盛土補強構造及び盛土補強工法
【目的】すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強構造を提供する。
【構成】複数本の水抜きパイル211〜21nを水平方向に、複数本の補強パイル221〜22nを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設し、打設後、補強パイルの先端部をグラウト材注入によってグラウトする。この盛土補強構造によれば、水抜きパイルと補強パイル間の土塊を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制し、しかも、水抜きパイルが片持ち梁の形式となり、盛土天端部を支える効果を発生する。
【構成】複数本の水抜きパイル211〜21nを水平方向に、複数本の補強パイル221〜22nを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設し、打設後、補強パイルの先端部をグラウト材注入によってグラウトする。この盛土補強構造によれば、水抜きパイルと補強パイル間の土塊を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制し、しかも、水抜きパイルが片持ち梁の形式となり、盛土天端部を支える効果を発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造及び盛土補強工法に係り、特に、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強構造及び盛土補強工法に関する。
【背景技術】
【0002】
盛土斜面は地震その他の要因で滑落あるいは崩落する可能性が高く、その安定化を図る必要がある。盛土斜面とは図10(a)に示すように元の斜面1に盛土したときの斜面2であり、かかる盛土斜面は図10(b)に示すように地震その他の要因により崩れやすい移動層3と地盤が移動層3と同質の地盤でありながらも崩壊要因の影響を受けにくい不動層4とで構成され、移動層3は地震その他の要因により点線で示す部分(すべり面)5に沿って滑落あるいは崩落する可能性が高い。
かかる盛土斜面の安定化を図る従来方法(特許文献1参照)として、図11に示すように盛土斜面2にジオテキスタイル(合成高分子材料からなる織布、不織布、樹脂ネット、ポリマーグリッド等)6を、盛土を一定の層に転圧する毎に敷きこんでいく手法が知られている。この手法は、盛土を造成する際に有効であるが、既に盛土が出来上がっている場合には、実施工上適用することが難しい問題がある。
【0003】
又、従来技術(特許文献2参照)として、長尺の鋼管材を斜面に打設して盛土斜面の安定化を図る手法がある。この従来技術は、斜面の広がり方向に所定間隔をなす形で長尺鋼管材を地中の不動層に到るまで打設し、その鋼管材周囲の地中にグラウトを施して、斜面の変形を許容しないようにしたものである。
ところで、近年、各種構造物について、これまで適用されてきた「仕様設計」に替えて「性能設計」が適用されるケースが増え、盛土補強においても、その盛土構造が用途的に求められる性能を満たしているかどうか、という観点で設計する手法が採用されるようになってきている。例えば、盛土構造上を道路として使用している場合、「性能設計」では、(1)万一の災害、特に地震が発生しても、道路交通を阻害するような大きな斜面崩壊が起きないように天端部の保持を第一に考えて補強する、(2)規模の小さいすべりは許容し、緊急時の交通を保持する、(3)より簡単な、経済的な修復によって災害時の道路機能を維持する、という観点で斜面補強する。
以上のように、「性能設計」は斜面の変形を部分的に許容するもので、斜面の変形を許容しない上記の従来技術は「性能設計」に基づく盛土補強に採用することができない。
【0004】
「性能設計」による具体的な補強方法は、例えば、図12に示すように盛土上層部をフトンカゴのように柔軟で変形を許容する盛土LEで置換し、地震等の外力に対して道路機能が損なわれないようにするもので、盛土構造における斜面の変形を絶対的に阻止するというよりも、道路としての機能の確保という観点から舗装面における沈下量が極力少なくなるように補強設計を考えている。なお、図12において、盛土上層部の置換をしない場合には、地震等によりすべり面Aに沿って大規模な崩落が発生するが、盛土上層部の置換をした場合には、すべり面Bに沿って小規模の崩落が発生するだけである。
しかし、この手法は、すでに盛土斜面が出来上がっている場合には、盛土置換分の残土が発生し、補強盛土体施工時に道路を通行止めにするなど、煩雑な処理を必要とし、円滑な交通が阻害されるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−138624号公報
【特許文献2】特開2008−248488号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
以上から、本発明の目的は、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造および盛土補強工法である。
・盛土補強構造
