(57)【要約】【課題】杭先端部にテーパー状部分を有する杭と根固め部との一体化を確実に図ることができる基礎杭およびその施工方法の提供。【解決手段】鋼管杭を用いた基礎杭で、鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、鋼管杭先端部を埋め込むように造成された根固め部５に、テーパー状部分４が埋め込まれている基礎杭１とする。テーパー状部分４の杭長手方向の長さＨ１と、鋼管杭の外径が一定の定常部の外径Ｄ１との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲とする。テーパー状部分先端の外径Ｄ２と、テーパー状部分４より上の鋼管杭の外径が一定の定常部の外径Ｄ１との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が０．８０〜０．９５の範囲とする。基礎杭の施工方法で、鋼管杭先端部のテーパー状部分４を埋め込む根固め部５を造成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭を用いた基礎杭であって、
前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部を埋め込むように造成された根固め部に、前記テーパー状部分が埋め込まれていることを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
根固め部に、テーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分の全体が埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の基礎杭。
【請求項３】
テーパー状部分の杭長手方向の長さ（Ｈ１）と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径（Ｄ１）との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の基礎杭。
【請求項４】
テーパー状部分先端の外径（Ｄ２）と、テーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基礎杭。
【請求項５】
鋼管杭を用いて中掘りによって掘削して施工する基礎杭の施工方法であって、
前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部の前記テーパー状部分を埋め込むように根固め部を造成することを特徴とする基礎杭の施工方法。
【請求項６】
前記鋼管杭におけるテーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分全体を埋め込むように根固め部を造成することを特徴とする請求項５に記載の基礎杭の施工方法。
【請求項７】
前記中掘りと同時に、前記鋼管杭を回転圧入することを特徴とする請求項５または６に記載の基礎杭の施工方法。
【請求項８】
前記中掘りと同時に、前記鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削することを特徴とする請求項５または６に記載の基礎杭の施工方法。
【請求項９】
前記中掘りと同時に、鋼管杭を回転圧入すると共に鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削することを特徴とする請求項５または６に記載の基礎杭の施工方法。
【請求項１０】
テーパー状部分の杭長手方向の長さ（Ｈ１）と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径（Ｄ１）との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲とされていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の基礎杭の施工方法。
【請求項１１】
前記鋼管杭におけるテーパー状部分先端の外径（Ｄ２）と、テーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされていることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の基礎杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、港湾構造物あるいは橋梁の基礎や建物の基礎等、土木・建築分野において用いられる基礎杭及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭外周面の摩擦力を期待する摩擦杭であって、杭の周面摩擦力を高める手段として、杭の先端部外周面をテーパー状外周面とすること、または杭全長の外周面をテーパー状外周面とすることは知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、テーパー状外周面を有するテーパー状杭を格子状に打ち込んで地盤表層部を締め固めて液状化防止を図るようにすることも知られている（例えば、特許文献３参照）
また、負の周面摩擦力を除去するためにテーパー状杭を地盤に貫入させることも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
