JP3935473B2 - 先端プレロード場所打ち杭工法、及び杭先端プレロード装置 - Google Patents

Description

本発明は、場所打ちコンクリート杭の杭孔の底部の地盤（以下、「杭先端地盤」という。）に予め荷重（以下、「プレロード」という。）を付与して場所打ちコンクリート杭の沈下を抑制する先端プレロード場所打ち杭工法と、この工法に用いる杭先端プレロード装置に関するものである。

場所打ちコンクリート杭は、地盤中に地表から杭孔を削孔し、杭孔内に鉄筋等の補強部材を配設した後にコンクリートを打設して地中にコンクリート構造の杭を形成するものである。このため、工場で製作された杭を地中に打ち込む打込み杭に比べ、杭の径や長さを大きくすることができ、大きな支持力を必要とする基礎の場合等に有利であった。

しかし、場所打ちコンクリート杭は、下記の理由により、コンクリートを打設して杭を形成した後に杭上方から荷重をかけると、沈下を生じる。

（ａ）地中の地盤は上方に積層された土等の荷重により圧密されているが、杭孔を削孔すると杭の底部の地盤の応力が開放されるため緩みが生じる。

（ｂ）地下水が帯水した砂礫層を貫通して杭孔の削孔を行った場合に、地下水の噴出（ボイリング）が生じ、砂礫粒子が流出した部分が不均一に緩む。

（ｃ）杭孔の削孔は孔壁の崩落を防止するためにベントナイト等の粒子を混合させた水を杭孔内に満たしながら行うが、杭の先端となる杭孔の底部には地盤が削孔された微細な土粒子が沈澱した柔らかい不均質な部分（スライム部）が形成される。

（ｄ）杭孔が削孔される地盤自体が場所によって不均質であり、地盤強度にはバラツキがある。

杭が沈下すると、杭上部に設けられる構造物に過大な力が作用するなど悪影響を及ぼすため、従来は、設計上、場所打ちコンクリート杭の先端支持力を打込み杭の先端支持力よりも小さく評価していた。

また、場所打ちコンクリート杭の沈下を抑制する方法として、「先端パイル工法」が提案されているが、非常に高価である。

このため、杭底の杭先端地盤の支持力を簡易かつ低コストで増強する方法として、出願人は、杭先端部に注入袋体を配置した状態で上方にコンクリートを打設し、コンクリート硬化後に注入袋体内に注入材を注入させて注入袋体を杭先端から下方に向けて膨張させることにより杭先端地盤にプレロードを与え、杭先端地盤をあらかじめ圧縮させて以後の杭の沈下を抑制する工法（以下、「先端プレロード場所打ち杭工法」という。）を提案している（特許文献１参照）。

この先端プレロード場所打ち杭工法の応用例の一つとして、透水性を有するシート状素材を縫製した注入袋体を用いる工法（以下、「透水性注入袋型先端プレロード場所打ち杭工法」という。）がある。この透水性注入袋型先端プレロード場所打ち杭工法においては、杭頭部で注入圧力の管理を行っている。

しかし、上記した透水性注入袋型先端プレロード場所打ち杭工法においては、以下に述べるような改善すべき点があった。

（ｉ）注入袋体及び縫製部分から注入材が漏れやすい、という問題があった。

（ｉｉ）注入圧力の管理を行う注入技術者が各杭の杭頭部ごとに常駐しなければならず、施工現場での要員の効率的運用の観点から改善すべきであり、かつ人件費コストが増大するため施工コスト低減の観点から改善すべきである、という要請が高まった。
特開２００１−２１４４３８号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、注入袋体等からの注入材漏れが無く、かつ杭ごとの監視が不要な先端プレロード場所打ち杭工法、及び当該工法に用いる杭先端プレロード装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る先端プレロード場所打ち杭工法は、
場所打ちコンクリート杭のための杭孔を地盤に削孔する杭孔削孔工程と、
次いで、鉄筋カゴと、前記鉄筋カゴの下端に取り付けられた注入袋体を前記杭孔内に沈設し、前記注入袋体を前記杭孔の底部の杭先端地盤に対向するように設置する鉄筋カゴ・注入袋体沈設工程と、
次いで、前記杭孔内にコンクリートを打設して硬化させ前記地盤内に場所打ちコンクリート杭を形成するコンクリート打設工程と、
次いで、注入手段により前記注入袋体の内部に注入材を注入し、杭底へ向かう方向である杭底方向に前記注入袋体の底部を押圧させ、前記杭先端地盤にプレロードを載荷して前記杭先端地盤の支持力を増強させるとともに杭沈下量を低減させるプレロード工程を
有する先端プレロード場所打ち杭工法において、
前記注入袋体は、不透水性を有する袋体素材からなり、当該袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより形成され、
前記注入袋体は、その外側が袋体防護部材で被覆され、当該袋体防護部材は、不透水性を有するとともに表面が滑りやすい性質を有する内層用素材からなり前記注入袋体の外側に配置される内層防護部材と、不透水性を有するとともに破断強度の高い外層用素材からなり前記内層防護部材の外側に配置される外層防護部材を有すること
を特徴とする。