本発明の盛土補強構造は、盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイルを備え、前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設した構造を有している。この盛土補強構造において、前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、所定のピッチで節突起を有すると共にグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、該補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着する。
【0008】
・盛土補強工法
本発明の盛土補強工法は、複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設するステップ、打設後、前記補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着するステップ、を備えている。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設するようにしたから、これら水抜きパイルと補強パイル間の土塊を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分を期待できる。また、水平パイルである水抜きパイルが片持ち梁の形式となり、天端部を支える効果を発生し、しかも、水抜きパイルは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧(斜面が崩れる原因となる)を消散する機能を備えている。この結果、本発明の盛土補強構造によれば、すでに出来上がっている盛土斜面に適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくでき、経済的な斜面補強が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の盛土補強構造の説明図である。
【図2】本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。
【図3】本発明に使用する補強パイルの外観図である。
【図4】補強パイルの一部斜視図である。
【図5】補強パイルの打設説明図である。
【図6】二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図である。
【図7】本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図である。
【図8】水抜きパイルの別の構成例である。
【図9】補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。
【図10】盛土斜面の説明図である。
【図11】盛土斜面の安定化を図る従来方法の説明図である。
【図12】従来の「性能設計」による具体的な補強方法説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
・本発明の盛土補強構造
図1は本発明の盛土補強構造の説明図であり、盛土天端部11の上には道路RDが作られている。本発明の盛土補強構造は、盛土斜面12から水平方向に打設された水抜き杭(水抜きパイル)211〜21nと、盛土斜面12から斜め方向に打設、例えば水平面に対して450方向に打設された補強杭(補強パイル)221〜22nとで構成され、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22nが交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設されている。図において13は無補強時における予想すべり面である。
水抜きパイル211〜21nには、後述するように、長手方向に第1のピッチで地盤と杭の荷重伝達性能を向上するための節突起が形成され、第2のピッチで水抜き孔が形成されている。水抜き孔は、常時排水する機能を有すると共に、地震時の過剰間隙水圧を消散する機能を備えている。また、補強パイル221〜22nには、後述するように、長手方向に第1のピッチで節突起が形成され、第2のピッチでグラウト材吐出し孔が形成されている。グラウト材吐出し孔は加圧注入されたグラウト材を地盤に吐き出して周辺部CHPをグラウトし、補強パイル221〜22nの少なくとも先端部、場合によっては全長を地盤に定着する機能を有している。なお、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22nは盛土斜面12から突出した頭部を鋼材プレート等により相互に連結しても良い。
【0012】
・盛土補強原理
図2は本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。
盛土斜面における水平方向へのパイル21iの打設は、盛土天端部までせん断面が発生するのを抑制し、また、せん断面を境に正負の曲げモーメントM1を発生し、更に、すべり面奥ですべりに抵抗する反力R1を発生する。打設角450方向へのパイル22iの打設は、正の曲げモーメントM2を発生し、また、斜面奥に概ね集中する軸方向力(軸力)を発生し、高い沈下抑制効果を発揮する。そこで、本発明では水平方向と450斜め方向の組杭形式にすることにより、すなわち、図1に示すように、水抜きパイル211〜21nを水平方向に、補強パイル221〜22nを450方向に、交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設して盛土補強構造を構成する。
【0013】
