(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に形成されて下端部が開口された杭本体と、前記杭本体の先端部に土を掘削する掘削刃と、と有して地中に埋設される鋼管埋設杭であって、
前記掘削刃が、前記杭本体の軸心に対して対称位置に一対形成され、
各掘削刃が、前記杭本体の外周面に形成された螺旋状の杭推進羽根と、前記杭推進羽根の先端に連接して配置されるとともに前記杭本体の先端面より突出して形成された掘削羽根と、を有して形成され、
前記掘削羽根が、前記杭推進羽根の延長線上に下傾して形成され、
前記掘削羽根における、前記杭本体の下面に対する傾斜角度が、前記杭推進羽根における、前記杭本体の下面に対する傾斜角度より大きく形成され、
前記掘削羽根に、前記杭本体内に配置される管閉塞部が配設されていることを特徴とする鋼管埋設杭。
【請求項２】
前記掘削羽根と前記管閉塞部とは、間に胴体部を配設して掘削羽根体を形成し、前記掘削羽根体が、前記杭本体と別体で形成された後、前記管閉塞部が、前記杭本体内の上下両端間の中間部位に配置されるとともに、前記掘削羽根が前記杭推進羽根の先端に連接されて前記掘削刃が構成されることを特徴とする請求項１記載の鋼管埋設杭。
【請求項３】
前記管閉塞部の外周面の一部あるいは全部が、前記杭本体の内周面に固着されていることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管埋設杭。
【請求項４】
前記管閉塞部に、前記杭本体内に挿通されるソイルセメント供給管の噴射ノズル用挿入口が形成されていることを特徴とする請求項１,２又は３記載の鋼管埋設杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に軟弱地盤に構造物を建築する際に基礎工事で使用される鋼管埋設杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱地盤に構造物を建築する場合の基礎工事は、構造物を支え難いために杭打ちを行ない、下層の堅固な地層に加重を伝達するようにしている。杭打ちは、長尺状の杭を構造物に合わせて複数本地中に埋設して行なわれる。杭を地中に埋設する方法としては、杭を杭打機で叩いて圧入したり、筒状の杭を回転させて埋設したりする。杭としては一般的に木材またはコンクリートあるいは鋼材が使用されているが、最近においては主に軽量で強度を有する鋼管が使用されることが多くなってきた。鋼管を埋設する場合には、特に、現場近隣の環境に対して静音化や無振動化等を図るために、鋼管の外周面に螺旋状の羽根を形成し、施工機械に支持された鋼管自体を回転させながら地中内に直接埋設する方法が採用されている。この鋼管は一般的に鋼管埋設杭と呼ばれる。この場合、鋼管埋設杭の先端部には掘削された土が内部に侵入しないように蓋が取付けられていた。
【０００３】
従来、鋼管埋設杭１１は、図１０に示すように、パイプ状に形成された杭本体１２の先端に閉塞蓋１３を介して先細り状の掘削刃１４が形成され、先端部外周面に掘削爪１５が２か所形成されるとともに、掘削爪１５の元部から杭１１の元部側に沿って螺旋状の杭先端羽根１６が形成されている。そして、鋼管埋設杭１１を回転させると掘削爪１５と掘削刃１４によって土を掘削しながら、杭先端羽根１６によって地中内を斜めに削りながら埋設されていく。この方法においては、前述のように施工時振動が著しく少なくまた騒音も極めて少ない。さらに狭い場所での深層支持杭の施工が可能であるとともに、施工時における排土がなく現場をきれいに保つことができる。しかも鋼管は軽量のため持ち運びも便利という利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、杭を埋設する場合に重要なことの一つには、埋設されるすべての杭の鉛直度を精度よく保たなければならないことにある。