中掘り工法による杭埋設方法
【課題】杭下端下の拡大球根の径を従来に比べて大きくすることができるＰＣ杭を使用した中掘り工法による杭埋設方法の提供。
【解決手段】正回転させることによってスパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによってスパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃１０と、その拡大掘削刃１０の先端部にスパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えた掘削ヘッドＡを使用し、ＰＣ杭Ｃを拡大球根形成位置の手前Ｄ５まで挿入した状態でその内部に収容した掘削ヘッドＡを正回転させながら拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、掘削ヘッドＡを逆回転させて拡大掘削刃１０をオーガ半径方向に突出させるとともにその先端のノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃１０の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部Ｅを造成する。
【解決手段】正回転させることによってスパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによってスパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃１０と、その拡大掘削刃１０の先端部にスパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えた掘削ヘッドＡを使用し、ＰＣ杭Ｃを拡大球根形成位置の手前Ｄ５まで挿入した状態でその内部に収容した掘削ヘッドＡを正回転させながら拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、掘削ヘッドＡを逆回転させて拡大掘削刃１０をオーガ半径方向に突出させるとともにその先端のノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃１０の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部Ｅを造成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のプレキャストコンクリート製杭（以下ＰＣ杭と記す）を、その内部に収容したスパイラルオーガによって下端内の土砂を排出しつつ地中に挿入する中掘り工法であって、ＰＣ杭の下端をその外径より直径の大きい拡大球根によって支持させるようにした中掘り工法による杭埋設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般にＰＣ杭の地中埋設方法の一つとして、中掘り工法が広く採用されている。この中掘り工法は、先端に掘削ヘッドを備えたスパイラルオーガを中空のＰＣ杭内に挿入しておき、掘削ヘッドを杭下端下に突出させて杭中空部下の地盤を掘削しつつＰＣ杭を中に圧入する工法であり、ＰＣ杭の外周面が地盤と密着した状態で圧入されるものである。
【０００３】
また、上記中掘り工法において、ＰＣ杭の下端を地下の安定地盤（支持基盤）に支持させる方法としては、ＰＣ杭を支持基盤まで挿入した後、その下端下に拡大球根を造成する工法がある。
【０００４】
この拡大球造成方法には、掘削ヘッドに半径方向に突出する拡大掘削刃を出入自在に備えておき、この拡大掘削刃を突出させた状態で掘削ヘッドをスパイラルオーガとともに旋回させて杭下端下に拡大球根形成部を造成し、その後に掘削ヘッド先端部のノズルから拡大球根形成部内にセメントミルクを注入し、コンクリート製の拡大球根を形成する方法がある。この方法には、スパイラルオーガを逆回転させることにより、地盤との間の抵抗によって拡大掘削刃が起立して半径方向に突出する構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献1）や、油圧によって拡大掘削刃を起立させて半径方向に突出させる構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献２）がある。
【０００５】
また、拡大掘削刃を使用せずに、スパイラルオーガの軸部に液体噴射ノズルを備えておき、このノズルから高圧で水を噴射することによって拡大球根形成部を造成した後、セメントミルクを注入して拡大球根を造成する方法（例えば特許文献３）がある。
【特許文献１】特開２００４−２８５５６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２３６６４号公報
【特許文献３】特開２０００−９６５６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の拡大球根の造成方法は、杭の下端下を、拡大掘削刃を拡開させることにより拡径掘削する方法及び高圧水を噴射させて拡径掘削するいずれの方法においても、ＰＣ杭を使用した中掘り工法においては、ＰＣ杭に一定以上の肉厚が必要であり、その中心の中空部に挿入できる径のスパイラルオーガ及び掘削ヘッドでなければならず、オーガによって掘孔される径に比べ、拡大球根の径は、ＰＣ杭の肉厚分より更に径を大きくする必要がある。
【０００７】
このため拡大掘削刃を使用する場合、拡大球根の径を大きくするには、その拡大掘削刃の半径方向の突出長さを長くする必要があるが、スパイラルオーガの逆転によって自動的に起立させるようにしたものにあっては、強度的及びスペース的に拡大率に限界がある。
【０００８】
一方、油圧を使用して強制的に起立させる方式の場合には、拡大掘削刃の突出長さを調節できるため、１回の拡大掘削率を小さくし、数回に分けて拡大径を順次大きくしながら掘削することができるため、比較的大きい拡大率の拡大掘削が可能であるが、地中に挿入される掘削ヘッドに油圧器機を備える必要があるとともに、地上に達する回転支軸に油圧流路を設置する必要があるため、装置が高価なものとならざるを得ず、拡大掘削中に掘削ヘッドに故障が発生した場合には、これを破壊せざるを得なくなるという問題があった。
【０００９】
更に、高圧水の噴射による拡径掘削においても、ノズルの先端はスパイラルオーガの外径より内側にあったため、杭径に対する拡大球根の径の比率を大きくすることができないという問題があった。
【００１０】
更に、これらの従来の工法では、拡大掘削刃或いはこれと水圧の併用又は水圧のみによって拡大球根形成部を堀削形成し、その中にセメントミルクを注入することによって拡大球根を造成するものであるが、拡大球根形成部の掘削の際に、その周囲の地山の緩みを完全に防止することができず、緩んだ地山内に形成された空間内にセメントミルクを注入して拡大球根となすようにしているため、造成される拡大球根の周囲には緩んだ地山が存在することとなり、杭の支持力その分だけ小さくならざるを得ないという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような従来の問題に鑑み、ＰＣ杭を使用した中掘り工法において、杭下端下の拡大球根の径を従来に比べて大きくすることができるとともに、形成される拡大球根が周囲の地山の安定した部分に密着した状態に造成される中掘り工法による杭埋設方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、円筒状をしたＰＣ杭を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させ、然る後前記掘削ヘッドを先行させて前記ＰＣ杭の下端下に、該ＰＣ杭の外径より大きい外径の拡大球根形成部を造成し、該拡大球根形成部内に固化材を充填するとともに該拡大球根形成部内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、