この構造によれば、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22n間の土塊23を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分が期待できる。ダイレタンシーとは、せん断に伴って生じる土の体積変化で、正のダイレタンシーは土の体積増加による押し出し現象を意味する。また、終局状態では水平パイルである水抜きパイル211〜21nが片持ち梁の形式となり、天端部11を支える効果を発生する。更に、水抜きパイル211〜21nは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧(斜面が崩れる原因となる)を消散する機能を備えている。
以上より、図1の盛土補強構造によれば、効果的な盛土天端部の沈下抑制効果が得られ、しかも、補強パイルにより本来の斜面補強効果が得られる。
【0014】
・補強パイルの構成
図3は本発明に使用する補強パイルの外観図、図4は補強パイルの一部斜視図である。補強パイル22は、所定長となるように必要数の先端鋼管材31、中間鋼管材32、口元鋼管材33をカプラー式ネジ継ぎ手34により接続して構成され、口元鋼管材の口元には打設後に取り付けられる受圧板(土圧を受ける四角い鋼板)35が設けられ、先端鋼管材の先端にはケーシングシュー38が設けられている。図では3つの鋼管材31〜33が接続されて3000mm〜所定長の補強パイル22が形成され、補強パイルの鋼管材の外径はたとえばΦ76mm、受圧板35の1辺は200mm〜1000mm程度である。また、各鋼管材31〜33の外周には第1のピッチ(たとえば500mm)で円形の節突起36が形成され、かつ、各鋼管材31〜33の周壁には第2のピッチ(たとえば600mm)で逆止弁機構付きグラウト材吐出孔37が形成され、端部には他の鋼管材と接続するためのネジ構成の継ぎ手が形成されている。
【0015】
図4(b)は節突起周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図であり、節突起36はビード溶接加工により形成されている。鋼管杭31〜33は標準的に防錆処理されたものを用いる。防錆処理された鋼管材はグラウト材との付着が小さいが、節突起36によって地盤と杭の荷重伝達性能が大幅に向上する。
図4(c)は逆止弁機構付きグラウト材吐出孔周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図である。逆止弁機構付きグラウト材吐出孔37はバルブ加工により形成され、吐出孔37a、逆止弁37bで構成され、グラウトの加圧注入時に逆止弁37bが開いてグラウトが吐き出されるようになっている。
【0016】
図5は補強パイルの打設説明図であり、ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら補強パイル22を押し込むことにより地盤内に打設する。中空の補強パイル22の内部に削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43等の削孔機構を収容し、該削孔ビットを補強パイルの先端鋼管材から飛び出させて打撃と回転作用により削孔を行う。すなわち、ダウンザホールハンマー43の内部には図示しないがシリンダーが設けられ、このシリンダー内を摺動するハンマーピストンが、削孔ロッド42の中空部を通して供給される圧縮空気によって往復運動を行い、該ハンマーピストンがハンマー本体の下部に突出する削孔ビット41を打撃するようになっている。また、削孔ビット41は、削孔機械44の回転により削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43と一体に回転するようになっている。したがって、削孔機械44により削孔ロッド42を回転させると削孔ビット41も回転する。この回転と同時に、ダウンザホールハンマー43を圧縮空気により作動させて削孔ビット41に打撃を加えると、回転作用とダウンザホールハンマー43の打撃作用とによって削孔ビット41が地盤を削孔し、補強パイル22を押し込むことにより該補強パイル22が地盤内に貫入してゆく。所定深さまで補強パイル22を貫入すれば、削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43を引き抜いて回収する。
補強パイル22は前述するように長手方向に所定ピッチでその周壁にグラウト材吐出孔37を複数個有すると共に、複数の節突起36を有しているから、削孔機構回収後に、補強パイル22の内部にグラウト材を加圧注入すれば、補強パイル22の周壁に形成したグラウト材吐出孔37からグラウト材が噴出し、補強パイル22周辺部の少なくとも先端部近傍、場合によっては全長に亘って地盤改良体が形成されて地盤が補強される。
【0017】
図6は二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図であり、ケーシング管として機能する中空の補強パイル22の内部には、削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43等の削孔機構が収容され、削孔時に回転し、かつ、削孔完了後に回収可能に設けられている。削孔機械44の回転軸には削孔ロッド42が回転可能に接続され、また、該削孔ロッド42には圧縮空気が送り込まれるようになっている。ダウンザホールハンマー43の先端には削孔ビット41が取り付けられている。削孔ビット41は偏心拡径構造を備え、所定方向に回転させると補強パイル22より偏心拡径して外に飛び出し、回収時に逆転すると引っ込んで回収可能になっている。45はリーマー、46はガイドデバイス、47はガイドスリーブである。なお、38は補強パイル22の先端に取り付けたケーシングシューである。削孔ロッド42内は中空になっており、圧縮空気を、ガイドスリーブ47を介してダウンザホールハンマー43内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット41に打撃を与えるようになっている。
