戻すとともに、摩擦杭または地盤改良併用基礎構造等の新設の基礎構造物を構築する沈下修正工法が開示されている。

特許第２８１９４４７号公報

ところが、特許文献１に記載の沈下修正工法は、上部構造をジャッキアップする施工が大掛かりとなり、手間と費用を要していた。
また、杭基礎自体の修正は行わず、新たな基礎構造を構築するため、そのための手間と費用を要していた。

本発明は、摩擦杭に生じた傾きを簡易に修復することを可能とした摩擦杭の修復方法と、摩擦杭に傾きが生じた場合であっても簡易に修正することが可能な杭基礎構造を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の摩擦杭の修復方法は、上部構造を支持する摩擦杭に生じた傾きを修復する方法であって、上部構造と摩擦杭を分離する分離工程と、前記摩擦杭の杭頭部に反力板を設置する反力板設置工程と、前記反力板の直下であって、前記摩擦杭の一側方に薬液注入を行うとともに、前記摩擦杭の他側方に薬液注入を行い、前記摩擦杭を鉛直に戻す注入工程と、前記上部構造と前記摩擦杭を接合する接合工程と、を備えることを特徴としている。

かかる摩擦杭の修復方法によれば、簡易に摩擦杭の傾斜を修復できるため、不同沈下が生じた摩擦杭基礎構造物の修復を簡易かつ安価に行うことができる。

また、分離工程後であって前記注入工程の前に、前記摩擦杭の先端部の周辺地盤を緩める抵抗力低減化工程を含んでいれば、摩擦杭の修復をより簡易に行うことが可能となる。

また、前記注入工程後に、反力板の直下であって前記摩擦杭の他側方に薬液注入を行う補強注入工程を含んでいれば、修復後の摩擦杭が再び傾斜することを抑制することが可能となる。

また、前記注入工程後に、前記摩擦杭の周辺地盤に薬液注入を行うことで前記周辺地盤の地盤地耐力を増加させる緩み領域注入工程を含んでいれば、抵抗力低減化工程により緩められた地盤の緩みを無くし、鉛直抵抗力、水平抵抗力を確保することが可能となる。

また、本発明の杭基礎構造は、杭頭部にネジ切り加工が施されることにより第一ネジ部が形成された摩擦杭と、前記第一ネジ部に螺着された下部工側継手部材と、を備えていて、前記摩擦杭の杭頭部には、前記第一ネジ部の下方に反力板を設置するための第二ネジ部が形成されており、前記下部工側継手部材は、上部構造の支柱下端に設置された上部工側継手部材と着脱自在に連結され、前記第二ネジ部に固定された前記反力板を介して前記摩擦杭の周辺地盤に注入された注入材の圧力を前記摩擦杭に伝達することを特徴としている。

かかる杭基礎構造によれば、上部構造物との分離を容易に行うことが可能である。また、杭頭部の下部工側継手部材は着脱可能に設置されているため、摩擦杭の傾きの修復を行う際の反力板の着脱や、沈下修正後の上部構造物との連結作業等を簡易に行うことができる。

本発明の摩擦杭の修復方法によれば、摩擦杭基礎構造物が不同沈下した場合に簡易に修正することが可能となる。また、本発明の杭基礎構造によれば、摩擦杭が傾斜（沈下も含む）した場合であっても簡易に修正することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る杭基礎構造を備える構造物を示す側面図である。図１の杭基礎構造の詳細を示す図であって、（ａ）は拡大図、（ｂ）は分解斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の好適な実施の形態に係る摩擦杭の修復方法の各施工段階を模式的に示す断面図である。反力板を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）および（ｃ）は平面図である。（ａ）および（ｂ）は、薬液注入の一例を示す断面図である。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、図１に示すように、ソーラーシステム等の比較的軽量な上部構造２の基礎として用いられる基礎構造１とこの基礎構造１が備える摩擦杭１０の修復方法について説明する。

基礎構造１は、埋土層、沖積または洪積の砂質土層に形成されており、摩擦杭１０と、下部工側継手部材１２とを備えている。なお、基礎構造１が構築される地質条件は限定されるものではない。

摩擦杭１０は、上部構造２の支柱２０の直下に配置されており、上部構造２を支持している。
摩擦杭１０を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では、中空の鋼管により構成する。摩擦杭１０の杭頭部１１には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ネジ切り加工が施されて第一ネジ部１３が形成されており、下部工側継手部材１２の螺着が可能に構成されている。

また、図２（ａ）に示すように、摩擦杭１０の杭頭部であって、第一ネジ部１３の下方には、ネジ切り加工が施されて第二ネジ部１４が形成されており、反力板３（図４（ａ）参照）の設置が可能に構成されている。
なお、第一ネジ部１３と第二ネジ部１４とは連続して形成されていてもよい。

