(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューピッチＰとスクリュー外径Ｄとの比Ｐ／Ｄが２〜８で、捩り力を負担する複数条巻きの連続スクリュー羽根を備えたことを特徴とする中掘工法用スクリュー。
【請求項２】
前記スクリュー外径が２５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の中掘工法用スクリュー。
【請求項３】
スクリューの中心軸が２重管であることを特徴とする請求項１又は２記載の中掘工法用スクリュー。
【請求項４】
一本剣または複数本剣から成る超硬チップ刃先と、前記スクリューの下端に連設する同ピッチのスクリュー結合部とを有するフィッシュテールを、ヘッド部に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中掘工法用スクリュー。
【請求項５】
ヘッド部の長さが１．５ｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中掘工法用スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレキャストコンクリート杭又は鋼管杭の中空部にスクリューオーガーを挿入し、地盤を掘削しながら杭を地中に建て込む中掘工法に関し、とくに小口径の杭の中掘工法に使用する中掘工法用スクリューに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中掘工法に使用されている中掘工法用スクリューは、スクリューコンベアとして上方への土砂搬送原理による排土を有効に行うために、そのスクリュー径ＤとピッチＰがほぼ等しい値に設計されている。そのため、スクリュー羽根に付着する粘性土の場合では、付着力によるつれ回りを生じ、補助に圧縮空気を使用しても排土効率が著しく低下することがさけられなかった。また、小径杭の場合には、スクリュー羽根の高さを得るため、ロッド径を細くする必要があるが、掘削トルクを伝達するためにはロッド径にはおのずと限界があり、コンクリート杭における中掘工法は最小杭外径４５０ｍｍ超までの適用が限度で、杭外径４５０ｍｍ以下のコンクリート杭に中掘工法が用いられることは従来全くなかった。
【０００３】
特公昭６３−４３５３３号公報には、先端部のみにオーガースクリューを有するオーガーで中掘し、このオーガーより上方に圧縮空気を吹き込み、掘削した土砂を圧密したプラグ状にして杭内を上昇排出する技術が示されている。その技術ではオーガートルクが大きくなるのを防止する趣旨の記述も見受けられる。掘削した土砂をスクリューを用いることなく圧密したプラグ状にして杭内を上昇させるプラグ状搬送では、羽根がないので、中掘可能な杭外径の下限界が緩和されることも多少は可能であると考えられる。しかし、上記公報には小径杭の中掘について何らの示唆もない。逆に、その技術では、周辺地盤を必要以上に呼び込み、地盤沈下を発生させる所謂ボイリング現像が生じこれを防止することができないという問題がある。
【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するために開発されたもので、その課題とするところは、
（ａ）杭外径３００〜４５０ｍｍのコンクリート杭及び杭外径２００〜３００ｍｍの鋼管杭などの小径の中掘工法を実現すること。
【０００５】
（ｂ）ボイリング現象を生じさせないこと。
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スクリューピッチＰとスクリュー外径Ｄとの比Ｐ／Ｄが２〜８で、捩り力を負担する複数条巻きの連続スクリュー羽根を備えたことを特徴とする中掘工法用スクリューを提供するものである。このスクリューは細径であっても、スクリュー羽根が複数条すなわち２条以上であり、このスクリュー羽根が、軸に対して軸対称に取付けられるので、捩り力を負担する。従って、本発明のスクリューは、捩り耐力が大きく、小径の杭の施工を可能とするものである。コンクリート杭では杭の外径が４５０ｍｍの場合、前記スクリュー外径が２５０ｍｍ以下となることが必要である。本発明は、このような小径の中掘工法用スクリューによって、外径４５０ｍｍ以下のコンクリート杭に中掘工法を適用することが初めて可能となった。
【０００７】
またスクリューの中心軸を２重管とすれば、上記中掘工法が可能となるほか、一工程の掘削で杭先端部に球根を形成することができ、好ましい。
さらに、一本剣または複数本剣から成る超硬チップ刃先と、前記スクリューの下端に連設する同ピッチのスクリュー結合部とを有するフィッシュテールを、上記中掘工法用スクリューと組み合わせることにより、硬質の地層に杭を施工することができる。
【０００８】
