(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭軸方向に貫通する注入孔をコンクリート内に設けると共に下端に掘削用羽根及び複数の円弧状フリクションカッタを取付けたコンクリート杭を用い、前記掘削用羽根はコンクリート杭の回転に伴い内周側に掘削土をかき寄せる方向に向けて取り付けられ、前記フリクションカッタは杭下端外周に沿って取付けられ、下端に杭回転方向の逃げを有する形状を有し、圧力水又は泥水の何れかと圧縮空気とを前記注入孔から注入して杭下端から噴射させながら、前記コンクリート杭に回転力を付与して地中に回転沈下させ、排土量を著減させることを特徴とするコンクリート杭の沈設方法。
【請求項２】
前記杭下端が支持層に到達後、前記注入孔からセメントミルクを加圧注入しながら杭を回転沈下させ、杭先端付近の支持層及び杭周面の地盤を一体化させることを特徴とする請求項１記載のコンクリート杭の沈設方法。
【請求項３】
杭上端に外嵌する短円筒キャップ状をなし、回転力伝達手段及び流体供給管を備え、コンクリート杭の上面に当接するリング状内部フランジを備え、該内部フランジには、前記流体供給管の供給口を杭コンクリート内の上下貫通注入孔の上端に対向させて備えるとともに、対向面にシールパッキングを備え、杭外周面に突設した突起と係止する切欠を側壁に備え、該切欠は杭回転方向にキャップを転回したとき前記内部フランジを杭頭に圧着する方向に作用するテーパを備えたことを特徴とするコンクリート杭の杭頭把持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直径３００〜１０００ｍｍ程度の鉄筋コンクリート杭、プレストレストコンクリート杭等のコンクリート杭の沈設方法及びこの方法の実施に用いる杭頭把持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート基礎杭を地中に沈設する場合、杭の中空孔内にスパイラルオーガを挿入し、杭下端部の地層をスパイラルオーガで掘削し、排土しながら杭を沈下させることが、通常行われている技術である。
【０００３】
この場合、スパイラルオーガで、杭の中空孔内の掘削土をすべて排出し、排出後に杭の中空孔を通ってセメントミルクを杭底に供給し、支持層と杭下端とを一体化する。このような従来の杭の沈設方法では、スパイラルオーガによって掘削した土砂を排出処理する必要がある。近年このような土木工事における排出土等の廃棄処理場が枯渇し、排土の排出処理が問題となり、処理費用も高騰しつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような実情に鑑み、本出願人は先に、特願２０００−２９１３８９号出願及び特願２０００−３９５３６８号出願において、排土排出量を最小限に留めることができる杭の施工方法及びこれに使用する治具を提案している。前者はプレストレストコンクリート杭の緊張材として中空ＰＣ鋼棒を用い、杭を回転沈下させる技術であり、後者は軸方向に貫通する注入孔を備えたコンクリート杭を用い、予めオーガドリルで地中を掘進し、オーガドリルを逆転させて排土をしないように引き上げ、オーガ掘削跡にコンクリート杭を回転沈下させる技術である。
【０００５】
本発明は、上記の技術をさらに発展させたコンクリート杭の沈設方法及びこの方法の実施に用いる杭頭把持装置を開発したものであって、コンクリート杭が鉄筋コンクリート杭でも、プレストレストコンクリート杭でも適用することができ、杭の沈設を容易にすると共に、掘削に伴う排土の量を極力削減し、排土処理費用の高騰を防止することを課題とする。
【０００６】
本発明は、次の技術手段を特徴とする。すなわち、本発明は、杭軸方向に貫通する注入孔をコンクリート内に設けると共に下端に掘削用羽根及び複数の円弧状フリクションカッタを取付けたコンクリート杭を用い、前記掘削用羽根はコンクリート杭の回転に伴い内周側に掘削土をかき寄せる方向に向けて取り付けられ、前記フリクションカッタは杭下端外周に沿って取付けられ、下端に杭回転方向の逃げを有する形状を有し、圧力水又は泥水の何れかと圧縮空気とを前記注入孔から注入して杭下端から噴射させながら、前記コンクリート杭に回転力を付与して地中に回転沈下させ、排土量を著減させることを特徴とするコンクリート杭の沈設方法である。
