(57)【要約】【課題】  鉛直荷重、水平荷重、負の摩擦力に対して有利な場所打ち杭を提案するとともに、確実な品質と経済性を有する場所打ち杭の施工法を提案する。【解決手段】  拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭軸部から先端の拡底部まで掘削した後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げた後に、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。【選択図】  図８
2004263561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭軸部から先端の拡底部まで掘削した後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げた後に、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項２】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭の軸部を掘削した後、拡底部の掘削時には、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物と掘削土とを攪拌混合した後に、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項３】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡大可能なアースドリル掘削機の掘削バケットの拡大状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部から最終深度の拡底部までの掘削と孔底のスライム処理を行った後、アースドリル掘削機のケリバーパイプを介して掘削バケット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、前記掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、その後、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項４】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、アースドリル掘削機の拡大可能な拡大バケットの開閉状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部の掘削を行った後、拡底部の掘削段階では、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、アースドリル掘削機のケリーバーを介して拡大バケット先端から拡底部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物と掘削土とを攪拌混合し、その後、アースドリル掘削機の拡大ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項５】
拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットに、掘削形状計測用の音波送受信機を取付けて、掘削ビットの開閉角度から計測した掘削形状と音波送受信機から計測した掘削形状を同時に検出可能に構成した掘削形状計測システムを用いて、施工した場所打ち杭の形状を、掘削ビット引上げ時に計測することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項６】
スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の外面の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付け、これらパイプまたは鋼管をリバース掘削機またはアースドリル掘削機の駆動軸の回転力を用いて貫入させることを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項７】
アースドリル掘削機またはリバース掘削機を用いて施工する拡底場所打ち杭の施工法において、掘削後のスライム処理に引続き、掘削機の中空駆動軸を通じてその先端から孔底にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、その後、セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物上に堆積したスライムを鉄筋籠建込み後、コンクリート打設用のトレミー管を介してポンプやエアーリフトにより地上に回収することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項８】
請求項７において、トレミー管の代りにコンクリートポンプ車のホースを用いて直接、拡底部にセメントミルクなどのセメントを含むセメント混合物を打設する場所打ち杭の施工法。
【請求項９】
ケーシング兼用の外殻鋼管の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付けた場所打ち杭。
【請求項１０】
請求項９において、外殻鋼管が下向きに細るテーパ鋼管である場所打ち杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大口径場所打ち杭の支持力を経済的かつ確実に増大させると共に効率的な施工を可能にする場所打ち杭及びその施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大口径場所打ち杭の形状には、ストレート杭、拡底杭、拡頭杭、テーパ杭、中空杭、突起杭など、これまで多様な形状のものが提案されている。また施工法においても、ベノト工法、リバース工法、アースドリル工法、深礎工法などが施工条件に応じて選択的に使用されている。しかしながら、これまで提案されてきた杭形状は、選択要件が明確でないことや、施工法に課題があることから、ストレート杭が多く用いられてきた。ストレート杭は、施工が比較的容易ではあるが、杭に作用する荷重と杭の断面形状からすると必ずしも合理的とはいえない。また場所打ちストレート杭は、負の摩擦力が発生するような軟弱地盤では実用的な対策がなく、支持力を低減することにより対応していたのが実情である。さらに、場所打ち杭は、施工法から見ても、地盤に孔を空けた後、その中にコンクリートを充填するので、一般的に地盤を緩めやすく、施工の巧拙による地盤のゆるみやスライムの堆積によって、その品質が大きく左右されるのが実情であるため、確実で効率的な施工法の確立が望まれている。
【０００３】
このようなストレート杭の課題を受けて、特に建築の分野では拡底場所打ち杭が数多く採用されている。拡底場所打ち杭は、ストレート杭と比較すると、負の摩擦力の影響を受けにくい杭ではあるが、スライムの処理や掘削形状検査などのために、ストレート杭以上に余分の時間を要するものである。
【０００４】
なお、本願の発明者は、場所打ち杭、拡底杭、テーパ杭及びこれらに関連する技術分野の調査を実施し、本発明の背景技術として該当する下記の特許文献を見つけた。
【特許文献１】特開昭５２−１４００５号公報
【特許文献２】特開昭５９−３４３２９号公報
【特許文献３】特開昭６０−２３５２０号公報
【特許文献４】特開平４−１４６３２４号公報
【特許文献５】特開平６−１０８４５６号公報
【特許文献６】特開２００１−３３６１４９号公報
【特許文献７】特開昭５８−２２２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大口径場所打ち杭には、解決を要する下記の施工上の課題がある。
すなわち、従来の場所打ち杭のスライム処理は確実性に欠けるため、支持力など品質の確保に課題があるとともに、スライム処理のために多くの時間を要していた。また、場所打ち拡底杭にあっては、拡底部分外周のスライム処理が十分に行い難いという特有の課題があった。場所打ち拡底杭では掘削形状検査が行われており、この検査に多くの時間を必要とすることから、その間にスライムの堆積が進んでしまう。コンクリート打設前に行う２次スライムの処理においても、支持力に大きな影響を与える拡底部のスライム処理が、特に鉄筋籠外周部分において殆ど出来ないという課題がある。
【０００６】
また場所打ち杭の施工においては、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管等が使用されているが、これらの設置や撤去のためには、パワージャツキまたはバイブロハンマー、クレーンなど、その作業専用の機械が必要であった。
【０００７】
さらに、地盤の掘削時にテーパ部や拡底部を効率的かつ確実に施工管理するシステムや効率的な掘削形状検査を行うシステムがなかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決し、鉛直荷重、水平荷重、負の摩擦力に対して有利な場所打ち杭を提案するとともに、確実な品質と経済性を有する場所打ち杭の施工法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭軸部から先端の拡底部まで掘削した後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物（以下、本明細書中において、単に「セメントミルク等」ということがある）を注入し、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げた後に、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭の軸部を掘削した後、拡底部の掘削時には、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部にセメントミルク等を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク等と掘削土とを攪拌混合した後に、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡大可能なアースドリル掘削機の掘削バケットの拡大状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部から最終深度の拡底部までの掘削と孔底のスライム処理を行った後、アースドリル掘削機のケリバーパイプを介して掘削バケット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク等を注入し、前記掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、その後、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、アースドリル掘削機の拡大可能な拡大バケットの開閉状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部の掘削を行った後、拡底部の掘削段階では、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、アースドリル掘削機のケリーバーを介して拡大バケット先端から拡底部にセメントミルク等を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク等と掘削土とを攪拌混合し、その後、アースドリル掘削機の拡大ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１３】
