(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉塞された先鋭下端を有する土壌侵入防止鋼管を、土中に打ち込むための鋼管杭内に挿入固定するとともに、該先鋭下端を鋼管杭下端より突出露出させ、以上の構成物を土中に打ち込んだ後、土中の鋼管杭より土壌侵入防止鋼管を分離して引き抜く地中熱交換器埋設工法において、鋼管杭内径と土壌侵入防止鋼管外径との間隙による土壌侵入防止鋼管下端のふらつき防止、及び土壌侵入防止のために、先鋭部最大外径部を、鋼管杭内径より小とし土壌侵入防止鋼管外径より大とするとともに、相互固定時において、先鋭部上縁位置を鋼管杭下端位置より上方としてなる地中熱交換器埋設工法。
【請求項２】
土壌侵入防止鋼管上端に機械打設のための強圧握持部分を設けてなる請求項１記載の地中熱交換器埋設工法。
【請求項３】
地中熱交換器の採熱管が複数に分岐され、その分岐形状が平面視で放射状となり、鋼管杭内での位置決めが容易となる、請求項１または２記載の地中熱交換器埋設工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、鋼管杭内部に地中熱交換器を埋設するための工法に関する。
【背景技術】
【０００２】  地中熱ヒートポンプシステム等構築のため、建築物等の鋼管杭基礎内部に地中熱交換器を埋設するにあたり、鋼管杭内部に土壌があっては熱交換器を設置出来ないため、杭の下端を閉塞させて打設する必要がある。従来より、杭下端が閉塞された鋼管杭の打ち込み工法として回転貫入鋼管杭を用いたものがあるが、本発明にて示すように、鋼管杭とこの鋼管杭内に位置する土壌侵入防止鋼管とを組み合わせて用いる鋼管杭の打設工法は見当たらない。また、熱交換器としてはＵチューブと呼ばれる合成樹脂管を用いられることが一般的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来から用いられている回転貫入鋼管杭は、有底鋼管下端に、鋼管外径より大径の略半円形羽根板を相互に角度を変えて対称的傾斜面を有するものとして、この鋼管杭を回転することにて、この羽根が土を切り込みつつ土中に侵入して鋼管杭を土中に位置させる工法である。しかし、この工法は鋼管杭すべてに先端翼の加工が必要となり、さらには複雑な形状のため高コストとなる。また、この工法は特殊な重機が必要となるため、バイブロハンマー等の打撃工法と比較し汎用性が低い。【０００４】  そして上記したＵチューブは、長Ｕ形の高密度ポリエチレン樹脂管であって、その施工はほとんどが現場作業となるために、施工に時間と労力とを必要とし、また、単なるＵ形の管体内に伝熱流体を循環させる方式のために、熱交換効率の高いものではない。
本発明は以上に鑑み、鋼管杭と、この鋼管杭内に位置する閉塞先鋭下端を有する鋼管とを併用すること、さらには、あらかじめ組み上げられた複数分岐の地中熱交換器を、土中に打設した鋼管杭内に挿入設置することにて、施工コストの低減化と施工性の向上、及び熱交換効率の向上を目的として発明されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  課題を解決する手段として本発明は以下の構成とした。
すなわち、閉塞された先鋭下端を有する土壌侵入防止鋼管を、土中に打ち込むための鋼管杭内に挿入固定するとともに、該先鋭下端を鋼管杭下端より突出露出させ、以上の構成物を土中に打ち込んだ後、土中の鋼管杭より土壌侵入防止鋼管を分離して引き抜く。その後、該鋼管杭内に位置させるための熱交換器を設ける。
本発明は以上の構成よりなる、鋼管杭内部に地中熱交換器を埋設するための工法である。
【発明の効果】
