(57)【要約】【課題】先に掘削した穴に沈設するための拡頭杭において、下端部の根固め球根部での支持力低下を抑えることが可能な拡頭杭を提供する。【解決手段】先に形成した掘削穴１０に沈設する既製杭２０で、頭部がその下側よりも大径の大径部２１を構成する拡頭杭２０である。大径部２１と該大径部２１より下側の小径部２２との間の接合部に、杭２０の外側から内部に向けて流動物が流入可能な流入部２４を設けた。例えば、小径部２２上部の外径面と大径部２１下部の内径面との間を、放射状に配置された複数のリブで連結し、上記複数のリブ間を上記流入部２４とする。また、側面視における、上記小径部２２上部の外径面に対するリブ下端部の接合角度θ２及び大径部２１下部の内径面に対する上記リブ上端部の接合角度θ１を、共に鋭角にして集中応力を緩和する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先に掘削して形成した掘削穴に中空の既製杭を沈設する杭の施工方法に使用される当該既製杭であって、頭部がその下側よりも大径の大径部を構成する拡頭杭において、
上記大径部と該大径部より下側の小径部との間の接合部及び上記大径部側面の少なくとも一方に対し、杭の外側から杭内部に向けて流動物が流入可能な流入部を設けたことを特徴とする拡頭杭。
【請求項２】
上記小径部と上記大径部との接合構造は、小径部上部の外径面と大径部下部の内径面との間を、放射状に配置された複数のリブで連結して構成され、且つ上記複数のリブ間が上記流入部を構成すると共に、
側面視における、上記小径部上部の外径面に対するリブ下端部の接合角度、及び大径部下部の内径面に対する上記リブ上端部の接合角度を、共に鋭角にして集中応力を緩和したことを特徴とする請求項１に記載した拡頭杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレボーリング工法等により予め形成された掘削孔に沈設される中空の既製杭であって、杭頭部が拡頭した拡頭杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレボーリング工法で掘削穴を形成して既製杭からなる拡頭杭を沈設する杭の施工方法としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
この施工方法は、先端部に拡大ビットを設けた掘削ロッドによってプレボーリングを行い、泥土化した掘削穴を設け、さらに掘削穴下端部において、上記拡大ビットによって拡大掘削して拡大掘削穴を形成し、その拡大掘削穴に根固め液を注入しながら支持層中の土砂を混合攪拌して拡大根固め球根を形成する。その後、既製杭を上記掘削穴内に建て込み沈設する。
【０００３】
ここで、上記既製杭としての拡頭杭は、頭部が大径の大径部とその下側の小径部とからなると共に、軸方向に延びる中空部を備え、該中空部は、杭の上端部及び下端部でのみ開口する。
【特許文献１】特開昭６２−２５３８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５（ａ）に示すような泥土化した掘削穴１０に上記拡頭杭２０を沈設すると、杭２０の沈降に応じて、杭下端部の開口から杭２０内の中空部に流動状の泥土３１が入り込む。図５（ｂ）に示すように、杭２０の小径部２２だけが泥土３１内に挿入された途中の状態では、杭２０の沈降速度にも依存するが、杭２０の中空部内の泥土３１の上面と杭２０外の泥土３１の上面の高さはほぼ同じ高さになっている。しかし、杭２０の沈設が進み、杭２０の大径部２１も掘削穴１０内に挿入され、杭２０の先端部が拡大掘削穴１０ｂに到達した時点では、杭２０内に入ってくる泥土３１は、杭２０先端部からの流入のみであることから、杭２０の中空部内の泥土３１の上面と杭２０外の泥土３１の上面の高さに、図５（ｃ）のように、ヘッド差が生じる。