また、上記の先端プレロード場所打ち杭工法において、好ましくは、
前記注入手段は、注入ポンプと、前記注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、排出機に上端が接続される排出ホースと、前記注入袋体内に収容されるとともに前記注入袋体を貫通するように配置され前記注入ホースに注入端が接続されかつ前記排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を有し、
前記注入袋内管は、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させるとともに注入圧力が前記弁開圧力以下の場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させずかつ前記注入袋体内の注入材の前記注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を有する。

また、上記の先端プレロード場所打ち杭工法において、好ましくは、前記注入袋内管は硬質材料からなり流出孔を有し、ゴム系材料からなる管状の弾性管が前記注入袋内管の外側に前記流出孔を閉塞するように嵌め付けられることにより前記逆止弁が構成され、注入圧力が前記弁開圧力を越えた場合には前記注入材が前記流出孔から出て前記注入袋内管と前記弾性管の間を押し上げながら圧出して前記注入袋体の中へ注入される。

また、上記の先端プレロード場所打ち杭工法において、好ましくは、前記注入ホースが前記注入袋体に貫入する注入ホース貫入部と前記排出ホースが前記注入袋体から貫出する排出ホース貫出部には、前記注入袋体内の注入材の漏出を防止する注入材漏出防止部材が設置される。

また、本発明に係る杭先端プレロード装置は、
場所打ちコンクリート杭の鉄筋カゴの下端に取り付けられて杭孔内に沈設される注入袋体と、前記注入袋体の内部に注入材を注入する注入手段を備え、前記注入袋体に注入材を注入することにより前記杭底方向に前記注入袋体の底部を押圧させ前記杭先端地盤にプレロードを載荷して前記杭先端地盤の支持力を増強させるとともに杭沈下量を低減させる杭先端プレロード装置において、
前記注入袋体は、不透水性を有する袋体素材からなり、当該袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより形成され、
前記注入袋体は、その外側が袋体防護部材で被覆され、当該袋体防護部材は、不透水性を有するとともに表面が滑りやすい性質を有する内層用素材からなり前記注入袋体の外側に配置される内層防護部材と、不透水性を有するとともに破断強度の高い外層用素材からなり前記内層防護部材の外側に配置される外層防護部材を有すること
を特徴とする。

また、上記の杭先端プレロード装置において、好ましくは、
前記注入手段は、注入ポンプと、前記注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、排出機に上端が接続される排出ホースと、前記注入袋体内に収容されるとともに前記注入袋体を貫通するように配置され前記注入ホースに注入端が接続されかつ前記排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を有し、
前記注入袋内管は、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させるとともに注入圧力が前記弁開圧力以下の場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させずかつ前記注入袋体内の注入材の前記注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を有する。

また、上記の杭先端プレロード装置において、好ましくは、前記注入袋内管は硬質材料からなり流出孔を有し、ゴム系材料からなる管状の弾性管が前記注入袋内管の外側に前記流出孔を閉塞するように嵌め付けられることにより前記逆止弁が構成され、注入圧力が前記弁開圧力を越えた場合には前記注入材が前記流出孔から出て前記注入袋内管と前記弾性管の間を押し上げながら圧出して前記注入袋体の中へ注入される。

また、上記の杭先端プレロード装置において、好ましくは、前記注入ホースが前記注入袋体に貫入する注入ホース貫入部と前記排出ホースが前記注入袋体から貫出する排出ホース貫出部には、前記注入袋体内の注入材の漏出を防止する注入材漏出防止部材が設置される。

本発明に係る先端プレロード場所打ち杭工法及び杭先端プレロード装置によれば、場所打ちコンクリート杭のための杭孔を地盤に削孔する杭孔削孔工程と、次いで、鉄筋カゴと、前記鉄筋カゴの下端に取り付けられた注入袋体を前記杭孔内に沈設し、前記注入袋体を前記杭孔の底部の杭先端地盤に対向するように設置する鉄筋カゴ・注入袋体沈設工程と、次いで、前記杭孔内にコンクリートを打設して硬化させ前記地盤内に場所打ちコンクリート杭を形成するコンクリート打設工程と、次いで、注入手段により前記注入袋体の内部に注入材を注入し、杭底へ向かう方向である杭底方向に前記注入袋体の底部を押圧させ、前記杭先端地盤にプレロードを載荷して前記杭先端地盤の支持力を増強させるとともに杭沈下量を低減させるプレロード工程を有する先端プレロード場所打ち杭工法、及びこの工法に用いる杭先端プレロード装置において、前記注入袋体を、不透水性を有する袋体素材を用い、当該袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより形成するようにしたので、注入袋体から注入材が漏れることが防止されている。また、前記した注入手段を、注入ポンプと、前記注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、前記注入ポンプに上端が接続される排出ホースと、前記注入袋体内に収容されるとともに前記注入袋体を貫通するように配置され前記注入ホースに注入端が接続されかつ前記排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を備えて構成し、前記注入袋内管に、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させるとともに注入圧力が前記弁開圧力以下の場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させずかつ前記注入袋体内の注入材の前記注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を設けるようにしたので、注入圧力の管理を行う技術者を各杭の杭頭部ごとに常駐させる必要が無くなり、施工現場での要員の効率的運用を図ることが可能となり、かつ人件費コストを抑えて施工コストを低減させることができる、という顕著な効果を有している。