【０００６】  本発明によれば、鋼管杭打設時において、閉塞された先鋭下端を有する土壌侵入防止鋼管が鋼管杭内に位置しているために、打設時における鋼管杭内への土壌等の不要な侵入を防ぐとともに、打設後の鋼管杭から土壌侵入防止鋼管を引き抜く工法のため、この土壌侵入防止鋼管を使い回すことができる。又、回転貫入鋼管杭とは異なり、汎用性の高いバイブロハンマー工法等の打撃工法による打設が可能である。【０００７】  さらには、採熱部が多分岐の熱交換器を用いるので、熱交換効率を向上させることができ、鋼管杭内径と熱交換器外径は近似であり熱交換器外径がやや小さいため、挿入するだけで位置が決まる。そして熱交換器は鋼管杭の底部まで落とし込み非固定のため、そのセッティングは容易である。
以上から低コストで施工性の高い打設を可能とし、効率の良い熱交換器を用いるため、地中熱交換器埋設のための、新規かつ有用なる工法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  本発明に用いる各部材の概要説明図
【図２】  本発明の要部拡大説明図
【図３】  本発明の要部拡大説明図
【図４】  本発明の要部拡大説明図（主部接続前）
【図５】  本発明の要部拡大説明図（主部接続後）
【図６】  本発明の鋼管杭挿入状態説明図
【図７】  本発明の要部拡大説明図
【図８】  本発明の鋼管杭挿入説明図
【図９】  本発明の鋼管杭固定説明図
【図１０】  本発明の鋼管杭固定状態図
【図１１】  本発明の要部拡大図
【図１２】  本発明の作業説明図
【図１３】  本発明の作業説明図
【図１４】  本発明の作業説明図
【図１５】  本発明の作業説明図
【図１６】  本発明の熱交換器の構造説明図
【図１７】  本発明の上部分配管の構造説明図
【図１８】  本発明の熱交換器埋設後の平面図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、本発明の実施形態について説明する。
最初に、本工法に用いる各部材について説明する。
図において、１は鋼管杭で、全長約１０ｍ、外径約３５０ｍｍ程の鋼管である。２は土壌侵入防止鋼管で、上記の鋼管杭の内径よりやや小さい外径を有する鋼管であって、その下端には先鋭部３が固着される。この先鋭部は中空円錐形であり、その最大外径は土壌侵入防止鋼管外径よりわずかに大きく、かつ、鋼管杭内径よりわずかに小さい。また、土壌侵入防止鋼管の同一径部分長は、鋼管杭全長と近似である。
４は取付部で、図３にて示すように、円板と接続金具およびナットから構成されている。円板５は土壌侵入防止鋼管の上縁を塞ぐ外径を有して、該土壌侵入防止鋼管上縁に固着される。接続金具６は、その下端近傍を直角に折曲してなる金属製長方形小板体であって、側面視略Ｌ形の部材であり、その折曲下部を内側にして円板上面に、所定間隔にて平面視四等配に固着される。この取付部の上部には適宜径の孔が穿設され、この孔に内径が一致する市販のナット７が、取付部内面孔位置に固着される。【００１０】  １０は鋼管杭打ち込み用金具である。この鋼管杭打ち込み用金具は図１にて示すように、主部１０ａと鋼管杭固定部１０ｂから構成される。主部は所定長のＨ型鋼１１の一端に固定部取付用円板１２が固着され、該円板の他面中央には、接続金具取付孔１４を外周近傍に有する挿入筒部１３が固着され、該挿入筒部外面と固定部取付用円板面との間には、長方形状小金属板によるストッパー１５が図４のように四等配に固着されて、以上にて主部の主要部が構成される。また、固定部取付用円板の外周近傍には複数個の取付孔１６が穿設され、挿入筒部内には補強リブ１７が適宜に固着される。【００１１】  鋼管杭固定部１０ｂは、図９にて示すように二分割の物品である。
図において、２０は略半円弧形の押さえ部、２１は該押さえ部の両端に直角に位置する相互固定部、２２は押さえ部の一端に固着される半環状の主部固定部であり、相互固定部と主部固定部の双方には複数個の取付孔として２３および２４が各々穿設される。
