(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭先端に開口を有すると共に螺旋状の羽根を固着してなる回転圧入鋼管杭の施工方法であって、
回転圧入鋼管杭を地層に貫入する前に、杭配設位置の地面に回転圧入鋼管杭をセットしてその鋼管杭内に粒状体を投入して、前記杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態、
または、回転圧入鋼管杭を地層に貫入する前に、杭配設位置の地面を掘った溝に粒状体を設けるか、あるいは杭配設位置の地面上に盛り上げるように粒状体を設けて、その上から回転圧入鋼管杭を貫入することで、前記杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態のいずれかの方法により、杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態で回転圧入鋼管杭を地層に貫入施工し、杭先端が支持層に達するまでの地層への貫入施工中に、土砂が杭内に進入するのを抑止または土砂の進入を低減することを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体の量を、施工地盤の調査結果、杭形状および施工機械等の条件に応じて設定することを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体の詰め込み部に閉塞促進手段を備え、前記土砂進入の抑制作用を強化することを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
【請求項４】
請求項３に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記閉塞促進手段が、鋼管杭の内周に固着された環状部材であることを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体を鋼管杭の前記閉塞促進手段を含む範囲に詰め込むことを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
【請求項６】
粒状体が、砂、砂利、高炉スラグであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭先端に開口を有すると共に螺旋状の羽根を固着してなる回転圧入鋼管杭の施工方法に関し、特に回転圧入鋼管杭内部への土砂の進入量を調整可能な施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設現場における残土の処理方法としては、建設現場外に搬出・処理する建設残土量を低減するために、残土を杭体の内部に投入することがよく行われている。その場合、杭体内部に投入できる残土量が多いほど、搬出・処理する残土量を低減でき、建設コストの低減を図ることができる。
また、鋼管杭の場合には、杭頭部にコンクリートを打設することで補強を行なうことも一般によく行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
杭体内部に投入できる残土量を増やすためには、杭体内部の空間を大きくすることが必要である。例えば閉端の鋼管杭であれば、施工後の杭体の全長が空間になっているために、杭体内に投入できる残土量は最大となる。しかし、閉端杭は特に大径の杭では支持層への貫入抵抗が大きくなるために、施工性が悪いという欠点がある。これに対して大径の杭を中心として、施工性をよくするために開端の杭が用いられている。開端杭の場合には、施工性が向上するものの、施工中に杭体内に土砂が進入し、残土投入用の杭体内空間が少なくなってしまう。
【０００４】
一方、建物の条件によっては、杭頭が地面より低いレベルになることも多く、特に地下階を有する建物では杭頭レベルもかなり低くなる。その際に地盤条件にもよるが、杭先端から杭内に進入した土砂が杭頭まで達することもある。このように土砂が杭頭まで達すると、杭頭部にコンクリートを充填する必要がある場合には杭頭部の土砂を除去する手間が生じてしまう。
【０００５】
