(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が開放し、先端部の外周にスクリュー羽根が突設され、スクリュー羽根の下端が鋼管本体の先端より下方へ突出した鋼管杭内に、鋼管内径よりも小さな掘削ヘッドを有し外周にスパイラルスクリューが形成された掘削ロッドが挿入され、先端の掘削ヘッドが鋼管杭の先端から突出させた状態で鋼管杭と掘削ロッドを互いに逆向きに回転させ、掘削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭の下方へ突出したスクリュー羽根で地盤を掘削しながら鋼管杭と掘削ロッドを掘進させ、根固め部の構築開始位置まで掘削ヘッドが到達した時点で、鋼管杭と掘削ロッドを回転させ掘進させたまま、掘削ヘッドから固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、鋼管杭のスクリュー羽根を含む区間にソイルセメントの根固め部を構築し、掘削ロッドに引き上げや、鋼管杭を逆回転しながら定着位置まで引き上げを行い、鋼管杭を根固め部中に定着させる合成杭の施工方法。
【請求項２】
先端が開放し、先端部の外周にスクリュー羽根が突設され、スクリュー羽根の下端が鋼管本体の先端より下方へ突出した鋼管杭内に、鋼管内径よりも小さな掘削ヘッドを有し外周にスパイラルスクリューが形成された掘削ロッドが挿入され、先端の掘削ヘッドが鋼管杭の先端から突出させた状態で鋼管杭と掘削ロッドを互いに逆向きに回転させ、掘削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭の下方へ突出したスクリュー羽根で地盤を掘削しながら鋼管杭と掘削ロッドを掘進させ、根固め部の構築開始位置まで掘削ヘッドが到達した時点で、鋼管杭と掘削ロッドを回転させ掘進させたまま、掘削ヘッドから固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、鋼管杭のスクリュー羽根を含む区間にソイルセメントの根固め部を構築し、掘削ロッドに引き上げた後に、鋼管杭のみを同一向きに回転させたまま僅かに降下させて根固め部の区間を長くし、その後に鋼管杭を逆回転しながら定着位置まで引き上げを行い、鋼管杭を根固め部中に定着させる合成杭の施工方法。
【請求項３】
請求項１、もしくは請求項２において、鋼管杭先端のスクリュー羽根を含む部分が少なくともソイルセメントの根固め部内に位置させて鋼管杭を根固め部中に定着させる合成杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鋼管杭を用いた合成杭の施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
鋼管杭を埋設する方法には鋼管杭内に挿入され、周面に連続するスパイラルスクリューが形成された掘削ロッドの掘削ヘッドにより地盤を掘削し、排土しながら、鋼管杭を圧搾空気により圧入する中掘り工法と、特許第 2731806号のように鋼管杭の埋設区間にソイルセメントを構築した後に、もしくは特許第 2866248号等のようにソイルセメントを構築しながら、地盤の掘削と鋼管杭の圧入を行う工法の他、特開昭59−109616号，特開昭61-98818号等のように鋼管杭の先端にスクリュー羽根を突設し、スクリュー羽根で地盤を掘削、排除しながら、鋼管杭を直接ねじ込む工法がある。
【０００３】
鋼管杭の先端にスクリュー羽根を突設する方法には特開昭59−109616号のように鋼管杭の先端を閉塞させる場合と、特開昭61-98818号，特開昭62−228518号，特開昭62−296014号等のように開放させる場合がある。
【０００４】
中掘り工法では掘削ロッドの連続するスパイラルスクリューにより掘削土が排出されるため、排土量、すなわち建設発生土が多くなる難点がある他、排土量の増加に伴い、杭周辺地盤及び支持層を緩め、地盤の鉛直支持力を低下させる問題がある。
【０００５】
ソイルセメントの構築と共に鋼管杭を圧入する方法では地表から鋼管杭先端までに亘って鋼管杭より径の大きいソイルセメントを構築するため、コスト高になる。また鋼管杭の継手が必要で、施工終了までに長時間を要する長尺杭の場合には鋼管杭の埋設完了時に上方のソイルセメントが硬化を始めるため、掘削ロッドの回収が不可能になる等の問題がある。
【０００６】
