(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレストレストコンクリート杭の縦緊張材として複数の中空ＰＣ鋼棒を用い、該中空ＰＣ鋼棒の上端にそれぞれ流体供給管を連結すると共に、杭下端に掘削羽根を取付け、前記流体供給管に圧縮空気及び圧力水をそれぞれ別々に供給して前記中空ＰＣ鋼棒内を通って杭下端から噴射させながら、杭に回転力を付与して杭を地中に沈下させ、杭下端が支持層に到達後、圧縮空気及び圧力水に代わりセメントミルクを圧力注入しながら杭をさらに回転沈下させ、杭先端と支持層地盤と一体化させることを特徴とする杭の埋設方法。
【請求項２】
杭上端に被せる短円筒状キャップであって、杭頭部と回転阻止キーを介して回転力付与自在に結合する結合部を備え、上面中心部にスポークを介して固定した回転力伝達手段を備え、該回転力伝達手段は軸心に流体供給管を挿通する二重の上下貫通孔を備え、該二重の上下貫通孔から各中空ＰＣ鋼棒の上端に連結する流体供給管をそれぞれ備えたことを特徴とする杭の埋設用治具。
【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程度のコンクリート杭の埋設方法及びこれに用いる治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ーを挿入し、杭下端部の地層をスパイラルオーガーで掘削し、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、スパイラルオーガーで、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。このような杭の沈設方法では、スパイラルオーガーが掘削した排土をすべて地上にて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】
本発明は、上記問題点を解決した杭の埋設方法及び治具を開発したものであって、スパイラルオーガーを用いることなく、杭の沈設を容易にすると共に、掘削に伴う排土の量を減少させ、排土処理費用の高騰を防止することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする杭の埋設方法である。すなわち、本発明は、プレストレストコンクリート杭の縦緊張材として複数の中空ＰＣ鋼棒を用い、該中空ＰＣ鋼棒の上端にそれぞれ流体供給管を連結すると共に、杭下端に掘削羽根を取付け、前記流体供給管に圧縮空気及び圧力水をそれぞれ別々に供給して前記中空ＰＣ鋼棒内を通って杭下端から噴射させながら、杭に回転力を付与して杭を地中に沈下させ、杭下端が支持層に到達後、圧縮空気及び圧力水に代わりセメントミルクを圧力注入しながら杭をさらに回転沈下させ、杭先端と支持層地盤と一体化させることを特徴とする杭の埋設方法である。
【０００６】
本発明では、プレストレストコンクリート杭の縦緊張材に中空ＰＣ鋼棒を用いる。中空ＰＣ鋼棒は本来、反力用アバットや大型ジャッキを使用せずに現場でプレテンションのプレストレスを導入するために、別のＰＣ鋼棒を中空部に挿通して、中空ＰＣ鋼棒に予め引張力を付与しておき、コンクリート打設後挿通したＰＣ鋼棒の緊張力を開放してコンクリートにプレストレスを付与するために開発されたものである。このような中空ＰＣ鋼棒としては、（外径）×（内径）が（１９）×（１２．６）、（２３）×（１５．８）、（２９）×（２１．８）、（３２）×（２２）、（４０）×（３０）ｍｍなどのものが市販されている。本発明では、中空ＰＣ鋼棒を用い、これに通常のＰＣ鋼棒と同様に引張緊張力を付与してプレテンション方式のプレストレストコンクリート杭を製造する。本発明では、この中空ＰＣ鋼棒をプレストレス導入用としては通常のＰＣ鋼棒やＰＣ鋼線と同様に用い、杭の製造工程は従来と全く同じであるが、その中空部を杭の沈設時に流体管として用いる点に特徴がある。すなわち、複数の中空ＰＣ鋼棒の上端にそれぞれ流体供給管を連結し、中空ＰＣ鋼棒の中空部を通って杭の下端に、圧縮空気、圧力水、又はセメントミルクを供給する。本発明では、杭の頭部に杭に回転力を与えるキャップを取付け、杭の下端に掘削羽根を取付け、流体供給管から圧縮空気及び圧力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。圧縮空気及び圧力水は、杭下端の地層を柔弱化し、杭を回転させると掘削羽根は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。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上昇してくる。一部は杭の外面と地層との間に浸入し、杭の沈下を容易にする。排除される土砂の大部分は杭の中空部内に留まり、その一部は杭の上端から溢出する。本発明では、杭の沈下工程でスパイラルオーガーを用いないので、排土を積極的に排出しない。従って排土の量が著しく減少し、排土処理費用が激減する。
【０００７】
杭下端が支持層に到達後、前記中空ＰＣ鋼棒内を通ってセメントミルクを圧力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。このとき杭下端近傍の杭の内部もセメントミルクと支持層地盤の砂利や砂と混合された混合物で充填される。
【０００８】
