ソイルセメント合成杭及びその施工方法
【課題】低コストで支持力の高いソイルセメント合成杭を提供する。
【解決手段】ソイルセメント合成杭1は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管3とからなる。ソイルセメント柱体2は、公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管3は、その外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸は、例えばダクタイル鋳鉄管3を金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により鳥肌状に形成する。この凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。
【解決手段】ソイルセメント合成杭1は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管3とからなる。ソイルセメント柱体2は、公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管3は、その外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸は、例えばダクタイル鋳鉄管3を金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により鳥肌状に形成する。この凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ソイルセメント柱体の中に既製杭を挿入してなるソイルセメント合成杭に関し、特に芯材として鋳造管を用いた安価で支持力の高いソイルセメント合成杭に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軟弱地盤と、この軟弱地盤より下層の岩盤等の支持地盤がある場合の地盤改良のための杭は、大別して、支持地盤迄到達させて打設する支持杭と、支持地盤迄は到達させず軟弱地盤の深さ迄打設する摩擦杭とがある。摩擦杭とは、その外面と軟弱地盤との間の摩擦により支持されるもので、柱状のソイルセメントからなるソイルセメント柱体からなり、強度をさらに高めるために、ソイルセメント柱体の内部に鋼管からなる芯材を挿入したソイルセメント合成杭がある。ソイルセメント柱体は、機械式深層混合処理工法、即ちセメント或いはセメントを主成分とした固化材と水とを混練して作成したスラリーを地盤中に注入しながら、掘削翼及び攪拌翼を有する攪拌混合装置により、地盤とスラリーとを機械的に混合してソイルセメント柱体を造成する地盤改良法、により造成する。
【0003】
また、このようなソイルセメント合成杭において、芯材とソイルセメント柱体との摩擦力等を増大させることにより、その強度(支持力)をより向上させたものとして、特許文献1、2に開示されたものがある。
【0004】
特許文献1に開示されたソイルセメント合成杭は、図11に示されているように、杭頭部近傍、下端部近傍、及びそれらの中間にそれぞれ螺旋状羽根23を設けた鋼管杭、コンクリート杭等の螺旋状羽根付既製杭22をソイルセメント柱体21が固化する前にその中にねじり込み貫入したものである。この螺旋状羽根付既製杭22によれば、螺旋状羽根23の押さえ効果により、螺旋状羽根23の下方のソイルセメント柱体21が圧縮され、鉛直荷重に対して既製杭22のみならず、ソイルセメント柱体21と共に抵抗することが可能となり、さらに水平荷重に対しても、螺旋状羽根22の押さえ効果と、ソイルセメント柱体21による拘束効果とにより水平剛性を高めることができるとされる。
【0005】
また、特許文献2に開示されたソイルセメント合成杭は、図12に示されているように、外周面に節33又は環状突起を形成した既製杭32をソイルセメント柱体31が固化する前にその中に回転させながら埋設したものである。この既製杭32によれば、節又は環状突起により表面積(ソイルセメントの付着面積)を大きくすることで既製杭の外周面とソイルセメント柱体の内周面との摩擦力を高め、ソイルセメント合成杭の支持力の増大を図れるとされる。
【0006】
【特許文献1】特開2002−371550号公報
【特許文献2】特開2001−11856号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記特許文献1、2に開示されたソイルセメント合成杭は、何れも管の外周に螺旋状羽根、節、環状突起等、管の外周面から突出する部材を形成した既製杭を用いるものであるため、それらの突出部のない既製杭を製造する設備とは別に突出部を有する既製杭を製造するための製造設備が必要となるからコストが高くなり、その結果、ソイルセメント合成杭のコストも高くなるという問題がある。
【0008】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低コストで支持力の高いソイルセメント合成杭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1に係る発明は、ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項2に係る発明は、請求項1記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項3に係る発明は、請求項1記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は0.2〜0.3mmの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けものであることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項6に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項7に係る発明は、請求項6記載のソイルセメント合成杭の施工方法において、前記締結部材はボルトであることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項8に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