したがって、施工性の良い開端杭で、施工中に杭体内部に進入する土砂の量を低減できれば、施工性が良く、且つ残土投入用の空間が大きく確保されることになる。また、杭頭部にコンクリートを充填する必要がある場合にも杭頭部の土砂の除去作業が不要となり、施工性が向上する。
ここで、閉端杭の施工性が悪くなるのは、主として支持層地盤への貫入時であり、支持層の上方の軟弱層地盤の貫入時には、閉端であっても施工性はそれほど低下しない。一方、通常の開端杭においては、軟弱層の土砂が杭体内部に進入するために、内部空間が減ってしまう。支持層への貫入量は、通常は杭径の１倍から５倍程度であり、支持層貫入時の土砂の進入だけであれば、内部空間はほとんど減少しない。
【０００６】
そこで、本発明は、軟弱層地盤においては閉端杭状態で貫入していき、支持層貫入時には開端杭的な貫入ができ、施工性の良さと杭体内部空間の確保とを両立できる回転圧入鋼管杭の施工方法の実現化を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、杭先端に開口を有すると共に螺旋状の羽根を固着してなる回転圧入鋼管杭の施工方法であって、
回転圧入鋼管杭を地層に貫入する前に、杭配設位置の地面に回転圧入鋼管杭をセットしてその鋼管杭内に粒状体を投入して、前記杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態、
または、回転圧入鋼管杭を地層に貫入する前に、杭配設位置の地面を掘った溝に粒状体を設けるか、あるいは杭配設位置の地面上に盛り上げるように粒状体を設けて、その上から回転圧入鋼管杭を貫入することで、前記杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態のいずれかの方法により、杭先端の開口部に所定量の砂などの粒状体を先詰めした状態で回転圧入鋼管杭を地層に貫入施工し、杭先端が支持層に達するまでの地層への貫入施工中に、土砂が杭内に進入するのを抑止または土砂の進入を低減することを特徴とする。なお、本明細書において「抑制」とは、杭先端が支持層に達するまでの施工中に杭内に土砂が進入することを抑止または杭内に進入する土砂の量（杭内進入土砂量）を低減する意味で使用している（以下同じ）。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体の量を、施工地盤の調査結果、杭形状および施工機械等の条件に応じて設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体の詰め込み部に閉塞促進手段を備え、前記土砂進入の抑制作用を強化することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記閉塞促進手段が、鋼管杭の内周に固着された環状部材であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３または４に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記粒状体を鋼管杭の前記閉塞促進手段を含む範囲に詰め込むことを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の回転圧入鋼管杭の施工方法であって、粒状体が、砂、砂利、高炉スラグであることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、回転圧入鋼管杭が軟弱層地盤等の地盤に貫入する前に、回転圧入鋼管杭の先端に予め砂などの粒状体を先詰めした場合、軟弱層地盤の施工過程ではほぼ閉端杭の施工状態となる。そして、支持層に達すると地盤の抵抗力により開端杭の施工状態となるので施工性は良好である。支持層中では先端の土砂が粒状体を押し込んで杭体内に進入するが、軟弱層の土砂が杭体内に進入していないので、杭体内部には大きな中空部が生じ、施工現場における廃土処理容量が十分に確保される。
【００１４】
また、本発明において、回転圧入鋼管杭を所定の深さまで回転圧入することにより杭先端から一定量の土砂が杭内部に充填された状態で、杭上部から所定量の砂などの粒状体あるいは所定重量のウエイトを杭内部に投入した場合、以後の軟弱層地盤の施工過程ではほぼ閉端杭の施工状態となり、体内への土砂の進入がそれ以上抑止され、地盤の抵抗力により開端杭の施工状態となる支持層中でも土砂の進入量はある程度抑制される。すなわち、杭先端から杭内に進入した土砂が杭頭まで達することはなく、杭頭部にはコンクリートを充填可能な中空部が確保される。