前記掘削ヘッドは、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用し、
前記ＰＣ杭を前記拡大球根形成位置の手前まで挿入した状態で前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、
然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させるとともに前記ノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部を造成させ、
該拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填し、該セメントミルクの固化前に前記拡大球根内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させることにある。
【００１３】
請求項２に記載の発明の特徴は、前記請求項1の構成に加え、前記拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成することにある。
【００１４】
請求項３に記載の発明の特徴は、前記請求項1又は２の構成に加え、前記拡大球根形成部の造成は、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、前記セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入することにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明の特徴は、前記請求項1，又は３の構成に加え、前記拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、前記掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行うことにある。
【００１６】
請求項５に記載の発明の特徴は、前記請求項1〜３又は４の構成に加え、前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させることにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、請求項１に記載の如く、円筒状をしたＰＣ杭を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、掘削ヘッドとして、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用することにより、ノズルからの高圧水の噴射によって拡大掘削刃による掘削半径よりも更に大きく半径の拡大球根形成部を掘削成形することが容易となり、従来工法に比べ、ＰＣ杭径に対する拡大球根の径を遥か大きいものとすることができる。
【００１８】
また、拡大球根形成部を造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させることにより拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより、先の高圧水の噴射によって掘削形成された拡大球根形成部内面にセメントミルクが噴射されるため、拡大球根形成部の外径が更に大きくなり、拡大球根の外周面に到るまで良質のセメントミルク固化物が形成され、良質の拡大球根が形成される。また、同時に拡大球根の周面摩擦力が大きくなり、極限支持力の大きい拡大球根が造成される。
【００１９】
本発明は請求項２に記載の如く、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともにその先端のノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成するようにしたことにより、先の拡大球根形成部の掘削成型に際して緩んだ周囲の地山土砂にセメントミルクを混合してこれを固化することとなり、安定した支持地盤に対して緻密な状態で密着した拡大球根を造成することができる。
【００２０】
本発明は請求項３に記載の如く、拡大球根形成部の造成に際し、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入することにより、太径部の大きい下端面によって垂直荷重に対抗させるとともに、細径部の外周面の地盤との摩擦力によっても垂直荷重に対抗させることとなり、より大きな極限支持力を発揮させることができる。
【００２１】
更に、本発明は請求項４に記載のように、拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行うことにより、ＰＣ杭の下端面及び下端部内面に泥が付着しない状態でセメントミルク内に挿入されるため、拡大球根とＰＣ杭との結合が強固なものとなる。
【００２２】
更に、前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させるようにしたことにより、掘削ヘッドを逆転させて拡大掘削刃を起立させる際にの抵抗が小さくなり、拡大掘削刃の起立及びその後の拡大掘削が無理なくなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１〜図６は、本発明において使用するに掘削ヘッドの一例を示している。この掘削ヘッドＡは中心軸１の上端に継手部２が一体に備えられ、外周には上下に分けて下部スパイラルオーガ３と上部スパイラルオーガ４とが設けられている。下部スパイラルオーガ３は一対のリボン状のスクリュー羽根３ａ，３ａが中心軸下端部の外周にその縁部を固着させて螺旋状に巻きつけた形状に設置されている。このスクリュー羽根３ａはその螺旋ピッチを１／２程度と小さくしている。
【００２４】
上部スパイラルオーガ４は、リボン状のスクリュー羽根４ａ，４ａをその縁部を中心軸外周に固着させて螺旋状に巻きつけられており、中心軸１の略上半分の長さに渡って、螺旋ピッチを１／４程度と大きくした状縦のものが設置されている。
【００２５】
上下部のスパイラルオーガ３，４の間に一対の拡大掘削刃１０，１０が設置されている。この拡大掘削刃１０は、図１〜図３に示すように前記上下部のスパイラルオーガ３，４の正回転、即ち地盤内で前進する方向の回転のときは、周囲の土砂の抵抗によって倒されて、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より内側に引き込まれた状態となり、スパイラルオーガ３，４の逆回転、即ち後退する方向の回転時には、周囲の土砂の抵抗によって起き上がり、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より外側に突出されるようになっている。
【００２６】