そのためには、埋設される鋼管埋設杭が地中に強固に支持されていなければならなかった。特に、回転して埋設する場合に小さな障害物によって芯ずれを起こしやすいので、施工時には特に注意を要しなければならず、従来の鋼管埋設杭１１では、掘削爪刃１４が杭の軸心に対して２枚対向する位置に配置されているものの、杭先端羽根１６が１枚であるため、杭１１が回転し始める際に慣性力でその杭心をずらしたまま掘削したり、掘削中に障害物に干渉して偏心したり、あるいは掘削したときの土が羽根の裏に貼着され回転力の反対に反力が発生して偏心したりして心ずれを起こしやすかった。その結果、埋設する鋼管埋設杭１１が支柱に強固に支持されず傾き施工精度を低下させやすかった。しかも、従来の鋼管埋設杭は、掘削爪１５が多種類に設定されていないことから、多種の地質に対応できなかった。
【０００５】
また、埋設された鋼管埋設杭は、地中から杭を引き抜きしにくいように、埋設された鋼管埋設杭に摩擦力を付与して強固に地中に支持する必要があるとともに、垂直方向の急激な振動（例えば、直下型の地震）に対して基礎を保護するために免震可能に構成されていることが必要であった。
【０００６】
従来の鋼管埋設杭１１は、杭先端羽根１６が１枚で杭本体１２から垂直方向に延設されていることから、地中から杭を引き抜きやすく、垂直方向の振動を吸収することができなかった。
【０００７】
この発明は、上述の課題を解決するものであり、回転して埋設する際に、埋設された鋼管埋設杭を強固に地中に支持することによって、心ずれを起こすことなくバランスよく掘削ができ、しかも、垂直方向の急激な振動を吸収することができて容易な構成で多種の地質に対応できるように構成された鋼管埋設杭を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかわる鋼管埋設杭では、上記の課題を解決するために以下のように構成するものである。即ち、
円環状に形成されて下端部が開口された杭本体と、前記杭本体の先端部に土を掘削する掘削刃と、と有して地中に埋設される鋼管埋設杭であって、
前記掘削刃が、前記杭本体の軸心に対して対称位置に一対形成され、
各掘削刃が、前記杭本体の外周面に形成された螺旋状の杭推進羽根と、前記杭推進羽根の先端に連接して配置されるとともに前記杭本体の先端面より突出して形成された掘削羽根と、を有して形成され、
前記掘削羽根が、前記杭推進羽根の延長線上に下傾して形成され、
前記掘削羽根における、前記杭本体の下面に対する傾斜角度が、前記杭推進羽根における、前記杭本体の下面に対する傾斜角度より大きく形成され、
前記掘削羽根に、前記杭本体内に配置される管閉塞部が配設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記掘削羽根と前記管閉塞部とは、間に胴体部を配設して掘削羽根体を形成し、前記掘削羽根体が、前記杭本体と別体で形成された後、前記管閉塞部が、前記杭本体内の前記中間部位に配置されるとともに、前記掘削羽根が前記杭推進羽根の先端に連接されて前記掘削刃が構成されていることが望ましい。
【００１０】
また好ましくは、前記管閉塞部の外周面の一部あるいは全部が、前記杭本体の内周面に固着されていればよい。
【００１１】
