【手続補正書】
【提出日】平成16年12月24日(2004.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  基礎杭の施工方法およびその装置
【特許請求の範囲】      
【請求項１】 中空既製杭からなる杭本体の下端部に先端シューが設置される基礎杭の施工方法であって、前記先端シューとして、前記杭本体と別体に製作され、その上部に該杭本体の下端部が載置される載置部と、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられている先端シューを用い、回転ロッドを前記杭本体の中空部を通して前記先端シューに接続し、該回転ロッドを介して前記先端シューを地盤中に回転埋設させながら、該先端シューの埋設に追随させて前記杭本体を地盤中に建て込むことを特徴とする基礎杭の施工方法。
【請求項２】 前記先端シューに、さらに前記杭本体の下端部を前記載置部に案内するガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭の施工方法。
【請求項３】 前記杭本体の下端部を、前記先端シューの前記ガイド部内に位置させた状態で該杭本体の地盤中への建て込みを行い、所定の深度において該杭本体の下端部を前記先端シューの載置部に載置することを特徴とする請求項１または２記載の基礎杭の施工方法。
【請求項４】 前記ガイド部が前記先端シューの載置部に設けられた前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材により形成されていることを特徴とする請求項３記載の基礎杭の施工方法。
【請求項５】  前記先端シューの載置部に、さらに前記杭本体の下端部を前記載置部に案内する前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材が設けられており、前記杭本体の下端部を、前記筒状部材の上端より上方に位置させた状態で該杭本体の地盤中への建て込みを行い、所定の深度において該杭本体の下端部を前記先端シューの載置部に載置することを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の基礎杭の施工方法。
【請求項６】 前記回転ロッドとして、外周面に前記杭本体の中空部の径より外径が小さいスクリュー翼を有するスクリューロッドを用い、前記先端シューの回転埋設時の地盤土砂の流入を利用して該先端シューと前記杭本体の下端部との隙間から杭本体内に土砂を取り込み、該土砂を前記スクリュー翼により杭本体内で上昇させながら該杭本体の建込みを行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基礎杭の施工方法。
【請求項７】 前記回転ロッド内部を通じて、前記先端シューにエア、水、またはセメントミルク等の気体または流体を圧送し、該先端シューに設けた噴出口から地盤中に前記気体または流体を噴出させながら先端シューの回転埋設を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基礎杭の施工方法。
【請求項８】 杭本体と別体に製作される基礎杭用先端シューであって、該先端シューの上部に、中空の杭本体の下端部が載置される載置部と、回転埋設装置の回転ロッドを接続するためのロッド接続部が形成され、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられていることを特徴とする基礎杭用先端シュー。
【請求項９】 前記先端シューの上部に、前記杭本体の下端部を前記載置部に案内するガイド部が形成されていることを特徴とする請求項８記載の基礎杭用先端シュー。
【請求項１０】  前記ガイド部が前記先端シューの前記載置部に設けられた前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材により形成されていることを特徴とする請求項９記載の基礎杭用先端シュー。
