JP3935474B2 - 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）。

しかし、上記した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。

すなわち、注入袋体内に注入材を注入させる際には、注入ポンプから略鉛下方に延びる注入ホースの下端を、注入開始前には略水平方向に展開する面状となっている注入袋体の端部の注入口に単に接続しただけであり、注入材は、略水平面状の注入袋体に対して略直角となる略鉛直方向から流入してくる。また、先端プレロード場所打ち杭工法では、注入袋体が杭先端地盤と杭コンクリート下端との間に隙間無く密着して設置されている。このため、注入袋体における注入口の下方が閉塞されたと同様な状態となっており、注入材が注入袋体の内部へ入っていかず、注入圧力のみが作用するという現象が生じている。これに伴い、注入口付近では、注入材の「詰まり」が発生したり、応力集中によって注入袋体のシート等が破れる、といった問題が生じていた。
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、注入袋体の注入口付近で注入材を略水平方向に流すことができる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、注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有する注入手段により、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、
前記注入口部材は、
略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を有し、
前記水平吐出部は、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部であること
を特徴とする。

また、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、注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有する注入手段により、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、
前記注入口部材は、
略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を有し、
前記水平吐出部は、上端開放で下端閉塞の中空円筒状で少なくとも１個の連通口を有する中心管と、前記中心管の円筒側面の連通口と一端が連通するように少なくとも１個略水平方向に突設され両端開放の中空円筒状で外部に開放された他端が流出孔となる放射状水平管を有する水平吐出管部であること
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、前記鉛直管部の外側面に、凹凸部を形成し、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高める。

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、
注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有し、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、
前記注入口部材は、
略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を
有し、
前記水平吐出部は、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部であること
を特徴とする。

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、
注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有し、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、
前記注入口部材は、
略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を
有し、
前記水平吐出部は、上端開放で下端閉塞の中空円筒状で少なくとも１個の連通口を有する中心管と、前記中心管の円筒側面の連通口と一端が連通するように少なくとも１個略水平方向に突設され両端開放の中空円筒状で外部に開放された他端が流出孔となる放射状水平管を有する水平吐出管部であること
を特徴とする。

上記の杭先端プレロード装置において、好ましくは、前記鉛直管部の外側面に、凹凸部を形成し、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高める。

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、注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有する注入手段により、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、前記注入口部材を、略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部を設けて構成したので、注入袋体の注入口付近で注入材を略水平方向に流すことができるため、注入材を注入袋体内へ円滑に流入させることができ、詰まりや過大な力による注入袋体の破断等が防止される、という効果を有している。また、さらに、前記鉛直管部の外側面に凹凸部を形成することにより、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高めることができる、という効果を有している。

以下に説明する実施例は、注入口部材を、略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部を設けて構成し、かつ、鉛直管部の外側面に凹凸部を形成し、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高めたものであり、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ホースの下端部に注入口部材を設置するという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口部材とその近傍の注入バッグ及び注入ホースのさらに詳細な構成を示す図であり、図３（Ａ）は注入口部材の斜視図を、図３（Ｂ）は当該位置での断面図（注入ホース１７ｂの長手方向に平行な縦断面図）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、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、注入口部材４を取り付けるための部分である注入側開口１ｅと、排出口部材５を取り付けるための部分である排出側開口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、注入口部材４（図２（Ｂ）、図３を参照）と、排出口部材５（図２（Ｂ）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（Ｂ）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、注入口部材４の一端４ｄ（以下、「注入ホース接続端」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）に示すように、その下端が排出口部材５の上端に接続され、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及び注入口部材４及び注入バッグ１及び排出口部材５及び排出ホース１７ｃ内の空気を排出しながら排出機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、注入バッグ１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、注入口部材４は、硬質材料、例えば、鋼、アルミニウム合金等の金属材料、硬質合成樹脂材料、セラミックス材料、陶磁材料等からなる管状部材である。また、注入口部材４は、鉛直管部４ａと水平吐出盤部４ｂを有している。

鉛直管部４ａは、両端が開放された円管状に形成され、略鉛直方向に延びるように配置される。この鉛直管部４ａの上端である注入ホース接続端４ｄは、短い円管状のホース取付金具７と取付ボルト８により、注入ホース１７ｂの下端に接続されている。

また、水平吐出盤部４ｂは、高さの低い中空円筒状に形成されている。この水平吐出盤部４ｂの円筒側面には、流出孔４ｃが開設されている。また、水平吐出盤部４ｂの上端面の略中央に、鉛直管部４ａの下端が接合されている。鉛直管部４ａと水平吐出盤部４ｂの接合は、水平吐出盤部４ｂの上端面の略中央に開設され、その内壁面に雌ネジが形成された雌ネジ穴４ｈと、鉛直管部４ａの下端の外周面に形成された雄ネジ部４ｇとの螺合によって行われる。

また、鉛直管部４ａの下端と上端の中間位置の外周面には、バッグ取付凹部４ｅが形成されている。バッグ取付凹部４ｅは、略円環状の溝である。このバッグ取付凹部４ｅは、注入材漏出防止用パッキング部材６を介して注入バッグ１の注入側開口１ｅに取り付けられる。