したがって、杭頭部にコンクリートを充填する必要がある場合、杭頭部に適切な範囲のコンクリート充填用の中空部が確保されるため、杭頭部の土砂の除去作業あるいは杭内への土砂の埋め戻し作業が不要となり、施工性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の施工方法に用いる杭の一例を図１０に示し、簡単に構造説明すると、先端が開端の回転圧入鋼管杭であり、この鋼管杭１の螺旋状先端面２１には、鋼管の内径よりも小さな内径を有するとともに、鋼管の外径よりも大きな外径を有する円盤状（リング状）の鋼板が半径方向に一部切欠されて螺旋状に形成されて、溶接により同心状に固着されて螺旋状羽根１ａが構成され、螺旋状羽根１ａの切欠された一端側に掘削刃２０が溶接により固着されており、また鋼管杭先端部の螺旋状切断部の始端部１７と終端部１８とは円弧状の段差部分１９を介して接続されている。前記螺旋状羽根１ａの外径（Ｄｗ）は、鋼管杭外径（Ｄｐ）の略１．５〜２倍の外径で、螺旋状羽根２の内径は、鋼管杭内径の略０．４〜０．９倍の内径とされている。
【００１６】
＜第１実施形態＞
次に本発明の施工方法の第１実施形態を図１〜図８を参照して説明する。図１は第１実施形態の施工手順を示す説明図である。図２、図３は施工方法に関する説明図である。図４、図５は各種地盤における鋼管杭内への土砂進入傾向を示す参考図である。図６〜図８は杭先端に詰め込んだ砂の支持力試験を示す説明図である。
図１のＳＴＥＰ１のように、鋼管杭１をその配設位置の地面２にセットする。この鋼管杭１は、先端部に開口３を有すると共に、先端部にほぼ一巻きの螺旋状羽根１ａが固着された回転圧入鋼管杭１であり、例えば図２に示すような全旋回式の施工機械４またはオーガーマシンにより回転圧入されるものである。
【００１７】
ついで、ＳＴＥＰ２において、鋼管杭１の先端部に砂、砂利、鉱炉スラグなどの粒状物７（以下単に砂７という）を投入し、締め固める。投入量は後述する施工地盤の調査結果、鋼管杭１の形状および施工機械４等の条件に応じて決定する。
【００１８】
また、先詰めの一形態としての砂７の投入方法としては、例えば図３（ａ）のように杭配設位置の地面２に鋼管杭１をセットしてから砂７を投入するか、あるいはさらに投入された砂を締め固める方法を採るか、あるいは図３（ｂ）のように杭配設位置の地面２を掘って砂７を入れ、その上から鋼管杭１を貫入し、砂７部分を締め固める方法を採るか、あるいは図３（ｃ）のように地面２上に砂を盛り上げて、その上から鋼管杭１を貫入するか、貫入後砂７部分を締め固める方法を採るなどの方法がある。なお、砂７を杭内に投入するだけで、充分である場合には、さらに締め固めるようにしなくてもよい。
【００１９】
ＳＴＥＰ３で、鋼管杭１の回転圧入を開始する。ＳＴＥＰ４は、軟弱地層５を経て鋼管杭１の先端部が支持層６に到達した状態を示す。到達前の軟弱地層５を通過している間は、鋼管杭１先端部の締め固められた砂７の抵抗により地盤中の土砂８は鋼管杭１内にはほとんど進入しないで抑制される。すなわち、杭先端が支持層に達するまでの施工中に、杭内に土砂が進入することを抑止または杭内に進入する土砂の量（杭内進入土砂量）を低減している。
【００２０】
ＳＴＥＰ５では、鋼管杭１は支持層６内に所定量貫入され、施工を完了する。支持層６は硬いので、この地層での貫入時には、土砂８が鋼管杭１先端部の締め固められた砂７を押し上げて、杭先端から鋼管杭１内に進入する。そして、ＳＴＥＰ６で、鋼管杭１の中空部９に施工現場の残土１０を投入する。なお、必要に応じて、杭頭部に補強用のコンクリートを打設するようにしてもよい（図示を省略する）。
【００２１】
こうして、鋼管杭１の先端部に砂７を詰め込むことにより、施工完了後に鋼管杭１内に残土１０の処理用の中空部９を大きく確保することができる。
【００２２】
