JP6854626B2 - 杭頭処理工法 - Google Patents

Description

本発明は、場所打ちコンクリート杭の杭頭処理を行う杭頭処理工法に関する。

場所打ちコンクリート杭の杭頭処理に関する従来の工法として次のものが知られている。
（１）はつり工法
杭頭の余盛部を手動式の破砕機を用いて人力によりはつり、発生したコンクリートガラを処理する工法で、作業時間に制限があるなどして時間を要するばかりでなく、騒音・振動が著しく、周辺環境に大きく影響する。また、作業中に、杭頭の鉄筋を傷めるなど、工法的な問題もある。

（２）静的破砕剤
あらかじめ杭頭に設置したシース管などに挿入した破砕剤の膨張作用により、杭頭のコンクリートを小割にし、処理する工法であるが、やはり後施工となるため、破砕剤が適度に作用することが難しく、また、水平面がうまく形成され難いため、結果的に人力による仕上げはつりの量が多くなる傾向にある。

（３）動的破砕剤による鉛直破砕工法
動的破砕剤を鉛直方向に装着し、動的破砕により杭頭を鉛直方向に小割し、補助的に手動破砕機によるはつり作業を伴い、発生するコンクリートガラを処理する工法が提案されているが、まだ一般的な実用化段階には到っていない。

（４）竪管方式水平フィン付装薬ホルダー方式による動的破砕適用の水平破断工法
杭筋組立て時に、竪管方式の水平フィン（平鋼２枚重ね）付装薬ホルダー４本を杭外周の杭主筋内側に配置し、密閉状態とし、杭工事、掘削工事以降における杭頭表出後に、動的破砕剤を装薬ホルダーに挿入し、遠隔操作にて杭余盛部を動的破砕により水平破断させる（特許文献１参照）。

特開2016-151162号公報

市街地での杭頭処理工事は、発生する騒音や振動が規定値以内であることはもとより、近隣周辺へ不安や不快感を与えないよう極力低減する必要がある。そのためには、破砕機によるはつり作業を極力回避することが望ましく、したがって、静的破砕剤あるいは動的破砕剤の適用が前提条件となる。一方で、静的破砕は、上述のように、破砕剤挿入が後施工となり、先行作業であるシース管取付けやコンクリート打設などの影響も大きいことなどから、破砕の確度が必ずしも高いとは言えなく、環境面、施工性の観点から動的破砕の方が高い有効性を有すると判断できる。

動的破砕を適用する現行工法として、竪管方式の水平フィン（平鋼２枚重ね）付装薬ホルダー×４本を杭外周の杭主筋内側に均等に配置し、杭工事、掘削工事以降における杭頭表出後に、動的破砕剤を装薬ホルダー内に挿入し、遠隔操作にて杭余盛部を動的破砕により水平破断させる動的破砕適用の水平破断工法がある。しかし、この工法では、装薬準備の大部分が杭鉄筋組立て時となるため、杭頭が表出するまでの施工により装薬用機器材が損傷を受けたり、杭鉄筋が曲がったりして、破砕後に杭余盛部が揚重できないなど、様々な支障の可能性が考えられる。また、装薬孔が鉛直方向である場合、装薬した破砕剤が有効に機能するためには、その上端を固化体で拘束する必要があり、従来は速硬性の無収縮モルタルを使用していたが、硬化までに１時間前後を要していたため、１日の施工量がこれにより限定される状況であった。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、装薬準備を杭頭部が表出してから行う後施工方式を採用し、時間を要さない簡易な方法により装薬準備を行い、しかも杭余盛部を動的破砕により的確に水平破断できる杭頭処理工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための杭頭処理工法は、場所打ちコンクリート杭の杭頭処理を行う杭頭処理工法であって、コンクリート打設により形成された杭頭部の杭天端に関連する外周面高さ位置から水平方向に杭断面中心に向けて複数の装薬孔を放射状に形成する工程と、前記装薬孔内に動的破砕剤を装填する工程と、前記動的破砕剤に点火することで前記杭天端から上部の杭頭部分を破断する工程と、を含み、
前記装薬孔内に最奥部から順に前記動的破砕剤と点火具と込め物とを配置し、前記装薬孔の全長Ｌに対する前記込め物の長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ）を４０〜４５％の範囲内とする。