下部工側継手部材１２は、図２（ａ）に示すように、摩擦杭１０の杭頭部１１に固定されて、摩擦杭１０と支柱２０とを連結する部材である。

下部工側継手部材１２は、図２（ｂ）に示すように、板部１２ａと、板部１２ａの摩擦杭１０側面に形成された雌ネジ部１２ｂと、を備えて構成されている。

板部１２ａは、矩形状の鋼板であって、四角にボルト孔１２ｃ，１２ｃ，…が形成されている。なお、ボルト孔１２ｃの数や配置は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、板部１２ａの板厚や形状寸法も限定されるものではない。

雌ネジ部１２ｂは、内面にネジ加工が施された筒状の部材からなり、板部１２ａの下面（摩擦杭１０側面）に一体に固定されている。雌ネジ部１２ｂの構成は限定されるものではなく、例えば、板部１２ａに固定されたナットでもよく、適宜設定することが可能である。

下部工側継手部材１２は、摩擦杭１０の杭頭部１１を雌ネジ部１２ｂに挿入し、螺着することで、摩擦杭１０の上端に固定される。

下部工側継手部材１２は、板部１２ａの上面を上部構造２の支柱２０の下端に固定された上部工側継手部材２１の下面に突き合わせた状態でボルトＢとナットＮにより螺着することで、摩擦杭１０と支柱２０とを連結する。

なお、上部工側継手部材２１の構成は限定されるものではないが、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、板部２１ａと板部２１ａの上面（支柱２０側面）に形成された雌ネジ部２１ｂとにより構成されたものを使用する。

支柱２０の下端部には、ネジ切り加工が施されており、支柱２０の下端部を雌ネジ部２１ｂに螺着することで、上部工側継手部材２１が支柱２０に固定される。

板部２１ａは、矩形状の鋼板であって、下部工側継手部材１２のボルト孔１２ｃの位置に対応してボルト孔２１ｃ，２１ｃ，…が形成されている。なお、ボルト孔２１ｃは、現場にて形成してもよい。

摩擦杭１０に生じた傾きの修復方法は、分離工程と、抵抗力低減化工程と、反力板設置工程と、注入工程と、補強注入工程と、緩み領域注入工程と、接合工程と、を備えている。

分離工程は、上部構造２と摩擦杭１０とを分離する工程である。

上部構造２と摩擦杭１０との分離は、上部工側継手部材２１と下部工側継手部材１２との間に跨って螺着されたボルトＢとナットＮを取り外すことにより行う（図２（ａ）参照）。

本実施形態では、上部構造２を解体し、摩擦杭１０の修復後に再度上部構造２を形成するものとするが、上部構造２は、架設支保部材等により、仮支持しておいてもよい。

抵抗力低減化工程は、図３（ａ）に示すように、摩擦杭１０の先端部の周辺地盤を緩める工程である。

本実施形態では、傾斜した摩擦杭１０の先端部の周囲にウォータージェット工法により緩み領域Ｇａを形成し、摩擦杭１０に作用する水平抵抗力を低減させる。なお、緩み領域Ｇａの形成方法は、ウォータージェット工法によるものに限定されるものではなく、例えば、空堀工法により行ってもよい。

反力板設置工程は、図４（ａ）に示すように、摩擦杭１０の杭頭部１１に反力板３を設置する工程である。

反力板３の設置は、摩擦杭１０の杭頭部１１から下部工側継手部材１２を撤去された、第二ネジ部１４に固定ナット３２，３２を螺着することにより行う。

反力板３は、後記する注入工程において行われる薬液注入の注入圧を摩擦杭１０に伝達する板材である。反力板３の材質は限定されるものではないが、例えば鋼製板や鉄筋コンクリート板等により構成されていてもよい。

反力板３の形状は限定されるものではなく、例えば、円形（図４（ｂ）参照）や矩形（図４（ｃ）参照）であってもよい。

反力板３の中央には摩擦杭１０を挿通するための貫通孔３０が形成されている。反力板は図４（ａ）に示すように、摩擦杭１０を貫通孔３０に挿通させた状態で、上下の固定ナット３２，３２に把持されることにより摩擦杭１０の杭頭部１１に固定されている。

また、反力板３には、図４（ｂ）に示すように、注入管４０（図３（ｂ）参照）を挿通するための注入孔３１が複数形成されている。なお、注入孔３１は、注入工程における施工時に、摩擦杭１０の傾斜方向等に応じて現場にて形成してもよい。
注入孔３１の配置や数および形状寸法等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

注入工程は、図３（ｂ）に示すように、摩擦杭１０の側方に薬液注入を行う工程である。

摩擦杭１０の一側方側の薬液注入（以下、「押上注入４１」という場合がある。）は、反力板３の直下に行うものとする。このとき、注入管４１は、反力板３に形成された注入孔３１を挿通して、摩擦杭１０の周辺地盤に配置されている。