拡大掘削刃１０は、支軸を中心にして回動するアーム部１１とそのアーム部１１の先端部に片側に寄せて一体に突設された掘削ビット１２とから構成されている。アーム部１１の基端部に一対の平行な軸受け片１３，１３が突設されており、この軸受け片１３，１３間に中心軸１の外周に固着した支持部材１４を挿入させ、これらに支軸１５を貫通させ、この支軸１５を中心にしてアーム部１１が回動するように枢着されている。
【００２７】
支持部材１４の一方の側縁部には回動アーム部１１の起き上がり側、即ち拡大掘削刃１０の突出側位置で停止角度位置を規制するストッパー用板１６が固着されており、両軸受け片の背面が当接することによって最大突出角度以上に回動されないように規制している。
【００２８】
掘削ビット１２はアーム部１１の先端部にあって、掘削ヘッドＡの逆回転時、即ち拡大掘削刃１０が起き上がって周囲を拡大掘削する回転方向の前方側に片寄せて突設されており、その後方側のアーム部先端部に必要に応じて水又はセメントミルクを噴射させるためのノズル２０がアーム部１１の先端側延長方向に向けて備えられている。
【００２９】
尚、図２において、符号１７は上下のスパイラルオーガ３，４の外径、１８は拡大掘削刃１０の突出状態時における旋回外径、１９は埋設しようとするＰＣ杭の外径を示している。
【００３０】
アーム部１１及び一方の軸受け片１３には、図３に示すようにノズル２０に連通する給液路２１ａが形成され、支軸１５にはその中心に一端を支軸端部に開口させた給液路２１ｂが形成されており、両給液路２１ａ，２１ｂは、軸受け片１３と支軸１５が相互に回動しても両給液路の連通状態を維持するユニバーサルジョイント２１ｃを介して連通されている。このようにしてノズル２０に連通させた給液路２１ｂの開口部にパイプジョイント２２を介して給液パイプ２３が連通されている。
【００３１】
一方、中心軸１は図４に示すように中空筒状に形成され、その中空部内に内筒２４が挿入されている。この内筒２４内と該内筒と中心軸中空部内面との間とがそれぞれ別々の給液路２５，２６となっている。そして、内筒２４と中心軸内面間内の給液路２６が前述したノズル２０に通じる給液パイプ２３に対し、パイプジョイント２７を介して連通されている。また、内筒２４内の給液路２５は、中心軸１の下端に開口させたノズル２８，２９に連通させている。
【００３２】
尚、図において符号３ｂは掘削ヘッドＡの下端に突設した下向き掘削ビットを示している。
【００３３】
次に、上述した掘削ヘッドＡを使用した本発明に係る中掘り工法による杭埋設方法の実施例について説明する。
【００３４】
図７は本工法の施工に使用する杭打ち装置の概略を示しており、図において符号３０はクローラーからなる走行手段によって移動可能な装置本体であり、その端部には支柱３１が立設されている。支柱３１にはスライドガイド３２が軸方向に固定されており、これに回転駆動手段３３及び杭挿入手段３４が上下方向に移動可能に支持されている。これらの各手段は図には詳示してないが、これらをそれぞれ上下方向に移動させるためのスライド駆動手段が備えられている。
【００３５】
回転駆動手段３３にはオイルモーター又は電動モーターからなる回転駆動源３３ａがあり、該駆動源３３ａによって回転動作される駆動軸３５に揚土用のスパイラルオーガＢが着脱自在に連結されるようになっている。駆動軸３５は、回転駆動源による回転方向の切り換えによって正逆方向に回転を変更できるようになっている。尚、この回転切換は回転切り換え用のギヤ機構によってもよい。
【００３６】
スパイラルオーガＢは、中心軸３５の外周にリボン状のスクリュー羽根３６をその縁部を固着させて螺旋状に巻き付けた構造のものであり、その中心軸３５には前述した掘削ヘッドＡと同様に内筒（図示せず）が挿入された二重筒構造となっており、掘削ヘッドＡの中心軸１に形成されている給液路２５，２６に通じる給液路が別々に形成され、中心軸の下端を掘削ヘッドＡの上端の継手部２に連結することによって給液路が連通されるようになっている。
【００３７】
杭挿入手段３４は下端にＰＣ杭Ｃの上端を固定して垂下させる杭吊り下げ装置３７が備えられている。この杭吊下げ装置３７は、ＰＣ杭Ｃを回転可能な状態で吊下げるようになっている。
【００３８】
このようにしてＰＣ杭Ｃを吊下げた状態でスライド駆動手段によって下向きに移動させることにより、ＰＣ杭Ｃを沈降方向に移動されるようになっている。
【００３９】
このように構成される杭打ち装置を施工現場に搬入し、所定のＰＣ杭杭埋め込み位置に支柱３１を直立させ、ＰＣ杭Ｃを内に、スパイラルオーガＢと掘削ヘッドＡとを連結させた状態で挿入する。然る後、ＰＣ杭Ｃ及びスパイラルオーガＢをウインチで吊り上げ、それぞれ杭挿入手段３４及び回転駆動手段３３に上端を固定して吊下げる。
【００４０】
尚、掘削ヘッドＡは、上下のスパイラルオーガ３，４外径を、ＰＣ杭Ｃ内に容易に挿入でき、該ＰＣ杭Ｃの内周面との間を土砂が容易に通り抜けない程度の大きさに成形されているとともに、拡大掘削刃１０は前述した半径方向に直立した状態の時、ＰＣ杭Ｃの外径より６０ｍｍ以上外側に突出するようにその長さが選定されているものを使用する。
【００４１】
この状態で、回転駆動手段３３により掘削ヘッドＡを正回転させつつ掘削ヘッドＡを地盤中に押し込みＰＣ杭Ｃの下端より先行させて地盤を掘削し、スパイラルオーガＢにより排土させながらＰＣ杭Ｃを押し込んで地盤中に挿入する。
【００４２】
次に、本発明の杭埋設の作業工程を図８について説明する。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、ＰＣ杭Ｃ内に掘削ヘッドＡ及びスパイラルオーガＢを挿入し、掘削ヘッドＡをその先端部をＰＣ杭Ｃより先行させて掘削ヘッドＡを地中に挿入する。地盤が硬めの時は、掘削ヘッドＡを正回転させて排土しつつ挿入するが、地盤が軟らかい場合には、掘削ヘッドＡを逆転させ、拡大掘削刃１０を突出させ、土砂を周囲に押し出しながら排土を行わずに挿入する。このようにしてＰＣ杭Ｃを、その下端が、造成しようとする予定拡大球根の上端位置Ｄ５に達するまで挿入する。また、必要に応じてノズル２８，２９から水を噴射して掘削を補助させる。
【００４４】
尚、図中Ｄ０は予定拡大球根の最低部、Ｄ１は予定拡大球根の最低部よりＰＣ杭Ｃの直径分だけ高い位置を、Ｄ２は同じくＰＣ杭Ｃの直径の２倍分だけ高い位置、同様にＤ３，Ｄ４，Ｄ５は、その数字分をＰＣ杭Ｃの直径に乗じた分だけ高い位置を示している。
【００４５】
ついで、図８（ｂ）に示すようにＰＣ杭Ｃの挿入を停止させ、掘削ヘッドＡを正回転させて排土を行いつつ拡大掘削刃１０がＤ１に達するまで先掘りし、その位置で堀進を停止させて正回転させ、充分に排土する。このとき必要に応じノズル２８，２９から掘削補助のための水を噴射する。
【００４６】
その後、図８（ｃ）に示すように逆回転させて拡大掘削刃１０を開かせる。この時・逆回転時の掘削低抗を減ずるため、水をノズル２０及びノズル２８，２９から高圧で噴射させる。拡大掘削刃１０が起き上がったことを確認してから逆転させつつ掘削ヘッドＡの拡大掘削刃１０の位置がＤ５に達するまで引き上げて拡大掘りを行う。この時、拡大掘りによって掘削された土砂は先掘り分の土砂が排土されているため、噴射された水と混合されて拡大掘りされた拡大球根形成部Ｅ内に溜まる。
【００４７】
次いで、図８（ｄ）に示すように掘削ヘッドＡを正回転又は逆回転させて拡大掘削刃１０がＤ０に達するまで降下させ、その位置で正回転を続けて拡大球根形成部Ｅ内の土砂を排土する。
【００４８】
