(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、当該鋼管の軸方向と垂直な方向に対して、傾斜角度α０で螺旋状の第１羽根を付設し、該第１羽根の上方の外周面に、傾斜角度α０と異なる傾斜角度αｘを有する地盤を撹拌又は撹乱する第２羽根を１つ以上形成したものであり、該第１羽根の直上の第２羽根の傾斜角度は、傾斜角度α０より大であることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、羽根の始点と終点間の鉛直方向長さがＨ０の螺旋状の第１羽根を付設し、該第１羽根の上方の外周面に、Ｈ０と異なる羽根の始点と終点間の鉛直方向長さＨｘを有する地盤を撹拌又は撹乱する第２羽根を１つ以上形成したものであり、該第１羽根の直上の第２羽根の羽根の始点と終点間の鉛直方向長さは、Ｈ０より大であることを特徴とする鋼管杭。
【請求項３】
該第２羽根が２つ以上の場合、全ての第２羽根の傾斜角度は、傾斜角度α０と異なると共に、それぞれが異なる傾斜角度であることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。
【請求項４】
該第２羽根が２つ以上の場合、全ての第２羽根の始点と終点間の鉛直方向長さは、Ｈ０と異なると共に、それぞれが異なる長さであることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭。
【請求項５】
該第２羽根は、螺旋羽根、部分螺旋羽根又は水平羽根であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼管杭。
【請求項６】
該第１羽根は、１周巻き又は２周巻きの螺旋状の羽根であることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管杭。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなることを特徴とする複合杭。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程を有することを特徴とする複合杭の製造方法。
【請求項９】
固化材の鋼管杭周りの供給方法は、固化材貯留槽からの重力流下によるものであることを特徴とする請求項８記載の複合杭の製造方法。
【請求項１０】
該固化材が、粉末状固化材またはセメントミルクであることを特徴とする請求項８又は９記載の複合杭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、中低層の建築構造物の地盤改良に使用する鋼管杭と、該鋼管杭を備える地中に構築される鋼管ソイルセメント複合杭と、該複合杭の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中低層建築物の地盤改良に好適な鋼管杭工法として、スーパーミニドリル（ＳＭＤ）杭工法が知られている。ＳＭＤ杭工法は、くい先端部の外周に杭径の２倍から３倍程度の大きさの螺旋翼（外翼）を取り付けた鋼管杭を右回転により回転貫入させる工法である。鋼管杭の貫入は、杭頭部に回転トルクを与えることで、外翼が地盤から推進力を受けるため、地上部には無排土の状態で回転貫入されるものである。また、ＳＭＤ杭工法は、セメントミルクを使用しないという特徴を有する。
【０００３】
また、軟弱地盤中にセメント系固化材スラリ−と原位置土を処理機を用いて攪拌混合し、所定の強度に固化する深層混合処理（ＣＤＭ）工法が知られている。ＣＤＭ工法で形成された改良杭は、柱状固化処理杭あるいはソイルセメントコラム等と称され、各種構造物の基礎地盤改良として用いられる他、山留め壁、掘削時の地盤安定確保のような仮設構造物としての用途もある。
【０００４】
一方、鋼管杭は長い年月が経過するにつれ、鋼管表面に錆が発生し、初期の強度が維持できなくなるという問題がある。また、従来の鋼管杭は、先端の螺旋羽根が通過した軌道は空隙のままであり、杭径の周回りの摩擦力が低下すると共に、杭周辺地盤に空隙が発生するという問題がある。一方、柱状固化処理杭は、鋼管杭ほどの強度がなく、強度を付与するために、固化処理杭の杭径が大きくなってしまうという問題がある。このような問題を解決するものとして、鋼管杭の周りにソイルセメントを形成する鋼管ソイルセメント複合杭が知られている。複合杭は、鋼管の周りがアルカリセメントであるため、鋼管表面の錆を防止し、初期の杭強度を保持する。また、複合杭の芯材が鋼管であるため、全体の杭強度が高くなるため、全体の杭径を小さくできる。
【０００５】