【0010】
請求項1、4に係る発明によれば、鋳造管の外周面に形成された粗面の凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むことで鋳造管とソイルセメント柱体との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。また、凹凸により鋳造管の外周面の表面積が広がることで鋳造管とソイルセメント柱体との間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。
請求項2、3に係る発明によれば、鋳造管の外周面の粗面は、鋳造管の製造工程で使用される鋳型表面の凹凸又は離型材を利用することにより、専用の設備を用いずに形成できるため、突出部を有する従来の既製杭に比べ製造コストが低減できる。
請求項5に係る発明によれば、螺旋羽根が設けてあるため、ソイルセメント柱体への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根の表面積の分だけソイルセメント柱体との間の摩擦力が大きくなり、支持力が向上する。
請求項6、7に係る発明によれば、ボルト等の締結部材は、複数の鋳造管を連結するとともに、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
請求項8に係る発明によれば、複数の鋳造管の締結部に嵌め込まれた板は、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、既製の鋳造管に粗面を形成しただけの低コストの芯材を用いて、支持力の高いソイルセメント合成杭を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するため、ソイルセメント柱体の縦断面及びダクタイル鋳鉄管の正面図により示したものである。
【0013】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭1は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管3とから構成されている。
【0014】
ソイルセメント柱体2は、前述した公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管3は、鋳鉄からなる中空の管であり、その外周面の全面に亘って粗面が形成されている。ここで、粗面とは、ソイルセメントの付着力を向上させるための鳥肌状の凹凸である。この粗面は、例えばダクタイル鋳鉄管3を公知の金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により形成する。例えば離型材として耐火物(砂等)を水で解いたものを用い、離型材の塗装条件を工夫し、その厚みを場所によって変えることで、ダクタイル鋳鉄管3が離型するときにその外周面に鳥肌状の凹凸を形成する。この凹凸の深さ及び高さは、好ましくは0.1〜1.0mm程度、さらに好ましくは0.2〜0.3mm程度に設定する。また、この微小な凹凸は、離型材を用いる代わりに鋳型表面に凹凸を形成することでも形成できる。この場合の鋳型としては金型及び砂型の使用が可能であり、金型の場合はピーニングによって凹凸を形成する。
【0015】
本実施形態では、機械式深層混合処理工法によりソイルセメント柱体2を造成し、その後、ソイルセメント柱体2が固化する前に、ダクタイル鋳鉄管3を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入することで、図1に示されているようなソイルセメント合成杭1を施工する。
【0016】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管3の外周面に形成された凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。また、凹凸によりダクタイル鋳鉄管3の外周面の表面積が広がるため、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。さらに、ダクタイル鋳鉄管3の外周面の凹凸は、ダクタイル鋳鉄管3の製造工程で用いる離型材又は鋳型により形成するため、従来の突起部を有する既成杭ような専用の製造設備が不要となり、製造コストが低減できる。
【0017】
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図1と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第1の実施形態と同じである。
【0018】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭5は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入された螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6とから構成されている。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6は、鋳鉄からなる中空の管の先端(図2の下端)に管本体と一体成型された1枚の螺旋羽根7を設けたものである。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の管本体の外周面の全面及び螺旋羽根7の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第1の実施形態と同様である。なお、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、その下端に同じ螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6、又は同一外径を有する第1の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管3の上端を挿入し、連結することができる。
