(57)【要約】【課題】既製杭を用いて大きな支持力を発揮することができ、かつ小さなエネルギーで杭の建込みが可能である杭の施工方法を提供する。【解決手段】中空既製杭からなる杭本体１の下端部に、先端シュー２を設置して杭の建て込みを行う。先端シュー２は杭本体１と分離しており、杭本体１の中空部を通したロッド７を先端シュー２に接続し、先端シュー２を回転させながら、先端シュー２および杭本体１を地盤中に埋設して行く。杭本体１と先端シュー２上部の筒状部５との間には、隙間Ｃ，Ｈまたは開口部Ｇを設け、土砂を杭本体１の中空部内に取り込みながら、杭本体１を建て込んで行く。支持層Ｓに到達したら、または支持層Ｓに近づいたら杭本体１を先端シュー２の載置部３に着座させ、土の流入経路を遮断した状態で建て込みを継続する。所定の深度に達したら、ロッド７を引き抜き、回収する。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空既製杭からなる杭本体の下端部に先端シューが設置される杭の施工方法であって、前記先端シューとして、前記杭本体の下端部が載置される載置部と、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられている先端シューを用い、前記先端シューにトルクを伝達するためのロッドを前記杭本体の中空部を通して前記先端シューに接続するとともに、該先端シューと杭本体の先端との間に土砂の流入経路となる間隔をおいた状態で、先端シューを軸回りに回転させながら地盤中を貫入させて行き、先端シューが支持層または支持層近傍に到達した後は、前記杭本体の先端を前記先端シューに着座させて所定の深度まで貫入を行うことを特徴とする杭の施工方法。
【請求項２】
前記ロッドの先端部には、前記先端シューと着脱自在のクラッチが設けられており、前記杭本体を所定の深度まで施工した後、前記先端シューから離脱させ、前記ロッドとともに前記クラッチを回収することを特徴とする請求項１記載の杭の施工方法。
【請求項３】
前記先端シューには、内径が前記杭本体の下端部の外径より大きい筒状部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、翼を有する先端シューとこの先端シューを回転させるトルク伝達部材を用いて、既製杭を地盤に埋設する杭の施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低振動・低騒音で既製杭を施工する工法の一つとして、鋼管の先端部外周近傍に掘削翼を設けて、鋼管を回転させて施工する工法（  回転圧入杭工法）  が実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。
【０００３】
また、特許文献４には、外周面に螺旋翼を設けた杭推進体をコンクリート杭の先端に取り付け、この杭推進体を杭の軸心を中心として回転自在としたものが記載されている。
【０００４】
この他、特許文献５にはスクリューオーガをスクリュー刃を突出した拡大掘削ヘッドに接続し、該拡大掘削ヘッドを回転させることにより基礎杭を埋設する方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献６には、外周に螺旋翼を設けた推進ヘッドを中空パイルの先端部に取り付け、無排土でまたは先掘り工法により地盤中に埋設する工法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−２２６１２４号公報
【特許文献２】
特開平０９−３２４４１９号公報
【特許文献３】
特許第２８７１４５８号公報
【特許文献４】
特開２００１−２４８１５７号公報
【特許文献５】
特開２００２−１６７７５９号公報
【特許文献６】
特開２００２−０８１０５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回転圧入杭工法は鋼管に回転力を付加させて鋼管全体を回転させて施工することから、大きな地盤抵抗を受ける。従って、鋼管径が大きい場合や長尺の場合には能力の大きな機械を使用しなければならない。
【０００８】
また、先端閉塞杭の場合、鋼管貫入体積分の土を外側の地盤に押しやりながら施工するため、鋼管径が大きい場合や中間層が介在する場合には、施工性が著しく低下する。
【０００９】
特許文献４記載のコンクリート杭の埋設工法では、掘削土のコンクリート杭中空部への取り入れ口は推進体の先端の内筒部のみであることから、土の取り込み効率が悪く、回転圧入杭との施工性の差違は小さい。
【００１０】