【0018】
・水抜きパイルの構成
図7は本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図であり、所定長の鋼管材51の外周に第1のピッチで円形の節突起52が形成され、かつ、該鋼管材50の周壁には長手方向に螺旋状に第2のピッチで水抜き孔53が形成されている。節突起52は補強パイル22の節突起36と同一の構成を有しているが必ずしも必要ではない。水抜きパイル21は、補強パイル22と同様にダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら地盤内に打設される。
【0019】
図8は水抜きパイル21の別の構成例であり、回転貫入により打設する構造を有している。鋼管材51の先端に螺旋状の羽根部55が形成され、外周には長手方向に第1のピッチで円形の節突起52が形成され、また、螺旋状に第2のピッチで水抜き孔53が形成されている。羽根部55は、鋼管材51の先端を外側に張り出すようにして塑性加工し、その張り出し部に切り込みを入れて螺旋状に曲げ加工を施して形成されている。施工は、水抜きパイル21の上端部を削孔機(オーガー)に取り付け、羽根部55の回転力で回転貫入することにより行なう。この水抜きパイルは、回転貫入部分が柔らかい盛土のため、ダウンザホールハンマーを使用せず回転貫入により打設でき、施工が簡単で経済的である利点がある。
【0020】
・施工方法
本発明の盛土補強構造体の施工は、必要な数の水抜きパイル211〜21nを水平方向に、補強パイル221〜22nを450方向に、交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設するとともに、各補強パイル221〜22nの先端部をグラウト注入によって地盤に定着することにより行なう。
図9は、補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。
(a)偏心拡径ビット(削孔ビット)41を利用した二重管乾式削孔方式により削孔しつつ補強パイル22を地盤に直接打設する。
(b)所定深さまで補強パイル22を打設すれば、削孔ビット41を縮径して該補強パイル22に収め、該削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43などの削孔機構を引き抜き回収する。
(c)ついで、注入用パッカー装置のシングルパッカー61を補強パイル22の先端近傍に配置し、グラウト注入管62よりグラウト材63を加圧注入すれば、補強パイル22の先端およびグラウト材吐出孔37よりグラウト材が排出してグラウト64が行なわれる。
(d)以後、注入用パッカー装置を用いて段階加圧注入すれば、補強パイル22の外壁に形成したグラウト材吐出孔37よりグラウト材が排出してグラウト柱体65が形成されてゆく。
(e)そして、最後に注入用パッカー装置を口元に位置してグラウト材を補強パイル22内に注入すれば、グラウト材吐出孔よりグラウト材が排出して補強パイル22周辺の全長に亘ってに均一なグラウト柱体(地盤改良体)65が完成する。すなわち、補強パイル22とグラウト柱体65が一体となった合成杭が完成する。
水抜きパイル21も図7の構成を有するものは、同様に二重管乾式削孔方式により削孔しつつ地盤に直接打設する。又、図8の構成を有するものは、削孔機を用いて回転貫入する。
以後、交互に所定数の補強パイルと水抜きパイルを1m間隔で打設すれば本発明の盛土補強構造体の施工が完了する。
なお、補強パイルは上記の如く二重管削孔方式によるものに限定されるものではなく、先端にビットを有する自削孔方式や回転貫入方式による補強パイルを用いる場合には二重管削孔や削孔に用いた、ビット、ロッド、ダウンザホールハンマーの回収作業は省略される。
【符号の説明】
【0021】
11 盛土天端部11
12 盛土斜面
211〜21n 水抜き杭(水抜きパイル)
221〜22n 補強杭(補強パイル)
【技術分野】
【0001】
本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造及び盛土補強工法に係り、特に、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強構造及び盛土補強工法に関する。
【背景技術】
【0002】
盛土斜面は地震その他の要因で滑落あるいは崩落する可能性が高く、その安定化を図る必要がある。盛土斜面とは図10(a)に示すように元の斜面1に盛土したときの斜面2であり、かかる盛土斜面は図10(b)に示すように地震その他の要因により崩れやすい移動層3と地盤が移動層3と同質の地盤でありながらも崩壊要因の影響を受けにくい不動層4とで構成され、移動層3は地震その他の要因により点線で示す部分(すべり面)5に沿って滑落あるいは崩落する可能性が高い。
