(57)【要約】【課題】低コストで支持力の高いソイルセメント合成杭を提供する。【解決手段】ソイルセメント合成杭１は、円柱状のソイルセメント柱体２と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管３とからなる。ソイルセメント柱体２は、公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管３は、その外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸は、例えばダクタイル鋳鉄管３を金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により鳥肌状に形成する。この凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管３の外周面とソイルセメント柱体２の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭１の支持力が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭。
【請求項２】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とする請求項１記載のソイルセメント合成杭。
【請求項３】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とする請求項１記載のソイルセメント合成杭。
【請求項４】
前記粗面は０．２〜０．３ｍｍの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項５】
前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けたものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項６】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項１乃至５の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項７】
前記締結部材はボルトであることを特徴とする請求項６記載のソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項８】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項１乃至５の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソイルセメント柱体の中に既製杭を挿入してなるソイルセメント合成杭に関し、特に芯材として鋳造管を用いた安価で支持力の高いソイルセメント合成杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤と、この軟弱地盤より下層の岩盤等の支持地盤がある場合の地盤改良のための杭は、大別して、支持地盤迄到達させて打設する支持杭と、支持地盤迄は到達させず軟弱地盤の深さ迄打設する摩擦杭とがある。摩擦杭とは、その外面と軟弱地盤との間の摩擦により支持されるもので、柱状のソイルセメントからなるソイルセメント柱体からなり、強度をさらに高めるために、ソイルセメント柱体の内部に鋼管からなる芯材を挿入したソイルセメント合成杭がある。ソイルセメント柱体は、機械式深層混合処理工法、即ちセメント或いはセメントを主成分とした固化材と水とを混練して作成したスラリーを地盤中に注入しながら、掘削翼及び攪拌翼を有する攪拌混合装置により、地盤とスラリーとを機械的に混合してソイルセメント柱体を造成する地盤改良法、により造成する。
【０００３】
また、このようなソイルセメント合成杭において、芯材とソイルセメント柱体との摩擦力等を増大させることにより、その強度（支持力）をより向上させたものとして、特許文献１、２に開示されたものがある。
【０００４】
特許文献１に開示されたソイルセメント合成杭は、図１１に示されているように、杭頭部近傍、下端部近傍、及びそれらの中間にそれぞれ螺旋状羽根２３を設けた鋼管杭、コンクリート杭等の螺旋状羽根付既製杭２２をソイルセメント柱体２１が固化する前にその中にねじり込み貫入したものである。この螺旋状羽根付既製杭２２によれば、螺旋状羽根２３の押さえ効果により、螺旋状羽根２３の下方のソイルセメント柱体２１が圧縮され、鉛直荷重に対して既製杭２２のみならず、ソイルセメント柱体２１と共に抵抗することが可能となり、さらに水平荷重に対しても、螺旋状羽根２２の押さえ効果と、ソイルセメント柱体２１による拘束効果とにより水平剛性を高めることができるとされる。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたソイルセメント合成杭は、図１２に示されているように、外周面に節３３又は環状突起を形成した既製杭３２をソイルセメント柱体３１が固化する前にその中に回転させながら埋設したものである。この既製杭３２によれば、節又は環状突起により表面積（ソイルセメントの付着面積）を大きくすることで既製杭の外周面とソイルセメント柱体の内周面との摩擦力を高め、ソイルセメント合成杭の支持力の増大を図れるとされる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７１５５０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１、２に開示されたソイルセメント合成杭は、何れも管の外周に螺旋状羽根、節、環状突起等、管の外周面から突出する部材を形成した既製杭を用いるものであるため、それらの突出部のない既製杭を製造する設備とは別に突出部を有する既製杭を製造するための製造設備が必要となるからコストが高くなり、その結果、ソイルセメント合成杭のコストも高くなるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低コストで支持力の高いソイルセメント合成杭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項３に係る発明は、請求項１記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は０．２〜０．３ｍｍの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けものであることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項６に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項１乃至５の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項７に係る発明は、請求項６記載のソイルセメント合成杭の施工方法において、前記締結部材はボルトであることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項８に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項１乃至５の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
【００１０】
請求項１、４に係る発明によれば、鋳造管の外周面に形成された粗面の凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むことで鋳造管とソイルセメント柱体との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。また、凹凸により鋳造管の外周面の表面積が広がることで鋳造管とソイルセメント柱体との間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。
請求項２、３に係る発明によれば、鋳造管の外周面の粗面は、鋳造管の製造工程で使用される鋳型表面の凹凸又は離型材を利用することにより、専用の設備を用いずに形成できるため、突出部を有する従来の既製杭に比べ製造コストが低減できる。
請求項５に係る発明によれば、螺旋羽根が設けてあるため、ソイルセメント柱体への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根の表面積の分だけソイルセメント柱体との間の摩擦力が大きくなり、支持力が向上する。