この状態で、杭２０が最終位置まで沈降すると、杭２０の先端部は根固め液３０中に挿入されることから、上記ヘッド差を解消する方向に、つまり根固め液３０が上記ヘッド差を解消するだけ杭２０内に流れ込む一方、その分、図５（ｄ）のように、拡大掘削穴１０ｂより上側の泥土３１が根固め球根部に流れ込むことで、根固め球根部における泥土３１の混入量が多くなったり根固め液３０が不均一状態となって、根固め球根部における支持力低下の原因の一因となるおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、先に掘削した穴に沈設するための拡頭杭において、下端部の根固め球根部での支持力低下を抑えることが可能な拡頭杭を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、先に掘削して形成した掘削穴に中空の既製杭を沈設する杭の施工方法に使用される当該既製杭であって、頭部がその下側よりも大径の大径部を構成する拡頭杭において、
上記大径部と該大径部より下側の小径部との間の接合部及び上記大径部側面の少なくとも一方に対し、杭の外側から内部に向けて流動物が流入可能な流入部を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に対し、上記小径部と上記大径部との接合構造は、小径部上部の外径面と大径部下部の内径面との間を、放射状に配置された複数のリブで連結して構成され、且つ上記複数のリブ間が上記流入部を構成すると共に、
側面視における、上記小径部上部の外径面に対するリブ下端部の接合角度、及び大径部下部の内径面に対する上記リブ上端部の接合角度を、共に鋭角にして集中応力を緩和したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、拡頭杭を沈設する際の大径部内外での泥土のヘッド差が、杭上部に設けた流入部を介して杭内に流入する泥土によって解消される結果、根固め球根部での支持力低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の拡頭杭の構造について説明する。
図１は、本実施形態に係る拡頭杭２０を示す側面図であり、図２は、当該拡頭杭２０の大径部２１と小径部２２との接合部の構造を示す図である。
図１に示すように、拡頭杭２０は、頭部が大径の大径部２１と、その下側の小径部２２とからなる。本実施形態の拡頭杭２０は、大径部２１は大径の鋼管（以下、大径鋼管２１とも呼ぶ）からなり、小径部２２は大径鋼管２１よりも小径の鋼管（以下、小径鋼管２２とも呼ぶ）からなり、その小径鋼管２２と大径鋼管２１が、図２に示すように、複数のリブパネル２３によって接合されて構成される。
【０００９】
その上記小径鋼管２２と大径鋼管２１との接合構造について詳説すると、図２に示すように、小径鋼管２２の上端部外径面に複数のリブパネル２３の内径側端面が溶接されている。その複数のリブパネル２３は、小径鋼管２２を中心に放射状に配置され、その各リブパネル２３の外径側端面が上記大径鋼管２１の下端部内径面に溶接されている。
【００１０】
各リブパネル２３は、図２（ａ）に示すように、側面視で矩形形状となっていて、左右の縦方向に延びる辺（側端面）が平行且つ杭２０の軸に沿って延びると共に、上下で対向する２つの辺（上端面及び下端面）は、共に径方向外方に向かうにつれて上側に向かって傾斜している。これによって、側面視における、上記小径部２２の外径面に対するリブパネル２３の下端部の接合角度θ２、及び大径部２１の内径面に対する上記リブパネル２３上端部の接合角度θ１が、共に鋭角となる。なお、両接合角度θ１、θ２は同一の角度とする必要はない。