【請求項１１】  前記ガイド部が該先端シューの表面に設けられた複数の翼の上部によって形成されていることを特徴とする請求項９記載の基礎杭用先端シュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、既製杭を回転埋設装置を用いて建て込む基礎杭の施工方法および該施工方法に用いる基礎杭用先端シューに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】  
既製杭を低振動、低騒音で地盤中に建て込む工法の一つとして回転圧入装置を用いた回転圧入工法があり、既製杭の構造や建込みを容易にするための先端シューの構造、回転圧入装置等について種々の発明がなされている。
【０００３】
例えば、特開平１１−２４７１８３号公報には、鋼管杭の先端に翼を設け、回転圧入装置のトルクを鋼管杭内の先端近傍に伝達し、鋼管杭を回転圧入する工法が記載されている。
【０００４】
さらに、鋼管杭の先端に同様の翼を設けたものとしては、例えば特開２０００−７３３６５号公報記載の回転圧入工法などもある。
【０００５】
この他、特開２００１−２４８１５７号公報には、中空コンクリート杭の先端に、円錐形の外径を有し、外周面に螺旋翼を設けた杭推進体を取り付け、この杭推進体を杭の軸芯を中心として回転自在としたものが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−２４７１８３号公報、特開２０００−７３３６５号公報に記載されたものは、いずれも既製杭全体を回転させて地盤中に建て込むものであり、地盤からの抵抗等を考えた場合、非常に大きな回転力を必要とし、回転圧入装置やその付帯設備に多大な費用を必要とする。また、翼等を杭と一体化しているため、その加工コストも高くつく。
【０００７】
特開２００１−２４８１５７号公報記載のものは、既製杭の先端に設けた杭推進体が既製杭軸回りに回転自在となっており、回転圧入装置に要求される回転力そのものは上述の他の形式と比べ小さいが、杭と一体となるように取り付けられたものであり、その取付け構造が複雑となる他、杭推進体を単独で回転させる場合と比べるとやはり大きな回転力を必要とする。
【０００８】
本願発明の基礎杭の施工方法および基礎杭用先端シューは、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、杭本体と分離された先端シューを回転圧入しながら、杭本体をそれに追従させて建て込めるように構成することで、より小さい回転力で、低振動、低騒音の効率の良い安価な基礎杭の施工を可能とすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、中空既製杭からなる杭本体の下端部に先端シューが設置される基礎杭の施工方法であって、前記先端シューとして、前記杭本体と別体に製作され、その上部に該杭本体の下端部が載置される載置部と、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられている先端シューを用い、回転ロッドを前記杭本体の中空部を通して前記先端シューに接続し、該回転ロッドを介して前記先端シューを地盤中に回転埋設させながら、該先端シューの埋設に追随させて前記杭本体を地盤中に建て込むことを特徴とするものである。
【００１０】
中空既製杭としては、鋼管杭、コンクリート杭、ＰＣ杭、ＰＨＣ杭、鋼コンクリート複合杭などが挙げられる。
【００１１】
先端シューとしては、外形が円錐形のいわゆるコーン形状のものが一般的であるが、必ずしもコーン形状のものに限定されず、下端が平坦なものであってもよい。材質としては、鋼製のものが望ましいが、必要な強度が得られるものであれば特に限定されない。
【００１２】
翼は、従来の回転圧入杭のように螺旋状あるいは平板状のものなどを用いることができるが、先端シューの形状に応じて任意の形状のものが利用可能である。また、先端シューの形状によっては単に掘削刃としたり、あるいは翼と掘削刃を併用することもできる。先端シューを回転埋設するのに適したものであれば、特に限定されない。この翼が土砂を上方に押し上げるので、土砂を杭本体内に効率的に取り込むことができる。
【００１３】
回転埋設装置の回転ロッドと先端シューとは、例えば先端シューに設けたロッド接続部とロッドとを接続すればよく、ロッドの動きに応じて回転、上下動するようにしておくのがよい。
【００１４】