請求項６、７に係る発明によれば、ボルト等の締結部材は、複数の鋳造管を連結するとともに、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
請求項８に係る発明によれば、複数の鋳造管の締結部に嵌め込まれた板は、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、既製の鋳造管に粗面を形成しただけの低コストの芯材を用いて、支持力の高いソイルセメント合成杭を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するため、ソイルセメント柱体の縦断面及びダクタイル鋳鉄管の正面図により示したものである。
【００１３】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭１は、円柱状のソイルセメント柱体２と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管３とから構成されている。
【００１４】
ソイルセメント柱体２は、前述した公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管３は、鋳鉄からなる中空の管であり、その外周面の全面に亘って粗面が形成されている。ここで、粗面とは、ソイルセメントの付着力を向上させるための鳥肌状の凹凸である。この粗面は、例えばダクタイル鋳鉄管３を公知の金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により形成する。例えば離型材として耐火物（砂等）を水で解いたものを用い、離型材の塗装条件を工夫し、その厚みを場所によって変えることで、ダクタイル鋳鉄管３が離型するときにその外周面に鳥肌状の凹凸を形成する。この凹凸の深さ及び高さは、好ましくは０．１〜１．０ｍｍ程度、さらに好ましくは０．２〜０．３ｍｍ程度に設定する。また、この微小な凹凸は、離型材を用いる代わりに鋳型表面に凹凸を形成することでも形成できる。この場合の鋳型としては金型及び砂型の使用が可能であり、金型の場合はピーニングによって凹凸を形成する。
【００１５】
本実施形態では、機械式深層混合処理工法によりソイルセメント柱体２を造成し、その後、ソイルセメント柱体２が固化する前に、ダクタイル鋳鉄管３を回転させながらソイルセメント柱体２の中央部に上方から挿入することで、図１に示されているようなソイルセメント合成杭１を施工する。
【００１６】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管３の外周面に形成された凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管３の外周面とソイルセメント柱体２の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭１の支持力が向上する。また、凹凸によりダクタイル鋳鉄管３の外周面の表面積が広がるため、ダクタイル鋳鉄管３の外周面とソイルセメント柱体２の内周面との間の摩擦力が増大し、合成杭１の支持力が向上する。さらに、ダクタイル鋳鉄管３の外周面の凹凸は、ダクタイル鋳鉄管３の製造工程で用いる離型材又は鋳型により形成するため、従来の突起部を有する既成杭ような専用の製造設備が不要となり、製造コストが低減できる。
【００１７】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図１と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体２の形状及び造成法は第１の実施形態と同じである。
【００１８】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭５は、円柱状のソイルセメント柱体２と、その中央部の長手方向に挿入された螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６とから構成されている。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６は、鋳鉄からなる中空の管の先端（図２の下端）に管本体と一体成型された１枚の螺旋羽根７を設けたものである。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６の管本体の外周面の全面及び螺旋羽根７の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第１の実施形態と同様である。なお、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６の下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、その下端に同じ螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６、又は同一外径を有する第１の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管３の上端を挿入し、連結することができる。
【００１９】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭５は、第１の実施形態と同様にソイルセメント柱体２を造成した後、それが固化する前に、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６を回転させながらソイルセメント柱体２の中央部に上方から挿入することで、図２に示されているように施工する。
【００２０】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管の先端に螺旋羽根７が設けてあるため、ソイルセメント柱体２への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６の管本体の外周面の全面に微小な凹凸からなる粗面を形成したことで、第１の実施形態と同様に摩擦力の増大による支持力の向上が図れる。さらに、螺旋羽根７の表面積の分だけ第１の実施形態のダクタイル鋳鉄管３よりも表面積が広くなるため、摩擦力も大きくなり、支持力も向上する。
【００２１】
［第３の実施形態］
図３は、本発明の第３の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図１、２と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体２の形状及び造成法は第１の実施形態と同じである。
【００２２】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭８は、円柱状のソイルセメント柱体２と、その中央部の長手方向に挿入されたパイル９とから構成されている。パイル９は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０と、その上端に連結されたダクタイル鋳鉄管１２とからなる。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０には、第２の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６と同様、管本体と一体成型された１枚の螺旋羽根１１が先端に設けてあり、かつ管本体の外周面の全面及び螺旋羽根１１の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。また、ダクタイル鋳鉄管１２には、第１の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管３と同様に、外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第１の実施形態と同じである。さらに、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０及びダクタイル鋳鉄管１２は、第２の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管６と同様に、下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０の上端部近傍がダクタイル鋳鉄管１２の下端部近傍の径が拡げられた部位（締結部）に挿入され、２本の通しボルト１３，１４で固定されている。