また、本発明のスクリューはヘッド部の長さを１．５ｍ以上とすると好適である。杭先端部に球根を形成する場合、スクリューは杭の下端より約１ｍ下方に突出して掘削する。本発明のスクリューはＰ／Ｄが大きく、また、細径であることから、掘削地盤が硬質であったり、礫や玉石が存在したり、地層が傾斜している時などに、ヘッド部が曲げ応力を受けると、ヘッド部の継手部に無理がかかる恐れがある。したがって、ヘッド部の長さを１．５ｍ以上、好ましくは２ｍ以上とし、上記のような過酷な条件の時に、継手部が杭中に位置するようにし、継手部に大きな応力がかからないようにすることが好ましい。
【０００９】
本発明のスクリューは、スクリューピッチＰとスクリュー外径Ｄとの比Ｐ／Ｄが２未満では、複数条スクリューで排土を効果的に上昇させることが困難であり、小径スクリューとして適切でない。Ｐ／Ｄが８を超えるとピッチが大きすぎて排土が困難となる。スクリュー羽根の条数は少なくとも２条とし、羽根が捩り耐力を負担する強度部材となるようにする。スクリュー羽根の条数は、スクリューの外径その他の条件に応じて３条、４条とすることができ、軸の捩り強度向上の点で一層好適となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、杭の中掘工法用のスクリューであって、スクリューピッチＰとスクリュー径Ｄとの比Ｐ／Ｄを２〜８にし、スクリュー羽根を複数条巻きにしたことに特に特長がある。
本発明は、先ず、スクリューピッチＰとスクリュー径Ｄとの比Ｐ／Ｄを２〜８にし、スクリューコンベアとして上方への土砂搬送力は保有させまま、圧縮空気による搬送効果を高めたスクリュー羽根を用いることに特徴がある。このことにより、粘性土の場合でも、付着力に対し圧縮空気による搬送力が有効に作用するため、排土効率は小径杭であっても低下することがない。本発明の第２の特徴は、スクリュー羽根を複数条巻きにしたことにある。ロッド径を小径にしてもスクリュー羽根が複数条に巻かれているため、羽根を強度部材とすることができ、捩り力を負担させることができる。従って、小径杭への適用が可能であるうえ、圧縮空気を停止した施工も可能であり、ボイリング現像を防ぎながら中掘工法を施工することも可能である。そして本発明は上記特徴的技術手段の相乗効果により、従来不可能であった、小径の杭の中掘工法を確実に実現することができるものである。
【００１１】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
先ず、従来の大口径用のスクリューについて、図７、図８を参照して説明する。図７はオーガースクリュー１の正面図であって、中心軸３の回りに羽根２が旋回状に取付けられている。スクリューピッチＰとスクリュー外径Ｄとの比Ｐ／Ｄはほぼ１である。すなわちＰとＤとはほぼ等しい値となっている。スクリューの先端側には、ヘッド爪６を備えたオーガーヘッド７が取付けられている。スクリューのＥ−Ｅ矢視断面は図８に示されるように、中心軸３の外側に、スクリュー羽根２が１枚だけ突出している。この構造では、軸３の捩り力は、軸のみが負担する上、羽根２の断面が軸３の捩りに対して軸心が外れるためアンバランス断面となり、かえって軸の捩り耐力を減殺する。
【００１２】
図１〜図６は本発明の実施例のスクリュー１を示すものである。図１は実施例の正面図、図２はそのＡ−Ａ矢視断面図、図３はヘッド部の正面図、図４はそのＢ−Ｂ矢視図、図５はヘッド部の側面図、図６はそのＣ−Ｃ矢視図である。実施例のスクリュー１は２条の羽根２を有し、スクリューピッチＰとスクリュー外径Ｄとの比Ｐ／Ｄは２〜８である。図１では、Ｐ／Ｄが約４．８のものが示されている。図２に示すようにこのスクリュー１の断面は、中心軸３から軸対称に１８０度の位置に羽根２、２が突出している形状となっている。従って、羽根２、２は軸３の捩り剛性を大きくする作用をなす。すなわち、羽根２、２は軸３と協働して有効な捩りモーメントを伝達する。従って、実施例のスクリュー１は、軸及び全体外径が小径でも、大きなトルクを伝達することができ、小径の杭の中掘工法を可能にする。
【００１３】
図３、図５は実施例のヘッド部７を示すものである。ヘッド部７には、一本剣のフィッシュテール１０が先端に取付けられている。図４は図３のＢ−Ｂ矢視図でフィッシュテール１０の正面図である。フィッシュテール１０の先端１１には超硬チップ１２が取付けられている。フィッシュテール１０は、ヘッド部７の本体と結合する部分は、同一のスクリュー羽根１４が取付けられ、捩れ部１５を形成しており、その中心部には空間部１３が設けられている。このようなフィッシュテール１０は刃先が単純強靭で、硬質の岩石を掘削するのに適しており、小口径の杭を硬質の地層に施工することができる。図６は図５のＣ−Ｃ矢視図で、ヘッド部７の接続構造を示している。突起４はスクリューの孔に嵌合し、突起５はトルクを伝達する。ヘッド部７の全長は１．５ｍ以上とする。実施例では２ｍとした。このようにヘッド部の長さを長くすることによって、杭下部に球根を造成する時にヘッド部を杭先端から下方に１ｍ程度突出させて掘削するが、この時ビットが礫や玉石により大きな曲げ力を受けても、ヘッド部の継手が杭中に存在し、継手部に局部応力が作用することを避けることができる。