このような鋼管ソイルセメント複合杭としては、ソイルセメント杭の芯材として鋼管の外周に一定間隔をもって縞をなす凹溝を形成した鋼管を使用してなる鋼管ソイルセメント複合杭が知られている（特開２００７−１９１９９０号公報）。特開２００７−１９１９９０号公報の複合杭の施工に際しては、掘削、撹拌ロッドにより、先端部よりセメントミルク等の固化剤を注入しながら掘孔し、土壌と固化剤とを混合撹拌してソイルセメント化し、次いで前記未硬化のソイルセメント中に鋼管を挿入、埋設するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９１９９０号公報（請求項１、段落番号００１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開２００７−１９１９９０号公報記載の複合杭の施工方法は、未硬化のソイルセメント中に鋼管を挿入、埋設するため、複合杭の中心に鋼管を設置することはほとんど不可能であるか、中心に設置するために多くの工程が必要となり、コストアップは避けられないという問題がある。また、中心部の鋼管は、複合杭の先端まで到達せず、途中で止まり埋没している。このため、従来の複合杭は、鋼管の硬質地盤への根入れができないため、支持杭としての機能はなく、摩擦杭として機能するのみであるという問題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、支持杭として機能する複合杭を提供すること、簡易な方法により、複合杭の中心に鋼管を正しく設置できる複合杭の施工方法を提供すること、及びそれに使用される新規な構造の鋼管杭を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、当該鋼管の軸方向と垂直な方向に対して、傾斜角度α０で螺旋状の第１羽根を付設し、該第１羽根の上方の外周面に、傾斜角度α０と異なる傾斜角度αｎを有する１つ以上の第２羽根を形成する鋼管杭とすれば、硬質地盤への根入れ施工が可能になることで支持杭が得られること、固化材の重力流下という簡易な方法により、複合杭の中心に鋼管を正しく設置することができること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、当該鋼管の軸方向と垂直な方向に対して、傾斜角度α０で螺旋状の第１羽根を付設し、該第１羽根の上方の外周面に、傾斜角度α０と異なる傾斜角度αｘを有する地盤を撹拌又は撹乱する第２羽根を１つ以上形成したものであり、該第１羽根の直上の第２羽根の傾斜角度は、傾斜角度α０より大であることを特徴とする鋼管杭を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、羽根の始点と終点間の鉛直方向長さがＨ０の螺旋状の第１羽根を付設し、該第１羽根の上方の外周面に、Ｈ０と異なる羽根の始点と終点間の鉛直方向長さＨｘを有する地盤を撹拌又は撹乱する第２羽根を１つ以上形成したものであり、該第１羽根の直上の第２羽根の羽根の始点と終点間の鉛直方向長さは、Ｈ０より大であることを特徴とする鋼管杭を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、前記鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなることを特徴とする複合杭を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、前記鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程を有することを特徴とする複合杭の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鋼管杭によれば、鋼管周りの地盤に対して、第２羽根の軌道が第１羽根と異なる多様な方向に入るため、当該地盤を大きく撹乱できる。また、第２羽根は第１羽根と異なる異形羽根であるため、下方向と横方向への押圧力が高まり、それぞれ下部地盤及び周辺地盤への圧密効果が大となる。また、本発明の鋼管杭は、従来のＳＭＤ杭等の公知の鋼管杭に新たに第２羽根を溶接又は部品化された羽根をボルト締めするだけで製作できる。
【００１５】
また、本発明の複合杭によれば、鋼管の先端を硬質地盤に根入れできるため、摩擦杭と支持杭の両機能を有する。また、鋼管杭が複合杭の中心に位置するため、安定した支持強度を発現できる。また、鋼管杭周りがアルカリ性のセメントであるため、鋼管の防食効果が高い。
【００１６】