押上注入４１は、傾斜して低くなった摩擦杭１０の一側方側の杭頭部１１を、上方に押し上げる方向の圧力を作用させるものである。押上注入４１の圧力は、反力板３を介して摩擦杭１０に伝達される。これにより、摩擦杭１０には、傾斜を修復する方向の力が作用する。

摩擦杭１０の周辺地盤には、抵抗力低減化工程において緩み領域が形成されているため、押上注入４１の薬液注入が、緩み領域側に浸透（逸散）することで、反力板３に作用しない場合がある。この場合には、図５（ａ）に示すように、予め押上注入４１を行うべき領域の直下に対して薬液注入（反力注入４１’）を行っておく。そして、押上注入４１は、反力注入４１’と反力板３との間に行う。
これにより、押上注入４１は、図５（ｂ）に示すように、反力注入４１’に反力を取って、上方向の圧力を反力板３に作用させることが可能となる。

摩擦杭１０の他側方側の薬液注入（以下、「補助注入４２」という場合がある。）は、摩擦杭１０の先端部１５に対して行う。

補助注入４２は、傾斜した摩擦杭１０の先端部１５の側方に行うことで、摩擦杭１０の先端部１５に横方向に移動する圧力を作用させる。これにより、摩擦杭１０には、傾斜を修復する方向の力が作用する。

なお、補助注入４２が逸散するおそれがある場合には、補助注入４２を行うべき領域の側方（補助注入４２に隣接した領域であって、補助注入４２を挟んで摩擦杭１０の反対側）に反力注入４２’を行って、補助注入４２が反力注入４２’に反力を取って圧力を摩擦杭１０に作用させる構成としてもよい。

摩擦杭１０は、抵抗力低減化工程において、周囲に緩み領域Ｇａが形成されているため、先端部の横方向抵抗力および引き抜き抵抗力が低減されている。そのため、注入工程における押上注入４１による摩擦杭１０の杭頭部１１への上方向の圧力と、補助注入４２の杭先端部１５への横方向の圧力により、傾斜した摩擦杭１０を鉛直に近づけることができる。

ここで、薬液注入（押上注入４１および補助注入４２）に使用する薬液は限定されるものではないが、本実施形態では、水ガラス系の２液混合型の瞬結薬液を使用する。
薬液は、Ｂ液の種類やｐＨによりゲル化の時間や強度を設定することで、注入圧力を管理する。

また、瞬結型の薬液を使用することで、地盤に注入した薬液が逸散することを防止し、改良範囲を限定する。なお、改良範囲の高さ調整をする場合には、ｐＨを調整してゲル化に若干時間がかかる注入液を利用することも可能である。

本実施形態では、薬液注入（押上注入４１または補助注入４２）を摩擦杭１０の側方の４地点から行うものとし、各地点における注入圧や注入深さを調整することで、摩擦杭１０の傾斜を修復するものとする。
なお、薬液注入の箇所数や配置等は限定されるものではない。

補強注入工程は、図３（ｃ）に示すように、注入工程において摩擦杭１０の傾斜を修復した（鉛直に近づけた）後、反力板３の直下に、薬液注入（補強注入）４３，４３を行う工程である。

補強注入４３，４３により、反力板３直下の地盤が補強されるため、摩擦杭１０が再び傾斜（沈下）することが抑制される。
補強注入４３は、注入工程において使用した注入管４０を利用して行えばよい。

緩み領域注入工程は、図３（ｄ）に示すように、摩擦杭１０の周辺地盤に対して薬液注入を行うことで、地盤地耐力を増加させる工程である。

緩み領域注入工程は、抵抗力低減化工程におけるウォータージェット工法により水平抵抗力が低減された摩擦杭１０の周辺地盤（緩み領域Ｇａ）に対して薬液低圧浸透注入４４を行うことで、緩みをなくし、鉛直、水平抵抗力を確保する。また、緩み領域注入工程における注入効果によって、地盤地耐力が増加するため、施工後の摩擦杭１０の沈下を抑制する。

薬液低圧浸透注入４４は、摩擦杭１０の内部に注入管４０’を配管し、摩擦杭１０の先端から先端部周囲への注入を行う。また、摩擦杭１０の周辺地盤への注入は、注入工程や補強注入工程において使用した注入管４０を利用して行う。

薬液低圧浸透注入４４は、ダルシー則に従った浸透注入により間隙を残さずに改良する必要があるため、緩結タイプの溶液型の薬液を用いて行う。本実施形態では、Ａ液とＢ液との混合注入液を作成し、二重管ダブルパッカー方式でダルシー則の上限圧を超えないように管理しながら注入する。
事前に混合する１ショット方式とすることで、土中での材料分離を防止する。なお、薬液低圧浸透注入４４の方法および使用する材料は、限定されるものではない。

