(57)【要約】【課題】無排土杭として施工される鋼管杭とその下部に造成される場所打ち杭の両者の特性を有効活用し、基礎杭全体として廃棄を必要とする掘削残土を生じさせないかまたは最小限に抑え、施工性および経済性に優れ、さらには杭性能にも優れた基礎杭およびその製造方法を提供する。【解決手段】下端を回転ヘッド２などの閉塞部材で閉塞した状態で、鋼管１を地盤中に所定深さまで無排土で貫入する。鋼管１先端の回転ヘッド２を取外し、鋼管１の内部を通じて回収する。先端が開放された鋼管１の内部を通じて下方の地盤を掘削し、杭孔４内に鉄筋籠５を挿入してコンクリート７を打設することで、鋼管杭の下方に場所打ち杭を造成する。上部の鋼管１内には杭孔４を掘削した際の掘削残土をそのまま、またはセメントなどで安定処理して充填する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に無排土で貫入された鋼管杭と、その下方に接続された場所打ち杭とからなることを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
前記鋼管内に掘削残土、ソイルセメントまたはコンクリートが充填されている請求項１記載の基礎杭。
【請求項３】
鋼管の下部を閉塞部材で閉塞した状態で、該鋼管を地盤中に所定深さまで無排土で貫入した後、前記閉塞部材による閉塞を解除し、該鋼管の内部を通じてさらに下方の地盤を掘削して鋼管の下方に場所打ち杭を造成することを特徴とする基礎杭の製造方法。
【請求項４】
鋼管の下部を閉塞部材で閉塞した状態で、該鋼管を地盤中に所定深さまで無排土で貫入した後、前記閉塞部材を鋼管内を通じて回収し、該鋼管の内部を通じてさらに下方の地盤を掘削して鋼管の下方に場所打ち杭を造成することを特徴とする基礎杭の製造方法。
【請求項５】
前記鋼管を圧入する所定深さを、所定以上の地盤強度を有する中間層の手前までの深さとする請求項３または４記載の基礎杭の製造方法。
【請求項６】
前記鋼管の地盤中への貫入を、該鋼管および／または前記閉塞部材を回転させながら行う請求項３、４または５記載の基礎杭の製造方法。
【請求項７】
前記閉塞部材、あるいは前記閉塞部材と前記鋼管との間から土砂を前記鋼管内に取り込む工程を有することを特徴とする請求項３、４、５または６記載の基礎杭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、無排土で施工される鋼管杭とその下方に接続された場所打ち杭とからなる基礎杭およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基礎杭としては、杭を設置する箇所の土を下方や側方に押しのけて圧入する無排土杭（例えば、特許文献１参照）と、あらかじめ土砂を取り除いてからその部分に既製杭を埋設する排土杭とがある。
【０００３】
一般的に場所打ち杭は後者の排土杭であるが、あらかじめ掘削した杭孔に鋼管を挿入し、掘削土にセメントを加えたソイルセメントを鋼管の内外に充填して埋め戻す発明が特許文献２や特許文献３に記載されている。
【０００４】
また、特許文献４には、先端を開端とした大径の鋼管杭を所要深さまで打設した後、鋼管杭または鋼管矢板内の土砂の取り除いて、鋼管の下方に場所打ちコンクリート杭を構築し、上部の鋼管杭と下部の場所打ちコンクリート杭とを一体化した複合基礎杭が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１１１４７号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１４８９１９号公報
【特許文献３】
特開２００１−２３４５３１号公報
【特許文献４】
特開２００２−００４２７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
鋼管を用いた無排土杭の場合、鋼管の先端部に掘削刃や回転貫入用の螺旋翼などを設けたものが種々開発されており、打撃工法のような騒音や振動の問題が少なく、かつ無排土の施工ができるという利点がある。特に、鋼管杭の場合、現場打ち杭に比べて高強度であり、信頼性も高い。
【０００７】