以下に説明する実施例は、不透水性の袋体素材を縫製を行わずに接着又は圧着若しくは熔着することにより注入袋体である注入バッグを形成し、かつ、注入手段として、注入ポンプと、注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、注入ポンプに上端が接続される排出ホースと、注入バッグ内に収容されるとともに注入バッグを貫通するように配置され注入ホースに注入端が接続されかつ排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を用い、注入袋内管に、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には注入材を注入バッグの中に流入させるとともに注入圧力が弁開圧力以下の場合には注入材を注入バッグの中に流入させずかつ注入バッグ内の注入材の注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を設けて構成したものであり、従来の先端プレロード場所打ち杭工法における杭先端プレロード装置の注入バッグと、注入ホース及び排出ホースの下端部に比較的簡易な変更を施すことによって容易に実施可能である。また、プレロードのための注入材の注入施工にあたっても、特別な装置や機構を必要とせず、従来と同じ注入プラント及び注入ポンプ等によりプレロード用注入を行うことができ、本発明を実現するための構成として最良の形態である。

以下、本発明の第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例である先端プレロード場所打ち杭工法と、この工法に用いる杭先端プレロード装置の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施例の先端プレロード場所打ち杭工法では、まず、場所打ちコンクリート杭のための杭孔１０を地盤に削孔する（図１（Ａ）参照。以下、この工程を「杭孔削孔工程」という。）杭孔１０の削孔は、杭孔側壁１０ａの崩落を防止するため、ベントナイト等の粒子を混合させた水（以下、「削孔用液体」という。）を杭孔１０内に満たしながら行う。この場合、杭の先端（下端）となる杭孔１０の底部１０ｂには、地盤が削孔された微細な土粒子が沈澱した柔らかい不均質な部分であるスライム部１０ｃが形成される。

次に、鉄筋カゴ１１を杭孔１０の外部で予め製作する。鉄筋カゴ１１は、長手方向に配置される複数の棒状の主鉄筋と、環状に配置される複数のフープ鉄筋（帯鉄筋）をナマシ鉄線で結束する等により、円筒カゴ状に組み立てられる。この鉄筋カゴ１１の下端に、後述する注入バッグ１とフレーム２を有する先端プレロードユニット１２を取り付け、先端プレロードユニット１２を下端に取り付けた鉄筋カゴ１１を、クレーン１３等によって吊り込み、杭孔１０内に沈設する。これにより、先端プレロードユニット１２を杭孔１０の底部１０ｂの杭先端地盤に対向するように設置する（図１（Ｂ）参照。以下、この工程を「鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程」という。）。なお、杭孔１０の底部１０ｂの上にはスライム部１０ｃが沈澱しているため、注入バッグ１は、スライム部１０ｃの上に載置され、杭孔１０の底部１０ｂの杭先端地盤に対向するように設置される。

ここで先端プレロードユニット１２について説明する。図２は、図１に示す杭先端プレロード装置１０１における先端プレロードユニット１２のさらに詳細な構成を示す図であり、図２（Ａ）は斜視図を、図２（Ｂ）は断面図を、それぞれ示している。また、図３は、図２に示す先端プレロードユニットにおける注入袋内管４とその近傍の注入バッグ１のさらに詳細な構成を示す図であり、図３（Ａ）は当該位置の断面図（注入袋内管４の長手方向に平行な縦断面図）を、図３（Ｂ）は注入袋内管４とゴムチューブ５の斜視図を、図３（Ｃ）は注入袋内管４とゴムチューブ５の弁開圧力以下の状態での断面図（注入袋内管４の長手方向に直角な横断面図）を、図３（Ｄ）は注入袋内管４とゴムチューブ５の弁開圧力を越えた状態での断面図（注入袋内管４の長手方向に直角な横断面図）を、それぞれ示している。また、図４は、図１に示す先端プレロード場所打ち杭工法の手順のうち、鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程の状況を示す図である。また、図５は、図１に示す先端プレロード場所打ち杭工法の手順のうち、プレロード工程の状況を示す概念図である。