また、杭の先端部に、円錐状のコーンを設けて先端が閉塞した閉端杭とすると共に、テーパー状外周面とする形態も知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
なお、場所打ち鉄筋コンクリート杭や既成コンクリート杭を埋設するために、先端側をテーパー状外周面およびテーパー状内周面としたケーシングを用いることも知られている（例えば、特許文献６，７参照）。
【０００５】
また、ストレートな鋼管杭の先端に形成される根固め部と鋼管杭との荷重伝達を円滑に図るために、平鋼、鉄筋や端板リングを杭先端支圧材として鋼管杭内周面あるいは先端部に取り付けたり、鋼管杭先端部外周面にフリクションカッターを設けて突出させて、根固め部との一体化を高めることも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４６５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７２８０号公報
【特許文献３】特開２００８−１９０１１６号公報
【特許文献４】特開昭５７−８１５２６号公報
【特許文献５】特開平８−２８４１６０号公報
【特許文献６】特開２００８−２９７７５２号公報
【特許文献７】特開２００５−２４８４３９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鋼管杭の中堀り杭工法（セメントミルク噴射攪拌方式）施工要領  第６頁、第１０〜１３頁  平成２０年７月  鋼管杭協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の先端部にテーパー状部分を有する杭は、杭周面での高い摩擦力を獲得することを目的とし、杭先端部に設ける根固め部（拡大根固め球根）との一体化を図るものではない。また、杭の先端部のテーパー状部分を根固め部に埋め込んで、テーパー状部分と根固め部とを一体化することは知られていない。
【０００９】
ところで、鋼管杭を用いた基礎杭には、鋼管杭の先端が閉塞している閉端杭を用いた基
礎杭と、先端が開口している開端杭を用いた基礎杭とがあり、本発明は、杭先端が開口されている開端杭を用いた基礎杭に属する。
また、鋼管杭を用いた基礎杭には、根固め部を設けない基礎杭と、根固め部を設ける基礎杭とがあり、本発明は根固め部を設ける基礎杭に属する。
【００１０】
開端杭の鋼管杭で大きな支持力を獲得するためには開口部を閉塞させる必要があり、そのためには鋼管杭を支持層に深く根入れする必要があるが、それでは施工時間が長期化し、施工コストの上昇に繋がる。そこで簡易に高い支持力を獲得するためには、根固め部を造成し、杭の底面積を増加させると共に、鋼管杭の開口部を確実に閉塞させる手法が知られている。
杭施工時に、中掘り圧入施工を行なう際、施工速度を維持しながら施工を行なうためには、常に鋼管杭内に侵入してくる土砂の大部分を排土する必要がある。しかし、排土される土砂は、建設発生残土として扱われるため、処理に費用がかかるだけでなく、その処理のための環境負荷も大きい。
本発明者は、特に杭先端部にテーパー状部分を有する杭と根固め部との組み合わせについて研究した結果、テーパー状部分の一部または全部を根固め部に埋め込むことにより、杭に作用する押し込み力に対しては、テーパー状部分外周面から根固め部に荷重が伝達可能なことにより、根固め部との付着を確保する際に、従来は鋼管杭内側や外側に鉄筋などのずれ止めを設けていたが、これらのずれ止めの一部あるいは全部を省略できることを見出した。
また、鋼管杭の先端部にテーパー状部分を設けていることで、杭先端部の開口部の開口面積を小さくできることで、鋼管杭内に侵入する土の量を抑制でき、必要な排土量を軽減することができことの利点を生かせること、さらに、鋼管杭を回転させながら中掘り圧入する工法が杭先端部等での抵抗を低減でき有効である知見を得て、本発明を完成させた。
本発明は、前記の課題を解消することができ、杭先端部にテーパー状部分を有する杭と根固め部との一体化を確実に図ることができる基礎杭およびその施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の基礎杭では、鋼管杭を用いた基礎杭であって、前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部を埋め込むように造成された根固め部に、前記テーパー状部分が埋め込まれていることを特徴とする。
また、第２発明では、第１発明の基礎杭において、根固め部に、テーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分全体が埋め込まれていることを特徴とする。
第３発明では、第１発明または第２発明の基礎杭において、テーパー状部分の杭長手方向の長さ（Ｈ１）と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径（Ｄ１）との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲とされていることを特徴とする。
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの基礎杭において、テーパー状部分先端の外径（Ｄ２）と、テーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされていることを特徴とする。
第５発明の基礎杭の施工方法においては、鋼管杭を用いて中掘りによって掘削して施工する基礎杭の施工方法であって、前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部の前記テーパー状部分を埋め込むように根固め部を造成することを特徴とする。
