(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して造成され、且つ筒状鋼材で補強された固化杭であって、該固化杭は前記筒状鋼材で区画される中心部及び外周部の二重構造からなると共に、前記中心部は前記外周部より硬化材量が高められたものであることを特徴とする筒状鋼材入り二重構造固化杭。
【請求項２】
前記筒状鋼材が、内面に鉄筋を取り付けたものであることを特徴とする請求項１記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭。
【請求項３】
前記筒状鋼材が、周面に孔開け加工された開口を有するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭を一部に有することを特徴とする固化杭。
【請求項５】
液状硬化材の高圧ジェット噴流により地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して地盤中に固化杭を造成する固化杭の造成方法において、回転軸を回転させ、貫入する際、液状硬化材の高圧ジェット噴流を噴射すると共に、筒状鋼材を同時進行で地盤中を進行させ、固化杭の第１造成過程で該筒状鋼材を建て込み、次いで、回転軸を回転させ、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材の囲み内で、液状硬化材の再度の噴射を行う固化杭の第２造成過程で硬化材量を更に高めた中心部を造成することを特徴とする筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法。
【請求項６】
前記筒状鋼材が、内面に鉄筋を取り付けたものであることを特徴とする請求項５記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法。
【請求項７】
前記筒状鋼材が、周面に孔開け加工された開口を有し、且つ前記第２造成過程の再度の噴流を実質的に透通させないものであることを特徴とする請求項５又は６記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭基礎や地盤を改良するための補強鋼材を併設する固化杭及びその造成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液状硬化材の高圧ジェット噴流又は機械式攪拌により地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して地盤中に固化杭を造成する際、固化杭内に芯材として補強鋼材を内蔵する合成固化杭は、従来より公知である。例えば、鋼管やコンクリート管等の中空管内に、拡開、縮小が可能で、拡開時の外径が中空管外径より大きい掘削攪拌翼を装着したロッドを挿通し、中空管下端より先行させ拡開にて回転しつつ固化材を吐出して所定深度まで給進し、次に拡開翼を縮小して中空管内より引き抜くソイルセメント合成杭の造成方法が提案されている（特開平２−１４０３２３号公報）。このソイルセメント合成杭の造成方法によれば、掘削攪拌翼で掘削しながら固化材と土壌を混合、攪拌し、同時に中空管を給進して埋設するので、施工機械をソイルセメント柱の造成用と中空管の埋設用の２種類を必要とせず、１台で施工できると共に、施工能率がよく、施工コストを低減できるなどの効果を奏する。
【０００３】
また、地山を攪拌掘削すると同時にセメントミルク等を注入し、地山と攪拌混合してソイルセメント柱を形成した後、ソイルセメント柱硬化前に芯材を建て込む際、芯材として内側又は外側に鉄筋を取り付けた筒状鋼材を使用する鉄筋鋼管ソイルセメント杭工法が提案されている（特開平１１−２４７１８８号公報）。この鉄筋鋼管ソイルセメント杭工法によれば、リブ付き鋼管の代わりに安価な筒状鋼材の内側に鉄筋を取り付けたものを芯材としているため、材料費が低減でき、且つ工事費の削減が可能となるなどの効果を奏する。上記従来の工法は施工効率がよい、工事費を低減できるなど産業上の利用性という点では極めて有用な技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記工法では、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対する耐性を高度に有し、しかもこのような高強度の固化杭を経済的にしかも効率よく造成するという点では十分に満足したものであるとは言い難い。
【０００５】