かかる盛土斜面の安定化を図る従来方法(特許文献1参照)として、図11に示すように盛土斜面2にジオテキスタイル(合成高分子材料からなる織布、不織布、樹脂ネット、ポリマーグリッド等)6を、盛土を一定の層に転圧する毎に敷きこんでいく手法が知られている。この手法は、盛土を造成する際に有効であるが、既に盛土が出来上がっている場合には、実施工上適用することが難しい問題がある。
【0003】
又、従来技術(特許文献2参照)として、長尺の鋼管材を斜面に打設して盛土斜面の安定化を図る手法がある。この従来技術は、斜面の広がり方向に所定間隔をなす形で長尺鋼管材を地中の不動層に到るまで打設し、その鋼管材周囲の地中にグラウトを施して、斜面の変形を許容しないようにしたものである。
ところで、近年、各種構造物について、これまで適用されてきた「仕様設計」に替えて「性能設計」が適用されるケースが増え、盛土補強においても、その盛土構造が用途的に求められる性能を満たしているかどうか、という観点で設計する手法が採用されるようになってきている。例えば、盛土構造上を道路として使用している場合、「性能設計」では、(1)万一の災害、特に地震が発生しても、道路交通を阻害するような大きな斜面崩壊が起きないように天端部の保持を第一に考えて補強する、(2)規模の小さいすべりは許容し、緊急時の交通を保持する、(3)より簡単な、経済的な修復によって災害時の道路機能を維持する、という観点で斜面補強する。
以上のように、「性能設計」は斜面の変形を部分的に許容するもので、斜面の変形を許容しない上記の従来技術は「性能設計」に基づく盛土補強に採用することができない。
【0004】
「性能設計」による具体的な補強方法は、例えば、図12に示すように盛土上層部をフトンカゴのように柔軟で変形を許容する盛土LEで置換し、地震等の外力に対して道路機能が損なわれないようにするもので、盛土構造における斜面の変形を絶対的に阻止するというよりも、道路としての機能の確保という観点から舗装面における沈下量が極力少なくなるように補強設計を考えている。なお、図12において、盛土上層部の置換をしない場合には、地震等によりすべり面Aに沿って大規模な崩落が発生するが、盛土上層部の置換をした場合には、すべり面Bに沿って小規模の崩落が発生するだけである。
しかし、この手法は、すでに盛土斜面が出来上がっている場合には、盛土置換分の残土が発生し、補強盛土体施工時に道路を通行止めにするなど、煩雑な処理を必要とし、円滑な交通が阻害されるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−138624号公報
【特許文献2】特開2008−248488号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
以上から、本発明の目的は、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造および盛土補強工法である。
・盛土補強構造
本発明の盛土補強構造は、盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイルを備え、前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設した構造を有している。この盛土補強構造において、前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、所定のピッチで節突起を有すると共にグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、該補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着する。
【0008】
・盛土補強工法
本発明の盛土補強工法は、複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設するステップ、打設後、前記補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着するステップ、を備えている。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設するようにしたから、これら水抜きパイルと補強パイル間の土塊を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分を期待できる。また、水平パイルである水抜きパイルが片持ち梁の形式となり、天端部を支える効果を発生し、しかも、水抜きパイルは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧(斜面が崩れる原因となる)を消散する機能を備えている。この結果、本発明の盛土補強構造によれば、すでに出来上がっている盛土斜面に適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくでき、経済的な斜面補強が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の盛土補強構造の説明図である。
【図2】本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。
【図3】本発明に使用する補強パイルの外観図である。
【図4】補強パイルの一部斜視図である。
【図5】補強パイルの打設説明図である。
【図6】二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図である。
【図7】本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図である。
