(57)【要約】【課題】簡単な施工で杭強度と引き抜き抵抗を増大できる。【解決手段】支持杭１の施工方法は、鋼管を打設する鋼管打設工程と、鋼管を打設しながらまたは打設した後に鋼管内を掘削する掘削工程と、鋼管の内壁を拡径して内面に凹部１７ａを形成する凹部形成工程と、鋼管内の凹部１７ａを含む範囲にコンクリートＣを充填する固化材料充填工程と、充填したコンクリートＣを加圧する加圧工程とを備えた。加圧工程において、加圧装置１９として、圧入機３によって内管２１を介して支持杭１内に設置した蓋部２０を押圧してコンクリートＣを加圧し、支持杭１の下端部に支持杭１の鋼管より径の大きい拡径球根を形成した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管を打設する鋼管打設工程と、
前記鋼管を打設しながらまたは打設した後に前記鋼管内を掘削する掘削工程と、
前記鋼管の内壁を拡径して凹部を形成する凹部形成工程と、
前記鋼管内の前記凹部を含む範囲に固化材料を充填する固化材料充填工程と、
充填した前記固化材料を加圧する加圧工程と、
を備えたことを特徴とする支持杭の施工方法。
【請求項２】
前記加圧工程において、前記鋼管の下端部から前記固化材料を突出させて前記鋼管の径よりも拡径された固化材料の拡径部を形成した請求項１に記載された支持杭の施工方法。
【請求項３】
前記加圧工程において、前記鋼管の下端部から突出する前記固化材料を支持地盤に食い込ませた請求項１に記載された支持杭の施工方法。
【請求項４】
前記加圧工程において、加圧装置によって前記固化材料を加圧するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載された支持杭の施工方法。
【請求項５】
前記加圧装置は、圧入機によって前記固化材料を加圧するものである請求項４に記載された支持杭の施工方法。
【請求項６】
前記加圧装置は、前記鋼管内に蓋部を固定し、圧入機で前記鋼管を押すことで前記固化材料を加圧するようにした請求項４に記載された支持杭の施工方法。
【請求項７】
前記加圧装置は、前記鋼管内にシリンダ装置を固定し、該シリンダ装置で前記固化材料を加圧するようにした請求項４に記載された支持杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば構造物の基礎等に用いられる地盤食い込み型の支持杭の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基礎構造物用の杭基礎として支持杭が用いられている。支持杭は先端を支持層に到達させ、主として杭の先端に働く先端支持力によって荷重を支えている。
例えば特許文献１に記載された支持杭は、地盤中に鋼管製やコンクリート製の支持杭を埋設施工するに際し、支持杭の下端部の外周に拡径部を形成したものを支持層の立孔に挿入して根固め部に埋設させ、根固め部に根固め液を注入固化して固定している。そして、支持杭の内部にコンクリートを充填して固化させている。
【０００３】
また、特許文献２に記載された支持杭の施工方法では、打設や圧入、或いは回転工法等により鋼管を所定深度まで埋設し、鋼管内の土を所定深さまで排土する。そして、上端の開口から鋼管内に拡径装置を挿入し、鋼管を内部から拡径して外周に膨らむ突起部を多段に形成し、この突起部を地山面に圧着または貫入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６４３６１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２００６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された支持杭の施工方法では、掘削装置で予め立孔を形成して地盤の支持層に大径の根固め部を形成する上に立孔内に根固め液や周囲固め液を注入した後に、下端部に拡径部を形成した支持杭を挿入する為、挿入する支持杭の体積分の根固め液や周囲固め液が地上部に出ないと杭は入らない。また、支持杭自体を囲うのは根固め液や周囲固め液であり、直接地盤と接するのは支持杭ではない。つまり、支持部に多段の拡径部を設けても地盤との間の摩擦の向上になっていなかった。