【0019】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭5は、第1の実施形態と同様にソイルセメント柱体2を造成した後、それが固化する前に、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入することで、図2に示されているように施工する。
【0020】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管の先端に螺旋羽根7が設けてあるため、ソイルセメント柱体2への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の管本体の外周面の全面に微小な凹凸からなる粗面を形成したことで、第1の実施形態と同様に摩擦力の増大による支持力の向上が図れる。さらに、螺旋羽根7の表面積の分だけ第1の実施形態のダクタイル鋳鉄管3よりも表面積が広くなるため、摩擦力も大きくなり、支持力も向上する。
【0021】
[第3の実施形態]
図3は、本発明の第3の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図1、2と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第1の実施形態と同じである。
【0022】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭8は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたパイル9とから構成されている。パイル9は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10と、その上端に連結されたダクタイル鋳鉄管12とからなる。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10には、第2の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6と同様、管本体と一体成型された1枚の螺旋羽根11が先端に設けてあり、かつ管本体の外周面の全面及び螺旋羽根11の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。また、ダクタイル鋳鉄管12には、第1の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管3と同様に、外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第1の実施形態と同じである。さらに、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10及びダクタイル鋳鉄管12は、第2の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6と同様に、下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部近傍がダクタイル鋳鉄管12の下端部近傍の径が拡げられた部位(締結部)に挿入され、2本の通しボルト13,14で固定されている。
【0023】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭8は、第1の実施形態と同様にソイルセメント柱体2を造成した後、それが固化する前に、まず螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入していき、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端が地表面の付近に下がってきたら、回転及び挿入を停止して、ダクタイル鋳鉄管12の下端部近傍を螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部近傍に嵌合させ、2本の通しボルト13,14で固定して連結する。次いで、連結されたパイル9を回転させ、ソイルセメント柱体2内の所定の深さまで挿入することで、図3に示されているように施工する。
【0024】
本実施形態では、通しボルト13,14は、それぞれの両端がダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出しているので、その分ソイルセメントの付着面積が広がり、ソイルセメント柱体2との摩擦力が大きくなるので、合成杭8の支持力が向上する。つまり、通しボルト13,14は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の下端部近傍に挿入されたダクタイル鋳鉄管12の上端部近傍を締結して連結する働き、及び連結部の表面積を拡げてソイルセメントの付着面積を拡大し、ソイルセメント柱体2との摩擦力を増大させて、支持力を向上させる働きをする。
【0025】
[第4の実施形態]
図4(a)は、本発明の第4の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図3と同様の図である。この図において、ソイルセメント体2の形状及び造成法は第3の実施形態と同じである。また、この図において、図3と同一又は対応する構成要素には図3で使用した符号を付した。さらに、図4(b)は図4(a)におけるボルト16の平面図、図4(c)は図4(a)におけるボルト16の側面図である。
側面図である。
【0026】
本実施形態は、第3の実施形態における通しボルト13,14に代えて、頭部16aが矩形板状に構成されたボルト16により螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10とダクタイル鋳鉄管12を締結して連結することが、第3の実施形態との相違点であり、それ以外は第3の実施形態と同じである。本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出している部分であるボルトの頭部16aの表面積が第3の実施形態における通しボルト13,14の頭部の表面積よりも広いので、ソイルセメント柱体2との摩擦力が増大し、支持力がより向上する。
【0027】
[第5の実施形態]