【図8】水抜きパイルの別の構成例である。
【図9】補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。
【図10】盛土斜面の説明図である。
【図11】盛土斜面の安定化を図る従来方法の説明図である。
【図12】従来の「性能設計」による具体的な補強方法説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
・本発明の盛土補強構造
図1は本発明の盛土補強構造の説明図であり、盛土天端部11の上には道路RDが作られている。本発明の盛土補強構造は、盛土斜面12から水平方向に打設された水抜き杭(水抜きパイル)211〜21nと、盛土斜面12から斜め方向に打設、例えば水平面に対して450方向に打設された補強杭(補強パイル)221〜22nとで構成され、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22nが交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設されている。図において13は無補強時における予想すべり面である。
水抜きパイル211〜21nには、後述するように、長手方向に第1のピッチで地盤と杭の荷重伝達性能を向上するための節突起が形成され、第2のピッチで水抜き孔が形成されている。水抜き孔は、常時排水する機能を有すると共に、地震時の過剰間隙水圧を消散する機能を備えている。また、補強パイル221〜22nには、後述するように、長手方向に第1のピッチで節突起が形成され、第2のピッチでグラウト材吐出し孔が形成されている。グラウト材吐出し孔は加圧注入されたグラウト材を地盤に吐き出して周辺部CHPをグラウトし、補強パイル221〜22nの少なくとも先端部、場合によっては全長を地盤に定着する機能を有している。なお、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22nは盛土斜面12から突出した頭部を鋼材プレート等により相互に連結しても良い。
【0012】
・盛土補強原理
図2は本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。
盛土斜面における水平方向へのパイル21iの打設は、盛土天端部までせん断面が発生するのを抑制し、また、せん断面を境に正負の曲げモーメントM1を発生し、更に、すべり面奥ですべりに抵抗する反力R1を発生する。打設角450方向へのパイル22iの打設は、正の曲げモーメントM2を発生し、また、斜面奥に概ね集中する軸方向力(軸力)を発生し、高い沈下抑制効果を発揮する。そこで、本発明では水平方向と450斜め方向の組杭形式にすることにより、すなわち、図1に示すように、水抜きパイル211〜21nを水平方向に、補強パイル221〜22nを450方向に、交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設して盛土補強構造を構成する。
【0013】
この構造によれば、水抜きパイル211〜21nと補強パイル221〜22n間の土塊23を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分が期待できる。ダイレタンシーとは、せん断に伴って生じる土の体積変化で、正のダイレタンシーは土の体積増加による押し出し現象を意味する。また、終局状態では水平パイルである水抜きパイル211〜21nが片持ち梁の形式となり、天端部11を支える効果を発生する。更に、水抜きパイル211〜21nは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧(斜面が崩れる原因となる)を消散する機能を備えている。
以上より、図1の盛土補強構造によれば、効果的な盛土天端部の沈下抑制効果が得られ、しかも、補強パイルにより本来の斜面補強効果が得られる。
【0014】
・補強パイルの構成
図3は本発明に使用する補強パイルの外観図、図4は補強パイルの一部斜視図である。補強パイル22は、所定長となるように必要数の先端鋼管材31、中間鋼管材32、口元鋼管材33をカプラー式ネジ継ぎ手34により接続して構成され、口元鋼管材の口元には打設後に取り付けられる受圧板(土圧を受ける四角い鋼板)35が設けられ、先端鋼管材の先端にはケーシングシュー38が設けられている。図では3つの鋼管材31〜33が接続されて3000mm〜所定長の補強パイル22が形成され、補強パイルの鋼管材の外径はたとえばΦ76mm、受圧板35の1辺は200mm〜1000mm程度である。また、各鋼管材31〜33の外周には第1のピッチ(たとえば500mm)で円形の節突起36が形成され、かつ、各鋼管材31〜33の周壁には第2のピッチ(たとえば600mm)で逆止弁機構付きグラウト材吐出孔37が形成され、端部には他の鋼管材と接続するためのネジ構成の継ぎ手が形成されている。
【0015】
図4(b)は節突起周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図であり、節突起36はビード溶接加工により形成されている。鋼管杭31〜33は標準的に防錆処理されたものを用いる。防錆処理された鋼管材はグラウト材との付着が小さいが、節突起36によって地盤と杭の荷重伝達性能が大幅に向上する。
