(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に鋼管杭を挿入する方法であって、
セメントミルクを噴射するとともに掘削ビットを振動させながら回転させることで地盤を削孔攪拌する削孔攪拌ステップと、
前記削孔攪拌した部分に鋼管を振動させながら且つ回転させながら挿入する鋼管挿入ステップとを備え、
前記鋼管は外周から突出する円環状の環状部を前記鋼管の下端よりも上側に備え、
前記地盤は下方に支持層を備え、
前記鋼管挿入ステップでは、前記環状部を、前記支持層の上部に当接させ又は前記支持層内に埋設させると共に、前記鋼管の前記環状部よりも下側の部分を、前記削孔攪拌した部分から突出させて前記支持層に圧入することを特徴とする鋼管杭挿入方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋼管杭挿入方法であって、
前記削孔攪拌ステップでは、
セメントミルクを噴射しながら地盤を削孔攪拌することを特徴とする鋼管杭挿入方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鋼管杭挿入方法であって、
前記鋼管は、前記環状部を複数備えることを特徴とする鋼管挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質な地盤に好適な鋼管杭の挿入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤耐力が小さい敷地において住宅等の建築物を構築する場合には、建築物を強固に支持できるように、建築物の下部に杭基礎が設けられている。住宅地等において施工する際には、周囲への騒音、振動が問題となるため、杭基礎として周囲にスパイラルウイングを取り付けた鋼管杭が用いられている（例えば、特許文献１参照）。かかる鋼管杭によれば、鋼管杭を地盤に回転圧入することで施工時の騒音、振動を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２５９２０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、鋼管杭により十分な支持力を得るためには、鋼管杭の下端を支持層内に挿入しなければならない。支持層が硬質な場合や地中に障害物がある場合には、上記のような鋼管の周囲にスパイラルウイングを取り付けた鋼管杭であっても、支持層内に下端を挿入する際に、大きな回転トルクを鋼管杭にかける必要があり、大型の回転圧入機を用いなければならず、狭隘な敷地における施工に適さない。
【０００５】
また、予め、支持層に到達するような孔を掘削しておき、この孔内に鋼管杭を挿入することも考えられるが、強固な地盤を掘削するためには大型な掘削装置が必要となり、狭隘な敷地における施工に適さない。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、狭隘かつ地盤が強固な敷地であっても適用可能な鋼管杭の挿入方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の鋼管杭挿入方法は、地盤に鋼管杭を挿入する方法であって、セメントミルクを噴射するとともに掘削ビットを振動させながら回転させることで地盤を削孔攪拌する削孔攪拌ステップと、前記削孔攪拌した部分に鋼管を振動させながら且つ回転させながら挿入する鋼管挿入ステップとを備え、前記鋼管は外周から突出する円環状の環状部を前記鋼管の下端よりも上側に備え、前記地盤は下方に支持層を備え、前記鋼管挿入ステップでは、前記環状部を、前記支持層の上部に当接させ又は前記支持層内に埋設させると共に、前記鋼管の前記環状部よりも下側の部分を、前記削孔攪拌した部分から突出させて前記支持層に圧入することを特徴とする。
なお、上記の「セメントミルクを噴射するとともに掘削ビットを振動させながら回転させることで地盤を削孔攪拌する」とは、地盤にセメントミルクを噴射するとともに地盤を削孔攪拌する場合、及び、地盤を削工攪拌した後、セメントミルクを噴射しながら掘削土とセメントミルクを攪拌する場合を含む。
【０００８】
上記の鋼管杭挿入方法において、前記削孔攪拌ステップでは、セメントミルクを噴射しながら地盤を削孔攪拌してもよい。
【０００９】
また、上記の鋼管杭挿入方法において、前記鋼管は、環状部を複数備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、掘削ビットに起振力を加えながら回転させることで地盤を掘削することで掘削孔を形成するため、小型の掘削装置であっても強固な地盤や地中に障害物がある地盤に掘削孔を形成することができ、さらに、掘削孔内に鋼管を挿入することとしたため、小型の圧入装置であっても鋼管を挿入することができる。このように小型の装置で施工可能であるため、狭隘であるとともに、地盤が強固であり又は地中に障害物があるような敷地であっても鋼管杭を挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】圧入装置を示す図であり、（Ａ）は地盤を掘削する際の状態を示し、（Ｂ）は鋼管杭を圧入する際の状態を示す。