第６発明では、第５発明の基礎杭の施工方法において、前記鋼管杭におけるテーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分全体を埋め込むように根固め部を造成することを特徴
とする。
第７発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、前記鋼管杭を回転圧入することを特徴とする。
第８発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、前記鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削することを特徴とする。
第９発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、鋼管杭を回転圧入すると共に鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削することを特徴とする。
第１０発明では、第５発明〜第９発明のいずれかの基礎杭の施工方法において、テーパー状部分の杭長手方向の長さ（Ｈ１）と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径（Ｄ１）との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲とされていることを特徴とする。
第１１発明では、第５発明〜第１０発明のいずれかの基礎杭の施工方法において、前記鋼管杭におけるテーパー状部分先端の外径（Ｄ２）と、前記鋼管杭におけるテーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によると、第１発明の基礎杭では、鋼管杭を用いた基礎杭であって、前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部を埋め込むように造成された根固め部に、前記テーパー状部分が埋め込まれているので、杭に作用する押し込み力に対しては、テーパー状部分外周面から根固め部に荷重を伝達でき、これにより、根固め部との付着を確保する際に、従来は鋼管杭内側や外側に鉄筋などのずれ止めを設けていたが、これらのずれ止めの一部、あるいは、全部が省略可能になる等の効果が得られる。
また、第２発明では、第１発明の基礎杭において、根固め部に、テーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分全体が埋め込まれているので、支持層を勘案して根固め部に埋め込む長さを設計により適宜選択して経済的な基礎杭とすることができる効果が得られる。
第３発明では、第１発明または第２発明の基礎杭において、テーパー状部分の杭長手方向の長さと、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径との比率が０．１〜２．０の範囲であるので、テーパー状部分を杭全長に設ける必要がないので、経済的な先端テーパー状部分付きの鋼管杭とすることができ、また、テーパー状部分と根固め部との付着を確実に図ることが可能な基礎杭とすることができる効果が得られる。
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの基礎杭において、テーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）に対する鋼管杭先端の外径（Ｄ２）との比率であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされているので、鋼管杭内に侵入してくる土砂の軽減を図ることができ、また、拡大掘削治具を備えたアースオーガーとの併用も可能で、根固め部との確実な一体化を図ることが可能な鋼管杭とすることができる。
第５発明の基礎杭の施工方法においては、鋼管杭を用いて中掘りによって掘削して施工する基礎杭の施工方法であって、前記鋼管杭は、その先端部に先端に向かって漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を備えたテーパー状部分を有すると共に先端が開口されている鋼管杭であり、前記鋼管杭先端部の前記テーパー状部分を埋め込むように根固め部を造成するので、鋼管杭先端部は、テーパー状部分先端が縮径されていることにより、テーパー状部分により周囲に土砂を圧密しながら施工することができ、また、縮径されている分、鋼管杭内に流入する土砂量が減少するため、必要排土量が低減でき、また、テーパー状部分により根固め部に係止効果のある付着となるため、付着効果が大きくなり、中堀り拡大根固め工法では、根固め部との付着を取るために必要なずれ止め治具の一部、あるいは、全部を省略できる効果が得られる。
第６発明では、第５発明の基礎杭の施工方法において、前記鋼管杭におけるテーパー状部分の一部あるいはテーパー状部分全体を埋め込むように根固め部を造成するので、支持
層を勘案して根固め部に埋め込む長さを設計により適宜選択して経済的な基礎杭を施工することができる効果が得られる。
第７発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、前記鋼管杭を回転圧入するので、テーパー状部分を含む先端テーパー状部分付きの鋼管杭の周面摩擦力を低減して施工することができる効果が得られる。