また、特許文献２に記載された支持杭の施工方法は、圧入した鋼管の長手方向に所定間隔で複数の拡径部を形成するため、地盤強度と杭強度と引き抜き抵抗を強化するためには鋼管の長手方向に所定間隔で多段の拡径部を形成している。しかしながら、この施工方法は杭の周面摩擦を増して支持力を得る方法であり、大抵の地盤では途中が柔らかく下方に支持層がある場合が多いので、十分に支持力を得ることはできないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡単な施工で杭強度と引き抜き抵抗を増大できるようにした支持杭の施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る支持杭の施工方法は、鋼管を打設する鋼管打設工程と、鋼管を打設しながらまたは打設した後に鋼管内を掘削する掘削工程と、鋼管の内壁を拡径して凹部を形成する凹部形成工程と、鋼管内の凹部を含む範囲に固化材料を充填する固化材料充填工程と、充填した固化材料を加圧する加圧工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、支持杭の内部に内壁を拡径した凹部の領域を含めて固化材料を充填した後に固化材料を加圧固化したために、凹部によって鋼管と固化材料との一体性が高く高強度で引き抜き抵抗を増大できる上に、鋼管にスリットを形成しないので応力集中も発生しない。
【０００８】
また、加圧工程において、支持杭の下端部から固化材料を突出させて鋼管の径よりも拡径された固化材料の拡径部を形成することが好ましい。
支持杭の下端部に鋼管の径よりも拡径された固化材料の拡径部を形成することで支持杭の強度と引き抜き抵抗を一層向上できる。
なお、拡径部を掘削で広げる方法であると地下水や掘削面の土の強度により周面地盤は元の状態より崩壊方向に強度低下する傾向があるのに対して、本発明によれば、加圧工程で周面地盤を圧密するため周面地盤を強固にすることができる。
【０００９】
また、加圧工程において、鋼管の下端部から突出する固化材料を支持地盤に食い込ませることが好ましい。
支持杭の下端部から突出する加圧した固化材料を支持地盤に食い込ませたことで、拡径部を形成しなくても支持杭の強度と引き抜き抵抗を一層向上できる。
【００１０】
また、加圧工程において、加圧装置によって固化材料を加圧するようにしてもよい。
具体的には、加圧装置は、圧入機によって固化材料を加圧することができる。
支持杭の圧入に用いる圧入機で蓋部を介して鋼管内の固化材料を加圧することで、別個の設備を用いないで効率的に固化材料の加圧ができる。しかも、押す際の抵抗は支持杭内面と固化材料との摩擦抵抗のみであり、固化材料の加圧が容易である。
【００１１】
また、加圧装置は、鋼管内に蓋部を固定し、圧入機で鋼管を押すことで固化材料を加圧するようにしてもよい。
蓋部は支持杭内で固化材料の上面に固定したため、圧入機で鋼管を押すことで蓋部も押されて固化材料の加圧を行える。
【００１２】
また、加圧装置は、鋼管内にシリンダ装置を固定し、該シリンダ装置で固化材料を加圧するようにしてもよい。
支持杭内に固定したシリンダ装置により蓋部を介して固化材料を押すことで固化材料を加圧でき、押す際の抵抗は支持杭内面と固化材料との摩擦抵抗のみであり、固化材料の加圧が容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る支持杭の施工方法によれば、支持杭の内部に形成した凹部に固化材料を充填した後に加圧し固化したために、支持杭と固化材料との一体性が高くなる上に支持杭が高強度で引き抜き抵抗を増大できる。