図２に示すように、先端プレロードユニット１２は、注入バッグ１とフレーム２を有して構成されている。

注入バッグ１は、不透水性（止水性）と耐圧性と可撓性を有する材料がシート状に形成された袋体素材を用いて作製された中空の袋である。この場合、注入バッグ１は、上記した袋体素材を、接着剤による接着、又は加圧による圧着、若しくは加熱による熔着、加圧と加熱による加熱圧着等によって、袋状に形成され、縫製は用いられない。注入バッグ１を構成する材料としては、合成樹脂材料、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等のプラスチック、具体的には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミドなどが挙げられる。また、袋体素材としては、ゴム系材料（合成ゴムやエラストマー系材料等を含む）等も使用可能である。また、袋体素材としては、これらの材料からなるシート状部材、フィルム状部材、膜状部材等が挙げられる。注入バッグ１には、注入ホース１７ｂが貫入接続するための部分である注入ホース貫入部１ｅと、排出ホース１７ｃが貫出続するための部分である排出ホース貫出部１ｆが設けられている。この注入バッグ１は、特許請求の範囲における注入袋体に相当している。

フレーム２は、鋼を含む金属等の材料からなり、複数の環状部２ａと、環状部２ａを接合する複数の放射状部２ｂを有し、全体として笊（ザル）のような形状に形成されている。また、フレーム２は、鉄筋カゴ１１の下端と注入バッグ１との間に配置され、注入バッグ１は、鋼線等の固定具３によりフレーム２に固定される。

このような構成により、先端プレロードユニット１２の底部となる注入バッグ１の下部（底部１ａ及び側部１ｂ）は、杭孔底部１０ｂへ向かう方向（以下、「杭底方向」という。）に凸となるような形状、例えば椀状、半球状、回転放物面状、円錐台形状等に形成されている。このため、鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程において、先端プレロードユニット１２が杭孔１０内に沈設されるときの削孔用液体からの抵抗力（以下、「沈設時抵抗力」という。）を低減させることができる（図４参照）。

上記した鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程の後、予めコンクリートプラント（図示せず）で製造した流動状態の生コンクリート１５ａをコンクリートポンプ１４ａとコンクリート圧送管１４ｂ等を用いて杭孔１０内にコンクリートを打設し、硬化させる。これにより、地盤内に場所打ちコンクリート杭が形成される（図１（Ｃ）参照。以下、この工程を「コンクリート打設工程」という。）

次に、コンクリートが、１５ｂのように硬化して所定の強度を発現したことを確認した後、注入装置１７を用いて、先端プレロードユニット１２の注入バッグ１の内部に注入材Ｇを注入する。注入装置１７は、ミキサー１７ｍと、注入ポンプ１７ａと、注入ホース１７ｂと、排出ホース１７ｃと、注入袋内管４（図２（Ｂ）、図３を参照）と、排出機１７ｄと、バルブＢ１〜Ｂ４と、圧力センサＳ１及びＳ２を有している。

ミキサー１７ｍは、容器の内部に撹拌羽根等が設けられ、投入された材料（例えば、セメントと水と添加剤等）を練り混ぜ、注入材Ｇ（例えばセメントミルク）を生成し、注入ポンプ１７ａに送る。注入ポンプ１７ａは、流動状の注入材Ｇに圧力を付与して押し出し送出する公知のポンプであり、杭頭部付近の地上などに設置され、注入材Ｇを注入ホース１７ｂ中へ送り込む。注入材Ｇとしては、流動状で注入された後に硬化する物質が用いられ、上記したセメントミルクのほか、樹脂系注入材等が使用される。また、注入ホース１７ｂは、可撓性を有する材料、例えば合成ゴム、ゴム系材料等により形成された管状部材（パイプ）であり、図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）及び図３（Ａ）に示すように、その上端が注入ポンプ１７ａの出口に取り付けられ、その下端は、注入バッグ１の注入ホース貫入部１ｅから注入バッグ１内部に挿入され、注入袋内管４の一端４ａ（以下、「注入端」という。）に接続されている。

また、排出ホース１７ｃは、可撓性を有する材料、例えば合成ゴム、ゴム系材料等により形成された管状部材（パイプ）であり、図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）及び図３（Ａ）に示すように、その下端が注入バッグ１の排出ホース貫出部１ｆから注入バッグ１内部に挿入されて注入袋内管４の他端４ｂ（以下、「排出端」という。）に接続され、その上端は排出機１７ｄの入口に取り付けられている。なお、図４及び図５においては、排出ホース１７ｃの図示は省略されている。排出機１７ｄは、空気や流動状の注入材等を吸引可能な公知のポンプであり、杭頭部付近の地上などに設置される。

また、バルブＢ１及びＢ２は、アクチュエータ（図示せず）等により開閉制御可能な弁であり、注入ホース１７ｂ（例えば、圧力センサＳ１を挟む位置）に設置される。また、バルブＢ３及びＢ４は、アクチュエータ（図示せず）等により開閉制御可能な弁であり、排出ホース１７ｃ（例えば、圧力センサＳ２を挟む位置）に設置される。また、圧力センサＳ１は、注入ホース１７ｂの地上の杭頭部などに設置され、注入ホース１７ｂ内の圧力を検出する。また、圧力センサＳ２は、排出ホース１７ｃの地上の杭頭部などに設置され、排出ホース１７ｃ内の圧力を検出する。