さらに、前記管閉塞部に、前記杭本体内に挿通されるソイルセメント供給管の噴射ノズル用挿入口が形成されていてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の鋼管埋設杭は、回転された鋼管埋設杭が土を掘削する際、螺旋状に形成された一対の杭推進羽根は、土を斜め方向に削り鋼管埋設杭を地中に埋設する推進力を発揮させて鋼管埋設杭を進行させる。また、杭推進羽根に先端で連接された一対の掘削羽根は、杭本体の回転により杭本体の先端で土を掘削することになる。対称位置に配置された一対の杭推進羽根は、土を斜め方向に削ることから、バランスよく杭本体を推進させるとともに排土を出さず、また、杭推進羽根に連接された一対の掘削羽根は、杭推進羽根との連接部位が杭本体より大きな外径で形成されていることから、掘削する際に、掘削した土を杭本体内に侵入させにくく、さらに杭本体内に配置された管閉塞部により、土の他、地中内の水やヘドロを杭本体内に侵入させない。従って、杭本体内を空洞化させて杭本体周辺の土の圧密度を高めることによって、埋設された鋼管埋設杭を強固に支持できる。
【００１３】
しかも、掘削羽根の外側面が、杭推進羽根の外側面から内方に向かって一対形成されていることから、対称位置にある一対の掘削羽根は回転バランスを取りながら地中内に侵入することができ、例え障害物があっても偏心することなく進むことができる。そのため、鋼管埋設杭は鉛直度を保ちながら埋設される。
【００１４】
さらに、対称位置にある杭推進羽根の先端から延設された掘削羽根は、杭本体の下方で両側に開くように配置されることから、垂直方向の急激な振動（例えば、直下型地震）に対してばね作用を有することとなり、免震効果を得ることができる。従って、掘削羽根の免震効果により基礎を保護することが可能となる。
【００１５】
また、この鋼管埋設杭は、杭推進羽根に連接される掘削羽根体が、杭本体と別体で製作できることから、部品点数を少なくして管理を容易にできるとともに、地質に適する掘削羽根を適宜選定して現地作業で鋼管埋設杭を製作することもできる。
【００１６】
さらに、管閉塞部の外周面が、杭本体の内周面に、一部または全部を固着していれば、埋設された杭本体の強度を向上することができる。
【００１７】
また、上記のように構成された鋼管埋設杭を地中に埋設した後、筒状の杭本体内に、ソイルセメント球根を構築させる場合、管閉塞部に形成された挿入口により、ソイルセメントの噴射ノズルを挿通させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本形態の鋼管埋設杭（以下、埋設杭という）１は、図１〜３に示すように、先端面２ａに開口部２ｂを有する円筒状の杭本体２と、杭本体２の先端部に形成される一対の掘削刃３と、を有して構成されている。一対の掘削刃３は、杭本体２の軸心に対して相対する位置に形成され、それぞれ杭推進羽根４と、杭推進羽根４と一体的に固着される掘削羽根５と、を有して形成され、さらに、杭本体２の元部には埋設杭１を回転するための回転機に係合する係合突起部６が形成されている。
【００２０】
杭推進羽根４は、杭本体２の外径の約２倍程の大きさで形成されるとともに杭本体２の先端部外周面に沿って杭本体２の先端面２ａに対して約１０°前後の傾斜角度α１を有して杭本体２の約半周分を螺旋状に形成されるように配置されている。なお、杭推進羽根４の長さは特に限定するものではなく、杭本体２の半周以上、あるいは半周以下に形成されていてもよい。
【００２１】
各杭推進羽根４、４の先端部に固着されるそれぞれの掘削羽根５、５は、本形態においては、図２または図４に示すように、矩形状に形成された１枚の胴体部５１の一端に連接されて一体的に形成された掘削羽根体５０として杭本体２に固着されている。胴体部５１は筒状の杭本体２の内径と略同一寸法の幅を有して杭本体２内に挿入されて杭本体２に溶着され、各掘削羽根５、５はお互いに相対する方向に向かって胴体部５１から所定角度を有して屈折するように形成されるとともに、図３中、各掘削羽根５、５は、上面５ａ、５ａの幅寸法がそれぞれ杭推進羽根４、４の幅寸法と略同一に形成され、上面５ａ、５ａから下面５ｂ、５ｂに向かって軸心側に傾斜する傾斜面５ｃ、５ｃを有して形成されている。従って、各掘削羽根５、５は台形状に形成される。
【００２２】