請求項１〜４に記載の場所打ち杭の施工法により、上記課題の解決が可能になった。
すなわち、本発明の施工法では、杭の拡底部まで掘削した後に、掘削ビットや掘削バケットを引上げることなくセメントミルク等を注入するので、杭先端にスライムが挟在することがなく、また拡底地盤を緩めることも少ないので、本来の地盤強度に応じた杭の支持力が確保できる。特に、従来困難であった、鉄筋籠外周のスライム処理を確実に行うことができるので、拡底杭にふさわしい支持力を確実に得ることができる。
また杭に下向きのテーパが付いているので、負の摩擦抵抗が発生するような地盤であっても、その下向きの摩擦抵抗を数分の１に低減でき、正の摩擦力に対しても最大数１０％増しの摩擦抵抗が期待できる。テーパにより、杭径をほぼ発生する応力に応じた形状にすることができるので、杭のコンクリート量や土砂の掘削量及び残土（産業廃棄物）を低減できる。
セメントミルク等を注入するために、特別な装置を使用せず、掘削ビットを引抜くこと無しに、ケリバーパイプまたはドリルパイプを介して連続的に注入することができるため、セメントミルク等を注入するための所要時間を最小限に抑えることができる。
リバース掘削機による削孔では、杭底部まで掘削した後に通常２０分から３０分程度、安定液中の土粒子の沈降を待って、最終的な孔底のスライム処理を行うが、本発明ではこのような時間を省くことができる。
孔底のスライム処理を行った後、掘削ビットの引上げ、鉄筋の建込み、トレミー管の建込みまでに孔底に沈降したスライムは、比重の違いからの表面に堆積するが、これは、通常、行われているトレミ−管を利用したスライム処理で除去できる。
また、仮に多少のスライムが残ったり、その後のコンクリートの打設中に溜まったスライムは、コンクリートの打設表面に堆積した状態で地上まで押上げられる。特に、テーパ杭では、削孔上方に行くにしたがって、径が大きくなるために、スライムはスムーズに上昇し、孔壁面とコンクリートとの間に付着することが少ないので支持力の低下を抑止できる。
本発明の施工法では、以上のような作用や効果により、品質と経済性に優れた場所打ち杭の施工が短時間に行える。
【００１４】
次に、請求項５に記載の場所打ち杭の施工法は、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットに、掘削形状計測用の音波送受信機を取付けて、掘削ビットの開閉角度から計測した掘削形状と音波送受信機から計測した掘削形状を同時に検出可能に構成した掘削形状計測システムを用いて、施工した場所打ち杭の形状を、掘削ビット引上げ時に計測することを特徴とする。
本発明の場所打ち杭の施工法では、掘削ビット部分に掘削形状検査測定器を取付け、掘削ビットを地上に引き上げる時に形状検査を実施するので、従来のように掘削ビット引き上げ後、改めて掘削孔内に形状検査測定器を設置し、地上から測定する必要がない。また、重量のある掘削ビットに送受信装置が取付けられているので、掘削後の安定液の動揺の影響を殆ど受けないために計測時間を大幅に短縮できると共に、計測時の揺れや捩れの影響も殆ど受けず、正確な形状検査が可能になる。また、これによる形状測定値と掘削ビットの開閉角度から求めた形状測定値をモニター画面上で比較できるので一層信頼性の高い計測値が得られる。
【００１５】
請求項６に記載の場所打ち杭の施工法は、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の外面の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付け、これらパイプまたは鋼管をリバース掘削機またはアースドリル掘削機の駆動軸の回転力を用いて貫入させることを特徴とする。
この場所打ち杭の施工法では、従来の場所打ち杭の施工においては、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の設置や撤去のために、パワージャツキまたはバイブロハンマー、クレーンなど、その作業専用の機械が必要であったが、本発明の場所打ち杭の施工法では、掘削機に使用するベースマシンを利用して、スタンドパイプなどの設置、撤去を行うので、工程的にも経済的にも大きな効果が得られる。
【００１６】
請求項７に記載の場所打ち杭の施工法は、アースドリル掘削機またはリバース掘削機を用いて施工する拡底場所打ち杭の施工法において、掘削後のスライム処理に引続き、掘削機の中空駆動軸を通じてその最先端から孔底にセメントミルク等を注入し、その後、セメントミルク等の上に堆積したスライムを鉄筋籠建込み後、コンクリート打設用のトレミー管を介してポンプやエアーリフトにより地上に回収することを特徴とする。
この場所打ち杭の施工法では、掘削直後の孔底にセメントミルク等を注入することにより、スライムが杭先地盤上に堆積するのを防止するとともに、コンクリート打設直前に行うスライム処理を効果的に行うことができるので杭支持力の確保、不同沈下の防止など杭の品質を高めることができる。
【００１７】
請求項７の場所打ち杭の施工法では、トレミー管の代りにコンクリートポンプ車のホースを用いて直接、拡底部にセメントミルク等を打設しても良い。
【００１８】
請求項９に記載の場所打ち杭の施工法は、ケーシング兼用の外殻鋼管の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付けたことを特徴とする。この場所打ち杭の施工法では、外殻鋼管が下向きに細るテーパ鋼管であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、鉛直荷重、水平荷重、負の摩擦力に対して有利な場所打ち杭を提供し、確実な品質と経済性を有する場所打ち杭の施工法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の場所打ち杭の施工法は、原則としてリバース工法またはアースドリル工法を用いて行うものであるが、例えば、ベノト工法の最終掘削段階で拡大ビット付きの掘削バケットを用いて拡底杭を施工する場合にも適用可能である。
【００２１】
＜杭の形状について＞
図１は、本発明を適用するテーパ拡底杭の代表的な形状を例示したものである。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）のテーパ拡底杭は、いずれも杭頭部にストレート部を有し、その下部にテーパ部を有している。杭頭をストレート部としたのは、杭の断面力が大きくなる部分であり、これに対抗するために断面剛性を確保することと、施工時にスタンドパイプを用いるため、この部分は必然的にストレートになる要因もある。将来、テーパ鋼管が商品化された場合には、杭頭からテーパ状に形成された杭の施工も普及する可能性がある。
【００２２】
図１（ａ）はテーパ部の下部にストレート部があり、その下部に拡底部がつながっている。このようにテーパ部の下部にストレート部を設けるのは、テーパ部の最大長に限界があり、杭長が長くなると下部にもストレート部を設ける必要があるためである。テーパ部の実用的な勾配は１〜２％と考えられ、この勾配を基にしたテーパ部の最大長は、杭径にもよるが２０〜３０ｍが目安となる。テーパ部の勾配が急なほど正の摩擦抵抗を大きく、負の摩擦抵抗を小さくすることが可能であるが、その分、テーパ部の長さは短くなる。
軟弱層の圧密沈下により、杭に負の摩擦抵抗が作用する区間は、なるべくテーパ部とすることが望ましい。しかし、その区間が長くなる場合には、ある程度杭頭ストレート部の径を大きくすることが必要である。図１（ｃ）は、耐震場所打ち杭として設計された杭の形状を示しており、上部には外殻鋼管が設けられており、スタンドパイプを兼ねている。外殻鋼管には螺旋翼、すなわちスパイラルガイドを付けることも可能であり、掘削機駆動軸のトルクで捻込めるような地盤条件であれば、その効果は大きい。
【００２３】
このようなテーパ拡底杭には、次のような長所がある。
杭頭部と杭先端部の径を大きくすることにより、水平支持力や鉛直支持力の確保を効果的に行うことができる。杭に発生する断面力に対して経済的な設計ができるので、材工数量を減じることができる。テーパ部を設けたことにより、その部分が正の摩擦抵抗であればより大きく、負の摩擦力であればより小さくなるので、地盤が複雑な場合でも適用性が高く、ストレート杭に比して周辺摩擦抵抗を大きく見積もることができる。拡底杭とすることにより、周面摩擦力よりも信頼性の高い先端支持力の比率を高めることができるとともに、負の摩擦抵抗の影響を軽減できる。テーパ拡底杭の施工上の問題点は通常用いられるストレート杭と殆ど変らない。
【００２４】
＜テーパ杭に作用する摩擦抵抗について＞
図２は、杭の周面に発生する摩擦抵抗と、杭と地盤との相対変位量との関係を模式的に示したものである。この図のように杭周に発生する摩擦抵抗は、少なくともその最大値までは相対変位量に応じて大きくなることが知られている。また、同じ相対変位量における正の摩擦抵抗は、負の摩擦抵抗よりも大きくなるとされている。これは地盤条件などにもよるが、ひずみゲージを取付けた同一杭で、鉛直載荷試験と引抜き載荷試験を実施すれば立証することができる。また、テルツアギーの「土質力学」にもこのことは開示されている。図に示すようにテーパ杭は、ストレート杭に比較して正の摩擦領域では摩擦抵抗が大きく、負の摩擦抵抗領域においては摩擦抵抗が小さくなる。この現象や杭の断面力を勘案して杭形状の設計を行うことにより、経済的で信頼性の高い設計を行うことが可能である。更に特定の土層が将来、正の摩擦抵抗区間となるか負の摩擦抵抗区間となるか不明確な場合は、テーパ区間とすることにより、合理的な杭形状とすることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。先にリバース掘削機を用いて本発明を実施する方法について説明する
【実施例１】
【００２６】
＜1.掘削装置＞
最初に、杭の掘削装置構成と機能について説明する。図３は削孔状況を示す図である。図３において、ドリルパイプ１０は地上から掘削孔１の内部に延長しており、ドリルパイプ１０の下端１０ａには掘削ユニット２０が接続され、地上に突出した上端１０ｂには駆動装置３０が接続されている。なお、掘削孔１は、上端にスタンドパイプ２が設けられ、その下方にテーパ状に軸部３が形成され、さらに下方に拡底部４が掘削されるものであり、掘削孔１の内部には安定液５が満たされて孔壁３ａの崩壊を防止している。
【００２７】
ここで、前記ドリルパイプ１０は複数の中空管が接続されたものである。
【００２８】
前記掘削ユニット２０では、図４に示したように、中空駆動軸２１の上端に継手フランジ２１ａ、下端に開口２１ｂを有し、この開口２１ｂの周りにフィッシュテール２２ａが固定されている。この開口２１ｂは、掘削孔内の泥水の吸込口として用いられると共に、セメントミルク等の排出口としても用いられるものである。また中空駆動軸２１の下端には軸部ビット２２ｂが固定され、軸部ビット２２ｂに拡孔ビット２２ｃが枢着され、拡孔ビット２２ｃはリンク部材２３により下部クロスヘッド２４ａに枢着されている。この下部クロスヘッド２４ａは、中空駆動軸２１に沿って上下動可能なように、中空駆動軸２１の下端付近に環装されたものである。この下部クロスヘッド２４ａは油圧ジャッキ２４ｂにより上部クロスヘッド２４ｃに連結されており、この上部クロスヘッド２４ｃは中空駆動軸２１に固定されている。したがって、油圧ジャッキ２４ｂを伸張すれば、拡孔ビット２２ｃは図４で実線で描いたように開いて拡大し、逆に油圧ジャッキ２４ｂを収縮すれば、拡孔ビット２２ｃは点線で描いたように閉じて縮小する。また掘削ユニット２０を地盤に押付ける力は、掘削ユニット２０を吊っているクレーンの吊上げ力を調整し、掘削ユニット２０の自重のうち最適量を地山に加えられることにより得られる。