しかも、支持杭に所定間隔で多段の突起部を形成しなくてもよいため、施工工数とコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態による支持杭の掘削工程を示す図である。
【図２】支持杭内部の排土工程を示す図である。
【図３】支持杭に突起部を形成する拡径工程と突起部の図である。
【図４】支持杭にコンクリートを充填する工程の図である。
【図５】支持杭内のコンクリートを加圧する工程の図である。
【図６】コンクリートを加圧する他の方法を示す図であり、（ａ）はジャッキで蓋部を固定して支持杭を圧入する加圧方法の図、（ｂ）は圧入シリンダでコンクリートを加圧する加圧方法の図である。
【図７】本実施形態によって施工された支持杭の説明図である。
【図８】本発明の第二実施形態による支持杭の施工方法を示すもので、排土工程を示す図である。
【図９】本第二実施形態によって施工された支持杭の説明図である。
【図１０】加圧された支持杭の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の各実施形態による支持杭の施工方法について添付図面により説明する。
図１乃至図７は本発明の第一実施形態による支持杭の施工方法を示す図である。
本実施形態による支持杭１の施工方法は、例えば地盤２に圧入機３を用いて圧入または回転圧入する方法である。支持杭１は、例えば防波堤等の構造物を地盤２に定着させるために打設する。支持杭１は図１に示すように鋼管の杭からなり、下端部に掘削歯１ａが形成されている。圧入機３はクランプ４を反力ウェイト５または既設の支持杭１に設置して反力をとり、鋼管を支持杭１として打設するものである。
【００１６】
以下、鋼管を用いて支持杭１を施工する方法について説明する。
図１に示す鋼管打設工程において、鋼管を圧入機３を用いて所定の施工位置に支持杭１として埋設する。支持杭１の埋設は圧入または回転圧入によって行われる。圧入に際して、図２に示すように支持杭１は地盤２中をより硬い支持地盤７に到達するまで掘削する。その後、コンクリートによる拡径球根を形成するための所定のストロークａ分、支持杭１を引き上げる(図４参照)。この場合、支持杭１の下端部と支持地盤７との間に鋼管の無い部分が形成されるが、コンクリートが入っているため地盤２が崩壊することはない。支持杭１が支持地盤７に到達することで圧入時に圧入機３の圧力により支持地盤７の強度を確認できる。
【００１７】
次に、図２に示す支持杭１内の排土工程において、掘削機９によって支持杭１の内部を掘削して排土する。支持杭１の内部の掘削は鋼管の圧入終了後でもよいし、圧入しながら掘削して排土してもよい。
支持杭１内の排土が終了した後、拡径工程に移行する。図３に示すように、鋼管の内径を拡径するための拡径装置１１を支持杭１内に挿入する。ここで、拡径装置１１は、装置本体１２に設けられていて鋼管の内壁方向即ち径方向に進退可能な押圧部１３と押圧部１３を進退させるジャッキ部１４とを有している。しかも、装置本体１２には、その姿勢を安定させると共に上下方向に昇降させるワイヤや拡径装置作動用の油圧ホースを含む懸垂部１５が連結されている。
【００１８】
押圧部１３は例えば先細の円錐形状や多角錐形状等の適宜の爪先部を採用できる。押圧部１３の先端は、拡径時に鋼管に外部に連通する切欠孔が形成されないように丸面取り等を形成することが好ましい。
支持杭１に切欠孔等が形成されると応力集中して杭強度を低下させる上に、周囲の地盤２の水や土砂等が支持杭１内に流入して充填されるコンクリートの品質を劣化させるおそれがある。また、支持杭１の下端部が硬質地盤である支持地盤７に至ると掘削歯１ａに大きな抵抗が加わって切欠孔に応力集中が生じて杭強度が低下する。また、その加工工程が必要である。その点、本実施形態では、鋼管に切欠孔が形成されないノーマル状態の鋼管を使用できるようにしたため、杭強度の低下を抑制し、周囲の地盤２の水や土砂が流入することを防止できてコストも安くなる。
