桩的施工方法.pdf

本发明提供一种桩的施工方法，利用炼钢过程中产生的炼钢渣吸水膨胀性质，可提高桩的支承力。将桩(1)插入挖掘孔(H)内，同时向桩(1)的外周部分和内部填充具有膨胀性的炉渣(2)，通过使炉渣(2)膨胀，可提高桩(1)的支承力。

1.  一种桩的施工方法，其特征是，将桩插入挖掘孔内，在该桩的外周部和/或内部填充具有膨胀性的炼钢渣，通过使所述渣膨胀提高桩的支承力。

2.  根据权利要求1记载的桩施工方法，其特征是，根据构筑桩的地基性质、构筑桩的目的，调整所填充的渣的膨胀率。

3.  根据权利要求1记载的桩施工方法，其特征是，将插桩的挖掘孔的上部位置形成为大直径、下部位置形成为小直径，从而将渣填充成不同直径的台阶状。

4.  根据权利要求1记载的桩施工方法，其特征是，将插桩的数个挖掘孔上部位置相互连接，将上部的渣填充成平面状。

5.  根据权利要求1记载的桩施工方法，其特征是，所述炼钢渣以炼钢渣为主成分，并在其中混合了以下物质中的一种或多种，这些物质为老化处理后的炼钢渣、高炉渣、铁合金渣、水淬渣、铜冶炼渣、红泥、粉煤灰、垃圾焚烧渣、垃圾焚烧灰、污泥渣，玻璃粉碎物、废石膏、混凝土废料、石膏、生石灰、水泥、碎石、砂土、粘土、人工材料、矿物。

桩的施工方法
发明技术领域
本发明是关于桩的施工方法，特别是利用转炉炉渣和/或电炉炉渣(本说明书中称作「炼钢渣」)具有的吸水膨胀性质，提高桩的支承力的桩施工方法。
背景技术
以前，作为确保桩支承力的方法，有如下实用方法，即，①在桩的端部和周围部分填充砂土、碎石和水泥加固土等，进而根据需要，施加机械振动和压缩力，使桩周围的地基压实的方法；②在桩中形成骨节、板条、翼、楔子等附属物的方法，等。
然而，确保桩支承力的方法中的、①的将桩周围地基压实的方法存在的问题是建造桩的挖掘孔和桩之间的间隙一般很狭窄，不能形成空洞，难以均匀地填充填充材料，而且，机械振动和压缩力也不能容易有效地传递到深层部位。另外，当填充材料使用填充性良好的粒状化物质时，地震时很容易形成液状化的问题。
②的桩上形成附属物的方法，存在的问题是附属物下方难以压实。
然而，炼钢渣具有吸水后膨胀的性质，因此，当前限制了作为土木建筑材料的用途。
具体讲，以这种转炉炉渣的利用实例，作为松软地基的改进施工方法，向松软地基层打设柱状转炉炉渣，作为排水砂桩，利用炉渣所有的吸水性和透水性的施工方法(参照特开平6-116937号公报)，除此之外，仅存在的事例是利用炼钢渣的固化特性和透水性，用作路基材料。
然而，将炼钢渣用作排水砂桩和路基材料时，炼钢渣所具有的膨胀性反而成了问题，当使用炼钢渣时，通过在约100℃的蒸汽中保存100小时实施老化处理，以消除炼钢渣具有的膨胀性。
这样，在炼钢渣的应用中，就能量消耗这一点，就需花费很大费用，也未必得到有效利用，特别是当前的现状，开发未进行老化处理的炼钢渣用途成为课题。
发明目的
本发明的目的是鉴于在上述已有桩施工法中对桩支承力发现的问题和有关炼钢渣有效利用的问题，提供一种桩的施工方法，即利用炼钢渣具有吸水膨胀的性质，以提高桩的支承力。
技术方案
为了达到上述目的，技术方案1记载的发明，其特征是将桩建造在挖掘孔内，同时在桩的周围和/或内部填充具有膨胀性的炼钢渣，通过所述渣的膨胀提高桩的支承力。
这种情况并不排除在桩的底部填充炉渣。
在此，所谓“具有膨胀性的炼钢渣”指的是通过进行老化处理而不使膨胀性消失的炼钢渣。
根据技术方案1记载的发明，建造在挖掘孔内的桩的周围和/或内部填充的炉渣通过吸水进行膨胀。
