(57)【要約】【課題】建築または土木構造物の基礎となる地盤の補強のために用いる杭の埋設施工方法及びそれに使用する装置であって、非回転で地盤に貫入させることができ、かつ小径で低強度の杭の使用を可能にした杭の埋設施工方法及びそれに使用する装置を提供する。【解決手段】外周面に掘削推進翼（２２）を設けた中空円筒状のケーシング（２０）の下端に拡底板（３０）を取り付け、オーガ駆動装置（４０）からの回転力を付与して地盤（Ａ）内に埋設した後、ケーシング（２０）内に杭（５０）を挿入し、拡底板（３０）上に杭（５０）を建て込み、その後、拡底板（３０）とケーシング（２０）を引き離し、オーガ駆動装置（４０）の逆回転駆動により、ケーシング（２０）を地盤（Ａ）から引き抜き、杭（５０）だけを地盤（Ａ）内に埋設施工する。【選択図】  図５
2005232791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に掘削推進翼を設けた中空円筒状のケーシングの下端に拡底板を取り付け、オーガ駆動装置の正方向回転駆動により、拡底板及びケーシングを地盤内に回転貫入させた後、ケーシング内に杭を挿入し、杭を拡底板に建て込み、その後、ケーシングを拡底板と引き離し、オーガ駆動装置の逆方向回転駆動により、ケーシングを地盤から外部に引き抜き、杭だけを地中に埋設施工することを特徴とする杭の埋設施工方法。
【請求項２】
前記ケーシングの引き抜き工程時、ケーシング外周面に設けた掘削推進翼により地盤を押し下げ、土砂を杭の外周面に圧密させることを特徴とする請求項１に記載の杭の埋設施工方法。
【請求項３】
前記ケーシングの地盤内への回転貫入工程時、ケーシングの下端に設けた噴射口から水またはエアを噴射して、ケーシング周りの土砂の摩擦抵抗を軽減させながら掘削作業を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の杭の埋設施工方法。
【請求項４】
前記ケーシングの引き抜き工程時、ケーシングの下端に設けた噴射口を通してセメントミルク等の固結液を注入しながらケーシングを引き抜くことで杭埋設施工後の杭周辺の摩擦抵抗を増大させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の杭の埋設施工方法。
【請求項５】
杭を地中内に埋設施工するための杭の施工装置であって、掘削推進翼を備えた拡底板と、外周面に掘削推進翼を設け、上記拡底板と係脱可能に係合されるとともに、オーガ駆動装置の正逆方向回転駆動により、地中内に圧入、あるいは地中内から引き抜き可能な中空円筒状のケーシングとからなることを特徴とする杭の埋設施工装置。
【請求項６】
前記ケーシングの外周面には、水、エア、セメントミルク等を供給する供給管が配設され、ケーシングの下端に水、エア、セメントミルク等を噴射、あるいは注入する噴射口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の杭の埋設施工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築または土木構造物の基礎となる地盤部分に補強杭を埋設施工する杭の埋設施工方法及び施工装置に係り、特に、補強杭に施工機械動力を加えることなく、能率良く埋設施工でき、しかも、施工後における杭の支持強度を高めることができる杭の埋設施工方法及びその施工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭の埋設施工方法としては、プレボーリング工法や中堀工法が知られている。上記プレボーリング工法は、予め地盤に杭用埋設孔を掘削し、この孔内にパイルを挿入する杭施工方法であり、中堀工法は、パイルの中空部内にオーガを挿入し、地盤を掘削しながらパイルの中空部を通じて土砂を外部に排土してパイルを埋設する杭施工方法である。
【０００３】
しかしながら、プレボーリング工法や中堀工法では、多量の掘削土砂が外部に排出されるため、地盤が弛み、杭の支持力が減少するとともに、排土を処理するための廃棄場所の確保が必要であり、しかも土砂の運搬費が嵩む等、施工コストの高騰化を招くという問題点が指摘されている。
【０００４】
ところで、最近では、環境問題を考慮して、無排土でパイルの埋設施工を行なう工法が主流になりつつあり、この工法の一例として、パイルの先端部に翼を設け、回転力をパイルに与えて、翼の推進力でパイルを地盤内に埋設させるスクリュー式パイルの埋設施工方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このパイル施工方法では、パイルを回転させながら地中に押し込んでいくため、パイルと土との摩擦力が大きく、長寸なパイルでは土の摩擦力によってパイルに伝達される回転力は、パイル下端まで伝達されにくく、また、パイルに捻じりモーメントが大きく作用して、パイルが損傷したり切断する恐れがあるため、パイルの材料として高強度素材を使用しなければならず、コストアップを招来するという問題点がある。