図4(c)は逆止弁機構付きグラウト材吐出孔周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図である。逆止弁機構付きグラウト材吐出孔37はバルブ加工により形成され、吐出孔37a、逆止弁37bで構成され、グラウトの加圧注入時に逆止弁37bが開いてグラウトが吐き出されるようになっている。
【0016】
図5は補強パイルの打設説明図であり、ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら補強パイル22を押し込むことにより地盤内に打設する。中空の補強パイル22の内部に削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43等の削孔機構を収容し、該削孔ビットを補強パイルの先端鋼管材から飛び出させて打撃と回転作用により削孔を行う。すなわち、ダウンザホールハンマー43の内部には図示しないがシリンダーが設けられ、このシリンダー内を摺動するハンマーピストンが、削孔ロッド42の中空部を通して供給される圧縮空気によって往復運動を行い、該ハンマーピストンがハンマー本体の下部に突出する削孔ビット41を打撃するようになっている。また、削孔ビット41は、削孔機械44の回転により削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43と一体に回転するようになっている。したがって、削孔機械44により削孔ロッド42を回転させると削孔ビット41も回転する。この回転と同時に、ダウンザホールハンマー43を圧縮空気により作動させて削孔ビット41に打撃を加えると、回転作用とダウンザホールハンマー43の打撃作用とによって削孔ビット41が地盤を削孔し、補強パイル22を押し込むことにより該補強パイル22が地盤内に貫入してゆく。所定深さまで補強パイル22を貫入すれば、削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43を引き抜いて回収する。
補強パイル22は前述するように長手方向に所定ピッチでその周壁にグラウト材吐出孔37を複数個有すると共に、複数の節突起36を有しているから、削孔機構回収後に、補強パイル22の内部にグラウト材を加圧注入すれば、補強パイル22の周壁に形成したグラウト材吐出孔37からグラウト材が噴出し、補強パイル22周辺部の少なくとも先端部近傍、場合によっては全長に亘って地盤改良体が形成されて地盤が補強される。
【0017】
図6は二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図であり、ケーシング管として機能する中空の補強パイル22の内部には、削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43等の削孔機構が収容され、削孔時に回転し、かつ、削孔完了後に回収可能に設けられている。削孔機械44の回転軸には削孔ロッド42が回転可能に接続され、また、該削孔ロッド42には圧縮空気が送り込まれるようになっている。ダウンザホールハンマー43の先端には削孔ビット41が取り付けられている。削孔ビット41は偏心拡径構造を備え、所定方向に回転させると補強パイル22より偏心拡径して外に飛び出し、回収時に逆転すると引っ込んで回収可能になっている。45はリーマー、46はガイドデバイス、47はガイドスリーブである。なお、38は補強パイル22の先端に取り付けたケーシングシューである。削孔ロッド42内は中空になっており、圧縮空気を、ガイドスリーブ47を介してダウンザホールハンマー43内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット41に打撃を与えるようになっている。
【0018】
・水抜きパイルの構成
図7は本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図であり、所定長の鋼管材51の外周に第1のピッチで円形の節突起52が形成され、かつ、該鋼管材50の周壁には長手方向に螺旋状に第2のピッチで水抜き孔53が形成されている。節突起52は補強パイル22の節突起36と同一の構成を有しているが必ずしも必要ではない。水抜きパイル21は、補強パイル22と同様にダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら地盤内に打設される。
【0019】
図8は水抜きパイル21の別の構成例であり、回転貫入により打設する構造を有している。鋼管材51の先端に螺旋状の羽根部55が形成され、外周には長手方向に第1のピッチで円形の節突起52が形成され、また、螺旋状に第2のピッチで水抜き孔53が形成されている。羽根部55は、鋼管材51の先端を外側に張り出すようにして塑性加工し、その張り出し部に切り込みを入れて螺旋状に曲げ加工を施して形成されている。施工は、水抜きパイル21の上端部を削孔機(オーガー)に取り付け、羽根部55の回転力で回転貫入することにより行なう。この水抜きパイルは、回転貫入部分が柔らかい盛土のため、ダウンザホールハンマーを使用せず回転貫入により打設でき、施工が簡単で経済的である利点がある。
【0020】
・施工方法
本発明の盛土補強構造体の施工は、必要な数の水抜きパイル211〜21nを水平方向に、補強パイル221〜22nを450方向に、交互に例えば1m間隔で盛土斜面に打設するとともに、各補強パイル221〜22nの先端部をグラウト注入によって地盤に定着することにより行なう。
図9は、補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。