図5は、本発明の第5の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図3と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第3の実施形態と同じである。また、この図において、図3と同一又は対応する構成要素には図3で使用した符号を付した。
【0028】
本実施形態は、第3の実施形態において、さらに螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部に孔空き円板18を嵌め込んだものである。孔空き円板18の嵌め込みは、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10とダクタイル鋳鉄管12とを通しボルト13,14で締結して連結する前に行う。本実施形態によれば、孔空き円板18はその全体がダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出しているので、第3及び第4の実施形態と比べ、突出部の表面積が極めて広いため、それだけソイルセメント柱体2との摩擦力が増大し、支持力がさらに向上する。
【0029】
[実施例]
以上説明した各実施形態の効果を確認するために行った実験結果を以下に示す。図6は実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。この図において、図1〜図5と同一又は対応する構成要素には、それらの図で使用した符号を付した。ここで、ソイルセメント柱体2は直径400mm、長さ(高さ)500mmであり、図6(a)〜(d)の各供試体に対して共通である。また、芯材は直径が100mm、長さ(高さ)750mmであり、ソイルセメント柱体2の上面から約250mm上方へ突出していることも各供試体に対して共通である。
【0030】
図6(a)、(b)、(c)は、それぞれ第1の実施形態(図1)、第3の実施形態(図3)の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10から螺旋羽根11を取り除いたもの、第5の実施形態(図5)の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10から螺旋羽根11を取り除いたものに相当する。また、図6(d)は、比較例として作成したものであり、芯材として鋼管19(外周面に粗面が形成されていない)を用いたものである。ここで、図6(c)の円板18の直径は250mmである。
【0031】
以上の構成を有する各供試体に上方から鉛直荷重を加えて、押し抜き変位を測定することにより、芯材とソイルセメント柱体2との付着強度を測定した結果を図7〜11に示す。ここで、図7、8、9、10はそれぞれ図6(a)、(b)、(c)、(d)の構成を有する供試体の試験結果であり、縦軸に付着強度(単位:kN/m2)、横軸に押し抜き変位(単位:mm)をとったグラフである。
【0032】
これらのグラフから、芯材として鋼管19を用いた図6(d)の比較例の付着強度に対して、芯材として外周に粗面を形成したダクタイル鋳鉄管3を用いた図6(a)の場合は約2.4倍、それに加えて外周に突出するボルトで固定した図6(b)の場合は約2.9倍、それに加えて円板18を取り付けた図6(c)の場合は約3.6倍の付着強度が得られることが確認できた。
【0033】
なお、以上の実施形態は芯材としてダクタイル鋳鉄管を用いたソイルセメント合成杭に関するものであったが、ダクタイル鋳鉄管以外の鋳造管を用いても同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図5】本発明の第5の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図6】実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。
【図7】図6(a)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図8】図6(b)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図9】図6(c)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図10】図6(d)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図11】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図12】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0035】
1、5、8・・・ソイルセメント合成杭、2・・・ソイルセメント柱体、3、12・・・ダクタイル鋳鉄管、6、10・・・螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管、7、11・・・螺旋羽根、9・・・パイル、13、14・・・通しボルト、18・・・円板。
【技術分野】
【0001】
本発明は、ソイルセメント柱体の中に既製杭を挿入してなるソイルセメント合成杭に関し、特に芯材として鋳造管を用いた安価で支持力の高いソイルセメント合成杭に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軟弱地盤と、この軟弱地盤より下層の岩盤等の支持地盤がある場合の地盤改良のための杭は、大別して、支持地盤迄到達させて打設する支持杭と、支持地盤迄は到達させず軟弱地盤の深さ迄打設する摩擦杭とがある。摩擦杭とは、その外面と軟弱地盤との間の摩擦により支持されるもので、柱状のソイルセメントからなるソイルセメント柱体からなり、強度をさらに高めるために、ソイルセメント柱体の内部に鋼管からなる芯材を挿入したソイルセメント合成杭がある。ソイルセメント柱体は、機械式深層混合処理工法、即ちセメント或いはセメントを主成分とした固化材と水とを混練して作成したスラリーを地盤中に注入しながら、掘削翼及び攪拌翼を有する攪拌混合装置により、地盤とスラリーとを機械的に混合してソイルセメント柱体を造成する地盤改良法、により造成する。
【0003】
また、このようなソイルセメント合成杭において、芯材とソイルセメント柱体との摩擦力等を増大させることにより、その強度(支持力)をより向上させたものとして、特許文献1、2に開示されたものがある。