図４（ａ）右図，（ｂ）右図および図５（ｃ）右図，（ｄ）右図は、開端の回転圧入鋼管杭で、先端に砂７を詰めてない杭１１（１）を、代表的な４つのタイプの地盤２１〜２４に圧入した場合について、圧入の進行に伴なって杭１１先端から杭１１内に進入する土砂８の量を模式的に示す。すなわち、この鋼管杭１１は開端であり、先端部に「締め固められた砂７」がないので、従来の開端杭の場合に各地盤条件下でどの程度の土砂８の進入が生じるかを模式的に示している。
【００２３】
そして、つぎに概略的に示す代表的な４つのタイプの地盤２１〜２４の硬さ（Ｎ値）は、それぞれ図４、図５の（ａ）左図〜（ｄ）左図に対応する。
地盤２１：一般にＬ型地盤と呼ばれる地盤であり、支持層６に至るまでずっと軟弱地層５が続くもの。
地盤２２：Ｌ型地盤の軟弱地層５に相当する部分に、やや硬い中間層１２があるもの。
地盤２３：地盤の強度（Ｎ値）が深度が深くなるほど硬くなるもの。
地盤２４：上記３つの状態が組み合わさったもの。
【００２４】
なお、図４、図５の（ａ）〜（ｄ）各図の縦軸Ｙは地面２から軟弱地層５を経て支持層６に至る深度を示し、左半部の図の横軸（地表面側を、地盤強度を表す横軸として仮定している。）は地盤強度（Ｎ値）を示し、右半部の図の横軸（地表面側を、管内土高さを表す横軸として仮定している。）は鋼管杭１１内に進入する土砂８の量（土砂８の天端の高さ）を示す。
【００２５】
図４（ａ）のように、Ｎ値が小さくて一定で支持層６に至るまでずっと続く軟弱地層５（左半部の図）では、地表面付近で土砂が進入し緩い閉塞状態（支持力に対しては不十分であるが、軟弱層の土砂の進入には抵抗できる程度の閉塞）になった後は、進入土砂８もほとんどなくて管内土の高さはほぼ一定である（右半部の図）。そして、鋼管杭１１の先端が支持層６に達すると、地盤のＮ値が急上昇すると共に土砂８が進入し始め、支持層へある程度貫入すると先端支持力を発揮できるレベルで閉塞する。
【００２６】
また、図４（ｂ）のように、軟弱地層５中にやや硬い中間層１２があると（左半部の図に硬さの高い層があると）進入土砂８が増加し、その硬い中間層１２を通過した後に、その中間層１２よりも軟らかな地盤を通過する際には土砂８の進入はない。その後、鋼管杭１１が支持層６に達するとＮ値が急上昇すると共に土砂８の進入が再開する。そして、開端部が閉塞するとそれ以上の土砂８の進入は無くなる。このような閉塞状態になると開端杭であっても、閉端杭と同様の鉛直支持力を発揮できる。
【００２７】
また、図５（ｃ）のように、軟弱地層５中で貫入深度と共にＮ値が増加する地盤では、土砂８の進入も継続的に続き、支持層６に貫入し、先端が閉塞すると土砂８の進入はほぼ止まる。
【００２８】
そして、図５（ｄ）のように、軟弱地層５中でＮ値が変動する地盤条件下では進入土砂８も対応して変動し、その後、支持層６に達すると進入土砂８は若干の増加の後、先端が閉塞すると土砂の進入は止まる。
【００２９】
こうして、鋼管杭１１内に進入した土砂８は地盤の硬い部分で鋼管杭１１内に進入し、地盤の硬さが一定であれば、ある程度進入した時点で、それ以上の土砂８の鋼管杭１１内への進入はなくなる。
もちろん実際の地盤の状態は非常に複雑であり、この通りの挙動を示さない場合もある。例えば図４（ａ）に示すＬ型地盤であっても、軟弱層が非常に軟弱な粘性土である場合は、先端開口部がなかなか閉塞されず（先述した緩い閉塞状態にならない）、継続的に土砂が進入することもある。しかし管内への土砂の入り方の大まかな傾向は説明した通りであり、これまで全国各地で行なった施工記録によると、施工終了時に管内に進入した土砂の高さは、杭長のおよそ半分程度になることが多かった。
【００３０】
図６（ａ）は、予め鋼管１３の先端に砂７を詰め込んでおくことによって、その砂７がどれだけの鉛直荷重に耐えられるかを確認するための閉塞試験に用いた試験装置を概念的に示す。試験には直径Ｄｐ＝６００ｍｍの鋼管１３を用い、鋼管１３の先端部に高さｈ＝１×Ｄｐ分詰めた砂７（試験体）と、高さｈ＝２×Ｄｐ分詰めた砂７を準備した。そして、鋼管１３の内径に摺動可能な径の円柱状架台１４の上に砂７を介して支持された鋼管１３に載荷板１５をのせ、この載荷板１５を下方へ押し下げることにより、砂７の鉛直支持力を測定した。なお、同様の試験を直径Ｄｐ＝２００ｍｍ〜１０００ｍｍの鋼管を用いて実施して、ほぼ同様な傾向があることを確認している。
【００３１】