従って、本発明の目的は、鉛直方向に対する支持力と、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対する耐性を高度に有する合成固化杭を提供することにある。また、本発明の他の目的は、このような高強度の合成固化杭を経済的にしかも効率よく造成する造成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して造成され、芯材に筒状鋼材を有する合成固化杭において、該固化杭を前記筒状鋼材で区画される中心部及び外周部の二重構造とし、前記中心部は前記外周部より液状硬化材量が高められたものとすれば、外周部の大きな外周面で摩擦抵抗がとれるため鉛直方向に対する支持力が得られ、中心部は硬化材量が高められているため筒状鋼材との密着性に優れ、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対する耐性を高度に有すること、更に、この合成固化杭は、攪拌装置の貫入の際、液状硬化材の高圧ジェット噴流を噴射すると共に、筒状鋼材を同時進行で地盤中を進行させ、固化杭の第１造成過程で該筒状鋼材を建て込み、次いで、回転軸を回転させ、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材の囲み内で、液状硬化材の再度の噴射を行う固化杭の第２造成過程で硬化材量を更に高めた中心部を造成するため、経済的にしかも効率よく造成できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して造成され、且つ筒状鋼材で補強された固化杭であって、該固化杭は前記筒状鋼材で区画される中心部及び外周部の二重構造からなると共に、前記中心部は前記外周部より硬化材量が高められたものであることを特徴とする筒状鋼材入り二重構造固化杭を提供するものである。かかる構成を採ることにより、外周部の大きな外周面では十分な摩擦抵抗がとれるため鉛直方向に対する支持力が得られ、且つ中心部は硬化材が高密度で充填されているため筒状鋼材との密着性に優れ、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対し、筒状鋼材と一体となって高度な耐性を示す合理的な固化杭が得られる。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記筒状鋼材が、内面に鉄筋を取り付けたものである前記（１）記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭を提供するものである。かかる構成を採ることにより、例えば、コルゲート鋼管など厚さを薄肉とした筒状鋼材を使用すれば、材料費が低減できると共に、鉄筋の補強効果が加わり、筒状鋼材の所要の強度が維持される。また、中心部において、筒状鋼材との密着性が一段と優れる。
【０００９】
また、本発明（３）は、前記筒状鋼材が、周面に孔開け加工された開口を有するものである請求項１又は２記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭を提供するものである。かかる構成を採ることにより、固化杭の第２造成過程において、筒状鋼材は液状硬化材の噴流を透通させることなく、しかも液状硬化材の一部は開口を通って外周部に浸透するから、固化杭の二重構造を維持しつつ、筒状鋼材の外壁面と外周部との付着性が向上する。
【００１０】
また、本発明（４）は、前記（１）〜（３）の筒状鋼材入り二重構造固化杭を一部に有する固化杭を提供するものである。かかる構成を採ることにより、筒状鋼材を杭全長ではなく、一般に曲げ応力や剪断応力が大きく作用する杭上方部のみとすれば、十分な強度を維持しつつ材料費の節減が図れる。この場合、杭下方部が無補強固化杭又は鉄筋補強固化杭である複合固化杭となる。
【００１１】
また、本発明（５）は、液状硬化材の高圧ジェット噴流により地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して地盤中に固化杭を造成する固化杭の造成方法において、回転軸を回転させ、貫入する際、液状硬化材の高圧ジェット噴流を噴射すると共に、筒状鋼材を同時進行で地盤中を進行させ、固化杭の第１造成過程で該筒状鋼材を建て込み、次いで、回転軸を回転させ、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材の囲み内で、液状硬化材の再度の噴射を行う固化杭の第２造成過程で硬化材量を更に高めた中心部を造成することを特徴とする筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、貫入工程では固化杭の造成過程において、同時に筒状鋼材を建て込むため、工程の短縮化により施工費の低減が図れる。また、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材の囲み内で、硬化材量を更に高めた中心部を造成するため、鉛直方向に対する支持力と水平方向の応力に高度に耐性を有する合理的な固化杭を経済的にしかも効率よく造成できる。
【００１２】
また、本発明（６）は、前記筒状鋼材が、内面に鉄筋を取り付けたものである前記（５）記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、例えば、コルゲート鋼管など厚さを薄肉とした筒状鋼材を使用すれば、材料費が低減できる。また、当該方法で得られた二重構造固化杭は、鉄筋の補強効果が加わり、筒状鋼材の所要の強度が維持されたものとなる。また、中心部において、筒状鋼材との密着性が一段と優れる。
【００１３】