据此，即使建造桩的挖掘孔与桩的间隙很狭窄，由于填充在桩周围炉渣的膨胀，也会均匀地填充上填充材料，而不会形成空洞，同时也能将压缩力传达到深层部分，容易而且确实使桩周围的地基形成压实化，提高了地基的支承力，从而也提高了桩的支承力。
由于桩内部填充的炉渣膨胀，桩的径向膨胀力在桩的径向上施加挤压力，可增大桩的刚性。另一方面，桩的轴向膨胀力在桩上可施加与上载荷重相对应的应力(预应力)，据此能提高桩的支承力。
进而，炼钢渣也得到了有效利用。
技术方案2记载的发明，其特征是根据建造桩的地基性质、建造桩的目的等，调整填充的炉渣的膨胀率。
根据技术方案2记载地发明，根据建造桩的地基性质，例如，粘土层、砂层，建造桩的目的等，利用调整了膨胀率的炉渣膨胀，可使桩周围的地基强固到所需要的强度。
填充在桩上部位置的炉渣作盖用(此时，最好将填充在桩上部位置的炉渣膨胀率调小)，可使桩下部位置周围的地基得到进一步有效的强固。
技术方案3记载的发明，其特征是在桩的外周沿其纵向以一定间距形成肋，利用该肋控制填充在桩外周部的炉渣膨胀部位和方法。
根据技术方案3记载的发明，由在桩的外周沿其纵向以一定间距形成的肋控制填充在桩外周部的炉渣膨胀部位和方向，可使建造的桩具有像节桩一样的效果，这样可进一步提高桩的支承力。
技术方案4记载的发明，其特征是将建造桩的挖掘孔，在上部位置形成大直径，在下部位置形成小直径的形状，使填充的炉渣形成不同直径段的状态。
根据技术方案4记载的发明，可提高形成大直径挖掘孔部位的地基支承力，从而也可提高桩的支承力(水平耐力)。
技术方案5记载的发明，其特征是将建造桩的多个挖掘孔在上部位置处相互连接，将炉渣填充成面状。
根据技术方案5记载的发明，可提高上部位置处相互连接的挖掘孔部位的地基的支承力，从而可进一步提高桩的支承力(水平耐力)。
地基为砂性地基时，即使炉渣已固化，在地震时，间隙水都能无阻碍地排放出。
技术方案6记载的发明，其特征是上述具有膨胀性的炼钢渣是除了单独使用它之外，还可以将炼钢渣作为主要成分与以下1种或2种以上物质混合使用的可利用具有膨胀性的炼钢渣的膨胀性的材料，这些物质为老化处理后的炼钢渣、高炉渣、铁合金渣、水淬渣、铜冶炼渣、红泥、粉煤灰、垃圾焚炼渣、垃圾焚炼灰、污泥渣、玻璃粉碎物、废石膏、混凝土废料等工业废弃物、石膏、生石灰、水泥、碎石、砂土、粘土等建筑用材料、人工材料、矿物等。
根据技术方案6记载的发明，由于不需要对炼钢渣进行老化处理，所以可低费用地利用炼钢渣，使炼钢渣得到更有效地利用。
附图说明
图1是本发明桩施工法的第1实施例施工例的纵向剖面图。
图2(A)是老化处理前的炼钢渣膨胀特性的说明图、(B)是配合了炼钢渣和水淬炉渣材料的单轴压缩强度变化的说明图。
图3是表示本发明桩施工法第2实施例的施工例的纵向剖面图，图3(A)表示粘土层与砂层的场合，图3(B)表示根据深度变化炉渣的膨胀率的场合。
图4是表示本发明桩施工法第3实施例的施工例的纵向剖面图。
图5是表示本发明桩施工法第4实施例的施工例的纵向断面图。
图6是表示本发明桩施工法第5实施例的施工例的纵向断面图。
图7是对桩施加荷重时，荷重和下沉量的关系曲线。
图8是对桩施加荷重时，荷重和下沉量的关系曲线。
发明的实施形态
以下根据附图说明本发明桩施工法的实施形态。
图1中示出本发明桩施工法的第1实施例。
该实施例，在地基上挖掘挖掘孔H，与预先设定的钢管桩1的外径和深度相吻合，在该挖掘孔H内插入规定深度的钢管桩1，同时向该钢管桩1的外周部分和内部以规定的密度填充具有膨胀性的炉渣2。
这种情况的设定，是使挖掘孔H的内径稍大于钢管桩1的外径，以便能向钢管桩1的外周部分填充规定量的炉渣2。
