(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ込み式鋼管杭において、その下端部に、下方向の力により破壊または分解する蓋体を設置する工程と、前記ねじ込み式鋼管杭を回転して地盤中に貫入する工程と、所定の深さまで貫入したところで、前記ねじ込み式鋼管杭内にバケットを挿入して、前記蓋体を下方向に押し出すことにより前記蓋体を破壊または分解する工程と、前記バケットにより、さらに地盤を掘削する工程と、前記バケットを前記ねじ込み式鋼管杭内から抜き出す工程と、前記掘削された範囲に根固めコンクリートを打設する工程を有すことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【請求項２】
根固めコンクリートを打設する工程に先行または並行または後続して、前記ねじ込み式鋼管杭をさらに回転して貫入することを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【請求項３】
前記バケットにより掘削された土砂を、打設された根固めコンクリートの上に投入することを特徴とする請求項１または２記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ込み式鋼管杭、特に、先端部を閉塞したねじ込み式鋼管杭及びその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管杭等を地盤中に貫入する際に内部に土砂が侵入するのを防止するために、先端開口部に蓋状部材を取付けて閉塞した鋼管杭又はコンクリート杭（以下、先端閉塞杭という）はいくつか提案されている。また、この先端閉塞杭の施工方法には、杭体の頭部に打撃を加えて地盤に貫入させる打撃工法、杭体を設置する地盤にあらかじめ孔を掘削してその孔に杭体を設置するプレボーリング法、あるいは、杭体の先端部近傍に取付けた翼の木ねじとしての作用により杭体を回転埋設する工法などある。さらに、先端部が開放された鋼管杭の中掘を行い、先端部のみにコンクリートを打設する発明も提案されている。
【０００３】
先端閉塞杭の先端部近傍に取付けた翼の木ねじとしての作用により杭体を回転埋設する工法は、小径の鋼管杭を対象にいくつか実用化されている。
【０００４】
図８は、特公平２−６２６４８号公報に記載された従来の鋼管杭を示す側面図である。図８において、鋼管杭１００は、杭本体１０１の下面に底板１０２を固設し、この底板１０２に掘削刃１０４を設けると共に、杭本体の下端部外周面にこの杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅の大きいねじ込み用の螺旋翼１０３をほぼ一巻にわたり突設したものである。したがって、鋼管杭１００を、軟弱地盤にねじ込むように回転させながら地中に押圧し、下端の掘削刃１０４によって杭本体１０１の先端に位置した土砂を掘削軟化させ、杭側面の未掘削土砂中に螺旋翼１０３を食い込ませて、土の耐力を反力として杭本体１０１を回転掘進しつつ掘削軟化した土砂を杭側面に押し出して圧縮し、無排土で地中に鋼管杭１００をねじ込んで設置するようにしたものである（以上、従来技術１と称す）。
【０００５】
図９は、特公平４−５８８５０号公報に記載された従来の鋼管杭を示す側面視の断面図である。図９において、鋼管杭２００は、杭本体２０１の下端部を掘削刃２０４とグラウト噴出口２０３を有する底板２０２で閉塞するとともに、杭本体２０１の外径のほぼ２倍の外径を有する螺旋翼２０５を鋼管杭の下端外周面にほぼ一巻き固着している。また、鋼管杭２００を、回転埋設中及び埋設後にグラウト噴出口２０３よりセメントミルクを噴出して周面地盤を強化するようにしたものである。したがって、前記従来技術１と同様、無排土で地中に鋼管杭２００をねじ込んで設置するとともに、回転埋設中及び埋設後にグラウト噴出口よりセメントミルクを噴出して周面地盤（杭本体２０１の側面に位置する周辺支持層２０８、および下端部に位置する根固め団塊２０９）を強化するようにしたものである（以上、従来技術２と称す）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１に係る工法は、鋼管杭の外形が３００mm未満の範囲で広く実用化されている。この埋設工法は鋼管の先端部が底板で閉塞されているために、比較的大きな先端支持力を確保することができるが、螺旋翼が地盤から受ける反力が大きいために、特に支持層に貫入する際、回転貫入に要するトルクが非常に大きくなるばかりでなく、貫入能率が悪くなる。発明者らの行った現場試験によると、支持層貫入に必要なトルクは、軟弱地盤貫入時のトルクの３〜５倍に増加する。