上記のような注入装置１７を用い、例えば、まず、バルブＢ１〜Ｂ４を開放して注入ポンプ１７ａから注入材Ｇを送出するとともに、排出機１７ｄにより吸引を行うことにより、注入材Ｇは注入ホース１７ｂ及び注入袋内管４及び排出ホース１７ｃ内の空気を排出しながら杭先端の注入袋内管４を経て排出機１７ｄにまで到達する。その後、バルブＢ４を閉塞し、この状態で注入ポンプ１７ａから注入材Ｇを送出すれば、注入袋内管４の中の注入材Ｇの圧力（注入圧力）は上昇する。この注入圧力の状況は、圧力センサＳ１及びＳ２を杭頭部側で監視することにより把握することができる。

第１実施例の場合、注入袋内管４は、硬質材料、例えば、鋼、アルミニウム合金等の金属材料、合成樹脂材料、セラミックス材料等からなる管状部材である。注入袋内管４の側部には、流出孔４ｃが設けられている。この流出孔４ｃの付近には、ゴム系材料（例えば合成ゴム）からなる管状のゴムチューブ５が、注入袋内管４の外側に、流出孔４ｃを閉塞するように嵌め付けられている。例えば、ゴムチューブ５の内径を、注入袋内管４の外径よりも小さく設定しておき、ゴムチューブ５を注入袋内管４に嵌合させることにより、この状態にすることができる。この場合、ゴムチューブ５の長さは、注入袋内管４の長さよりも短くなるように設定されている。これは、後述する逆止弁機能を発揮させやすくするためである。

上記のような構成により、注入袋内管４の内部の注入材Ｇの注入圧力が、所定値（以下、「弁開圧力」という。）以下の場合には、図３（Ｃ）に示すように、注入袋内管４の内部の注入材Ｇはゴムチューブ５によって流出が阻止されている。しかし、注入袋内管４の内部の注入材Ｇの注入圧力が、弁開圧力を越えた場合には、図３（Ｄ）に示すように、注入材Ｇが流出孔４ｃの外側のゴムチューブ５を押し上げて出た後、さらに注入袋内管４とゴムチューブ５の間を押し上げながら注入袋内管４の外部へ圧出し、ゴムチューブ５の端から注入バッグ１の中へ流入する。このようにして、注入バッグ１への注入材Ｇの注入が行われる。この後、注入圧力が前記の弁開圧力以下に下がった場合には、ゴム系材料の弾性力によりゴムチューブ５が流出孔４ｃに再び密着して閉塞するため、注入バッグ１の中に注入された注入材Ｇは、流出孔４ｃに密着して閉塞するゴムチューブ５に阻まれて注入袋内管４へ逆流することはできない。すなわち、ゴムチューブ５と流出孔４ｃは、特許請求の範囲における逆止弁を構成している。また、ゴムチューブ５は、特許請求の範囲における弾性管に相当している。

上記のようにして、先端プレロードユニット１２の注入バッグ１の内部に注入材Ｇが注入される。これにより、注入バッグ１の底部１ａが杭底方向に押圧され、杭先端地盤にプレロードが載荷される。これに伴い、杭先端地盤の支持力が増強されるとともに杭沈下量が低減する（図１（Ｄ）参照）。以下、この工程を「プレロード工程」という。ここに、注入装置１７は、特許請求の範囲における注入手段を構成している。

上記のプレロード工程においては、地上の注入技術者は、注入ホース１７ｂ内の注入圧力を圧力センサＳ１によって監視するとともに、排出ホース１７ｃ内の注入圧力を圧力センサＳ２によって監視することができる。この際、注入圧力が弁開圧力の値を越えれば、ゴムチューブ５と流出孔４ｃの上記の複合作用により、注入バッグ１内への注入材Ｇの注入が自動的に行われることになるから、地上の注入技術者は、各杭の杭頭部ごとに常駐する必要は無く、各圧力センサからの検出値を現場の所定箇所に設置した注入管理装置などで集中して監視するだけでよい。

また、注入バッグ１においては、注入ホース１７ｂが注入バッグ１に貫入する注入ホース貫入部１ｅと、排出ホース１７ｃが注入バッグ１から貫出する排出ホース貫出部１ｆには、注入材漏出防止用パッキング部材６ａ、６ｂが取り付けられる（図３（Ａ）参照）。これにより、高い注入圧力が作用しても、注入材Ｇが注入バッグ１の外部に漏れることが防止される。

また、上記した鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程においては、注入バッグ１の中の空気は、別の排気装置（図示せず）等によって抜かれており、注入バッグ１は、縮んで厚みの薄い状態となっている。