ソイルセメントの硬化時期を遅延させるために遅延剤（例えばポゾリスNo.89（商品名））を添加する方法もあるが、ソイルセメントに対しては遅延剤の効果が小さくなることから、必要な遅延剤の添加量が大量（セメントに対して1.5 〜５％）になるため、コスト高になる。
【０００７】
鋼管杭の先端外周にスクリュー羽根を突設する方法の内、先端を閉塞させた場合には貫入時の抵抗が大きいことから、大径の鋼管杭の沈設が不可能であるため、鋼管杭の荷重支持能力に限界があり、小規模構造物にしか対応できない。
【０００８】
先端を開放させた場合は貫入時の抵抗は小さいものの、開放していることで径に見合う先端支持力を期待することができない。この場合、地盤反力はスクリュー羽根が受けるため、羽根の付け根に過大な曲げ応力が作用し、その応力に抵抗させるために羽根の板厚を増すか、受圧面積を小さくするために羽根の径を小さくすることが必要になり、板厚を増せばコスト高になり、径を小さくすれば大きな先端支持力が見込めない。
【０００９】
この発明は従来工法の上記不利益を解消する合成杭の施工方法とその方法に使用される鋼管杭及びそれを用いた合成杭を提案するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１では鋼管杭の埋設状態での鋼管杭の主に先端部にソイルセメントによる根固め部を構築し、鋼管杭を根固め部中に定着させることにより、鋼管杭を用いた従来の施工方法の不利益を解消する。
【００１１】
鋼管杭の先端はその内部に挿入される掘削ロッドによる掘削のために開放し、先端部の外周には降下時の地中への貫入を容易にするためと、定着後の先端支持力を得るためにスクリュー羽根が突設される。
【００１２】
施工は、先端が開放し、先端部の外周にスクリュー羽根が突設され、スクリュー羽根の下端が鋼管本体の先端より下方へ突出した鋼管杭内に、鋼管内径よりも小さな掘削ヘッドを有し外周にスパイラルスクリューが形成された掘削ロッドが挿入され、先端の掘削ヘッドが鋼管杭の先端から突出させた状態で鋼管杭と掘削ロッドを互いに逆向きに回転させ、掘削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭の下方へ突出したスクリュー羽根で地盤を掘削しながら鋼管杭と掘削ロッドを掘進させ、根固め部の構築開始位置まで掘削ヘッドが到達した時点で、鋼管杭と掘削ロッドを回転させ掘進させたまま、掘削ヘッドから固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、鋼管杭のスクリュー羽根を含む区間にソイルセメントの根固め部を構築し、掘削ロッドに引き上げや、鋼管杭を逆回転しながら定着位置まで引き上げを行い、鋼管杭を根固め部中に定着さて合成杭として完成するか、前記のように鋼管杭のスクリュー羽根を含む区間にソイルセメントの根固め部を構築し、掘削ロッドに引き上げた後に、鋼管杭のみを同一向きに回転させたまま僅かに降下させて根固め部の区間を長くし、その後に鋼管杭を逆回転しながら定着位置まで引き上げを行い、鋼管杭を根固め部中に定着させることで合成杭として完成する。
【００１３】
ソイルセメントは正の摩擦力を期待するために必要に応じて鋼管杭の軸方向の中間部に構築される場合もある。
ソイルセメントを鋼管杭の主に先端部に構築することで、掘削液の必要量が鋼管杭の全長に亘ってソイルセメントを構築する場合より大幅に削減され、掘削液の削減によりソイルセメントの硬化時の体積増加が少なくなるため、体積増加分に相当する量の掘削土の排出、すなわち排土量が削減され、同時に建設発生土量が削減される。排土量の削減により杭周辺地盤及び支持層の緩みが抑制され、地盤の鉛直支持力の低下が防止される。
【００１４】
施工は中掘り工法と同じであるが、掘削ロッドの外周に形成されるスパイラルスクリューを軸方向に断続的に配置する、または掘削ロッドの径を小さくする、もしくはスクリューの径を小さくすることで、排土量の抑制が可能になる。
【００１５】
鋼管杭が先端が開放した形でありながら、主に先端部に構築される根固め部と共に合成杭として完成することで、先端が閉塞した形と同等となり、鋼管杭の径に見合う先端支持力が期待される。特に先端支持力はスクリュー羽根を含めた鋼管杭の断面積で決まるため、先端閉塞形のスクリュー羽根付き鋼管杭と同等の支持力が確保される。
【００１６】
またスクリュー羽根が根固め部内に埋設され、根固め部のソイルセメントに拘束されることで、スクリュー羽根付き鋼管杭でありながら、スクリュー羽根には地盤反力による曲げ応力が発生せず、せん断力のみが作用するため、必要な先端支持力を得る上で羽根の板厚を小さくできる。あるいは曲げ応力の発生がないことで、スクリュー羽根が曲げ応力に抵抗する必要がなくなるため、板厚を小さくしながら径を拡大することが可能になり、径の拡大により先端支持力の増大が望める。