【００１９】
押圧部１３とジャッキ部１４の数は適宜設定できるが、鋼管の塑性加工時に反力をとれるように一対対向配置させることが好ましい。また、支持杭１に形成される突起部１７及び凹部１７ａは断面略三角形状であるが、このような形状に限定されることなく適宜形状のものを採用できる。また、突起部１７同士が連続する形状でもよい。
支持杭１の内面に凹部１７ａを形成することで、支持杭１内にコンクリートを充填して固化した際に高い一体性を確保できればよい。
【００２０】
図３に示す拡径工程(凹部形成工程)において、支持杭１内で懸垂部１５を降下させることで拡径装置１１を支持杭１内の長さ方向任意の位置に移動できる。当該位置でジャッキ部１４を作動させることで押圧部１３によって鋼管の内面を押圧して鋼管を塑性変形させて、支持杭１の内面に凹部１７ａを拡径して形成できる。本実施形態では、支持杭１の周方向に所定間隔で６カ所の突起部１７を形成した。
そして、拡径装置１１を支持杭１内から引き上げた後で、図４に示す固化材料充填工程で、固化材料としてコンクリートＣを充填する。コンクリートＣの充填量は、次の工程でコンクリートＣを加圧した後も凹部１７ａの上側にコンクリート面Ｃ１が位置するように設定するものとする。なお、崩壊性のない地盤の場合は、杭を引き上げた後にコンクリートを充填してもよい。
【００２１】
図５に示す加圧工程で、支持杭１内に充填されたコンクリートＣを固化前に加圧する。コンクリートＣの加圧手段は適宜の装置を採用できる。例えば、図５に示す加圧装置１９は支持杭１内のコンクリート面Ｃ１に設置した蓋部２０と、蓋部２０に連結されていて支持杭１の上端部開口よりも上方に延びる支持部材としての例えば内管２１とを備えている。内管２１は支持杭１を圧入するための圧入機３の把持部で支持され、内管２１で蓋部２０を押圧することができる。蓋部２０は支持杭１の内径と略同一外径の円板形状を有する金属製等の板材を採用できる。
【００２２】
加圧工程においては、圧入機３によって内管２１を介して蓋部２０を押圧することで静止状態の支持杭１内でコンクリートＣが加圧される。支持杭１の下端開口から突出する加圧コンクリートＣは周囲の地盤２の圧力より高圧であるため、空間ｂ内に流動して地盤２を押し広げて膨張し球根状に拡径されて体積が増大する。また、コンクリート面Ｃ１は高さｅだけ下がる。支持杭１の下端側では、図６に示すように支持地盤７との間でコンクリートＣが支持杭１の径より拡径された圧密の拡径球根２３が径方向に幅Ｅだけ拡径して形成される。この場合にはコンクリートＣの杭内にコンクリートが接する摩擦抵抗のみで加圧できる。
しかも、支持杭１の内部のコンクリートＣを加圧装置１９で押圧することでコンクリート内部の水分を押し出してコンクリートの容積を圧縮させる。これによってコンクリートＣの強度が強くなって支持杭１と内部のコンクリートＣをより密着させることができ、凹部１７ａとの密着強度を向上できる。更に支持杭１の先端開口から突出する加圧コンクリートＣの拡径球根２３の圧力で周囲の地盤２の土圧が増大して互いにバランスする。つまり、周辺地盤の改良にもなる。
【００２３】
本実施形態による支持杭１の施工方法によれば、図６に示すように、支持杭１の先端に支持杭１より拡径された加圧コンクリートの拡径球根２３を形成でき、しかも支持杭１内のコンクリートＣと拡径球根２３を圧密した。更に、支持杭１の凹部１７ａと加圧コンクリートＣとの圧密強度を向上できる。そのため、支持杭１に設置した既設構造物としての例えば鉄塔等に大きな引き抜き力が働いても増大した引き抜き抵抗で引き受けることができる。
【００２４】