なお、図２では、小径鋼管２２の外径面及び大径鋼管２１の内径面に対して杭２０の軸と平行な線に沿って各リブパネル２３の側端面が溶接されているが、軸に対し若干斜めの線に沿って溶接されていても良い。
【００１１】
また、上記リブパネル２３間の空間が流入部２４を構成する。この流入部２４の断面積は、流動状の泥土３１が杭２０内に支障無く流入可能な大きさになっていればよい。すなわち、掘削穴１０への杭２０の沈降時に沈降速度に応じて杭２０内外の泥土３１にヘッド差が生じない程度の泥土３１の流入が確保できる程度の大きさとなっていればよい。杭２０の沈降速度がゆっくりであれば、流入部２４の断面積は小さくても良いし、沈降速度が速ければそれに応じた量が流入するだけの流入部２４の断面積に設定する。
【００１２】
次に、上記構成からなる拡頭杭２０をプレボーリング工法で施工する方法の一例を説明する。図３はその施工手順を示す図である。
まず、使用する掘削ロッド３について説明する。この施工例で使用する掘削ロッド３は、下側の第１掘削ロッド部材１と、その上側に連結される第２掘削ロッド部材２とから構成される（図３（ｃ）などを参照）。
【００１３】
第１掘削ロッド部材１は、先端に対し当該先端から下方に突出する掘削刃としての掘削用のビット４が取り付けられると共に、先端部に公知の拡大ビット５が設けられている。さらに、第１掘削ロッド部材１の側面には軸方向に沿って、アジテータと呼ばれる複数の攪拌翼６が設けられている。この攪拌翼６の突出量が拡頭杭２０の小径部２２より若干径が大きい量となっている、掘削ロッド３部材を使用する。
なお、第１掘削ロッド部材１の先端部には、従来と同様に、液を噴出可能な噴出孔１２が設けられていて、その噴出孔から掘削液や固化剤を掘削穴１０内に注入可能となっている。なお、固化剤としては、セメントミルクが最も良く使われるので、セメントミルクを用いた場合で説明する。
【００１４】
また、第２掘削ロッド部材２は、その側面に対し軸方向に沿って複数の攪拌翼７，８が設けられている。この第２掘削ロッド部材２の攪拌翼７，８のうち、第１掘削ロッド部材１の先端部が目的の深さまで掘削したときに拡頭杭２０の大径部２１の埋設位置（大径部２１のための拡大掘削が要求される位置）に位置するはずの上側の攪拌翼８は、その下側の攪拌翼７よりも突出量が大きく設定されており、上記拡頭杭２０の大径部２１の径よりも若干径が大きくなるように設定されている。下側の攪拌翼７の突出量は、上記第１掘削ロッド部材１の攪拌翼６と同じ突出量となっている。すなわち、第２掘削ロッド部材２の径は、下側が第１掘削ロッド部材１と同径となっているが、上側は、当該第１掘削ロッド部材１より大径となっている。
【００１５】
そして、上記第２掘削ロッド部材２における、上記突出量が大きく設定された攪拌翼部分が、上側の攪拌ロッド部分を構成する。
ここで、下記の説明において、攪拌翼を区別する場合には、相対的に突出量が小さな攪拌翼を小径攪拌翼６，７と、相対的に突出量が大きな攪拌翼を大径攪拌翼８と呼ぶ。
上記突出量が大きく設定された大径攪拌翼８のうち、最下部に位置する大径攪拌翼８には、その下側の小径攪拌翼よりも突出した外周部分に対し下方に突出する１又は２以上の掘削ビット（不図示）が掘削刃として設けられている。
【００１６】
さらに、上記第２掘削ロッド部材２における上記掘削ビットが設けられた高さ位置にも、液を噴出可能な上側噴出孔（不図示）が設けられている。この上側噴出孔は、軸部に設けても良いし、大径攪拌翼８の外周側に開口させても良い。また、上記上側噴出孔に液を供給するパイプ等からなる通路は、上記第１掘削ロッド部材１の噴出孔１２に液を供給する通路を共用しても良いし、別途個別の通路を設けても良い。なお、上記通路は、掘削ロッド３の軸部内を上下に延在するように設けられる。
【００１７】