充分な排土が完了したら、図８（ｅ）に示すように掘削ヘッドＡを逆回転させて拡大掘削刃１０を起き上がらせ、ノズル２０及びノズル２８，２９よりセメントミルクＦを高圧噴射させて拡大球根形成部Ｅの内面に押し付け、これを拡径させつつ図８（ｆ）に示すように拡大掘削刃１０の位置をＤ３まで上昇させ、先の図８（ｃ）における拡大掘りによって緩められた周囲の地山土砂にセメントミルクを混入させる。これによってさきの掘削によって緩められた周囲の地盤が固化され、その外側の安定な支持地盤と緻密な状態に密着した拡大球根が造成される。
【００４９】
Ｄ３まで達したら、図８（ｇ）に示すように、ノズル２０から噴出させているセメントミルクＦの噴出圧を減じ、拡径の度合いを小さくし、同様にしてＤ５の位置まで上昇させる。これによって、下部の太径部ｄ１と上部のこれより細い細径部ｄ２とからなる２段径の拡大球根形状にセメントミルクＦが充填される。
このようにしてセメントミルクＦを噴射注入させた後、図８（ｈ）に示すように、ＰＣ杭Ｃをその下端がＤ２に達するまで降下させ、前述した太径部ｄ１内にその上端より杭径分だけ深く挿入させる。この時、ノズル２０よりセメントミルクＦを噴射させ、杭先端をセメントミルクで洗浄しながら降下させる。
【００５０】
このようにしてＰＣ杭Ｃを太径部ｄ１内まで挿入させた後、その効果を停止させ、図８（ｉ）に示すように、更に連続してＰＣ杭Ｃの中空部内に所定長以上の高さまで、根固め液をノズル２０から噴射させて注入し、所定量の注入が完了した後、被圧を押さえるために杭中空部に注水を行いながら掘削ヘッドＡを引き抜き、施工を完了する。
【００５１】
尚、図８（ｃ）の拡大掘りの際のジェット水の噴出圧、図８（ｅ）（ｆ）の太径部におけるセメントミルク噴射時の噴出圧を違えることによって拡大掘り径と拡大球根径とを違えるようにしており、例えば、拡大掘りの際のジェット水の噴出圧を５〜１０Ｍｐ（メガパスカル）とし、図８（ｅ）（ｆ）のセメントミルク噴射時の噴出圧を１５〜２５ＭＰａとしている。この噴出圧の違いと、噴出される水とセメントミルクとの比重の違いによって、掘削形成される拡大球根形成部と、セメントミルク固化によって造成される拡大球根との径を違えるようにしている。
【００５２】
このようにして造成される拡大球根Ｇは、掘削ヘッドＡに拡大掘削刃１０を設けるとともに、その拡大掘削刃１０の先端部分に高圧の掘削水及びセメントミルクを噴射できるノズルを半径方向に向けて設けたため、掘削水及びセメントミルクの到達半径を従来に比べて大きくでき、また図８（ｃ）〜（ｅ）のように、Ｄ０まで先掘りし、逆転させて拡大球根形成部を拡径掘りし、然る後にセメントミルクを拡径形成部の内面に噴射させて更に拡径させるようにしたことにより、拡大球根の直径を、従来のＰＣ杭ではできなかった杭径に対する拡大比を１．７以上とすることが可能となる。
【００５３】
また、造成される拡大球根は、図９に示すように、最外周部分に安定した支持地盤４０に緻密に密着されたセメントミルク混合土砂固化部４１が形成され、中央に至るに従って土砂混合割合の少ないセメントミルク固化部４２が一体化された拡大球根が造成される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る杭埋設方法に使用する掘削ヘッドの一例を示す正面図である。
【図２】図１中の拡大掘削刃部分のａ−ａ線断面図である。に同上の横断面図である。
【図３】図４中のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】図１に示す掘削ヘッドのスクリュー羽根その他を省略した中心軸部分のみを示した縦断面図である。
【図５】同上の底面図である。
【図６】同上の掘削ヘッド下端部の側面図である。
【図７】本発明に係る杭埋設方法に使用する装置の全体の概略を示す側面図である。
【図８】（ａ）〜（ｈ）本発明方法における施工工程を説明するための略図的断面図である。
【図９】本発明方法によって造成される拡大球根の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 中心軸
２ 継手部
３ 下部スパイラルオーガ
４ 上部スパイラルオーガ
３ａ スクリュー羽根
４ａ スクリュー羽根
１０ 拡大掘削刃
１１ アーム部
１２ 掘削ビット
１３ 軸受け片
１４ 支持部材
１５ 支軸
１６ ストッパー用板
２０ ノズル
２１ａ 給液路
２１ｂ 給液路
２１ｃ ユニバーサルジョイント
２２ パイプジョイント
２３ 給液パイプ
２４ 内筒
２５，２６ 給液路
２７ パイプジョイント
２８，２９ ノズル
３０ 装置本体
３１ 支柱
３２ スライドガイド
３３ 回転駆動手段
３４ 杭挿入手段
３３ａ 回転駆動源
３５ 駆動軸
３６ スクリュー羽根
３７ 杭吊り下げ装置
４０ 支持地盤
４１ セメントミルク混合土砂固化部
４２ セメントミルク固化部
Ａ 掘削ヘッド
Ｂ スパイラルオーガ
Ｃ ＰＣ杭
Ｅ 拡大球根形成部
Ｆ セメントミルク
Ｇ 拡大球根
ｄ１ 太径部
ｄ２ 細径部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のプレキャストコンクリート製杭（以下ＰＣ杭と記す）を、その内部に収容したスパイラルオーガによって下端内の土砂を排出しつつ地中に挿入する中掘り工法であって、ＰＣ杭の下端をその外径より直径の大きい拡大球根によって支持させるようにした中掘り工法による杭埋設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般にＰＣ杭の地中埋設方法の一つとして、中掘り工法が広く採用されている。この中掘り工法は、先端に掘削ヘッドを備えたスパイラルオーガを中空のＰＣ杭内に挿入しておき、掘削ヘッドを杭下端下に突出させて杭中空部下の地盤を掘削しつつＰＣ杭を中に圧入する工法であり、ＰＣ杭の外周面が地盤と密着した状態で圧入されるものである。
【０００３】
また、上記中掘り工法において、ＰＣ杭の下端を地下の安定地盤（支持基盤）に支持させる方法としては、ＰＣ杭を支持基盤まで挿入した後、その下端下に拡大球根を造成する工法がある。
【０００４】
この拡大球造成方法には、掘削ヘッドに半径方向に突出する拡大掘削刃を出入自在に備えておき、この拡大掘削刃を突出させた状態で掘削ヘッドをスパイラルオーガとともに旋回させて杭下端下に拡大球根形成部を造成し、その後に掘削ヘッド先端部のノズルから拡大球根形成部内にセメントミルクを注入し、コンクリート製の拡大球根を形成する方法がある。この方法には、スパイラルオーガを逆回転させることにより、地盤との間の抵抗によって拡大掘削刃が起立して半径方向に突出する構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献1）や、油圧によって拡大掘削刃を起立させて半径方向に突出させる構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献２）がある。
【０００５】
また、拡大掘削刃を使用せずに、スパイラルオーガの軸部に液体噴射ノズルを備えておき、このノズルから高圧で水を噴射することによって拡大球根形成部を造成した後、セメントミルクを注入して拡大球根を造成する方法（例えば特許文献３）がある。
【特許文献１】特開２００４−２８５５６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２３６６４号公報