本発明は、コンクリート杭としてコンクリート内を杭軸方向に貫通する注入孔を備えた杭を用いる。このような杭としては、本出願人が別に提案している、注入管をコンクリート中に形成したコンクリート杭を用いることができる。また、縦緊張材として中空ＰＣ鋼棒を備えた杭を用い、その中空ＰＣ鋼棒の中空孔を注入孔として利用することとしてもよい。コンクリート杭の下端には掘削用羽根を取り付けておく。このような杭では注入孔の上端に流体供給管を連結し、注入孔を通って杭の下端に、圧縮空気、圧力水、泥水又はセメントミルクを供給することができる。
【０００７】
杭の頭部に杭に回転力を与えるキャップ（後述の杭頭把持装置）を取付け、流体供給管から圧縮空気及び圧力水か、又は泥水を供給して杭下端から噴射しつつ、杭に回転力を付与して杭を地中に沈下させる。このとき注入管から圧力水及び圧縮空気、又は泥水及び圧縮空気を供給する。この圧縮空気及び圧力水は、杭下端の地層を柔弱化し、杭を回転させたとき、掘削羽根が杭のコンクリート肉厚壁部分に相当する地層を攪拌し、杭の沈下を容易にする。
【０００８】
杭の沈下によって排除される土砂は、泥土状となって杭の中空孔に浸入し杭内を上昇してくるが、大部分は杭の中空孔内に留まって圧密され、その一部のみが杭の上端から溢出する。従って、本発明では、排土の量が著しく減少し、排土処理費用が激減する。また、泥土の一部は杭の外周面と地層との間に浸入し、滑材の作用をなすので杭の沈下が容易になる。
【０００９】
本発明では、前記杭下端が支持層に到達後、前記注入孔からセメントミルクを加圧注入しながら杭を回転沈下させ、杭先端と支持層地盤とを一体化させる杭の沈設方法を採用するとよい。すなわち、杭下端が支持層に到達後、前記注入孔内を通ってセメントミルクを加圧注入しながら杭をさらに回転沈下させ、支持層地盤と杭先端とを一体化する。
【００１０】
また、本発明は前記掘削用羽根に加え、杭下端外周に沿って取付けられ、下端に杭回転方向の逃げを有する形状をもつ、複数の円弧状フリクションカッタを取付ける。円環を数枚に分割した円弧状のリクションカッタを杭下端外周に沿って取付けておくことによって、杭を回転させたとき、フリクションカッタが鏝の作用をなし、杭周の切削壁の自立性を高め、杭周面の摩擦力を低減させ、杭の沈設を容易化させる。ここで杭回転方向の逃げとはフリクションカッタの下端面が杭の回転方向後流側に向って切り上っている形状を云う。
【００１１】
また、本発明方法は、複数の杭を上下に連結して沈下させる場合にも適用することができることはもちろんである。この場合、上下杭の連結部の上下注入孔を連通するニップルを用いるとよい。このニップルを上下杭接合部に取り付けることによって上下杭を連結し、注入孔を通って流体を供給しながら杭を回転させ、沈設することを容易に実現することができる。
【００１２】
本発明方法を好適に実施することができる本発明の装置は、杭上端に外嵌する短円筒キャップ状をなし、回転力伝達手段及び流体供給管を備え、コンクリート杭の上面に当接するリング状内部フランジを備え、該内部フランジには、前記流体供給管の供給口を杭コンクリート内の上下貫通注入孔の上端に対向させて備えるとともに、対向面にシールパッキングを備え、杭外周面に突設した突起と係止する切欠を側壁に備え、該切欠は杭回転方向にキャップを転回したとき前記内部フランジを杭頭に圧着する方向に作用するテーパを備えたことを特徴とするコンクリート杭の杭頭把持装置である。この装置は、杭のコンクリート内に上下貫通した注入孔を有する杭の沈設に用いられる。内部フランジは、杭のコンクリート肉厚とほぼ一致するリング状をなし、内部フランジの下面には、前記流体供給管の供給口を開口させている。この供給口を杭内の注入孔に対向させて取付ける。供給管と注入孔を連通させ、連結部の周囲はシールパッキングでシールし、漏洩を防止する。シールパッキングは、弾性材で構成される。ここで弾性材とは、加圧力を加えると弾性的に縮小し、加圧力を除去するとほぼ元の寸法に復帰する材料を言い、例えば、天然ゴム、合成ゴム、エラストマー、又は、バネや密閉流体等によってバックアップされた材料などを言う。シールパッキングは弾性的にシール面に圧着することによって高いシール性を発揮する。