また、施工中に取り入れられた土によりコンクリート杭中空部が閉塞することで、施工性の低下が避けられない。さらに、杭中空部に取り入れる土の量を調整することができず、支持層においても土の取り込みを行うことになることから、支持性能への影響が考えられる。
【００１１】
特許文献５には、スクリューを有する拡大掘削ヘッドの回転により基礎杭を埋設する方法が記載されているが、これも施工中に杭中空部に取り入れる土の量を調整することができず、支持層においても土の取り込みを行うことになることから、支持性能が低下する。
【００１２】
また、杭中空部への土の取り込みは杭先端部からとなるため、開端杭にしか適用できず、閉端杭に比べ支持力性能が劣る。先端部をセメントミルクにより根固めすることも記載されているが、開端杭であることから、噴出した固化体の多くが鋼管内に流れ込み、所要の大きさ、強度の根固めが形成されない可能性がある。
【００１３】
特許文献４および特許文献５に記載された発明の共通した課題としては、土の取り込みが杭先端部のみであり、杭本体側面の土を取り込むことはできず、土を杭本体外側の地盤に押しやりながら施工しなければならないため、施工性の改善効果が低下する。
【００１４】
特許文献６記載の発明は、推進ヘッドが先端を閉塞した状態で施工を行うものであり、掘削中における土砂の取り込みは考慮されておらず、無排土工法または先掘り工法により施工するため、適用可能な地盤が限定される他、施工性の改善効果は少ない。
【００１５】
本願発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、既製杭を用いて大きな支持力を発揮することができ、かつ小さなエネルギーで杭の建込みが可能である杭の施工方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、中空既製杭からなる杭本体の下端部に先端シューが設置される杭の施工方法であって、前記先端シューとして、前記杭本体の下端部が載置される載置部と、表面に１または複数の翼または掘削刃が設けられている先端シューを用い、前記先端シューにトルクを伝達するためのロッドを前記杭本体の中空部を通して前記先端シューに接続するとともに、該先端シューと杭本体の先端との間に土砂の流入経路となる間隔をおいた状態で、先端シューを軸回りに回転させながら地盤中を貫入させて行き、先端シューが支持層または支持層近傍に到達した後は、前記杭本体の先端を前記先端シューに着座させて所定の深度まで貫入を行うことを特徴とするものである。
【００１７】
中空既製杭としては、鋼管杭、コンクリート杭、ＰＣ杭、ＰＨＣ杭、鋼コンクリート複合杭などが挙げられる。
【００１８】
先端シューとしては、外径が円錐形のいわゆるコーン形状のものが望ましいが、必ずしもコーン形状のものに限定されず、下端が平坦なものであってもよい。材質としては、鋼製のものが望ましいが、必要な強度が得られるものであれば特に限定されない。
【００１９】
翼は、施工中は地盤を掘削して推進力を得る働きをし、実用時は大きな支持力を得るために杭先端部の支持面積が増大するという機能を有する。また、翼の終端側に杭軸方向と翼の取り付け方向とのなす角度が翼よりも小さい終端翼を形成しても良い。
【００２０】
ここでの「翼の終端側」とは杭の貫入方向と反対側のことである。また、「杭の軸方向と翼の取り付け方向とのなす角度」とは杭の軸方向（長手方向）と杭先端部外周面における翼の取り付け方向とのなす角度を意味する。
【００２１】
このような終端翼が形成されることにより、土を上方に押し上げる力が強まり、杭本体中空部への取り込み効率が上昇する。さらに、翼の構造耐力が向上するので、翼の板厚を低減することができる。また、同じ板厚であれば支持力が向上する。
【００２２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る杭の施工方法において、前記ロッドの先端部には、前記先端シューと着脱自在のクラッチが設けられており、前記杭本体を所定の深度まで施工した後、前記先端シューから離脱させ、前記ロッドとともに前記クラッチを回収することを特徴とするものである。
【００２３】
ロッドと先端シューの接続をクラッチを介して行うことで、施工時における確実な接続構造が得られ、施工後は、先端シューからロッドを容易に離脱させることができる。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る杭の施工方法において、前記先端シューには、内径が前記杭本体の下端部の外径より大きい筒状部が形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