在本实施例中，钢管桩1为光面形状，根据需要，也可使用在内外周面上具有肋等的钢管桩，以便适合于地基或建造的建筑物。
根据需要，可在钢管桩1的底部填充炉渣。
对于在钢管桩1的外周部和内部填充的具有膨胀性的炉渣2，可单独使用炼钢渣，最好是老化处理前的炼钢渣，或者，将炼钢渣作为主成分，与以下物质中的1种或2种以上混合使用，即，这些物质为：老化处理后的炼钢渣、高炉渣、铁合金渣、水淬渣、铜冶炼渣、红泥(铝冶炼渣)、粉煤灰、垃圾焚炼渣、垃圾焚炼灰、污泥渣、玻璃粉碎物、废石膏、混凝土废料等工业废弃物、石膏、生石灰、水泥、碎石、砂土、粘土等建筑用材料、人工材料、矿物等可利用炼钢渣膨胀性的材料。
此处，老化处理前的炼钢渣，由于吸水膨胀性质特别显著，最适宜本发明桩施工法使用。
图2(A)中示出了使用粒径5mm以下的老化处理前的炼钢渣，按照JISA5015进行膨胀试验的结果。
从图2(A)可知，老化处理前的炼钢渣膨胀特性(膨胀率)，随环境、温度、配合、化学组成等而异。
水淬炉渣具有无数气泡、由于形成棱角形状，所以具有轻量性、大剪切阻力、透水性、水硬性，最适宜本发明桩施工法应用。
同样，将具有这种特性的炉渣2填充在钢管桩1的外周部分和内部，在是砂性地基时，直至炉渣2固化，地震时仍能将间隙水顺利排放出，防止未然的地基液状化。利用水硬性提高地基的支承力，因此，能够提高桩的支承力。
图2(B)中示出了将炼钢渣和水淬炉渣的混合物封装在乙烯袋中，以防水分(5～8％)散逸，养护28天和90天后取出，测定单轴压缩强度的结果。
从图2(B)可知，越增大炼钢渣的配合率，由于固化现象单轴压缩强度越增大，获得提高支承力的效果。
在钢管桩1的外周部分和内部填充的炉渣2，除了使用同种炉渣外，根据需要，可使用膨胀率不同的炉渣，例如，在钢管桩1的外周部分填充的炉渣，其膨胀率比内部中填充的炉渣更大。
将具有这种特性的炉渣2填充在钢管桩1的外周部分和内部，填充在钢管桩1的外周部分的炉渣2由于吸收了周围地基所含的水分(根据需要也可添加水)而进行膨胀，即使建造桩的挖掘孔H和钢管桩1的间隙很狭窄，也能均匀地填充填充材料炉渣2，不会形成空洞，同时，压缩力也能传达到深层部分，能确实且容易地使钢管桩1周围的地基形成压实化，提高地基的支承力，由此，能提高钢管桩1的支承力，由于填充在钢管桩1内部炉渣2的膨胀，钢管桩1的径向膨胀力会向钢管桩1的径向施加挤压力，从而能增大钢管桩1的刚性，另一方面，钢管桩1的轴向膨胀力会对钢管桩1施加与上载荷重相对应的应力(预应力)，由此又能提高钢管桩1的支承力。
利用填充在钢管桩1外周部分炉渣2的固化现象增大单轴压缩强度，可防止地基的液状化，并提高支承力。
图3中示出了本发明桩施工法的第2实施例。
该实施例是根据地基的性质等，适当组合使用膨胀率和吸水性能不同的炉渣，以适应复杂地层构造的地基。
该实施例中也和上述第1实施例一样，在地基上挖掘挖掘孔H，与预先设定的钢管桩1的外径和深度相吻合，将钢管桩1在该挖掘孔H内插入规定的深度，同时，在该钢管桩1的外周部分以规定的密度填充具有膨胀性的炉渣2。
本实施例中，不在钢管桩1的内部填充炉渣，但也可以和上述第1实施例一样填充炉渣。
这种情况下，作为在钢管桩1的外周部分填充的炉渣，例如，如图3(A)所示，在粘土层H1中使用混合了生石灰的炉渣2a，在砂土层H2中，使用老化处理前的膨胀率大的炉渣2b。
据此，在粘土层H1中混合了生石灰的炉渣2a吸水发热，炉渣2a快速硬化，同时，并能改进粘土层H1。砂土层H2中，膨胀率大的炉渣2b能有效地强固砂层H2。
如图3(B)所示，根据深度变化炉渣的膨胀率，也能强固钢管桩1周围的地基。
