JPH0132337B2

JPH0132337B2 -

Info

Publication number: JPH0132337B2
Application number: JP58141184A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kidera; Shigeru Nakagawa; Takashi Takeda; Katsumi Oomori; Toshuki Ookuma
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1989-06-30
Also published as: KR850002857A; JPS6033936A; KR930005272B1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、寒冷地帯における構造物基礎のう
ち、杭基礎に関し、さらに詳しくは凍害防止杭に
関するものである。永久凍土地帯あるいは季節凍土地帯といつた寒
冷地にパイプラインの架台その他各種の構造物を
建造する場合、活動層及び季節凍土層の凍着凍
上、融確沈下といつた凍害から構造物を保護する
ことが必要不可決である。このため各種の対策工
法が用いられているが、最も一般的なものは杭基
礎である。ここに、永久凍土地帯とは、例えばアラスカ、
カナダ、シベリヤ等の如く、季節に関係なく年間
を通じて凍結している地層（以下永久凍土層とい
う）が分布している地域をいい、その年平均気温
は０℃以下である。活動層とは、地表から永久凍
土層までの部分で、年間の温度変化の影響を大き
く受け、冬季は凍結凍上し、夏季は融解沈下する
地層をいう。また季節凍土層とは、永久凍土層が
存在しない平均気温０℃以下の地域で、冬季は凍
結し、夏季は融解する地層をいう。なお、以下の
説明では、季節凍土層を活動層に含めることがあ
る。ところで、寒冷地における杭基礎は、永久凍土
内まで根入れし、永久凍土と杭表面の間の凍着強
度によつて、上部構造物の自重、凍着凍上力及び
ネガテイブフリクシヨンに対抗しようとするもの
であり、このためには、永久凍土と杭間の確実な
凍着強度及び永久凍土内への杭の充分な根入長が
必要である。しかしながら、永久凍土層は必ずし
も均一な性質を有しておらず、土質、温度によつ
て凍着強度に大きな相違があるため、設計上は充
分は凍着強度を持つように永久凍土内に長く根入
れしても、現実に構造物が凍害を受けることがし
ばしばあり、安全率を上乗せした設計に基づいて
根入れ長をとらなければならないので、施工性及
び経済性に大きな問題がある。このような前提条
件があるため、その対策として、杭基礎に作用す
る凍着凍土力を軽減化するための幾つかの方法
が、従来考えられている。第１図乃至第３図は永久凍土地帯及び季節凍土
地帯において、従来行なわれている杭基礎の凍着
凍上力低減方法を示すもので、第１図がサーマル
パイル方式、第２図が凍上防止杭方式、第３図が
凍着強度増大杭方式である。第１図はサーマルパイル方式の一例を示す縦断
面図で、１は鋼管杭、コンクリート杭等からなる
杭体、２は凍着強度増大のため杭体１の外周に設
けた波付け、３は杭体１内に装入したヒートパイ
プ、４はラジエータである。５は永久凍土層、６
は活動層で、杭体１は活動層６と永久凍土層５に
設けられた掘削孔７内に根入れされ、砂スラリー
８により埋戻されている。なお、Ｈは杭体１の根
入長をまたｈは活動層６の厚さを示す。このようなサーマルパイル方式においては、根
入部分の永久凍土５の温度をヒートパイプ３によ
り、冬季間に強制的に冷却して冷熱を蓄えること
によつて、凍結融解厚さ（活動層６の厚さｈ）を
減少させ、これにより、凍着凍上防止力を大きく
しようとするものである。さらに、このサーマル
パイルは、夏季に上部構造からの入熱により、杭
体１の周面の永久凍土が融解するのを防止するこ
とができる。すなわち、サーマルパイル方式によ
れば、杭周囲の永久凍土の融解沈下に伴なつてネ
ガテイブフリクシヨンが杭に働くことと、冬季に
この融解部が凍結して杭に余分な凍着凍上力が働
くことを防止できる。しかしながら、サーマルパイルは活動層６の層
厚ｈを多少薄くすることはできるが、凍着凍上力
とネガテイブフリクシヨンをそれほど低減するこ
とができず、依然として構造物の凍害を防ぐこと
はできない。例えば、使用開始１年目の冬には、
地盤深部温度の低下により、サーマルパイルを使
用しない場合よりもかえつて凍上量が増加し、大
きな凍着凍上力が発生することがある。また、２
年目以降も、活動層の温度低下が凍着凍上力を増
加させる傾向をもたらすことが考えられる。従来
の使用例では、サーマルパイルの永久凍土内への
根入長Ｈをかなり長くして凍害防止をはかつてお
り、施工性、経済性上からも問題がある。凍上防止杭方式は、活動層と杭周面との間に、