この杭頭処理工法によれば、コンクリート打設により形成された杭頭部の外周面から水平方向に杭断面中心に向けて複数の装薬孔を放射状に形成するので、装薬準備を後施工方式で時間を要せずに簡易に行うことができ、また、水平に形成された各装薬孔に装填された動的破砕剤により杭天端上部の杭余盛部を的確に水平破断することができる。

上記杭頭処理工法において、前記装薬孔の全長は、杭半径の９０％前後が好ましい。

また、前記装薬孔にたとえばビニル管などの管が挿入され、前記管内に前記動的破砕剤と前記点火具とが配置されていることが好ましい。

なお、前記装薬孔の全長に対する装薬長比が５５〜６０％の範囲内となるように前記管の内径を前記動的破砕剤の所定の装薬量とかさ密度とに基づいて設定することが好ましい。ただし、前記装薬長は、前記動的破砕剤の長さと前記点火具の長さとの和である。

また、前記複数の装薬孔の最奥部は前記杭断面中心に対しずれていることが好ましい。また、前記複数の装薬孔の数を３または４とすることが好ましい。

本発明によれば、装薬準備を杭頭部が表出してから行う後施工方式を採用し、時間を要さない簡易な方法により装薬準備を行い、しかも杭余盛部を動的破砕により的確に水平破断できる杭頭処理工法を提供することができる。

本実施形態によるコンクリート杭の杭鉄筋と杭頭部の要部を示すために水平方向に切断して見た断面図（ａ）および鉛直方向に切断して見た断面図（ｂ）である。 図１（ａ）の杭頭部に形成された装薬孔および装薬孔内に配置されたビニル管や動的破砕剤等を示す平面図である。 本実施形態による杭頭処理工法の工程Ｓ０１〜Ｓ１３を説明するためのフローチャートである。 本実験例の条件および結果を表にして示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態によるコンクリート杭の杭鉄筋と杭頭部の要部を示すために水平方向に切断して見た断面図（ａ）および鉛直方向に切断して見た断面図（ｂ）である。図２は図１（ａ）の杭頭部に形成された装薬孔および装薬孔内に配置されたビニル管や動的破砕剤等を示す平面図である。

本実施形態によるコンクリート杭の杭鉄筋と杭頭部について説明する。図１（ａ）（ｂ）のように、破線で示す場所打ちのコンクリート杭１０を施工するための杭鉄筋は、コンクリート杭１０の長手方向に延びる複数の杭主筋１１が円周上に等間隔に配置され、複数の杭主筋１１を包囲するようにリング状のせん断補強筋１２が配置されることで、組み立てられる。複数のせん断補強筋１２は、図１（ｂ）のように、コンクリート杭１０の長手方向に等間隔に配置される。

また、図１（ａ）（ｂ）のように、コンクリート打設により形成された杭頭部２０において杭余盛部２１が杭天端２２と余盛天端２３との間に位置するが、杭余盛部２１には、揚重の際の吊り部１４が４箇所設けられている。吊り部１４のために杭余盛部２１に相当する部分には、両端Ｕ字タイプの一対の吊り筋１３が水平方向に配置され、両端近傍で杭主筋１１に取り付けられている。吊り筋１３の各端部にＵ字状の吊り部１４が位置する。吊り筋１３の両端において、コンクリート打設後に杭頭部２０が表出した際に吊り部１４をすぐに取り出せるように箱抜きすることで欠け込み部１４ａが形成される。

また、杭頭部２０の破断後、破断された杭余盛部２１を円滑に揚重するため、杭鉄筋の組立て時に、杭余盛部２１に相当する部分において杭主筋１１の全数に鉄筋カバーと鉄筋径に合わせたボイド材（紙製）を２重に巻いておく。

