(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系固化材を注入するための小径鋼管の先端に、小径鋼管の略直交方向へ突出する攪拌翼を設け、対象地盤内の所定の位置に至るまで、前記小径鋼管の先端からセメント系固化材を噴射しながら小径鋼管を回転・圧入し、小径鋼管を残置することによってその周囲に形成されるソイルセメントとの複合体からなる杭体を構築する合成杭の構築方法において、
前記小径鋼管の先端及び後端に対になる切り欠き部を設け、
先端の対向する切り欠き部間に小径鋼管の直径より幅が広い攪拌板を設置して前記攪拌翼とし、
後端の対向する切り欠き部間に設置した場合に小径鋼管の上方へ突出する高さの接続板を、後端の切り欠き部間に設置し、
前記接続板に他の小径鋼管先端の切り欠き部を嵌合することによって小径鋼管を接続することを特徴とする、合成杭の構築方法。
【請求項２】
請求項１記載の合成杭の構築方法において、
前記接続板を小径鋼管の略直交方向へ突出する構成としたことを特徴とする、合成杭の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅などの小規模建物の基礎に使用される合成杭の構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、住宅用の基礎として鋼管杭を使用する場合、施工機械が小型であるため、鋼管杭ａの先端に螺旋状に取り付けられた羽根部ｂを設けて、回転させながら圧入していた（図４参照）。
また、オーガーを用いて地盤内の土を削り砕き、この砕いた土とセメントミルクを混ぜてソイルセメントの柱を造成した後に、リブ付き鋼管などをソイルセメント柱に圧入してソイルセメント鋼管杭を造成する方法があった。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
前記した従来の合成杭の構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞鋼管杭ａの先端に羽根部ｂを設けて鋼管杭を地盤に回転させながら圧入した場合、杭周辺の地盤は羽根部によって乱された緩み層ｃとなる。この場合、杭の周面と地盤の摩擦抵抗による支持力は期待できない。
＜ロ＞螺旋状の羽根部ｂを設けただけでは少し地盤が固くなると（Ｎ値が１以上）、鋼管杭を圧入することができなくなる。
＜ハ＞羽根部ｂは回転・圧入時に地盤の抵抗によって上方に反る場合がある。この結果、底面積が小さくなるため杭の支持力も小さくなる。
＜ニ＞ソイルセメント柱を造成した後に鋼管を圧入する場合は、ソイルセメント柱を造成するためのオーガーと、鋼管を圧入するためのバイブロハンマなどの圧入機とが必要になる。また、オーガーや圧入機は大型機械であるため、住宅地などの狭い路地を通ることや狭い敷地内で作業を行うことはできない。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、ソイルセメント柱の造成と鋼管杭の設置が一度に行える合成杭の構築方法を提供することを目的とする。
また、本発明は小規模の機械を使用して大きな支持力が得られる合成杭の構築方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は簡単に組立て可能な攪拌翼付き鋼管杭を使用した合成杭の構築方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の合成杭の構築方法は、セメント系固化材を注入するための小径鋼管の先端に、小径鋼管の略直交方向へ突出する攪拌翼を設け、対象地盤内の所定の位置に至るまで、前記小径鋼管の先端からセメント系固化材を噴射しながら小径鋼管を回転・圧入し、小径鋼管を残置することによってその周囲に形成されるソイルセメントとの複合体からなる杭体を構築する方法である。