杭と凍土間の付着を切るような材料を充填したも
ので、第２図ａに示すものは、杭体１の外側にこ
れと同心的にケーシング９を配置して二重管方式
とし、杭体１とケーシング９との間を、濃度の高
いオイルとワツクスとの混合物１０で満たし、ケ
ーシング９の外周を砂スラリー８で埋戻すことに
より、凍着凍上力を分離するようにしたものであ
る。なお、９ａはケーシングの下端に設けたフラ
ンジである。また第２図ｂに示すものは、土、オ
イル及びワツクスを混合した材料１０ａを建込み
穴７の活動層６の部分の埋戻し材料として使用し
たものである。このような凍上防止杭方式は、杭周面にオイル
とワツクス等の混合物を充填したり埋戻したりし
ているが、これは現地において施工しなければな
らず、そのための機械や装置を必要とするばかり
でなく、施工性の点でもあまり良好ではない。ま
た、オイルとワツクス等の混合物は、現場で埋戻
し可能な程度の流動性を有しているため、夏季に
埋戻し材料が周囲地盤へ浸透して分散し、このた
め再充填の必要が生じたり、凝固点降下のため永
久凍土を溶かすといつた環境破壊が生じる。加え
て、二重管方式では、活動層の凍結融解に伴なつ
てケーシングが持上りと沈下を起し、これが上部
構造に悪影響を及ぼすことがある。第３図は、凍着強度増大杭方式を示すもので、
杭体１の永久凍土５内への根入部に、ノツチや波
付け２を設けることにより、永久凍土５と杭体１
との間の凍着強度を増加させ、活動層６の凍着凍
上力に対抗させるようにしたものである。この方式では、杭体１の根入部の永久凍土の性
質が必ずしも均一でなく、凍着強度のばらつきが
生じること、ノツチや波付けの形状、間隔によつ
て凍着凍上力が変化するため、これによつて大き
な凍着強度を得るためには、端部の異形棒鋼状処
理等にかなりの精度の製作加工を必要とするなど
の問題がある。また、凍害防止杭は、杭設置場所における活動
層６の厚さｈに対応した長さＬのものを用いなけ
ればならないが、活動層６の厚さｈは、地域、場
所等によつて著しく相違するため、活動層６の厚
さに対応した各種長さの杭を準備しなければなら
ない。このようなことから、凍害防止杭を例えばパイ
プラインの架台として長距離に亘つて杭基礎を設
置するような場合は、従来、各種長さの杭をあら
かじめ工場で製作し、現地へ輸送して活動層６の
厚さに対応した杭を選び、設置していた。このた
め梱包が面倒であるばかりでなく、荷が大きくな
つて輸送が面倒であり、また大量生産に適さない
ためコストが上昇し、工費の増大を来たす等の問
題があつた。本発明は、上記のような従来の問題点を解決す
べくなされたもので、活動層及び季節凍土層の凍
結によつて杭に作用する凍着凍上力及び夏季に発
生するネガテイブフリクシヨンを低減する部材を
杭体に付加することにより、上部構造が受ける凍
害を防止すると共に、活動層の厚さに応じて杭の
長さを任意に調整でき、大量生産が可能で梱包、
輸送も容易であり、コストを低減できる凍害防止
杭を提供することを目的とするものである。本発明に係る凍害防止杭は、上記の目的を達成
するため、凍着凍上力が作用する寒冷地に設置す
る杭において、通常の杭を複数本に切断した長さ
の杭体に可伸縮部材を嵌装してその上下端部を前
記杭体の上下端部より内側に水密に固定し、前記
杭体と可伸縮部材とで形成する空間に流動性物質
を充填して杭部材を構成し、該杭部材を活動層の
厚さに対応して適宜連結したことを特徴とするも
のである。以下図面を参照して本発明を説明す
る。第４図は本発明実施例の縦断面図である。な
お、第１図乃至第３図と同じ部分には同じ符号を
付し、説明を省略する。図において、１０は本発
明に係る凍害防止杭で、適宜長さの複数本の杭部
材１１，１１ａ，………を連結したものである。
この杭部材１１，１１ａ，………の構成の一例を
第６図に示す。１２は杭体（図には鋼管杭が示し
てある）で、その長さｌは通常の杭を複数個に切
断した長さ（例えば0.5ｍ程度）に選ばれている。
１３は蛇腹状の可伸縮部材で、その上下端部は杭
体１２の端部からそれぞれl₁，l₂を経てゝ、固定
部材１４，１５により杭体１２に水密に固定され
ている。１６は杭体１２と可伸縮部材１３とで形
成する空間に充填した流動性物質である。本発明に使用する可伸縮部材１３は、地域によ
り差異はあるが、一般に、常温から−50℃程度
の低温まで脆性波壊を生じないこと、回復可能
な変位が活動層６の凍結凍上量（h₁−ｈ）より大
きいこと、及び流動性物質により劣化または腐
食しないことを条件とし、これらの条件を満足す
るものとして、その代表例を表１に示す。また、流動性物質１６は、地域により差異はあ
るが、一般に、常温から−50℃程度の低温まで
流動挙動を示し、杭体１及び可伸縮部材１３を
劣化させたり腐食したりしない物質であることを
条件とし、これらの条件を満たすものとして、そ
の代表例を第２表に示す。