【特許文献３】特開２０００−９６５６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の拡大球根の造成方法は、杭の下端下を、拡大掘削刃を拡開させることにより拡径掘削する方法及び高圧水を噴射させて拡径掘削するいずれの方法においても、ＰＣ杭を使用した中掘り工法においては、ＰＣ杭に一定以上の肉厚が必要であり、その中心の中空部に挿入できる径のスパイラルオーガ及び掘削ヘッドでなければならず、オーガによって掘孔される径に比べ、拡大球根の径は、ＰＣ杭の肉厚分より更に径を大きくする必要がある。
【０００７】
このため拡大掘削刃を使用する場合、拡大球根の径を大きくするには、その拡大掘削刃の半径方向の突出長さを長くする必要があるが、スパイラルオーガの逆転によって自動的に起立させるようにしたものにあっては、強度的及びスペース的に拡大率に限界がある。
【０００８】
一方、油圧を使用して強制的に起立させる方式の場合には、拡大掘削刃の突出長さを調節できるため、１回の拡大掘削率を小さくし、数回に分けて拡大径を順次大きくしながら掘削することができるため、比較的大きい拡大率の拡大掘削が可能であるが、地中に挿入される掘削ヘッドに油圧器機を備える必要があるとともに、地上に達する回転支軸に油圧流路を設置する必要があるため、装置が高価なものとならざるを得ず、拡大掘削中に掘削ヘッドに故障が発生した場合には、これを破壊せざるを得なくなるという問題があった。
【０００９】
更に、高圧水の噴射による拡径掘削においても、ノズルの先端はスパイラルオーガの外径より内側にあったため、杭径に対する拡大球根の径の比率を大きくすることができないという問題があった。
【００１０】
更に、これらの従来の工法では、拡大掘削刃或いはこれと水圧の併用又は水圧のみによって拡大球根形成部を堀削形成し、その中にセメントミルクを注入することによって拡大球根を造成するものであるが、拡大球根形成部の掘削の際に、その周囲の地山の緩みを完全に防止することができず、緩んだ地山内に形成された空間内にセメントミルクを注入して拡大球根となすようにしているため、造成される拡大球根の周囲には緩んだ地山が存在することとなり、杭の支持力その分だけ小さくならざるを得ないという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような従来の問題に鑑み、ＰＣ杭を使用した中掘り工法において、杭下端下の拡大球根の径を従来に比べて大きくすることができるとともに、形成される拡大球根が周囲の地山の安定した部分に密着した状態に造成される中掘り工法による杭埋設方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、円筒状をしたＰＣ杭を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させ、然る後前記掘削ヘッドを先行させて前記ＰＣ杭の下端下に、該ＰＣ杭の外径より大きい外径の拡大球根形成部を造成し、該拡大球根形成部内に固化材を充填するとともに該拡大球根形成部内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、
前記掘削ヘッドは、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用し、
前記ＰＣ杭を前記拡大球根形成位置の手前まで挿入した状態で前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、
然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させるとともに前記ノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部を造成させ、
該拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填し、該セメントミルクの固化前に前記拡大球根内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させることにある。
【００１３】
請求項２に記載の発明の特徴は、前記請求項1の構成に加え、前記拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成することにある。
【００１４】
請求項３に記載の発明の特徴は、前記請求項1又は２の構成に加え、前記拡大球根形成部の造成は、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、前記セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入することにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明の特徴は、前記請求項1，又は３の構成に加え、前記拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、前記掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行うことにある。
【００１６】
請求項５に記載の発明の特徴は、前記請求項1〜３又は４の構成に加え、前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させることにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、請求項１に記載の如く、円筒状をしたＰＣ杭を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、掘削ヘッドとして、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用することにより、ノズルからの高圧水の噴射によって拡大掘削刃による掘削半径よりも更に大きく半径の拡大球根形成部を掘削成形することが容易となり、従来工法に比べ、ＰＣ杭径に対する拡大球根の径を遥か大きいものとすることができる。
【００１８】
また、拡大球根形成部を造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させることにより拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより、先の高圧水の噴射によって掘削形成された拡大球根形成部内面にセメントミルクが噴射されるため、拡大球根形成部の外径が更に大きくなり、拡大球根の外周面に到るまで良質のセメントミルク固化物が形成され、良質の拡大球根が形成される。また、同時に拡大球根の周面摩擦力が大きくなり、極限支持力の大きい拡大球根が造成される。
【００１９】
本発明は請求項２に記載の如く、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともにその先端のノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成するようにしたことにより、先の拡大球根形成部の掘削成型に際して緩んだ周囲の地山土砂にセメントミルクを混合してこれを固化することとなり、安定した支持地盤に対して緻密な状態で密着した拡大球根を造成することができる。
【００２０】
本発明は請求項３に記載の如く、拡大球根形成部の造成に際し、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入することにより、太径部の大きい下端面によって垂直荷重に対抗させるとともに、細径部の外周面の地盤との摩擦力によっても垂直荷重に対抗させることとなり、より大きな極限支持力を発揮させることができる。