次に、上記図３を参照しつつ本実施形態の施工例を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、第１掘削ロッド部材１の上部を、掘削機の回転駆動部９に連結して、掘削作業を開始する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、回転駆動部９を駆動して掘削ロッド３を回転させて、先端部の掘削ビット４で掘削していく。このとき、掘削ロッド３の先端部の噴出孔１２からセメントミルクを掘削穴１０に注入しながら掘削を行う。
【００１８】
上記第１掘削ロッド部材１で所定深さまで掘削したら、その第１掘削ロッド部材１の上部に第２掘削ロッド部材２を連結すると共に、その第２掘削ロッド部材２の上部に上記回転駆動部９を連結し直して掘削を続行する（図３（ｃ）参照）。
このとき、最下部に位置する大径攪拌翼８の外周側には、ビットが設けられていることから、先に掘削された穴の外周部が当該ビットによって拡大掘削される。またこのとき、第２掘削ロッド部材２の位置からもセメントミルクを掘削穴１０に注入して、拡径した掘削穴１０の上部１０ａでも必要なだけのセメントミルクを供給するようにする。
【００１９】
次に、図３（ｄ）のように、掘削ロッド３を回転させながら所定ストロークだけ当該掘削ロッド３を上下動させて、注入したセメントミルクと土砂とを攪拌混練してソイルセメント（泥土３１）にする。
続いて、図３（ｅ）のように、拡大ビット５を拡径して掘削穴１０の下端部を拡径して根固め球根部を形成し、その根固め球根部に対し、根固め液３０を注入する。
【００２０】
上記のように掘削作業が完了したら、図３（ｆ）のように、掘削ロッド３を引き抜き、第２掘削ロッド部材２が地上部に全部引き抜けたら、第２掘削ロッド部材２を外して、続いて第１掘削ロッド部材１を引き抜く。
続いて、図３（ｇ）及び（ｈ）のように、順次、拡頭杭２０を、自重沈設及び回転埋沈によって、上記形成した掘削穴１０内に建て込んでいく。なお、本実施形態では、拡頭杭２０が２本の既製杭２０Ａ、２０Ｂからなる場合を例示している。すなわち、小径部２２が下側の既製杭２０Ａと上側の既製杭２０Ｂに分割されている。
【００２１】
拡頭杭２０の沈設は、土砂とソイルセメントにより泥土化した掘削穴１０に対し、小径部２２の部分だけが建て込まれた状態では、従来と同様に、杭２０の沈降に応じて、杭２０の下端部の開口から杭２０内の中空部に流動状の泥土３１が入り込む（図５（ｂ）参照）。この杭２０の小径部２２が泥土３１内に挿入された途中の状態では、杭２０の沈降速度にも依存するが、杭２０の中空部内の泥土３１の上面と杭２０外の泥土３１の上面の高さはほぼ同じ高さになっている。
【００２２】
杭２０の沈設が進み、杭２０の大径部２１も掘削穴１０内に挿入されると、泥土３１は、図４のように、小径部２２と大径部２１との接合部に設けた流入部２４からも杭２０内に流れ込むことで、杭２０内外における泥土３１のヘッド差が無いか小さい。ここで、土砂とソイルセメントとからなる泥土３１は所定の粘性を持っていることから、大径部２１内に充填される泥土３１は、大径部２１から遠い位置にある杭２０の下端部の開口よりも、大径部２１に近い流入部２４からの流入によって充填されやすいと想定される。
したがって、杭２０の先端部が拡大掘削穴１０ｂに到達し、当該拡大掘削穴１０ｂ中の根固め液３０中に挿入されても、根固め液３０が杭２０の先端部から杭２０内に流れ込むことが防止される結果、拡大掘削穴１０中の根固め液３０の性状が所望の状態に保持されて、根固め球根部における支持力低下が防止される。
【００２３】
また、小径部２２より大径の大径部２１を沈設する時に、小径部２２と大径部２１との接合部に設けられて上下に延びる流入部２４から泥土３１を杭２０内に流入させながら杭２０の沈降が行われることで、小径部２２よりも張り出した形状の大径部２１の沈降時の抵抗を当該流入部２４により小さく抑えると共に、杭２０の横方向へのブレを抑える働きもする。また、本実施形態では、さらに、リブパネル２３の下端面を外径に向かうにつれて上側に向かうようにテーパが形成されていることからも、横への振れを抑えつつ杭２０の沈降を容易にしている。