一端に掘削羽根５、５が固着された胴体部５１の他端には、管閉塞壁５２が固着されている。管閉塞壁５２は、杭本体２内に挿入して、掘削羽根５によって掘削された土、または水あるいはヘドロ等を杭本体２内に侵入するのを防止するために、杭本体２内を覆うように、胴体部５１に対して直交するように形成されている。
【００２３】
掘削羽根５が胴体部５１と一体的に形成された掘削羽根体５０は強度を有するために、掘削する際に破損するおそれがなく使用でき、また、２枚の掘削羽根５、５を１個の部品として扱えるので部品管理を容易にすることができる。
【００２４】
さらに、掘削羽根５の、胴体部５１からの屈折角度（杭本体２に固着した場合には杭本体２の先端面２ａに対する角度）α２は、掘削抵抗を小さくして掘削しやすくするために前述の杭推進羽根の傾斜角度α１より大きく設定されることが望ましく、また、地質の種類によって各種の角度に設定される。例えば、砂質の場合には約１５〜２０°ぐらいが適当であり、粘土質の場合では約２０〜２５°、固結シルトの場合では約２５〜３０°が適当である。従って、地質が軟弱であればあるほど屈折角度を小さく形成すればよい。
【００２５】
掘削羽根体５０の胴体部５１を杭本体２に溶着する際、図４中に示す掘削羽根体５０を、各掘削羽根５、５の上面５ａ、５ａを杭推進羽根４、４の先端部に連接するように合わせて胴体部５１を杭本体２の下端部に形成された開口部２ｂ内に挿入して溶着する。これによって、杭推進羽根４と掘削羽根５とが一体的に形成され掘削刃３を構成することになる。
【００２６】
この際、杭推進羽根４の杭本体２の先端面２ａに対する傾斜角度α１は前述のように約１０°前後であるため、掘削羽根５は杭推進羽根４の延長線上に対して、図１中、下方に傾斜するように形成される。さらに、杭推進羽根４の外径と略同一径の下面５ａを有する掘削羽根５が、杭本体２の先端面２ａより前方に突出された位置で土を掘削するため、掘削された土は杭本体２の開口部２ｂ内に侵入しにくくなる。
【００２７】
管閉塞壁５２は、図２に示すように、杭本体２内において推進羽根４、４の上端部とほぼ同一高さかあるいはそれより上方に位置するように配置され、杭本体２の内周面に隙間を有して配置されていてもよく、あるいは管閉塞壁５２の外周面の一部あるいは全部が、杭本体２の内周面に固着するように配置されていてもよい。杭本体２の内周面に一部または全部が固着されていれば、埋設された杭本体２の強度を向上させることができる。従って、管閉塞壁５２の配置によって、土はさらに杭本体２内に侵入しにくくなり、また土の他、水やヘドロも杭本体２内に侵入されにくくなる。これによって、杭本体２内は空洞化ができて、杭本体２周辺の土の圧密度が向上して杭本体を強固に支持することができる。
【００２８】
なお、管閉塞壁５２は、杭本体２内の空間部を１か所でほぼ塞ぐものであればその形状は限定されるものではなく、図５に示すように丸板状の管閉塞壁５２Ａでもよく、また、図６に示すように矩形板状の管閉塞壁５２Ｂでもよい。矩形板状の管閉塞壁５２Ｂの場合では、４頂点部を杭本体２の内周面に溶接で固着すれば、杭本体２の強度を向上することができて望ましい。
【００２９】
さらに、図７に示すように、三角板状の管閉塞壁５２Ｃを形成して３頂点部を杭本体２内に溶接してもよく、図８に示すように丸板状に複数（図例では２か所）の切欠孔５３Ｄを形成した管閉塞壁５２Ｄでもよい。
【００３０】
上記埋設杭１を埋設した後で、セメント球根を構築する場合には、管閉塞壁５２は、図６〜８に示すような、管閉塞壁５２と杭本体２の内周面との間に空間部を有しているものを使用する。セメント球根を構築する際に、埋設された杭本体２内にソイルセメントを供給する供給管が挿通され、ソイルセメント供給管の先端部には噴射ノズルが装着されている。この噴射ノズルを、図６における４か所の空間部（挿入口）５３Ｂ、または図７における空間部５３Ｃ（挿入口）あるいは図８における切欠孔５３Ｄ（挿入口）のいずれかに挿入して、埋設された掘削羽根５、５の裏側から供給することとなる。