第８発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、前記鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削するので、杭内のみを中堀する場合に比べて、施工効率を高めることができ、短時間で施工することができ、施工コストを低減することができる効果が得られる。
第９発明では、第５発明または第６発明の基礎杭の施工方法において、前記中掘りと同時に、鋼管杭を回転圧入すると共に鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削するので、テーパー状部分を含む先端テーパー状部分付きの鋼管杭の周面摩擦力を低減して施工することができ、さら施工効率を高めることができる効果が得られる。
第１０発明では、第５発明〜第９発明のいずれかの基礎杭の施工方法において、テーパー状部分の杭長手方向の長さ（Ｈ１）と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径（Ｄ１）との比率（Ｈ１／Ｄ１）が０．１〜２．０の範囲であるので、テーパー状部分を杭全長に設ける必要がないので、経済的な先端テーパー状部分付きの鋼管杭とすることができ、また、テーパー状部分と根固め部との付着を確実に図ることが可能な基礎杭を容易に施工することができる効果が得られる。
第１１発明では、第５発明〜第１０発明のいずれかの基礎杭の施工方法において、前記鋼管杭におけるテーパー状部分先端の外径（Ｄ２）と、テーパー状部分より上の鋼管杭外径（Ｄ１）との比率（Ｄ２／Ｄ１）であるテーパー状部分の縮径率が、０．８０〜０．９５の範囲とされているので、鋼管杭内に侵入してくる土砂の軽減を図ることができ、また、拡大掘削治具を備えたアースオーガーとの併用も可能な杭基礎の施工方法となり、また、根固め部との確実な一体化を図ることが可能な基礎杭の施工方法とすることができ、さらに、前記の効果を得られる基礎杭を容易に築造することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態の先端テーパー状部分付きの鋼管杭の先端部に根固め部を築造した場合のテーパー状部分と根固め部との作用関係を示す一部縦断正面図、（ｂ）はテーパー状部分の投影図である。
【図２】本発明の先端テーパー状部分付きの鋼管杭を用いて、地盤に回転圧入する場合の土の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態の先端テーパー状部分付き鋼管杭を地盤に貫入させた場合に、地盤への貫入量比（Ｈ３／Ｄ１）と管内の土の高さ比（Ｈ４／Ｄ１）を説明するための説明図である。
【図４】地盤への貫入量比（Ｈ３／Ｄ１）と管内の土の高さ比（Ｈ４／Ｄ１）について、縮径率（Ｄ２／Ｄ１）を変化させた場合のグラフである。
【図５】本発明の基礎杭の施工方法の第１例を説明するための説明図であり、（ａ）はアースオーガー等の掘削治具をセットしている状態、（ｂ）は掘削を開始している状態、（ｃ）は排土併用掘削している状態、（ｄ）は根固め部を築造している状態である。
【図６】本発明の基礎杭の施工方法の第１例を説明するための説明図であり、（ａ）は中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｂ）はさらに中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｃ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭先端部が支持層に到達した時点で拡径掘削治具を先端テーパー状部分付きの鋼管杭より下方に突出させた状態、（ｄ）は拡径掘削治具を拡径して掘削している状態、（ｅ）はセメントミルクを噴射して土砂と混合し、ソイルセメントによる拡大球根状の根固め部を築造している状態、（ｆ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を圧入して根固め部に貫入させ、アースオーガースクリュウを吊り上げている状態である。
【図７】本発明の基礎杭の施工方法の第２例を説明するための説明図であり、（ａ）は、アースオーガースクリュウ等の掘削治具をセットしている状態、（ｂ）は掘削を開始している状態、（ｃ）は、排土併用掘削している状態、（ｄ）は根固め部を築造している状態である。
【図８】本発明の基礎杭の施工方法の第２例を説明するための説明図であり、（ａ）は中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｂ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を回転させながらさらに中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｃ）は先端テーパー状部分付き鋼管杭先端部が支持層に到達した時点で拡径掘削治具を先端テーパー状部分付きの鋼管杭より下方に突出させた状態、（ｄ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭の回転を停止し、拡径掘削治具を拡径して掘削している状態、（ｅ）はセメントミルクを噴射して土砂と混合し、ソイルセメントによる拡大球根状の根固め部を築造している状態、（ｆ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を圧入して根固め部に貫入させ、アースオーガースクリュウを吊り上げている状態である。