【００１３】
また本発明の杭頭把持装置の側壁には、杭外周に突設した突起と係止する円周方向テーパを備えた切欠を設けてある。この切欠は杭回転方向にキャップを転回したとき前記内部フランジを杭頭に圧着する方向に作用するようなテーパを備えている。従って、転回沈下作業中回転力の伝達とシール面のシールが完全に保たれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明方法は、杭軸方向に貫通する注入孔をコンクリート内に設けると共に下端に掘削用羽根を取付けたコンクリート杭を用いる。このコンクリート杭に圧力水又は泥水の何れかと圧縮空気とを前記注入孔から注入して杭下端から噴射させながら、杭に回転力を付与して地中に沈下させる。図１１（ａ）〜（ｄ）はこの沈下工程を示す工程図である。
【００１５】
（ａ）杭１０は中空孔１２を有する円筒状のコンクリート杭であって、そのコンクリート壁体中に注入孔１１を内蔵している。杭１０の下端には掘削羽根１３及びフリクションカッタ１４を取付けている。図９は杭１０の下端部近傍の側面図、図１０はその底面図である。杭１０の下面に掘削羽根１３が取付けられている。掘削羽根１３は例えば山形鋼などを用いればよく、杭を回転方向（矢印）１５の方向に回転させたとき、杭下端の掘削土を杭１０の内周側に掻き寄せるように取付ける。掘削羽根１３は杭１０のコンクリート壁体の外周側及び内周側に僅か突出する長さとするのがよい。フリクションカッタ１４は杭１０の下端外周に取付けられた円弧状の板体から成り、その下端１４ａは杭１０の回転方向１５に対して逆方向に切上がったいわゆる逃げ面を形成しておくとよい。フリクションカッタ１４は杭の周面より僅かに大きい径の滑らかな地盤壁面を杭外周に形成し、杭周面の摩擦力を低減する。従って杭の沈下が容易となる。杭１０の頂部に杭頭把持装置２０を取付ける。この杭頭把持装置２０の詳細は後述するが、杭頭に固着し、回転装置４０を取付けて杭に回転力を伝達すると共に、圧縮空気を供給する管及び高圧水又はセメントミルクを杭に供給する管を備えている。
【００１６】
（ｂ）圧縮空気及び圧力水を杭１０下端から噴射しながら杭１０に回転力を付与して杭を地中に沈下させる。例えば、圧縮空気の圧力は０．７ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ2）以上、圧力水の圧力は１ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）以上とするとよい。掘削羽根１３は杭１０の回転によって地盤１００を攪拌混合すると共に、杭先端の地盤を掘削し、杭１０の地中への貫入を容易にする。掘削羽根１３と圧縮空気及び圧力水の噴射１６との相互作用により泥状化した掘削土１７は、杭１０の中空孔１２内及び杭１０の外面と地盤１００との隙間を上昇する。従って杭１０の沈下が容易となる。
【００１７】
本発明では、スパイラルオーガを用いない。泥状化した掘削土１７は杭１０の中空孔１２内を通るが、大部分は杭１０内に留まり、余剰の分のみ杭１０の頭部から溢出して排出する。従ってスパイラルオーガを杭１０の中空孔１２に挿入して杭１０の中空孔１２の全断面を掘削して排土をすべて杭外に排出するのと比較して、排土量は著しく減少する。また杭１０の外面を上昇する泥状化した排土や圧縮空気は、杭１０と地盤１００との摩擦を低減し、杭１０の沈下を容易にする。なお、杭１０を長手方向に連結する必要があるときは、上下杭の連結部に上下注入孔１２を連通すると共に上下杭の回転力伝達強度を有するスリーブを上下杭の連結部に取り付けて連結する。