また、本発明の複合杭の製造方法によれば、上記の鋼管杭と同様の効果を奏する他、鋼管周りに地表から固化材を投入しつつ、鋼管杭を回転させるという簡易な方法により、中心に鋼管が正しく配置された複合杭を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における鋼管杭の部分斜視図である。
【図２】図１の鋼管杭の側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における鋼管杭の簡略図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態における鋼管杭の簡略図である。
【図５】部分螺旋羽根を説明する図である。
【図６】他の部分螺旋羽根を説明する図である。
【図７】他の螺旋羽根を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態における複合杭の製造方法を説明する簡略図である。
【図９】図８の工程に続く工程を説明する簡略図である。
【図１０】図９の工程に続く工程を説明する簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（鋼管杭の説明）
本発明の鋼管杭は、中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、鋼管の軸方向と垂直な方向に対して、傾斜角度α０で螺旋状の第１羽根を付設し、第１羽根の上方の外周面に、傾斜角度α０と異なる傾斜角度αｘを有する１つ以上の第２羽根を形成したものである。
【００１９】
本発明において、第１羽根は、螺旋状の羽根であり、従来のＳＭＤ杭の先端羽根と同様のものでよく、正規螺旋状羽根及び非正規螺旋状羽根が挙げられる。第１羽根を螺旋状とすることで、地盤への食い込みが可能となり、鋼管杭の地盤への貫入を容易にする。正規螺旋状の羽根とは、１周巻き又は２周巻き以上の螺旋羽根であって、螺旋羽根の全ての位置において、同じ傾斜角度α０を有するものである。非正規螺旋状の羽根とは、例えば図７に示すように、螺旋状の全ての位置において、同じ傾斜角度α０を有するものではなく、一部に水平部３３１や緩傾斜部を含む羽根を言う。本発明において、螺旋状羽根を傾斜角度で規定する場合、正規螺旋状羽根及び正規螺旋状羽根に準ずる羽根が対象となる。正規螺旋状羽根に準ずる羽根とは、図５及び図６に示す部分螺旋状羽根３１Ａ、３２Ａであり、正規螺旋状羽根の一部を省略したもので、当該省略した部分を繋げれば正規螺旋状羽根となるものである。
【００２０】
第１羽根の螺旋の傾斜角度α０は、５〜５２度が好ましい。第１羽根の傾斜角度α０が上記範囲内であって、且つ小さい角度を採る場合、鋼管杭の食い込みがよく、且つ従来のＳＭＤ杭の先端羽根をそのまま利用できる点で好ましい。
【００２１】
本発明において、第２羽根は、第１羽根と傾斜角度が異なるものであれば、特に制限されず、例えば、螺旋状羽根、部分螺旋状羽根及び水平羽根が挙げられる。第２羽根は、鋼管回りの地盤を撹乱（撹拌）すると共に、複合杭においてはソイルセメントとの付着性を高める機能を奏する。なお、部分螺旋状羽根には、所謂傾斜羽根が含まれる。これらの第２羽根は、鋼管の周面に溶接又は部品化された羽根をボルト締めにて設置すればよい。第２羽根の傾斜角度αｘは０〜５２度、好ましくは０〜４０度で且つ第１羽根と異なる値で適宜決定される。傾斜角度０とは、水平羽根を言う。水平羽根の場合、螺旋状の第１羽根とは明らかに傾斜角度が異なり、地盤の撹乱に寄与する。特に、鋼管杭１０の上下運動工程（ＩＩＩ工程）を行う際、地盤の撹乱を一層高め、セメントミルクの注入を容易にする。
【００２２】
第１羽根と直上の第２羽根の傾斜角度は、１．５倍〜２．５倍、好ましくは１．８〜２．３倍、特に好ましくは２倍相違していることが好ましく、複数の第２羽根の場合、第２羽根間のそれぞれの傾斜角度は、互いに１．２倍〜１．７倍、好ましくは１．３〜１．６倍相違していることが好ましい。羽根間の傾斜角度の比率が小さ過ぎると撹拌効果が低下し、傾斜比率が大き過ぎると、羽根の設置数が制限される。なお、第２羽根が２つ以上の場合、全ての第２羽根の傾斜角度は、第１羽根の傾斜角度α０と異なると共に、それぞれが異なる傾斜角度のものが好ましい。第２羽根が２枚の３段羽根の場合、傾斜角度α０：α１：α２比率は好ましくは１：１．７〜２．３：２．７〜３．３であり、特に好ましくは、１：２：３である（図２参照）。例えば、第２羽根が２枚の３段羽根であって、傾斜角度α０：α１：α２比率が１：２：３であり、且つ第１羽根の１回転による深進寸法が１/３径（径は鋼管杭の径）とした場合、傾斜角度α０は９度、傾斜角度α１は１８度、傾斜角度α２は２７度である。