【０００６】
そこで、最近では、パイルの下端部に、外周に螺旋翼、先端部に掘削刃を備えた推進ヘッドを回転自在に嵌合させるとともに、パイルの中空部に挿入した回転ロッドと係合させて、地盤に推進ヘッドを捻じ込むように回転させながらパイルを非回転で貫入させる杭の埋設工法も提案されている。
【０００７】
例えば、図８（ａ）に示すように、推進ヘッド１を地盤Ａ上に載置し、パイル２の中空部に回転ロッド３を挿通させておき、図８（ｂ）に示すように、推進ヘッド１にパイル２の下端部を回転自在に嵌め合わせ、回転ロッド３の下端と推進ヘッド１とを係合させ、図８（ｃ）に示すように、オーガ駆動装置４の回転軸に回転ロッド３を結合させるとともに、パイル２をパイル吊持装置５で保持する。
【０００８】
次いで、図８（ｄ）に示すように、オーガ駆動装置４の駆動により、回転ロッド３を回転させることで、地盤Ａ中に推進ヘッド１が捻じ込まれるように回転することにより、パイル２は非回転で地盤Ａ内に貫入する。
【０００９】
そして、図８（ｅ）に示すように、パイル２が支持層Ｂ内に到達した時点でオーガ駆動装置４の回転を停止する。尚、パイル２はパイル吊持装置５により支持されており、所定深さまでパイル２を埋設した後は、パイル吊持装置５を引き上げ、回転ロッド３と推進ヘッド１との係合を解除して、図８（ｆ）に示すように、回転ロッド３を上方に引き上げ、パイル２から回転ロッド３を引き抜くことで、パイル２の埋設施工を終了する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平２−６２６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−８１０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、中空状のパイル２内に回転ロッド３を挿入して、パイル２の下端側に設けた推進ヘッド１の推進力により、中空状のパイル２を地盤Ａ内に埋設する方法では、施工上の理由で設計値より太い杭を使用せざるを得ない。
【００１１】
しかし、一般居住用住宅等、小規模建造物の場合、補強杭は小径杭で充分であり、小径杭の需要が高まる傾向にあるものの、杭の中空部にロッドを通さなければならない施工構造では、この要求を満たすことはできない。
【００１２】
また、推進ヘッド１を地盤Ａ内に捻じ込むことで、パイル２を非回転で貫入させるため、パイル２の杭径が大径なわりには支持強度が充分でなく、杭施工後における杭周辺の摩擦抵抗力を増大させ、パイル２の支持を強化することが望まれていた。
【００１３】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、建築または土木工事の基礎となる地盤の補強工事に使用する杭の埋設施工方法及び施工装置に係り、無排土で回転トルクが杭に加わることがないため、施工機械に応じて杭種を選択する必要がなく、しかも、杭の支持強度を強化することができる杭の埋設施工方法及び施工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、外周面に掘削推進翼を設けた中空円筒状のケーシングの下端に拡底板を取り付け、オーガ駆動装置の正方向回転駆動により、拡底板及びケーシングを地盤内に回転貫入させた後、ケーシング内に杭を挿入し、杭を拡底板に建て込み、その後、ケーシングを拡底板と引き離し、オーガ駆動装置の逆方向回転駆動により、ケーシングを地盤から外部に引き抜き、杭だけを地中に埋設施工することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明方法に使用する埋設施工装置は、杭を地中内に埋設施工するための杭の施工装置であって、掘削推進翼を備えた拡底板と、外周面に掘削推進翼を設け、上記拡底板と係脱可能に係合されるとともに、オーガ駆動装置の正逆方向回転駆動により、地中内に圧入、あるいは地中内から引き抜き可能な中空円筒状のケーシングとからなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、ケーシングは、中空円筒状の鋼管製ケーシングであり、設計杭の口径より一回り大きい口径のものを使用する。また、ケーシングは、オーガ駆動装置と接続するアダプタケーシングと、拡底板に取り付けるチャックケーシングと、双方のケーシング間に介装する継ぎ足し可能な中間ケーシングとから構成され、埋設杭の杭深度に応じて中間ケーシングの個数、あるいは寸法を適宜調整すれば良い。