【００２９】
また前記掘削ユニット２０には、上記構成の他に、拡孔ビット開閉量検出器２５、超音波形状検出器２６、スタビライザ２７が設けられ、このスタビライザ２７の内部に油圧ユニット２８ａ及び計測装置２８ｂが収納されており、この計測装置２８ｂからはケーブル２９が地上まで延びている。なお、計測装置２８ｂからのデータは、ケーブル２９に替えて無線で地上まで送るようにしても良い。
拡孔ビット開閉量検出器２５は、下部クロスヘッド２２の位置を検知することにより、拡孔ビット２４の開閉量を検出するものである。超音波形状検出器２６は、ここから孔壁に向かって超音波を発信し、その反射波を検出することにより、掘削孔の形状を検出するものであり、発信受信機能も併せ持つものである。スタビライザ２７は、削孔径に適合した円形をしており、ドリルパイプ１０とともに掘削孔内で回転し、削孔軸がずれないようにガイドするものである。この実施例では軸部の最小削孔径に合わせて、スタビライザー２７の径を設定しているが、油圧シリンダ（図示せず）を用いて可変とすることもできる。
【００３０】
図３に示す前記駆動装置３０は、ドリルパイプ１０の上端１０ｂに接続されて駆動力を与えるためのケリーバパイプ３１と、回転を遮断するためのロータリジョイント３２と、ケリーバパイプ３１に駆動力を伝達するロータリーテーブル３３とから構成されている。
そして、ロータリジョイント３２にはスイベル３４が連結され、スイベル３４にはデリバリーホース３５が接続され、このデリバリーホース３５がサクションポンプ（図示せず）まで延長している。軸部ビット２２ｂ及び拡孔ビット２２ｃによって切削された切削土は、中空駆動軸２１の最先端の開口２１ｂ（吸込み口）を通じて、ドリルパイプ１０内をサクションポンプで安定液と共に吸い上げられて地上に排出される。地上の沈殿槽（図示せず）で土砂と安定液に分離され、安定液は再び孔内に戻される。
このように孔内の安定液は、孔内と地上とを循環しながら切削土砂を地上に搬出する。この安定液の循環によって孔壁には、遮水膜としてのマッドケーキが生成される。この遮水膜やスタンドパイプ２に加えて、地下水位より２ｍ高く保持された孔内水位が、孔壁に２０ｋＰａの静水圧を作用させることにより、掘削時の孔壁の保持が達成される。
またスイベル３４には、セメントミルク等の注入管３６ａが開閉バルブ３６ｂと共に設けられており、これにより、安定液の吸込みを停止した状態で、セメントミルク等を注入管３６ａから送込み、ドリルパイプ１０を通して掘削ユニット２０の開口２１ｂ（排出口）から注入する。
【００３１】
以上の構成の掘削ユニット２０により杭のストレート部を掘削するときは、所定の削孔径になるように拡孔ビット２２ｃの開閉角度をスタビライザ２７内に収納された油圧ポンプ２８ａを地上から表示部の画面を見ながら操作し、開閉角度を一定に保持しながら所定の深さまで掘削を行う。テーパ−部３や拡底部４を掘削する場合も同様で、表示部の画面上で設計形状を見ながら同一形状に掘削するように油圧ポンプ２８ａの地上操作により拡孔ビット２２ｃの開閉角度を調整していく。この操作は、電気的な回路を構成することにより自動的に行うこともできる。掘削ユニット２０を引上げるときには、拡孔ビット２２ｃを最大限畳んだ状態にして引上げる。拡孔ビット２２ｃを開閉するための動力源となる油圧ポンプ２８ａは、本実施例では、スタビライザー２７内に収納する構成をとったが、これは地上に設置した場合に生じる油圧ホースの処理・養生作業をなくし、トラブルを極力避けるためである。油圧ポンプ２８ａ用の電源および制御ケーブルは、ドリルパイプ１０に沿わせて地上まで配線し、ロータリージョイント３２と一体化したスリップリング（図示しない）を介して地上に設置された電源や制御器に接続される。
【００３２】
図５（ａ）（ｂ）は、リバース掘削機に用いる別の掘削ユニット４０を例示したものである。この掘削ユニット４０では、アウターシャフト４１の管内にインナーシャフト４２が摺動可能に挿設されている。このインナーシャフト４２の上端にはフランジ継手４２ａが設けられ、その下方には駆動モータ４２ｂとウォームギア４２ｃが設けられ、このインナーシャフト４２の上端付近に形成されたクロスヘッド４２ｄには連結ロッド４３が枢着され、連結ロッド４３の下端に拡孔ビット４４が枢着されている。拡孔ビット４４は、アウターシャフト４１の軸方向に突設されたスライドガイド４５に沿って下端の軸部ビット４６まで摺動可能に形成されている。アウターシャフト４１の上端にはスタビライザ４７が設けられ、下端には開口４１ａが設けられている。この開口４１ａは掘削孔内の泥水の吸込口及びセメントミルク等の排出口として用いられるものであり、開口４１ａ周りにはフィッシュテール４８が突設されている。またアウターシャフト４１の下端付近には超音波形状検出器４９が設置されている。
上記構成の掘削ユニット４０では、インナーシャフト４２から連結ロッド４３で懸垂された拡孔ビット４４が駆動モータ４２ｂとウオームギヤ４２ｃによって、傾斜を有したスライドガイド４５を滑動することにより、拡孔ビット４４が拡大したり縮小する。図５（ａ）は、掘削ユニット４０の径が最も小さな状態を表し、図５（ｂ）は最も大きな状態を示したものである。掘削ユニット４０の拡孔ビット４４の操作は、上記例の同じく地上の管理装置によってＣＲＴ画面を見ながら行えるようになっている。
【００３３】
＜2.計測管理装置＞
次に、杭を所定の形状に掘削するための計測器の構成について説明する。
図６は計測システムのフロー図である。各検出器からの信号はＡ/Ｄ変換器を介してコンピュータに送られて処理され、その結果を設計値と比較して逐一表示するように構成されている。掘削深度用変位計は、図３に示されるように地上のケリバーパイプ３１の突出長さを計測ワイヤーとエンレコーダ６によって計測するものである。ケーバーパイプ３１の下部に接続されるドリルパイプ１０ｂは、これを構成する各中空管が掘削の進行に応じて継ぎ足されるので、その度に中空管の本数が入力され、掘削深度用変位計の盛り替えを行う。コンピュータは、これらの情報を演算し、表示部に表示する。拡孔ビット開閉量変位計は、中空駆動軸２１に固定されたスタビライザ２７と中空駆動軸２１を摺動する下部クロスヘッド２４ａとの伸縮量を測ることにより拡孔ビット２２ｃの開閉角度を測るためのものである。また、図６のドリルパイプ傾斜計は、掘削ユニット２０の中空駆動軸２１の鉛直度を測るためのものであり、この鉛直度に関するデータは、掘削時の孔曲りや掘削ユニット２０の引上げ時に行う孔壁形状計測のデータと合算し、掘削後の孔曲がりを検出するためのデータとして利用する。
掘削孔の形状を確認するため、図４に示すように掘削ユニット２０の４方向に取付けられた超音波形状検出器２６により、掘削ビット引上げ時に掘削孔の形状を記録する。この超音波形状検出器２６の電気信号は、一旦、スタビライザー内の計測部に送られ、それからケーブルもしくは無線で地上に送り処理され、最終的には、ストローク計などと共にコンピュータを介して表示部で表示する。なお、図５の掘削ユニット４０を用いた場合にもほぼ同様である。
このようにして収録された計測データは、すべてコンピュータの記録部に集録され、適宜、それらを演算、処理して表示部に表示させるようになっている。クレーン運転手や管理者は、この画面上の表示を見ながら、所定の形状の掘削孔が出来るように操作したり、他の作業員に情報を伝達する。
【００３４】
＜3.施工方法＞
図７及び図８は、それぞれ本実施例における施工順序を示す図と施工概要を示す図である。これらの工程中、本発明において特徴的な工程は、(4)及び(6)工程である。その他の工程は、通常のリバース式拡底場所打ち杭の工程とほぼ同じである。本発明によるテーパ拡底杭の施工手順を図７及び図８により説明する。
ここでは、(1)工程のスタンドパイプ建込みから(3)工程のリバース掘削機据付まで、及び(9)工程のリバース機撤去から(14)工程のスタンドパイプ引抜きまでは、従来のリバース掘削機による場所打ち杭の施工法とほぼ同じであるため、図７及び図８に記載して説明は省略する。
【００３５】
(4)工程  軸部掘削
杭径の変化しないストレート部の掘削については、従来の工法と同じである。拡孔ビットの拡縮幅を一定にした状態で、ケリーバーパイプ３１に回転力を与え掘削ユニット２０を回転させ、地盤を切削していく。切削した土砂は、吸込み口から安定液と共に地上に排出される。掘削状況は、表示部の画面上で観察でき、掘削ユニット２０に取付けた傾斜計による傾斜角が大きな場合には、ビットにかかる推力が大き過ぎることが考えられるので、クレーンの吊荷重を確認する。テーパ部の掘削では、拡孔ビットの開閉量を制御して所定の直径になるように表示部の画面を見ながら、油圧ポンプの電磁弁を操作する。こうしてドリルパイプ１０を構成する中空管１本分（ほぼ３ｍ）の掘削が終わったら、ケリーバーパイプ３１とその下のドリルパイプ１０ｂを切り離し、その間に新たな中空管を継ぎ足す。このとき、ドリルパイプ１０に仮止めしていた電源ケーブルや計測用信号ケーブルも伸ばして再度仮止めする。また、掘削深度用変位計の盛り替えを行い所定の深度となるよう調整する。
【００３６】
(5)工程  拡底部掘削
杭の軸部の掘削が所定の深度に達したら引続き拡底部の掘削工程に入る。拡底部の掘削途中で、ドリルパイプ１０に中空管の継ぎ足しが生じないようなパイプ長の選択を行っておく。テーパ部と同様に表示部の画面上の設計形状になるように油圧ポンプの電磁弁を操作しながら掘進する。最大拡底部下端が所定の深度に到達したら掘削完了である。しかし、孔底に溜まった切削ズリをほぼ完全に排出するために、掘削機は、更に１０〜２０分間程度回転させてスライム処理を行う。このとき拡孔ビットや軸部ビットが地盤に接触しない程度に近付けた状態に引上げておく。地上に排出される安定液にズリやスライムが混入していないことを確認した後、掘削機を完全に停止する。
【００３７】
(6)(7)工程  拡底部セメントミルク等の注入
前工程において掘削孔内のスライム処理を行っている時に、地上ではセメントミルク等の注入のために準備作業を行い、掘削機が停止した後、スイベル３４から分岐させたセメントミルク等の注入管３６ａを通して速やかにセメントミルク等の注入を行う。注入量は少なくとも拡底部４の立上がり部４ａ以上を目安とする。このとき掘削ユニット２０は原則として停止しておく。
セメントミルク等を拡底部４の全体に注入した場合は、後工程の鉄筋籠の設置が所定の深度まで行えることを十分検討しておかなければならない。このように事前に拡底部４の全体にセメントミルク等を充填しておく場合には、鉄筋籠外周のスライムの処理がより容易になるという特長がある。また、先端への注入量が多い場合やコンクリートを注入する場合には、スイベル３１を取外し、直接、ドリルパイプ１０をトレミー管代わりに使用して注入することもできる。
工程(7)に示すように拡底部４の側壁部を一部残し、セメントミルク等を注入後、２次掘時の掘削土砂とセメントミルクを攪拌混合し、拡底部４の杭体の一部としても良い。しかし、この場合は、拡底部４の土層が、砂質系地盤であることが前提と考えてよい。
【００３８】
(8)工程  掘削ユニット引上げと掘削形状検査
掘削ユニット２０の引上げは、拡孔ビットを最小に収縮させた状態で、かつ鉛直になるようにして引上げる。これは拡孔ビットを孔壁に接触させず、孔壁の損傷を防止することと、正確な杭形状測定を行うためである。そのため、ドリルパイプ１０の引上げに際しては、台付けワイヤの掛け方に留意し、ゆっくり一定速度で引上げるようにする。
【００３９】
＜鉄筋籠について＞