上記本発明方法を好適に実施することができる本発明の治具は、杭上端に被せる短円筒状キャップであって、杭頭部と回転阻止キーを介して回転力付与自在に結合する結合部を備え、上面中心部にスポークを介して固定した回転力伝達手段を備え、この回転力伝達手段は軸心に流体供給管を挿通する二重の上下貫通孔を備え、該二重の上下貫通孔から各中空ＰＣ鋼棒の上端に連結する流体供給管をそれぞれ備えたことを特徴とする杭の埋設用治具である。この治具を杭の上端に取付け、杭打ち装置を用いて上記本発明方法を容易に実施することができる。
【０００９】
また上記方法は、複数の杭を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中空ＰＣ鋼棒を連通するスリーブを用いる。このスリーブは中空体であって上下中空ＰＣ鋼棒を連結して流体を流通させると共に、スリーブが上下杭の回転力伝達強度を有し、シヤキーを兼ねるスリーブとする。必要に応じて、中空ＰＣ鋼棒の端部のコンクリート孔を拡大することとしてもよい。このようなスリーブを上下杭接合部に取り付けることによって、上下杭を連結して中空ＰＣ鋼棒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。
【００１０】
【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。図１は本発明の実施例の杭の埋設工程を示す工程図である。図１に従って説明すると、
（ａ）プレストレストコンクリート杭１０は縦緊張材に中空ＰＣ鋼棒を用い、杭下端には掘削羽根を取付けている。杭１０の頂部に治具２０を取付け、中空ＰＣ鋼棒の上端に空気管及び液体供給管を連結する。空気管及び液体供給管は隣接する中空ＰＣ鋼棒に交互に供給するように配設すると好ましい。図示しない杭打ち装置は、圧縮空気発生装置、高圧水供給装置、セメントミルク供給装置、排土装置を備えている。
【００１１】
（ｂ）上記供給管から圧縮空気及び圧力水を供給し、これを杭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。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３０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。杭回転の際の捩りモーメントは、杭体の抵抗モーメントを越えないように管理する。掘削刃物と噴射４１との相互作用により泥状化した掘削土４２、４３は、杭１０の中空部及び杭の外面と地盤との隙間を上昇する。従って杭の沈下を容易に行うことができる。このためスパイラルオーガーを用いない。泥状化した排出土は杭の中空孔内面を通るが、大部分は杭内に留まり、余剰の分のみ杭の頭部から溢出して排出する。従ってスパイラルオーガーを杭の中空部に挿入して杭の中空部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。また杭の外面を上昇する泥状化した排土や圧縮空気は、杭と地層との摩擦を低減し、杭の沈下が容易となる。なお、杭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中空ＰＣ鋼棒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のＰＣ鋼棒端部に取り付けて連結する。
【００１２】
（ｃ）杭の中空部を通って上昇する排土は大部分は杭中に留まり、一部が杭の頂部から排土４４として排出される。
【００１３】
（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、前記中空ＰＣ鋼棒を通って根固め液としてセメントミルク４５を注入しながら杭を回転沈下させる。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４５は杭下端の支持層４６を固化させると共に、杭の内径中空部４７内にも上昇して支持層地盤と杭との一体化に寄与する。
【００１４】
（ｅ）支持層地盤と杭先端が一体化したセメントミルク硬化体４８が形成される。杭上端の治具２０を取り外し、杭施工を完了する。
【００１５】
次に、本発明に使用する治具について説明する。図２は本発明の治具の実施例の平面図、図３はその側面図、図４はその側面断面、図５はその一部拡大断面図、図６は図３のＡ−Ａ矢視図である。この治具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１０の頭部に回転阻止キー２５を溶接等により取り付けてある。この例では回転阻止キーは４個を示しているが、この数は限定されない。短円筒２１の側壁には下方に開口し奥部が水平にかぎ型に曲がった切欠２６を設けてあり、回転阻止キー２５が切欠２６に入るように短円筒２１を上から下方に下げ、次いで短円筒を少し回転させると、切欠２６の奥部に回転阻止キー２５が係止するようになっている。この係止によって治具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。治具２０を逆転させると、この係止が解除され治具２０を杭頭から引上げて取外すことができる。治具２０の頂部は開放されており、ここに多数のスポーク２２が取り付けられ、その中心のボス２３の部分には杭回転装置と結合する回転力伝達手段２４が取り付けられている。回転力伝達手段２４は、杭回転装置から回転力を付与され、治具２０を介して杭１０を回転させる。
【００１６】