また、第２羽根が２枚の３段羽根であって、傾斜角度比率α０：α１：α２が１：２：３であり、且つ第１羽根の１回転による深進寸法が１/２径とした場合、傾斜角度α０は１４度、傾斜角度α１は２８度、傾斜角度α２は４２度である。また、第１羽根の１回転による深進寸法が６ｃｍ、杭径が８９．１〜３１８．５ｍｍの場合、第１羽根の傾斜角度α０は６〜１９度、傾斜角度α１は１１〜３４度、傾斜角度α２は１６〜４５度である。また、第１羽根の１回転による深進寸法が７．５ｃｍ、杭径が８９．１〜３１８．５ｍｍの場合、第１羽根の傾斜角度α０は７〜２３度、傾斜角度α１は１３〜４０度、傾斜角度α２は２０〜４８度である。また、第１羽根の上方に、第２羽根とは別途の、第１羽根の傾斜角度α０と同一の傾斜角度α０を有する羽根が形成されていてもよい。
【００２３】
本発明において、第２羽根が２つの場合の第１羽根と第２羽根の傾斜角度α０：α１：α２比率が１：２：３の変形例としては、傾斜角度α０：α１：α２比率が１：３：２、２：１：３、２：３：１、３：１：２、３：２：１のものが挙げられる。
【００２４】
また、本発明の鋼管杭は、中空の鋼管の軸方向における一端部の外周面に、羽根の始点と終点間の鉛直方向長さ（以下、単に「鉛直方向長さ」とも言う。）がＨ０の螺旋状の第１羽根を付設し、第１羽根の上方の外周面に、Ｈ０と異なる羽根の鉛直方向長さＨｘを有する第２羽根を１つ以上形成したものである。本発明において、第２羽根が傾斜角度で規定し難い羽根の場合、このような羽根の鉛直方向長さで規定することができる。第２羽根の始点と終点は、軸方向（鉛直方向）の同一線上にある。従って、第２羽根の始点と終点が、軸方向（鉛直方向）の同一線上にない場合、先端を羽根形状に沿って延長した仮想線によって決定される。
【００２５】
第１羽根（螺旋状羽根）の鉛直方向長さＨ０は、５〜４５ｃｍが好ましい。第１羽根の鉛直方向長さＨ０が上記範囲であって、且つ小さい長さを採る場合、鋼管杭の食い込みがよく、且つ従来のＳＭＤ杭等の鋼管杭の先端羽根をそのまま利用できる点で好ましい。
【００２６】
本発明において、第２羽根は、第１羽根と鉛直方向長さが異なるものであれば、特に制限されず、例えば、螺旋状羽根、部分螺旋状羽根及び水平羽根が挙げられる。第２羽根は、鋼管回りの地盤を撹乱（撹拌）すると共に、複合杭においてはソイルセメントとの付着性を高める機能を奏する。第２羽根の鉛直方向長さＨｘは０〜４５ｃｍ、好ましくは０〜３０ｃｍで且つ第１羽根と異なる値で適宜決定される。鉛直方向長さ０とは、水平羽根を言う。水平羽根の場合、螺旋状の第１羽根とは明らかに鉛直方向長さが異なり、地盤の撹乱に寄与する。
【００２７】
第１羽根と直上の第２羽根の鉛直方向長さは、１．５倍〜２．５倍、好ましくは１．８〜２．３倍、特に好ましくは２倍相違していることが好ましく、複数の第２羽根の場合、第２羽根間のそれぞれの鉛直方向長さは、互いに１．２倍〜１．７倍、好ましくは１．３〜１．６倍相違していることが好ましい。羽根間の鉛直方向長さの比率が小さ過ぎると撹拌効果が低下し、鉛直方向長さ比率が大き過ぎると、羽根の設置数が制限される。なお、第２羽根が２つ以上の場合、全ての第２羽根の鉛直方向長さは、第１羽根の鉛直方向長さＨ０と異なると共に、それぞれが異なる鉛直方向長さのものが好ましい。第２羽根が２枚の３段羽根の場合、鉛直方向長さＨ０：Ｈ１：Ｈ２比率は好ましくは１：１．７〜２．３：２．７〜３．３であり、特に好ましくは、１：２：３である。また、第１羽根の上方に、第２羽根とは別途の、第１羽根の鉛直方向長さＨ０と同一の鉛直方向長さＨ０を有する羽根が形成されていてもよい。
【００２８】
本発明において、第２羽根が２つの場合の第１羽根と第２羽根の鉛直方向長さＨ０：Ｈ１：Ｈ２比率が１：２：３の変形例としては、鉛直方向長さＨ０：Ｈ１：Ｈ２比率が１：３：２、２：１：３、２：３：１、３：１：２、３：２：１のものが挙げられる。
【００２９】
本発明において、第２羽根の設置個数は１以上であり、好ましくは１〜４個、特に好ましくは１〜３個である。第２羽根１個は、第１羽根を含めて２段羽根を意味し、第２羽根２個は、第１羽根を含めて３段羽根を意味し、第２羽根３個は、第１羽根を含めて４段羽根を意味する。第２羽根が０の鋼管杭は、第１羽根のみ（従来のＳＭＤ杭）であり、羽根が通過する領域を撹乱することができず、本発明の効果を奏することができない。第２羽根の設置個数は、鋼管杭長さ及び土質などにより適宜決定する。第２羽根の設置個数が増えるほど、地盤の撹乱効果が大きくなる一方で、貫入に負荷がかかる。上方羽根と直下の下方羽根との間隔は、羽根の設置個数、鋼管杭長さ及び土質などにより適宜決定されるが、概ね０〜Ｈｙ/２（Ｈｙは当該間隔を形成する下方羽根の鉛直方向長さを言う。）、好ましくは０〜Ｈｙ/３である。上方羽根と直下の下方羽根との間隔が大き過ぎると、羽根の設置数が制限される。なお、全ての羽根は、先端から約１ｍの間に設置することが、施工深さとの関係で好ましい。