また、無排土の施工においては、杭を設置する箇所の土砂を側方や下方に押しのけて杭が圧入されることで、周辺地盤を締め固める効果もあり、地盤による水平方向の反力性能が向上する他、周面摩擦力も増すことで鉛直方向の支持力も向上する。
【０００８】
しかし、回転貫入の際の地盤との摩擦力が大きい場合、回転貫入のために大きなトルクを必要とし、また支持地盤まで行かない中間層に岩石その他の障害物がある場合や、中間層が硬い場合には施工が困難となり、施工コストも増大する。
また、地盤条件などとの関係で施工可能な杭径が限定される傾向にある。
【０００９】
一方、特許文献２、特許文献３に記載された発明も、掘削土砂をソイルセメントの形で埋め戻すことで、掘削残土の廃棄処理量をある程度減らすことができるが、挿入する鋼管の外径以上の杭孔を掘削する必要があるため、大量の掘削土が発生し、埋め戻すことができない掘削残土が生じ、また必要以上に杭径が大きくなるといった問題がある。
【００１０】
また、鋼管の内外にソイルセメントを充填するので、それだけセメント量を必要としコスト増となる。
【００１１】
特許文献４記載の発明は、単純に鋼管杭と場所打ちコンクリート杭を上下に配し、杭種および杭断面の変化をこれらの接続部に配した継手鋼管によって補うようにしたものであり、無排土化を考慮したものではなく、掘削残土の処理の問題がある他、地盤条件によっては鋼管杭部分における周面摩擦力があまり期待できない。
【００１２】
本願発明は、無排土杭として施工される鋼管杭を利用して、その下部に場所打ち杭を造成することで、上部の鋼管杭部分については無排土杭の利点を最大限に発揮させつつ、基礎杭全体としても廃棄を必要とする掘削残土を生じさせないかまたは最小限に抑えることができ、施工性および経済性に優れ、さらには杭性能にも優れた基礎杭およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る基礎杭は、地盤中に無排土で貫入された鋼管杭と、その下方に接続された場所打ち杭とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
本願発明の基礎杭を構成する上部の鋼管杭は、無排土で地盤中に貫入されたものであり、貫入方法は地盤条件などに応じ、圧入、ねじ込み、打ち込みのいずれでもよい。
【００１５】
このうち、ねじ込み、すなわち下向きの圧をかけながら鋼管を回転貫入する方法が、騒音、振動が少ないという利点がある。その場合、必要に応じ、鋼管の先端に掘削刃や螺旋状の回転翼などを設けることで、地盤から受ける抵抗が小さくなり、施工も容易となる。
【００１６】
また、この鋼管杭は、杭を設置する箇所の土を下方や側方に押しのけながら貫入されるものであるが、全ての土を押しのける必要はなく、貫入時にその一部を杭内に取り込んでもよい。そのようにすることにより貫入速度の調節などを行うことができる。
【００１７】
すなわち、本願発明における鋼管杭は、通常「無排土」と称されている通り、貫入前にあらかじめ杭径以上の杭孔を掘削したり、貫入後に掘削土砂を外部に搬出して残土処理する必要のない方法で貫入されるものである。
【００１８】
場所打ち杭は、上部の鋼管杭を通して造成することができ、一般的にはアースオーガーなどの掘削機で支持地盤に向けて掘削を行い、掘削した孔に鉄筋籠を挿入するなどした後、コンクリートを打設することで造成されるが、場所打ち杭の材質や形状は特に限定されず、従来の各種場所打ち杭を適用することができる。
また、必要に応じ、先端に拡大球根部などを設けることができる。
【００１９】
上部の鋼管杭と下部の場所打ち杭との荷重伝達に関しては、鋼管の下部と場所打ち杭を所定長さオーバーラップさせ、例えば、場所打ち杭が場所打ちコンクリートの場合において、場所打ち杭の上部に鋼管内に延びる鉄筋を設けたり、必要に応じ、鋼管の下部にバンド状あるいはリブ状の突起などを設けることができる。なお、その場合、コンクリートが鋼管の下部の内部のみに充填される場合と、鋼管下部の外面部分も掘削し、鋼管の内外面にコンクリートが充填される場合とが考えられる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る基礎杭において、前記鋼管内に掘削残土、ソイルセメントまたはコンクリートが充填されていることを特徴とするものである。