図４に示すようにこの回転力伝達手段２４は上下貫通孔を備え、この貫通孔を通って、流体供給管２７が上下に貫通している。流体供給管２７は二重管となっており、この例では外側が圧縮空気の通路、内側が圧力水又はセメントミルクの通路となっている。流体供給管２７は図示しない供給側の管とスイベル継手を介して結合するようになっている。そして、流体供給管２７の後流側は、図６に示すように、それぞれ、圧縮空気供給管２８，液体供給管２９に連結されており、この圧縮空気管２８及び液体供給管２９は杭１０のコンクリート１１中に埋設されている中空ＰＣ鋼棒１２に連結するようになっている。図５はこの連結部の詳細を示す例で、杭のコンクリート１１中に埋設されている中空ＰＣ鋼材１２の頭部にはめ込まれているスリーブ１４に端板１３の孔を通って着脱自在に挿入される。スリーブ１４内にはパッキングを装着したシール部が設けられている。
【００１７】
図７〜図１１に杭下端部の構造の例を示す。図７は杭１０の下端面の端板１５の底面図で、圧縮空気供給用の中空ＰＣ鋼棒１２ａと液体供給用の中空ＰＣ鋼棒１２ｂが交互に配列されていることを示している。図８はこの端板１５に掘削羽根として山形鋼の短片３１を取り付けたものを示し、図９はその立面図である。端板１５は補強バンド１６を備えており、山形鋼の短片３１は、杭１０が回転したとき杭底面下方の地盤を掘削し、掘削土砂を杭の中央部に集めるように配置されている。図１０，図１１は、棒状金物３２からなる掘削羽根を取り付けた例で、それ以外は図８、図９と同様である。
【００１８】
図１２、図１３は杭打ち装置５０を示す側面図及び正面図である。杭打ち装置５０は本体５４の前端にマスト５１を備え、これを控え５３で立設姿勢に保ち、マスト５１に沿ってシーブ５５を介して昇降する回転装置５２で杭１０を吊り下げ、杭１０を地中に進入させる。回転装置５２と杭１０との結合は本発明に係る治具２０を用いて行う。この治具２０は、杭１０の中空ＰＣ鋼棒の中心孔に結合する流体供給管を備え、本体５４に搭載された圧縮空気発生装置、圧力水発生装置、セメントミルク製造装置からの流体を治具２０の供給管に送るライン５６を備えている。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の杭の埋設方法及び治具は以上のように構成されているので、スパイラルオーガーを用いる必要がなく、掘削排土量を著しく削減することができる。また杭先端の掘削羽根によって直接地盤を掘削するので、地盤にゆるみがなく、注入されるセメントミルクによって支持層地盤が一体に固着され、安定的な支持力を発生させる。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。この隙間はセメントミルクを注入したときセメントミルクが浸入し、杭周面の摩擦力を増大し、杭の支持力に大きく貢献するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の杭の埋設工程を示す工程図である。
【図２】治具の実施例の平面図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】図２の側面断面である。
【図５】図４の一部拡大断面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ矢視図である。
【図７】杭下端部の構造の例を示す底面図である。
【図８】杭下端部の構造の例を示す底面図である。
【図９】杭下端部の構造の例を示す立面図である。
【図１０】杭下端部の構造の例を示す底面図である。
【図１１】図１０の側面図である。
【図１２】杭打ち装置を示す側面図である。
【図１３】杭打ち装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１０    プレストレストコンクリート杭
１１    コンクリート
１２（１２ａ、１２ｂ）    中空ＰＣ鋼棒
１３    端板
１４    スリーブ
１５    端板
１６    補強バンド
２０    治具
２１    短円筒
２２    スポーク
２３    ボス
２４    回転力伝達手段
２５    回転阻止キー
２６    切欠
２７    流体供給管
２８    圧縮空気供給管
２９    液体供給管
３０    掘削羽根
３１    山形鋼の短片
３２    棒状金物
４１    噴射
４２、４３    掘削土
４４    排土
４５    セメントミルク
４６    支持層
４７    中空部
４８    セメントミルク硬化体
５０    杭打ち装置
５１    マスト
５２    回転装置
５３    控え
５４    本体
５５    シーブ
５６    ライン
１００    地盤
１１０    支持層
【図１】
0003673158.tif 000002
【図２】
0003673158.tif 000003
【図３】
0003673158.tif 000004
【図４】
0003673158.tif 000005
【図５】
0003673158.tif 000006
【図６】
0003673158.tif 000007
【図７】
0003673158.tif 000008
【図８】
0003673158.tif 000009
【図９】
0003673158.tif 000010
【図１０】
0003673158.tif 000011
【図１１】
0003673158.tif 000012
【図１２】
0003673158.tif 000013
【図１３】
0003673158.tif 000014