コンクリート打設により形成されたコンクリート杭１０の杭頭部２０には、図１（ａ）（ｂ）のように、動的破砕剤等を挿入するための複数の装薬孔３０が水平方向に設置される。装薬孔３０は、図１（ａ）のように、端部のある孔であり、たとえば、４本とし、その配置は杭断面中心Ｐから放射状に略等角間隔である。装薬孔３０の全長Ｌ（図２）は、杭半径の90％前後とし、各装薬孔３０は、最奥部３０ｂが杭断面中心Ｐに対し若干ずれるように直線状に形成される。

図２のように、装薬孔３０には、最奥部３０ｂから順に動的破砕剤３１，点火具３２，砂等からなる込め物３３が配置される。具体的には、可撓性のあるビニル管３５内に、動的破砕剤３１，点火具３２が挿入され、ビニル管３５の両端は、プラスチック製の栓３６ａ、３７ａがはめ込まれてからシール材３６ｂ、３７ｂによりシールされる。このように、動的破砕剤３１，点火具３２が配置されたビニル管３５が杭頭部２０の外周面に形成された装薬口３０ａから挿入され、次に、砂等からなる込め物３３が充填される。なお、装薬孔３０の径は、後述のように込め物長の条件等から決定されるビニル管３５の外径により設定される。

動的破砕剤３１の装薬量は、これまでの実績により、杭頭断面積１ｍ²あたり256gを標準としている。これまで杭径や杭主筋量を種々に変化させて実験ないし実案件適用を行ってきたが、標準量の85％〜100％の範囲で、全数破断にいたっていることから、上記標準量は適切な設定量と判断できる。たとえば、杭径1,200mmの場合、装薬孔３０の全長Ｌは、半径の90％前後の550mmとし、装薬孔４本を標準とする。また、装薬孔長Ｌに対する込め物３３の長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ）の最適値は40％である。この込め物長比（Ｌ２／Ｌ）を40％とするには、動的破砕剤３１のかさ密度（≒1.3g/cm³）から内径15mmのビニル管３５に動的破砕剤３１を装填し、動的破砕剤３１の長さと点火具３２の長さ（61mm）との和を装薬長Ｌ１とすると、装薬長Ｌ１は約320mmとなり、込め物長比（Ｌ２／Ｌ）は約42％となり、上記条件を満足する。この場合、ビニル管３５の外径はたとえば16.2mmであるため、ビニル管３５の挿入時にある程度の余裕をみて、装薬孔３０の径を22mmと設定する。

動的破砕剤３１のかさ密度は、1.25〜1.35g/cm³の範囲となっているため、ビニル管３５へ充填する際のタンピングの程度にもよるが、込め物長比（Ｌ２／Ｌ）の有効範囲を40％±5％とする。したがって、破断対象の杭の半径から装薬孔長Ｌが設定され、点火具３２の長さを含む装薬長比（Ｌ１／Ｌ）が60％±5％となる内径のビニル管３５を選定する。

次に、図１〜図３を参照して本実施形態による杭頭処理工法の各工程について説明する。図３は、本実施形態による杭頭処理工法の工程Ｓ０１〜Ｓ１３を説明するためのフローチャートである。

まず、図１（ａ）（ｂ）のような杭鉄筋を工場等で組み立てる（Ｓ０１）。このとき、杭主筋１１の付着切り処置を鉄筋カバーとボイド材により行い、また、破砕後に杭余盛部２１を揚重するための吊り部１４の設置のため吊り筋１３を取り付ける（Ｓ０２）。

上述のような杭鉄筋を杭設置位置に建て込み（Ｓ０３）、トレミー管（図示省略）を通して杭鉄筋内へコンクリートを打設する（Ｓ０４）。

次に、掘削工事を行い（Ｓ０５）、図１（ｂ）の杭頭部２０が表出した後、杭頭部２０の想定破断面高さにおいて図１（ａ）のように外周面４点につき放射状に装薬孔３０を電動ドリル等で削工する（Ｓ０６）。装薬孔３０の全長Ｌは杭半径の90％前後を目処とし、各装薬孔３０が相互に干渉しないように配置される。また、装薬孔３０の径は、動的破砕剤３１を装填するビニル管３５の外径に合わせて設定する。なお、点火具３２の長さを含む装薬長Ｌ１は、装薬孔長Ｌに対する比（Ｌ１／Ｌ）が60％±5％以内となるように設定され、動的破砕剤３１のかさ密度や装填状態などを考慮してビニル管３５の内径が設定される。

