(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉鎖された杭体を回転と鉛直荷重で地中に圧入する杭の定着施工方法であって、杭体の先端部と、地盤の性状と設計条件に応じた杭体の外周の必要な部分に、収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体に正転と鉛直荷重を与えて、拡大ビットの収納状態で地中に回転圧入し、圧入時に自動計測記録で地盤性状を調査し、杭体の先端が所定深さに達した時点で杭体を逆転させ、拡大ビットを外方に突出させて地中を攪拌すると共に、この攪拌部分に地盤改良材を注入し、これにより、地中における杭体の先端と途中の部分に拡径部を形成した状態で該杭体を定着させることを特徴とする杭の定着施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に圧入する杭の定着施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に圧入して建造物を支持する定着杭の機能としては、地盤性状、地盤構成、先端地盤耐力、杭周辺地盤耐力を杭体を構築して、常時の鉛直荷重を支えることの他に、地震時の水平力による曲げモーメントと剪断力に耐え、上部構造物を安全に支持することが大切である。
【０００３】
従来の定着杭の施工方法は、地盤の性状を予め把握して杭の強度を設定し、図７に示すように、この検出条件に応じた定着杭１を用意し、定着杭１はストレートな杭体２の先端に、杭体２よりも大径な拡径部３を設けた構造を有し、先行掘りで削孔４した後、この定着杭１を削孔４内に挿入し、杭先が支持層Ｂに達したら杭先の部分からセメントミルク等の充填材を注入し、杭先の部分に固定部５を形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような定着杭の施工方法は、定着杭１の拡径部３に見合う削孔４を先掘りするため、杭体２の周面と地盤Ａとの間に隙間が発生し、杭体２と地盤Ａとの密着により生じる摩擦力による鉛直荷重の支持強度が望めないと共に、杭先部分の固定部５は、拡径部３の外径でしか形成することができず、耐引き抜き強度の増加が得られないという問題がある。しかも、先掘りの削孔４に杭体２を挿入するため、固定部５の形成時に杭体２の重量で充填材が上方に逃げ、固定部５の形成が十分に形成することができず、固定部５の確認も困難であり、鉛直荷重の支持強度が弱い。
【０００５】
また、定着杭１を施工する地盤Ａの性状は深さ方向に変化があり、従来の定着杭１は、地盤Ａの性状に対して最も強度の必要とする部分の条件で全長を構成しているため、強度的に余分な部分もあり、コスト的に高くつく。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、杭体の周面と地盤との間の密着性に優れ、かつ、大径の拡底部が形成でき、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、地盤の性状に対応して部分的な強度の設定が自由に行える定着杭の施工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、先端が閉鎖された杭体を回転と鉛直荷重で地中に圧入する杭の定着施工方法であって、杭体の先端部と、地盤の性状と設計条件に応じた杭体の外周の必要な部分に、収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体に正転と鉛直荷重を与えて、拡大ビットの収納状態で地中に回転圧入し、圧入時に自動計測記録で地盤性状を調査し、杭体の先端が所定深さに達した時点で杭体を逆転させ、拡大ビットを外方に突出させて地中を攪拌すると共に、この攪拌部分に地盤改良材を注入し、これにより、地中における杭体の先端と途中の部分に拡径部を形成した状態で該杭体を定着させる構成を採用したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１２】