本願発明では、このような構成において、先端シューが杭本体と分離されているため、先端シューのみを回転させて、杭本体は回転させずに施工を行うことができる。そのため、杭本体を回転させる場合の地盤抵抗を考慮する必要がなく、杭本体は先端シューに追随させて埋設させるか、あるいは地盤が柔らかい部分については自重で沈設させることもでき、小さいエネルギーで杭の建込みを行うことができる。
【００１５】
なお、本願発明では、先端シューを杭本体と分離して回転させることができればよく、必要であれば、例えば杭本体を先端シューと逆向きに回転させながら施工するといったことも可能である。
【００１６】
請求項２は、請求項１に係る基礎杭の施工方法において、前記先端シューに、さらに前記杭本体の下端部を前記載置部に案内するガイド部が形成されている場合を限定したものである。
【００１７】
本願発明では、先端シューが杭本体と別体となっており、施工においても先端シューを先行させて回転埋設させるなど、先端シューと杭本体との間に隙間が生じるのが一般的であるが、先端シューと杭本体とが大きく離れても、杭の下端部を先端シューの載置部に載置することができるように、請求項２に係る発明ではガイド部を設けることとした。
【００１８】
請求項３は、請求項１または２に係る基礎杭の施工方法において、前記杭本体の下端部を、前記先端シューの前記ガイド部内に位置させた状態で該杭本体の地盤中への建て込みを行い、所定の深度において該杭本体の下端部を前記先端シューの載置部に載置する場合を限定したものである。
【００１９】
杭本体は建込み完了時においては、先端シューの載置部に載置されることで、先端開放の場合であっても先端シューによって、径に見合った先端支持力が得られる。
【００２０】
一方、先端シューの回転埋設、杭本体の埋設（通常、非回転）の際、わずかな隙間があれば杭本体内に土砂を取り込むことができるため、請求項３では杭本体の下端部を先端シューのガイド部内に位置させた状態で地盤中への建て込みを行い、所定の深度において下方に押圧するなどして杭本体の下端部を先端シューの載置部に載置することとした。
【００２１】
請求項４は、請求項３に係る基礎杭の施工方法において、前記ガイド部が前記先端シューの載置部に設けられた前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材により形成されている場合を限定したものである。
また、請求項５は、請求項１に係る基礎杭の施工方法において、前記先端シューの載置部に、さらに前記杭本体の下端部を前記載置部に案内する前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材が設けられており、前記杭本体の下端部を、前記筒状部材の上端より上方に位置させた状態で該杭本体の地盤中への建て込みを行い、所定の深度において該杭本体の下端部を前記先端シューの載置部に載置する場合を限定したものである。
【００２２】
先端シューの回転埋設、杭本体の埋設の際、これらの間にわずかな隙間があれば杭本体内に土砂を取り込むことができ、請求項４、５では先端シューのガイド部としての筒状部材の内径を杭本体の下端部の外径より大きく設定することとした。
【００２３】
請求項６は、請求項１〜５に係る基礎杭の施工方法において、前記回転ロッドとして、外周面に前記杭本体の中空部の径より外径が小さいスクリュー翼を有するスクリューロッドを用いることを限定したものである。
【００２４】
前記先端シューの回転埋設時の地盤土砂の流入を利用して該先端シューと前記杭本体の下端部との隙間から杭本体内に土砂を取り込み、該土砂を前記スクリュー翼により杭本体内で上昇させながら該杭本体の建込みを行うことができる。
【００２５】
先端シューと杭本体を分離し、これらの間に隙間が生じる状態、あるいは大きく離れた状態で施工を行うことで、先端シューによって掘削され、押しやられた土砂等が杭本体内に流入し、これを回転ロッドのスクリュー翼で上方に押し上げることができる。なお、この場合、スクリュー翼で押し上げた土砂を杭本体内にとどめ、地表に排出しなくてもよいし、通常の中掘り工法のように、杭本体の上方から外に排出してもよい。
【００２６】