また、本発明（７）は、前記筒状鋼材が、周面に孔開け加工された開口を有し、且つ前記第２造成過程の再度の噴流を実質的に透通させないものであることを特徴とする請求項５又は６記載の筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、引き上げの際、筒状鋼材は液状硬化材の噴流を透通可能ではないから中心部の硬化材量は高められたままであり、固化杭の二重構造は維持される。一方、液状硬化材の一部は外層側へ浸透するから、筒状鋼材の外壁面と外周部との付着性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における筒状鋼材入り二重構造固化杭及び造成方法を図１〜図３に基づいて説明する。図１は筒状鋼材入り二重構造固化杭造成方法において使用される固化杭施工機１の一部の概略図である。固化杭施工機１はリーダ（不図示）に昇降自在に取り付けられたオーガモータ３と、オーガモータ３の下部に取り付けられオーガモータ３と一体となって昇降する筒状鋼材把持装置４と、上端をオーガモータ３に連結させて垂設された回転軸５と、回転軸５の下端に設置されオーガモータ３の駆動で回転する液状硬化材を噴射する噴射口６と、回転軸５内を経由してセメントミルクなどの液状硬化材を噴射口６に供給する硬化材供給手段（不図示）とから構成されている。
【００１５】
筒状鋼材８は、その上端を把持装置４に連結させて回転軸５を囲むようにして施工機１に取り付けられる。筒状鋼材８を取り付けた施工機１を用い、液状硬化材の高圧ジェット噴流により、あるいは液状硬化材の高圧ジェット噴流と機械攪拌の併用により、地盤中の原位置で、原地盤土と液状硬化材とを攪拌混合して筒状鋼材で補強された固化杭を地盤中に造成する。
【００１６】
本発明の筒状鋼材入り二重構造固化杭造成方法の一例を図２を参照して説明する。先ず、筒状鋼材８を施工機１に取り付ける。取付方法は、例えば地中に穿設しておいた縦穴に事前に筒状鋼材８を建て込んでおき、筒状鋼材８に回転軸５を挿入して取付ける方法などが使用できる。次に、施工機１は自走にて移動して、回転軸５を所定の位置にセットする（図２（Ａ））。
【００１７】
次いで、オーガモータ３の駆動により回転軸５を回動させることにより、回転軸５を地盤１３中に貫入させる。この時、筒状鋼材８は回転軸５と同時進行で地盤中１３中に貫入する。貫入時は硬化材供給手段の駆動により液状硬化材噴射口６から高圧のセメントミルクを噴射しており、原地盤土とセメントミルクの噴射混合領域９を回転軸周辺部分に形成すると共に、筒状鋼材８を回転軸５と同心的に引き込んで貫入させ、噴射混合領域９内に筒状鋼材８を建て込む（図２（Ｂ））。
【００１８】
次いで、所定の深度に達したことを確認し、該深度に維持して定位置攪拌を行う（図２（Ｃ））。この第１造成過程である貫入工程で二重構造の外周部を構成する噴射混合領域９が形成される。また、該貫入工程では固化杭の第１造成過程において、同時に筒状鋼材を建て込むため、工程の短縮化により施工費の低減が図れる。
【００１９】
次に、把持装置４と筒状鋼材８の連結を解除すると共に、回転軸５を回転させ、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材８の囲み内で、液状硬化材噴射口６から高圧のセメントミルクの噴射を行い固化杭の第２造成過程で硬化材量を更に高めた中心部１１を造成する（図２（Ｄ））。この回転軸５の引き抜き工程において、筒状鋼材８の囲み内に再度噴射されるセメントミルクの高圧ジェット噴流と第１造成過程で形成された混合物との更なる混合により、セメントミルクが増量された中心部１１が、下から上に向かって徐々に形成される（図２（Ｅ））。
【００２０】
このように、回転軸５を完全に地上に引き抜き、且つセメントミルクと地盤土との混合物が硬化するのを待って、地盤１３中に、筒状鋼材８を埋設した固化杭１２の造成を完了することができる。この固化杭１２は、図３に示すように、筒状鋼材８で区画される中心部１１及び外周部９ａの二重構造からなると共に、中心部１１は外周部９ａよりセメントミルク濃度が高められたものである。このため、外周部９ａの大きな外周面９１では十分な摩擦抵抗がとれるため鉛直方向に対する支持力が得られると共に、中心部１１は再度の噴射混合により硬化材であるセメントミルクが高密度で充填されているため筒状鋼材８との密着性と硬化強度に優れ、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対しては筒状鋼材８と一体化して高度な耐性を示す。
【００２１】