図１乃至図３に示す第１の実施の形態の定着杭１１は、外周に螺旋１２を設けた杭体１３の先端部に杭先１４を設け、この杭先１４の外周面に、杭体１３の径内に納まる収納状態から外方に突出可能な拡大ビット１５が設けられている。
【００１３】
上記杭体１３は、コンクリート杭の場合、図３（Ｂ）の如く、鉄筋１６で補強した螺旋１２を一体に成形すればよく、また、鋼管杭の場合、鉄筋や鋼材等を用いた別体の螺旋１２を溶接により固定すればよい。この螺旋１２は、杭体１３の全長において、図示のような杭体１３の全長に連続するものだけでなく、地盤の性状と設計条件に応じ、杭体の外周の必要な部分に必要な範囲又は長さだけ部分的に設けたり、部分的に材質を変えるようにしてもよく、地盤の性状の変化に対して杭体１３の強度を部分的に調整することができる。
【００１４】
例えば、鋼管杭の場合、地盤の性状に対応して、補強を必要とするところは、螺旋１２を鉄筋や鋼材等を用いて形成し、コンクリート杭の場合は鉄筋で補強した螺旋１２を一体に成形し、図３（Ａ）の如く、杭体１３だけの強度でよい部分は、螺旋１２を硬質ゴム製とし、これを杭体１３の外周面に接着固定するようにすれば、ゴム製螺旋の部分は杭体１３だけの強度となり、他の部分は螺旋１２により杭体１３の強度を向上させることができ、杭体１３を地盤の性状の変化に対応して部分的に強度を変化させることができる。
【００１５】
上記のような螺旋１２によって、杭体１３の正回転時の推進力と逆回転時の周辺地盤の締め固め効果と、有効摩擦区間の摩擦力の増強、杭体１３の合成強度の強化、杭体の曲げ、剪断強度の増加、螺旋１２の間隔を小さくすることによる強度の増加、負の摩擦力区間は硬質ゴム製螺旋による摩擦力の調整等が得られる。
【００１６】
前記杭先１４は、円錐形に形成され、先端や周面の適宜部分には、定着杭１１の地中への回転圧入時に、杭体１３内の通路１７を通して圧力液を噴射したり、セメントミルク等を噴射するための噴射口１８が設けられている。
【００１７】
上記杭先１４に設けた金属板製の拡大ビット１５は、図１と図２に示すように、杭先１４の外面に、この外面に重なる状態から外方に突出可能となるよう枢着し、この拡大ビット１５の側部にストッパー１９を設け、図１（Ｂ）のように、杭体１３の螺旋１２をねじ込む方向の正回転時、拡大ビット１５は杭先１４の外面に重なって杭体１３の外径内に収まり、図１（Ｃ）の如く、杭体１３の逆回転時は土圧を受けた拡大ビット１５が外方に突出するよう回動し、ストッパー１９に当接して外方への突出状態が保持されるようになっている。
【００１８】
なお、拡大ビット１５の構造や数は、地盤の性状に合わせて任意に選択すればよい。
【００１９】
図４と図５に示す第２の実施の形態の定着杭１１は、杭体１３の先端と杭先１４の間に拡大ビット１５を設けている。
【００２０】
この拡大ビット１５は、杭体１３の先端に固定する円形の上板２０と、杭先１４の上面に固定する円形の下板２１とを、間隔を設けて対向状に固定化し、上板２０と下板２１の間に複数の拡大ビット１５を組み込み、各拡大ビット１５は内端側を上板２０と下板２１の間の内側寄りの位置に軸２２で枢着し、図５（Ａ）のように、上板２０と下板２１の外周内に納まる状態から軸２２を中心に回動したとき、図５（Ｂ）の如く、上板２０と下板２１の外周からストッパー２３に当接する外方へ突出するようになっている。なお、杭先１４の外面には、土質の性状に応じた構造の多数の掘進翼２４が設けられている。
【００２１】
上記上板２０と下板２１は、杭体１３の外径と略等しく、上板２０と下板２１の外周内に収納された各翼体１５は杭体１３の外径内に収まり、地中への杭体１３の正回転圧入に支障を与えないと共に、杭体１３の逆回転時に先端面に土圧が掛かると、図５（Ｂ）の如く、上板２０と下板２１の外周から外方へ突出する状態になる。
【００２２】
図６に示す第３の実施の形態の定着杭１１は、杭体１３の先端と杭先１４の間に拡大ビット１５を設けると共に、地盤の性状の変化に対応して杭体１３の途中にも拡大ビット１５を設け、定着杭１１の途中に拡径部２５を形成するようにしたものである。
【００２３】