筒状部の内径は、杭本体と先端シューのセッティングのしやすさ、杭本体と筒状部材の隙間からの土砂の流入量等を考慮して決定すればよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明に用いる先端シュー２の一実施形態を杭本体１とともに図示したものである。この例で、先端シュー２は、円錐形のコーン部２ａと、コーン部２ａの後部に位置するロッド接続部（図２、図３等参照）を形成した載置板からなる載置部３と、載置部３の後方に伸びる杭本体１の外径よりも大きな内径を有する筒状部材からなる筒状部５を備え、筒状部５の外周には３枚の翼６が設けられている。
【００２７】
この先端シュー２をこの例では鋼管杭とした杭本体１の先端部に取り付けて回転することで、杭本体１を回転させずに地盤へ埋設できるようにしている。
【００２８】
なお、杭が埋設された状態の実用時についてみると、翼６により先端支持面積が広くなるため、大きな支持力を得ることができる。
【００２９】
筒状部５の内径は杭本体１を容易に収めることができ、施工時に両者の隙間によって土砂の流入経路を構成できるように設定すればよい。例えば、筒状部５の内径は杭本体１の外径の１０１％〜１０３％程度、あるいはそれ以上でも良い。
【００３０】
なお、筒状部５は、例えば鋼管を切断して製作してもよいし、鋼板を曲げ加工して溶接により製作してもよい。また、この例で筒状部５の外周に設けられた翼６は鋼製であり、溶接等により筒状部５を構成する部材と接合する。筒状部５は、杭本体１を先端シュー２の載置部３に載せる際のガイドとして機能する。
【００３１】
翼６の役割は、施工時に回転することで貫入推進力を得ることと、実用時に先端支持面積を広げて大きな支持力を得ることであり、例えば、翼６の取付け角度を杭軸を基準として約８０  °（  上昇角度１０°）  、翼６の外径を筒状部５の約２．０倍とすることが考えられる。
【００３２】
また、終端翼６ａは土を上方に押し上げる力を強めて、杭本体１の中空部への土の取り込み効率を上昇させるため、杭軸方向となす角度が翼一般部より小さくなるように取り付けられており、例えば、杭軸方向となす角度を７  ５°（  上昇角度１５°）  とすることが考えられる。
【００３３】
先端シュー１は回転させながら地盤に貫入させるため、翼部に磨耗によるすり減りを生じることが懸念される。ここでは、翼部のすり減りをできるだけ小さくするために翼６の始端側に杭の貫入方向に向かって幅が漸減しており、翼一般部より上昇角度が大きな始端翼６ｂを取り付けてある。また始端翼６ｂを設ける代わりに超硬チップ等を取り付けても良い。
【００３４】
載置部３は円盤状の鋼板にロッド接続部を形成したものであり、筒状部５に溶接等により接続する。コーン部２ａも鋼製であり載置板３と溶接等により接合している。コーン部２ａの高さは高いほど貫入しやすいが、先端支持力を発揮させ難くなることから、筒状部５の外径の１．０倍以下程度が望ましい。
【００３５】
図２は、本願発明に用いる先端シュー２の他の実施形態を示したものであり、先端シュー２は図１の例と同様にコーン部２ａと載置板からなる載置部３、筒状部５を備え、筒状部５の外周に３枚の翼６が設けられている。
【００３６】
載置部３を構成する載置板は円盤状の板であるが、その中心にトルク伝達部材を嵌合させるための接続部４が形成されている。また、コーン部２ａにはエア、水、あるいはセメントミルク等を噴出させるための噴出孔１０が形成されている。
【００３７】
この噴出孔１２には、地盤からコーン部２ａ内への土の逆流を防止するための逆止弁を取り付けることも考えられる。なお、この例では貫入性の向上を目的として、コーン部２ａの円錐面に鋼製の掘削刃９を取り付けてある。
【００３８】
図３は、本願発明に用いるトルク伝達機構の一例を示したもので、軸回りに回転するロッド７の下端に載置部３に形成した接続部４と着脱可能であるクラッチ１３を有し、ロッド７の外周には杭本体１の中空部に取り込んだ土を上方へ移送するためのスクリュー翼８が設けられている。
【００３９】
スクリュー翼８により土を上方に移送することで、杭本体１の先端中空部に吸引力が発生し、杭本体１の中空部への土の取り込みを助長させる効果がある。
【００４０】
ロッド７の径、板厚、材質は、施工に用いるオーガー等の発生トルクを勘案して捩じ切れないものとする。スクリュー翼８の径は、大きすぎると施工中に杭本体１と干渉してしまい、小さすぎると土を上方に移送できないことから、杭本体１の内径の６０〜９０％程度の径とすることが望ましい。
【００４１】
また、ロッド７の内部には、エアや水等を通すことができるように中空部７ａを設けてある。中空部７ａの先端部には、地盤から先端シューのコーン部内へ土の逆流を防止するための逆止弁を取り付けることも考えられる。