【図２】掘削ビットの詳細な構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は見上げ図である。
【図３】本実施形態で用いられる鋼管杭を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は見上げ図である。
【図４Ａ】本実施形態の鋼管杭の挿入方法を説明するための図（その１）である。
【図４Ｂ】本実施形態の鋼管杭の挿入方法を説明するための図（その２）である。
【図４Ｃ】本実施形態の鋼管杭の挿入方法を説明するための図（その３）である。
【図４Ｄ】本実施形態の鋼管杭の挿入方法を説明するための図（その４）である。
【図５】本発明の鋼管杭の挿入方法により構築した摩擦杭を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の鋼管杭の挿入方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、例えば、既存の鉄道の駅のホームなどの狭隘な敷地において施工する場合を例として説明する。
まず、本実施形態の鋼管杭の挿入方法において用いられる圧入装置について説明する。図１は圧入装置１０を示す図であり、（Ａ）は地盤を掘削する際の状態を示し、（Ｂ）は鋼管杭１００を圧入する際の状態を示す。同図に示すように、圧入装置１０はキャタピラからなる移動機構２０と、移動機構２０に載置された台座部３０と、台座部３０により鉛直に延びるように支持された案内部４０と、案内部４０に取り付けられた起振装置５０と、起振装置５０に接続されたロッド７０と、ロッド７０を回転させる回転装置６０とを備える。
【００１３】
起振装置５０は、例えば、偏芯重錘を回転させることにより生じた起振力をロッド７０に伝達する装置である。ロッド７０に伝達する起振力は、上下方向又は横方向のうち少なくとも何れかの成分を含んでいればよいが、起振装置５０を用いた場合には両方の成分を含むことになる。起振装置５０は、ロッド７０及び回転装置６０とともに案内部４０に沿って移動可能である。
回転装置６０は、ロッド７０にその軸を中心とした回転力を加える装置である。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、地盤を掘削する際には、起振装置５０のロッド７０の先端に掘削ビット８０が取り付けられ、また、外部からロッド７０の内部を通じて掘削ビット８０の先端からセメントミルクを排出するセメントミルク供給装置９０が接続される。
【００１５】
図２は、掘削ビット８０の詳細な構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は見上げ図である。同図に示すように、掘削ビット８０は、ロッド７０に接続される軸部８１と、軸部８１の先端部に側方に延びるように取り付けられた掘削翼本体８３と、掘削翼本体８３に取り付けられたビット８４と、外周に向かって延びるように軸部８１に接続された複数の攪拌翼８２と、軸部８１の先端に取り付けられたビット８５とを備える。セメントミルク供給装置９０によりロッド７０を通じて供給されたセメントミルクは、軸部８１の先端から排出される。
【００１６】
圧入装置１０は、ロッド７０の先端に掘削ビット８０を取り付けた状態で、回転装置６０によりロッド７０を介して、掘削ビット８０を回転させることで、掘削翼本体８３に取り付けられたビット８４により地盤を掘削することができる。また、セメントミルク供給装置９０により、掘削孔内にセメントミルクを噴射するとともに、掘削ビット８０が回転することで、攪拌翼８２がセメントミルクと掘削土とを混合攪拌し、ソイルセメントを形成することができる。
【００１７】
また、図１（Ｂ）に示すように、鋼管杭１００を圧入する際には、ロッド７０の先端にアタッチメント９５を取り付ける。このアタッチメント９５は、ロッド７０の先端に着脱可能であるとともに、鋼管杭１００の上部をロッド７０と同軸上に保持可能なものである。
【００１８】
図３は、本実施形態で用いられる鋼管杭１００を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は下面図である。同図に示すように、鋼管杭１００は、円筒状の鋼管杭本体１０５と、鋼管杭本体１０５の下端部に外周に沿って取り付けられた円環状の環状部１２０とを備えてなる。また、鋼管杭本体１０５は、複数の鋼管１１０が接続されてなる。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｄは、本実施形態の鋼管杭１００の挿入方法を説明するための図である。