杭体１３の先端に設ける拡大ビット１５の構造は、先に示した、第１、第２の実施の形態のどちらでもよく、また、途中の拡大ビット１５は、第２の実施の形態と同様の構造を採用すればよい。また、図示の場合、定着杭１１は既成杭の例を示したが、上記でのべた鋼管杭と同様の構造で場所打ち杭のケーシングを形成し、このケーシングを地盤に回転圧入し、その内部にコンクリートを打ち込むことにより、場所打ち杭も同様に施工できる。
【００２４】
次にこの発明の定着杭の施工方法を説明する。
【００２５】
定着杭１１の施工にあたり、定着杭１１を圧入する地盤Ａの性状を予め検出して把握し、この検出結果に基づいて、必要とする強度と長さの定着杭１１を設計製作する。
【００２６】
地盤Ａの性状を検出する方法としては、例えば、特許第１９０５９５０号による地盤強度の検出方法を用い、定着杭１１を圧入する地盤Ａの性状を直接検証し、これに基づいて定着杭１１の荷力に対応する箇所の支持及び補強強度の算定を行う。即ち、地盤Ａには、シルト層、砂層、粘土層、岩盤層等があり、これらの地層の変化は、地震発生時に定着杭に加わる水平力や圧縮による曲げモーメントが異なることになり、従って、定着杭１１は直径の設定とその外周に設ける螺旋１２や拡大ビット１５を設ける条件によって、地層の変化に対応する剪断補強を行ったものを製作する。
【００２７】
上記のように製作した定着杭１１は、周知の回転圧入装置を用い、垂直に保持した状態で螺旋１２のねじ込み方向に正回転させ、鉛直荷重を加えて地中に圧入する。この時、第１の実施の形態においては、杭先１４に設けた各拡大ビット１５は、収納方向に土圧を受けるので、杭体１３の外径内に納まった状態となり、第２と第３の実施の形態では、杭先１４が掘進翼２４で地盤Ａを掘削し、上板２０と下板２１の外周内に収納された各拡大ビット１５は、収納方向に土圧を受けるので、杭体１３の外径内に納まった状態となり、これにより、何れの実施の形態においても杭体１３の外周と地盤Ａは密着し、杭体１３の外周に設けた螺旋１２が地盤Ａ内に螺入していくことになる。このとき、杭先１４から圧力液を噴射し、掘進を補助するようにしてもよい。
【００２８】
上記定着杭１１の回転圧入時に、前記した検出方法を用い、定着杭１１の先端が支持層に到達したのを、正回転時の駆動源の電気抵抗の増大やセンサによる自動計測記録での設計支持力地盤位置を確認して、定着杭１１の先端が支持層Ｂに到達すると、回転圧入装置の駆動源を切替え、定着杭１１を逆回転させながら、定位置を保持させるか圧入を続ける。
【００２９】
この逆回転により、杭先１４に設けた各拡大ビット１５又は、杭体１３の先端部や途中において、上板２０と下板２１の外周内に収納された各拡大ビット１５の先端に拡開方向の土圧が作用するので、各拡大ビット１５は先端が杭体１３の外周から外方に突出し、定着杭１１の先端部を拡径掘りする。該各拡大ビット１５の拡開は、砂礫の混合攪拌を駆動源の電気抵抗の増大による自動計測記録での確認によって知ることができる。
【００３０】
上記各拡大ビット１５の拡開による拡径掘りにより、砂礫の混合攪拌を行うと共に、地上から供給したセメントミルク等の地盤改良液を、逆止弁２６を介して杭先１４の噴射口１８や拡大ビット１５を設けた部分の近傍から混合攪拌した部分に噴射し、拡径掘りした部分の砂礫と地盤改良液を混合攪拌し、これによって定着杭１１の先端が到達した支持層Ｂに拡径部２７を形成する。
【００３１】
この拡径部２７は、図２と図４（Ｂ）の如く、拡大ビット１５での拡径掘りにより、杭体１３よりも遙かに大径で上下に長いコンクリート塊となり、杭体１３を上下方向に停止させた状態で拡径部２７の混合攪拌部分の養生が行え、しかも、拡開した拡大ビット１５の全体をコンクリート塊内に埋め込むことになるので、鋼製の拡大ビット１５であっても錆や腐食の発生を確実に防止でき、しかも、拡大ビット１５が鉄筋の役目をし、強度に優れた拡径部２７を形成することができ、地盤改良液、砂質土、拡大ビット１５の一体固化による拡径部２７によって、杭体の支持力の大幅な向上が図れ、地震時の引き抜き力に対しての抵抗増強も可能になる。
【００３２】