なお、鋼管１３内に詰め込んだ（先詰めした）砂７の抵抗力を増大する方法として、鋼管１３の内面に、図６（ｂ）に示すような環状部材からなる閉塞促進リング１６（閉塞促進手段）を固着する方法が有効である（後述）。なお、閉塞促進手段は上記の閉塞促進リング１６に限定されるものではない。
【００３２】
図７は、鋼管杭１３の直径Ｄｐ＝６００ｍｍ、閉塞促進リング１６無しで、先詰め砂７の高さｈ＝１×Ｄｐの場合とｈ＝２×Ｄｐの場合について、鉛直荷重（先詰め砂７の抵抗力であり、縦軸）と載荷板１５の変位（鋼管杭１１の変位であり、横軸）を測定した結果を示す。
【００３３】
砂７の高さｈ＝１×Ｄｐの場合は、鉛直荷重は約１００（ｋＮ）で小さいが、砂７の高さｈ＝２×Ｄｐの場合は、鉛直荷重は約６００（ｋＮ）で６倍に増加する。
【００３４】
図８は、鋼管杭１３の直径Ｄｐ＝６００ｍｍ、先詰め砂７の高さｈ＝２×Ｄｐの場合で、閉塞促進リング１６の有効性を調べた結果を示す。閉塞促進リング１６無しの場合の鉛直荷重は約６００（ｋＮ）で、上記図７と同じであるが、閉塞促進リング１６を備えることにより鉛直荷重は約２５００（ｋＮ）で、約４倍強と大幅に抵抗力が増加する結果が得られた。
【００３５】
こうして、先詰め砂７の高さｈを調整することにより、支持できる鉛直荷重の調整が可能であるので、鋼管杭１の施工時に鋼管杭１の先端部（底板相当部）に作用する貫入抵抗（鉛直方向の抵抗）よりも上記支持可能な鉛直荷重を大きく設定すれば鋼管杭１内に土砂８が進入しないことになる。すなわち、「管内に先詰めした砂７の抵抗＞施工時の底板相当部貫入抵抗」とすれば、施工中に鋼管杭１内へ土砂８は進入しない。
【００３６】
鋼管杭１内に先詰めした砂７の抵抗は、上記の試験を他の様々な条件下でも実施しており、それらの試験結果から予測できる。
【００３７】
これに対し、図９に示すような回転圧入式の鋼管杭１を使用した場合の杭底板相当部貫入抵抗については、本発明者提案の▲１▼特開２０００−８０６５０号公報「回転圧入杭の施工管理方法」と▲２▼特願平１１−２５６６７５「回転圧入鋼管杭の施工方法」を組み合わせることによって計算できる。即ち、上記▲１▼には底板相当部の貫入抵抗Ｒｐを計算する式が下記のように示してある。
Ｒｐ＝〔｛２πＴｂ＋Ｌｂ｛（１−ｃ）Ｓ+ｃＰ+απＤｗ'｝−ＱｗｈπＤｗ'−ＱｗｖＳ｝〕／｛（１−ｃ）Ｓ＋ｃＰ＋απ（Ｄｐ'+Ｄｗ'）｝……（式Ａ）
ここに、
Ｒｐ：底板または底板の見付け面積である底板相当部が受ける地盤の貫入抵抗
α  ：地盤と鋼板の摩擦係数
Ｔｂ：杭先端に作用するトルク
Ｌｂ：杭先端に作用する上載荷重
Ｐ  ：羽根ピッチ
Ｓ  ：１回転当たりの貫入量
Ｄｐ'：底板または底板相当部の作用円の直径  Ｄｐ'＝（２／３）×Ｄｐ
Ｄｗ'：羽根の作用円の直径  Ｄｗ'＝｛２×（Ｄｗ3−Ｄｐ3）｝／｛３×（Ｄｗ2−Ｄｐ2）｝
Ｄｐ：杭本体の直径
Ｄｗ：羽根の直径
Ｄｗｈ：刃先が受ける地盤の水平抵抗
Ｑｗｖ：刃先が受ける地盤の垂直抵抗
ｃ    ：刃先の上向き強制変形による地盤の消費エネルギーの係数
と定義されている。
【００３８】
貫入抵抗Ｒｐを計算するために必要となるこれらの各値は、次のようにまとめることができる。
Ｐ、Ｄｐ'、Ｄｗ'：杭の形状（杭径、羽根径）から決まる（図９参照）。
α：これまでの実験結果より０．４程度と推定されている。
Ｓ：地盤条件によって異なる場合もあるが、本発明で問題としている範囲においてはＳ＝Ｐ程度と考えることができる。
Ｑｗｈ、Ｑｗｖ：地盤条件によっても異なるが、Ｑｗｈ＝Ｑｗｖ＝０とおいて、Ｒｐを計算しても影響は小さく、またＲｐを大きめに評価することになるので安全側の評価となる。
ｃ：前記Ｓの説明で示したようにＳ＝Ｐと仮定するとｃの影響は無くなる。
Ｌｂ（杭先端に作用する上載荷重）：本発明で問題としている軟弱地層や中間層の貫入時には、Ｌｂ=施工機械の自重程度と考えることができる。
Ｔｂ（杭先端に作用するトルク）：施工条件によって予測する。その方法については▲２▼に示しており、後述する。
【００３９】
上記条件を（式Ａ）に代入すると、（式Ａ）は下記のように書き換えることができる。
Ｒｐ＝｛２πＴｂ＋Ｌｂ（Ｐ＋απＤｗ'）｝／｛Ｐ＋απ（Ｄｐ'＋Ｄｗ'）｝……（式Ｂ）
この式中の記号は、Ｔｂを除いて、施工機械、施工する対象の杭が決まれば確定することができる。
【００４０】