【００１７】
請求項１や請求項２に記載のように鋼管杭のスクリュー羽根の下端を鋼管本体の先端より下方へ突出させ、掘削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭のスクリュー羽根で地盤を掘削しながら、鋼管杭と掘削ロッドを掘進させる場合はスクリュー羽根が掘削ロッドの掘削ヘッドと共に地盤を掘削するため、スクリュー羽根の部分の地盤を掘削するために掘削ロッドに径の拡縮が可能な拡大翼付きの掘削ヘッドを接続する必要がなくなり、掘削ロッドが拡大翼付きの場合より掘削ロッドの径を小さくできる他、鋼管杭の沈設作業が単純化される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図４−(a) 〜(f) に示すように先端が開放した鋼管杭１と、鋼管杭１の先端から突出する掘削ロッド２を互いに逆向きに回転させ、掘削ロッド２の掘削ヘッド21と鋼管杭１の下方へ突出したスクリュー羽根11で盤を掘削しながら、鋼管杭１と掘削ロッド２を掘進させ、鋼管杭１が一定深度に到達した時点で、鋼管杭１の主に先端部にソイルセメントの根固め部３を構築し、鋼管杭１を根固め部３中に定着させ、合成杭４を構築する。
【００２０】
鋼管杭１の先端部の外周には鋼管杭１を回転により掘進させ、根固め部３への定着後に先端支持力を発揮するスクリュー羽根11が突設される。図３，図６はスクリュー羽根11を一巻きで形成した場合、図５，図７はスクリュー羽根11を半巻きにし、２枚のスクリュー羽根11，11を中心に関して点対称に配置した場合、図８は一巻きの２枚のスクリュー羽根11，11を点対称に配置した場合、図９は図７に示す２枚１組のスクリュー羽根11，11を軸方向に距離をおいて２段に配置した場合を示すが、スクリュー羽根11の巻き数と配置は問われない。
【００２１】
図３は請求項以外の方法で使用される鋼管杭１と掘削ロッド２を、図５は請求項３の方法で使用される鋼管杭１と掘削ロッド２を示している。図６〜図９は請求項３の方法で使用される鋼管杭１の詳細を示す。いずれの場合もスクリュー羽根11の外径は鋼管杭１の外径の1.1 〜２倍程度に設定される。
【００２２】
請求項以外の方法のように鋼管杭１のスクリュー羽根11が地盤の掘削をしない場合は、図３に示すようにスクリュー羽根11の下端が鋼管本体10の先端より下方へ突出する必要はないが、本発明のようにスクリュー羽根11が掘削ヘッド21と共に地盤を掘削する場合は図５〜図９に示すようにスクリュー羽根11の下端が鋼管本体10の先端より突出し、その突出側の先端は爪状に形成される、もしくは先端に爪が突設される。図５〜図９に示す鋼管杭１は請求項以外の方法にも使用できる。
【００２３】
スクリュー羽根11が地盤の掘削をしない請求項以外の方法の場合、鋼管杭１には図３−(a) ，(b)に示すように掘削ヘッド21の上に、径の拡縮が可能で、開放時に径がスクリュー羽根11の外径より大きくなり、閉鎖時に径が鋼管杭１の内径より小さくなる爪付きの拡大翼22が接続された掘削ロッド２が組み合わせられる。本発明のようにスクリュー羽根11が地盤を掘削する場合は図５に示すように拡大翼22のない掘削ロッド２が使用される。
【００２４】
拡大翼22は掘削ロッド２に固定された支持材24に水平軸25回りに回転自在に支持され、図３−(a) に示す開放状態は拡大翼22を貫通するピン26によって保持され、引き抜き時に拡大翼22が鋼管杭１の下端に衝突し、ピン26が破断することで(b) に示す閉鎖状態になる。
【００２５】
図１により請求項以外の施工手順を説明する。(a) ，(b) に示すように鋼管杭１の先端から掘削ヘッド21と拡大翼22を突出させ、拡大翼22を開放させた状態で、鋼管杭１と掘削ロッド２を互いに逆向きに回転させ、掘削ヘッド21と拡大翼22で地盤を掘削しながら鋼管杭１が一定深度に到達するまで鋼管杭１と掘削ロッド２を掘進させる。
【００２６】
掘削ロッド２の外周にはソイルセメントを構築する上で不要な掘削土を排出するためのスパイラルスクリュー23が形成されるが、本発明では請求項１、請求項３共、ソイルセメントの構築位置が主として根固め部３であり、多量の掘削土を排出する必要がないことから、図１〜図４に示すようにスパイラルスクリュー23は軸方向に断続的に形成され、必要により掘削ロッド２やスパイラルスクリュー23の径は小さく設定される。掘削ロッド２の径やスパイラルスクリュー23の径を小さくし、スパイラルスクリュー23を軸方向に連続的に形成する場合もある。