テーパ部分の鉄筋籠７は、軸方向鉄筋をテーパ状に配置するか、例えばのストレート状の鉄筋籠を階段状に組み合わせたものとする。
【実施例２】
【００４０】
実施例２では、アースドリル掘削機を用いて本発明を実施する方法について説明する
なお、実施例１と同じ部分については省略する。
【００４１】
＜1.掘削装置＞
図９では従来装置である拡孔ビット付きアースドリル掘削機５０を例示するものであるが、この図に示すケリーバパイプ５１の上部のスイベル５２やセメントミルク注入管５３は、本発明特有の装備である。拡孔ビット付き掘削バケット５４の構造は、例えば特開昭５８−２２２２８７号公報の図２０に示されたものがある。すなわち、掘削バケット５４の側部の一部を油圧シリンダーで外側に押出しながら掘削バケット５４を回転することにより、底部の掘削だけでなく同時に側部の拡孔掘削を行う機能を備えている。そのため、杭のテーパ部を掘削するためには、その深さに応じた拡孔ビットの開閉量を選択すれば良い。このことから本発明を実施するために新たに追加する機能は、ケリバーパイプ５１の中空部を利用して、その掘削バケット５４の先端からセメントミルクを排出できるような装置を追加するだけで良い。
なお、上記以外の構成としては、ケリーバパイプ５１の下端に回転駆動部５５が設けられ、さらに下方にロータリージョイント５６、ケーブルホース用リール５７、スタビライザ５８が設けられている。
【００４２】
＜2.計測管理装置＞
図９のような市販のアースドリル掘削機５０には、運転席で掘削深度や拡孔ビットの拡孔量が管理できる計測管理装置を装備しているので、本発明においてもこの装置を利用した施工管理が可能である。
【００４３】
＜3.施工方法＞
図１０及び図１１は、それぞれ本実施例における施工順序を示す流れ図と、施工の概要図を示したものである。これらの工程中、本発明で特徴的な工程は、(4)工程のテーパ部成形掘削と、(7)工程の拡底部スライム処理およびセメントミルク注入作業である。その他の工程は、通常のアースドリル掘削機による拡底場所打ち杭の施工法と略同じである。
本発明に基づくテーパ拡底杭の施工手順を図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０と図１１の両図面における各工程の番号(1)〜(14)は、同じ工程に同じ番号を付している。以下、本発明において特徴的な工程である(4)工程であるテーパ部整形掘削、(7)工程である拡底部スライム処理及びセメントミルク注入作業を中心に説明する。
【００４４】
(4)工程  テーパ部整形掘削
テーパ部の掘削は、掘削バケット５４の孔内搬入・搬出の度に、削孔位置の杭径に応じて拡孔ビットの開閉量を調整しながら掘削しても良いが、この方法は能率が悪く、テーパ部の形状の精度も悪くなる。テーパ形状部の精度が悪く、杭表面に凹凸ができると、その部分の摩擦抵抗が大きくなる。これは正の摩擦抵抗が得られる場合には、好ましいことかもしれないが、負の摩擦抵抗が発生する場合には好ましくない。
そのため、テーパ部の掘削は、図１１(a)に示した(3)工程のように、ある区間をストレート部と同様に同じ径で掘削する。そして、例えば５ｍ削孔した後に、その区間の掘削開始高さまで掘削バケット５４を戻し、拡孔ビットを閉じるように開閉量を調整しながらテーパ状に連続して整形掘削を行うようにする。あまり長い区間連続して整形掘削を行うと、その区間の孔壁に付着したマッドフィルムが一時的に無くなり、孔壁崩壊に繋がる恐れがあるので、この点に留意して整形掘削の区間長さを設定しなければならない。一連の削孔状況は、運転席の表示部の画面上で観察できる。
(4)工程では図９のアースドリル掘削機５０が使用されるが、このアースドリル掘削機５０は、ケリーバーパイプ５１が多段のテレスコピック方式になっているので、途中でケリーバーパイプ５１を接続・切離しすることなく４０ｍ以上の掘削が可能である。
【００４５】
(5)工程  拡底部掘削
杭の軸部の掘削が所定の深度に達ししたら引続き拡底部４の掘削に入る。テーパ部３と同様に、表示部の画面上を見ながら、設計形状になるように油圧ポンプの電磁弁を操作しながら掘進する。最大拡底部下端が所定の深度に到達すれば掘削完了である。
【００４６】
(７)工程  拡底部セメントミルク注入
所定深度までの掘削が完了しても孔底には切削ズリやスライムが沈降し、この部分の安定液の比重が1.2を超えるような状態になることもある。このような高密度の泥水は、コンクリートの打設に悪影響を与えるので掘削バケット５４で汲上げて排出するようにする。掘削後のスライム処理のために専用のバケットを使うこともある。いずれにしても最終段階で排出される泥水の状態を確認してスライム処理を終了する。なお、高濃度の泥水をバケットで排出するのは能率的でないため、ケリーバー５１の中空部を利用してエアーリフトやサクションポンプ、水中ポンプなどで排出するのが望ましい。
前工程のスライム処理時に、地上ではセメントミルク注入の準備作業をしておき、スライム処理のための最終時に、掘削バケット５４をほぼ孔底に接触させた状態で、ケリバーパイプ５１のセメントミルク注入管５３から速やかに孔底にセメントミルクの注入を行う。注入量は少なくとも拡底立上がり部以上（図１３(a)参照）となるようにする。このとき掘削バケット５４の回転は原則として停止しておき、セメントミルクの注入高さに応じて徐々に引上げる。
【００４７】
(8)工程  掘削形状検査
前述したように例示したアースドリル掘削機５０には、掘削時の拡孔ビット開閉量を記録する装置や深度計が装備されており、その際のデータを利用して形状検査結果に代えることができる。
【実施例３】
【００４８】
次に、実施例３について説明する。ここでは、場所打ち杭の施工法において使用し得るスタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管（以下これらを単に「鋼管」という）の構成や、これら鋼管をリバース掘削機やアースドリル掘削機の駆動軸を使用して実施する方法について説明する。
図１２は上記鋼管６０の構成を示したものであり、鋼管本体６1の先端付近にスパイラルガイド６２が固着されている。このスパイラルガイド６２は、鋼管６０に圧力を加えながら回転させたときに、鋼管６０を地盤内へ導き入れるように機能する。このスパイラルガイド６２は、鉄板や丸鋼を鋼管本体６１に溶接で取付けることにより形成される。鋼管本体６１の頭部には取外し自在なキャップ６３が取付けられている。このキャップ６３と鋼管本体６１は、ロックピン６４と回転係止治具６５により、相互に拘束されている。また、キャップ６３の上蓋には掘削機の駆動軸６７（ケリーバパイプやドリルロット）と接続するためのヒンジジョイント６６が装備されている。このようにヒンジジョイント６６にすることにより、鋼管６０が水平に置かれた状態であっても両者を接続することができるので、効率的な吊込み作業が可能になる。
次に鋼管６０の設置方法について説明する。地盤が軟弱の場合は、図の状態で直接掘削機の駆動軸６７のトルクにより鋼管６０をねじ込むことも可能であるが、表層地盤が硬質な場合や鋼管６０が長い場合には、あらかじめ地盤を数ｍの深さまで削孔しておき、その中に鋼管６０を建込み、そのままねじ込むか、掘削機のトルクが不足する場合には内部掘削を併用しながら所定の深さまで沈設する。鋼管６０を引抜く場合は、引張り力を加えながら掘削機の駆動軸を逆転すれば良い。
【実施例４】
【００４９】
実施例４では図１３（ａ）〜（ｄ）を参照して、場所打ち杭施工時に杭先にスライムが沈殿するのを防止する方法について説明する。大口径場所打ち杭のスライム処理は、通常、掘削終了直後とコンクリート打設直前の２回にわたって行われている。しかしながら、安定液中に浮遊している土粒子が時間の経過とともに孔底に沈降することや掘削後の孔内作業中に機器や鉄筋籠が孔壁に接触して、多少の土塊が落下することは避けられないのが実情である。このため図１３（ｄ）に示したように、コンクリート打設直前に、トレミー管７０を利用してスライムの回収を行っているが、鉄筋籠７１周辺やその外周の孔底７２に溜まったスライム７３を、充分に回収することは困難である。
本発明は、鉄筋籠外周についても、十分なスライム処理が行える方法を提案するものである。そのため、実施例１及び実施例３でも述べたように、１次スライム処理直後に掘削機の中空駆動軸部を利用して、孔底にセメントミルクを注入しておくことが必要である。その後の、掘削機の回収、掘削形状検査、鉄筋籠の建込み、トレミー管の設置作業などの工程で数時間を要するので、その間に新たなスライムが孔底に沈殿する。スライムは安定液中をゆっくり沈降するので、図１３（ａ）のように、事前に孔底にセメントミルク７４を注入しておくことにより、その比重の差や表面張力により、スライム７５はセメントミルク７４の表面に堆積する。このスライム７５を安定液７６やセメントミルク７４と共にトレミー管７０に接続した水中ポンプなどで吸上げて回収する。トレミー管７０から離れたスライムもセメントミルクに載ってトレミー管７０内に吸込まれ、地上に回収することができるため、スライムの処理後は、図１３（ｂ）のように鉄筋籠７１の外周７７でもスライムの無い状態にできる。そして、更に良いことには、図１３（ｃ）に示したように、コンクリート打設開始時のトレミー管先端がセメントミルク等の内部に位置しているので、コンクリート打設開始時に残存するスライム７８ａは、セメントミルク等やコンクリート等のセメント混合物の表面に堆積した状態で上昇するので、スライムによる悪影響を極めて少ないものにできる。
なお、時間の経過に伴うセメントミルクの分離を避けるため、分離防止剤や流動化剤などの混和剤を添加することが可能である。またセメント量節約のために、フライアッシュや石炭灰を混ぜることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】(a)(b)(c)は本発明を適用するテーパ拡底杭の形状を例示したものである。
【図２】杭周面の摩擦抵抗と、杭と地盤との相対変位量との関係を示した図である。
【図３】本発明の場所打ち杭の施工法における削孔状況を示す図である。
【図４】本発明の場所打ち杭の施工法に用いる掘削ユニットを示す図である。
【図５】(a)(b)はリバース掘削機に用いる別の掘削ユニットを示す図である。
【図６】本発明の場所打ち杭の施工法に用いる計測システムのフロー図である。
【図７】実施例における施工順序を示す流れ図である。
【図８】実施例における施工概要を示す図である。
【図９】従来のアースドリル掘削機に、本発明特有の装備を付加した図である。
【図１０】本実施例における施工順序を示す流れ図である。
【図１１】本実施例における施工の概要を示す図である。
【図１２】鋼管の構成を示したものである。
【図１３】(a)〜(d)は杭下端におけるスライム沈殿防止方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  掘削孔
２  スタンドパイプ
３  軸部
４  拡底部
５  安定液
１０  ドリルパイプ
２０  掘削ユニット
２１  中空駆動軸
２２ｂ  軸部ビット
２２ｃ  拡孔ビット
２５  拡孔ビット開閉量検出器
２６  超音波形状検出器
２９  ケーブル
３０  駆動装置
３１  ケリーバパイプ
４０  掘削ユニット
４９  超音波形状検出器
４４  拡孔ビット
４６  軸部ビット
５０  アースドリル掘削機
５１  ケリーバパイプ
５４  掘削バケット
５５  回転駆動部
６０  鋼管（スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管）
６２  スパイラルガイド
【図１】
2004263561.tif 000003
【図２】
2004263561.tif 000004
【図３】
2004263561.tif 000005