【００３１】
従って、各種の屈折角度で形成された掘削羽根５を有する各掘削羽根体５０を予め備えていれば、施工工事前に予め行なわれた地質調査に基づいて適宜な掘削羽根体５０を固着した埋設杭１を用意することができる。掘削する地質に適した埋設杭１を埋設することにより、掘削時、埋設杭１の回転抵抗値を従来の１枚刃より小さいトルクで施工することができる。また、この埋設杭１は、予め杭推進羽根４を固着した杭本体２に、地質に適する掘削羽根５を別に持ち運び現場で製作することができる。
【００３２】
しかも、杭本体２の下方で両側に開くように配置された掘削羽根５、５は、垂直方向の急激な振動（例えば、直下型地震）に対してばね作用を有することとなり、免震効果を得ることができる。従って、掘削羽根５、５の免震効果により、基礎を保護することが可能となる。
【００３３】
この免震効果は、鋼管径（杭本体２の外径）によって掘削羽根の厚み寸法を対応させることで、それぞれの鋼管ごとにおいてさらに増長することができる。例えば、ＪＩＳ規格で規定されている杭本体径が１１４．３ｍｍの場合では、掘削羽根５の厚みが９ｍｍであればよく、また杭本体径が１３９．８ｍｍの場合では、掘削羽根５の厚みが１３ｍｍ、杭本体径が１６５．２ｍｍの場合では、掘削羽根５の厚みが１６ｍｍ…というように、杭本体径が大きくなるにつれて、掘削羽根５の板厚を大きくすればよい。
【００３４】
上記のように形成された埋設杭１は、図９に示す杭打ち手順により、地中に埋設される。なお、本形態の杭打ちは複数の杭をつなぎ合わせて１本の埋設杭１を形成するように行なわれる。もちろん１本の長い埋設杭１を１回で杭打ちすることもできる。まず、持ち運ばれた埋設杭１は図示しない施工機械にセットされ、図９（ａ）に示すように、埋設杭１を吊り込んで杭心に合わせてセットする建て込みが行なわれる。建て込みが行なわれた後、図９（ｂ）のように埋設杭１を固定する。この固定は、施工機械に装着された振れ止め装置７を杭本体２に取り付けることによって行なわれる。
【００３５】
次に、図９（ｃ）のように埋設杭１の回転埋設が行なわれる。埋設杭１の回転前に埋設杭１の鉛直度を確認するとともに一対の掘削刃３の中心位置を確認する。埋設杭１の元部側一端は施工機械の減速機モータ８に取付けられ、減速機モータ８の駆動により埋設杭１は正回転され地中に埋設される。この際、杭本体２の回転とともに螺旋状に形成された一対の掘削羽根５は、土を斜めの方向から削りとるとともに、杭推進羽根４の推進力によって、埋設杭１は、地中内を奥に向かって押し進み埋設される。
【００３６】
一方、一対の掘削羽根５は、先端を先細り状に形成されているため、回転することによって、土を掘削しながら土中を奥深く進行する。この際、元部側の上面５ａが杭推進羽根４の外径と略同一の径であり、杭本体２の外径より大きい掘削羽根５は、掘削した土を掘削羽根５の外側に排土して、土を杭本体２の内部に挿入させず埋設杭１の回りを汚すことがなく土中深く進行することとなる。
【００３７】
従って、対称位置に、一対配置されて先細り状の掘削羽根５が、土に対して抵抗を少なくして押し進めるとともに、心ずれを起こしにくいために、例え障害物があっても垂直方向に進行することができる。
【００３８】
なお、掘削羽根５の杭本体２の下面に対する傾斜角度は、掘削される地質により、適宜設定されている。
【００３９】
１本目の埋設杭１の元部側端面が地表面より僅かに上方の位置まで埋設されれば、図９（ｄ）に示すように２本目の埋設杭１Ａを減速機モータにセットし１本目の埋設杭１に溶接して継ぎ足しを行なう。なお２本目の埋設杭１Ａには、掘削刃は形成されておらず、一本目の杭本体２の上端面に２本目の杭本体２Ａの下端面を当接させた状態で溶接することとなる。