【００３０】
本発明の鋼管杭において、第１羽根及び第２羽根の羽根径は、鋼管杭の長さや土質によっても異なり、一概に決定できないものの、最大で鋼管径の３倍、最小で鋼管径＋（４ｃｍ）が好ましい。すなわち、複合杭において、ソイルセメントの被覆の厚みは、少なくとも２ｃｍとなる。この程度のソイルセメントの被覆層があれば、鋼管の腐食防止は十分である。なお、第１羽根の羽根径と第２羽根の羽根径とは同じが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施の形態における鋼管杭を図１及び図２を参照して説明する。鋼管杭１０は、中空の鋼管１の軸方向における一端部の外周面１１に、鋼管１の軸方向と垂直な方向に対して、傾斜角度α０で螺旋状の第１羽根２を付設し、第１羽根２の上方の外周面に、傾斜角度α０より大の傾斜角度α１を有する第２羽根３ａを、第２羽根３ａの上方の外周面に、傾斜角度α１より大の傾斜角度α２を有する第２羽根３ｂをそれぞれ所定の間隔をおいて形成したものである。
【００３２】
鋼管杭１０において、第２羽根は２個に限定されず、ｍ個（ｍは１以上の整数）であってもよい。この場合、第２羽根（ｎ）の傾斜角度αｎ（ｎはｍの任意の整数）は、直下の羽根（ｎ−１）の傾斜角度αｎ−１より大であり、但し、ｍが１の場合、上方羽根の傾斜角度α１はその直下の羽根の傾斜角度α０より大と定義できる。すなわち、ｍが３個の場合、一番上（４段目）の羽根の傾斜角度α３はその直下の羽根（３段目）の傾斜角度α２より大であり、３段目の羽根の傾斜角度α２はその直下の羽根（２段目）の傾斜角度α１より大であり、２段目の羽根の傾斜角度α１はその直下の第１羽根（最下段）の傾斜角度α０より大である。また、図１及び図２に示すように、ｍが２個の場合、一番上（３段目）の羽根の傾斜角度α２はその直下の羽根（２段目）の傾斜角度α１より大であり、２段目の羽根の傾斜角度α１はその直下の第１羽根（最下段）の傾斜角度α０より大である。
【００３３】
鋼管杭１０において、上方羽根の傾斜角度は、好ましくは、その直下の羽根の傾斜角度の１．２〜２．５倍、好ましくは、１．３〜２．３である。また、上方羽根の鉛直方向長さは、好ましくは、その直下の羽根の鉛直方向長さの１．２〜２．５倍、好ましくは、１．３〜２．３である。このような傾斜角度や鉛直方向長さの異なる羽根が第１羽根を含めて、２段以上、好ましくは３段以上あれば、鋼管周りの地盤を十分撹乱できる。鋼管杭１０の先端は、開口又は閉塞口のいずれであってもよい。先端が開口の場合、鋼管の内側に内羽根や内掘削刃が形成されていてもよい。鋼管杭１０の先端が開口の場合、開口は貫入途中で土で閉塞され、貫入が安定する。
【００３４】
また、鋼管杭１０は、上方の羽根（ｎ）の始点と終点間の鉛直方向長さＨｎ（ｎはｍの任意の整数）は、直下の羽根（ｎ−１）の始点と終点間の鉛直方向長さＨｎ−１より大であり、但し、ｍが１の場合、上方羽根の該鉛直方向長さＨ１はその直下の羽根の鉛直方向長さＨ０より大であると定義できる。すなわち、ｍが３個の場合、一番上（４段目）の羽根の鉛直方向長さＨ３はその直下の羽根（３段目）の当該長さＨ２より大であり、３段目の羽根の鉛直方向長さＨ２はその直下の羽根（２段目）の当該長さＨ１より大であり、２段目の羽根の鉛直方向長さＨ１はその直下の第１羽根（最下段）の当該長さＨ０より大である。また、図１及び図２に示すように、ｍが２個の場合、一番上（３段目）の羽根３ｂの始点３１ｂと終点３２ｂ間の鉛直方向長さＨ２はその直下の羽根（２段目）の当該長さＨ１より大であり、２段目の羽根３ａの始点３１ａと終点３２ａ間の鉛直方向長さＨ１はその直下の第１羽根（最下段）の始点２１と終点２２間の鉛直方向当該長さＨ０より大である。
【００３５】
なお、鋼管杭１０において、第１羽根２の始点２１、第２羽根３ａの始点３１ａ、第２羽根３ｂの３１ｂの位置は、平面視において同一点に存在する（同一鉛直方向に存在する）が、これに限定されず、それぞれの始点は、平面視において異なった位置にあってもよい。具体的には、第２羽根３ａの始点３１ａは、第１羽根２の始点２１より７０度〜１２６度、好ましくは７０度、第２羽根３ｂの始点３１ｂは、第２羽根３ａの始点３１ａより７０度〜１２６度、好ましくは７０度離れていてもよい。これにより、撹拌不良部分が無くなり、撹拌効率が向上する。
【００３６】