【図９】本発明の基礎杭の施工方法の第３例を説明するための説明図であり、（ａ）は先堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｂ）はさらに先堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｃ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭先端部が支持層に到達した状態、（ｄ）は拡径掘削治具を拡径して掘削している状態、（ｅ）はセメントミルクを噴射して土砂と混合し、ソイルセメントによる拡大球根状の根固め部を築造している状態、（ｆ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を圧入して根固め部に貫入させ、アースオーガースクリュウを吊り上げている状態である。
【図１０】本発明の基礎杭の施工方法の第４例を説明するための説明図であり、（ａ）は先堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｂ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を回転させながらさらに先堀りして先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、（ｃ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭先端部が支持層に到達した状態、（ｄ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭の回転を停止し、拡径掘削治具を拡径して掘削している状態、（ｅ）はセメントミルクを噴射して土砂と混合し、ソイルセメントによる拡大球根状の根固め部を築造している状態、（ｆ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭を圧入して根固め部に貫入させ、アースオーガースクリュウを吊り上げている状態である。
【図１１】本発明の基礎杭に用いる一形態の先端テーパー状部分付きの鋼管杭を示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）はａ−ａ断面図、（ｄ）は底面図である。
【図１２】比較例としてのストレート鋼管杭を示すもであって、（ａ）は正面図、（ｂ）縦断正面図、（ｃ）横断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
先ず、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明の基礎杭において使用される先端テーパー状部分付きの鋼管杭１について説明する。
【００１６】
本発明の基礎杭において使用される先端テーパー状部分付きの鋼管杭１は、振動工法あるいはその他の工法あるいは圧入工法好ましくは回転圧入工法により打設される鋼管杭でその先端が開口されている鋼管杭であり、その先端部の外周面および内周面には、それぞれ、先端に向かって杭長手方向に漸次縮径するテーパー状外周面２およびテーパー状内周面３が設けられている。
【００１７】
前記のテーパー状外周面２およびテーパー状内周面３の杭長手方向の断面形態としては、杭長手方向の片側の断面形態として、外側および内側が、図示のように直線状であってもよく、図示を省略するが、曲線状であってもよい。テーパー状外周面２およびテーパー状内周面３の杭長手方向の断面形態としては、半径方向で外側に向かって凸（半径方向で内側に向かって凹）でも、半径方向で内側に向かって凸（半径方向で外側に向かって凹）でもよい。
【００１８】
前記のように、杭先端部を縮径したテーパー状部分４を設けることにより、図２に矢印で示すように、積極的に土を杭の外側に流れるようにすることで、管内に流入する土を減らすことが可能となり、また、杭先端部の開口面積を減らすことで、管内に流入する土を減らすことが可能となり、これらにより、杭先端部が管内土による閉塞の発生を抑制し、管内土と杭内周面との摩擦を軽減し、杭圧入力の軽減を図ることを可能にしている。
【００１９】
杭先端部にテーパー状部分４を設けることで、テーパー状外周面３に作用する土の抵抗は増大するが、回転圧入施工する工法を採用することで、砂（または土）１１との付着による杭周面の摩擦の増大を抑制することが可能である利点も生かしている。前記テーパー状部分４より上には、外径Ｄ１が一定の杭外周面９が接続している。
【００２０】
前記のテーパー状外周面２（テーパー状部分）の杭長手方向の長さＨ１と、外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ１／Ｄ１）は、０．１〜２．０とされ、同様にその内側のテーパー状内周面３（テーパー状部分）の杭長手方向の長さＨ１と、外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ１／Ｄ１）は、０．１〜２．０（テーパー角θでは、３〜２２°に相当）とされている。また、鋼管杭先端の杭外径Ｄ２が、テーパー状部分４より上の鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比である縮径率（Ｄ２／Ｄ１）で表した場合に、０．８０〜０．９５の範囲の外径Ｄ２に縮径されている。前記の縮径率（Ｄ２／Ｄ１）は、鋼管杭先端の縮径率である。なお、本発明では、前記のテーパー状部分４の杭長手方向（杭軸方向と同じ）の長さＨ１と、テーパー状部分４先端の外径Ｄ２と、外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１と、テーパー角θとの間には、ｔａｎθ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２Ｈ１の関係がある。