【図４】
2004263561.tif 000006
【図５】
2004263561.tif 000007
【図６】
2004263561.tif 000008
【図７】
2004263561.tif 000009
【図８】
2004263561.tif 000010
【図９】
2004263561.tif 000011
【図１０】
2004263561.tif 000012
【図１１】
2004263561.tif 000013
【図１２】
2004263561.tif 000014
【図１３】
2004263561.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭軸部から先端の拡底部まで掘削した後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げた後に、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項２】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭の軸部を掘削した後、拡底部の掘削時には、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物と掘削土とを攪拌混合した後に、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項３】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡大可能なアースドリル掘削機の掘削バケットの拡大状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部から最終深度の拡底部までの掘削と孔底のスライム処理を行った後、アースドリル掘削機のケリーバパイプを介して掘削バケット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、前記掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、その後、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項４】
拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、アースドリル掘削機の拡大可能な掘削バケットの開閉状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部の掘削を行った後、拡底部の掘削段階では、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、アースドリル掘削機のケリーバパイプを介して掘削バケット先端から拡底部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物と掘削土とを攪拌混合し、その後、アースドリル掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項５】
拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットに、掘削形状計測用の音波送受信機を取付けて、掘削ビットの開閉角度から計測した掘削形状と音波送受信機から計測した掘削形状を同時に検出可能に構成した掘削形状計測システムを用いて、施工した場所打ち杭の形状を、掘削ビット引上げ時に計測することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項６】
スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の外面の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付け、これらパイプまたは鋼管をアースドリル掘削機の駆動軸の回転力を用いて貫入させることを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項７】
アースドリル掘削機またはリバース掘削機を用いて施工する拡底場所打ち杭の施工法において、掘削後のスライム処理に引続き、掘削機の中空駆動軸を通じてその先端から孔底にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物を注入し、その後、セメントミルク、モルタルまたはセメント混合物上に堆積したスライムを鉄筋籠建込み後、コンクリート打設用のトレミー管を介してポンプやエアーリフトにより地上に回収することを特徴とする場所打ち杭の施工法。
【請求項８】
請求項７において、トレミー管の代りにコンクリートポンプ車のホースを用いて直接、拡底部にセメントミルクなどのセメントを含むセメント混合物を打設する場所打ち杭の施工法。
【請求項９】
ケーシング兼用の外殻鋼管の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付けた場所打ち杭。
【請求項１０】
請求項９において、外殻鋼管が下向きに細るテーパ鋼管である場所打ち杭。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大口径場所打ち杭の支持力を経済的かつ確実に増大させると共に効率的な施工を可能にする場所打ち杭及びその施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大口径場所打ち杭の形状には、ストレート杭、拡底杭、拡頭杭、テーパ杭、中空杭、突起杭など、これまで多様な形状のものが提案されている。また施工法においても、ベノト工法、リバース工法、アースドリル工法、深礎工法などが施工条件に応じて選択的に使用されている。しかしながら、これまで提案されてきた杭形状は、選択要件が明確でないことや、施工法に課題があることから、ストレート杭が多く用いられてきた。ストレート杭は、施工が比較的容易ではあるが、杭に作用する荷重と杭の断面形状からすると必ずしも合理的とはいえない。また場所打ちストレート杭は、負の摩擦力が発生するような軟弱地盤では実用的な対策がなく、支持力を低減することにより対応していたのが実情である。さらに、場所打ち杭は、施工法から見ても、地盤に孔を空けた後、その中にコンクリートを充填するので、一般的に地盤を緩めやすく、施工の巧拙による地盤のゆるみやスライムの堆積によって、その品質が大きく左右されるのが実情であるため、確実で効率的な施工法の確立が望まれている。
【０００３】
このようなストレート杭の課題を受けて、特に建築の分野では拡底場所打ち杭が数多く採用されている。拡底場所打ち杭は、ストレート杭と比較すると、負の摩擦力の影響を受けにくい杭ではあるが、スライムの処理や掘削形状検査などのために、ストレート杭以上に余分の時間を要するものである。
【０００４】
なお、本願の発明者は、場所打ち杭、拡底杭、テーパ杭及びこれらに関連する技術分野の調査を実施し、本発明の背景技術として該当する下記の特許文献を見つけた。
【特許文献１】特開昭５２−１４００５号公報
【特許文献２】特開昭５９−３４３２９号公報
【特許文献３】特開昭６０−２３５２０号公報
【特許文献４】特開平４−１４６３２４号公報
【特許文献５】特開平６−１０８４５６号公報
【特許文献６】特開２００１−３３６１４９号公報
【特許文献７】特開昭５８−２２２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大口径場所打ち杭には、解決を要する下記の施工上の課題がある。
すなわち、従来の場所打ち杭のスライム処理は確実性に欠けるため、支持力など品質の確保に課題があるとともに、スライム処理のために多くの時間を要していた。また、場所打ち拡底杭にあっては、拡底部分外周のスライム処理が十分に行い難いという特有の課題があった。場所打ち拡底杭では掘削形状検査が行われており、この検査に多くの時間を必要とすることから、その間にスライムの堆積が進んでしまう。コンクリート打設前に行う２次スライムの処理においても、支持力に大きな影響を与える拡底部のスライム処理が、特に鉄筋籠外周部分において殆ど出来ないという課題がある。
【０００６】
また場所打ち杭の施工においては、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管等が使用されているが、これらの設置や撤去のためには、パワージャツキまたはバイブロハンマー、クレーンなど、その作業専用の機械が必要であった。
【０００７】
さらに、地盤の掘削時にテーパ部や拡底部を効率的かつ確実に施工管理するシステムや効率的な掘削形状検査を行うシステムがなかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決し、鉛直荷重、水平荷重、負の摩擦力に対して有利な場所打ち杭を提案するとともに、確実な品質と経済性を有する場所打ち杭の施工法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭軸部から先端の拡底部まで掘削した後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク、モルタルまたはセメント混合物（以下、本明細書中において、単に「セメントミルク等」ということがある）を注入し、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げた後に、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットの開閉状況から掘削形状が監視画面上で所定値になるように制御可能なシステムを用いて杭の軸部を掘削した後、拡底部の掘削時には、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、リバース掘削機のドリルパイプを介して掘削ビット先端から拡底部にセメントミルク等を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク等と掘削土とを攪拌混合した後に、リバース掘削機の掘削ビットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、拡大可能なアースドリル掘削機の掘削バケットの拡大状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部から最終深度の拡底部までの掘削と孔底のスライム処理を行った後、アースドリル掘削機のケリーバパイプを介して掘削バケット先端から拡底部の一部または全部にセメントミルク等を注入し、前記掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、その後、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の場所打ち杭の施工法は、拡底杭の軸部の少なくとも一部に下向きに細るテーパ部を有した場所打ち杭の施工法において、アースドリル掘削機の拡大可能な掘削バケットの開閉状況から監視画面上で掘削形状が所定値になるように制御可能なシステムを用いて軸部の掘削を行った後、拡底部の掘削段階では、拡底径の一部を所定の径より細い径で一旦、略最終深度まで一次掘削を行った後、アースドリル掘削機のケリーバパイプを介して拡大バケット先端から拡底部にセメントミルク等を注入し、次に掘削ビットを操作しながら拡底部が所定の形状になるように二次掘削を行うと共に、前記セメントミルク等と掘削土とを攪拌混合し、その後、アースドリル掘削機の掘削バケットを地上に引上げ、掘削孔内への鉄筋籠の建込み、トレミー管を用いたコンクリートの打設を行って杭体を造成することを特徴とする。