なお、通常の中掘り工法では、中空杭先端をセメントミルク等で根固めする必要があるので、砂礫地盤で流水があるような地盤では根固めの信頼性が低下してしまうという問題点があるが、本願発明の方法によれば、前述のように土砂を杭本体の上方から排出することも可能なだけでなく、埋設後に先端シューが杭の先端を塞ぐので、どのような地盤においても信頼性の高い基礎杭を施工することができる。
【００２７】
請求項７は、請求項１〜６に係る基礎杭の施工方法において、前記回転ロッド内部を通じて、前記先端シューにエア、水またはセメントミルク等の気体または流体を圧送し、該先端シューに設けた噴出口より地盤中に前記気体または流体を噴出させながら先端シューの回転埋設を行う場合を限定したものである。
【００２８】
先端シュー部分からエア、水またはセメントミルク等の気体または流体を噴出させながら先端シューの回転を行うことで、先端シューの埋設および杭本体の建込みがさらに容易となる。通常は、回転ロッドの中空部を利用して先端シューにこれらの気体または流体を送り込み、先端シュー部分の噴出口からこれらを噴出する構成となる。
【００２９】
先端シューのガイド部と杭本体下端部の外周面との間および先端シューの載置部と杭本体の下端面との間にそれぞれ適当な隙間があれば、回転ロッドのスクリュー翼の機能を利用して土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
【００３０】
以上のように、本願発明の方法を用いれば、例えば地盤が軟らかい部分では分離の度合いを小さくし、地盤が硬く入り難い時や貫入速度を上げたい時には、杭の下端と先端シューの載置部または筒状部やガイド部の上端とが離れるようにしたり、加えてエア、水等を吐出する等の手段を併用することにより、杭の貫入性が大きく向上する。
【００３１】
また、先端シューの上端と杭本体の下端とが鉛直方向に分離した後でも、うまく載置部に載置することができるように翼の上方を筒状部の上方に伸ばして設置するようにしておくとガイド部として機能させることができる（例えば図４(b) 参照）。なお、翼の上方にガイド部を設けてもよい。
【００３２】
請求項８に係る発明は、杭本体と別体に製作される基礎杭用先端シューであって、該先端シューの上部に、中空の杭本体の下端部が載置される載置部と、回転埋設装置の回転ロッドを接続するためのロッド接続部が形成され、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられていることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項８は、杭本体と分離した先端シューの構造として、本願発明の基礎杭の施工方法に適した先端シューの形態を与えたものであり、このような先端シューを用いることにより、上述の施工方法における効果が期待できる。また、杭本体と分離された部材であるため、加工も容易であり、また杭本体側の特別な加工も必要ないため、全体コストを大幅に低減させることができ、杭本体、先端シュー等の現場への搬入納期を短縮できるという利点もある。
【００３４】
請求項９は、請求項８に係る基礎杭用先端シューにおいて、前記先端シューの上部に、さらに前記杭本体の下端部を前記載置部に案内するガイド部が形成されている場合を限定したものであり、限定理由は、請求項２と同様である。
【００３５】
ガイド部は杭本体の下端部を載置部に案内できればどのような形状でもよいが、先端シューの上部に複数のガイドを離散的に設ければ土砂が杭本体内に入りやすくなる。
【００３６】
請求項１０は、請求項９に係る基礎杭用先端シューにおいて、前記ガイド部が前記先端シューの前記載置部に設けられた前記杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部材により形成されている場合を限定したものである。
【００３７】
載置部に杭本体の下端部の外径より大きい内径を有する筒状部が形成されていることによって、載置部と杭本体の下端部との間の距離を容易に変更させることができる。この筒状部の上部にガイド部を離散的に設けることにより、杭本体の下端部を筒状部より上方に分離させた場合でも円滑に適正な位置に戻すことができる。
【００３８】