また、定着杭１１の逆回転による圧入により、螺旋１２は杭体１３の周囲の土砂を埋め戻す方向に押し込むことになり、杭体１３の外周面と地盤Ａの密着性を向上させ、杭体１３と地盤Ａとの密着により生じる摩擦力による鉛直荷重の支持強度が向上する。
【００３３】
上記のように、定着杭１１は、杭体１３の先端に形成した拡径部２７が支持層Ｂに定着し、かつ、定着杭１１は地盤に回転圧入し、先端が支持層に到達した状態で杭体１３を停止させて拡径部２７の養生凝固を待つことができ、従って、拡径部２７の地盤改良液が杭体の重量で逃げることがなく、拡径部２７を確実に形成でき、かつ、螺旋１２が地盤Ａにねじ込まれ、杭体１３の外周面と地盤Ａの密着性が向上するので、杭体１３と地盤Ａが一体化し、地盤耐力から摩擦力、先端耐力を杭体１３に伝達し、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、耐引き抜き強度が大幅に向上し、しかも、杭体１３に設けた螺旋１２により、地盤Ａの性状に対応して部分的な強度の設定がなされ、常時の鉛直荷重を支えることの他に、地震時の水平力による曲げモーメントと剪断力に耐え、支持力の大幅な向上とによって、地震発生時にも上部構造物を安全に支持することができる。
【００３４】
なお、第３の実施の形態においては、杭体１３の途中においても杭体１３の逆転時に拡大ビット１５が拡径し、この部分でも地盤の攪拌と地盤改良液の供給が行われ、杭体１３の途中に拡径部２５を形成し、鉛直荷重の支持強度を向上させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、外周に螺旋を設けた杭体に、杭体径内に納まる収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体を螺旋のねじ込み方向に正転させて拡大ビットの収納状態で地中に圧入し、杭体の先端が所定深度に達した時点で逆転させて拡大ビットを外方に突出させると共に、地盤改良液を拡大ビットによる攪拌部分に注入し、杭体の先端に拡径部を形成するようにしたので、杭体の周面と地盤との間の密着性に優れ、かつ、大径の拡径部が形成でき、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、耐引き抜き強度も向上し、杭体の外周に設けた螺旋により、地盤の性状に対応して部分的な強度の設定が自由に行える。
【００３６】
また、地盤に回転圧入した杭体を上下方向に停止させて拡径部の養生が行えることになり、拡径部の地盤改良材の逃げがなく、拡径部の形成が確実に行え、鉛直荷重の支持強度が優れた杭の施工が可能となり、かつ、施工も回転圧入でよいので、経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１の実施の形態の定着杭を示す正面図、（Ｂ）は同上において拡大ビットの収納状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は拡大ビットの突出と拡径部の形成を示す拡大断面図
【図２】定着杭の先端に形成した拡径部の拡大断面図
【図３】（Ａ）は螺旋をゴムで成形した杭の拡大断面図、（Ｂ）は螺旋を一体成形したコンクリート杭の拡大断面図
【図４】（Ａ）は第２の実施の形態の定着杭を示す正面図、（Ｂ）は先端に拡径部を形成した縦断面図
【図５】（Ａ）は同上における拡大ビットの収納状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は拡大ビットの突出状態を示す拡大断面図
【図６】（Ａ）は第３の実施の形態の定着杭を示す正面図、（Ｂ）は先端に拡径部と中間に拡径部を形成した縦断面図
【図７】従来の定着杭を地盤へ圧入した定着状態の断面図
【符号の説明】
１１  定着杭
１２  螺旋
１３  杭体
１４  杭先
１５  拡大ビット
【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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