なお、装薬孔３０を杭頭部２０の外周面に設置する想定破断面高さは、図１（ｂ）の杭天端２２から所定高さｈだけ上の高さ位置とされる。この高さｈは、たとえば、50mmであるが、適宜変更可能である。

次に、図２のように、装薬孔３０内に、動的破砕剤３１，点火具３２が配置されたビニル管３５を最奥部３０ｂへと挿入した後、点火具３２に接続した脚線３２ａを装薬孔３０の外部に取り出した後、砂等からなる込め物３３を残りの間隙に充填し装薬孔３０を密閉する（Ｓ０７）。

なお、動的破砕剤３１は、公知の各種破砕剤を使用でき、たとえば、酸化第２銅、アルミニウム、硫酸マグネシウム７水和物を主成分としたものを使用でき、点火すると、テルミット反応により激しい酸化還元反応とともに高温・高圧の水蒸気が発生し、この発生した膨張圧を利用する。また、臭素酸塩等のガス発生剤を主剤とした薬筒と点火具が一体となったものも使用でき、密閉状態で点火すると、高温・高圧ガスを発生する。

上述の装薬工程Ｓ０７において、図２の装薬長Ｌ１，込め物長Ｌ２を測定し、これらの測定値を記録し、適性値の範囲にあること等を確認する（Ｓ０８）。なお、点火具３２から外部へ取り出した脚線３２ａを、発破器（図示省略）から延長された発破母線（図示省略）に接続する。

次に、周囲から完全に作業者を遠ざけたことを確認した後、発破器による遠隔操作にて図１（ｂ）の杭頭部２０の杭余盛部２１を破断する（Ｓ０９）。

次に、破断が確実に発生したことを確認した後、杭頭部２０にあらかじめ設置した複数の吊り部１４を用いてコンクリート破断片を揚重し、撤去する（Ｓ１０）。

次に、コンクリート杭１０の杭天端２２の面について仕上げはつりをし（Ｓ１１）、杭鉄筋が変形等していた場合には手直しを行う（Ｓ１２）。次に、杭鉄筋の検査を行う（Ｓ１３）。

上述のように、本実施形態による杭頭処理工法によれば、コンクリート打設後に杭頭部２０の外周面から水平方向に杭断面中心に向けて複数の装薬孔３０を放射状に形成するので、装薬準備を後施工方式で時間を要せずに簡易に行うことができる。また、水平に形成された各装薬孔３０に装填された動的破砕剤３１により杭天端２２の上部の杭余盛部２１を的確に水平破断することができる。

従来までは、杭頭処理工法に動的破砕を適用するにあたり、動的破砕剤の装薬に竪管方式の水平フィン付装薬ホルダーを用いて破砕を行い、杭余盛部を水平破断する方法を採用していた。しかし、この方法による場合、装薬ホルダーの設置や揚重準備などを杭鉄筋の組立て時に行う必要があり、その後、杭工事、掘削工事を経て、杭頭部が表出し、杭頭処理を行う段階では、装薬ホルダーが破損していたり、掘削重機により、杭主筋が曲げや損傷を受けているなど、杭頭処理に支障を来たす事態が発生する可能性があった。そこで、本実施形態では、前施工による種々の懸念がないように、装薬の準備を杭頭部の表出後に行う後施工方式とし、かつ、より確実な水平方向の装薬孔による破砕方式を適用することで、装薬ホルダーや杭主筋の破損を防止することができる。この場合、各装薬孔３０は、22〜25mm程度の細径とし、杭水平断面の杭断面中心に向けて放射状に配置するのが有効である。