次に、鋼管杭１０における羽根の地盤撹乱作用について説明する。鋼管杭１０は正回転（符号Ｘ方向）しながら、地中へ貫入される。第１羽根２は螺旋羽根であり、鋼管の１回転で地中に深さＨ０分貫入する。第２番目の羽根（最初の第２羽根）３ａが地中に入るまで、地中には第１羽根２の螺旋形状の軌道が切られ、当該軌道部分を空洞化する。次いで、第２羽根３ａが地中に入り込む。第２羽根３ａが通る地盤は第１羽根２が通過した地盤であるため、処女地盤ではない。このため、第１羽根２の軌道が律速となり、第２羽根３ａは、それ単独羽根なら１回転でＨ１分進むところがＨ０分しか進まない。すなわち、第２羽根３ａは、螺旋形状通りには回転せず、横方向にずれながら進行することになる。この際、第２羽根３ａは、通過地盤を削ることになり、当該地盤を撹乱できる。第２羽根３ａは、更に下方と横方向に押圧力が作用するため、下部地盤及び周辺地盤への圧密効果が発現する。次いで、第２羽根３ｂが地中に入り込む。第２羽根３ｂが通る地盤は第１羽根２及び第２羽根３ａが通過した地盤であるため、撹乱された地盤である。このため、第１羽根２の軌道が律速となり、第２羽根３ｂは、それ単独羽根なら１回転でＨ２分進むところがＨ０分しか進まない。すなわち、第２羽根３ｂは、螺旋形状通りには回転せず、横方向にずれながらＨ０分進行することになる。この際、第２羽根３ｂは、通過地盤を削ることになり、当該地盤を大きく撹乱できる。第２羽根３ｂは、更に下方と横方向に押圧力が作用するため、下部地盤及び周辺地盤への圧密効果が発現する。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態における鋼管杭を図３を参照して説明する。図３において、図２と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。図３の鋼管杭１０Ａにおいて、図２の鋼管杭１０と異なる点は、第１羽根及び第２羽根の傾斜角度及び羽根の鉛直方向長さである。すなわち、鋼管杭１０Ａは、一番上（３段目）の羽根２３ｂの傾斜角度α２はその直下の羽根（２段目）２３ａの傾斜角度α１より小であり、２段目の羽根２３ａの傾斜角度α１はその直下の第１羽根（最下段）２ａの傾斜角度α０より小である。また、一番上（３段目）の羽根２３ｂの鉛直方向長さＨ２はその直下の羽根（２段目）２３ａの当該長さＨ１より小であり、２段目の羽根２３ａの鉛直方向長さＨ１はその直下の第１羽根（最下段）２ａの鉛直方向当該長さＨ０より小である。すなわち、鋼管杭１０は上方に向けて、複数羽根の傾斜角度が順次、大となっていくのに対して、鋼管杭１０Ａは上方に向けて、複数羽根の傾斜角度が順次、小となっていくものである。
【００３８】
次に、鋼管杭１０Ａにおける羽根の地盤撹乱作用について説明する。鋼管杭１０Ａは正回転しながら、地中へ貫入される。第１羽根２ａは螺旋羽根であり、鋼管の１回転で地中に深さＨ０分貫入する。第２番目の羽根（最初の第２羽根）２３ａが地中に入るまで、地中には第１羽根２ａの螺旋形状の軌道が切られ、当該軌道部分を空洞化する。次いで、第２羽根２３ａが地中に入り込む。第２羽根２３ａが通る地盤は第１羽根２ａが通過した地盤であるため、処女地盤ではない。このため、第１羽根２ａの軌道が律速となり、第２羽根２３ａは、これの単独羽根なら１回転でＨ１分しか進まないところが、それより長いＨ０分進む。すなわち、第２羽根２３ａは、螺旋形状通りには回転せず、下方の地盤を削りながら進行することになる。次いで、第２羽根２３ｂが地中に入り込む。第２羽根２３ｂが通る地盤は第１羽根２ａ及び第２羽根２３ａが通過した地盤であるため、撹乱された地盤である。このため、第１羽根２ａの軌道が律速となり、第２羽根２３ｂは、これの単独羽根なら１回転でＨ２分しか進まないところが、それより長いＨ０分進む。すなわち、第２羽根２３ｂは、螺旋形状通りには回転せず、下方の地盤を削りながらＨ０分進行することになる。このように、第２羽根２３ａ、２３ｂは、通過地盤を削ることになり、当該地盤を大きく撹乱できる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態における鋼管杭を図４を参照して説明する。図４において、図２と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。図４の鋼管杭１０Ｂにおいて、図２の鋼管杭１０と異なる点は、第１羽根及び第２羽根の傾斜角度及び羽根の鉛直方向長さである。すなわち、鋼管杭１０Ｂは、一番上（３段目）の羽根３３ｂの傾斜角度α２はその直下の羽根（２段目）３３ａの傾斜角度α１より小であり、第１羽根（最下段）２ｂの傾斜角度α０より大である。また、２段目の羽根３３ａの傾斜角度α１はその直下の第１羽根（最下段）２ｂの傾斜角度α０より大である。また、一番上（３段目）の羽根３３ｂの鉛直方向長さＨ２はその直下の羽根（２段目）３３ａの当該長さＨ１より小であり、第１羽根（最下段）２ｂの鉛直方向長さＨ０より大である。２段目の羽根３３ａの鉛直方向長さＨ１はその直下の第１羽根（最下段）２ｂの鉛直方向当該長さＨ０より大である。すなわち、鋼管杭１０Ｂは上方に向けて、複数羽根の傾斜角度が小から大となり、次いで小となるものである。