【００４２】
図４は、本願発明の施工方法における土の取り込みの様子を概略的に示したもので、先端シュー２に杭本体１の中空部を通したロッド７を接続し、ロッド７の上部にオーガー等でトルクを与え、先端シュー２を回転させながら地盤中に貫入する。
【００４３】
その時、杭本体１と筒状部５の隙間Ｃおよび杭本体１と載置部３との隙間Ｈによって形成される経路から土砂が杭本体１の中空部に流入し、スクリュー翼８により上方へ移送される。
【００４４】
一方、杭本体１は埋設される先端シュー２に追随して、基本的には回転させずに先端シュー２に案内される形で、必要に応じて押圧力を加えながら地盤中に建て込んで行く（図４（ａ）  参照）。
【００４５】
先端シュー２が支持層またはその近傍の深度に到達したら、一旦、先端シュー２の回転を停止し、杭本体１に押圧力を加えて杭本体１を確実に先端シュー２の載置部３に載せる。
【００４６】
その後、杭本体１を載せたまま先端シュー２を回転させて貫入し、所定の埋め込み深さに達したら、先端シュー２からロッド７を離脱させ、ロッド７を杭本体１の内部から引き抜く（図４（ｂ）  参照）。
【００４７】
図５は、本願発明の施工方法の他の実施形態を概略的に示したもので、基本的には図４に示した施工方法と同様であるが、さらに施工中にコーン部２ａに設けられた噴出孔１０から、エアおよび／または水１２等を噴出させて、先端シュー２の回転貫入、杭本体１の建て込みがスムーズに行えるようにしている。
【００４８】
噴出孔１０の配置および個数は地盤条件等を考慮して決定すればよい。コンプレッサー等から吐出される水やエア等をロッド７内を介してコーン部２ａの噴出孔１０から噴出させて施工することから、ロッド７と先端シュー２の接合部は気密性および水密性を保てるものとする。
【００４９】
一般的に回転圧入杭は、堅固な砂礫層または粘着力の高い粘土層等では施工性が著しく低下するが、エアや水等の噴出により土粒子の流動性を促進させ、地盤の掘削を容易にすることで施工性を改善することができる。
【００５０】
エア等の噴出の停止は先端シュー２が所定深度（例えば支持層上面）到達時、またはその手前とする。先端シュー２が打ち止め深度に到達した後の手順は、図４（ｂ）  と同様である。
【００５１】
図６は、本願発明の施工方法のさらに他の実施形態を概略的に示したものである。基本的には図４に示した施工方法と同様であるが、ここでは杭本体１と先端シュー２を鉛直方向に完全に分離をして施工を行っている。
【００５２】
分離することにより生じた開孔部Ｇから効率的に掘削土を杭本体１の中空部に取り込むことができ、施工性が向上する。先端シュー２が打ち止め深度に到達した後の手順は、図４（ｂ）  と同様である。
【００５３】
図７は、本願発明のさらに他の実施形態として、先端シュー２が支持層に到達した後、または到達手前からコーン部２ａの噴出孔１０からセメントミルクを噴出して固化体１５を築造する場合を示したものである。
【００５４】
固化体１５の築造方法は、反復攪拌混合を行うことも考えられる。セメントミルクにより固化体１５を築造することにより、より大きな支持力を得ることができる。
【００５５】
また、杭本体１と先端シュー２が一体化することでアンカー効果が期待でき、引抜き力も増大する。さらに、先端シュー２を構成する部材の板厚や、材質を軽減でき、合理化を図ることができる。
【００５６】
図８は、本願発明の杭の施工方法における施工手順の一例を概略的に示したもので、ロッド７を介して先端シュー２に回転を与えて貫入させ、これに追随させる形で杭本体１を回転させずに建て込んで行く。
【００５７】
この時、杭本体１と筒状部５の隙間Ｃおよび杭本体１と載置部３との隙間Ｈから形成される経路から土砂を杭本体１の中空部に流入させ、ロッド７の外周にスクリュー翼８設けてなるトルク伝達部材により土砂を上方に移送する（図８（ａ）  参照）。
【００５８】
さらに、地盤貫入を容易にするためにエアおよび／または水１２をコーン部２ａに設けた噴出孔１０から噴出させる。
【００５９】
これらのことより、杭本体１を回転させて貫入する方法や杭の体積分の土を外側に押しやりながら施工する方法に比べて施工性が改善される。
【００６０】
途中に比較的硬い中間層Ｍ（例えばＮ値３０程度の砂礫層）が介在して施工性が低下した場合、杭本体１と先端シュー２を鉛直方向に分離させ、開口部Ｇを設けることにより杭本体１の中空部への土砂の取り込み効率が上昇し、先端シュー２の貫入抵抗が低減される（図８（ｂ）  参照）。
【００６１】
中間層Ｍを抜けて、施工性が回復したら杭本体１の先端部を先端シュー２の筒状部５内に納めることで土の取り込み量を減らす。また、この時にエアおよび／または水１２の噴出も停止することも考えられる（図８（ｃ）  参照）。