【００１８】
（ｃ）杭１０の下端が支持層１１０に到達するまで上記操作を続行して杭１０の回転沈下を続ける。このとき、杭１０の中空孔１２を通って上昇する掘削土１７は大部分は杭中に留まり、一部が杭の頂部から排土として排出される。
【００１９】
（ｄ）杭１０の下端が支持層１１０に到達したら、圧縮空気と圧力水の供給を止め、注入孔１１を通って根固め液としてセメントミルクを注入しながら杭をさらに支持層１１０中に回転沈下させる。セメントミルクの濃度は水セメント比で概ね６０％程度が好適である。このときセメントミルク１８は杭下端の支持層１１０を固化させると共に、杭１０の中空孔１２内にも上昇して支持層１１０の地盤と杭１０との一体化に寄与する。杭上端の杭頭把持装置２０を取り外し、杭施工を完了する。
【００２０】
次に、以上の本発明方法の実施に使用する杭頭把持装置２０について説明する。図１は本発明の実施例の杭頭把持装置２０の平面図、図２はその側面図、図３はその縦断面図、図４は図３のＡ部拡大断面図、図５はシールリング５０の平面図、図６、図７、図８はそれぞれ図５のＢ−Ｂ矢視断面図、Ｃ―Ｃ矢視断面図、Ｄ―Ｄ矢視断面図である。杭頭把持装置２０は、杭１０上端に被せる短円筒２１からなり、キャップ状である。杭頭把持装置２０は杭１０の頭部近傍に溶接等により取り付けてある突起３６に係止して固定されている。この例では図１に示すように突起３６は３個を示しているが、この数は限定されない。短円筒２１の側壁には図２に示すように、下方に開口し奥部が水平にかぎ型に曲がった形状の切欠３５を設けてあり、突起３６が切欠３５に入るように短円筒２１を杭１０に被せて上から下方に下げ、次いで短円筒を回転方向１５の方向に少し回動させると、切欠３５の顎３８の奥部に設けたテーパ３７に突起３６が係止するようになっている。この係止によって杭頭把持装置２０と杭１０とは、杭１０の回転方向に対して一体化して回転する。杭頭把持装置２０を回転方向と逆の方向に逆転させると、突起３６とテーパ３７との係止が解除され、杭頭把持装置２０を杭頭から引上げて取外すことができる。杭頭把持装置２０の頂部には図１に示すように、多数のスポーク２３が取り付けられ、その中心のボスの部分には杭回転装置４０と結合する回転力伝達手段２２が取り付けられている。回転力伝達手段２２は、杭回転装置から回転力を付与され、杭頭把持装置２０を介して杭１０を回転させる。
【００２１】
図３に示すように、この回転力伝達手段２２はその内部に上下貫通二重管２４を備え、この二重管２４を通って、流体が供給される。この例では二重管２４の外側が圧縮空気供給管２５に、内側が圧力水又はセメントミルク供給管２６に連結されている。
【００２２】
杭頭把持装置２０は杭１０の頂面に圧着される内部フランジ３０を備え、圧縮空気供給管２５及び圧力水又はセメントミルク供給管２６はこの内部フランジ３０を貫通して内部フランジ３０の下面に開口している。圧縮空気供給管２５及び圧力水又はセメントミルク供給管２６は杭１０のコンクリート壁体中に埋設されている中空孔１１に連通するようになっている。図４は図３のＡ部拡大図であって、この連通部の詳細を示すものである。杭１０のコンクリート中に埋設されている中空孔１１の頭部は杭１０の端板１９の上面に開口しており、その上方に杭頭把持装置２０の内部フランジ３０を貫通した貫通管３１の下端が開口している。この開口が対面する部分にはシールリング５０を装着したシール部が設けられている。
【００２３】
なお、図４には杭頭把持装置２０の短円筒２１の壁体に設けられている切欠３５、顎３８、テーパ３７及び杭に設けられている突起３６も併せて示してある。杭頭把持装置２０を杭頭に被せて回転方向３５の方向に回動させると、突起３６とテーパ３７の作用によりシーリング５０は杭１０の端板１９の上面に押し付けられ、シール作用をなす。
【００２４】