接合工程は、修復された摩擦杭１０に上部構造２の支柱２０を接続する工程である。

摩擦杭１０の位置に対応して、上部構造２の支柱２０の位置を調整した後、摩擦杭１０と支柱２０との接続を行う。
このとき、上部工側継手部材２１のボルト孔２１ｃを、必要に応じて、下部工側継手部材１２のボルト孔１２ｃの位置に対応して現場施工により形成し形成することで、摩擦杭１０の平面的な位置のずれを調整する。

以上、本実施形態の杭基礎構造および摩擦杭の修復方法によれば、傾斜した摩擦杭１０を簡易に修復することができるため、新たな基礎構造の構築や、大規模なジャッキアップ等の手間や費用を省略することが可能となる。そのため、不同沈下した構造物の修復を簡易かつ安価に行うことができる。

ここで、摩擦杭の地盤から決まる極限支持力Ｒｕは、Ｒｕ＝Ｕ・ΣＬ_ｉｆ_ｉで推定される（Ｕ：摩擦杭の周長、Ｌ_ｉ：周面摩擦力を考慮する層の層厚、ｆ_ｉ：周面摩擦力を考慮する層の最大周面摩擦力度）。したがって、摩擦杭の周長が短いほど、また、杭径が小さいほど極限支持力は小さくなる。また、上部構造物が軽量な場合には杭長は短いため、摩擦杭１本当たりの極限支持力は比較的小さい値となる。ゆえに、小規模（軽量）な構造物の摩擦杭１０の修復は、本実施形態の修復方法により行うことが可能である。

また、摩擦杭１０は、緩み領域注入工程において周辺地盤の地盤地耐力が増強されているため、修復後に再度傾斜することが防止されている。

また、補強注入工程の補強注入により、摩擦杭１０の沈下が抑制されているため、上部構造２の自重等により摩擦杭１０が沈下することが防止されている。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、本発明に係る杭基礎構造を備える構造物（上部構造）の構成は、前記のものに限定されるものではない。

また、前記実施形態では、抵抗力低減化工程において、摩擦杭の周囲に緩み領域を形成してから、摩擦杭の杭頭部に反力板を設置するものとしたが、反力板を設置してから緩み領域を形成してもよく、抵抗力低減化工程と反力板設置工程の施工順序は限定されるものではない。

また、補強注入工程、緩み領域注入工程は必要に応じて行えばよく、省略してもよい。また、補強注入工程または緩み領域注入工程のいずれか一方を行うものとしてもよい。

また、基礎構造と上部構造との接合構造は前記実施形態で示した構造に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

反力板は、接合工程において上部構造と基礎構造とを接合する際に撤去してもよいし、残置させておいてもよい。

１基礎構造（杭基礎構造）
１０摩擦杭
１１杭頭部
１２下部工側継手部材
２上部構造
２０支柱
２１上部工側継手部材
３反力板
４０注入管
４１押上注入（薬液注入）
４２補助注入（薬液注入）
４３補強注入（薬液注入）

Claims

上部構造を支持する摩擦杭に生じた傾きを修復する方法であって、
上部構造と摩擦杭を分離する分離工程と、
前記摩擦杭の杭頭部に反力板を設置する反力板設置工程と、
前記反力板の直下であって、前記摩擦杭の一側方に薬液注入を行うとともに、前記摩擦杭の他側方に薬液注入を行い、前記摩擦杭を鉛直に戻す注入工程と、
前記上部構造と前記摩擦杭を接合する接合工程と、を備えることを特徴とする摩擦杭の修復方法。
前記分離工程後であって前記注入工程の前に、前記摩擦杭の先端部の周辺地盤を緩める抵抗力低減化工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の摩擦杭の修復方法。
前記注入工程後に、反力板の直下であって前記摩擦杭の他側方に薬液注入を行う補強注入工程を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の摩擦杭の修復方法。
前記注入工程後に、前記摩擦杭の周辺地盤に薬液注入を行うことで前記周辺地盤の地盤地耐力を増加させる緩み領域注入工程を含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の摩擦杭の修復方法。
杭頭部にネジ切り加工が施されることにより第一ネジ部が形成された摩擦杭と、
前記第一ネジ部に螺着された下部工側継手部材と、を備える杭基礎構造であって、
前記摩擦杭の杭頭部には、前記第一ネジ部の下方に反力板を設置するための第二ネジ部が形成されており、
前記下部工側継手部材は、上部構造の支柱下端に設置された上部工側継手部材と着脱自在に連結され、
前記第二ネジ部に固定された前記反力板を介して前記摩擦杭の周辺地盤に注入された注入材の圧力を前記摩擦杭に伝達することを特徴とする、杭基礎構造。