【００２１】
前記のように、テーパー状外周面２およびテーパー状内周面３（テーパー状部分）の杭長手方向の長さＨ１と、外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ１／Ｄ１）を０．１〜２．０と設定した理由、および鋼管杭先端の杭外径Ｄ２を、テーパー状部分４に接続しテーパー状部分４より上の鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｄ２／Ｄ１）である縮径率（Ｄ２／Ｄ１）で表した場合に、０．８０〜０．９５の範囲とした理由について説明する。
【００２２】
まず、図３に示すような寸法の先端テーパー状部分付き鋼管杭１を地盤１５に貫入施工した場合について、図４には、地盤への貫入量Ｈ３と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ３／Ｄ１）と、管内の土の高さＨ４と、鋼管杭の外径が一定の定常
部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ４／Ｄ１）について、縮径率（Ｄ２／Ｄ１）を０．７０、０．８０、０．９０、０．９５と変化させた場合および縮径率（Ｄ２／Ｄ１）が１．００の場合（比較例として、図１２に示すような、テーパー状部分がない外径Ｄ１が一定のストレートな鋼管杭１０に相当）について、グラフで示されている。図４に示すように、縮径率（Ｄ２／Ｄ１）が小さくなると、管内の土の高さＨ４と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ４／Ｄ１）が小さくなり、管内の土の高さＨ４が低く、管内に侵入してくる土が少なくなり、管内土１４の高さＨ４が低くなり、鋼管杭内周面１２と管内土１４とによる付着を低減できる。
縮径率（Ｄ２／Ｄ１）を０．９５より小さくすると、管内に侵入してくる土を、テーパー状部分がないストレートな鋼管杭１０に比べて、１割程度少なくすることができることがわかる。したがって、縮径率（Ｄ２／Ｄ１）の上限を０．９５としている。
【００２３】
次に、具体的に縮径率について検討する。
道路橋示方書に定められた、中掘り杭工法の先端の極限支持力度（ｋＮ／ｍ２）の最大値を下表に示す。ただし、下表が適用可能なのは、杭先端の根固め部５を築造する処理方法がセメントミルク噴出撹拌方式の場合である。
【００２４】
【表１】
2010242464.tif 000003
【００２５】
根固め部５の一軸圧縮強度Ｆｃは、一般的な値として、１５Ｎ／ｍｍ２が採用されている。
図１に示すように、テーパー状部分４の投影面積Ａｓ（ｍ２）は、テーパー状部分４より上の外径が一定の定状部の外径をＤ１、テーパー状部分先端の外径をＤ２とした場合、Ａｓ＝（（Ｄ１）２−（Ｄ２）２）・π／４となる。
また、テーパー状部分４で期待できる鋼管杭が根固め部に押込まれる際に抵抗力として発揮される力である支圧強度Ｐ（ｋＮ）は、テーパー状部分４の投影面積をＡｓとすると、Ｐ＝Ａｓ・Ｆｃ・αとなる。実験等からして確認した値であるが、α=４を得ている。
また、杭先端の極限先端支持力Ｐｕ（ｋＮ）は、砂層では、Ｐｕ＝７５００・（Ｄ１２・π）／４となり、砂れき層では、Ｐｕ＝１００００・（Ｄ１２・π）／４となる。
先端テーパー状部分付きの鋼管杭１の支持力を確実に発現させるためには、テーパー状部分４で期待できる支圧強度Ｐが、杭先端の極限先端支持力Ｐｕ以上であることで、テーパー状部分４と根固め部５がずれないことなになるから、鋼管杭にずれ止めを省略する観点では、Ｐ≧Ｐｕとすることが望ましく、これらの値を、Ｐ＝Ａｓ・Ｆｃ・αに代入して、Ｄ２とＤ１の関係を求めると、砂層および砂れき層では、下記のようになる。
砂層    ：Ｄ２=Ｄ１・０．９２
砂れき層：Ｄ２=Ｄ１・０．９４
そして、Ｄ２が上式の値以下であれば、ずれ止めは不要となる。
そこで、最も望ましい縮径率（Ｄ２／Ｄ１）値は、砂層であれば０．９２以下、砂れき層であれば０．９４以下となる。
縮径率（Ｄ２／Ｄ１）の下限値については、鋼管杭内をスクリューロッド゛やオーガーヘッドが通過するのに干渉しない値が望ましく、テーパー状部分４の内側への張り出しがは、縮径率が０．８程度であれば施工可能であり、０．９程度がより望ましい。そのため、縮径率（Ｄ２／Ｄ１）に関して、望ましい値として、０．８０〜０．９５であり、最も望ましい値としては、支持層が砂層では０．９〜０．９２、支持層が砂れき層では０．９
０〜０．９４となる。
なお、テーパー状部分４の角度θは４５°以内であれば、土を外に流れることを阻害しないと考えられる。杭外径Ｄ１に対するテーパー状部分の杭長手方向の長さＨ１との比（Ｈ１／Ｄ１）の最小値である０．１は，縮径率０．８で、４５°のときの値である。
【００２６】
テーパー状部分の杭長手方向の長さＨ１と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率（Ｈ１／Ｄ１）の範囲は、通常、根固め部５への先端テーパー状部分付きの鋼管杭１の挿入は、根固め部５への根入れ長さをＨ２とした場合（図１参照）、Ｈ２／Ｄ１=０．５〜２．０程度であることが多いことから、テーパー状部分４が根固め部５に完全に入って埋め込まれているためには、Ｈ１／Ｄ１＝０．１〜２．０が望ましい。