【００２１】
更に、本発明は請求項４に記載のように、拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行うことにより、ＰＣ杭の下端面及び下端部内面に泥が付着しない状態でセメントミルク内に挿入されるため、拡大球根とＰＣ杭との結合が強固なものとなる。
【００２２】
更に、前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させるようにしたことにより、掘削ヘッドを逆転させて拡大掘削刃を起立させる際にの抵抗が小さくなり、拡大掘削刃の起立及びその後の拡大掘削が無理なくなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１〜図６は、本発明において使用するに掘削ヘッドの一例を示している。この掘削ヘッドＡは中心軸１の上端に継手部２が一体に備えられ、外周には上下に分けて下部スパイラルオーガ３と上部スパイラルオーガ４とが設けられている。下部スパイラルオーガ３は一対のリボン状のスクリュー羽根３ａ，３ａが中心軸下端部の外周にその縁部を固着させて螺旋状に巻きつけた形状に設置されている。このスクリュー羽根３ａはその螺旋ピッチを１／２程度と小さくしている。
【００２４】
上部スパイラルオーガ４は、リボン状のスクリュー羽根４ａ，４ａをその縁部を中心軸外周に固着させて螺旋状に巻きつけられており、中心軸１の略上半分の長さに渡って、螺旋ピッチを１／４程度と大きくした状縦のものが設置されている。
【００２５】
上下部のスパイラルオーガ３，４の間に一対の拡大掘削刃１０，１０が設置されている。この拡大掘削刃１０は、図１〜図３に示すように前記上下部のスパイラルオーガ３，４の正回転、即ち地盤内で前進する方向の回転のときは、周囲の土砂の抵抗によって倒されて、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より内側に引き込まれた状態となり、スパイラルオーガ３，４の逆回転、即ち後退する方向の回転時には、周囲の土砂の抵抗によって起き上がり、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より外側に突出されるようになっている。
【００２６】
拡大掘削刃１０は、支軸を中心にして回動するアーム部１１とそのアーム部１１の先端部に片側に寄せて一体に突設された掘削ビット１２とから構成されている。アーム部１１の基端部に一対の平行な軸受け片１３，１３が突設されており、この軸受け片１３，１３間に中心軸１の外周に固着した支持部材１４を挿入させ、これらに支軸１５を貫通させ、この支軸１５を中心にしてアーム部１１が回動するように枢着されている。
【００２７】
支持部材１４の一方の側縁部には回動アーム部１１の起き上がり側、即ち拡大掘削刃１０の突出側位置で停止角度位置を規制するストッパー用板１６が固着されており、両軸受け片の背面が当接することによって最大突出角度以上に回動されないように規制している。
【００２８】
掘削ビット１２はアーム部１１の先端部にあって、掘削ヘッドＡの逆回転時、即ち拡大掘削刃１０が起き上がって周囲を拡大掘削する回転方向の前方側に片寄せて突設されており、その後方側のアーム部先端部に必要に応じて水又はセメントミルクを噴射させるためのノズル２０がアーム部１１の先端側延長方向に向けて備えられている。
【００２９】
尚、図２において、符号１７は上下のスパイラルオーガ３，４の外径、１８は拡大掘削刃１０の突出状態時における旋回外径、１９は埋設しようとするＰＣ杭の外径を示している。
【００３０】
アーム部１１及び一方の軸受け片１３には、図３に示すようにノズル２０に連通する給液路２１ａが形成され、支軸１５にはその中心に一端を支軸端部に開口させた給液路２１ｂが形成されており、両給液路２１ａ，２１ｂは、軸受け片１３と支軸１５が相互に回動しても両給液路の連通状態を維持するユニバーサルジョイント２１ｃを介して連通されている。このようにしてノズル２０に連通させた給液路２１ｂの開口部にパイプジョイント２２を介して給液パイプ２３が連通されている。
【００３１】
一方、中心軸１は図４に示すように中空筒状に形成され、その中空部内に内筒２４が挿入されている。この内筒２４内と該内筒と中心軸中空部内面との間とがそれぞれ別々の給液路２５，２６となっている。そして、内筒２４と中心軸内面間内の給液路２６が前述したノズル２０に通じる給液パイプ２３に対し、パイプジョイント２７を介して連通されている。また、内筒２４内の給液路２５は、中心軸１の下端に開口させたノズル２８，２９に連通させている。
【００３２】
尚、図において符号３ｂは掘削ヘッドＡの下端に突設した下向き掘削ビットを示している。
【００３３】
次に、上述した掘削ヘッドＡを使用した本発明に係る中掘り工法による杭埋設方法の実施例について説明する。
【００３４】
図７は本工法の施工に使用する杭打ち装置の概略を示しており、図において符号３０はクローラーからなる走行手段によって移動可能な装置本体であり、その端部には支柱３１が立設されている。支柱３１にはスライドガイド３２が軸方向に固定されており、これに回転駆動手段３３及び杭挿入手段３４が上下方向に移動可能に支持されている。これらの各手段は図には詳示してないが、これらをそれぞれ上下方向に移動させるためのスライド駆動手段が備えられている。
【００３５】
回転駆動手段３３にはオイルモーター又は電動モーターからなる回転駆動源３３ａがあり、該駆動源３３ａによって回転動作される駆動軸３５に揚土用のスパイラルオーガＢが着脱自在に連結されるようになっている。駆動軸３５は、回転駆動源による回転方向の切り換えによって正逆方向に回転を変更できるようになっている。尚、この回転切換は回転切り換え用のギヤ機構によってもよい。
【００３６】
スパイラルオーガＢは、中心軸３５の外周にリボン状のスクリュー羽根３６をその縁部を固着させて螺旋状に巻き付けた構造のものであり、その中心軸３５には前述した掘削ヘッドＡと同様に内筒（図示せず）が挿入された二重筒構造となっており、掘削ヘッドＡの中心軸１に形成されている給液路２５，２６に通じる給液路が別々に形成され、中心軸の下端を掘削ヘッドＡの上端の継手部２に連結することによって給液路が連通されるようになっている。
【００３７】
杭挿入手段３４は下端にＰＣ杭Ｃの上端を固定して垂下させる杭吊り下げ装置３７が備えられている。この杭吊下げ装置３７は、ＰＣ杭Ｃを回転可能な状態で吊下げるようになっている。
【００３８】
このようにしてＰＣ杭Ｃを吊下げた状態でスライド駆動手段によって下向きに移動させることにより、ＰＣ杭Ｃを沈降方向に移動されるようになっている。
【００３９】
このように構成される杭打ち装置を施工現場に搬入し、所定のＰＣ杭杭埋め込み位置に支柱３１を直立させ、ＰＣ杭Ｃを内に、スパイラルオーガＢと掘削ヘッドＡとを連結させた状態で挿入する。然る後、ＰＣ杭Ｃ及びスパイラルオーガＢをウインチで吊り上げ、それぞれ杭挿入手段３４及び回転駆動手段３３に上端を固定して吊下げる。
【００４０】
尚、掘削ヘッドＡは、上下のスパイラルオーガ３，４外径を、ＰＣ杭Ｃ内に容易に挿入でき、該ＰＣ杭Ｃの内周面との間を土砂が容易に通り抜けない程度の大きさに成形されているとともに、拡大掘削刃１０は前述した半径方向に直立した状態の時、ＰＣ杭Ｃの外径より６０ｍｍ以上外側に突出するようにその長さが選定されているものを使用する。
【００４１】