【００１３】
請求項１〜４に記載の場所打ち杭の施工法により、上記課題の解決が可能になった。
すなわち、本発明の施工法では、杭の拡底部まで掘削した後に、掘削ビットや掘削バケットを引上げることなくセメントミルク等を注入するので、杭先端にスライムが挟在することがなく、また拡底地盤を緩めることも少ないので、本来の地盤強度に応じた杭の支持力が確保できる。特に、従来困難であった、鉄筋籠外周のスライム処理を確実に行うことができるので、拡底杭にふさわしい支持力を確実に得ることができる。
また杭に下向きのテーパが付いているので、負の摩擦抵抗が発生するような地盤であっても、その下向きの摩擦抵抗を数分の１に低減でき、正の摩擦力に対しても最大数１０％増しの摩擦抵抗が期待できる。テーパにより、杭径をほぼ発生する応力に応じた形状にすることができるので、杭のコンクリート量や土砂の掘削量及び残土（産業廃棄物）を低減できる。
セメントミルク等を注入するために、特別な装置を使用せず、掘削ビットを引抜くこと無しに、ケリーバパイプまたはドリルパイプを介して連続的に注入することができるため、セメントミルク等を注入するための所要時間を最小限に抑えることができる。
リバース掘削機による削孔では、杭底部まで掘削した後に通常２０分から３０分程度、安定液中の土粒子の沈降を待って、最終的な孔底のスライム処理を行うが、本発明ではこのような時間を省くことができる。
孔底のスライム処理を行った後、掘削ビットの引上げ、鉄筋の建込み、トレミー管の建込みまでに孔底に沈降したスライムは、比重の違いからセメントミルク等の表面に堆積するが、これは、通常、行われているトレミ−管を利用したスライム処理で除去できる。
また、仮に多少のスライムが残ったり、その後のコンクリートの打設中に溜まったスライムは、コンクリートの打設表面に堆積した状態で地上まで押上げられる。特に、テーパ杭では、削孔上方に行くにしたがって、径が大きくなるために、スライムはスムーズに上昇し、孔壁面とコンクリートとの間に付着することが少ないので支持力の低下を抑止できる。
本発明の施工法では、以上のような作用や効果により、品質と経済性に優れた場所打ち杭の施工が短時間に行える。
【００１４】
次に、請求項５に記載の場所打ち杭の施工法は、拡縮可能なリバース掘削機の掘削ビットに、掘削形状計測用の音波送受信機を取付けて、掘削ビットの開閉角度から計測した掘削形状と音波送受信機から計測した掘削形状を同時に検出可能に構成した掘削形状計測システムを用いて、施工した場所打ち杭の形状を、掘削ビット引上げ時に計測することを特徴とする。
本発明の場所打ち杭の施工法では、掘削ビット部分に掘削形状検査測定器を取付け、掘削ビットを地上に引き上げる時に形状検査を実施するので、従来のように掘削ビット引き上げ後、改めて掘削孔内に形状検査測定器を設置し、地上から測定する必要がない。また、重量のある掘削ビットに送受信装置が取付けられているので、掘削後の安定液の動揺の影響を殆ど受けないために計測時間を大幅に短縮できると共に、計測時の揺れや捩れの影響も殆ど受けず、正確な形状検査が可能になる。また、これによる形状測定値と掘削ビットの開閉角度から求めた形状測定値をモニター画面上で比較できるので一層信頼性の高い計測値が得られる。
【００１５】
請求項６に記載の場所打ち杭の施工法は、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の外面の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付け、これらパイプまたは鋼管をアースドリル掘削機の駆動軸の回転力を用いて貫入させることを特徴とする。
この場所打ち杭の施工法では、従来の場所打ち杭の施工においては、スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管の設置や撤去のために、パワージャッキまたはバイブロハンマー、クレーンなど、その作業専用の機械が必要であったが、本発明の場所打ち杭の施工法では、掘削機に使用するベースマシンを利用して、スタンドパイプなどの設置、撤去を行うので、工程的にも経済的にも大きな効果が得られる。
【００１６】
請求項７に記載の場所打ち杭の施工法は、アースドリル掘削機またはリバース掘削機を用いて施工する拡底場所打ち杭の施工法において、掘削後のスライム処理に引続き、掘削機の中空駆動軸を通じてその最先端から孔底にセメントミルク等を注入し、その後、セメントミルク等の上に堆積したスライムを鉄筋籠建込み後、コンクリート打設用のトレミー管を介してポンプやエアーリフトにより地上に回収することを特徴とする。
この場所打ち杭の施工法では、掘削直後の孔底にセメントミルク等を注入することにより、スライムが杭先地盤上に堆積するのを防止するとともに、コンクリート打設直前に行うスライム処理を効果的に行うことができるので杭支持力の確保、不同沈下の防止など杭の品質を高めることができる。
【００１７】
請求項７の場所打ち杭の施工法では、トレミー管の代りにコンクリートポンプ車のホースを用いて直接、拡底部にセメントミルク等を打設しても良い。
【００１８】
請求項９に記載の場所打ち杭の施工法は、ケーシング兼用の外殻鋼管の少なくとも一部に螺旋状の治具を取付けたことを特徴とする。この場所打ち杭の施工法では、外殻鋼管が下向きに細るテーパ鋼管であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、鉛直荷重、水平荷重、負の摩擦力に対して有利な場所打ち杭を提供し、確実な品質と経済性を有する場所打ち杭の施工法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の場所打ち杭の施工法は、原則としてリバース工法またはアースドリル工法を用いて行うものであるが、例えば、ベノト工法の最終掘削段階で拡大ビット付きの掘削バケットを用いて拡底杭を施工する場合にも適用可能である。
【００２１】
＜杭の形状について＞
図１は、本発明を適用するテーパ拡底杭の代表的な形状を例示したものである。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）のテーパ拡底杭は、いずれも杭頭部にストレート部を有し、その下部にテーパ部を有している。杭頭をストレート部としたのは、杭の断面力が大きくなる部分であり、これに対抗するために断面剛性を確保することと、施工時にスタンドパイプを用いるため、この部分は必然的にストレートになる要因もある。将来、テーパ鋼管が商品化された場合には、杭頭からテーパ状に形成された杭の施工も普及する可能性がある。
【００２２】
図１（ａ）はテーパ部の下部にストレート部があり、その下部に拡底部がつながっている。このようにテーパ部の下部にストレート部を設けるのは、テーパ部の最大長に限界があり、杭長が長くなると下部にもストレート部を設ける必要があるためである。テーパ部の実用的な勾配は１〜２％と考えられ、この勾配を基にしたテーパ部の最大長は、杭径にもよるが２０〜３０ｍが目安となる。テーパ部の勾配が急なほど正の摩擦抵抗を大きく、負の摩擦抵抗を小さくすることが可能であるが、その分、テーパ部の長さは短くなる。
軟弱層の圧密沈下により、杭に負の摩擦抵抗が作用する区間は、なるべくテーパ部とすることが望ましい。しかし、その区間が長くなる場合には、ある程度杭頭ストレート部の径を大きくすることが必要である。図１（ｃ）は、耐震場所打ち杭として設計された杭の形状を示しており、上部には外殻鋼管が設けられており、スタンドパイプを兼ねている。外殻鋼管には螺旋翼、すなわちスパイラルガイドを付けることも可能であり、掘削機駆動軸のトルクで捻込めるような地盤条件であれば、その効果は大きい。
【００２３】
このようなテーパ拡底杭には、次のような長所がある。
杭頭部と杭先端部の径を大きくすることにより、水平支持力や鉛直支持力の確保を効果的に行うことができる。杭に発生する断面力に対して経済的な設計ができるので、材工数量を減じることができる。テーパ部を設けたことにより、その部分が正の摩擦抵抗であればより大きく、負の摩擦力であればより小さくなるので、地盤が複雑な場合でも適用性が高く、ストレート杭に比して周辺摩擦抵抗を大きく見積もることができる。拡底杭とすることにより、周面摩擦力よりも信頼性の高い先端支持力の比率を高めることができるとともに、負の摩擦抵抗の影響を軽減できる。テーパ拡底杭の施工上の問題点は通常用いられるストレート杭と殆ど変らない。
【００２４】
＜テーパ杭に作用する摩擦抵抗について＞
図２は、杭の周面に発生する摩擦抵抗と、杭と地盤との相対変位量との関係を模式的に示したものである。この図のように杭周に発生する摩擦抵抗は、少なくともその最大値までは相対変位量に応じて大きくなることが知られている。また、同じ相対変位量における正の摩擦抵抗は、負の摩擦抵抗よりも大きくなるとされている。これは地盤条件などにもよるが、ひずみゲージを取付けた同一杭で、鉛直載荷試験と引抜き載荷試験を実施すれば立証することができる。また、テルツァギの「土質力学」にもこのことは開示されている。図に示すようにテーパ杭は、ストレート杭に比較して正の摩擦領域では摩擦抵抗が大きく、負の摩擦抵抗領域においては摩擦抵抗が小さくなる。この現象や杭の断面力を勘案して杭形状の設計を行うことにより、経済的で信頼性の高い設計を行うことが可能である。更に特定の土層が将来、正の摩擦抵抗区間となるか負の摩擦抵抗区間となるか不明確な場合は、テーパ区間とすることにより、合理的な杭形状とすることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。先にリバース掘削機を用いて本発明を実施する方法について説明する
【実施例１】
【００２６】
＜1.掘削装置＞
最初に、杭の掘削装置構成と機能について説明する。図３は削孔状況を示す図である。図３において、ドリルパイプ１０は地上から掘削孔１の内部に延長しており、ドリルパイプ１０の下端１０ａには掘削ビット２０が接続され、地上に突出した上端１０ｂには駆動装置３０が接続されている。なお、掘削孔１は、上端にスタンドパイプ２が設けられ、その下方にテーパ状に軸部３が形成され、さらに下方に拡底部４が掘削されるものであり、掘削孔１の内部には安定液５が満たされて孔壁３ａの崩壊を防止している。
【００２７】
ここで、前記ドリルパイプ１０は複数の中空管が接続されたものである。
【００２８】
前記掘削ビット２０では、図４に示したように、中空駆動軸２１の上端に継手フランジ２１ａ、下端に開口２１ｂを有し、この開口２１ｂの周りにフィッシュテール２２ａが固定されている。この開口２１ｂは、掘削孔内の泥水の吸込口として用いられると共に、セメントミルク等の排出口としても用いられるものである。また中空駆動軸２１の下端には軸部ビット２２ｂが固定され、軸部ビット２２ｂに拡孔ビット２２ｃが枢着され、拡孔ビット２２ｃはリンク部材２３により下部クロスヘッド２４ａに枢着されている。この下部クロスヘッド２４ａは、中空駆動軸２１に沿って上下動可能なように、中空駆動軸２１の下端付近に環装されたものである。この下部クロスヘッド２４ａは油圧ジャッキ２４ｂにより上部クロスヘッド２４ｃに連結されており、この上部クロスヘッド２４ｃは中空駆動軸２１に固定されている。したがって、油圧ジャッキ２４ｂを伸張すれば、拡孔ビット２２ｃは図４で実線で描いたように開いて拡大し、逆に油圧ジャッキ２４ｂを収縮すれば、拡孔ビット２２ｃは点線で描いたように閉じて縮小する。また掘削ビット２０を地盤に押付ける力は、掘削装置を吊っているクレーンの吊上げ力を調整し、装置自重の最適量が地山に加えられることにより得られる。
【００２９】