【００１４】
さらに、ヘッド部７には、低圧空気を吹き出す空気弁２０、高圧流体を噴出するジェット噴射孔２１を備えている。これらの低圧空気及び高圧流体を送るために、スクリュー１の中心軸３は二重管となっている。低圧空気は、掘削土の排出のための搬送補助に用い、ジェット噴射孔は高圧流体による掘削、高圧水ジェットによる地中掘削、掘削物又は岩石の破砕撹拌、下部球根築造のためのセメントミルクの注入等に用いる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
杭外径３５０ｍｍの小口径のプレストレストコンクリート杭を、図１示す外径１７０ｍｍの小口径用の専用スパイラルオーガを用いて中掘工法により地中に沈設した。沈設完了後、引き続き杭底に球根の造成を行った。施工場所の地層は図９に地層柱状図を示すように、次のとおりである。
【００１６】
地表〜６ｍまで      シルト質粘土    Ｎ値＝０
６ｍ〜１８ｍまで    細砂            Ｎ値＝平均約２５
１８ｍ〜２６ｍまで  微細砂          Ｎ値＝平均約４８
試験は次の４ケースについて行った。
（１）杭外径３５０ｍｍ×長さ３０ｍ、刃物厚さ９ｍｍ×長さ１００ｍｍ
圧縮空気による排土。
【００１７】
ボイリング防止の注水は行わない。
沈設完了後球根築造根固めを行い、施工完了。
（２）杭外径３５０ｍｍ×長さ３０ｍ、刃物厚さ９ｍｍ×長さ１００ｍｍ
オーガ正回転。圧縮空気による排土。
ボイリング防止の注水を支持層手前２ｍから行う。
【００１８】
（３）杭外径３５０ｍｍ×長さ３０ｍ、刃物厚さ１２ｍｍ×長さ１００ｍｍ
オーガを逆転しながら、泥水をビット先端のジェット噴出孔から噴射して地盤と撹拌混合し、地盤を泥状化し、杭自重と櫓を反力とした圧入力によって、杭を強制的に沈設、設置する。
（４）杭外径３５０ｍｍ×長さ４ｍ、刃物厚さ９ｍｍ×長さ１００ｍｍ
自然地盤の拡大球根築造、掘り出し確認調査。
【００１９】
計画した根固め使用量、微動引き上げ速度が適正か否かの調査。
各ケースについて、下記条件で球根を築造した。
0003679197.tif 000002
ケース（１）〜（３）については、杭地上突出高さ２ｍとして施工した。いずれもトラブルを全く生ずることなく、正常に施工することができた。ケース（１）の施工タイムチャートを表１及び図１０に例示した。
【００２０】
ケース（４）については、施工の翌日油圧ショベルにて球根全部を掘り出し、地上において球根の外観、形状、寸法を観察記録した。所定形状寸法の球根が形成されていた。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリューのピッチと外径との比Ｐ／Ｄを適正に定め、複数条の羽根を備えたオーガースクリューを備えることによって、従来不可能であった杭外径３００〜４５０ｍｍの小径のコンクリート杭に中掘工法を適用することが可能となった。この場合にボイリング現象を生ずることは全くない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】実施例の正面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】実施例の側面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】従来例の正面図である。
【図８】図７のＥ−Ｅ矢視図である。
【図９】実施例を施工した地層柱状図である。
【図１０】実施例の施工タイムチャートである。
【符号の説明】
１    スクリュー
２    羽根
３    中心軸
４    突起
５    突起
６    ヘッド爪
７    ヘッド部
１０  フィッシュテール
１１  先端
１２  超硬チップ
１３  空間部
１４  スクリュー羽根
１５  捩れ部
２０  空気弁
２１  ジェット噴射孔
【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】
0003679197.tif 000009
【図７】
0003679197.tif 000010
【図８】
0003679197.tif 000011
【図９】
0003679197.tif 000012
【図１０】
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