【００４０】
次に、鋼管杭１０Ｂにおける羽根の地盤撹乱作用について説明する。鋼管杭１０Ｂは正回転しながら、地中へ貫入される。第１羽根２ｂは螺旋羽根であり、鋼管の１回転で地中に深さＨ０分貫入する。第２番目の羽根（最初の第２羽根）３３ａが地中に入るまで、地中には第１羽根２ｂの螺旋形状の軌道が切られ、当該軌道部分を空洞化する。次いで、第２羽根３３ａが地中に入り込む。第２羽根３３ａが通る地盤は第１羽根２ｂが通過した地盤であるため、処女地盤ではない。このため、第１羽根２ｂの軌道が律速となり、第２羽根３３ａは、これの単独羽根なら１回転でＨ１分進むところが、それより短いＨ０分しか進まない。すなわち、第２羽根３３ａは、螺旋形状通りには回転せず、横方向の地盤を削りながら進行することになる。次いで、第２羽根３３ｂが地中に入り込む。第２羽根３３ｂが通る地盤は第１羽根２ｂ及び第２羽根３３ａが通過した地盤であるため、撹乱された地盤である。このため、第１羽根２ｂの軌道が律速となり、第２羽根３３ｂは、これの単独羽根なら１回転でＨ２分進むところが、それより短いＨ０分しか進まない。すなわち、第２羽根３３ｂは、螺旋形状通りには回転せず、横方向の地盤を削りながらＨ０分しか進まない。このように、第２羽根３３ａ、３３ｂは、通過地盤を削ることになり、当該地盤を大きく撹乱できる。
【００４１】
本発明の鋼管杭は、上記実施の形態例に限定されず、鋼管杭１０のように、上方に行くにつれて、傾斜角度が漸次、大となる形態や、鋼管杭１０Ａのように、その逆の、傾斜角度が漸次、小となる形態のように、規則性はなくてよく、傾斜角度の異なる羽根が交互またはランダムに形成されるものでもよい。また、第２羽根が複数の場合、隣接する羽根間の距離（ピッチ）は、全ての羽根間で同じであっても、異なるものでもよい。
【００４２】
（複合杭の製造方法の説明）
本発明の複合杭の製造方法は、前記鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程（Ｉ工程）を有する。固化材の鋼管杭周りの供給方法は、固化材貯留槽からの重力流下によるものが好ましい。固化材としては、粉末状固化材またはセメントミルクが挙げられる。
【００４３】
次いで、本発明の複合杭の製造方法の一例を図８〜図１０を参照して説明する。図１０中、符号７１は軟弱地盤、符号７２は硬質地盤（支持地盤）である。鋼管杭１０を貫入するに先立ち、貫入箇所を含んで上下が貫通した円筒缶（固化材貯留槽）４を地表面に設置する。円筒缶４は地表面に単に置くだけでよい。その円筒缶４内に鋼管杭１０を立て（図８）、設計量の固化材５を円筒缶４内に投入する。本例では、固化材５はセメントミルクである。次いで、杭頭部に回転トルクを与えて、鋼管杭１０を地盤７中に正回転で貫入させる。鋼管杭１０における羽根の地盤撹乱作用は、前記の通りであり、鋼管杭１０の貫入と共に、第２羽根は周辺地盤を圧密しながら、鋼管１１回りで且つ羽根径内の地盤を撹乱し、当該地盤中に空隙を形成していくことになる。撹乱中の地盤中には、円筒缶４内のセメントミルク５が重力流下する。すなわち、セメントミルク５は、鋼管杭１０の貫入と共に、鋼管１１周りの地盤中に充填される（Ｉ工程）。セメントミルク５は、鋼管杭１０の貫入と同期して充填されるため、撹乱された土砂と十分に混合される（図９）。
【００４４】
Ｉ工程を実施する途中に、地盤の撹乱を更に加速するために、羽根の軌道を修正する貫入始点変更工程（ＩＩ工程）を実施してもよい。ＩＩ工程は、次のように実施される。すなわち、Ｉ工程を実施する途中において、鋼管杭１０の貫入を停止する。鋼管杭１０を停止させたままの状態で、所定の長さ分上方に引き上げ、その後、鋼管杭１０を回転させながら、再貫入を行う。引き上げる長さは、第１羽根２の鉛直方向長さＨ０以下の適宜の長さが好ましい。特に好ましくは、１/３Ｈ０〜１/５Ｈ０である。停止した鋼管杭１０を所定の長さを引き上げることで、第１羽根２の貫入の始点が変更される。すなわち、再貫入においては、最初の螺旋軌道とは異なる螺旋軌道をとることになり、地盤の撹乱が促進される。引き上げ長さがＨ０と同じでは、再貫入において、最初の螺旋軌道と同じ螺旋軌道となってしまい、地盤の撹乱の促進とはならない。また、鋼管杭１０を所定長さ引き上げる際、第１羽根２と第２羽根３ａ、３ｂで更に地盤を撹乱すると共に、地盤とセメントミルクを混合できる。ＩＩ工程は、Ｉ工程の途中、１回以上、好ましくは２回〜５回程度行うことができる。