この状態で、回転駆動手段３３により掘削ヘッドＡを正回転させつつ掘削ヘッドＡを地盤中に押し込みＰＣ杭Ｃの下端より先行させて地盤を掘削し、スパイラルオーガＢにより排土させながらＰＣ杭Ｃを押し込んで地盤中に挿入する。
【００４２】
次に、本発明の杭埋設の作業工程を図８について説明する。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、ＰＣ杭Ｃ内に掘削ヘッドＡ及びスパイラルオーガＢを挿入し、掘削ヘッドＡをその先端部をＰＣ杭Ｃより先行させて掘削ヘッドＡを地中に挿入する。地盤が硬めの時は、掘削ヘッドＡを正回転させて排土しつつ挿入するが、地盤が軟らかい場合には、掘削ヘッドＡを逆転させ、拡大掘削刃１０を突出させ、土砂を周囲に押し出しながら排土を行わずに挿入する。このようにしてＰＣ杭Ｃを、その下端が、造成しようとする予定拡大球根の上端位置Ｄ５に達するまで挿入する。また、必要に応じてノズル２８，２９から水を噴射して掘削を補助させる。
【００４４】
尚、図中Ｄ０は予定拡大球根の最低部、Ｄ１は予定拡大球根の最低部よりＰＣ杭Ｃの直径分だけ高い位置を、Ｄ２は同じくＰＣ杭Ｃの直径の２倍分だけ高い位置、同様にＤ３，Ｄ４，Ｄ５は、その数字分をＰＣ杭Ｃの直径に乗じた分だけ高い位置を示している。
【００４５】
ついで、図８（ｂ）に示すようにＰＣ杭Ｃの挿入を停止させ、掘削ヘッドＡを正回転させて排土を行いつつ拡大掘削刃１０がＤ１に達するまで先掘りし、その位置で堀進を停止させて正回転させ、充分に排土する。このとき必要に応じノズル２８，２９から掘削補助のための水を噴射する。
【００４６】
その後、図８（ｃ）に示すように逆回転させて拡大掘削刃１０を開かせる。この時・逆回転時の掘削低抗を減ずるため、水をノズル２０及びノズル２８，２９から高圧で噴射させる。拡大掘削刃１０が起き上がったことを確認してから逆転させつつ掘削ヘッドＡの拡大掘削刃１０の位置がＤ５に達するまで引き上げて拡大掘りを行う。この時、拡大掘りによって掘削された土砂は先掘り分の土砂が排土されているため、噴射された水と混合されて拡大掘りされた拡大球根形成部Ｅ内に溜まる。
【００４７】
次いで、図８（ｄ）に示すように掘削ヘッドＡを正回転又は逆回転させて拡大掘削刃１０がＤ０に達するまで降下させ、その位置で正回転を続けて拡大球根形成部Ｅ内の土砂を排土する。
【００４８】
充分な排土が完了したら、図８（ｅ）に示すように掘削ヘッドＡを逆回転させて拡大掘削刃１０を起き上がらせ、ノズル２０及びノズル２８，２９よりセメントミルクＦを高圧噴射させて拡大球根形成部Ｅの内面に押し付け、これを拡径させつつ図８（ｆ）に示すように拡大掘削刃１０の位置をＤ３まで上昇させ、先の図８（ｃ）における拡大掘りによって緩められた周囲の地山土砂にセメントミルクを混入させる。これによってさきの掘削によって緩められた周囲の地盤が固化され、その外側の安定な支持地盤と緻密な状態に密着した拡大球根が造成される。
【００４９】
Ｄ３まで達したら、図８（ｇ）に示すように、ノズル２０から噴出させているセメントミルクＦの噴出圧を減じ、拡径の度合いを小さくし、同様にしてＤ５の位置まで上昇させる。これによって、下部の太径部ｄ１と上部のこれより細い細径部ｄ２とからなる２段径の拡大球根形状にセメントミルクＦが充填される。
このようにしてセメントミルクＦを噴射注入させた後、図８（ｈ）に示すように、ＰＣ杭Ｃをその下端がＤ２に達するまで降下させ、前述した太径部ｄ１内にその上端より杭径分だけ深く挿入させる。この時、ノズル２０よりセメントミルクＦを噴射させ、杭先端をセメントミルクで洗浄しながら降下させる。
【００５０】
このようにしてＰＣ杭Ｃを太径部ｄ１内まで挿入させた後、その効果を停止させ、図８（ｉ）に示すように、更に連続してＰＣ杭Ｃの中空部内に所定長以上の高さまで、根固め液をノズル２０から噴射させて注入し、所定量の注入が完了した後、被圧を押さえるために杭中空部に注水を行いながら掘削ヘッドＡを引き抜き、施工を完了する。
【００５１】
尚、図８（ｃ）の拡大掘りの際のジェット水の噴出圧、図８（ｅ）（ｆ）の太径部におけるセメントミルク噴射時の噴出圧を違えることによって拡大掘り径と拡大球根径とを違えるようにしており、例えば、拡大掘りの際のジェット水の噴出圧を５〜１０Ｍｐ（メガパスカル）とし、図８（ｅ）（ｆ）のセメントミルク噴射時の噴出圧を１５〜２５ＭＰａとしている。この噴出圧の違いと、噴出される水とセメントミルクとの比重の違いによって、掘削形成される拡大球根形成部と、セメントミルク固化によって造成される拡大球根との径を違えるようにしている。
【００５２】
このようにして造成される拡大球根Ｇは、掘削ヘッドＡに拡大掘削刃１０を設けるとともに、その拡大掘削刃１０の先端部分に高圧の掘削水及びセメントミルクを噴射できるノズルを半径方向に向けて設けたため、掘削水及びセメントミルクの到達半径を従来に比べて大きくでき、また図８（ｃ）〜（ｅ）のように、Ｄ０まで先掘りし、逆転させて拡大球根形成部を拡径掘りし、然る後にセメントミルクを拡径形成部の内面に噴射させて更に拡径させるようにしたことにより、拡大球根の直径を、従来のＰＣ杭ではできなかった杭径に対する拡大比を１．７以上とすることが可能となる。
【００５３】
また、造成される拡大球根は、図９に示すように、最外周部分に安定した支持地盤４０に緻密に密着されたセメントミルク混合土砂固化部４１が形成され、中央に至るに従って土砂混合割合の少ないセメントミルク固化部４２が一体化された拡大球根が造成される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る杭埋設方法に使用する掘削ヘッドの一例を示す正面図である。
【図２】図１中の拡大掘削刃部分のａ−ａ線断面図である。に同上の横断面図である。
【図３】図４中のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】図１に示す掘削ヘッドのスクリュー羽根その他を省略した中心軸部分のみを示した縦断面図である。
【図５】同上の底面図である。
【図６】同上の掘削ヘッド下端部の側面図である。
【図７】本発明に係る杭埋設方法に使用する装置の全体の概略を示す側面図である。
【図８】（ａ）〜（ｈ）本発明方法における施工工程を説明するための略図的断面図である。
【図９】本発明方法によって造成される拡大球根の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 中心軸
２ 継手部
３ 下部スパイラルオーガ
４ 上部スパイラルオーガ
３ａ スクリュー羽根
４ａ スクリュー羽根
１０ 拡大掘削刃
１１ アーム部
１２ 掘削ビット
１３ 軸受け片
１４ 支持部材
１５ 支軸
１６ ストッパー用板
２０ ノズル
２１ａ 給液路
２１ｂ 給液路
２１ｃ ユニバーサルジョイント
２２ パイプジョイント
２３ 給液パイプ
２４ 内筒
２５，２６ 給液路
２７ パイプジョイント
２８，２９ ノズル
３０ 装置本体
３１ 支柱
３２ スライドガイド
３３ 回転駆動手段
３４ 杭挿入手段
３３ａ 回転駆動源
３５ 駆動軸
３６ スクリュー羽根
３７ 杭吊り下げ装置
４０ 支持地盤
４１ セメントミルク混合土砂固化部
４２ セメントミルク固化部
Ａ 掘削ヘッド
Ｂ スパイラルオーガ
Ｃ ＰＣ杭
Ｅ 拡大球根形成部
Ｆ セメントミルク
Ｇ 拡大球根
ｄ１ 太径部