また前記掘削ビット２０には、上記構成の他に、拡孔ビット開閉量検出器２５、超音波形状検出器２６、スタビライザ２７が設けられ、このスタビライザ２７の内部に油圧ユニット２８ａ及び計測装置２８ｂが収納されており、この計測装置２８ｂからはケーブル２９が地上まで延びている。なお、計測装置２８ｂからのデータは、ケーブル２９に替えて無線で地上まで送るようにしても良い。
拡孔ビット開閉量検出器２５は、エンコーダ等を用いて下部クロスヘッド２４ａの位置を検知することにより、拡孔ビット２２ｃの開閉量を検出するものである。超音波形状検出器２６は、ここから孔壁に向かって超音波を発信し、その反射波を検出することにより、掘削孔の形状を検出するものであり、発信受信機能も併せ持つものである。スタビライザ２７は、削孔径に適合した円形をしており、ドリルパイプ１０とともに掘削孔内で回転し、削孔軸がずれないようにガイドするものである。この実施例では軸部の最小削孔径に合わせて、スタビライザ２７の径を設定しているが、油圧シリンダ（図示せず）を用いて可変とすることもできる。
【００３０】
図３に示す前記駆動装置３０は、ドリルパイプ１０の上端１０ｂに接続されて駆動力を与えるためのケリーバパイプ３１と、回転を遮断するためのロータリジョイント３２と、ケリーバパイプ３１に駆動力を伝達するロータリーテーブル３３とから構成されている。
そして、ロータリジョイント３２にはスイベル３４が連結され、スイベル３４にはデリバリーホース３５が接続され、このデリバリーホース３５がサクションポンプ（図示せず）まで延長している。軸部ビット２２ｂ及び拡孔ビット２２ｃによって切削された切削土は、中空駆動軸２１の最先端の開口２１ｂ（吸込み口）を通じて、ドリルパイプ１０内をサクションポンプで安定液と共に吸い上げられて地上に排出される。地上の沈殿槽（図示せず）で土砂と安定液に分離され、安定液は再び孔内に戻される。
このように孔内の安定液は、孔内と地上とを循環しながら切削土砂を地上に搬出する。この安定液の循環によって孔壁には、遮水膜としてのマッドケーキが生成される。この遮水膜やスタンドパイプ２に加えて、地下水位より２ｍ以上高く保持された孔内水位が、孔壁に２０ｋＰａ以上の静水圧を作用させることにより、掘削時の孔壁の保持が達成される。
またスイベル３４には、セメントミルク等の注入管３６ａが開閉バルブ３６ｂと共に設けられており、これにより、安定液の吸込みを停止した状態で、セメントミルク等を注入管３６ａから送込み、ドリルパイプ１０を通して掘削ビット２０の開口２１ｂ（排出口）から注入する。
【００３１】
以上の構成の掘削ビット２０により杭のストレート部を掘削するときは、所定の削孔径になるように拡孔ビット２２ｃの開閉角度をスタビライザ２７内に収納された油圧ポンプ２８ａを地上から表示部の画面を見ながら操作し、開閉角度を一定に保持しながら所定の深さまで掘削を行う。テーパ部３や拡底部４を掘削する場合も同様で、表示部の画面上で設計形状を見ながら同一形状に掘削するように油圧ポンプ２８ａの地上操作により拡孔ビット２２ｃの開閉角度を調整していく。この操作は、電気的な回路を構成することにより自動的に行うこともできる。掘削ビット２０を引上げるときには、拡孔ビット２２ｃを最大限畳んだ状態にして引上げる。拡孔ビット２２ｃを開閉するための動力源となる油圧ポンプ２８ａは、本実施例では、スタビライザ２７内に収納する構成をとったが、これは地上に設置した場合に生じる油圧ホースの処理・養生作業をなくし、トラブルを極力避けるためである。油圧ポンプ２８ａ用の電源および制御ケーブルは、ドリルパイプ１０に沿わせて地上まで配線し、ロータリージョイント３２と一体化したスリップリング（図示しない）を介して地上に設置された電源や制御器に接続される。
【００３２】
図５（ａ）（ｂ）は、リバース掘削機に用いる別の掘削ビット４０を例示したものである。この掘削ビット４０では、アウターシャフト４１の管内にインナーシャフト４２が摺動可能に挿設されている。このインナーシャフト４２の上端にはフランジ継手４２ａが設けられ、その下方には駆動モータ４２ｂとウォームギア４２ｃが設けられ、このインナーシャフト４２の上端付近に形成されたクロスヘッド４２ｄには連結ロッド４３が枢着され、連結ロッド４３の下端に拡孔ビット４４が枢着されている。拡孔ビット４４は、アウターシャフト４１の軸方向に突設されたスライドガイド４５に沿って下端の軸部ビット４６まで摺動可能に形成されている。アウターシャフト４１の上端にはスタビライザ４７が設けられ、下端には開口４１ａが設けられている。この開口４１ａは掘削孔内の泥水の吸込口及びセメントミルク等の排出口として用いられるものであり、開口４１ａ周りにはフィッシュテール４８が突設されている。またアウターシャフト４１の下端付近には超音波形状検出器４９が設置されている。
上記構成の掘削ビット４０では、インナーシャフト４２から連結ロッド４３で懸垂された拡孔ビット４４が駆動モータ４２ｂとウオームギヤ４２ｃによって、傾斜を有したスライドガイド４５を滑動することにより、拡孔ビット４４が拡大したり縮小する。図５（ａ）は、掘削ビット４０の径が最も小さな状態を表し、図５（ｂ）は最も大きな状態を示したものである。掘削ビット４０の拡孔ビット４４の操作は、上記例の同じく地上の管理装置によってＣＲＴ画面を見ながら行えるようになっている。
【００３３】
＜2.計測管理装置＞
次に、杭を所定の形状に掘削するための計測器の構成について説明する。
図６は計測システムのフロー図である。各検出器からの信号はＡ/Ｄ変換器を介してコンピュータに送られて処理され、その結果を設計値と比較して逐一表示するように構成されている。掘削深度用変位計は、図３に示されるように地上のケリーバパイプ３１の突出長さを計測ワイヤーとエンレコーダ６によって計測するものである。ケーバーパイプ３１の下部に接続されるドリルパイプ１０ｂは、これを構成する各中空管が掘削の進行に応じて継ぎ足されるので、その度に中空管の本数が入力され、掘削深度用変位計の盛り替えを行う。コンピュータは、これらの情報を演算し、表示部に表示する。拡孔ビット開閉量変位計は、図４に示すように、中空駆動軸２１に固定されたスタビライザ２７と中空駆動軸２１を摺動する下部クロスヘッド２４ａとの伸縮量を測ることにより拡孔ビット２２ｃの開閉角度を測るためのものである。また、図６のドリルパイプ傾斜計は、掘削ビット２０の中空駆動軸２１の鉛直度を測るためのものであり、この鉛直度に関するデータは、掘削時の孔曲りや掘削ビット２０の引上げ時に行う孔壁形状計測のデータと合算し、掘削後の孔曲がりを検出するためのデータとして利用する。
掘削孔の形状を確認するため、図４に示すように掘削ビット２０の４方向に取付けられた超音波形状検出器２６により、掘削ビット引上げ時に掘削孔の形状を記録する。この超音波形状検出器２６の電気信号は、一旦、スタビライザ内の計測部に送られ、それからケーブルもしくは無線で地上に送り処理され、最終的には、変位計データなどと共にコンピュータを介して表示部で表示する。なお、図５の掘削ビット４０を用いた場合にもほぼ同様である。
このようにして収録された計測データは、すべてコンピュータの記録部に集録され、適宜、それらを演算、処理して表示部に表示させるようになっている。クレーン運転手や管理者は、この画面上の表示を見ながら、所定の形状の掘削孔が出来るように操作したり、他の作業員に情報を伝達する。
【００３４】
＜3.施工方法＞
図７及び図８は、それぞれ本実施例における施工順序を示す図と施工概要を示す図である。これらの工程中、本発明において特徴的な工程は、(4)及び(6)工程である。その他の工程は、通常のリバース式拡底場所打ち杭の工程とほぼ同じである。本発明によるテーパ拡底杭の施工手順を図７及び図８により説明する。
ここでは、(1)工程のスタンドパイプ建込みから(3)工程のリバース掘削機据付まで、及び(9)工程のリバース機撤去から(14)工程のスタンドパイプ引抜きまでは、従来のリバース掘削機による場所打ち杭の施工法とほぼ同じであるため、図７及び図８に記載して説明は省略する。
【００３５】
(4)工程  軸部掘削
杭径の変化しないストレート部の掘削については、従来の工法と同じである。拡孔ビットの拡縮幅を一定にした状態で、ケリーバパイプ３１に回転力を与え掘削ビット２０を回転させ、地盤を切削していく。切削した土砂は、吸込み口から安定液と共に地上に排出される。掘削状況は、表示部の画面上で観察でき、掘削ビット２０に取付けた傾斜計による傾斜角が大きな場合には、ビットにかかる推力が大き過ぎることが考えられるので、クレーンの吊荷重を確認する。テーパ部の掘削では、拡孔ビットの開閉量を制御して所定の直径になるように表示部の画面を見ながら、油圧ポンプの電磁弁を操作する。こうしてドリルパイプ１０を構成する中空管１本分（ほぼ３ｍ）の掘削が終わったら、ケリーバパイプ３１とその下のドリルパイプ１０ｂを切り離し、その間に新たな中空管を継ぎ足す。このとき、ドリルパイプ１０に仮止めしていた電源ケーブルや計測用信号ケーブルも伸ばして再度仮止めする。また、掘削深度用変位計の盛り替えを行い所定の深度となるよう調整する。
【００３６】
(5)工程  拡底部掘削
杭の軸部の掘削が所定の深度に達したら引続き拡底部の掘削工程に入る。拡底部の掘削途中で、ドリルパイプ１０に中空管の継ぎ足しが生じないようなパイプ長の選択を行っておく。テーパ部と同様に表示部の画面上の設計形状になるように油圧ポンプの電磁弁を操作しながら掘進する。最大拡底部下端が所定の深度に到達したら掘削完了である。しかし、孔底に溜まった切削ズリをほぼ完全に排出するために、掘削機は、更に１０〜２０分間程度回転させてスライム処理を行う。このとき拡孔ビットや軸部ビットが地盤に接触しない程度に近付けた状態に引上げておく。地上に排出される安定液にズリやスライムが混入していないことを確認した後、掘削機を完全に停止する。
【００３７】
(6)(7)工程  拡底部セメントミルク等の注入
前工程において掘削孔内のスライム処理を行っている時に、地上ではセメントミルク等の注入のために準備作業を行い、掘削機が停止した後、スイベル３４から分岐させたセメントミルク等の注入管３６ａを通して速やかにセメントミルク等の注入を行う。注入量は少なくとも拡底部４の立上がり部４ａ以上を目安とする。このとき掘削ビット２０は原則として停止しておく。
セメントミルク等を拡底部４の全体に注入した場合は、後工程の鉄筋籠の設置が所定の深度まで行えることを十分検討しておかなければならない。このように事前に拡底部４の全体にセメントミルク等を充填しておく場合には、鉄筋籠外周のスライムの処理がより容易になるという特長がある。また、先端への注入量が多い場合やコンクリートを注入する場合には、スイベル３１を取外し、直接、ドリルパイプ１０をトレミー管代わりに使用して注入することもできる。
工程(7)に示すように拡底部４の側壁部を一部残し、セメントミルク等を注入後、２次掘時の掘削土砂とセメントミルクを攪拌混合し、拡底部４の杭体の一部としても良い。しかし、この場合は、拡底部４の土層が、砂質系地盤であることが前提と考えてよい。
【００３８】
(8)工程  掘削ビット引上げと掘削形状検査
掘削ビット２０の引上げは、拡孔ビットを最小に収縮させた状態で、かつ鉛直になるようにして引上げる。これは拡孔ビットを孔壁に接触させず、孔壁の損傷を防止することと、正確な杭形状測定を行うためである。そのため、ドリルパイプ１０の引上げに際しては、台付けワイヤの掛け方に留意し、ゆっくり一定速度で引上げるようにする。
【００３９】
＜鉄筋籠について＞
テーパ部分の鉄筋籠７は、軸方向鉄筋をテーパ状に配置するか、例えばのストレート状の鉄筋籠を階段状に組み合わせたものとする。
【実施例２】
【００４０】