【００２１】
下部の場所打ち杭部分については、造成時の掘削による残土が生じるが、この掘削残土をそのままあるいはセメントを加えたソイルセメントの形で上部の鋼管杭の中空部に充填すれば、掘削残土の廃棄処理量を大幅に減少させることができ、かつ鋼管杭の内部が充填されることで基礎杭としての強度を高めることもできる。
【００２２】
掘削残土が少ない場合は、鋼管内にコンクリートを充填したり、あるいはコンクリートと、ソイルセメントまたは掘削残土を併用する形で充填を行ってもよい。
【００２３】
上部の鋼管杭部分を先端を閉塞したまま、無排土で地盤中に貫入した後、現場打ち杭の造成において生じる掘削残土を鋼管内に充填する場合、理論的には、上部の鋼管杭部分の鋼管について、
〔掘削残土〕≦〔鋼管内体積〕
となる鋼管長の鋼管を用いれば、掘削残土を全て鋼管内に充填して処理することができる。
【００２４】
本願の請求項３に係る基礎杭の製造方法は、鋼管の下部を閉塞部材で閉塞した状態で、該鋼管を地盤中に所定深さまで貫入した後、前記閉塞部材による閉塞を解除し、該鋼管の内部を通じてさらに下方の地盤を掘削して鋼管の下方に場所打ち杭を造成することを特徴とするものである。
【００２５】
鋼管の下部を閉塞した状態では、鋼管内を含めた鋼管の体積分の土砂を側方や下方に押圧しながら、鋼管杭が地盤中に貫入されて行くことで、鋼管の周囲の地盤を締め固める効果があり、また鋼管外面と周辺地盤との間に空隙が生じないので、その部分の埋め戻し、充填等が不要であり、鋼管外面と締め固められた土砂とが、直接、接することで地盤反力性能が向上し、周面摩擦による周面支持力も増す。
【００２６】
鋼管が地盤中に貫入される所定深さというのは、無排土による鋼管の貫入に特に支障がなく、その下方に造成される場所打ち杭との関係で排土の処理にも特に支障がない深さであるが、例えば、場所打ち杭の造成において生ずる掘削土の量、地盤条件に応じた鋼管杭および場所打ち杭双方の施工性、経済性の兼ね合いなどによって決定することができる。
【００２７】
閉塞部材は平板状のもの、先端が尖ったコーン形状のものなど、特に限定されないが、鋼管内を通じて場所打ち杭の造成を行うため、鋼管の貫入後、取外し可能な着脱自在なものや、あるいは特定の方向に開くようにしたものなどを利用することができる。閉塞部材の着脱あいは開閉の方式は、機械的に着脱あるいは開閉するようにしたものでもよいし、あからじめ取り付けておいた閉塞部材を鋼管内を通じて力を加えることで取外し可能あるいは開放可能としたものでもよい。
【００２８】
また、閉塞部材の表面に掘削刃あるいは翼を設けることで、鋼管の貫入を容易にしたり、閉塞部材の後端に鋼管内を通したロッドを取付け、閉塞部材単独であるいは鋼管とともに回転可能としたものなども利用することができる。また、閉塞部材を鋼管の先端から外した後、場所打ち杭の施工における掘進に利用することもできる。
【００２９】
本願の請求項４に係る基礎杭の製造方法は、鋼管の下部を閉塞部材で閉塞した状態で、該鋼管を地盤中に所定深さまで貫入した後、前記閉塞部材を鋼管内を通じて回収し、該鋼管の内部を通じてさらに下方の地盤を掘削して鋼管の下方に場所打ち杭を造成することを特徴とするものである。
【００３０】
鋼管の内径より小さい外径の閉塞部材を着脱自在としたり、あるいは機械的に拡縮可能な閉塞部材を用いることで、鋼管の地盤中への貫入後、閉塞部材を鋼管内を通じて回収するようにすれば、閉塞部材を次々と転用することができる。
【００３１】
特に、貫入性を高めるために掘削刃や螺旋翼などを設けたコーン形状の閉塞部材を用いる場合には、比較的高価となる閉塞部材を回収、転用可能とすることで、施工コストの低減が図れる。
【００３２】
請求項５に係る発明は、請求項３または４に係る基礎杭の製造方法において、前記鋼管を圧入する所定深さを、所定以上の地盤強度を有する中間層の手前までの深さとすることを特徴とするものである。
【００３３】