【００２４】
また、施工後の杭２０に上下荷重が負荷された場合に、小径部２２とリブパネル２３の下端部、及び大径部２１とリブパネル２３の上端部に荷重が集中するが、本実施形態では、当該小径部２２とリブパネル２３の下端部との接合角度θ２、及び大径部２１とリブパネル２３の上端部との接合角度θ１をともに鋭角（切欠き側からみれば鈍角となる）にすることで、上記荷重の集中位置での応力集中を緩和する結果、小径部２２及び大径部２１とリブパネル２３との接合部分で杭２０が降伏することが防止している。
ここで、上記説明では、拡頭杭２０を鋼管製の場合を例示したが、コンクリート製その他の既製杭２０であっても構わない。
【００２５】
また、上記説明では、大径部２１と小径部２２との接合を複数のリブパネル２３から構成し、リブパネル２３間の空間を流入部２４としているがこれに限定されない。大径部２１と小径部２２との接合は、例えば円環状の板部材などで接合される接合構造であっても良い。また、そのときには、当該板部材に穴を設けて流入部としても良い。
【００２６】
また、上記説明では、大径部２１と小径部２２との接合部に流入部２４を設ける場合を例示しているが、当該接合部に設ける代わり、若しくは、接合部の流入部２４と共に、大径部２１の側面に穴を開けて流入部としても良い。なお、大径部２１に穴を形成した場合、ソイルセメントとなる泥土３１が当該穴を通じて連通することで、杭２０とソイルセメントとの接着強度が向上する。
【００２７】
また、本実施形態では、掘削ロッド３の上側に設ける大径攪拌翼８の突出量を大きくすることで、１回の掘削によって上部の拡大掘削をしている。また、大径攪拌翼８の外周側にもビットを設けることで効率良く掘削穴１０の上部の拡大掘削を行っている。なお、ビットを設けなくとも良いが、その分、大径攪拌翼８の強度を高めて確実に拡大掘削を可能とする必要がある。また、掘削穴１０の上部は突出量の大きな大径攪拌翼８で改めて拡大掘削されるが、掘削ロッド３先端部の噴出孔１２から注入されるセメントミルクが当該拡大掘削された上側の大径部２１分に供給され難い。このため、そのままでは土砂の割合が相対的に多くなることで泥土３１の品質が悪くなって上部での強度がその分悪くなるが、本実施形態では、第２掘削ロッド部材２からもセメントミルクを噴出することで、新たに拡大掘削された土砂分のセメントミルクが掘削穴１０の上部にも適正に供給可能となる。この結果、掘削穴１０の上部を拡大掘削しても充分な品質のソイルセメントを確保することができる。
なお、掘削穴１０の形成は、本実施形態の施工方法に限定されない。例えば、従来例のように拡大ビット５を使用して掘削穴１０の上部を掘削しても良いし、掘削穴１０の上部を別途、違う掘削ロッドで拡大掘削しても良い。
【００２８】
また、上記実施形態では、掘削時のセメントミルクを掘削穴１０に注入するように説明しているが、掘削時には、水などの掘削液を注入し、混合・攪拌時にセメントミルクを注入するようにしても良い。
なお、上記構成の拡頭杭２０を打込み杭に転用した場合には、リブパネル間の空間は、土で塞がれて当該土が杭２０内に入り込むことが無い。つまり、上記構成の拡頭杭２０を打込み杭とした場合には、流入部が存在しないこととなる。沈設する杭として使用して、初めてリブパネル間は流入部として作用する。
【実施例】
【００２９】
図２に示す接合部についての検討結果を示す。
下記の条件で、接合角度θ１、θ２、ラップ長Ｌ、リブパネル枚数ｎの違いによる性能・コスト比較して、コストパフォーマンスの高くなる接合構造を、ＦＥＭ解析により評価した。
小径部２２の杭径Ｄ２：φ５００mm以上φ１２００mm以下