【００２３】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭８は、第１の実施形態と同様にソイルセメント柱体２を造成した後、それが固化する前に、まず螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０を回転させながらソイルセメント柱体２の中央部に上方から挿入していき、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０の上端が地表面の付近に下がってきたら、回転及び挿入を停止して、ダクタイル鋳鉄管１２の下端部近傍を螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０の上端部近傍に嵌合させ、２本の通しボルト１３，１４で固定して連結する。次いで、連結されたパイル９を回転させ、ソイルセメント柱体２内の所定の深さまで挿入することで、図３に示されているように施工する。
【００２４】
本実施形態では、通しボルト１３，１４は、それぞれの両端がダクタイル鋳鉄管１２の外周面から突出しているので、その分ソイルセメントの付着面積が広がり、ソイルセメント柱体２との摩擦力が大きくなるので、合成杭８の支持力が向上する。つまり、通しボルト１３，１４は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０の下端部近傍に挿入されたダクタイル鋳鉄管１２の上端部近傍を締結して連結する働き、及び連結部の表面積を拡げてソイルセメントの付着面積を拡大し、ソイルセメント柱体２との摩擦力を増大させて、支持力を向上させる働きをする。
【００２５】
［第４の実施形態］
図４（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図３と同様の図である。この図において、ソイルセメント体２の形状及び造成法は第３の実施形態と同じである。また、この図において、図３と同一又は対応する構成要素には図３で使用した符号を付した。さらに、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるボルト１６の平面図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるボルト１６の側面図である。
側面図である。
【００２６】
本実施形態は、第３の実施形態における通しボルト１３，１４に代えて、頭部１６aが矩形板状に構成されたボルト１６により螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０とダクタイル鋳鉄管１２を締結して連結することが、第３の実施形態との相違点であり、それ以外は第３の実施形態と同じである。本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管１２の外周面から突出している部分であるボルトの頭部１６ａの表面積が第３の実施形態における通しボルト１３，１４の頭部の表面積よりも広いので、ソイルセメント柱体２との摩擦力が増大し、支持力がより向上する。
【００２７】
［第５の実施形態］
図５は、本発明の第５の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図３と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体２の形状及び造成法は第３の実施形態と同じである。また、この図において、図３と同一又は対応する構成要素には図３で使用した符号を付した。
【００２８】
本実施形態は、第３の実施形態において、さらに螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０の上端部に孔空き円板１８を嵌め込んだものである。孔空き円板１８の嵌め込みは、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０とダクタイル鋳鉄管１２とを通しボルト１３，１４で締結して連結する前に行う。本実施形態によれば、孔空き円板１８はその全体がダクタイル鋳鉄管１２の外周面から突出しているので、第３及び第４の実施形態と比べ、突出部の表面積が極めて広いため、それだけソイルセメント柱体２との摩擦力が増大し、支持力がさらに向上する。
【００２９】
［実施例］
以上説明した各実施形態の効果を確認するために行った実験結果を以下に示す。図６は実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。この図において、図１〜図５と同一又は対応する構成要素には、それらの図で使用した符号を付した。ここで、ソイルセメント柱体２は直径４００ｍｍ、長さ（高さ）５００ｍｍであり、図６（ａ）〜（ｄ）の各供試体に対して共通である。また、芯材は直径が１００ｍｍ、長さ（高さ）７５０ｍｍであり、ソイルセメント柱体２の上面から約２５０ｍｍ上方へ突出していることも各供試体に対して共通である。
【００３０】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第１の実施形態（図１）、第３の実施形態（図３）の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０から螺旋羽根１１を取り除いたもの、第５の実施形態（図５）の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管１０から螺旋羽根１１を取り除いたものに相当する。また、図６（ｄ）は、比較例として作成したものであり、芯材として鋼管１９（外周面に粗面が形成されていない）を用いたものである。ここで、図６（ｃ）の円板１８の直径は２５０ｍｍである。
【００３１】
以上の構成を有する各供試体に上方から鉛直荷重を加えて、押し抜き変位を測定することにより、芯材とソイルセメント柱体２との付着強度を測定した結果を図７〜１１に示す。ここで、図７、８、９、１０はそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の構成を有する供試体の試験結果であり、縦軸に付着強度（単位:kN/m2）、横軸に押し抜き変位（単位:mm）をとったグラフである。
【００３２】
これらのグラフから、芯材として鋼管１９を用いた図６（ｄ）の比較例の付着強度に対して、芯材として外周に粗面を形成したダクタイル鋳鉄管３を用いた図６（ａ）の場合は約２．４倍、それに加えて外周に突出するボルトで固定した図６（ｂ）の場合は約２．９倍、それに加えて円板１８を取り付けた図６（ｃ）の場合は約３．６倍の付着強度が得られることが確認できた。
【００３３】
なお、以上の実施形態は芯材としてダクタイル鋳鉄管を用いたソイルセメント合成杭に関するものであったが、ダクタイル鋳鉄管以外の鋳造管を用いても同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図６】実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。
【図７】図６（ａ）の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図８】図６（ｂ）の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図９】図６（ｃ）の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図１０】図６（ｄ）の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図１１】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図１２】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、５、８・・・ソイルセメント合成杭、２・・・ソイルセメント柱体、３、１２・・・ダクタイル鋳鉄管、６、１０・・・螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管、７、１１・・・螺旋羽根、９・・・パイル、１３、１４・・・通しボルト、１８・・・円板。
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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