さらに、突起部１７にスリット等の切欠部を形成しないから、外部の地盤２から水や土砂等が流入してコンクリートＣの品質を低下させることがなく支持杭１の強度を向上できる。また、切欠部による応力集中も発生しないため杭強度が高い。
コンクリートＣの加圧によって拡径球根２３で周囲の地盤２を圧縮してコンクリート強度と釣り合うと共に、加圧コンクリートＣの強度を増大させることができる。そのため、支持杭１の強度とコンクリートＣの引き抜き抵抗を向上できる。
【００２５】
上述したように本実施形態による支持杭１の施工方法によれば、支持杭１の凹部１７ａに加圧コンクリートＣを圧密させたため、コンクリートＣの鋼管への密着度が高くなりコンクリート強度が増大するため杭強度と引き抜き抵抗を向上できる。
しかも、コンクリートＣを加圧して支持杭１の下端部に拡径球根２３を形成することで凹部１７ａと共に支持杭１による支持力と引き抜き抵抗を一層増大できる。
また、支持杭１の施工方法に圧入機３を用いたため、コンクリートの圧入ストロークを管理することで拡径球根２３の拡径量Ｅをコントロールでき、コンクリートの加圧力を管理することでコンクリートの圧密強度をコントロールできる。
【００２６】
なお、本発明による支持杭１の施工方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や置換等が可能であり、これらの場合も本発明の技術的範囲に含まれる。以下に本発明の他の実施形態や変形例について上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明する。
【００２７】
本発明では、圧入機３を用いた加圧装置１９とは別の加圧装置を採用してもよく、これについて図７により説明する。
図７（ａ）に示す加圧装置２５は支持杭１を所定ストローク引き上げて使用する。加圧装置２５において、蓋部２０を支持杭１内に充填したコンクリート面Ｃ１上に設置し、その蓋部２０の上面にジャッキ部２６と支持杭１の内壁方向に進退可能な一対の押圧部材２７とを備えた押圧装置２８を設置している。押圧部材２７は表面に凹凸部からなる複数の係合爪を備えており、ジャッキ部２６によって押圧部材２７を径方向外側に進出させて支持杭１の内壁に係止させることで連結させる。
【００２８】
また、圧入機３の把持部に打ち下げ部材３０を把持させる。この打ち下げ部材３０は鋼管径より大径の円柱部３０ａとその先端面から突出させた鋼管径より小径の貫入部３０ｂとを有していて、支持杭１の上端部開口に円柱部３０ａの先端面を着座させ、貫入部３０ｂを先端部開口から支持杭１内に嵌入させる。
そして、加圧工程において、圧入機３で打ち下げ部材３０を押し下げて支持杭１を地盤２内に押し込む。すると、支持杭１と一体に押圧装置２８も降下するため蓋部２０を介してコンクリートＣを加圧できる。この場合、支持杭１の全長に亘る地盤２との周囲摩擦抵抗が圧入力に加わる。支持杭１の圧入力と引き抜き力（杭の周面摩擦抵抗）との差でコンクリートＣの加圧力が設定される。支持杭１は引き上げた所定ストローク分押し下げることが好ましい。
【００２９】
また、図７（ｂ）に示す加圧装置３２は、上述した押圧装置２８におけるジャッキ部２６にシリンダ装置３３を固定し、シリンダ装置３３に設けたロッド３４の先端に蓋部２０を連結している。しかもジャッキ部２６には支持杭１の上端部開口から外部に延びる油圧チューブを介して油圧を供給可能とした。
そのため、押圧装置２８の押圧部材２７をジャッキ部２６で支持杭１の内面に押圧して係止させた状態で、シリンダ装置３３からロッド３４を押し下げて蓋部２０でコンクリートＣを押圧することで加圧できる。この場合にはコンクリートＣの摩擦抵抗のみでコンクリートＣを加圧できる。
【００３０】
次に、本発明の第二実施形態による支持杭１Ａの施工方法について、図８〜図１０により説明する。