ここでいう中間層は支持層に達しない深さにおいて、ある程度以上の地盤強度を有する層を指し、例えば対象地盤の各深度におけるＮ値の比較などによって定めることができる。ただし、あるＮ値の層を中間層としてとらえるかどうかは、必要とする杭長や圧入される鋼管の径、施工機械の性能などによっても異なり、施工性や経済性も考慮する必要がある。
【００３４】
請求項６に係る発明は、請求項３、４または５に係る基礎杭の製造方法において、前記鋼管の地盤中への貫入を、該鋼管および／または前記閉塞部材を回転させながら行うことを特徴とするものである。
【００３５】
前述のように、鋼管の地盤中への貫入は、回転貫入によるのが低騒音、低振動であり、施工性にも優れる。この場合、鋼管のみを回転させる方式と閉塞部材と鋼管を同時に回転させる方式が考えられるが、その他、掘削刃などを設けた閉塞部材に回転ロッドを接続し、閉塞部材のみ回転させて鋼管は回転させずに閉塞部材に追従させる形で圧入して行く方式などが考えられる。
【００３６】
請求項７に係る発明は、請求項３、４、５または６に係る基礎杭の製造方法において、前記閉塞部材、あるいは前記閉塞部材と前記鋼管との間から土砂を前記鋼管内に取り込む工程を有することを特徴とするものである。
【００３７】
閉塞部材に開閉可能な孔を設ける、閉塞部材自体を小さくする、閉塞部材と鋼管先端とを離すようにすることなどによって、鋼管の貫入中に土砂を鋼管内に取り込ませることができる。貫入中にこのようにすることによって貫入速度を調節することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明の一実施形態を示したもので、図中、左側のＮ値に関する地盤の柱状図に対応させて施工手順を示している。この例では、地盤上部が主としてＮ値１０以下の軟弱地盤で、Ｎ値約５０の支持層まで達しない深さにＮ値約４０の中間層がある場合を想定している。
【００３９】
本実施形態における施工手順は、以下の通りである。
（１）  回転ヘッドの設置（図１（ａ）  参照）
杭設置位置に、鋼管１の先端を閉塞するための閉塞部材となる回転ヘッド２をセットする。なお、本実施形態では、回転ヘッド２は先端が尖ったコーン形状を有し、外周面に螺旋翼を２を２段に設けた回転貫入に適した形態としている。
すなわち、本実施形態では、回転ヘッド２が鋼管１の内部への土砂の侵入を阻止する蓋としての機能と、鋼管１の回転貫入を容易にする機能とを有している。
【００４０】
（２）  鋼管の設置、回転貫入（図１（ａ）  〜（ｂ）  参照）
次に、閉塞部材としての回転ヘッド２の上に上部の鋼管杭部分を構成する鋼管１をセットする。回転ヘッド２との接続構造は特に限定されないが、例えば回転貫入時の回転方向と逆向きに係合するような構造やバネなどの弾性を利用して着脱自在とする構造が利用できる。
その状態で鋼管１を、例えばケーシングドライバーのような回転装置を利用して鋼管１の軸回りに回転させながら地盤中に回転貫入して行く。その他、回転貫入の方法としては、例えば回転ヘッド２の後部に回転ロッド（図示せず）の接続部を設けておき、回転ロッドにより回転ヘッド２を単独で、または鋼管１とともに回転させて地盤中に回転貫入させることもできる。
なお、本実施形態では、鋼管１の下部にも回転貫入を容易にするための螺旋状の補助翼１ａを取り付けている。
【００４１】
（３）  鋼管継手施工（図１（ｃ）  参照）
鋼管１の長さに相当する深さまで、鋼管１を回転貫入したら、その上部に溶接等により次の鋼管１を接続する。単一の鋼管１で足りる場合は、この作業は不要であり、また３本以上の鋼管１を必要とする場合は、この作業を繰り返す。
【００４２】
（４）  安定液注入（図１（ｄ）  参照）
回転貫入が困難となってくる中間層の手前まで達したら、鋼管１の回転貫入を終了し、鋼管１内にベントナイト泥水などの安定液３を注入する。
安定液３はそれ以深の場所打ち杭の施工における杭孔４の掘削（図１（ｆ）  参照）の際の孔壁安定のために用いられるが、本実施形態においては回転ヘッド２を取り外したときの回転ヘッド２が接していた部分の安定の機能も有するため、回転ヘッド２の回収前に安定液３を注入している。
【００４３】
（５）  回転ヘッド回収（図１（ｅ）  参照）