本実施形態では下部に強度の高い支持層３を備えた地盤１において鋼管杭１００を圧入する場合について説明する。
まず、図４Ａに示すように、圧入装置１０のロッド７０の先端に掘削ビット８０を取り付けるとともに、セメントミルク供給装置９０を圧入装置１０に接続する。そして、回転装置６０によりロッド７０を介して掘削ビット８０を毎分２０〜６０回転の速度で回転させながら、下端が支持層３の上部に到達するまで地盤１を掘削して掘削孔４を形成する。この際、起振装置５０によりロッド７０を介して掘削ビット８０に例えば、２０〜５０Ｈｚ程度の起振力を加える。これにより、掘削ビット８０が回転力及び起振力により地盤を掘削するため、掘削ビット８０の切削効率が向上する。また、掘削ビット８０から起振力が地盤１に伝達されることで、地盤１中の大きな礫や岩が振動により移動するため、地盤内に礫やコンクリートなど固化体といった障害物がある場合であっても容易に掘削を行える。
【００２０】
また、上記の掘削作業と平行して、セメントミルク供給装置９０により、ロッド７０の内部を通じて掘削孔４内にセメントミルクを噴射する。掘削ビット８０の下方の地盤１にはロッド７０の先端からセメントミルクが噴射されるとともに掘削ビット８０から起振力が伝達されることで、地盤１がセメントミルクを含んだ状態で振動することで液状化して軟化するため、掘削ビット８０により容易に切削することができる。このように、圧入装置１０によれば、起振装置５０により起振力が加えられることで掘削孔４の掘削効率が向上する。
【００２１】
そして、掘削ビット８０により切削された土砂とロッド７０の先端から噴射されたセメントミルクとが、攪拌翼８２により攪拌されることで掘削孔４内にソイルセメントが形成される。
【００２２】
次に、図４Ｂに示すように、圧入装置１０から掘削ビット８０及びセメントミルク供給装置９０を撤去する。そして、ロッド７０の先端にアタッチメント９５を接続し、このアタッチメント９５に鋼管杭１００を構成する最下段の鋼管１１０を取り付ける。そして、圧入装置１０によりソイルセメント５が満たされた掘削孔４内に最下段の鋼管１１０を圧入する。
【００２３】
さらに、圧入した鋼管１１０の上部に新たに鋼管１１０を接続し、接続した鋼管１１０を圧入する。この際、圧入装置１０の起振装置５０により鋼管１１０に振動を加えるとともに、回転装置６０によりロッド７０を介して回転を加える。これにより、鋼管１１０の周囲のソイルセメントが液状化するため、鋼管１１０をスムーズに圧入することができる。
【００２４】
次に、図４Ｃに示すように、鋼管杭１００の下端が支持層３の上部まで達した後、さらに、環状部１２０が支持層３の上部に達するまで鋼管杭１００を圧入する。この際、鋼管１１０の環状部１２０よりも下方の部分を支持層３に挿入するため、鋼管杭１００の下端のビット１２０により支持層３の土砂を掘削しながら鋼管杭１００を圧入する必要がある。これに対して、起振装置５０により上下振動を加えるとともに回転装置６０により回転力を加えながら鋼管１１０を圧入することで、上記の掘削ビット８０により地盤１を掘削する場合と同様に掘削効率が向上するため、鋼管１１０の下部に設けられた掘削ビット８０により強固な支持層３を掘削することができる。
そして、図４Ｄに示すように、環状部１２０が支持層３の上部に達するまで鋼管杭１００を圧入した後、掘削孔４内に満たされたソイルセメント５が硬化することで、鋼管杭１００の圧入作業が完了する。
【００２５】
このようにして圧入された鋼管杭１００によれば、支持層３の上部に環状部１２０が当接することで、鋼管杭本体１０５に作用する鉛直荷重に対して、鋼管杭本体１０５の下端に作用する支圧力及び鋼管杭本体１０５の周面摩擦力に加えて、環状部１２０に支持層３から作用する支圧力により抵抗する。このため、鋼管杭１００の支持力が向上する。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、狭隘かつ、地盤が強固であり又は地中に障害物があるような敷地であっても、予め、掘削孔４を形成し、この掘削孔４内に鋼管杭１００を挿入することとしたため、大型な圧入装置がなくても鋼管杭１００を圧入することができる。
【００２７】
また、掘削孔４を形成する際には、掘削ビット８０を回転させるとともに、起振装置５０により掘削ビット８０に起振力を加えながら地盤１を掘削することしたため、小型の掘削装置であっても地盤が強固であり又は地中に障害物があるような敷地であっても、容易に地盤を掘削することができる。このため、地盤が強固な、あるいは地中に障害物がある狭隘な敷地であっても鋼管杭を圧入することができる。