また、この筒状部材に孔を設けておけば、杭本体の先端部を筒状部内に位置させたまま、それらの位置関係を相対的に上下させるだけで自在に孔の開閉を行うことができ、杭本体内への土砂の取り込み量を変更させることができる。
【００３９】
請求項１１は、請求項９に係る基礎杭用先端シューにおいて、前記ガイド部が該先端シューの表面に設けられた複数の翼の上部によって形成されている場合を限定したものである。
【００４０】
ガイド部の形状としては、杭本体の下端部を案内するため、円筒状のものでもよいが、先端シューの外周面に翼が複数設けられる場合には、これらの配置を工夫することで、翼によるガイド部を形成することもできる。
【００４１】
また、その場合、翼間に隙間があるため、杭本体下端部の外周面との間の間隔が小さくても、杭本体内への土砂の取り込みがスムーズであるという利点も得られる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明の基本概念を示す図として最も代表的な形態を概略的に示したものである。すなわち、図１の例では、鋼管杭などの中空既製杭からなる杭本体１の下端部に、円錐形の先端シュー２を設置して基礎杭の建て込みを行う。
【００４３】
本願発明では先端シュー２を杭本体１と分離しており、先端シュー２に杭本体１の中空部を通した回転埋設装置の回転ロッド７を接続し、回転ロッド７で直接先端シュー２を回転させながら先端シュー２を地盤中に貫入して行く。
【００４４】
一方、杭本体１は埋設される先端シュー２に追随させる形で、基本的には回転させずに先端シュー２に案内される形で、必要に応じ押圧力を加えながら地盤中に建て込んで行く。
【００４５】
そのため、先端シュー２の外周面には例えば螺旋状に配置した１または複数の翼６（通常は複数）が取り付けられ、地盤内にねじ込むように貫入できるようになっている。
【００４６】
また、先端シュー２の上部には、鋼板等からなる載置部３、回転ロッド７の先端部を嵌合して回転ロッド７の回転力を伝達する孔型あるいはクラッチ状のロッド接続部４が形成されており、さらに鋼管等からなる筒状部５が形成されている。
【００４７】
杭本体の先端は、管を厚くする、リブを取り付ける、ドーナツ状の板を取り付けるなどにより補強してもよい。
【００４８】
さらに、代表的な形態として、円錐形すなわちコーン形状の先端シュー２の先端部から上方へ立ち上がる上記筒状部５の内径を、杭本体１の下端部の外径より所定寸法大きくとり、隙間Ｃが生ずるようにしている。
【００４９】
この隙間Ｃは、載置しやすさ、土砂の流入量等を考慮して、適宜決定すればよく、先端シュー２に追随して地盤中に建て込まれる杭本体１の中空部内に土砂を取り込む際の土砂の流入経路を構成する。
【００５０】
ただし、基礎杭が建て込まれる地盤の土質や性状によって、隙間Ｃの最適な寸法も変わってくる。一般的には軟弱な地盤では隙間Ｃが小さくてよく、固い地盤あるいは土粒子の大きい地盤では隙間Ｃを大きくとることが望ましい。
【００５１】
回転ロッド７の外周にはスクリュー翼８が螺旋状に設けられており、杭本体１の下端部から取り込まれた土砂をスクリュー翼８が順次上方へ押しやることで、地盤から受ける抵抗が小さくなり、杭本体１の建込みがスムーズとなる。
【００５２】
図２は、図１の形態における施工手順の一例を概略的に示したもので、回転ロッド７を介して先端シュー２を回転貫入しながら、これに追随させる形で杭本体１を回転させずに建て込んで行く（図２(a) 参照）。
【００５３】
このとき、先端シュー２の先端部に設けた噴出口からは、必要に応じ、エアまたは水１１などを噴出させ、先端シュー２の回転貫入、杭本体１の建て込みがスムーズに行なえるようにする。
【００５４】
また、先端シュー２の筒状部５の内面と杭本体１外周面との間の隙間、および先端シュー２の載置部３と杭本体１の下端面との間の隙間を通じて地盤内の土砂１０（翼６や掘削刃で掘削されたり、エアや水で粒子が分散された状態の土砂）が杭本体１内に流入し、回転ロッド７のスクリュー翼８で上方へ押し上げられる。
【００５５】
先端シュー２が所定の深度まで達したら、回転ロッド７をロッド接続部４から引き抜き、回転させながら引き上げる（図２(b) 参照）。
【００５６】
一方、杭本体１を押し下げ、その下端部が先端シュー２の載置部３に載るようにして、先端シュー２の面積に応じた先端支持力を発揮できるようにする。