鋼管１に対し着脱自在とした回転ヘッド２を鋼管１の先端から外し、鋼管１の内部を通じて回収する。この回転ヘッド２は、他の基礎杭の造成に際利用することができる。
【００４４】
（６）  アースドリル掘削（図１（ｆ）  参照）
鋼管１の内部を通して、通常の場所打ち杭の施工と同様に、アースドリル等で杭孔４の掘削を行う。また、支持層近傍には、必要に応じ拡大球根部を造成するための拡径部を掘削する。
【００４５】
（７）  鉄筋籠、コンクリート打設（図１（ｇ）  参照）
鋼管１の内部を通して、鉄筋籠５を杭孔４に挿入し、トレミー管６などによりコンクリート７を打設する。このとき、鉄筋籠５の主筋状部が鋼管１内に突出するようにすることで、上部の鋼管杭部分と下部の場所打ち杭部分の一体性を高め、応力伝達をスムーズにすることができる。
【００４６】
（８）  掘削残土充填（図１（ｈ）  参照）
中空となっている鋼管１の内部に、場所打ち杭造成のための杭孔４を掘削した際の掘削残土８をそのまま、またはセメントなどの硬化材を加えて処理した状態で充填することで、掘削残土をできるだけ有効利用し、残土処理量を極力低減させる。
【００４７】
掘削残土の処理が特に問題とならない場合や、鋼管杭部分の杭長が長く、掘削残土で充填し切れない場合は、必要に応じコンクリートを充填したり、あるいは中空のまま残しておいてもよい。
【００４８】
以上により、上部が無排土で貫入された鋼管杭、下部が場所打ち杭となる基礎杭が製造される。
【００４９】
なお、本実施形態では、鋼管１の先端を回転貫入により鋼管１を比較的容易に無排土で圧入できる深さ、すなわちＮ値が大きくなる中間層の手前までとしているが、中間層が明確でない場合もあり、地盤条件、支持層までの深さ、鋼管杭部分と場所打ち杭部分の配分など、他の要素によって、鋼管の先端位置を決めることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
本願発明は、回転貫入などによる低騒音、低振動の施工が比較的容易、あるいは可能な深度までを無排土施工が可能な鋼管杭とし、それ以深について場所打ち杭としたものであり、汎用機械での低コストで効率の良い施工が可能である。
【００５１】
下方の現場打ち杭の造成の際に生じる残土を鋼管杭内に埋め戻せば、トータルでの掘削残土を全く生じさせないか、または最小限に抑えることができる。
【００５２】
基礎杭の上部を構成する鋼管杭は、現場打ち杭に比べて高強度の信頼性の高い杭であり、杭の上部に作用する大きな水平力や曲げに対し確実に抵抗させることができる。
【００５３】
また、鋼管杭の施工においては、先端を閉塞した鋼管を回転貫入などの方法により地盤中へ圧入することで、周囲の土砂を側方や下方へ向けて押圧し、周辺地盤を締め固めながら施工することができる。この場合、鋼管の外周に空隙が発生しないので、鋼管周囲の埋め戻しが不要であり、かつ締め固められた地盤からの水平方向の反力性能が向上する他、周面摩擦力が増すことで鉛直方向の支持力も向上する。
【００５４】
一方、現場打ち杭はほとんど地盤条件に左右されずに施工可能であり、鋼管を支持層まで貫入することが困難な地盤条件においても、鋼管杭の下方に現場打ち杭を支持層まで造成することができ、圧縮強度に優れるコンクリートにより高い先端支持力を得ることができる。また、拡大球根部の造成なども比較的容易であるため、さらに高い先端支持力を得ることもできる。
【００５５】
本願発明の基礎杭の製造方法において、鋼管の下部を閉塞する閉塞部材は、鋼管から分離できる構造とし、例えば先端が縮径するコーン形状の部材に掘削刃や掘削翼を設けたものとしておけば、鋼管の貫入をスムーズにすることができ、回収して再利用してもよいし、下方に造成される現場打ち杭の施工のための掘進に利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態における施工手順を、地盤のＮ値の柱状図とともに示した概要図である。
【符号の説明】
１…鋼管、１ａ…補助翼、１ｂ…内面突起、２…回転ヘッド（閉塞部材）、２ａ…翼、３…安定液、４…掘削孔、４ａ…拡径部、５…鉄筋籠、６…トレミー管、７…コンクリート、８…掘削残土
【図１】
2005002635.tif 000003