【００６２】
これは支持層以浅において必要以上に土を取り込むと支持力性能（特に、周面摩擦力）に影響を及ぼす懸念があることと、鋼管貫入体積以上の土を取り込んでしまうと残土処理を行わなくてはならないという両面から、貫入性が良い所では取り込む土砂の量を少なくする方が優位なためである。
【００６３】
先端シュー２が支持層Ｓに到達したら、または支持層Ｓに近づいたら、エアおよび／または水１２を停止し、かつ杭本体１の先端を載置部３に着座させた状態を保ちながら施工を行う（図８（ｄ）  参照）。
【００６４】
これは支持層Ｓにおいて掘削土を過剰に取り込むと、支持力性能（特に先端支持力）  に影響を及ぼす懸念があるためである。
【００６５】
所定深度に到着したら、先端シュー２の回転を停止し、杭本体１に押圧を加えて杭本体１の先端が載置部３に確実に着座していることを確認する。その後、ロッド７を先端シュー２から離脱させて、杭本体１から引き抜く（図８（ｅ）  参照）。
【００６６】
この時、杭本体１内に残留している土は杭本体１の中空部内に残るように、ロッド７は逆回転させるのが良い。
【００６７】
最終的なでき形は（図８（ｆ）  参照）に示すようになる。
【００６８】
ここで示している施工方法は一例であり、実際は排土量、施工速度等を勘案してエア／水の噴射、および杭本体１と先端シュー２の相対位置を調整する。
【００６９】
例えば、支持層Ｓ以浅が全て軟弱層の場合（通称、Ｌ型地盤）  では、エア／水等の噴出をせず、ほぼ杭本体１を載置部３に着座させて土の取り込みを行わないで施工することも考えられる。
【００７０】
あるいは、施工性を重視する場合には、全層に渡りエア／水を噴射し、杭本体１と先端シュー２を鉛直方向に分離させ、開口部Ｇを設けて杭本体１の中空部への土の取り込み効率を上げながら施工することも考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
本願発明では、既製杭の地盤中への埋設を先端シューのみを回転させて行うことができることから、既製杭本体を回転させる場合の地盤抵抗を考慮する必要がなく、小さなエネルギーで施工可能である。
【００７２】
また、杭本体を先端シューの載置部から浮かせた状態を保ち、土の流入経路を確保した状態で施工することで、杭本体中空部に掘削土を取り込むことができ、施工性を著しく改善することができる。
【００７３】
さらに、本願発明では、支持層に到達したら、または支持層に近づいたら杭本体を先端シューの載置部に着座させて施工を行うことで、土の流入経路を遮断して施工することが可能となる。
【００７４】
すなわち、先端支持力が重要となる支持層における掘削土の取り込みが抑制されることで、開端の場合のような支持力性能の低下がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に用いる先端シューの一実施形態を杭本体とともに示したものであり、（ａ）  は正面図（一部切欠き断面図）、（ｂ）  は底面図である。
【図２】本願発明に用いる先端シューの他の実施形態を示したものであり、（ａ）  は平面図、（ｂ）  は正面図、（ｃ）  は底面図である。
【図３】本願発明に用いるトルク伝達機構の一例を示したものであり、（ａ）  は平面図、（ｂ）  は正面図、（ｃ）  は底面図である。
【図４】本願発明の施工方法における土の取り込みの様子を概略的に示したものであり、（ａ）  は支持層または支持層近傍に到達するまでの様子を示す概要図、（ｂ）  は所定の深度まで施工した後、ロッドを引き抜く様子を示す概要図である。
【図５】本願発明の施工方法における他の実施形態を概略的に示した概要図である。
【図６】本願発明の施工方法におけるさらに他の実施形態を概略的に示した概要図である。
【図７】本願発明の施工方法におるさらに他の実施形態を概略的に示した概要図である。
【図８】本願発明の杭の施工方法における施工手順の一例を概略的に示した鉛直断面図である。
【符号の説明】
Ｓ…支持層、Ｍ…堅固な中間層、Ｃ，Ｈ…隙間、Ｇ…隙間（開口部）、
１…杭本体、２…先端シュー、２ａ…コーン部、３…載置部、４…ロッド接続部、５…筒状部、６…翼、６ａ…終端翼、６ｂ…始端翼、７…ロッド、７ａ…ロッド中空部、８…スクリュー翼、９…掘削刃、１０…噴出孔、１１…土砂、１２…エアまたは水、１３…クラッチ、１４…固化体
【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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