ｄ２ 細径部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状をしたプレキャストコンクリート杭（以下ＰＣ杭と記す）を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させ、然る後前記掘削ヘッドを先行させて前記ＰＣ杭の下端下に、該ＰＣ杭の外径より大きい外径の拡大球根形成部を造成し、該拡大球根形成部内に固化材を充填するとともに該拡大球根形成部内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、
前記掘削ヘッドは、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用し、
前記ＰＣ杭を前記拡大球根形成位置の手前まで挿入した状態で前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、
然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させるとともに前記ノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部を造成させ、
該拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填して拡大球根を造成し、
該セメントミルクの固化前に前記拡大球根内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させることを特徴としてなる中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項２】
前記拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成する請求項１に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項３】
前記拡大球根形成部の造成は、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、前記セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入する請求項１又は２に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項４】
前記拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、前記掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行う請求項１，２又は３に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項５】
前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させる請求項１〜３又は４に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項１】
円筒状をしたプレキャストコンクリート杭（以下ＰＣ杭と記す）を、その中空内部に、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガを挿入して地中に挿入させ、然る後前記掘削ヘッドを先行させて前記ＰＣ杭の下端下に、該ＰＣ杭の外径より大きい外径の拡大球根形成部を造成し、該拡大球根形成部内に固化材を充填するとともに該拡大球根形成部内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させる中掘り工法による杭埋設方法において、
前記掘削ヘッドは、これを正回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スパイラルオーガの外径より外側に突出する拡大掘削刃と、該拡大掘削刃の先端部に前記スパイラルオーガの外径より外側に液を噴射するノズルを備えたものを使用し、
前記ＰＣ杭を前記拡大球根形成位置の手前まで挿入した状態で前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、
然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させるとともに前記ノズルより掘削水を高圧噴射させながら上昇させることにより、拡大掘削刃の回転半径より大きい半径の拡大球根形成部を造成させ、
該拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填して拡大球根を造成し、
該セメントミルクの固化前に前記拡大球根内に前記ＰＣ杭の下端を挿入させることを特徴としてなる中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項２】
前記拡大球根形成部の造成後、前記掘削ヘッドを拡大球根形成部の底部まで降下させ、掘削ヘッドを逆回転させて拡大掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルよりセメントミルクを噴射させつつ上昇させることにより拡大球根形成部内にセメントミルクを充填する際に、該セメントミルクの噴射により先に形成した拡大球根形成部の周辺地盤とセメントミルクを混合して前記拡大球根形成部より径の大きい拡大球根を造成する請求項１に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項３】
前記拡大球根形成部の造成は、前記掘削ヘッドのノズルからのセメントミルク噴射圧力を変化させることによって下側に太径部を上側に小径部を形成させ、前記セメントミルクの固化前にＰＣ杭を前記太径部内に到るまで挿入する請求項１又は２に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項４】
前記拡大球根形成部へのＰＣ杭の挿入に際し、前記掘削ヘッドのノズルからＰＣ杭の下端部及び内面に向けてセメントミルクを噴射することによって、ＰＣ杭を洗浄しつつ挿入を行う請求項１，２又は３に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【請求項５】
前記掘削ヘッドを正回転させながら該拡大球根形成位置の底部まで先行させて掘削し、然る後、該掘削ヘッドを前記逆回転させて拡大掘削刃をオーガ半径方向に突出させる際に、前記ノズルから水を噴射させて拡大掘削刃による掘削抵抗を低減させる請求項１〜３又は４に記載の中掘り工法による杭埋設方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１６２２１５（Ｐ２００７−１６２２１５Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５５７３０（Ｐ２００５−３５５７３０）
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（０００２２９６６７）日本ヒューム株式会社 (70)
【出願人】（０００２０１５０４）前田製管株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（０００２２９６６７）日本ヒューム株式会社 (70)
【出願人】（０００２０１５０４）前田製管株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
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