【００２７】
次に、前記のような先端テーパー状部分付き鋼管杭１を使用した基礎杭６の施工方法について説明する。
【００２８】
図５および図６は、本発明の基礎杭６を杭施工装置２３を用いて施工する場合の施工方法の第１例の説明図であって、本発明の施工方法では、前記の先端テーパー状部分付き鋼管杭１を用いて、先端テーパー状部分付き鋼管杭１内に侵入してくる土砂を、中掘りによって掘削して施工する基礎杭の施工方法としている。
なお、図５（ａ）は、アースオーガースクリュウ１６等の掘削治具をセットしている状態、（ｂ）は掘削を開始している状態、（ｃ）は、排土併用掘削している状態、（ｄ）は根固め部５を築造している状態である。
また、図６（ａ）は中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、同図（ｂ）はさらに中堀りしながら先端テーパー状部分付きの鋼管杭を地盤に圧入している状態、同図（ｃ）は先端テーパー状部分付き鋼管杭先端部が支持層に到達した時点で拡径掘削治具を先端テーパー状部分付きの鋼管杭より下方に突出させた状態、同図（ｄ）は拡径掘削治具を拡径して掘削している状態、同図（ｅ）はセメントミルクを噴射して土砂と混合し、ソイルセメントによる拡大球根状の根固め部を築造している状態、（ｆ）は先端テーパー状部分付きの鋼管杭１を圧入して根固め部５に貫入させ、アースオーガースクリュウを吊り上げている状態である。同図（ａ）〜（ｃ）に渡る左側の矢印の範囲は、支持層８に達するまでの施工工程であり、同図（ｄ）〜（ｆ）に渡る右側の矢印の範囲は、根固め部５を造成する施工工程である（以下の図８〜図１０においても同様である。）。
【００２９】
中堀り工法は、杭体を地盤に挿入すると共に、杭体内に流入してくる土を次々と排土していくことで高い施工性を維持する工法であるが、排土の処理には、処理費，運搬費がかかるだけでなく、その際に発生するＣＯ２なども環境への負担となるため、本発明では、排土量を低減するため、先端がテーパー状部分とされている先端テーパー状部分付きの鋼管杭１を用いることにより、テーパー状部分で土砂を外側に押しのけ、杭周囲を圧密し、排出する土砂の量を低減するようにしている。
そして、図５および図６に示す場合は、アースオーガースクリュウ１６のみを回転駆動可能な単軸式アースオーガー駆動装置１７を、リーダー１８に沿って下降させることで、アースオーガースクリュウ１６および先端テーパー状部分付きの鋼管杭１を地盤に圧入する（図５（ｃ）および図６（ａ）の状態）。また、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１が支持層８に到達した時点（図６（ｃ）（ｄ）の状態）で、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端部からアースオーガースクリュウ１６先端の拡径掘削治具１９を突出させて、アースオーガースクリュウ１６と共に回転駆動しながら、セメントミルクを、拡径掘削治具１９から高圧噴射する（図６の状態）。この場合、拡径掘削治具１９を下降または上昇させることで、アースオーガースクリュウ１６先端部に設けられている拡径掘削治具１９を、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端より下方に位置させて、掘削アーム２０を張り出させて、拡径させ、その状態で、アースオーガースクリュウ１６を駆動すると共に、セ
メントミルクを拡径掘削治具１９から噴射させ、テーパー状部分４内周面の付着土を洗浄しながら、土砂とセメントミルクを混合して、テーパー状部分４の一部または全部を埋め込むように、ソイルセメント２１からなる根固め部５を造成（築造）し、同図（ｆ）に示すように、先端テーパー状部分付き鋼管杭１を圧入して根固め部５に貫入させ、アースオーガースクリュウ１６を引き上げ、ソイルセメント２１を硬化させ、根固め部５とする。
なお、拡径掘削治具１９がテーパー状部分内側に位置している時点で、セメントミルクを高圧噴射することで、テーパー状部分内周面を洗浄することができる。また、根固め部５を造成している段階で、セメントミルクと土砂との攪拌流によりテーパー状部分４の内周面３あるいは外周面２の洗浄効果もある。
【００３０】
先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端部のテーパー状部分４を根固め部５に貫入させる場合、テーパー状部分４は、その杭長手方向の長さＨ１と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径Ｄ１との比率がの０．１〜２．０の範囲であるために、必要な支持力を得ることができれば、支持層８の強度を勘案して根固め部に埋め込む長さを設計により適宜選択して、テーパー状部分４の一部を埋め込むように、根固め部５を築造するようにしてもよく、テーパー状部分４の全部を埋め込むように根固め部５を築造してもよい。
【００３１】
前記のような場合に、図７および図８に示すように、アースオーガースクリュウ１６および先端テーパー状部分付きの鋼管杭１の両方を同時に回転駆動可能な２軸同軸式アースオーガー駆動装置２２とすることで、中掘りと同時に、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１を回転圧入してもよい。先端テーパー状部分分付きの鋼管杭１を回転させることで、テーパー状部分４を含む杭周面と周囲地盤１５との付着による抵抗を低減することで、施工効率を向上させることができる。