【００１７】
また、各ケーシングの接合は、ケーシングの端末に設けた掘削推進機能を併有したフランジ同士を突き合わせ、ピンを打ち込むことでジョイントするのが好ましいが、慣用の中空軸のジョイント構造を適用することもできる。
【００１８】
更に、ケーシングの外周面に突設形成される掘削推進翼は、ケーシングの外周面の径周りに一定幅のフランジ状に形成した水平翼と、水平翼の一部を切り欠き、対向する端末を一方は上方に向けて傾斜させ、他方は下方に向けて傾斜させた傾斜状翼とから構成しているが、翼形状を螺旋状にしても良い。そして、ケーシングの外周面に設けられる掘削推進翼は、ケーシングの地中内への回転貫入時には、地盤を掘削し、ケーシングの引き抜き時には、土砂を杭周りに圧密させる機能を有してもよい。
【００１９】
次いで、拡底板は、地中に先行して埋設され、杭を支持する強度を備えるとともに、ケーシングの地中内への圧入時、土砂を掘削するために、拡底板には掘削推進翼が設けられている。また、拡底板にはケーシング下端のチャック部に係脱自在に装着できる係合孔が開設されているとともに、杭を支持する係合手段が設けられているのが好ましい。
【００２０】
そして、本発明方法によれば、ケーシングを地中内に回転圧入した後、ケーシング内のスペースに杭を挿入し、拡底板に杭を建て込むというものであるから、杭には回転ロッドを挿入するための中空部を必要とせず、杭のサイズを選択する必要がなく、オーガ駆動装置からの回転力が杭に伝達されないため、施工中の杭に、変形破損等が生じる恐れがない。
【００２１】
更に、このケーシングの地中内への回転貫入時、ケーシングの外周面に配設した供給管を通してケーシング下端の噴射口から水、エア等を噴射することにより、ケーシング周りの土砂とケーシングとの間の摩擦抵抗力を軽減させることで、掘削作業をより円滑に行なえる。
【００２２】
そして、ケーシングの外周面及びケーシング下端に取り付けられる拡底板には、掘削推進翼が設けられているため、オーガ駆動装置からの正方向回転力により、掘削推進翼がねじ作用を発揮し、低振動、低騒音、かつ無排土で杭を埋設するスペースを簡単に形成することができる。
【００２３】
また、ケーシング引き抜き時には、ケーシングの外周面に設けた掘削推進翼が地盤を押えつつ引き抜かれるため、土砂が杭の外周面に圧密し、杭施工後における杭と外周部との摩擦抵抗力が増大する。更に、セメントミルク等の固結液を注入することで杭施工後の摩擦抵抗力をより強化させることができ、杭の支持強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明した通り、本発明に係る杭の埋設施工方法及び施工装置によれば、杭の口径より一回り大きい口径をもつ鋼管製ケーシングの外周に掘削推進翼を設け、オーガ駆動装置により鋼管を地中に回転貫入させた後、ケーシング内に杭を挿入し、杭を拡底板に建て込み、その後、ケーシングを進入時の回転とは逆回転させることでケーシングを地盤から引き抜き、杭だけ地盤に埋設するという方法であるため、杭を地中に低騒音、低振動、無排土で埋設することができるという効果を有する。
【００２５】
更に、杭には、回転力を付与しないため、捻じりモーメントが作用せず、杭を損傷させる恐れがなく、施工機械に応じて杭種を選択する必要がなく、埋設施工を容易に能率良く行なうことができるとともに、回転ロッドを挿入する中空部を必要としないため、適切な杭種の使用が、可能となり、一般居住用住宅等、小規模建造物の構築時に使用する補強杭に有効に適用できるという効果を有する。
【００２６】
また、ケーシングを引き抜く工程において、杭周辺の地盤を押し下げ、圧設、またはセメントミルク等を注入しながらケーシングを引き抜けば、杭周辺の摩擦抵抗を増大させ、杭の支持力を強化することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る杭の埋設施工方法及び施工装置の好適な実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明に係る杭の埋設施工方法に使用する施工装置を示す外観図、図２は同埋設施工装置の構成を示す断面図、図３乃至図７は本発明に係る杭の埋設施工方法における施工手順をそれぞれ示す説明図である。
【００２９】
図１，図２において、本発明方法に使用する杭の埋設施工装置１０の構成について説明する。埋設施工装置１０は、中空円筒状の鋼管製ケーシング２０と、ケーシング２０の下端に係脱自在に嵌合される拡底板３０とから大略構成されている。