【００２７】
(c) に示すように根固め部３の構築開始位置まで掘削ヘッド21が到達した時点で、鋼管杭１と掘削ロッド２を回転させたまま、掘削ヘッド21からセメントミルク等の固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、(d) ，(e) に示すように掘削ヘッド21が根固め部３の構築終了位置に到達するまで継続し、掘削土と掘削液からなるソイルセメントの根固め部３を構築する。掘削液は掘削ヘッド21と拡大翼22及びスクリュー羽根11によって掘削土と攪拌・混合される。
【００２８】
その後、(e) ，(f) に示すように鋼管杭１を残し、拡大翼22を鋼管杭１の先端に突き当てて閉鎖させた状態で掘削ロッド２が引き抜かれる。
根固め部３の構築時、根固め部３の大径部分は拡大翼22によって鋼管杭１の先端より下まで構築されるため、根固め部３の構築完了によりスクリュー羽根11の全体が根固め部３内に埋設され、拘束された状態になる。
【００２９】
根固め部３の構築後は(f) に示すように掘削ロッド２を引き抜くのみで鋼管杭１の定着が完了し、同時に合成杭４が完成する。
図２は鋼管杭１の軸方向中間部から先端部まで根固め部３を構築した場合の施工手順を示す。
【００３０】
この場合は(b) に示すように鋼管杭１の先端が埋設深度の中間部の深度に到達した時点で掘削液の吐出や噴出が開始され、鋼管杭１の先端が目標の埋設深度に到達するまで継続されるが、図１−(d) 〜(f) における根固め部３より上の、深度の浅い根固め部31に対してはそれ以深の根固め部３に対する掘削液より固化材の配合割合の小さい、もしくは添加量の少ない掘削液が吐出、もしくは噴出される。
【００３１】
(c) に示すように鋼管杭１の先端が図１における根固め部３の構築開始位置まで降下したところで、固化材の配合割合や添加量を多くした掘削液を吐出、もしくは噴出して根固め部３を構築し、その後、(d) 〜(f) に示すように図１の場合と同じ工程を経て合成杭４が完成する。
【００３２】
図４により本発明の施工手順を説明する。この場合も(a) ，(b) に示すように鋼管杭１の先端から掘削ヘッド21を突出させた状態で、鋼管杭１と掘削ロッド２を互いに逆向きに回転させ、掘削ヘッド21と鋼管杭１のスクリュー羽根11で地盤を掘削しながら鋼管杭１が一定深度に到達するまで鋼管杭１と掘削ロッド２を掘進させる。
【００３３】
(c) に示すように根固め部３の構築開始位置まで掘削ヘッド21が到達した時点で、鋼管杭１と掘削ロッド２を回転させ掘進させたまま、掘削ヘッド21から掘削液を吐出、もしくは噴出し、(d) に示すように掘削ヘッド21が根固め部３の構築終了位置に到達するまで継続し、掘削土と掘削液からなるソイルセメントの根固め部３を構築する。
【００３４】
図４の場合はスクリュー羽根11が地盤を掘削することでスクリュー羽根11の先端位置と根固め部３の大径部分の最下端位置が一致するが、スクリュー羽根11の上に位置する根固め部３がスクリュー羽根11を拘束することで、地盤反力によってスクリュー羽根11に曲げモーメントが作用することは回避されるため、(d) の段階で掘削ロッド２を引き抜くことで施工を終了させることもできる。
【００３５】
本発明ではスクリュー羽根11の外径と根固め部３の径が一致するが、それに加え、スクリュー羽根11の先端位置と根固め部３の大径部分の最下端位置が一致している場合、地盤応力が根固め部３の全断面において均等にならない可能性があることから、図面では根固め部３によるスクリュー羽根11を含めた鋼管杭１の全断面の閉塞効果、すなわち鋼管杭１全体の耐力を上げるために、スクリュー羽根11の先端を根固め部３の大径部分の最下端より上に位置させている。
【００３６】
この場合、(d) ，(e) に示すように掘削ヘッド21による根固め部３の構築後、掘削ロッド２を引き抜く一方、鋼管杭１のみを同一向きに回転させたまま僅かに降下させて根固め部３の区間を長くし、(f) に示すように鋼管杭１を逆回転させながら定着位置まで引き上げること、もしくは根固め部３の構築後、鋼管杭１を逆回転させながら定着位置まで引き上げることが行われる。
【００３７】
鋼管杭１を定着位置まで引き上げたところで鋼管杭１の定着が完了し、同時に合成杭４が完成する。