本発明の筒状鋼材入り二重構造固化杭１２は、施工機１に取り付けられる回転軸５の本数及び筒状鋼材８の断面形状により種々の断面構造をとることができる。すなわち、筒状鋼材入り二重構造固化杭１２は、例えば回転軸５は二軸型で、筒状鋼材８は断面が長円形状のものも含まれる。また、筒状鋼材８はコルゲート状薄肉鋼管とすれば、材料費が節減できると共に、波状のため内壁面及び外壁面と周辺混合土との付着性を向上させることができる。この場合、コルゲート状鋼管の内壁に鉄筋を取り付ければ、鋼材の補強性能を低下させることがなく、且つ内壁面と中心部との付着性をより向上させることができる。更に、筒状鋼材８は周面に孔開け加工された開口を有するものが使用できる。すなわち、筒状鋼材８は周面に孔開け加工された開口を有し、第２造成過程の再度の噴流を実質的に透通させないものであれば、引き抜き時の高圧ジェット噴流が筒状鋼材を透通はしないものの、筒状鋼材の外壁側に一部が浸透し、筒状鋼材８の外壁面と周辺混合土との付着性を向上させる点で好適である。この開口が大きすぎると、高圧ジェット噴流が筒状鋼材８を自在に透通してしまい、筒状鋼材入り二重構造固化杭が得られない。従って、筒状鋼材は上記開口率の範囲内で筒状鋼材に部分的に穴を開けたもの及びエキスパンドメタルで比較的開口率が小さい金網状鋼板などが使用でき、例えば鉄筋など線状材料で作製され、上記開口率を越える開口を有する籠様の補強部材は本発明の目的を達成することができない。
【００２２】
本発明においては、前述の筒状鋼材入り二重構造固化杭を一部に有する固化杭も使用できる。すなわち、筒状鋼材を杭全長ではなく、一般に曲げ応力や剪断応力が大きく作用する杭上方部のみとすれば、十分な耐性を維持しつつ材料費の節減が図れる。この場合、固化杭は杭下方部が無補強固化杭又は鉄筋補強固化杭の複合固化杭となる。かかる固化杭を造成するには、例えば、貫入時、回転軸５と同時進行で地盤中１３中に貫入される筒状鋼材８は地中の上方に建て込み、その位置に残置したままとし、回転軸をセメントミルクを噴射しつつ、更に貫入させ、噴射混合領域９を形成する。次いで、セメントミルクの噴射を停止しつつ回転軸を引き上げ、筒状鋼材８が囲む領域に来た時点で、再度のセメントミルクの噴射を行えばよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明（１）によれば、外周部の大きな外周面では十分な摩擦抵抗がとれるため鉛直方向に対する支持力が得られると共に、中心部１１は再度の噴射混合により硬化材であるセメントミルクが高密度で充填されているため筒状鋼材８との密着性と硬化強度に優れ、曲げ応力や剪断応力などの水平応力に対しては筒状鋼材と一体化して高度な耐性を示す高品質で合理的な固化杭が得られる。
【００２４】
本発明（２）によれば、例えば、コルゲート鋼管など厚さを薄肉とした筒状鋼材を使用すれば、材料費が低減できると共に、鉄筋の補強効果が加わり、筒状鋼材の所要の補強性能が維持される。また、中心部において、筒状鋼材との密着性が一段と優れる。
【００２５】
本発明（３）によれば、固化杭造成過程において、筒状鋼材は液状硬化材の噴流を透通可能ではないから固化杭の二重構造は維持される一方、液状硬化材の一部は浸透するから、筒状鋼材の外壁面と外周部との付着性が向上する。
【００２６】
本発明（４）によれば、筒状鋼材を杭全長ではなく、一般に曲げ応力や剪断応力が大きく作用する杭上方部のみとすれば、十分な強度を維持しつつ材料費の節減が図れる。この場合、杭下方部は無補強固化杭又は鉄筋補強固化杭の複合固化杭となる。
【００２７】
本発明（５）によれば、貫入工程では固化杭の造成過程において、同時に筒状鋼材を建て込むため、工程の短縮化により施工費の低減が図れる。また、引き上げの際、地盤中に残置された筒状鋼材の囲み内で、硬化材量を更に高めた中心部を造成するため、１台の施工機で鉛直方向に対する支持力を有し、且つ曲げ応力や水平方向の応力に高度な耐性を有する合理的な固化杭を経済的にしかも効率よく造成できる。
【００２８】
本発明（６）によれば、例えば、コルゲート鋼管など厚さを薄肉とした筒状鋼材を使用すれば、材料費が低減できる。また、当該方法で得られた二重構造固化杭は、鉄筋の補強効果が加わり、筒状鋼材の所要の補強性能が維持されたものとなる。また、中心部において、筒状鋼材との密着性が一段と優れる。
【００２９】
本発明（７）によれば、引き上げの際、筒状鋼材は液状硬化材の噴流を透通可能ではないから中心部の硬化材量は高められたままであり、固化杭の二重構造は維持される。一方、液状硬化材の一部は浸透するから、筒状鋼材の外壁面と外周部との付着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法で使用される施工機の一部を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態における筒状鋼材入り二重構造固化杭の造成方法の工程順を示し、（Ａ）〜（Ｅ）は各工程の概略図である。
【図３】本発明の筒状鋼材入り二重構造固化杭の断面の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１        施工機
４        把持装置
５        回転軸
６        噴射口
８        筒状鋼材
９        噴射混合領域
９ａ      外周部
１１        中心部
１２        固化杭
１３        地盤
９１        外周面
【図１】
0003672478.tif 000002
【図２】
0003672478.tif 000003
【図３】
0003672478.tif 000004