【００３０】
更に詳しくは、ケーシング２０は、オーガ駆動装置４０と連結する中空軸２１を備えたアダプタケーシング２０Ａと、拡底板３０と係合可能なチャックケーシング２０Ｂと、アダプタケーシング２０Ａとチャックケーシング２０Ｂ間に継ぎ足される中間ケーシング２０Ｃとから構成されており、このケーシング２０は、中空軸２１に加わるオーガ駆動装置４０からの回転力により、ケーシング２０自体が地盤中に埋設されるように、ケーシング２０の外周面の複数箇所に掘削推進翼２２が径方向外側に向けて突設形成されている。
【００３１】
上記ケーシング２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの接合構造としては、接合部分に雄側フランジ２３、雌側フランジ２４が相互に対向して突設形成され、雄側フランジ２３と雌側フランジ２４を重ね合わせてピンの打ち込み操作、あるいはピンの引き抜き操作により簡単に各ケーシング２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ間相互の接合離脱が可能な構成になっている。尚、本実施例では、中間ケーシング２０Ｃは二段に接合されているが、杭の深度により中間ケーシング２０Ｃの寸法を長寸仕様で単一ケーシングとするか、あるいは三段以上に接合するようにしても良い。
【００３２】
一方、拡底板３０についても、ケーシング２０の径より大型のフランジ状に形成され、この拡底板３０には、ケーシング２０の外周面に設けた掘削推進翼２２と同一機能をもつ掘削推進翼３１が形成されている。
【００３３】
また、ケーシング２０の外周面に設けた掘削推進翼２２は、ケーシング２０を地中から外部に引き抜く際には、杭５０の外周面に土砂を圧密する機能をも備えている。本実施例では、掘削推進翼２２の形状として、水平翼２２ａの対向端末に、一方は上方に向けて傾斜する傾斜状翼２２ｂを設け、他方は下方に向けて傾斜する傾斜状翼２２ｃを設けるようにしているが、螺旋状翼を設けても良い。
【００３４】
更に、チャックケーシング２０Ｂの下端には、拡底板３０に係脱自在に進入するチャック部２５が形成され、このチャック部２５は、拡底板３０の係合孔３２内に係脱可能に装着される。更に、このケーシング２０の外周面に水、エア、セメントミルク等の供給管２６が配設され、この供給管２６の先端は逆止弁を備えた逆支弁付き噴射口２７が設けられている。尚、水、エアの供給は、ケーシング２０の圧入時に行なわれ、セメントミルク等はケーシング２０の引き抜き時に行なわれるため、供給管２６には図示しない切替バルブを介して各材料タンクが接続されている。
【００３５】
また、ケーシング２０の内面には、掘削泥土逆流装置として、伸縮自在な板状弁２８が設けられている。本実施例では、チャックケーシング２０Ｂのフランジ接合部（各フランジを２８ａ，２８ｂで示す）に板状弁２８を介装し、各フランジ２８ａ，２８ｂ間をボルト締めすることで取り付けられている。
【００３６】
次いで、上記埋設施工装置１０を使用した、杭５０の埋設施工手順について説明する。まず、図３に示すように、チャックケーシング２０Ｂの下端に設けたチャック部２５を拡底板３０の係合孔３２内に嵌合させ、ケーシング２０と拡底板３０とを一体化した後、アダプタケーシング２０Ａの上端に設けられている中空軸２１と、オーガ駆動装置４０の回転駆動軸４１とを連結し、オーガ駆動装置４０を正方向回転駆動させる。そうすれば、図４に示すように、地盤Ａ内に拡底板３０の掘削推進翼３１及びケーシング２０に設けた掘削推進翼２２（特に、貫入時には、下向きの傾斜状翼２２ｃによる掘削機能が大きい）が地盤Ａ内に捻じ込まれることで、拡底板３０及びケーシング２０が地盤Ａ内に埋設されていく。
【００３７】
この時、水、エア等を供給管２６を通じてケーシング２０下端に設けた噴射口２７から噴射させながら、ケーシング２０を回転貫入させれば、ケーシング２０周りの土砂が軟化し、土砂の抵抗力を軽減させることができるため、ケーシング２０を円滑に回転貫入させることができる。そして、このケーシング２０下端の拡底板３０が支持層Ｂに到達したかどうかは、施工装置１０に附帯する深度計、あるいはトルクメータ等により支持層Ｂ到達を簡単に確認できる。
【００３８】
このように、ケーシング２０、拡底板３０の埋設が完了すれば、図５に示すように、アダプタケーシング２０Ａを中間ケーシング２０Ｃから取り外し、ケーシング２０の上部を開口し、ケーシング２０内に小径の杭５０を挿入し、拡底板３０の上面に杭５０を建て込む。この時、凹凸嵌合等により、杭５０の下端と拡底板３０との連結を図るのが好ましい。尚、小径の杭５０としては、鋼管製杭、コンクリート製杭等、素材は限定されない。