【０００７】
このため、杭体を回転するために大きな能力のモータと、これを搭載するためのベースマシンが必要になると共に、杭体のねじりモーメントが大きくなって設計上必要な厚さよりも大きな厚さの鋼管が施工上必要となる場合が多い。また、ねじりに弱いコンクリート杭は適用することができない。さらに、鋼管の外径が６００mmを超えると、施工に必要なトルクが大きくなりすぎて特殊な大型機械が必要にあり、実用的でない。
【０００８】
従来技術２の鋼管杭の埋設工法は、杭体の先端部からセメントミルクを噴出して螺旋翼で土砂と攪拌混合するため、螺旋翼による支持層地盤の乱れは多少回復する。しかし、攪拌混合のための回転が螺旋翼だけの１方向であるため、土砂とセメントミルクとの十分な攪拌は期待できない。特に、地盤が粘性土である場合、攪拌混合は不均一になりやすい。
【０００９】
また、セメントミルクを噴出しない場合に比べて回転トルクは若干低減できるものの、閉塞された杭先端部近傍の土砂が移動しにくいため、回転トルクの大幅な低減は期待できない。さらに、土砂の攪拌混合の範囲が螺旋翼部分のみであるため、螺旋翼の投影面積分の地盤支持力しか期待できない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、支持層への貫入が容易で、十分な地盤支持能力を発揮することのできるねじ込み式鋼管杭及びその施工方法を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明のねじ込み式鋼管杭は以下のとおりである。
[１] ねじ込み式鋼管杭において、その下端部に、下方向の力により破壊または分解する蓋体を設置する工程と、前記ねじ込み式鋼管杭を回転して地盤中に貫入する工程と、所定の深さまで貫入したところで、前記ねじ込み式鋼管杭内にバケットを挿入して、前記蓋体を下方向に押し出すことにより前記蓋体を破壊または分解する工程と、前記バケットにより、さらに地盤を掘削する工程と、前記バケットを前記ねじ込み式鋼管杭内から抜き出す工程と、前記掘削された範囲に根固めコンクリートを打設する工程を有すことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
[２] 根固めコンクリートを打設する工程に先行または並行または後続して、前記ねじ込み式鋼管杭をさらに回転して貫入することを特徴とする [１]記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法。
[３] 前記バケットにより掘削された土砂を、打設された根固めコンクリートの上に投入することを特徴とする[１]または[２]記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
（ねじ込み式鋼管杭）
図１は本発明に係るねじ込み式鋼管杭の一実施の形態を説明する一部断面の斜視図である。図１の（ａ）において、１はねじ込み式鋼管杭（以下、鋼管杭１という）、２は両端部が開口した鋼管、３は鋼管２の先端部近傍の内周面に設置されためねじ、４は鋼管２の先端部近傍の外周面に設置された、略らせん状の翼である。６は鋼管２の先端開口部を閉塞する蓋体で、その外周に、めねじ３に螺合するおねじ７が設けられ、容易に鋼管２に固定することができる。また、蓋体６はコンクリート等の脆性的な物質から構成され、鋼管２に固定した際の下面側に、放射状のスリット６ａが加工されている。
【００１６】
したがって、下面からの地盤反力に対しては、スリット底部が圧縮され耐えられるものの、上面からの荷重に対しては、スリット底部に引張り応力が生じ、亀裂が容易に進展して蓋体６が容易に破壊する構造となっている。
【００１７】
なお、本発明は放射状に配置されたスリットに限定するものではなく、井桁状に配置されてもよい、また、スリットの断面形状は、矩形でも三角でもよい、さらに、スリット部に圧縮力を伝達する詰め物を設置してもよい。
【００１８】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のスリット付きの蓋体６を、組立式の蓋体５に変更したものである。蓋体５は、複数の略扇状板片を曲げた形状の蓋体片5ａが集合して、略砲弾状を形成している。該砲弾状の底部相当位置には、円状の段差５ｂが形成され、段差５ｂが、鋼管２の先端に嵌合している。また、該砲弾状の外面には周回する溝５ｃが設けられ、溝５ｃに巻かれた鋼線５ｄが、蓋体片5ａを該砲弾状に保持している。