【００２８】
また、鋼管杭１００を挿入する際、環状部１２０が支持層３の上部に達するように、鋼管杭１００を圧入する必要があるが、この際、起振装置５０により起振力を加えるとともに回転装置６０により回転力を加えることで、掘削孔４を形成する際と同様にスムーズに鋼管杭１００を挿入することができる。
【００２９】
また、鋼管杭１００として鋼管杭本体１０５の周囲に円環状の環状部１２０が設けられたものを用い、環状部１２０が支持層３の上部に当接するように鋼管杭１００を埋設したため、図３（Ｂ）において斜線を付して示す環状部１２０の面積が支持面積となり、支持杭としての支持力を向上することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、鋼管杭１００を圧入する際に、回転力及び起振力を加えることとしたが、これに限らず、回転力又は起振力の何れかのみを加えることとしてもよいし、回転力及び起振力を加えずに圧入することとしてもよい。
また、本実施形態では、地盤改良装置１０によりセメントミルクを噴射しながら、掘削ビット８０を振動させながら回転させて地盤に掘削孔５を形成したが、これに限らず、水を噴射しながら掘削ビット８０を振動させながら回転させて地盤を所定の深さまで削工攪拌した後、掘削ビット８０を引き上げながらセメントミルクを掘削土内に噴射するとともに掘削ビット８０を回転させて掘削土とセメントミルクとを攪拌することとしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、鋼管杭１００として周囲に環状部１２０が取り付けられたものを用いたが、これに限らず、スパイラルウイングが取り付けられたものを用いてもよいし、要するに、鋼管本体から外周に向かって突出する突出部を備えた鋼管であればよい。さらに、環状部やスパイラルウイングが取り付けられていない鋼管杭を用いてもよい。また、鋼管杭１００として鋼管杭本体１０５が複数の鋼管１１０が接続されてなるものを用いたが、これに限らず、一体のものを用いてもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、下端が支持層３の上部に到達するような掘削孔を形成するものとしたが、これに限らず、下端が支持層３まで到達していなくてもよく、また、下端が支持層３の内部まで到達していてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、支持層３を備える地盤１において鋼管杭１００を圧入する場合について説明したが、これに限らず、いかなる地盤であっても本発明を適用することができる。
例えば、図５に示すように、支持層が非常に深い場合には、上記の実施形態と同様に、地盤を削孔攪拌して掘削孔４内にセメントミルク５を形成した後、掘削孔５内に鋼管杭本体２２０の周囲に複数の環状部２１０が取り付けられた鋼管杭２３０を挿入する。そして、セメントミルク５が硬化することで、摩擦杭２００を構築することができる。なお、かかる場合も鋼管杭本体２２０を複数の鋼管により構成してもよい。鋼管杭本体２２０を複数の鋼管により構成する場合には各鋼管の端部に環状部２１０を設けるとよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  地盤                                ３  支持層
４  掘削孔                              ５  ソイルセメント
１０  圧入装置                          ２０  移動機構
３０  台座部                            ４０  案内部
５０  起振装置                          ６０  回転装置
７０  ロッド                            ８０  掘削ビット
９０  セメントミルク供給装置            ９５  アタッチメント
１００  鋼管杭                          １０５  鋼管杭本体
１１０  鋼管                            １２０  環状部
１３０  ビット                          ２００  摩擦杭
【図１】
0005557503.tif 000002
【図２】
0005557503.tif 000003
【図３】
0005557503.tif 000004
【図４Ａ】
0005557503.tif 000005
【図４Ｂ】
0005557503.tif 000006
【図４Ｃ】
0005557503.tif 000007
【図４Ｄ】
0005557503.tif 000008
【図５】
0005557503.tif 000009