更具体讲，例如，在钢管桩1的上部位置H3处使用膨胀率小的炉渣2c，下部位置H4处，使用膨胀率大的炉渣2d。
这样，填充在钢管桩1上部位置H3处的膨胀率小的炉渣2c会首先硬化，起到盖子的作用，而填充在钢管桩1下部位置H4的膨胀率大的炉渣2d会迟于膨胀，硬化时，向上方的膨胀受到约束，而向四周方向膨胀，可进一步强固周围的地基。
图4中示出了本发明桩施工法的第3实施例。
该实施例是在钢管桩1的外周上沿纵向以规定间距形成肋11a、11b，利用这些肋11a、11b控制填充在钢管桩1外周部分的炉渣2膨胀部位和方向。
该实施例也和上述第1实施例一样，在地基上挖掘挖掘孔H，与预先设定的钢管桩1的外径和深度相吻合，在该挖掘孔H内以规定深度插入钢管桩1，同时，在该钢管桩1的外周部分以规定密度填充具有膨胀性的炉渣2。
在该情况中，在钢管桩1的外周上形成的肋11a、11b的突出长度没有特殊限定，只是利用这些肋11a、11b将填充在钢管桩1外周部分的炉渣2上下分隔开，另外，形成的肋的数量和间隔在本实施例中也没有限定，可根据钢管桩1的长度、地基的性质等任意设定。
炉渣2的填充，与插入钢管桩1同时进行，但这时也可将炉渣2装入纸制、合成树脂制、纤维制、金属制等袋子20中(最好是打桩后能由水分解的纸制、合成树脂制的袋子)，使炉渣2不会产生脱落，以此状态配置在钢管桩1的周围。
袋子20，如图4的左半图所示，在肋11a、11b之间形成分割成带状的小袋，也可如图4的右半图所示，形成一个大袋。
据此，利用在钢管桩1的外周上沿其纵向以规定间距形成的肋11a、11b，可控制填充在钢管桩1外周部分的炉渣2的膨胀部位和方向，在构筑的钢管桩1上发现具有像节桩那样大的摩擦力效果，因此，可进一步提高钢管桩1的支承力。
根据需要，可在钢管桩1的上端(地平线GL)处形成肋11x。
据此，钢管桩1上端部的炉渣2产生膨胀时，利用这种膨胀可防止炉渣2向地平线GL上方挤压，钢管桩1上端部的炉渣2膨胀能有效地起到强固地基的作用。
图5中示出了本发明桩施工法的第4实施例。
该实施例是将插入钢管桩1的挖掘孔的上部位置H5形成为大直径，下部位置H6形成为小直径，填充具有膨胀性的炉渣2形成不同直径的段状。
这种情况下，形成大直径的上部位置H5的深度可根据地基的性质等设定，通常从地平线GL开始设定为5～10m深的深度。
据此，可提高形成大直径挖掘孔上部位置H5的地基支承力，由此也提高了钢管桩1的支承力(水平耐力)。
图6中示出了本发明桩施工法的第2实施例。
该实施例是通过将插入钢管桩1的多个挖掘孔挖掘成沟状，使上部位置H7处相互连接，将具有膨胀性的炉渣2填充成面状。这种情况，下部位置H8处和上述实施例相同，形成数个独立的挖掘孔，填充具有膨胀性的炉渣2。
这种情况下，挖掘成沟状的上部位置H7的深度，根据地基的性质等可设定，通常从地平线GL开始，设定为5～10m深的深度。
据此，提高了上部位置H7处相互连接的挖掘孔处的地基支承力，由此进一步提高了钢管桩1的支承力(水平耐力)。
地基为砂性地基时，即使炉渣2固化，通过填充在上部位置H7处的炉渣2，地震时，间隙水也能顺利地排放出。
实施例
以下一边将用炉渣施工的桩实例与用碎石施工的桩实例进行比较，一边更具体地说明本发明。
[实例1-1]
桩，使用节桩，在桩的外周部分填充粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣(100％)，构筑成桩。
[实例1-2]
桩，使用节桩，在桩的外周部分填充由90％粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣和10％石膏混合的混合物，构筑成桩。