上記のプレロード工程により、杭先端地盤が圧縮される。その後、この状態を維持しつつ時間の経過により注入バッグ１内の注入材Ｇが硬化する。注入材Ｇの硬化後、杭の上部に構造物を建設し、上部構造物からの荷重を杭に作用させても、杭先端地盤はプレロードによりあらかじめ圧縮されているため、杭の沈下が抑制される。

また、フレーム２は、図５（Ｂ）に示すように、例えば放射状部２ｂ等に、穴又は切欠部若しくは断面減少部等による断面弱化部２１が形成されており、この断面弱化部２１で塑性変形可能に構成されている。このため、鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程により、先端プレロードユニット１２が杭孔１０の底部１０ｂの杭先端地盤に着底した際に、杭の長軸の方向Ｄ１（以下、「杭軸方向」という。）の力がフレーム２に作用すると、フレーム２の例えば放射状部２ｂ等は図５（Ｂ）において２ｂ´で示すように変形する。

これにより、フレーム２の全体は、図５（Ａ）に示すように杭軸方向Ｄ１につぶれるように変形する。このようなフレーム２の「つぶれ変形」を起こすことにより、杭孔１０の深さが施工誤差等により設計値から変動し、杭孔が設計値より浅くなっても、それに応じて先端プレロードユニット１２の高さ調整が可能となる。また、注入バッグ１に注入材Ｇが注入された場合に、杭孔１０の内壁１０ａへ向かう方向Ｄ２（以下、「杭壁方向」という。）へも注入バッグ１の底部が押圧を行い、杭先端地盤の側方にもプレロードが載荷される（図５（Ａ）参照）。

また、フレーム２がつぶれ変形を起こし、注入バッグ１の側部が杭孔１０の内壁１０ａへ押し付けられるため、杭コンクリート１５ａの打設時に、打設された流動状態のコンクリート１５ａが注入バッグ１の上部に回り込むことがなく、硬化したコンクリートにより杭底１０ｂの地盤にプレロードを与えることが阻まれる、という問題は発生せず、注入バッグ１の膨張力をそのまま杭先端地盤１０ｂへのプレロードの載荷に当てることができる、という利点も有している。

なお、フレーム２は、断面弱化部（２１等）を設けなくても、単に鋼材等の金属材料で作製するだけでも、塑性変形可能に構成することができる。

本発明は、上記した第１実施例以外の他の構成によっても実現可能である。図６は、本発明の第２実施例である先端プレロード場所打ち杭工法に用いる杭先端プレロード装置１０２における先端プレロードユニット１２Ａの構成とその作用を示す図である。

この第２実施例の先端プレロードユニット１２Ａの特徴は、第１実施例の注入バッグ１の外側が内層防護部材７で被覆され、内層防護部材７の外側が外層防護部材８で被覆されている点である。その他の構成及び作用については、第１実施例の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。

内層防護部材７は、不透水性を有するとともに表面が滑りやすい性質を有する内層用素材、例えばシート状プラスチックにより作製された袋状の部材である。内層防護部材７は、注入バッグ１が最大に膨満した場合の形状及び寸法よりも大きな形状及び寸法となっており、注入バッグ１が最大に膨満した場合でも、注入バッグ１を拘束することがないように設計されている。また、注入バッグ１の注入ホース貫入部１ｅに対応する内層防護部材７の箇所には、注入ホース挿通口７ｅが設けられ、ここから内外の空気が出入可能となっている。また、注入バッグ１の排出ホース貫出部１ｆに対応する内層防護部材７の箇所には、排出ホース挿通口７ｆが設けられ、ここから内外の空気が出入可能となっている。

また、外層防護部材８は、不透水性を有するとともに破断強度の高い外層用素材、例えば内層防護部材７の場合よりも厚いシート状プラスチックにより作製された袋状の部材である。外層防護部材８は、注入バッグ１が最大に膨満した場合の内層防護部材７の形状及び寸法よりも大きな形状及び寸法となっており、注入バッグ１が最大に膨満した場合でも、注入バッグ１及び内層防護部材７を拘束することがないように設計されている。また、注入バッグ１の注入ホース貫入部１ｅに対応する外層防護部材８の箇所には、注入ホース挿通口８ｅが設けられ、ここから内外の空気が出入可能となっている。また、注入バッグ１の排出ホース貫出部１ｆに対応する外層防護部材８の箇所には、排出ホース挿通口８ｆが設けられ、ここから内外の空気が出入可能となっている。