なお、上記Ｔｂ（杭先端に作用するトルク）は次式により算定する。
Ｔｔ＝ａ・Ｎ・Ｄｐm……（式Ｃ）
ここに、Ｔｔ：トルク（ｋＮ・ｃｍ）（＝Ｔｂとみなす）
Ｎ  ：Ｎ値
Ｄｐ：杭径（ｃｍ）
ｍ  ：指数（＝２．５）
ａ  ：係数；支持層到達時        ；３〜４×１０-2
支持層へ１×Ｄｐ貫入時；４〜６×１０-2
支持層へ２×Ｄｐ貫入時；６〜８×１０-2
支持層へ２×Ｄｐ以上貫入時；８〜１０×１０-2
ここでは、ａを支持層６への貫入量による係数としてあるが、軟弱地層５の貫入時にも同様のことが成立し、上記（式Ｃ）におけるＮの値を、軟弱地層５のＮ値とし、ａを軟弱地層５に対する貫入量によって決定すればよい。従って、杭径が決まれば、地盤調査報告書を参照して施工時に作用する回転トルクＴｂを推定することができる。求まったＴｂを式Ｂに代入することによって、Ｒｐを計算することができる。
【００４１】
また、鋼管杭１の先端部に詰める砂７の必要量（詰める高さ）は、算出したＲｐ（地盤の貫入抵抗）の値と、砂７の閉塞試験結果より、必要となる砂７の高さｈを決定する。中間層が比較的硬い層である場合には、中間層の土砂を全く管内に入れないようにすると、施工性が悪くなることもある。そのような場合には、中間層においては、土砂の進入を多少は許容するように砂７の量を調節すれば良い。例えば図５（ｄ）で１２−▲１▼の中間層は閉塞状態でも施工できるが、１２−▲２▼の中間層を閉塞状態で施工するのは困難である場合、１２−▲１▼においては、土砂が進入しないが、１２−▲２▼では土砂の進入を許容するような量の砂７を杭先端に詰めておいて施工する。
【００４２】
＜参考形態＞
次に、施工方法の参考形態について図１１を参照して説明する。参考形態は、鋼管杭の杭頭部にコンクリートを充填して補強する場合に、杭頭部のコンクリート充填部分を残して、鋼管杭に土砂が充填されるようにしたものである。
【００４３】
この参考形態では、地上で予め杭先端の開口部に粒状体を先詰めせずに杭を地盤へ回転圧入し、杭先端から一定量の土砂が杭内部に充填された状態で、杭上部から粒状体あるいはウエイトを杭内部に投入する点で第１実施形態と相違する。なお、参考形態において、上記第１実施形態と共通する構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
まず、鋼管杭１をその配設位置の地面２にセットし（図１１のＳＴＥＰ１）、鋼管杭１を全旋回式の施工機械４あるいはオーガマシンで回転圧入する。これにより鋼管杭１は、杭先端から軟弱地層の土砂２２が杭内部に充填された状態となる（図１１のＳＴＥＰ２）。
【００４５】
次に、軟弱地層の土砂２２が杭内部に所定量充填された状態で鋼管杭１の回転圧入を中止し、杭上部から砂７などの粒状体を投入し、必要に応じて砂７を締め固める（図１１のＳＴＥＰ３）。このとき鋼管１１内に詰め込んだ砂７の抵抗力を増大するためには、環状部材からなる閉塞促進リング１６（閉塞促進手段）を、予め施工前に鋼管１１内面の所定位置に固着しておくのが有効である（図示を省略する）。
【００４６】
ここでＳＴＥＰ３の粒状体投入の時期は、鋼管杭１の支持層６への貫入時にコンクリート充填部分２４の下端まで鋼管１１内部に土砂が充填されるように設定される。また、粒状体の投入量は、第１実施形態の場合と同様に、施工地盤の調査結果、鋼管杭１の形状および施工機械４等の条件に応じて決定する。
【００４７】
なお、本参考形態では、杭先端から一定量の土砂が杭内部に充填されているため、所定重量のウエイトを杭内部へ投入して、砂７などの粒状体の投入に替えてもよい。この場合にはウエイトとして、横断面が鋼管杭内径に収まる形状の錘にロープを結びつけて鋼管杭内へ垂下してもよく、コンクリート等を破砕して生じたガラを鋼管杭内へ投入するようにしてもよい（ともに図示を省略する）。
【００４８】
図１１のＳＴＥＰ４は、軟弱地層５を経て鋼管杭１の先端部が支持層６に到達した状態を示す。ＳＴＥＰ３の粒状体またはウエイトの投入後において、支持層６到達前の軟弱地層５を通過している間は、砂７の抵抗またはウエイトの荷重により、軟弱地層の土砂２２は、鋼管杭１内部にはほとんど進入しないで抑制される。
【００４９】