【００４５】
Ｉ工程を実施する途中に、地盤の撹乱を強制的に行うために、鋼管杭１０の上下運動工程（ＩＩＩ工程）を実施してもよい。ＩＩＩ工程は、Ｉ工程を実施する途中において、鋼管杭１０の貫入を停止し、鋼管杭１０を停止させたままの状態で、大きなストロークで鋼管杭１０を上下運動させるものである。引き上げるストロークは、鋼管杭１０の先端から最上の第２羽根までの長さが好ましい。鋼管杭１０を上下運動させて地盤を撹拌することで、当該撹拌地盤へのセメントミルクの流下が容易となる。鋼管杭１０の再貫入は、いずれの地点から実施してもよい。ＩＩＩ工程は、Ｉ工程の途中、１回以上、好ましくは２回〜５回程度行うことができる。
【００４６】
本発明の製造方法において、第１羽根２は、硬質地盤層７２に根入れしてもよい。硬質地盤層７２に貫入する根入れ部９を設けることで、鋼管杭１０の先端支持力が向上する。なお、根入れ部９には固化材５が浸透するものの、根入れ部９には、固化材５が浸透していなくてもよい。また、鋼管杭１０の根入れ工程は、任意の工程であり、省略してもよい。鋼管杭１０の設計長さまでの貫入と、セメントミルク５の供給が終了することで、Ｉ工程は終了する。なお、セメントミルク５が十分に供給されているか否かは、鋼管杭１０の貫入途中において、円筒缶４内のセメントミルク５の減り具合を観察することで判断できる。セメントミルク５の供給が不十分の場合、Ｉ工程の途中で、ＩＩ工程又はＩＩＩ工程を実施すればよい。鋼管杭１０の貫入が完了し、鋼管１１の回りに未硬化のソイルセメントが形成され、未硬化ソイルセメントが硬化して鋼管ソイルセメント複合杭２０となる（図１０）。なお、円筒缶４は地表面に置かれているだけであり、容易に撤去できる。本発明の複合杭２０の製造方法によれば、鋼管１１周りに地表から固化材を重力流下しつつ、鋼管杭１０を回転させるという簡易な方法により、中心に鋼管１１を正しく配置することができる。
【００４７】
（複合杭の説明）
本発明の複合杭は、鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなる。ソイルセメントは、鋼管周りの原地盤土と固化材の混合物が硬化したものである。また、図１０に示すように、ソイルセメント６中には、鋼管杭１０の第１羽根２及び第２羽根３ａ、３ｂが埋まっており、鋼管杭１０とソイルセメント６の密着性を高めている。また、複合杭は、図１０に示すような硬質地盤層７２に根入れ部９を有するものの他、先端が硬質地盤層７２に未到達で根入れ部９を有さないものであってもよい。硬質地盤層７２に根入れ部９を有する複合杭２０は、摩擦杭のみならず、支持杭として機能する。
【００４８】
複合杭２０の杭径は、第１羽根及び第２羽根の羽根径と概ね同じであり、具体的には、最大で鋼管径の３倍、最小で鋼管径＋（４ｃｍ）が好ましい。ソイルセメント６の被覆の厚みが、２ｃｍもあれば、鋼管の腐食防止は十分であると共に、支持機能があるため、複合杭２０の杭径としては、十分である。また、複合杭２０は、その周辺地盤が圧密されており、摩擦杭として高い支持力を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の鋼管杭は、これまでにない斬新な構造であるにも拘わらず、従来のＳＭＤ杭に新たに第２羽根を溶接するだけで製作できるため、コストを抑制できる。複合杭は、鋼管杭を貫入しつつ、その鋼管周りに固化材を重力流下で供給すればよく、固化材供給手段はドラムの半切りもので足りる。このため、極めて簡易な方法により、中心に鋼管が正しく配置された複合杭を安価で製造できる。また、鋼管周りにアルカリ性のセメントが被覆されており、鋼管の防食効果が高い。また、支持杭として機能する複合杭は、長期間に亘り安定した支持力を提供できる。
【符号の説明】
【００５０】
１    鋼管
２、２ａ、２ｂ    第１羽根
３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ    第２羽根
４    円筒缶（固化材貯留槽）
５    固化材（セメントミルク）
６    ソイルセメント
７    地盤
９    根入れ部
１０、１０Ａ、１０Ｂ    鋼管杭
２０    複合杭
【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】
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【図１０】
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