上記のような構成により、注入バッグ１が膨張した場合、内層防護部材７は、注入バッグ１を防護するとともに、注入バッグ１の膨張状態に合わせて膨張する。この際、内層防護部材７の表面は滑りやすい性質を有しているため、注入バッグ１と内層防護部材７の内面との間の摩擦抵抗は小さく、内層防護部材７の外面と外層防護部材８の内面との間の摩擦抵抗も小さい。これにより、内層防護部材７は、注入バッグ１の膨張に容易に追随し、外層防護部材８の内部において注入バッグ１と同様に支障なく膨張することができる。また、外層防護部材８も、注入バッグ１の膨張状態に合わせて膨張するが、厚手の材質であるため破断強度が高く、杭底付近に尖った隅角部を有するレキなどが存在しても、内部の注入バッグ１の損傷を防止することができる。上記において、内層防護部材７と外層防護部材８は、特許請求の範囲における袋体防護部材を構成している。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではない。上記各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記各実施例では、杭孔１０の削孔工程において、杭孔側壁の崩落防止の手段としてベントナイト等の粒子を混合させた削孔用液体を用いる例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の方法による杭孔削孔工程、例えば、杭孔側壁の崩落防止の手段としてケーシングチューブを用いる杭孔削孔工程、杭孔側壁の崩落防止の手段として静水圧を利用する杭孔削孔工程等であってもよい。また、杭孔削孔工程によっては、杭孔の底部にスライム部が形成されない場合があり、この場合には、先端プレロードユニットは杭孔底部の上に直接設置されることになる。

また、上記した第１実施例においては、不透水性の袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより注入バッグ１を形成し、かつ、注入手段として、注入ポンプ１７ａと、注入ポンプ１７ａに上端が接続される注入ホース１７ｂと、注入ポンプ１７ａに上端が接続される排出ホース１７ｃと、注入バッグ１内に収容されるとともに注入バッグ１を貫通するように配置され注入ホース１７ｂに注入端４ａが接続されかつ排出ホース１７ｃに排出端４ｂが接続される注入袋内管４を用い、注入袋内管４に流出孔４ｃを設けるとともにゴムチューブ５を嵌め付け、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には注入材Ｇを注入バッグ１の中に流入させるとともに注入圧力が弁開圧力以下の場合には注入材Ｇを注入バッグ１の中に流入させずかつ注入バッグ１内の注入材Ｇの注入袋内管４への逆流を阻止する構成について説明をしたが、本発明はこの例には限定されない。本発明は、不透水性の袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより注入バッグ１を形成することのみで構成されてもよい。

本発明は、構造物や建築物の基礎として場所打ちコンクリート杭を施工する建設業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。また、杭先端プレロード装置のための注入袋体及び注入袋内管、又は袋体防護部材は、プラスチック製品や金属製品等を製造するプラスチック工業又は金属工業において製造することができ、これらの産業で利用可能である。

本発明の第１実施例である先端プレロード場所打ち杭工法と、この工法に用いる杭先端プレロード装置の構成を示す図である。 図１に示す杭先端プレロード装置における先端プレロードユニットのさらに詳細な構成を示す図である。 図２に示す先端プレロードユニットにおける注入袋内管とその近傍の注入バッグのさらに詳細な構成を示す図である。 図１に示す先端プレロード場所打ち杭工法の手順のうち、鉄筋カゴ・注入バッグ沈設工程の状況を示す図である。 図１に示す先端プレロード場所打ち杭工法の手順のうち、プレロード工程の状況を示す概念図である。 本発明の第２実施例である先端プレロード場所打ち杭工法に用いる杭先端プレロード装置における先端プレロードユニットの構成とその作用を示す図である。

符号の説明

１ 注入バッグ
１ａ 底部
１ｂ 側部
１ｃ 上部
１ｅ 注入ホース貫入部
１ｆ 排出ホース貫出部
２ フレーム
２ａ 環状部
２ｂ、２ｂ´ 放射状部
３ 固定具
４ 注入袋内管
４ａ 注入端
４ｂ 排出端
４ｃ 流出孔
５ ゴムチューブ
６ａ、６ｂ 注入材漏出防止用パッキング部材
７ 内層防護部材
７ｅ 注入ホース挿通口
７ｆ 排出ホース挿通口
８ 外層防護部材
８ｅ 注入ホース挿通口
８ｆ 排出ホース挿通口
１０ 杭孔
１０ａ 杭孔側壁
１０ｂ 杭孔底部
１０ｃ スライム部
１１ 鉄筋カゴ
１２ 先端プレロードユニット
１３ クレーン
１４ａ コンクリートポンプ
１４ｂ コンクリート圧送管
１５ａ 生コンクリート
１５ｂ 硬化後コンクリート
１７ 注入装置
１７ａ 注入ポンプ
１７ｂ 注入ホース
１７ｃ 排出ホース
１７ｄ 排出機
１７ｍ ミキサー
２１ 断面弱化部
１０１、１０２ 杭先端プレロード装置
Ｂ１〜Ｂ４ バルブ
Ｄ１ 杭底方向
Ｄ２ 杭壁方向
Ｇ 注入材
Ｓ１、Ｓ２ 圧力センサ

Claims (8)