図１１のＳＴＥＰ５は、鋼管杭１が支持層６内に所定量貫入され、施工を完了した状態を示す。支持層６は硬いため、支持層の貫入時には支持層の土砂２３が、鋼管杭１内部に充填された軟弱地層の土砂２２と砂７などの粒状体（またはウエイト）とを押し上げて杭先端から鋼管杭１内に進入する。
このとき、杭内部の土砂は杭頭部のコンクリート充填部分２４（中空部）の下端まで到達するため、杭頭部のコンクリート充填部分を残して、鋼管杭に土砂が充填された状態となる。なお、ウエイトとしてガラを投入した場合はそのまま埋め殺すが、錘にロープを結びつけて鋼管杭内へ垂下した場合には、この段階で錘を鋼管内から回収する。
【００５０】
そして、杭頭部のコンクリート充填部分２４（中空部）にコンクリート２５を充填することで、杭頭部にコンクリート２５が充填された埋設鋼管杭を得ることができる（図１１のＳＴＥＰ６）。
【００５１】
参考形態は、上記のように杭先端から一定量の土砂２２が杭内部に充填された状態で杭上部から砂７などの粒状体あるいはウエイトを鋼管杭１内部に投入する。すなわち、杭頭部にコンクリート２５を充填する必要がある場合にも杭先端から杭内に進入した土砂が杭頭まで達することはなく、コンクリート充填部分２４の土砂の除去作業が不要となる。
また、第１実施形態を適用して、杭頭部のコンクリート充填部分を残して鋼管杭に土砂が充填された状態とするためには、杭内への土砂の埋め戻し作業が必要となるが、参考形態ではかかる土砂の埋め戻し作業は不要である。
【００５２】
以上のように本発明を図示の実施形態により説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、鋼管杭内部に先詰めあるいは投入する粒状体にガラなどの固形物を所定量混入する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５３】
また、参考形態によれば、杭先端から一定量の土砂が杭内部に充填された状態で杭上部から粒状体などを杭内部に投入するので、以後の軟弱層地盤の施工過程ではほぼ閉端杭の施工状態となって体内への土砂の進入がそれ以上抑止され、地盤の抵抗力により開端杭の施工状態となる支持層中でも土砂の進入量は抑制される。
したがって、杭頭部にコンクリートを充填する必要がある場合、杭頭部に適切な範囲のコンクリート充填用の中空部が確保されるため、杭頭部の土砂の除去作業あるいは杭内への土砂の埋め戻し作業が不要となり、施工性が向上する。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回転圧入鋼管杭を地層に貫入する前に、回転圧入鋼管杭の先端開口部に予め所定量の砂などの粒状体を先に詰め込んであるので、軟弱層地盤における施工過程ではほぼ閉端杭の施工状態となり、支持層に達すると地盤の抵抗力により開端杭の施工状態となるので施工性が良く、支持層中では先端の土砂が粒状体を押し込んで杭体内に進入するが、粒状体により進入量が抑制されるので、杭体内部には大きな中空部が生じ、施工現場における廃土処理容量が十分に確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の施工手順を示す説明図である。
【図２】  本発明の第１実施形態の施工方法に関する説明図である。
【図３】  本発明の第１実施形態の施工方法に関する説明図である。
【図４】  各種地盤における鋼管杭内への土砂進入傾向を示す参考図である。
【図５】  各種地盤における鋼管杭内への土砂進入傾向を示す参考図である。
【図６】  鋼管杭先端に詰め込んだ砂の支持力試験を示す説明図である。
【図７】  鋼管杭先端に詰め込んだ砂の支持力試験を示す説明図である。
【図８】  鋼管杭先端に詰め込んだ砂の支持力試験を示す説明図である。
【図９】  下端が開端または閉塞している回転圧入式の鋼管杭の主要部の寸法およびその杭における杭頭部および底板部に入力または開放されるエネルギー状態を示す説明図である。
【図１０】  本発明の施工方法に用いる杭の一例を示す斜視図である。
【図１１】  本発明の参考形態の施工手順を示す説明図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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