本第二実施形態による支持杭１Ａの施工方法は、例えば非常に硬い地盤２で拡径しなくとも支持力を得られそうな場合の施工方法に関する。支持杭１Ａは第一実施形態と同様に図１に示す鋼管からなり、鋼管を支持杭１Ａとして圧入機３を用いて圧入または回転圧入によって所定の施工位置に圧入する。掘削工程において、図８に示すように圧入機３によって支持杭１Ａを地盤２中に掘削し、硬質地盤の支持地盤７まで掘削する。支持杭１Ａは先端が支持地盤７に食い込んだ状態で停止させ、地盤２の崩壊の可能性があるため支持地盤７との間に空間ｂは形成しない。
【００３１】
次に、支持杭１Ａ内部の排土工程において、掘削機９によって支持杭１Ａの内部を掘削して排土する。支持杭１Ａの内部の掘削は鋼管の圧入終了後でもよいし、圧入しながら掘削して排土してもよい。
支持杭１Ａ内の排土が終了した後、支持地盤と一体化させるよう支持地盤を掘削する。次に拡径工程に移行する。第一実施形態と同様に、鋼管の内径を拡径するための拡径装置１１を支持杭１Ａ内の適宜の高さ位置まで挿入し、ジャッキ部１４を作動させて押圧部１３を外側に進出させ、支持杭１Ａの内面を押圧して支持杭１Ａを塑性変形させて支持杭１Ａの内面に凹部１７ａを形成できる。
【００３２】
拡径装置１１を支持杭１Ａ内から引き上げた後で、図９に示す固化材料充填工程で、固化材料としてコンクリートＣを充填する。コンクリートＣの充填量は、次の拡径工程でコンクリートＣを加圧した後も凹部１７ａの上側にコンクリート面Ｃ１が位置するように設定する。
次に加圧工程において、図５に示す例えば加圧装置１９（または加圧装置２５，３２）を用いて支持杭１Ａ内のコンクリートＣを加圧する。加圧によってコンクリートＣ中の水分を脱水することで強度が高くなって鋼管の強度に近くなり、凹部１７ａでもコンクリートＣが圧密することで支持杭１Ａとより強固に一体化する。支持杭１Ａの下端部では支持地盤７に加圧コンクリートＣの下端部が食い付いて強固に接合されると共に、支持地盤７の改良もなされる。
【００３３】
こうして、支持杭１Ａ内のコンクリートＣを加圧することで、図１０に示すように強度の高い支持杭１Ａを施工できる。本第二実施形態による支持杭１Ａの施工方法では、支持杭１Ａの下端部に拡径球根２３を形成しないが、支持杭１Ａの下端部を支持地盤７に食い込ませてコンクリートＣを加圧し凹部１７ａに密着させたため、第一実施形態と同様に高強度で引き抜き抵抗を向上させることができる。  
【００３４】
なお、上述した各実施形態では、支持杭１，１Ａに１段の凹部１７ａを形成したが、支持杭１の長手方向に複数段の凹部１７ａを形成してもよい。この場合にはより一層支持杭１，１Ａが高強度になり引き抜き抵抗を増大できる。
また、本発明の第一実施形態では支持杭１の下端部に拡径部として拡径球根２３を形成したが、必ずしも拡径球根２３は設けなくてもよい。同様に、本発明の第二実施形態では支持杭１Ａの下端部を支持地盤７に食い込ませたが、引抜力を考慮しない設計であれば、必ずしも支持地盤７に先端部が喰い込んでいなくてもよい。これらの場合でも、地盤２に圧入した支持杭１、１Ａの突起部１７の凹部１７ａに加圧コンクリートＣを充填したことで、高い強度と引き抜き抵抗を得られる。
なお、支持地盤７は既設の地下構造物でもよい。また、凹部１７ａは支持地盤７や既設構造物に入っていてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  、１Ａ  支持杭
２  地盤  
３  圧入機
７  支持地盤
９  掘削機
１１  拡径装置
１３  押圧部
１４、２６  ジャッキ部
１７  突起部
１７ａ  凹部
１９，２５，３２  加圧装置
２０  蓋部
２３  拡径球根
３３  シリンダ装置
Ｃ  コンクリート
ｂ  空間
【図１】
2018193686.tif 000003
【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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