シールリング５０は、一例を図５に平面図で示すように、リング状をなしている。図５のＢ−Ｂ矢視断面、Ｃ−Ｃ矢視断面、Ｄ−Ｄ矢視断面をそれぞれ図６、図７、図８に示した。シールリング５０は下面５１にラビリンス状の突条を備えており、この下面５１が杭１０の上端の端板１９に圧着されてシールリングは弾性的に変形し、シール部を形成する。シールリング５０の下面側のリング面内に、隔壁５４（図８）で区切られた円弧状の溝５２が設けられ、溝５２の中央部に透孔５３が設けられている。この透孔５３には図４に示すように内部フランジ３０を貫通する貫通管３１の下端が嵌挿され、貫通管３１は下端にフランジ３２を備えナット３３によって内部フランジ３０に引上げ固定されるので、シールリングは内部フランジ３０の下面に密着保持される。上述のように突起３６とテーパ３７によりシールリングが内部フランジ３０と端板１９との間に圧縮される。従って、圧縮空気供給管２５から供給された圧縮空気又は圧力水供給管から供給された圧力水等は貫通管３１を通って溝５２に入り、杭１０の注入孔１１に供給される。溝５２は隔壁５４及びラビリンスが杭１０の上端の端板１９に圧着され、溝５２の周囲がシールされているので、流体がシールリング外に漏洩することはない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の杭の沈設方法は以上のように構成されているので、掘削排土量を著しく削減することができる。また圧力水噴射と杭の回転によって、杭の外周面と地盤との間に隙間が生じやすく、杭の沈下抵抗が小さくなる。本発明の杭頭把持装置は内部フランジを備え、これを杭の頂部にシールリングを介して圧着しつつ杭を回転させ、流体の噴射と回転とによって杭の沈下を容易にし、コンクリート杭施工の高能率化に寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の杭頭把持装置の平面図である。
【図２】実施例の杭頭把持装置の側面図である。
【図３】実施例の杭頭把持装置の縦断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大断面図である。
【図５】シールリングの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図８】図５のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図９】杭の下端部近傍の側面図である。
【図１０】図９の底面図である。
【図１１】実施例の杭の沈下工程を示す工程図であるである。
【符号の説明】
１０    （コンクリート）杭
１１    注入孔
１２    中空孔
１３    掘削羽根
１４    フリクションカッタ
１５    回転方向（矢印）
１６    噴射
１７    掘削土
１８    セメントミルク
１９    端板
２０    杭頭把持装置
２１    短円筒
２２    回転力伝達手段
２３    スポーク
２４    二重管
２５    圧縮空気供給管
２６    圧力水又はセメントミルク供給管
３０    内部フランジ
３１    貫通管
３２    フランジ
３３    ナット
３５    切欠
３６    突起
３７    テーパ
３８    顎
４０    杭回転装置
５０    シールリング
５１    下面
５２    溝
５３    透孔
５４    隔壁
１００    地盤
１１０    支持層
【図１】
0003673186.tif 000002
【図２】
0003673186.tif 000003
【図３】
0003673186.tif 000004
【図４】
0003673186.tif 000005
【図５】
0003673186.tif 000006
【図６】
0003673186.tif 000007
【図７】
0003673186.tif 000008
【図８】
0003673186.tif 000009
【図９】
0003673186.tif 000010
【図１０】
0003673186.tif 000011
【図１１】
0003673186.tif 000012