【0004】
特許文献1に開示されたソイルセメント合成杭は、図11に示されているように、杭頭部近傍、下端部近傍、及びそれらの中間にそれぞれ螺旋状羽根23を設けた鋼管杭、コンクリート杭等の螺旋状羽根付既製杭22をソイルセメント柱体21が固化する前にその中にねじり込み貫入したものである。この螺旋状羽根付既製杭22によれば、螺旋状羽根23の押さえ効果により、螺旋状羽根23の下方のソイルセメント柱体21が圧縮され、鉛直荷重に対して既製杭22のみならず、ソイルセメント柱体21と共に抵抗することが可能となり、さらに水平荷重に対しても、螺旋状羽根22の押さえ効果と、ソイルセメント柱体21による拘束効果とにより水平剛性を高めることができるとされる。
【0005】
また、特許文献2に開示されたソイルセメント合成杭は、図12に示されているように、外周面に節33又は環状突起を形成した既製杭32をソイルセメント柱体31が固化する前にその中に回転させながら埋設したものである。この既製杭32によれば、節又は環状突起により表面積(ソイルセメントの付着面積)を大きくすることで既製杭の外周面とソイルセメント柱体の内周面との摩擦力を高め、ソイルセメント合成杭の支持力の増大を図れるとされる。
【0006】
【特許文献1】特開2002−371550号公報
【特許文献2】特開2001−11856号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記特許文献1、2に開示されたソイルセメント合成杭は、何れも管の外周に螺旋状羽根、節、環状突起等、管の外周面から突出する部材を形成した既製杭を用いるものであるため、それらの突出部のない既製杭を製造する設備とは別に突出部を有する既製杭を製造するための製造設備が必要となるからコストが高くなり、その結果、ソイルセメント合成杭のコストも高くなるという問題がある。
【0008】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低コストで支持力の高いソイルセメント合成杭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1に係る発明は、ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項2に係る発明は、請求項1記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項3に係る発明は、請求項1記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記粗面は0.2〜0.3mmの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4の何れかに記載のソイルセメント合成杭において、前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けものであることを特徴とするソイルセメント合成杭である。
請求項6に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項7に係る発明は、請求項6記載のソイルセメント合成杭の施工方法において、前記締結部材はボルトであることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
請求項8に係る発明は、ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法である。
【0010】
請求項1、4に係る発明によれば、鋳造管の外周面に形成された粗面の凹凸の凹部にソイルセメントが入り込むことで鋳造管とソイルセメント柱体との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。また、凹凸により鋳造管の外周面の表面積が広がることで鋳造管とソイルセメント柱体との間の摩擦力が増大するため、支持力が向上する。
請求項2、3に係る発明によれば、鋳造管の外周面の粗面は、鋳造管の製造工程で使用される鋳型表面の凹凸又は離型材を利用することにより、専用の設備を用いずに形成できるため、突出部を有する従来の既製杭に比べ製造コストが低減できる。
請求項5に係る発明によれば、螺旋羽根が設けてあるため、ソイルセメント柱体への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根の表面積の分だけソイルセメント柱体との間の摩擦力が大きくなり、支持力が向上する。
請求項6、7に係る発明によれば、ボルト等の締結部材は、複数の鋳造管を連結するとともに、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
請求項8に係る発明によれば、複数の鋳造管の締結部に嵌め込まれた板は、鋳造管の外周面から突出してソイルセメントの付着面積を広げ、ソイルセメント柱体との摩擦力を大きくして、支持力を向上させる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、既製の鋳造管に粗面を形成しただけの低コストの芯材を用いて、支持力の高いソイルセメント合成杭を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するため、ソイルセメント柱体の縦断面及びダクタイル鋳鉄管の正面図により示したものである。
【0013】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭1は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたダクタイル鋳鉄管3とから構成されている。
【0014】
ソイルセメント柱体2は、前述した公知の地盤改良法である機械式深層混合処理工法により造成する。ダクタイル鋳鉄管3は、鋳鉄からなる中空の管であり、その外周面の全面に亘って粗面が形成されている。ここで、粗面とは、ソイルセメントの付着力を向上させるための鳥肌状の凹凸である。この粗面は、例えばダクタイル鋳鉄管3を公知の金型遠心力鋳造法により製造するときに、金型の内面に塗布する離型材により形成する。例えば離型材として耐火物(砂等)を水で解いたものを用い、離型材の塗装条件を工夫し、その厚みを場所によって変えることで、ダクタイル鋳鉄管3が離型するときにその外周面に鳥肌状の凹凸を形成する。この凹凸の深さ及び高さは、好ましくは0.1〜1.0mm程度、さらに好ましくは0.2〜0.3mm程度に設定する。また、この微小な凹凸は、離型材を用いる代わりに鋳型表面に凹凸を形成することでも形成できる。この場合の鋳型としては金型及び砂型の使用が可能であり、金型の場合はピーニングによって凹凸を形成する。