【００３９】
次いで、図６に示すように、ケーシング２０下端のチャック部２５を拡底板３０の係合孔３２から取り外し、ケーシング２０と拡底板３０とを切り離した状態でケーシング２０におけるアダプタケーシング２０Ａと中間ケーシング２０Ｃとを各フランジ２３，２４によりジョイントし、オーガ駆動装置４０を逆方向回転駆動させることで、ケーシング２０は地盤Ａから引き抜かれる。
【００４０】
この時、板状弁２８により土砂が地上に逆流することがなく、かつケーシング２０の外周面に設けられている掘削推進翼２２はケーシング２０の埋め戻し時には、特に上方に向けて傾斜する傾斜状翼２２ｂが圧密翼として有効に機能し、杭５０周囲の土砂類を圧密することで、杭５０と地盤Ａとの間の摩擦抵抗力が増大する。
【００４１】
更に、ケーシング２０の外周面に配設されている供給管２６からケーシング２０下端側の噴射口２７を通じて、セメントミルク、あるいはモルタル等の固結液を杭５０の周囲に注入しながらケーシング２０を引き抜けば、杭５０の施工後には杭５０周囲の摩擦抵抗力を増大させることができるため、杭５０の安定と支持力を高めることができる。
【００４２】
次いで、杭５０の埋設施工が完了すれば、図７に示すように、引き抜いたケーシング２０の下端のチャック部２５に次工程で埋設する拡底板３０を取り付け、次の施工ポイントで同様の埋設施工方法を実施すれば良い。
【００４３】
このように、本実施例による杭５０の埋設施工方法によれば、無排土で低振動、低騒音で施工できることは勿論のこと、内側に杭５０を配置し、外側にドリル機能をもつケーシング２０を配置することで、一般住宅用の補強杭に好適な杭５０の使用が可能になるとともに、オーガ駆動装置４０からの動力は、杭５０に加わらないため、適正な素材が使用でき、経済的に有利である。更に、ケーシング２０の外周面に掘削推進翼２２を設けたことで、掘削作業性を高め、かつ埋め戻し時には、この掘削推進翼２２により、杭５０周囲に土砂を圧密させることができるため、杭５０の周囲に土砂を圧密させて摩擦抵抗を増大させることで、杭５０の支持強度を強固に維持することができるという種々の利点を備えている。
【００４４】
上記実施例は、ケーシング２０の構成として、アダプタケーシング２０Ａとチャックケーシング２０Ｂとの間に二段の中間ケーシング２０Ｃを介装したが、杭５０の杭深度に応じて、更に、複数の中間ケーシング２０Ｃを継ぎ足すことで、杭５０の寸法に有効に適用できる。また、ケーシング２０の外周面に設けた掘削推進翼２２の形状は、螺旋翼形状等、土砂の性質や駆動負荷力を考慮して、任意形状に設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る杭の埋設施工装置の一実施例の構成を示す外観図である。
【図２】図１に示す杭の埋設施工装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る杭の埋設施工方法における装置を地盤上にセットする状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る杭の埋設施工方法における施工装置の地盤埋設工程を示す説明図である。
【図５】本発明に係る杭の埋設施工方法における杭の建て込み工程を示す説明図である。
【図６】本発明に係る杭の埋設施工方法におけるケーシングの引き抜き工程を示す説明図である。
【図７】本発明に係る杭の埋設施工方法におけるケーシングと拡底板のチャック工程を示す説明図である。
【図８】従来の杭の埋設施工工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  埋設施工装置
２０  ケーシング
２０Ａ  アダプタケーシング
２０Ｂ  チャックケーシング
２０Ｃ  中間ケーシング
２１  中空軸
２２  掘削推進翼
２３  雄側フランジ
２４  雌側フランジ
２５  チャック部
２６  供給管
２７  噴射口
２８  板状弁
３０  拡底板
３１  掘削推進翼
３２  係合孔
４０  オーガ駆動装置
４１  回転駆動軸
５０  杭
Ａ  地盤
Ｂ  支持層
【図１】
2005232791.tif 000003
【図２】
2005232791.tif 000004
【図３】
2005232791.tif 000005
【図４】
2005232791.tif 000006
【図５】
2005232791.tif 000007
【図６】
2005232791.tif 000008
【図７】
2005232791.tif 000009
【図８】
2005232791.tif 000010