【００１９】
したがって、下面からの地盤反力に対しては、それぞれの蓋体片５ａが鋼管２の先端に支持され、かつ、相互に押し合うから、略砲弾状を維持している。一方、上面からの荷重に対しては、蓋体片５ａが鋼管２の先端から離されるとともに、鋼線５ｄが破断するから、それぞれがバラバラに分解される。このとき、鋼管２を逆転することにより、蓋体片５ａの下方に隙間（土砂の無い空間）を設ければ、前記破断と分解が一層容易になる。
【００２０】
なお、本発明は蓋体を略砲弾状に限定するものではなく、円錐状や円弧状であってもよい、また、その外面にスリットを加工してもよい、また、コンクリート等の脆性材料により形成してもよい。また、鋼線による縛着に代えて、蓋体片５ａ相互の当接端面に凹部または凸部を設け、これらを相互に係止してもよい。
【００２１】
さらに、本発明は蓋体を鋼管を閉塞するものに限定するものではなく、鋼管を地中に貫入する際、内部への土砂侵入を防止するものであればよいから、一部が開口していてもよい。
（翼）図２は本発明に係るねじ込み式鋼管杭の一実施の形態における翼を説明する斜視図である。図２の（ａ）において、鋼管２の先端部近傍の外周に、扇形状の平板からなる鋼製板４ａ、４ｂを溶接により同じ高さ位置に交差して接合し、翼４を構成したものである。また、図２の（ｂ）において、鋼管２の先端部近傍の外周に、ドーナツ状の鋼板の一か所を切断して曲げ加工して形成した螺旋翼４ｃを溶接により接合し、翼４を構成したものである。翼４は、その外径が鋼管２の外径の１．５〜３．０倍程度のものを用いることが望ましい。
【００２２】
なお、本発明は扇形状ないし円環状に限定するものではなく、多角形状ないし外周楕円状であってもよい。また、あるいはこれらを複数に分割したものを組み合わせて形成してもよい。また、その取付け位置は鋼管の先端近傍に限定するものではなく、鋼管の先端から離れた位置等、適宜設定することができる。また、必要に応じて軸方向に複数段設けてもよい。
【００２３】
［実施の形態２］
（施工方法）
図３、図４および図５は本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態を、工程を追って説明する側面視の断面図であって、実施の形態１に記載した鋼管杭１を軟弱層Ｓと支持層Ｂからなる地盤に施工するものである。なお、図１で説明した実施の形態１と同じ部分には、これと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２４】
図３の（ａ）において、鋼管杭１の鋼管２の上端部を、地上に設置されたベースマシン等（図示せず）に搭載された駆動モータに取付けて回転することにより、翼４の木ねじ作用により推進力を発生させて軟弱層Ｓ中に貫入する。なお、鋼管２の上端部に代えて、鋼管２の胴部に駆動モータを取付けてもよい。
【００２５】
図３の（ｂ）において、鋼管２の下端部が、支持層Ｂに到達した時点で、前記回転を停止する。又はその近傍に位置させる。なお、支持層Ｂに到達する前、あるいは支持層Ｂに少し貫入した時点で、前記回転を停止してもよい。
【００２６】
図３の（ｃ）において、鋼管２の内部にバケット１０を挿入し、バケット本体の先端（図中、下側面）に設置した下部掘削刃１２またはバケット本体１１を下方に押し下げることにより、蓋体６を破壊または分解する。このとき、鋼管２を所定の角度だけ逆転することにより、蓋体６の下方に隙間（土砂の無い空間）を設け、前記破壊または分解を容易にしてもよい。
【００２７】
図４の（ｄ）において、バケット１０を回転して、下部掘削刃１２により支持層Ｂを掘削し、掘削された土砂をバケット本体１１の内部に収納する。
【００２８】
図４の（ｅ）において、バケット１０を回転させながら、バケット１１の側部に設置した側部掘削刃１３を徐々に展開し、側部掘削刃１３と下部掘削刃１２が協働して支持層Ｂを掘削して拡底部１５を造成する。このとき、掘削された土砂をバケット本体１１の内部に収納する。１６は、バケット本体１１の内部に収納された土砂である。
【００２９】
図４の（ｆ）において、側部掘削刃１３を縮径して、バケット１０を地上に回収し、土砂１６を地上に払い出す。そして、所定の大きさ（深さ等）の拡底部１５が形成されるまで工程（ｅ）と工程（ｆ）を繰返す。
【００３０】