なお、図７（ａ）は、アースオーガースクリュウ１６等の掘削治具をセットしている状態、（ｂ）は掘削を開始している状態、（ｃ）は、排土併用掘削している状態、（ｄ）は根固め部５を築造している状態である。
このような工法では、図８（ｃ）（ｄ）に示すように、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端部が支持層８に達した状態で、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１の回転を停止し、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端部から拡径掘削治具１９を突出させ、掘削アーム２０を広げて、アースオーガースクリュウ１６と共に拡径掘削治具１９を回転させ、セメントミルクを拡径掘削治具１９から低圧あるいは高圧噴射することで、土砂とセメントミルクを攪拌混合して、同図（ｅ）に示すように、ソイルモルタルからなる根固め部５を造成し、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１を根固め部５に貫入させる。また、図示しないが、拡径掘削治具１９を用いずに一般的に用いられる掘削オーガーヘッドの先端から、セメントミルクを高圧噴射することで、根固め部５を造成することも可能である。
【００３２】
中堀工法の場合には、さらに図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、拡径掘削治具１９における掘削アーム２０を杭径程度開かせた状態で、中掘りと同時に、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端よりさらに先の下方を先掘り掘削することで、杭の施工効率を向上させ、短時間で施工することができる。
また、このような工法では、図９（ｄ）に示すように、掘削アーム２０をさらに拡径させて、セメントミルクを拡径掘削治具１９から噴射して、ソイルセメントからなる根固め部５を造成し、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１先端部を根固め部５に貫入させるようにすればよい。
【００３３】
さらに、図１０に示すように、中掘りと同時に、先端テーパー状部分分きの鋼管杭１を回転圧入すると共に鋼管杭先端よりさらに先の下方を掘削することで、一層施工性を向上させることができる。
また、前記の場合に、テーパー状部分４の杭長手方向の長さＨ１と、鋼管杭の外径が一定の定常部の外径Ｄ１との比率が０．１〜２．０の範囲であると、通常の杭と同様に、根
固め部５に対して貫入させればよいので、従来公知の杭の施工方法と同様に施工できるので、施工が容易になる。
【００３４】
前記の施工方法において、テーパー状部分先端の外径Ｄ２と、テーパー状部分４より上の鋼管杭の外径Ｄ１との比率であるテーパー状部分の縮径率（Ｄ２／Ｄ１）が、０．８０〜０．９５とされていると、杭内に侵入してくる土砂の軽減を図ることができる。また、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１と根固め部５との一体化を確実に図り、押し込み力および引き抜き力に対して、先端テーパー状部分付きの鋼管杭１におけるテーパー状部分４のテーパー状外周面２およびテーパー状内周面３とを有効に利用して、確実に荷重を根固め部５に伝達することができる杭基礎を容易に構築することができる。
【００３５】
本発明の基礎杭６を築造するために用いる先端部にテーパー状部分を有する鋼管杭を製作方法としては、１本の鋼管の先端部を、冷間曲げ成形によりテーパー状部分を形成するように製作してもよく、また、冷間プレス成型によりテーパー状部分を形成するように製作してもよく、あるいは扇状の帯鋼板を冷間曲げテーパー状に加工して両側縁部を溶接により接合して、大外径部が接続すべき鋼管とほぼ同じ外径のテーパー状の短管を製作し、そのテーパー状の短管の上端部を、１本の鋼管の先端部に溶接により固定して、テーパー状部分を有する鋼管杭を製作してもよい。また、１本の鋼管の先端部を、塑性加工して、先端部にテーパー状部分を有する鋼管杭を製作してもよい。
【００３６】
なお、本発明を実施する場合、拡径掘削治具１９における掘削アーム２０を拡径させる手段としては、従来公知の機械式拡径手段、あるいは油圧ジャッキを組み込んだ油圧式拡径手段を採用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  先端テーパー状部分付きの鋼管杭
２  テーパー状外周面
３  テーパー状内周面
４  テーパー状部分
５  根固め部
６  基礎杭
８  支持層
９  外径Ｄ１が一定の杭外周面
１０  ストレートな鋼管杭
１１  砂（または土）
１２  鋼管杭内周面
１４  管内土
１５  地盤
１６  アースオーガースクリュウ
１７  単軸式アースオーガー駆動装置
１８  リーダー
１９  拡径掘削治具
２０  掘削アーム
２１  ソイルセメント
２２  ２軸同軸式アースオーガー駆動装置
２３  杭施工装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010242464.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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