【００５７】
回転ロッド７が引き上げられ、杭本体１が先端シュー２の載置部３に載置された状態で基礎杭として機能させる（図２(c) ）。なお、回転ロッド７を引き上げる前に、回転ロッド７の中空部から先端シュー２内を通じて、先端シュー２の先端部からセメントミルク等の硬化材を注入しておくことで、杭先端部の根固めを行うこともできる。
【００５８】
先端シューと杭本体との分離の度合い（相対的な位置関係）を変更するには、例えば次のようにすればよい。回転ロッドが接続された回転装置と、杭本体上部との間に油圧ジャッキ等を設置する。このとき、回転装置と先端シューとは回転ロッドにより接続されており、その距離は一定なので、この油圧ジャッキのストロークを調整することにより、杭本体を回転装置に対して相対的に上下動させることができる。
【００５９】
図３は、本願発明の基礎杭用先端シュー２の一実施形態として、先端シュー２の外周面に３枚の翼６と複数の掘削刃９を取り付けたものを示したものである。
【００６０】
本実施形態では、図３(a) に示すように中空円錐形の鋼製先端シュー２本体部分の上端に、回転ロッド７を嵌合するためのロッド接続部４を形成した載置部３としての円盤状の鋼板を溶接等により接合し、さらに載置部３を取り巻くように鋼管からなる筒状部５を溶接等により接合している。
【００６１】
また、底面側には図３(c) に示すように、エア、水あるいはセメントミルクを噴出させるための噴出口１２，１３が複数形成されている。
【００６２】
図４は、先端シュー２の他の実施形態として、先端シュー２の外周面に４枚の翼６と複数の掘削刃９を取り付けた場合を示したものである。
【００６３】
この例では、翼６が鋼管からなる筒状部５の上方まで突出しており、翼６の上部がガイド部として機能する。また、以上の２例では翼がほぼ筒状部５の外周部分に溶接されているが、先端のコーン部分に溶接してもよい。また、鋼管からなる筒状部を設けず、翼６のみでガイド部を形成させることもできる。
【００６４】
また、地盤への嵌入抵抗が小さいということでは、先端シュー２の本体をこれらの実施形態のようにコーン形状とすることが望ましいが、先端シュー２全体が円筒状等、他の形態であってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本願発明では、先端シューが杭本体と分離されているため、先端シューのみを回転させて、杭本体を回転させずに施工を行うことができる。そのため、杭本体を回転させる場合の地盤抵抗を考慮する必要がなく、杭本体は先端シューに追随させて埋設するか、あるいは地盤が柔らかい部分については自重で沈設させることもでき、小さいエネルギーで杭の建込みを行うことができる。
【００６６】
分離した先端シューと杭本体との間の隙間を所定間隔以上確保することで、施工時に土砂を杭本体内に取り込み、回転ロッドのスクリュー翼で上方に押し上げることで、さらに杭本体の建て込みを容易にすることができる。
【００６７】
先端シューが杭本体と分離されていることで、先端シュー自体の製作や取扱いが容易である他、杭本体も特別な加工が必要なくなるため、先端シューと杭本体を一体化したものに比べ、非常に経済的であり、先端シューと杭本体の施工現場への納期を大幅に短縮させることができる。
【００６８】
施工完了状態においては、杭本体の下端部が先端シューの載置部に載置されることで、先端シューの径に応じた先端支持力が得られ、先端シューの翼により地盤の大きな支持力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の基本概念を示す図である。
【図２】  本願発明の基礎杭の施工方法の一実施形態における施工手順の一例を概略的に示した断面図である。
【図３】  本願発明の基礎杭用先端シューの一実施形態を示したもので、(a) は平面図、(b) は正面図、(c) は底面図である。
【図４】  本願発明の基礎杭用先端シューの他の実施形態を示したもので、(a) は平面図、(b) は正面図、(c) は底面図である。
【符号の説明】
１…杭本体、２…先端シュー、３…載置部部、４…ロッド接続部、５…筒状部、６…翼、７…回転ロッド、８…スクリュー翼、９…掘削刃、１０…土砂、１１…エアまたは水、１２，１３…噴出口