大径部２１の杭径Ｄ１：φ７５０mm以上φ１８００mm以下
杭頭倍率（Ｄ１／Ｄ２）：１．２〜１．５倍
杭２０の板厚ｔ１，ｔ２：１％≦ｔ１／Ｄ１、ｔ２／Ｄ２≦３．１７％
（ｔ１：大径部２１の板厚、ｔ２：小径部２２の板厚）
【００３０】
「ＦＥＭ解析結果による性能を満足するための必要範囲」
ＦＥＭ解析結果によると、各拡頭倍率における板厚径比（ｔ１／Ｄ１、ｔ２／Ｄ２）にの全てにおいて必要性能を満足する、接合角度θ１、θ２、ラップ長Ｌ、及びリブパネル枚数の３つの要因の範囲は、下記の通りであった。
１０度≦θ１，θ２≦９０度
Ｌ＝０．０〜０．８×Ｄ２
リブパネルの枚数ｎ＝８枚から１６枚
【００３１】
「ＦＥＭ解析を踏まえたコスト比較」
各拡頭倍率における各板厚径比において、必要性能を満足する要因（θ１，θ２，Ｌ、ｎ）の組み合わせの中で、経済的となる仕様をＦＥＭ解析により検討した。
コスト試算には以下の要因を考慮した。
・ラップ長Ｌ：鋼管の重複分による鋼管材料費の無駄分
・リブパネルの高さＬ１，Ｌ２：接合の際の溶接費及びリブ材料費
・リブパネル枚数ｎ：リブ材料費、及び接合の際の溶接費
【００３２】
コスト比較の傾向は次の通りである。
・リブパネルの接合部の応力集中を緩和するため、接合角度θ１、θ２が鋭角なほど有利な構造となる。
（同一リブパネルの取付け長さでは、鋭角の方が必要リブ枚数は少なくなる。）
・鋭角になりすぎると、必要リブパネル高さ（Ｌ１，Ｌ２）が長くなり、取り付ける際の溶接費及び材料費が高くなる。
・同一の角度では、ラップ長Ｌが長いほど、リブ枚数を減らすことができるが、コストは鋼管の重複分の鋼管材料費、及び取付けの際の溶接費（枚数ｎ、リブパネル高さＬ１，Ｌ２による）のバランスにより、各拡頭倍率の各板厚径比によって異なる。
【００３３】
「試算結果によるコストパフォーマンスの高い仕様」
上の検討結果から、各拡頭倍率における各板厚径比に応じた最もコストパフォーマンスの高い仕様は、それぞれのケースでばらつきがあるが、下記の範囲であることが分かった。
１０度≦θ１，θ２≦４５度
ラップ長Ｌ＝０〜０．４×Ｄ２
従って、この条件を満足するように設計することが好ましい。たとえば、コスト及び仕様の煩雑さを踏まえ、ラップ長Ｌ＝０．３×Ｄ２、接合角度θ１＝θ２＝３０度と固定して、この値に基づき拡頭倍率及び板厚径比に応じたリブパネルの必要枚数ｎを決定する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る拡頭杭を示す側面図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る大径部と小径部との接合構造を説明する図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る杭の施工を説明する図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る杭と泥土その他との関係を示す図である。
【図５】従来の課題を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１掘削ロッド部材
２  第２掘削ロッド部材
３  掘削ロッド
４  掘削用ビット
５  拡大ビット
６、７  小径攪拌翼
８  大径攪拌翼
９  回転駆動部
１０  掘削穴
１０ｂ  拡大掘削穴
１２  下側の噴出孔
２０  拡頭杭
２１  大径部
２２  小径部
２３  リブパネル
２４  流入部
θ１，θ２  接合角度θ１、θ２
【図１】
2006132100.tif 000003
【図２】
2006132100.tif 000004
【図３】
2006132100.tif 000005
【図４】
2006132100.tif 000006
【図５】
2006132100.tif 000007