【0015】
本実施形態では、機械式深層混合処理工法によりソイルセメント柱体2を造成し、その後、ソイルセメント柱体2が固化する前に、ダクタイル鋳鉄管3を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入することで、図1に示されているようなソイルセメント合成杭1を施工する。
【0016】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管3の外周面に形成された凹部にソイルセメントが入り込むので、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との付着強度が高まり、それらの間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。また、凹凸によりダクタイル鋳鉄管3の外周面の表面積が広がるため、ダクタイル鋳鉄管3の外周面とソイルセメント柱体2の内周面との間の摩擦力が増大し、合成杭1の支持力が向上する。さらに、ダクタイル鋳鉄管3の外周面の凹凸は、ダクタイル鋳鉄管3の製造工程で用いる離型材又は鋳型により形成するため、従来の突起部を有する既成杭ような専用の製造設備が不要となり、製造コストが低減できる。
【0017】
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図1と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第1の実施形態と同じである。
【0018】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭5は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入された螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6とから構成されている。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6は、鋳鉄からなる中空の管の先端(図2の下端)に管本体と一体成型された1枚の螺旋羽根7を設けたものである。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の管本体の外周面の全面及び螺旋羽根7の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第1の実施形態と同様である。なお、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、その下端に同じ螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6、又は同一外径を有する第1の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管3の上端を挿入し、連結することができる。
【0019】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭5は、第1の実施形態と同様にソイルセメント柱体2を造成した後、それが固化する前に、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入することで、図2に示されているように施工する。
【0020】
本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管の先端に螺旋羽根7が設けてあるため、ソイルセメント柱体2への挿入が容易となり、かつ鉛直に挿入することができる。また、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6の管本体の外周面の全面に微小な凹凸からなる粗面を形成したことで、第1の実施形態と同様に摩擦力の増大による支持力の向上が図れる。さらに、螺旋羽根7の表面積の分だけ第1の実施形態のダクタイル鋳鉄管3よりも表面積が広くなるため、摩擦力も大きくなり、支持力も向上する。
【0021】
[第3の実施形態]
図3は、本発明の第3の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図1、2と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第1の実施形態と同じである。
【0022】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭8は、円柱状のソイルセメント柱体2と、その中央部の長手方向に挿入されたパイル9とから構成されている。パイル9は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10と、その上端に連結されたダクタイル鋳鉄管12とからなる。螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10には、第2の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6と同様、管本体と一体成型された1枚の螺旋羽根11が先端に設けてあり、かつ管本体の外周面の全面及び螺旋羽根11の表面全体には微小な凹凸からなる粗面が形成されている。また、ダクタイル鋳鉄管12には、第1の実施形態におけるダクタイル鋳鉄管3と同様に、外周面の全面に亘って微小な凹凸からなる粗面が形成されている。この凹凸の深さ及び高さ、並びにその形成方法は第1の実施形態と同じである。さらに、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10及びダクタイル鋳鉄管12は、第2の実施形態における螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管6と同様に、下端近傍は、その内径がその他の部位の外径と同等になるように径が拡げられており、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部近傍がダクタイル鋳鉄管12の下端部近傍の径が拡げられた部位(締結部)に挿入され、2本の通しボルト13,14で固定されている。