この鋼管杭固定部はほぼ同一形状物を二個使用するものであり、押さえ部を相互に螺着させた場合の内径は、鋼管杭の外径よりわずかに小さく形成され、取付孔２４の位置は取付孔１６の位置に一致する。【００１２】  図１６において１１０は熱交換器である。１１１は所定長の高密度ポリエチレン樹脂製の採熱管で外径２７ｍｍほどであり、平面視六等配に配備され、その全長は約８ｍである。この採熱管の上下には上部エルボ１１２および下部エルボ１１３が接合されるとともに、該エルボには上部接合管１１４および下部接合管１１５が各々接合される。１１６は上部分配管で、中央の有底の大径管部１１７に六等配に直交して小径管部１１８が連通接合している。前記の上部接合管はこの小径管部に接合される。【００１３】  １２０は下部分配管で、上部分配管と同一構成物であって、同様に下部接合管が小径管部に接合される。１２１は外径４２ｍｍ程の流入管で、その下端は下部分配管の大径管部に連通接合され、他方は上方へ伸びて各管配置の間隙より上方へ伸延している。
１２２は流出管で、その下端は上部分配管の大径管部に接合され、他方は上方へ伸延している。【００１４】  図１８に示すように、この熱交換器全体の外径は鋼管杭内径よりやや小さい。従って、鋼管杭内にこの熱交換器を挿入するだけで各採熱管は管内での平面方向の位置が強制的に決まる。【００１５】  上記の接合はエルボ、分配管等の各継ぎ手に内蔵されている電熱線に通電させて、継ぎ手と管を溶着させることにより行う。【００１６】  次に、本発明工法の作業手順について説明する。
１．鋼管杭、土壌侵入防止鋼管、鋼管杭打ち込み用金具、熱交換器を準備する。
２．土壌侵入防止鋼管に固着されている接続部４を鋼管杭打ち込み用金具の主部の挿        入筒部１３内に挿入し、接続部の取付孔１４とナット７との位置を一致させてボ        ルトにて螺着する。この作業にて図５のように、土壌侵入防止鋼管と鋼管杭打ち        込み用金具の主部とが固定される。
３．土壌侵入防止鋼管を鋼管杭内へ挿入する。このとき図８のように、前記のストッ        パー１５が鋼管杭端に当接して鋼管杭に対する土壌侵入防止鋼管の位置決めがな        される。
４．図９のように、鋼管杭固定部１０ｂの押さえ部２０を鋼管杭の外面に当接させ、        鋼管杭固定部を鋼管杭外周にあてがってボルトとナットにて相互固定するととも        に、主部の固定部取付用円板１２に穿設された取付孔１６と取付孔２４とを一致        させてボルトとナットにて螺着する。以上の作業にて、土壌侵入防止鋼管と鋼管        杭と打ち込み用金具は固定され、図１０、１１のように一体化する。
５．バイブロハンマー等の打ち込み用機械にて主部のＨ型鋼部分１１を強固に把持し        土中に鋼管杭を打設する。
６．打設後、図１２のようにボルトを緩めて鋼管杭固定部１０ｂを取り外し、次に図        １３のように土壌侵入防止鋼管を引き抜く。
７．図１４のように土壌侵入防止鋼管より主部を取り外す。
８．図１５のように土中の鋼管杭内に熱交換器１１０を挿入設置し、グラウト材を注        入する。
以上が本発明工法の作業手順である。【００１７】  以上、本発明について記したが、本発明は鋼管杭と土壌侵入防止鋼管とを組み合わせて用いるところにその特徴を有するものである。従来は既述のように、回転貫入鋼管杭を用いる例があるが、加工コスト面での問題があり、打ち込む重機も特殊である。また、既述の土壌侵入防止鋼管自体を土中に打ち込む方式も考えられるが、市販の鋼管下端に円錐形の先鋭部を設けねばならず、加工コスト面で有利とはいえない。しかるに、本発明工法では、鋼管杭自体には一切の加工を加えることなく、汎用性の高い打撃工法で打ち込むことが出来、さらには土壌侵入防止鋼管は施工後に土中から引き抜いて再使用することができて、採算的に有利となるものである。【００１８】  本発明にて特徴的なところは、土中に残すための鋼管杭と土壌侵入防止鋼管とを一体化させて土中に打ち込んだ後、土壌侵入防止鋼管を引き抜いて鋼管杭のみを残すところにある。土壌侵入防止鋼管の下端は先鋭となっているので、そのまま土中に打ち込むことが可能である。