ここで、前記小径鋼管の先端に対になる切り欠き部を設け、対向する切り欠き部間に小径鋼管の直径より幅が広い攪拌板を設置して前記攪拌翼とすることができる。
また、前記小径鋼管の先端及び後端に対になる切り欠き部を設け、先端の対向する切り欠き部間に小径鋼管の直径より幅が広い攪拌板を設置して前記攪拌翼とし、後端の対向する切り欠き部間に設置した場合に小径鋼管の上方へ突出する高さの接続板を、後端の切り欠き部間に設置し、前記接続板に他の小径鋼管先端の切り欠き部を嵌合することによって小径鋼管を接続することも可能である。
ここで、前記接続板を小径鋼管の略直交方向へ突出する構成とすることもできる。
なお、小径鋼管の先端には円錐状の突起物を設けることもできる。
【０００６】
【本発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞合成杭
本発明の合成杭は、少なくとも先端に攪拌翼２を有する小径鋼管１とその周囲に形成されるソイルセメント４からなる複合体である。
ソイルセメント４は、地盤内の土を削り砕き、この砕いた土とセメント系固化材３を攪拌して造成する。
小径鋼管１は、ソイルセメント柱のほぼ中央に位置する。
【０００８】
＜ロ＞小径鋼管
小径鋼管１は、セメント系固化材３を地盤に注入する役割と、鋼管杭としての役割を果たす比較的直径が小さい鋼管である。
例えば直径が７５〜１５０ｍｍの鋼管を使用する。
小径鋼管１は、必要に応じて継ぎ足すことが可能である。
この場合は、例えば小径鋼管１ａの後端に対になる切り欠き部１２を設ける。切り欠き部は好ましくは２対（この場合、切り欠き部は４箇所）設ける。
そして、接続する小径鋼管１ｂの先端にも同様に切り欠き部を設ける。
小径鋼管同士（１ａ、１ｂ）の接続は、２枚の接続板６をそれぞれの小径鋼管の切り欠き部に差し込むことによって行う。この方法で接続する場合は、鋼管の接続部を溶接などする必要がない。
なお、小径鋼管１の先端には、小径鋼管の軸方向に突出する円錐状の突起を設けることもできる。このような突起を設ければ、杭の位置決めがしやすく、容易に杭を圧入できるようになる。
【０００９】
＜ハ＞攪拌翼
攪拌翼２は、地盤を切削し、セメント系固化材３と切削した土とを攪拌するための翼である。
例えば、攪拌翼２は２枚の攪拌板２１で構成する。
攪拌板２１の幅は、小径鋼管１の直径より大きいものを使用する。例えば、２００〜４００ｍｍのものを使用する。攪拌板２１の幅が合成杭の直径となる。
小径鋼管１の先端には対になる切り欠き部１１を設ける。好ましくは２対の切り欠き部１１（この場合、切り欠き部は４箇所）を設ける。
切り欠き部１１の幅は、攪拌板２１の厚さに合わせる。
この切り欠き部１１に攪拌板２１を差し込めば攪拌翼２となる。
なお、攪拌翼２はセメント系固化材３と、切削した土とを攪拌できるものであれば上記形状に限定されない。例えば、切り欠き部を設けずに攪拌板を直接小径鋼管１の先端付近に溶接などで取り付けてもよい。さらに、小径鋼管１と直径が等しい円環に攪拌翼２を設けて、小径鋼管１の先端に溶接などで取り付けてもよい。
また、前記した接続板６もセメント系固化材３と切削した土とを攪拌できるように、上記の攪拌翼２と同様に構成するのが好ましい。
【００１０】
＜ニ＞杭打ち機
杭打ち機７は、鋼管杭を回転・圧入できるものを使用する。
また、小径鋼管１内部にセメント系固化材３を供給できる装置を備えた杭打ち機７を使用する。
図３に施工時の杭打ち機の概略側面図を示す。
セメント系固化材３には、セメントミルク、モルタル等を使用する。
【００１１】
＜ホ＞合成杭の構築方法