【0023】
本実施形態に係るソイルセメント合成杭8は、第1の実施形態と同様にソイルセメント柱体2を造成した後、それが固化する前に、まず螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10を回転させながらソイルセメント柱体2の中央部に上方から挿入していき、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端が地表面の付近に下がってきたら、回転及び挿入を停止して、ダクタイル鋳鉄管12の下端部近傍を螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部近傍に嵌合させ、2本の通しボルト13,14で固定して連結する。次いで、連結されたパイル9を回転させ、ソイルセメント柱体2内の所定の深さまで挿入することで、図3に示されているように施工する。
【0024】
本実施形態では、通しボルト13,14は、それぞれの両端がダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出しているので、その分ソイルセメントの付着面積が広がり、ソイルセメント柱体2との摩擦力が大きくなるので、合成杭8の支持力が向上する。つまり、通しボルト13,14は、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の下端部近傍に挿入されたダクタイル鋳鉄管12の上端部近傍を締結して連結する働き、及び連結部の表面積を拡げてソイルセメントの付着面積を拡大し、ソイルセメント柱体2との摩擦力を増大させて、支持力を向上させる働きをする。
【0025】
[第4の実施形態]
図4(a)は、本発明の第4の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図3と同様の図である。この図において、ソイルセメント体2の形状及び造成法は第3の実施形態と同じである。また、この図において、図3と同一又は対応する構成要素には図3で使用した符号を付した。さらに、図4(b)は図4(a)におけるボルト16の平面図、図4(c)は図4(a)におけるボルト16の側面図である。
側面図である。
【0026】
本実施形態は、第3の実施形態における通しボルト13,14に代えて、頭部16aが矩形板状に構成されたボルト16により螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10とダクタイル鋳鉄管12を締結して連結することが、第3の実施形態との相違点であり、それ以外は第3の実施形態と同じである。本実施形態によれば、ダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出している部分であるボルトの頭部16aの表面積が第3の実施形態における通しボルト13,14の頭部の表面積よりも広いので、ソイルセメント柱体2との摩擦力が増大し、支持力がより向上する。
【0027】
[第5の実施形態]
図5は、本発明の第5の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を説明するための図3と同様の図である。この図において、ソイルセメント柱体2の形状及び造成法は第3の実施形態と同じである。また、この図において、図3と同一又は対応する構成要素には図3で使用した符号を付した。
【0028】
本実施形態は、第3の実施形態において、さらに螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10の上端部に孔空き円板18を嵌め込んだものである。孔空き円板18の嵌め込みは、螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10とダクタイル鋳鉄管12とを通しボルト13,14で締結して連結する前に行う。本実施形態によれば、孔空き円板18はその全体がダクタイル鋳鉄管12の外周面から突出しているので、第3及び第4の実施形態と比べ、突出部の表面積が極めて広いため、それだけソイルセメント柱体2との摩擦力が増大し、支持力がさらに向上する。
【0029】
[実施例]
以上説明した各実施形態の効果を確認するために行った実験結果を以下に示す。図6は実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。この図において、図1〜図5と同一又は対応する構成要素には、それらの図で使用した符号を付した。ここで、ソイルセメント柱体2は直径400mm、長さ(高さ)500mmであり、図6(a)〜(d)の各供試体に対して共通である。また、芯材は直径が100mm、長さ(高さ)750mmであり、ソイルセメント柱体2の上面から約250mm上方へ突出していることも各供試体に対して共通である。
【0030】
図6(a)、(b)、(c)は、それぞれ第1の実施形態(図1)、第3の実施形態(図3)の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10から螺旋羽根11を取り除いたもの、第5の実施形態(図5)の螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管10から螺旋羽根11を取り除いたものに相当する。また、図6(d)は、比較例として作成したものであり、芯材として鋼管19(外周面に粗面が形成されていない)を用いたものである。ここで、図6(c)の円板18の直径は250mmである。
【0031】
以上の構成を有する各供試体に上方から鉛直荷重を加えて、押し抜き変位を測定することにより、芯材とソイルセメント柱体2との付着強度を測定した結果を図7〜11に示す。ここで、図7、8、9、10はそれぞれ図6(a)、(b)、(c)、(d)の構成を有する供試体の試験結果であり、縦軸に付着強度(単位:kN/m2)、横軸に押し抜き変位(単位:mm)をとったグラフである。
【0032】