[实例1-3]
桩，使用节桩，在桩的外周部分填充由70％粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣和30％粒径2mm以下水淬炉渣混合的混合物，构筑成桩。
[实例1-4]
桩，使用节桩，在桩的外周部分填充由80％粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣和20％粒径5mm以下混凝土废料混合的混合物，构筑成桩。
[比较例1]
桩，使用节桩，在桩的外周部分填充粒径10mm以下的碎石(100％)，构筑成桩。
[实例2-1]
桩，使用圆筒桩，在桩的外周部分填充粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣(100％)，构筑成桩。
[实例2-2]
桩，使用圆筒桩，在桩的外周部分填充由90％粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣和10％石膏混合的混合物，构筑成桩。
[实施例2-3]
桩，使用圆筒桩，在桩的外周部分填充由70％、粒径10mm以下的老化处理前的炼钢渣和30％、粒径2mm以下的水淬炉渣混合的混合物，构筑成桩。
[实例2-4]
桩，使用圆筒桩，在桩的外周部分填充由80％、粒径10mm以上的老化处理前的炼钢渣和20％、粒径5mm以下的混凝土废料混合的混合物，构筑成桩。
[比较例2]
桩，使用圆筒桩，在桩的外周部分填充粒径10mm以下的碎石(100％)，构筑成桩。
对根据上述实例和比较例构筑的桩施加荷重时荷重和下沉量的关系示于图7和图8。
从图7和图8可知，使用炉渣构筑的桩(实例)与用碎石构筑的桩(比较例)比较，可以确认任何一个，施加荷重时的下沉量很小，并能提高桩的支承力。可以确认这种趋势，在混合使用老化处理前的炼钢渣中混合石膏、水淬炉渣等时比单独使用老化处理前的炼钢渣时更加显著。
以下通过实际试验还可确认，通过利用炼钢渣吸水膨胀的特性，可提高桩的支承力。
试验系统地以3个阶段进行。作为炉渣试料，以老化处理前的炼钢渣作为主要成分，向其中添加石膏、水淬炉渣、混凝土废料等。
[实验1]圆罐实验
将外径150mm端部闭塞的钢管埋设在圆罐(φ600mm，h900mm)的中心部位，填充炉渣，使其埋入深度为450mm。在户外进行露天养护。在圆罐的底面设有排水装置，炉渣在比较干的状态下养护，当膨胀时受到来自罐壁的强力约束。
[实验2]大型土槽实验
在5m深的混凝土制土槽内，用5号碎砂构筑N值25的人工地基，在该地基上以1m间隔挖掘外径400mm、深3m的穴，插入外径165mm的钢管或者节径相同尺寸的带节钢管、在桩的周围填充炉渣。向土槽内加入水，达表面之下500mm的高度，对各个桩进行养护。
[实验3]现场规模实验
钻探调查结果，地基是N值在10以下的松软地基，在12m下层存在着N值为25的中间层。试验桩是使用钢管桩(外径457mm)和混凝土节桩(节径440mm、轴径300mm)，将桩长取为12m。试验桩的施工顺序，由于是渗水的松软地基，用螺旋钻边挖掘边插入套管，接着在内部插入1根套筒，在其内侧的套管内插入桩，向外套管和内套管之间装入适量的炉渣，边转动内外套管边作上下运动，在桩周围构筑成炉渣层。
[实验结果]
将实验1，2和3中基础桩的支承力性能，由载荷荷重和下沉量的关系，以基准支承力进行比较的结果分别示于表1、表2和表3。
[表1]
将直桩(光面桩)(填充天然碎砂)的支承力取为1时的支承力性能比较(施工后第28天)