なお、鋼管杭の軸方向中間部から先端部まで根固め部を、図２の手順に習って深度の浅い根固め部に対してはそれ以深の根固め部に対する掘削液より固化材の配合割合の小さい、もしくは添加量の少ない掘削液が吐出、もしくは噴出することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
鋼管杭の埋設状態での鋼管杭の主に先端部にソイルセメントによる根固め部を構築し、鋼管杭を根固め部中に定着させることで、鋼管杭を根固め部と共に合成杭として完成させるため、完成する鋼管杭は先端開放形でありながら、先端閉塞形と同等となり、鋼管杭の径に見合う先端支持力を得ることができる。
【００３９】
特に先端支持力はスクリュー羽根を含めた鋼管杭の断面積で決まるため、先端閉塞形のスクリュー羽根付き鋼管杭と同等の支持力を確保できる。
またスクリュー羽根が根固め部内に埋設され、根固め部のソイルセメントに拘束されることで、スクリュー羽根付き鋼管杭でありながら、スクリュー羽根に地盤反力による曲げ応力を作用させず、せん断力のみを作用させることができる。
【００４０】
この結果、必要な先端支持力を得る上で羽根の板厚を小さくすることができ、鋼管杭の製作コストの削減が図られる。あるいは曲げ応力の発生がないことで、板厚を小さくしながら径を拡大することが可能になり、径の拡大により先端支持力の増大が望める。
【００４１】
加えてソイルセメントを鋼管杭の主に先端部に構築することで、掘削液の必要量が鋼管杭の全長に亘ってソイルセメントを構築する場合より大幅に削減され、その分、ソイルセメントの硬化時の体積増加が少なくなるため、掘削土の排出量が削減され、建設発生土量が削減される。排土量の削減により杭周辺地盤及び支持層の緩みが抑制され、地盤の鉛直支持力の低下が防止される。
【００４２】
特に本発明では鋼管杭のスクリュー羽根の下端を鋼管本体の先端より下方へ突出させ、掘削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭のスクリュー羽根で地盤を掘削しながら、鋼管杭と掘削ロッドを掘進させるため、スクリュー羽根の部分の地盤を掘削するために掘削ロッドに径の拡縮が可能な拡大翼付きの掘削ヘッドを接続する必要がなく、拡大翼付きの場合より掘削ロッドの径を小さくできる。また鋼管杭の沈設作業が単純化される。
また、本発明方法では、スクリュー羽根の下端が先端より突出した鋼管杭を下降させてスクリュー羽根の外径と根固め部の径が一致する根固め部を構築する工程を必須の構成としているが、その後で鋼管杭を定着位置まで引き上げており、スクリュー羽根の先端位置と根固め部の大径部分の載荷端位置が一致する場合のように地盤応力が根固め部の全断面積において均等にならない可能性がないようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) 〜(f) は請求項以外の施工手順を示した立面図である。
【図２】(a) 〜(f) は請求項以外の他の施工手順を示した立面図である。
【図３】(a) は請求項以外の方法で使用される鋼管杭と拡大翼付きの掘削ロッドを示した立面図、(b) は(a) の拡大翼が閉鎖した状態を示した立面図である。
【図４】(a) 〜(f) は本発明の施工手順を示した立面図である。
【図５】請求項３の方法で使用される鋼管杭と掘削ロッドを示した立面図である。
【図６】(a) は本発明の方法で使用される鋼管杭の下端部を示した立面図、(b) は(a) の平面図である。
【図７】(a) は本発明の方法で使用される他の鋼管杭の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。
【図８】(a) は本発明の方法で使用される他の鋼管杭の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。
【図９】(a) は本発明の方法で使用される他の鋼管杭の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。
【符号の説明】
１……鋼管杭、10……鋼管本体、11……スクリュー羽根、２……掘削ロッド、21……掘削ヘッド、22……拡大翼、23……スパイラルスクリュー、24……支持材、25……水平軸、26……ピン、３……根固め部、31……根固め部、32……合成杭
【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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