【００４０】
この際、２本目の埋設杭１Ａの鉛直度を確認して溶接作業を行なう。そして、前述と同様に埋設杭１を回転させてさらに深く埋設杭１を埋設する。複数の埋設杭１を継ぎ足して所定の深さまで埋設杭１が埋設されれば、図９（ｅ）に示すように、減速機モータ８を逆転させて埋設杭１の係合突起部６（図１参照）を係合解除させた後、減速機モータ８を埋設杭１から外して埋設完了となる。
【００４１】
上記のように、埋設杭１に対称位置に配置された一対の杭推進羽根４は，土を斜め方向に削ることから、バランスよく杭本体２を推進させるとともに排土を出さず、杭推進羽根４に連接された一対の掘削羽根５は、杭推進羽根４との連接部位が杭本体２より大きな外径で形成されていることから、掘削する際に、掘削した土を杭本体２内に侵入させにくく、さらに杭本体２内に配置された管閉塞壁５２により、土の他、地中内の水やヘドロを杭管内に侵入させない。従って、杭本体２内を空洞化させて杭本体２周辺の土の圧密度を高めることによって、埋設された埋設杭１を強固に支持できる。
【００４２】
しかも、掘削羽根５、５の外側面が、杭推進羽根４、４の外側面から内方に向かって一対形成されていることから、対称位置にある一対の掘削羽根５、５は回転バランスを取りながら地中内に侵入することができ、例え障害物があっても偏心することなく進むことができる。そのため、埋設杭１は鉛直度を保ちながら埋設される。
【００４３】
さらに、対称位置にある杭推進羽根４、４の先端から延設された掘削羽根５、５は、杭本体２の下方でそれぞれ両側に開くように配置されることから、垂直方向の急激な振動（例えば、直下型地震）に対してばね作用を有することとなり、免震効果を得ることができる。従って、掘削羽根５の免震効果により基礎を保護することが可能となる。
【００４４】
また、この埋設杭１は、杭推進羽根４に連接される掘削羽根体５が、杭本体２と別体で製作できることから、部品点数を少なくして管理を容易にできるとともに、地質に適する掘削羽根５を適宜選定して現地作業で埋設杭１を製作することもできる。
【００４５】
さらに、管閉塞壁５２の外周面が、杭本体２の内周面に、一部または全部を固着していれば、埋設された杭本体２の強度を向上することができる。
【００４６】
また、上記のように構成された埋設杭１を地中に埋設した後、筒状の杭本体２内に、ソイルセメント球根を構築させる場合、管閉塞壁５２に形成された挿入口により、ソイルセメントの噴射ノズルを挿通させることができる。
【００４７】
なお、上記形態の埋設杭１は一形態を示すものであり、上記形態に限定されるものではない。例えば、管閉塞壁５２を杭本体２の先端面に固着させてもよく、また、上記の掘削羽根５が２枚一体ではなくそれぞれの杭推進羽根４に傾斜角度を有して別々に溶着されるように形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態による鋼管埋設杭を示す正面図
【図２】図１における要部断面図
【図３】図１における底面図
【図４】図２における掘削羽根体を示す斜視図
【図５】図２における管閉塞壁の一形態を示す断面図
【図６】同管閉塞壁の別の形態を示す断面図
【図７】同管閉塞壁の別の形態を示す断面図
【図８】同管閉塞壁のさらに別の形態を示す断面図
【図９】図１の鋼管埋設杭の施工手順を示す作用図
【図１０】従来の鋼管埋設杭を示す一部正面図
【符号の説明】
１…鋼管埋設杭
２…杭本体
２ｂ…開口部
３…掘削刃
４…杭推進羽根
５…掘削羽根
５０…掘削羽根体
５１…胴体部
５２…管閉塞壁
５３…空間部（挿入口）
【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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