1. 場所打ちコンクリート杭のための杭孔を地盤に削孔する杭孔削孔工程と、
   次いで、鉄筋カゴと、前記鉄筋カゴの下端に取り付けられた注入袋体を前記杭孔内に沈設し、前記注入袋体を前記杭孔の底部の杭先端地盤に対向するように設置する鉄筋カゴ・注入袋体沈設工程と、
   次いで、前記杭孔内にコンクリートを打設して硬化させ前記地盤内に場所打ちコンクリート杭を形成するコンクリート打設工程と、
   次いで、注入手段により前記注入袋体の内部に注入材を注入し、杭底へ向かう方向である杭底方向に前記注入袋体の底部を押圧させ、前記杭先端地盤にプレロードを載荷して前記杭先端地盤の支持力を増強させるとともに杭沈下量を低減させるプレロード工程を
   有する先端プレロード場所打ち杭工法において、
   前記注入袋体は、不透水性を有する袋体素材からなり、当該袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより形成され、
   前記注入袋体は、その外側が袋体防護部材で被覆され、当該袋体防護部材は、不透水性を有するとともに表面が滑りやすい性質を有する内層用素材からなり前記注入袋体の外側に配置される内層防護部材と、不透水性を有するとともに破断強度の高い外層用素材からなり前記内層防護部材の外側に配置される外層防護部材を有すること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
2. 請求項１記載の先端プレロード場所打ち杭工法において、
   前記注入手段は、注入ポンプと、前記注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、排出機に上端が接続される排出ホースと、前記注入袋体内に収容されるとともに前記注入袋体を貫通するように配置され前記注入ホースに注入端が接続されかつ前記排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を有し、
   前記注入袋内管は、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させるとともに注入圧力が前記弁開圧力以下の場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させずかつ前記注入袋体内の注入材の前記注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を有すること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
3. 請求項２記載の先端プレロード場所打ち杭工法において、
   前記注入袋内管は硬質材料からなり流出孔を有し、ゴム系材料からなる管状の弾性管が前記注入袋内管の外側に前記流出孔を閉塞するように嵌め付けられることにより前記逆止弁が構成され、注入圧力が前記弁開圧力を越えた場合には前記注入材が前記流出孔から出て前記注入袋内管と前記弾性管の間を押し上げながら圧出して前記注入袋体の中へ注入されること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
4. 請求項２記載の先端プレロード場所打ち杭工法において、
   前記注入ホースが前記注入袋体に貫入する注入ホース貫入部と前記排出ホースが前記注入袋体から貫出する排出ホース貫出部には、前記注入袋体内の注入材の漏出を防止する注入材漏出防止部材が設置されること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
5. 場所打ちコンクリート杭の鉄筋カゴの下端に取り付けられて杭孔内に沈設される注入袋体と、前記注入袋体の内部に注入材を注入する注入手段を備え、前記注入袋体に注入材を注入することにより前記杭底方向に前記注入袋体の底部を押圧させ前記杭先端地盤にプレロードを載荷して前記杭先端地盤の支持力を増強させるとともに杭沈下量を低減させる杭先端プレロード装置において、
   前記注入袋体は、不透水性を有する袋体素材からなり、当該袋体素材を接着又は圧着若しくは熔着することにより形成され、
   前記注入袋体は、その外側が袋体防護部材で被覆され、当該袋体防護部材は、不透水性を有するとともに表面が滑りやすい性質を有する内層用素材からなり前記注入袋体の外側に配置される内層防護部材と、不透水性を有するとともに破断強度の高い外層用素材からなり前記内層防護部材の外側に配置される外層防護部材を有すること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。
6. 請求項５記載の杭先端プレロード装置において、
   前記注入手段は、注入ポンプと、前記注入ポンプに上端が接続される注入ホースと、排出機に上端が接続される排出ホースと、前記注入袋体内に収容されるとともに前記注入袋体を貫通するように配置され前記注入ホースに注入端が接続されかつ前記排出ホースに排出端が接続される注入袋内管を有し、
   前記注入袋内管は、所定の圧力である弁開圧力を越える注入圧力が作用した場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させるとともに注入圧力が前記弁開圧力以下の場合には前記注入材を前記注入袋体の中に流入させずかつ前記注入袋体内の注入材の前記注入袋内管への逆流を阻止する逆止弁を有すること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。
7. 請求項６記載の杭先端プレロード装置において、
   前記注入袋内管は硬質材料からなり流出孔を有し、ゴム系材料からなる管状の弾性管が前記注入袋内管の外側に前記流出孔を閉塞するように嵌め付けられることにより前記逆止弁が構成され、注入圧力が前記弁開圧力を越えた場合には前記注入材が前記流出孔から出て前記注入袋内管と前記弾性管の間を押し上げながら圧出して前記注入袋体の中へ注入されること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。
8. 請求項６記載の杭先端プレロード装置において、
   前記注入ホースが前記注入袋体に貫入する注入ホース貫入部と前記排出ホースが前記注入袋体から貫出する排出ホース貫出部には、前記注入袋体内の注入材の漏出を防止する注入材漏出防止部材が設置されること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。

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