図５の（ｇ）において、鋼管２内にトレミー管１８を挿入し、拡底部１５内及び鋼管２の所定の高さ（全長の場合も含む）までコンクリート１７を打設する。
【００３１】
図５（ｈ）において、トレミー管１８を引き上げ、再度、鋼管２を回転することにより、翼４が拡底部１５の中央部近傍に達するまで貫入する。なお、前記工程（ｃ）において、鋼管２から駆動モータを取り外した場合には、工程（ｈ）において、再度設置する。
【００３２】
図５の（ｉ）において、地上に払い出された土砂１６を鋼管２内に投入する。
（ドラムバケット）
図６は、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態において使用するバケットの一実施の形態を示す側面図である。図６において、バケット１０（所謂、ドラムバケット）は、ロッド９、ロッド９に固定されたバケット本体１１、バケット本体１１の底部および側面にそれぞれ設置された下部掘削刃１２および側部掘削刃１３により構成されている。
【００３３】
バケット本体１１は、ドラム状で内部に土砂を収納する空間を具備する。下部掘削刃１２は、バケット本体１１に伴い、下方にある土砂を掘削し、かつ、これをバケット本体１１内に取り込む働きをする。また、側部掘削刃１３は、回動支点１４を支点にして倒伏起立自在であり、地上からの操作により、倒伏して拡径し、また起立して縮径する。さらに、ロッド９は一端がバケット本体１１の天面に取り付けられ、他端が例えばベースマシンに搭載された駆動モータ（図示しない）に把持され、回転される。
【００３４】
［実施の形態３］
（グラブバケット）
図７は、発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態において使用するバケットの他の実施の形態を示す側面図である。図７において、バケット２０（所謂、グラブバケット）は、  ロッド２１、フレーム２２、スライダー２３、開閉アーム２４、シャベル２５、掘削刃２６，２７により構成されている。
【００３５】
シャベル２５は、一対の扇状端板のそれぞれの円弧部を底板で連結したもので、その懐に土砂を収納自在で、扇状端板および底板の縁部に切削刃２６、２７が設置されている。また、扇状端板の要位置が、フレーム２２に回動自在に設置されている。また、開閉アーム２４を介してスライダー２３に連結されている。したがって、地上からロッド２１を操作することにより、スライダー２３が上昇すると、シャベル２５は開き、一方、スライダー２３が降下すると、シャベル２５は閉じることになる。
【００３６】
したがって、前記実施の形態２のおけるドラムバケット１０に代えて、グラブバケット２０を用いることができる。このとき、図３の（ｃ）および図４の（ｄ）から（ｆ）の工程は、以下のよう読みかえることになる。
【００３７】
工程（ｃ）において、鋼管２の内部にグラブバケット２０を挿入し、シャベル２５の先端（図中、下側面）により、蓋体６を破壊または分解する。
【００３８】
工程（ｄ）において、スライダ２３を持ち上げて、グラブバケット２０を降下させ、掘削刃２６、２７を土砂に食込ませた後、スライダ２３を押し下げてシャベル２５を閉じて、掘削と掘削した土砂１６をシャベル２５の内部に収納する。
【００３９】
工程（ｅ）において、グラブバケット２０を地上に引き上げ、土砂１６を地上に払い出し、さらに、工程（ｄ）と同じ要領で支持層Ｂを掘削して拡底部１５を造成する。
【００４０】
工程（ｆ）において、グラブバケット２０を地上に回収し、土砂１６を地上に払い出す。そして、所定の大きさ（深さ等）の拡底部１５が形成されるまで工程（ｅ）と工程（ｆ）を繰返す。
【００４１】
なお、本発明はバケットを前記ドラムバケット１０やグラブバケット２０に限定するものではなく、その他の掘削装置を用いてもよい。
【００４２】
【実施例】
次に、実施の形態１に係る実施例について説明する。
【００４３】
ねじ込み式鋼管杭１は、外径１０００mm、板厚１２mm、長さ３１ｍの鋼管２の先端部外周に、外径１８００mm、長内径１００８mm、短内径１０００mm、板厚４０mmのドーナツ状の鋼板を２分割した平板を、同じ高さ位置に交差して溶接により接合し、翼４を構成した。また、鋼管２の先端内周面にめねじ３を加工した。
【００４４】
また蓋体６は、厚さ５０mmの円形コンクリートブロックであって、外周にめねじ３に螺合するおねじ７を有す。また、一方の面には、放射状に複数のスリット（幅５ｍｍ、深さ２０ｍｍ）が加工され、該スリットには、モルタルが挿入されている。該モルタルはコンクリートブロックと完全に一体化していないため、スリット部に引張り力が作用すると、両者の界面が剥離するものである。