(a)偏心拡径ビット(削孔ビット)41を利用した二重管乾式削孔方式により削孔しつつ補強パイル22を地盤に直接打設する。
(b)所定深さまで補強パイル22を打設すれば、削孔ビット41を縮径して該補強パイル22に収め、該削孔ビット41、削孔ロッド42、ダウンザホールハンマー43などの削孔機構を引き抜き回収する。
(c)ついで、注入用パッカー装置のシングルパッカー61を補強パイル22の先端近傍に配置し、グラウト注入管62よりグラウト材63を加圧注入すれば、補強パイル22の先端およびグラウト材吐出孔37よりグラウト材が排出してグラウト64が行なわれる。
(d)以後、注入用パッカー装置を用いて段階加圧注入すれば、補強パイル22の外壁に形成したグラウト材吐出孔37よりグラウト材が排出してグラウト柱体65が形成されてゆく。
(e)そして、最後に注入用パッカー装置を口元に位置してグラウト材を補強パイル22内に注入すれば、グラウト材吐出孔よりグラウト材が排出して補強パイル22周辺の全長に亘ってに均一なグラウト柱体(地盤改良体)65が完成する。すなわち、補強パイル22とグラウト柱体65が一体となった合成杭が完成する。
水抜きパイル21も図7の構成を有するものは、同様に二重管乾式削孔方式により削孔しつつ地盤に直接打設する。又、図8の構成を有するものは、削孔機を用いて回転貫入する。
以後、交互に所定数の補強パイルと水抜きパイルを1m間隔で打設すれば本発明の盛土補強構造体の施工が完了する。
なお、補強パイルは上記の如く二重管削孔方式によるものに限定されるものではなく、先端にビットを有する自削孔方式や回転貫入方式による補強パイルを用いる場合には二重管削孔や削孔に用いた、ビット、ロッド、ダウンザホールハンマーの回収作業は省略される。
【符号の説明】
【0021】
11 盛土天端部11
12 盛土斜面
211〜21n 水抜き杭(水抜きパイル)
221〜22n 補強杭(補強パイル)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
盛土斜面を補強する盛土補強構造において、
盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、
盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイル、
を備え、前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設してなることを特徴とする盛土補強構造。
【請求項2】
前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、所定のピッチで節突起を有すると共にグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、該補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着させてなる、
ことを特徴とする請求項1記載の盛土補強構造。
【請求項3】
盛土斜面を補強する盛土補強工法において、
複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設し、
打設後、前記補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着する、
ことを特徴とする盛土補強工法。
【請求項1】
盛土斜面を補強する盛土補強構造において、
盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、
盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイル、
を備え、前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設してなることを特徴とする盛土補強構造。
【請求項2】
前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、所定のピッチで節突起を有すると共にグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、該補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着させてなる、
ことを特徴とする請求項1記載の盛土補強構造。
【請求項3】
盛土斜面を補強する盛土補強工法において、
複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設し、
打設後、前記補強パイルの少なくとも先端部をグラウト注入によって地盤に定着する、
ことを特徴とする盛土補強工法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2011−26861(P2011−26861A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−174350(P2009−174350)
【出願日】平成21年7月27日(2009.7.27)
【出願人】(000129758)株式会社ケー・エフ・シー (120)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月27日(2009.7.27)
【出願人】(000129758)株式会社ケー・エフ・シー (120)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]