(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備えたコンクリート杭を準備し、その下端に掘削用羽根及び杭下端外周に沿う複数の円弧状フリクションカッタを取付けておき、沈設すべきコンクリート杭の外径と一致する径のオーガドリルを用いて、杭の埋設深度まで地中を掘進し、オーガを逆転して掘削土を地上に排出しないようにオーガドリルを引上げ、前記注入孔から圧力水及び圧縮空気、又は泥水及び圧縮空気を注入しながら前記コンクリート杭をオーガ掘進跡に回転沈下させることを特徴とする杭の沈設方法。
【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記載の杭の沈設方法。
【請求項３】
前記掘削用羽根はコンクリート杭の外径より半径方向外側及び内径より内側に突出した部分を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の杭の沈設方法。
【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沈設方法に関する。
【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、従来、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。このような杭の沈設方法では、スパイラルオーガによって掘削する置換工法で、土砂も地上に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】
本発明は、上記問題点を解決した杭の沈設方法を開発したものであって、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。
【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沈設方法である。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備えたコンクリート杭を準備し、その下端に掘削用羽根及び杭下端外周に沿う複数の円弧状フリクションカッタを取付けておき、沈設すべきコンクリート杭の外径と一致する径のオーガドリルを用いて、杭の埋設深度まで地中を掘進し、オーガを逆転して掘削土を地上に排出しないようにオーガドリルを引上げ、前記注入孔から圧力水及び圧縮空気、又は泥水及び圧縮空気を注入しながら前記コンクリート杭をオーガ掘進跡に回転沈下させることを特徴とする杭の沈設方法である。
【０００６】
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及び杭下端外周に沿う複数の円弧状フリクションカッタを取り付けておく。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】
本発明では、まずオーガドリルを用いて地中を掘進する。このオーガドリル掘進跡は杭の沈設作業を容易にするもので、オーガドリルを用いて攪拌部を形成し、オーガを逆転して引上げるので排土は生じない。なお、オーガ掘進時に、ベントナイトを１０％程度混入した水を少し供給して、掘進跡を水分を含む安定した攪拌部としておくと一層好ましい。
【０００８】
次に、杭の頭部に杭に回転力を与えるキャップを取付け、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。この沈下工程はオーガドリルで掘進跡を沈下させるので、容易に施工することができる。さらに、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。
【０００９】
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が、大部分は杭の中空孔内に圧密される。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。杭の沈下によって排除される土砂の大部分は杭の中空孔内に留まり、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。
【００１０】
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。このとき、掘削用羽根はコンクリート杭の外径より半径方向外側に突出した部分を備えたものとしておくと杭外周面４もセメントミルクが回り込み易くなり杭周面摩擦力度の向上に一層好適であり、杭下端近傍の杭の中空孔内も外周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。
【００１１】
また、本発明は前記掘削用羽根に加え、杭下端外周に沿う複数の円弧状フリクションカッタを取付ける。このように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、杭を回転させた場合、フリクションカッタが鏝の作用をなし、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。
【００１２】
本発明方法の実施に当り本出願人が特願２０００−２９１３８９号出願で提案している治具を用いるとよい。こ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ている。この回転力伝達手段は軸心に流体供給管を挿通する上下貫通孔を備えている。この治具を杭の上端に取付け、杭打ち装置を用いて本発明方法を容易に実施することができる。
【００１３】
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。このニップルは中空体で、下杭の端板及び注入孔のねじ孔に螺合し、上杭の端板及び注入孔のねじ孔に遊挿するニップルであって、上下注入孔を連結して流体を流通させると共に、ニップルが上下杭の回転力伝達強度を有し、シヤキーを兼ねるニップルとする。このような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。
【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。図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ｅ）〜（ｈ）は本発明の実施例の杭の沈設工程を示す工程図である。
【００１５】
（ａ）杭を沈設する位置の地盤上にオーガドリル５０をセットする。
【００１６】
（ｂ）オーガドリル５０で地盤１００を掘進する。このとき必要に応じて圧縮空気及び圧力水を注入する。水はベントナイトを１０％程度混入したものを用いると掘進攪拌された崩落しやすい地層も安定するので好ましい。
【００１７】
（ｃ）支持層１１０に達するまで掘進を行う。ここが杭底部１１１となる。
【００１８】
（ｄ）オーガ５０を逆転して掘削土を排出しないようにしてオーガ５０を引き上げる。かくして排土することなく攪拌した地層からなるオーガ掘進跡１０１を形成することができる。
【００１９】
（ｅ）プレストレストコンクリート杭１０は注入孔１１をコンクリート中に内蔵し、杭下端には掘削羽根３０を取付けている。なお、掘削羽根３０に加えて図３に示すような複数の円弧状板から成るフリクションカッタ３１を杭下端外周に取付けると一層よい。図３（ａ）は杭下端部の斜視図、図３（ｂ）は杭下端部の断面図で、掘削羽根３０及びフリクションカッタ３１の取付けを示している。杭１０の頂部に治具２０を取付け、杭の上端に圧縮空気供給管及び液体供給管を連結する（図示省略）。空気管及び液体供給管は隣接する注入孔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。
【００２０】
（ｆ）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４０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。また、円弧状フリクションカッタ３１は杭を回転することにより鏝の仕上げ効果により孔壁面を自立安定させる役目をする。杭１０の回転の際の捩りモーメントは、杭１０の抵抗モーメントを越えないように管理する。掘削羽根３０と噴射４０との相互作用により泥状化した掘削土は、杭１０の中空孔内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。泥状化した排出土は大部分が杭の中空孔内に留まり、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を杭の中空孔に挿入して杭の中空孔の全断面を掘削して排土をすべて杭外に排出する従来の中堀工法や、掘削により土砂の置換をして杭を挿入するプレボーリング工法の技術と比較して、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の沈下が容易となる。なお、杭１０を長手方向に連結する必要があるときは、上下杭の連結部に注入孔を連通すると共に上下杭の回転力伝達強度を有するニップルを上下杭の連結部の注入孔に取り付けて連結する。
【００２１】
（ｇ）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、前記注入管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回転沈設させ、杭底部１１１を形成する。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は杭下端の支持層を固化させると共に、杭の外周面及び内径中空孔内にも上昇して地盤と杭１０との一体化に寄与する。
【００２２】
（ｈ）支持層１１０地盤と杭１０の先端及び杭周面に一体化したセメントミルク硬化体１１２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。
【００２３】
【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、杭の沈設前にオーガドリルで、排土することなく掘進跡を地中に形成し、従来に比し、掘削排土量を著しく削減することができる。また杭の沈下が容易であり、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の杭の沈設工程を示す工程図である。
【図２】実施例の杭の沈設工程を示す工程図である。
【図３】実施例の杭下端の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
１０    （コンクリート）杭
１１    注入孔
２０    治具
３０    掘削羽根
３１    フリクションカッタ
４０    噴射
１００    地盤
１０１    オーガ掘進跡
１１０    支持層
１１１    杭底部
１１２    硬化体
【図１】
0003673171.tif 000002
【図２】
0003673171.tif 000003
【図３】
0003673171.tif 000004