【００４５】
なお、施工する地盤は、地表面から２３ｍまではＮ値３の軟弱層、２３〜３２ｍまではＮ値７の軟弱層、それ以深はＮ値５０の支持層であった。
【００４６】
前記施工工程に従って、地表からの深さ３５ｍ、最大外径２０００mmの拡底部１５を掘削した。また、トレミー管１８によるコンクリート１７の打設高さは、拡底部１５の底部から４ｍであった。ついで、鋼管２を回転させ、その先端部が拡底部１５の中央部の近傍に達するまで貫入し、翼４を拡底部１５内に配置した。
【００４７】
以上より、少ない排土で低振動かつ低騒音で大径の翼付き鋼管杭を短時間で地盤中に設置し、また、下部を拡底してコンクリートを打設することにより、翼の存在と相俟って大きな先端支持力を得ることができた。特に、支持層をドラムバケットにより掘削するため、鋼管を回転するベースマシンの駆動モータを大型にする必要が無かった。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べた本発明のねじ込み式鋼管杭およびその施工方法によれば、以下のような顕著な効果が得られる。
1.ねじ込み式鋼管杭の先端に、破壊または分解自在な蓋体を設置する構造としたため、軟弱層においては鋼管杭自体の回転により貫入し、支持層においては、鋼管杭内に装入したバケットにより拡底部を形成することができるから、鋼管杭自体を回転する回転装置の駆動モータを大きくする必要がない。
2.また、比較的薄肉のまま、大径のねじ込み式鋼管杭を施工するとができる。
3.バケットにより形成された拡底部にコンクリートを打設し、その中に、ねじ込み式鋼管杭を回転して貫入するから、貫入作業が容易である。
4.また、翼が拡底部に打設されたコンクリート内に配置されるから、少ない量のコンクリートで大きな先端支持力を得ることができる。
5.さらに、その内部にコンクリート打設した後、バケットにより掘削した土砂をねじ込み式鋼管杭の内部に戻すから、無廃土で施工を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ込み式鋼管杭の一実施の形態を説明する一部断面の斜視図である。
【図２】図２は本発明に係るねじ込み式鋼管杭の一実施の形態における翼を説明する斜視図である。
【図３】本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態を、工程を追って説明する側面視の断面図である。
【図４】本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態を、工程を追って説明する側面視の断面図である。
【図５】本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態を、工程を追って説明する側面視の断面図である。
【図６】本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態において使用するバケットの一実施の形態を示す側面図である。
【図７】発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一実施の形態において使用するバケットの他の実施の形態を示す側面図である。
【図８】従来の鋼管杭を示す側面図である。
【図９】従来の鋼管杭を示す側面図である。
【符号の説明】
１    ねじ込み式鋼管杭
２    鋼管
３    めねじ
４    略らせん状の翼である
４ａ  鋼製板
４ｂ  鋼製板
４ｃ  螺旋翼
５    蓋体、
5ａ   蓋体片
5ｂ   段差
５ｃ  溝
５ｄ  鋼線
６    蓋体、
６ａ  スリット
７    おねじ
９    ロッド
１０  バケット
１１  バケット本体
１２  下部掘削刃
１３  側部掘削刃
１５  拡底部
１６  土砂
１７  コンクリート
１８  トレミー管
２０  バケット
２１  ロッド
２２  フレーム
２３  スライダー
２４  開閉アーム
２５  シャベル
２６  掘削刃
２７  掘削刃
Ｂ    支持層
Ｓ    軟弱層
Ｂ    支持層
【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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