これらのグラフから、芯材として鋼管19を用いた図6(d)の比較例の付着強度に対して、芯材として外周に粗面を形成したダクタイル鋳鉄管3を用いた図6(a)の場合は約2.4倍、それに加えて外周に突出するボルトで固定した図6(b)の場合は約2.9倍、それに加えて円板18を取り付けた図6(c)の場合は約3.6倍の付着強度が得られることが確認できた。
【0033】
なお、以上の実施形態は芯材としてダクタイル鋳鉄管を用いたソイルセメント合成杭に関するものであったが、ダクタイル鋳鉄管以外の鋳造管を用いても同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図5】本発明の第5の実施形態に係るソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図6】実験に使用したソイルセメント合成杭の供試体の構成を示す図である。
【図7】図6(a)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図8】図6(b)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図9】図6(c)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図10】図6(d)の供試体の押し抜き変位と付着強度との関係の測定結果を示すグラフである。
【図11】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【図12】従来のソイルセメント合成杭の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0035】
1、5、8・・・ソイルセメント合成杭、2・・・ソイルセメント柱体、3、12・・・ダクタイル鋳鉄管、6、10・・・螺旋羽根付ダクタイル鋳鉄管、7、11・・・螺旋羽根、9・・・パイル、13、14・・・通しボルト、18・・・円板。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭。
【請求項2】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とする請求項1記載のソイルセメント合成杭。
【請求項3】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とする請求項1記載のソイルセメント合成杭。
【請求項4】
前記粗面は0.2〜0.3mmの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項5】
前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けたものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項6】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項7】
前記締結部材はボルトであることを特徴とする請求項6記載のソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項8】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項1】
ソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体の長手方向に挿入された鋳造管とからなり、該鋳造管は外周面に粗面が形成されていることを特徴とするソイルセメント合成杭。
【請求項2】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる離型材により形成されることを特徴とする請求項1記載のソイルセメント合成杭。
【請求項3】
前記粗面は前記鋳造管の製造工程で用いる鋳型により形成されることを特徴とする請求項1記載のソイルセメント合成杭。
【請求項4】
前記粗面は0.2〜0.3mmの深さ又は高さを有する凹凸からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項5】
前記鋳造管は先端に螺旋羽根を一体に設けたものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のソイルセメント合成杭。
【請求項6】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管を、それらの外周面から突出する締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項7】
前記締結部材はボルトであることを特徴とする請求項6記載のソイルセメント合成杭の施工方法。
【請求項8】
ソイルセメント柱体を形成する工程と、該ソイルセメント柱体が固化する前に、請求項1乃至5の何れかに記載の複数の鋳造管の締結部に外周面から突出する板を嵌め込み、締結部材により長手方向に連結するとともに前記ソイルセメント柱体の中に上方から挿入する工程とからなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2006−22623(P2006−22623A)
【公開日】平成18年1月26日(2006.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−203897(P2004−203897)
【出願日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【出願人】(000001052)株式会社クボタ (4,415)
【出願人】(394006059)岩水開発株式会社 (4)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年1月26日(2006.1.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【出願人】(000001052)株式会社クボタ (4,415)
【出願人】(394006059)岩水開発株式会社 (4)
【Fターム(参考)】
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