また、鉛直管部４ａの上部付近の外側面には、凹凸部４ｆが形成されている。凹凸部４ｆは、略円環状の凸部と溝が交互に複数個並べられることにより、形成されている。この凹凸部４ｆは、コンクリート中で異形鉄筋と同様の作用を発揮し、杭底付近の杭コンクリートＣと鉛直管部４ａの付着性能が高めている。注入バッグ１に注入材が注入された後、注入バッグ１の膨張に伴い、杭コンクリートＣ中に埋め込まれた鉛直管部４ａを引き抜こうとする力が作用するが、このような場合でも、凹凸部４ｆによって高められた付着力が注入バッグ１の膨満に伴う引き抜き力に十分抵抗する。また、排出口部材５も、上記した注入口部材４と同様の構成を有している。

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。この際、側部のみに流出孔４ｃを有する注入口部材４を設けたことにより、注入バッグ１の注入口付近で注入材Ｇをつねに略水平方向に流すことができる。このため、注入材Ｇを注入バッグ１内へ円滑に流入させることができ、「詰まり」や過大な力による注入バッグ１の破断等が防止することができる。

上記のようにして、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。また、注入口部材４の水平吐出盤部４ｂは、特許請求の範囲における水平吐出部に相当している。

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。

また、注入バッグ１においては、注入側開口１ｅには、注入材漏出防止用パッキング部材６が取り付けられる（図３（Ｂ）参照）。注入材漏出防止用パッキング部材６は、平ワッシャー状部材の中央開口付近に、下方に突出する部分が接合された形状となっている。図示はしていないが、排出側開口１ｆにおいても同様である。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の外部に漏れないようになっている。

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と、この工法に用いる杭先端プレロード装置１０２の注入装置１７´における先端プレロードユニット１２´における注入口部材４´のさらに詳細な構成を示す斜視図である。

図６に示すように、第２実施例の注入口部材４´は、硬質材料、例えば、鋼、アルミニウム合金等の金属材料、硬質合成樹脂材料、セラミックス材料、陶磁材料等からなる管状部材である。また、注入口部材４´は、鉛直管部４ａと水平吐出管部４ｂ´を有している。第２実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例の場合の水平吐出盤部４ｂ´とは異なる水平吐出管部４ｂ´を有している点であり、他の要素の構成と作用については第１実施例の場合と同様であるので、その説明は省略する。

また、水平吐出管部４ｂ´は、高さの低い上端が開放され下端が閉塞された中空円筒状の中心管４ｂ´０と、中心管４ｂ´０の円筒側面に中心管４ｂ´０の中心角９０度ごとに略水平方向に放射状に突出するように設けられた４本の両端開放の中空円筒状の放射状水平管４ｂ´１〜４ｂ´４を有している。この中心管４ｂ´０の円筒側面には、中心角９０度ごとに４個の連通口４ｃ´２１〜４ｃ´２４が開設されている。

この連通口４ｃ´２１と放射状水平管４ｂ´１の一方の開口は連通しており、放射状水平管４ｂ´１の他方の開口は外部の注入バッグ１の中に開放した流出孔４ｃ´１１となっている。また、同様に、連通口４ｃ´２２と放射状水平管４ｂ´２の一方の開口は連通しており、放射状水平管４ｂ´２の他方の開口は外部の注入バッグ１の中に開放した流出孔４ｃ´１２となっている。また、同様に、連通口４ｃ´２３と放射状水平管４ｂ´３の一方の開口は連通しており、放射状水平管４ｂ´３の他方の開口は外部の注入バッグ１の中に開放した流出孔４ｃ´１３となっている。また、同様に、連通口４ｃ´２４と放射状水平管４ｂ´４の一方の開口は連通しており、放射状水平管４ｂ´４の他方の開口は外部の注入バッグ１の中に開放した流出孔４ｃ´１４となっている。

また、水平吐出管部４ｂ´の中心管４ｂ´０の上端面の略中央に、鉛直管部４ａの下端が接合されている。鉛直管部４ａと中心管４ｂ´０の接合は、中心管４ｂ´０の上端面の略中央に開設され、その内壁面に雌ネジが形成された雌ネジ穴（図示せず）と、鉛直管部４ａの下端の外周面に形成された雄ネジ部（図示せず）との螺合によって行われる。

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。この際、側部のみに流出孔４ｃ´１１〜４ｃ´１４を有する注入口部材４´を設けたことにより、注入バッグ１の注入口付近で注入材Ｇをつねに略水平方向に流すことができる。このため、注入材Ｇを注入バッグ１内へ円滑に流入させることができ、「詰まり」や過大な力による注入バッグ１の破断等が防止することができる。

上記の第２実施例において注入装置１７´は、特許請求の範囲における注入手段を構成している。また、注入口部材４´の水平吐出管部４ｂ´は、特許請求の範囲における水平吐出部に相当している。