【表】

〔実施例〕

(1) 鋼管杭（在来のもの）外径：34mm、長さ：4000mm、埋込長：250mm (2) 凍害防止杭（第４図の実施例に相当するも
の） (a) 杭の寸法外径：27.5mm、長さ：400mm、埋込長：250
mm、杭部材の長さ：50mm (b) 可伸縮部材の材質及び寸法材質：低密度ポリエチレン、厚さ：1.5mm、
山のピツチ：9.0mm、山と谷の差：6.0mm (c) 流動性物質イソパラフイン（C₁₃〜C₁₈）上記のような在来の鋼管杭と本発明に係る凍害
防止杭とを、それぞれ第１０図に示す実験装置に
建込んだのち実験装置を冷凍室内に設置し、常温
から開始して−20℃まで冷却し、約24時間経過後
−40℃に変更し、その状態を約48時間継続したの
ち冷却を中止した。この間の土槽３５内の土３５
の凍上量を経時変化を変位計３９で測定した結果
を第１１図に、また、凍着凍上力の経時変化をロ
ードセル３８で測定した結果を第１２図に示す
（図中Ａは在来の鋼管杭、Ｂは本発明の凍害防止
杭の実験結果である。）図から明らかなように、
凍上量は両者ほとんど変らないのにかかわらず、
凍着凍上力は、−40℃において鋼管杭Ａは3.5Kg／
cm²前後であるのに対し、本発明に係る凍害防止杭
Ｂはほぼ０であり、格段に低減されたことが確認
された。上記の実施例では、本発明を鋼管杭に実施した
場合を示したが、本発明はコンクリート杭にも実
施することができ、また、内部にコンクリートを
打設した拡底杭に実施することも可能であり、そ
の場合、鋼管以外にプラスチツク管を使用するこ
ともできる。さらに、従来の凍害防止杭（例えば
第３図に示した凍着強度増大杭）にも併用するこ
とができる。その他各部の材質、形状、寸法等も
上記実施例に限定するものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができ
る。以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば以下のような顕著な効果を挙げることができ
る。 (1) 杭体に対する活動層の凍着凍上力をほぼ０に
することができるので、寒冷地における構造物
を凍害から充分保護することができる。 (2) 杭体に作用する凍着凍上力を低減できるの
で、杭の根入れ長を大幅に短縮できる。 (3) 杭の長さを活動層の厚さに応じて任意に調整
できる。 (4) 多量生産が可能であり、梱包、輸送も容易な
ので、コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の凍着凍上力低減方法
を示すもので、第１図はサーマルパイル方式、第
２図ａ，ｂは凍上防止杭方式、第３図は凍着強度
増大杭方式の説明図である。第４図は本発明実施
例の縦断面図、第５図はその作用説明図、第６
図、第７図は本発明の要部をなす杭部材の実施例
を示す要部拡大断面図、第８図ａ，ｂ及び第９図
ａ〜ｆは本発明要部の別の実施例の拡大断面図、
第１０図は本発明に係る凍害防止杭を実験する装
置の概念図、第１１図は在来の鋼管杭と本発明に
係る凍害防止杭との凍着凍上量の経時変化を示す
線図、第１２図は同じく凍着凍上力の経時変化を
示す線図である。５：永久凍土層、６：活動層、８：砂スラリ
ー、１０：凍害防止杭、１１，１１ａ：杭部材、
１２：杭体、１３：可伸縮部材、１６：流動性物
質。

Claims

【特許請求の範囲】

１凍着凍上力が作用する寒冷地に設置する杭に
おいて、通常の杭を複数本に切断した長さの杭体
にそれぞれ可伸縮部材を嵌装してその上下端部を
前記各杭体の上下端部より内側に水密に固定し、
前記各杭体と可伸縮部材とで形成する空間にそれ
ぞれ流動性物質を充填して杭部材を構成し、該杭
部材を活動層の厚さに対応して適宜連結したこと
を特徴とする凍害防止杭。