また、装薬孔が鉛直方向である場合、装薬した破砕剤の上端を固化体で拘束するために速硬性の無収縮モルタルを使用すると、硬化までの時間を要し施工効率が低下したが、本実施形態ではかかるモルタルによる拘束は不要で、施工に時間を要さずに効率的な施工が可能である。

また、装薬孔３０を水平方向の横穴とした場合、装填される動的破砕剤を横穴の最奥部に挿入し、残りの空間を砂などの込め物をタンピングするだけで外周側への噴出は発生しないことが実験的・経験的に明らかになっている。また、装薬孔は、６本以上を想定破断面上に放射状に配置するのが適切とされるが、本発明者等の実験・研究によれば、４本ないし３本でも、動的破砕剤と込め物の量を適切に調整することにより、杭余盛部を的確に水平破断できることが明らかになっている。

以上のように、本実施形態の杭頭処理工法では、杭頭部２０に杭半径未満の長さとなる水平方向の装薬孔４本を放射状に配置し、装薬孔長Ｌに対する込め物長比（Ｌ２／Ｌ）が40％±5％以内となるように動的破砕剤３１を装填する。このように装薬した後、遠隔操作により動的破砕剤３１に点火し、杭余盛部２１を所定のレベルで的確に水平破断することができる。

〈実験例〉
次に、込め物長比Ｌ２／Ｌ（図２の装薬孔長Ｌに対する込め物長Ｌ２の比）をパラメータとした実験例１〜６による実験結果を説明する。実験条件は、杭径が1,200mm、装薬孔が４本、充填材（込め物）が砂である。実験結果を図４に示す。

図４からわかるように、込め物長比Ｌ２／Ｌが41.8％の実験例３の場合、杭余盛部を所定のレベルで的確に水平破断することができ、破断面も良好であった。また、込め物長比Ｌ２／Ｌが40％の実験例２，42％の実験例４の場合、杭余盛部を所定のレベルでほぼ的確に水平破断することができ、破断面もほぼ良好であった。これら以外の実験例１，５，６では、破断面が不良であった。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、動的破砕剤等を装填するビニル管は、これに限定されず、他の材質であってもよいが、破砕剤が水に濡れると点火できなくなるので、プラスチック等の耐水性のある非金属製の管が好ましい。

本発明の杭頭処理工法によれば、装薬準備を杭頭部が表出してから行う後施工方式を採用し、時間を要さない簡易な方法により装薬準備を行い、しかも杭余盛部を動的破砕により的確に水平破断できるので、コンクリート杭の杭頭処理を、時間を要せず効率よくかつ確実に精度よく行うことができる。

１０ コンクリート杭
１１ 杭主筋
１２ せん断補強筋
１３ 吊り筋
１４ 吊り部
２０ 杭頭部
２１ 杭余盛部
２２ 杭天端
２３ 余盛天端
３０ 装薬孔
３０ｂ 最奥部
３１ 動的破砕剤
３２ 点火具
３３ 込め物
３５ ビニル管
Ｌ 装薬孔長
Ｌ１ 装薬長
Ｌ２ 込め物長
Ｐ 杭断面中心

Claims (4)

1. 場所打ちコンクリート杭の杭頭処理を行う杭頭処理工法であって、
   コンクリート打設により形成された杭頭部の杭天端に関連する外周面高さ位置から水平方向に杭断面中心に向けて複数の装薬孔を放射状に形成する工程と、
   前記装薬孔内に動的破砕剤を装填する工程と、
   前記動的破砕剤に点火することで前記杭天端から上部の杭頭部分を破断する工程と、を含み、
   前記装薬孔内に最奥部から順に前記動的破砕剤と点火具と込め物とを配置し、
   前記装薬孔の全長Ｌに対する前記込め物の長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ）を４０〜４５％の範囲内とする杭頭処理工法。
2. 前記装薬孔に管が挿入され、
   前記管内に前記動的破砕剤と前記点火具とが配置されている請求項１に記載の杭頭処理工法。
3. 前記複数の装薬孔の最奥部は前記杭断面中心に対しずれている請求項１または２に記載の杭頭処理工法。
4. 前記複数の装薬孔の数を３または４とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭頭処理工法。

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