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、注入口部材４を、略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホース１７ｂの下端に接続される鉛直管部４ａと、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔４ｃが開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部４ａの下端に接続する水平吐出盤部４ｂを設けて構成し、かつ、鉛直管部４ａの外側面に凹凸部４ｆを形成し、杭底付近の杭コンクリートＣとの付着性能を高めた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、上記の注入口部材４において凹凸部４ｆを設けない構成でも実施可能である。

また、上記した第１実施例においては、注入口部材４の鉛直管部４ａと水平吐出盤部４ｂの接合が、鉛直管部４ａの側の雄ネジと水平吐出盤部４ｂの側の雌ネジの螺合によって行われる例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。他の構成、例えば、鉛直管部４ａの側の雌ネジと水平吐出盤部４ｂの側の雄ネジの螺合による接合であってもよい。あるいは、溶接による接合、接着剤による接合であってもよい。さらに、鋳物、金型を用いた射出成形によるプラスチック等により、注入口部材４の全体を一体として製作してもよい。

また、上記した第２実施例においても、注入口部材４´の鉛直管部４ａと水平吐出管部４ｂ´の接合が、鉛直管部４ａの側の雄ネジと水平吐出管部４ｂ´の中心管４ｂ´０の側の雌ネジの螺合によって行われる例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。他の構成、例えば、鉛直管部４ａの側の雌ネジと中心管４ｂ´０の側の雄ネジの螺合による接合であってもよい。あるいは、溶接による接合、接着剤による接合であってもよい。さらに、鋳物、金型を用いた射出成形によるプラスチック等により、注入口部材４´の全体を一体として製作してもよい。

上記した第２実施例においては、放射状水平管の個数が４個の例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。連通口と放射状水平管は、少なくとも１個設けられていればよい。また、２個以上設けられる場合、中心管の中心角は、等分割でなくてもよい。

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口部材とその近傍の注入バッグ及び注入ホース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と、この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における注入口部材のさらに詳細な構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 注入バッグ
１ａ 底部
１ｂ 側部
１ｃ 上部
１ｅ 注入側開口
１ｆ 排出側開口
２ フレーム
２ａ 環状部
２ｂ、２ｂ´ 放射状部
３ 固定具
４、４´ 注入口部材
４ａ 鉛直管部
４ｂ 水平吐出盤部
４ｂ´ 水平吐出管部
４ｂ´０ 中心管
４ｂ´１〜４ｂ´４ 放射状水平管
４ｃ、４ｃ´１１〜４ｃ´１４ 流出孔
４ｃ´２１〜４ｃ´２４ 連通口
４ｄ 注入ホース接続端
４ｅ バッグ取付凹部
４ｆ 凹凸部
４ｇ 雄ネジ部
４ｈ 雌ネジ穴
６ 注入材漏出防止用パッキング部材
７ ホース取付金具
８ 取付ボルト
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、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、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
Ｃ 杭コンクリート
Ｄ１ 杭底方向
Ｄ２ 杭壁方向
Ｇ 注入材
Ｓ１、Ｓ２ 圧力センサ

Claims (6)

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、注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有する注入手段により、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、
   前記注入口部材は、
   略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
   側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を有し、
   前記水平吐出部は、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部であること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
2. 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、注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有する注入手段により、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、
   前記注入口部材は、
   略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
   側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を
   有し、
   前記水平吐出部は、上端開放で下端閉塞の中空円筒状で少なくとも１個の連通口を有する中心管と、前記中心管の円筒側面の連通口と一端が連通するように少なくとも１個略水平方向に突設され両端開放の中空円筒状で外部に開放された他端が流出孔となる放射状水平管を有する水平吐出管部であること
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
3. 請求項１又は２記載の先端プレロード場所打ち杭工法において、
   前記鉛直管部の外側面には、凹凸部が形成され、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高めたこと
   を特徴とする先端プレロード場所打ち杭工法。
4. 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、
   注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有し、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、
   前記注入口部材は、
   略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
   側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を有し、
   前記水平吐出部は、高さの低い中空円筒状に形成され円筒側面に流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出盤部であること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。
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、
   注入ポンプと、上端が当該注入ポンプに接続するとともに下端が注入口部材に接続する注入ホースと、下部が前記注入袋体の内部に貫入接続する注入口部材を有し、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、
   前記注入口部材は、
   略鉛直方向に延びる両端開放管状に形成され上端が前記注入ホースの下端に接続される鉛直管部と、
   側部のみに流出孔が開設されるとともに上端略中央が当該鉛直管部の下端に接続する水平吐出部を有し、
   前記水平吐出部は、上端開放で下端閉塞の中空円筒状で少なくとも１個の連通口を有する中心管と、前記中心管の円筒側面の連通口と一端が連通するように少なくとも１個略水平方向に突設され両端開放の中空円筒状で外部に開放された他端が流出孔となる放射状水平管を有する水平吐出管部であること
   を特徴とする杭先端プレロード装置。
6. 請求項４又は５記載の杭先端プレロード装置において、
   前記鉛直管部の外側面には、凹凸部が形成され、杭底付近の杭コンクリートとの付着性能を高めたこと
   を特徴とする杭先端プレロード装置。

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