攪拌翼２を先端に設けた小径鋼管１を杭打ち機７に取り付ける。
攪拌翼２を小径鋼管１の軸回り（例えばＡ方向）に回転させると同時に、小径鋼管１の先端からセメント系固化材３を噴射しつつ、小径鋼管１を地盤中に圧入する。
セメント系固化材３は、例えば２００〜７００ｋＰａ程度の圧力で注入する。
小径鋼管１を圧入する前に地盤を切削してセメント系固化材３と攪拌するため、小型の杭打ち機７でも小径鋼管１を圧入することができる。
所定の深度に小径鋼管１の先端が到達したら、杭打ち機７から小径鋼管１を取り外す。この結果、小径鋼管１とソイルセメント４からなる合成杭が構築される。
【００１２】
＜ヘ＞作用
本発明の合成杭の構築方法によって構築された合成杭は、ソイルセメント４と小径鋼管１が一体となる。ソイルセメント４は周辺地盤に密着して固結するため、杭の支持力として周面摩擦力Ｒｆが期待できる。
また、攪拌翼２と杭底付近のソイルセメント４が一体となるため、杭の支持力Ｐとしてソイルセメント４部を含めた底面支持力Ｒａが期待できる。
【００１３】
Ｐ＝Ｒａ＋Ｒｆ      ・・・・・・・・・・・・・・（式１）
【００１４】
本発明の合成杭は、杭に作用する荷重を小径鋼管１で受け、ソイルセメント４を介して地盤５に荷重を伝達する。
つまり、小径鋼管１とソイルセメント４との間の粘着力をＣｃ、杭長をＬ、小径鋼管の周長をＵｓとすると杭の周面摩擦力Ｒｆは以下の式で表せる。ここで、Ｃｃはソイルセメントの一軸圧縮強度の１／２とする。
【００１５】
Ｒｆ＝Ｒｆｓ＝Ｕｓ・Ｌ・Ｃｃ      ・・・・・・・（式２）
【００１６】
地盤５とソイルセメント４との間の粘着力をＣｓｏ、杭長をＬ、ソイルセメント柱の周長をＵｃとすると杭の周面摩擦力Ｒｆは以下の式で表せる。
ここで、Ｃｓｏは地盤５の一軸圧縮強度の１／２とする。
【００１７】
Ｒｆ＝Ｒｆｃ＝Ｕｃ・Ｌ・Ｃｓｏ      ・・・・・・（式３）
【００１８】
上記のＲｆｃとＲｆｓのうち小さいほうが杭の周面摩擦力Ｒｆとなる。
ソイルセメントより鋼管の方が剛性は大きいので、本発明の合成杭にすることによってソイルセメント杭のみで杭を構築した場合より杭径を小さくできる。
また、ソイルセメントの周長で杭の周面摩擦力Ｒｆを期待できるため、鋼管杭のみで杭を構築した場合より鋼管径を小さくできる。
【００１９】
【実施例】
以下図５を参照しながら、本発明の合成杭の構築方法によって構築した合成杭と、従来の鋼管杭との比較をおこなう。
【００２０】
＜イ＞計算条件
比較の対象とする従来の鋼管杭は、鋼管杭の先端に螺旋状の羽部部ｂを設け、回転させながら圧入して打設する鋼管杭ａとする（図４参照）。
図５に示す地盤において、同等の許容支持力を得るために必要な杭径及び杭長を、従来の鋼管杭と本発明の合成杭について算定する。
図５に記載した符号のうち、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は地盤の粘着力、Ｎは標準貫入試験によるＮ値を示す。
【００２１】
＜ロ＞従来の鋼管杭
従来の鋼管杭ａは、回転させながら圧入して打設した場合、先端に設けた羽部部ｂが地盤の抵抗によって上方に反るため、底面支持力Ｒａを算定する場合の底面積Ａｐは実際の底面積の１／２とし、Ｒａ＝３０Ｎ×０．５Ａｐにより算定する。また、杭の周面摩擦力Ｒｆを算定する場合の粘着力は、杭周辺が緩み層ｃとなることから一律、Ｃｓｏ＝１．５（ｔ／ｍ２）とする。
以上の設定は、従来の鋼管杭ａの建設大臣の認定書を基に行ったものである。
ここで、鋼管の直径が１１４ｍｍ、羽部部の直径が２５０ｍｍ、鋼管杭の杭長Ｌが１２ｍの鋼管杭で支持力を算定する。
【００２２】
Ｒａ＝３０Ｎ×０．５Ａｐ＝３０×１５×０．５×０．０４９＝１１．０（ｔ）
【００２３】