鋼管杭と土壌侵入防止鋼管の鋼管部分は、市販の鋼管を用いるために、その内外径は規格により定まっている。そのために、鋼管杭と土壌侵入防止鋼管の組み合わせにおいて、鋼管杭内径と土壌侵入防止鋼管外径との間にクリアランスが生ずる。鋼管杭上端は前記の主部に固定されるが、その下端は非固定であり、そのために鋼管杭下部に対する土壌侵入防止鋼管下部のふらつきが生ずる恐れがある。【００１９】  これを防止するために、本発明は土壌侵入防止鋼管下端に設ける先鋭部の最大外径のサイズを、鋼管杭内径より小さく、土壌侵入防止鋼管外径より大きく設けて、鋼管杭内径よりわずかに小さい外径とすることにてクリアランスを小とし、ふらつき防止手段とした、
また、先鋭部の最大外径部すなわち上縁は、鋼管杭下端よりやや中に入る位置とした。
これは、打ち込み後に鋼管杭から土壌侵入防止鋼管を引き抜く場合に、この先鋭部上縁が鋼管杭下端に当たって引き抜き不能となることを防ぐための方策である。また、このクリアランス小とすることにて鋼管杭内への土壌侵入量を減らすことができる。
先鋭部の鋼管杭に対する位置決めは、前記のストッパーが鋼管杭上縁に当接することにて定められる。【００２０】  鋼管杭打ち込み等終了後は、熱交換器を該杭内にセッティングする。一般的には熱交換器として、長Ｕ形の高密度ポリエチレン樹脂製であるＵチューブが用いられている。熱交換器の種類は、熱交換能力が十分あれば問わないが、施工性と熱交換効率向上のため、本発明においては前記の通り、採熱部が多分岐された熱交換器を用いるものとした。【００２１】  この熱交換器は、所定長の管体による採熱管を例えば平面視六等配に配置するとともに上下の分配管に集結連通させ、この分配管の一方に流入管を、他方に流出管を接合させ、熱交換器内に伝熱流体を循環させるものである。分岐型のため、その伝熱面積が大きくなるために熱交換効率が向上し、かつ鋼管杭の全方向から熱を吸収することができる。なお、伝熱のために、鋼管杭内に水や土砂その他のグラウト材が適量注入される。【００２２】  さらに、この熱交換器全体の外径は鋼管杭内径よりやや小さい。従って鋼管杭内にこの熱交換器を挿入するだけで各採熱管は管内での平面方向の位置が強制的に決まりＵチューブと比較し施工も容易である。【００２３】  以上説明したように、本発明によれば土壌侵入防止鋼管を使い回すことによる鋼管杭の加工コストの低廉化と、分岐型の熱交換器による熱交換効率の向上、及び施工性の向上に寄与する有用なる地中熱交換器埋設のための工法を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】１      鋼管杭
２      土壌侵入防止鋼管
３      先鋭部
４      取付部
５      円板
６      接続金具
７      ナット
１０    鋼管杭打ち込み用金具
１０ａ  主部
１０ｂ  鋼管杭固定部
１１    Ｈ型鋼
１２    固定部取付用円板
１３    挿入筒部
１４    接続金具取付孔
１５    ストッパー
１６    取付孔
１７    補強リブ
２０    押さえ部
２１    相互固定部
２２    主部固定部
２３    取付孔
２４    取付孔
１１０  熱交換器
１１１  採熱管
１１２  上部エルボ
１１３  下部エルボ
１１４  上部接続管
１１５  下部接続管
１１６  上方分配管
１１７  大径管部
１１８  小径管部
１２０  下部分配管
１２１  流入管
１２２  流出管
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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