実施例２では、アースドリル掘削機を用いて本発明を実施する方法について説明する。なお、実施例１と同じ部分については省略する。
【００４１】
＜1.掘削装置＞
図９では従来装置である拡孔ビット付きアースドリル掘削機５０を例示するものであるが、この図に示すケリーバパイプ５１の上部のスイベル５２やセメントミルク注入管５３は、本発明特有の装備である。拡孔ビット付き掘削バケット５４の構造は、例えば特開昭５８−２２２２８７号公報の図２０に示されたものがある。すなわち、掘削バケット５４の側部の一部を油圧シリンダーで外側に押出しながら掘削バケット５４を回転することにより、底部の掘削だけでなく同時に側部の拡孔掘削を行う機能を備えている。そのため、杭のテーパ部を掘削するためには、その深さに応じた拡孔ビットの開閉量を選択すれば良い。このことから本発明を実施するために新たに追加する機能は、ケリーバパイプ５１の中空部を利用して、その掘削バケット５４の先端からセメントミルクを排出できるような装置を追加するだけで良い。
なお、上記以外の構成としては、ケリーバパイプ５１の下端に回転駆動部５５が設けられ、さらに下方にロータリージョイント５６、ケーブルホース用リール５７、スタビライザ５８が設けられている。
【００４２】
＜2.計測管理装置＞
図９のような市販のアースドリル掘削機５０には、運転席で掘削深度や拡孔ビットの拡孔量が管理できる計測管理装置を装備しているので、本発明においてもこの装置を利用した施工管理が可能である。
【００４３】
＜3.施工方法＞
図１０及び図１１は、それぞれ本実施例における施工順序を示す流れ図と、施工の概要図を示したものである。これらの工程中、本発明で特徴的な工程は、(4)工程のテーパ部成形掘削と、(7)工程の拡底部スライム処理およびセメントミルク注入作業である。その他の工程は、通常のアースドリル掘削機による拡底場所打ち杭の施工法と略同じである。
本発明に基づくテーパ拡底杭の施工手順を図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０と図１１の両図面における各工程の番号(1)〜(14)は、同じ工程に同じ番号を付している。以下、本発明において特徴的な工程である(4)工程であるテーパ部整形掘削、(7)工程である拡底部スライム処理及びセメントミルク注入作業を中心に説明する。
【００４４】
(4)工程  テーパ部整形掘削
テーパ部の掘削は、掘削バケット５４の孔内搬入・搬出の度に、削孔位置の杭径に応じて拡孔ビットの開閉量を調整しながら掘削しても良いが、この方法は能率が悪く、テーパ部の形状の精度も悪くなる。テーパ形状部の精度が悪く、杭表面に凹凸ができると、その部分の摩擦抵抗が大きくなる。これは正の摩擦抵抗が得られる場合には、好ましいことかもしれないが、負の摩擦抵抗が発生する場合には好ましくない。
そのため、テーパ部の掘削は、図１１(a)に示した(3)工程のように、ある区間をストレート部と同様に同じ径で掘削する。そして、例えば５ｍ削孔した後に、その区間の掘削開始高さまで掘削バケット５４を戻し、拡孔ビットを閉じるように開閉量を調整しながらテーパ状に連続して整形掘削を行うようにするか、掘削バケットを引き上げながら整形掘削を行う。あまり長い区間連続して整形掘削を行うと、その区間の孔壁に付着したマッドフィルムが一時的に無くなり、孔壁崩壊に繋がる恐れ
があるので、この点に留意して整形掘削の区間長さを設定しなければならない。一連の削孔状況は、運転席の表示部の画面上で観察できる。
(4)工程では図９のアースドリル掘削機５０が使用されるが、このアースドリル掘削機５０は、ケリーバパイプ５１が多段のテレスコピック方式になっているので、途中でケリーバパイプ５１を接続・切離しすることなく４０ｍ以上の掘削が可能である。
【００４５】
(5)工程  拡底部掘削
杭の軸部の掘削が所定の深度に達ししたら引続き拡底部４の掘削に入る。テーパ部３と同様に、表示部の画面上を見ながら、設計形状になるように油圧ポンプの電磁弁を操作しながら掘進する。最大拡底部下端が所定の深度に到達すれば掘削完了である。
【００４６】
(７)工程  拡底部セメントミルク注入
所定深度までの掘削が完了しても孔底には切削ズリやスライムが沈降し、この部分の安定液の比重が1.2を超えるような状態になることもある。このような高密度の泥水は、コンクリートの打設に悪影響を与えるので掘削バケット５４で汲上げて排出するようにする。掘削後のスライム処理のために専用のバケットを使うこともある。いずれにしても最終段階で排出される泥水の状態を確認してスライム処理を終了する。なお、高濃度の泥水をバケットで排出するのは能率的でないため、ケリーバ５１の中空部を利用してエアーリフトやサクションポンプ、水中ポンプなどで排出するのが望ましい。
前工程のスライム処理時に、地上ではセメントミルク注入の準備作業をしておき、スライム処理のための最終時に、掘削バケット５４をほぼ孔底に接触させた状態で、ケリーバパイプ５１のセメントミルク注入管５３から速やかに孔底にセメントミルクの注入を行う。注入量は少なくとも拡底立上がり部以上（図１３(a)参照）となるようにする。このとき掘削バケット５４の回転は原則として停止しておき、セメントミルクの注入高さに応じて徐々に引上げる。
【００４７】
(8)工程  掘削形状検査
前述したように例示したアースドリル掘削機５０には、掘削時の拡孔ビット開閉量を記録する装置や深度計が装備されており、その際のデータを利用して形状検査結果に代えることができる。
【実施例３】
【００４８】
次に、実施例３について説明する。ここでは、場所打ち杭の施工法において使用し得るスタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管（以下これらを単に「鋼管」という）の構成や、これら鋼管をアースドリル掘削機の駆動軸を使用して実施する方法について説明する。
図１２は上記鋼管６０の構成を示したものであり、鋼管本体６1の先端付近にスパイラルガイド６２が固着されている。このスパイラルガイド６２は、鋼管６０に圧力を加えながら回転させたときに、鋼管６０を地盤内へ導き入れるように機能する。このスパイラルガイド６２は、鉄板や丸鋼を鋼管本体６１に溶接で取付けることにより形成される。鋼管本体６１の頭部には取外し自在なキャップ６３が取付けられている。このキャップ６３と鋼管本体６１は、ロックピン６４と回転係止治具６５により、相互に拘束されている。また、キャップ６３の上蓋には掘削機の駆動軸６７（ケリーバパイプ）と接続するためのヒンジジョイント６６が装備されている。このようにヒンジジョイント６６にすることにより、鋼管６０が水平に置かれた状態であっても両者を接続することができるので、効率的な吊込み作業が可能になる。
次に鋼管６０の設置方法について説明する。地盤が軟弱の場合は、図の状態で直接掘削機の駆動軸６７のトルクにより鋼管６０をねじ込むことも可能であるが、表層地盤が硬質な場合や鋼管６０が長い場合には、あらかじめ地盤を数ｍの深さまで削孔しておき、その中に鋼管６０を建込み、そのままねじ込むか、掘削機のトルクが不足する場合には内部掘削を併用しながら所定の深さまで沈設する。鋼管６０を引抜く場合は、引張り力を加えながら掘削機の駆動軸を逆転すれば良い。
【実施例４】
【００４９】
実施例４では図１３（ａ）〜（ｄ）を参照して、場所打ち杭施工時に杭先にスライムが沈殿するのを防止する方法について説明する。大口径場所打ち杭のスライム処理は、通常、掘削終了直後とコンクリート打設直前の２回にわたって行われている。しかしながら、安定液中に浮遊している土粒子が時間の経過とともに孔底に沈降することや掘削後の孔内作業中に機器や鉄筋籠が孔壁に接触して、多少の土塊が落下することは避けられないのが実情である。このため図１３（ｄ）に示したように、コンクリート打設直前に、トレミー管７０を利用してスライムの回収を行っているが、鉄筋籠７１周辺やその外周の孔底７２に溜まったスライム７３を、充分に回収することは困難である。
本発明は、鉄筋籠外周についても、十分なスライム処理が行える方法を提案するものである。そのため、実施例１及び実施例３でも述べたように、１次スライム処理直後に掘削機の中空駆動軸部を利用して、孔底にセメントミルクを注入しておくことが必要である。その後の、掘削機の回収、掘削形状検査、鉄筋籠の建込み、トレミー管の設置作業などの工程で数時間を要するので、その間に新たなスライムが孔底に沈殿する。スライムは安定液中をゆっくり沈降するので、図１３（ａ）のように、事前に孔底にセメントミルク７４を注入しておくことにより、その比重の差や表面張力により、スライム７５はセメントミルク７４の表面に堆積する。このスライム７５を安定液７６やセメントミルク７４と共にトレミー管７０に接続した水中ポンプなどで吸上げて回収する。トレミー管７０から離れたスライムもセメントミルクに載ってトレミー管７０内に吸込まれ、地上に回収することができるため、スライムの処理後は、図１３（ｂ）のように鉄筋籠７１の外周７７でもスライムの無い状態にできる。そして、更に良いことには、図１３（ｃ）に示したように、コンクリート打設開始時のトレミー管先端がセメントミルク等の内部に位置しているので、コンクリート打設開始時に残存するスライム７８ａは、セメントミルク等やコンクリート等のセメント混合物の表面に堆積した状態で上昇するので、スライムによる悪影響を極めて少ないものにできる。
なお、時間の経過に伴うセメントミルクの分離を避けるため、分離防止剤や流動化剤などの混和剤を添加することが可能である。またセメント量節約のために、フライアッシュや石炭灰を混ぜることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】(a)(b)(c)は本発明を適用するテーパ拡底杭の形状を例示したものである。
【図２】杭周面の摩擦抵抗と、杭と地盤との相対変位量との関係を示した図である。
【図３】本発明の場所打ち杭の施工法における削孔状況を示す図である。
【図４】本発明の場所打ち杭の施工法に用いる掘削ビットを示す図である。
【図５】(a)(b)はリバース掘削機に用いる別の掘削ビットを示す図である。
【図６】本発明の場所打ち杭の施工法に用いる計測システムのフロー図である。
【図７】実施例における施工順序を示す流れ図である。
【図８】実施例における施工概要を示す図である。
【図９】従来のアースドリル掘削機に、本発明特有の装備を付加した図である。
【図１０】本実施例における施工順序を示す流れ図である。
【図１１】本実施例における施工の概要を示す図である。
【図１２】鋼管の構成を示したものである。
【図１３】(a)〜(d)は杭下端におけるスライム沈殿防止方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  掘削孔
２  スタンドパイプ
３  軸部
４  拡底部
５  安定液
１０  ドリルパイプ
２０  掘削ビット
２１  中空駆動軸
２２ｂ  軸部ビット
２２ｃ  拡孔ビット
２５  拡孔ビット開閉量変位計
２６  超音波形状検出器
２９  ケーブル
３０  駆動装置
３１  ケリーバパイプ
４０  掘削ビット
４９  超音波形状検出器
４４  拡孔ビット
４６  軸部ビット
５０  アースドリル掘削機
５１  ケリーバパイプ
５４  掘削バケット
５５  回転駆動部
６０  鋼管（スタンドパイプ、ケーシングパイプまたは外殻鋼管）
６２  スパイラルガイド
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004263561.tif 000016
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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