杭の周面摩擦力Ｒｆは式３より以下のように算定できる。
【００２４】
Ｒｆ＝０．３５×１２×１．５＝６．３（ｔ）
【００２５】
杭の支持力Ｐは式１より以下のように算定できる。
【００２６】
Ｐ＝Ｒａ＋Ｒｆ＝１１．０＋６．３＝１７．３（ｔ）
【００２７】
この結果、許容支持力Ｐｕは以下のように算定できる。
【００２８】
Ｐｕ＝Ｐ／３＝１７．３／３＝５．８（ｔ）
【００２９】
＜ハ＞本発明の合成杭
小径鋼管の直径が７５ｍｍ、ソイルセメント柱の直径が２００ｍｍ、合成杭の杭長Ｌが９．０ｍの合成杭で支持力を算定する。
【００３０】
Ｒａ＝２０Ｎ×Ａｐ＝２０×８×０．０３＝４．８（ｔ）
【００３１】
杭の周面摩擦力Ｒｆは式３より以下のように算定できる。
【００３２】
Ｒｆ＝０．６３×（４×１．５＋４×２．０＋１×３．０）＝１０．７（ｔ）
【００３３】
杭の支持力Ｐは式１より以下のように算定できる。
【００３４】
Ｐ＝Ｒａ＋Ｒｆ＝４．８＋１０．７＝１５．５（ｔ）
【００３５】
この結果、許容支持力Ｐｕは以下のように算定できる。
【００３６】
Ｐｕ＝Ｐ／３＝１５．５／３＝５．２（ｔ）
【００３７】
＜ニ＞両者の比較
上記に算定したように許容支持力が５（ｔ）以上の杭を構築するためには、従来の鋼管杭は、鋼管の直径が１１４ｍｍ、羽部部の直径が２５０ｍｍ、鋼管杭の杭長Ｌが１２ｍの鋼管杭が必要となる。
一方、本発明の合成杭は、小径鋼管の直径が７５ｍｍ、ソイルセメント柱の直径が２００ｍｍ、合成杭の杭長Ｌが９．０ｍの合成杭でよい。
このため、単価の高い鋼管の使用量を減らすことができる。また、小径鋼管は軽いため施工時の取り扱いが容易になる。
【００３８】
【本発明の効果】
本発明の合成杭の構築方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞掘削とセメントミルクを注入するのに使用する小径鋼管を、そのまま合成杭として用いる。このため、ソイルセメント柱の造成と鋼管杭の設置が一台の機械で一度に行え、施工が簡単である。また、一台の機械で作業が行えるので狭い場所でも施工可能である。
＜ロ＞小径鋼管を使用するが、その周囲に形成されるソイルセメントを介して地盤に荷重を伝達する。このため、周面摩擦力も杭の支持力とすることができる。また、ソイルセメントの周長は鋼管杭の周長より大きくなるため、杭の支持力を大きくすることができる。
＜ハ＞小径鋼管を圧入する前に地盤を切削してセメント系固化材と攪拌する。このため、小型の機械でも小径鋼管を圧入することができる。小型の機械であれば、住宅地などの狭い路地を通ることや狭い敷地内で作業を行うことも可能である。
＜ニ＞攪拌翼は、小径鋼管の切り欠き部に攪拌板を差し込むだけで組立てることができる。従って、簡単に組立てが可能で、溶接などのように施工の良否によって品質に差がでることがない。
＜ホ＞小径鋼管を使用する。小径鋼管は軽いため施工時の取り扱いが容易である。また、単価の高い鋼管の使用量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の合成杭の構築方法の実施例の説明図
【図２】合成杭の使用時の状態図
【図３】施工時の杭打ち機の概略側面図
【図４】従来の羽根付き小径鋼管杭の実施例の説明図
【図５】本発明の合成杭と従来の鋼管杭との比較のための説明図
【符号の説明】
１・・・小径鋼管
１１・・切り欠き部
１２・・切り欠き部
２・・・攪拌翼
２１・・攪拌板
３・・・セメント系固化材
４・・・ソイルセメント
５・・・地盤
６・・・接続板
【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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