回転貫入鋼管杭及び根固めされた基礎杭の構築方法

【課題】工事が容易な小径でありながら、大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力を持った基礎杭を提供する。
【解決手段】先端が閉塞された中空の杭本体１の先端付近の外周に、杭本体１の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼３が設けられていると共に、杭本体１の先端付近あるいは螺旋翼３に、外部へ向かって硬化性流動物を吐出する吐出孔７が形成されており、吐出孔７は、地上から硬化性流動物を供給できる様、杭本体１内に配設されている硬化性流動物供給管６に接続回転貫入鋼管杭。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土木工事に用いる器材及びこれを用いた工法、詳しくは、押し込み支持力及び引き抜き抵抗力が大きい回転貫入鋼管杭及びこれを用いて根固めされた強固な基礎を構築する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物に作用する荷重や構造物の自重を地盤中の支持層に円滑に伝達する役割を担う基礎は、土木建築において極めて重要な構造物であり、鋼管杭を基礎として用いることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４２６２４
【特許文献１】特開２００３−９６７６９
【特許文献１】特開２００６−４６０６７
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
都市化の進展に伴い、狭隘な場所に構造物を構築しなければならない場合が増えており、既設の構造物の基礎を増強して耐震性を強化する工事も多く行われている。この様な現場では、大きな杭打ち機を搬入することが困難な場合も多く、小さな杭打ち機で対応出来る小径杭に大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力とを持たせることが、強く求められていた。又、地震の際の地盤の液状化に伴うマンホールの浮上が深刻な社会問題となっており、新設だけではなく既設のマンホールの浮上防止対策も急務であり、この目的の為にも、工事が容易な小径でありながら、大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力を持った基礎杭の実現が切望されていた。
【０００６】
前記特許文献１乃至３に開示されている技術は、これら従来の課題を解決せんとしてなされたものである。
即ち、特許文献１には、中空の杭本体と、この杭本体の先端に当接されて、該杭本体の内側に突設される内側羽根部と外側に突設される外側羽根部とが一体に形成され、かつ杭本体を開端杭とするように設けられた、ほぼ一巻きの螺旋形状の掘削羽根と、この掘削羽根の先端に設けられた掘削刃と、噴出される流体物が杭先端部に行き届くように、前記掘削羽根の底部に設けられた流体物噴出口と、この噴出口から噴出させるエアー、液体、粉体、グラウト材などの前記流体物を地上等から供給するために前記杭本体内に設けられた供給管とからなる回転圧入式杭が開示されている。この回転圧入式杭は、回転トルクの低減と、硬化物と土砂の良好な撹拌による支持力増強を狙ったものであるが、杭先端が開端であるので、流動物（硬化物）の多くは杭中空部に流れ込んでしまい、所期の目的の達成は実際上困難だった。
【０００７】
又、特許文献２には、地表部ではオーガーにて空掘り掘削し、次いで所定深度まで既製杭のらせん翼外径以下の径の孔を水もしくはセメントミルクを使用して掘削し、且つ先端付近を拡大掘削するとともにセメントミルクを注入して先端付近をソイルセメント状とした後、該掘削孔内に杭先端部にらせん翼を有する既製杭を回転圧入して埋設する排土の少ない既製杭の埋設方法が開示されている。この既製杭の埋設方法は、プレボーリング工法に比べ、掘削土砂（排土）が少なく、拡底部はらせん翼とソイルセメントとの複合構造体となるので、耐荷力が増大する効果が期待されるが、既製杭が開端の場合は前記特許文献１記載のものと同じ欠点を有し、しかもオーガー先端の拡底構造は、製作費用や信頼性の面で大きな問題を有していた。
【０００８】
更に、特許文献３には、中空の杭体の先端部又は先端部近傍に固着した翼の木ネジとしての作用と、前記杭体の中空部に挿入したオーガーの地盤掘削軟化作用とを利用して、杭打ち機に搭載した杭回転用モーターにより杭体に回転力を与えると共に、前記杭体の杭頭部又はその近傍に配置したオーガー回転用モーターによりオーガーの頭部に回転力を与えて杭を地盤中に回転貫入させる施工方法であって、前記杭回転用モーターと前記オーガー回転用モーターは、互いに反対方向に回転することができ、前記杭体の先端部が支持層の近傍に達したときは該杭体内にオーガーを挿入してその頭部にオーガー回転用モーターにより該オーガーに回転力を与え、前記杭体の回転中に支持層にオーガーヘッドから硬化性流動物を噴出し、前記翼とオーガーヘッドの回転により土砂と前記硬化性流動物を撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合が終了したときは杭体を残置してオーガーを引き抜き、時間の経過とともに軟化した土砂を固化させるねじ込み杭の施工方法が開示されている。
このねじ込み杭の施工方法では、杭とオーガーが逆回転の為、全体のトルクは小さくなる効果と、翼とオーガーヘッドが逆回転の為、土砂と流動物が撹拌混合しやすい効果が期待されるが、杭が開端の為、特許文献１記載のものと同じ欠点を有し、しかも、拡底構造の為、特許文献２記載のものと同じ欠点も有していた。
【０００９】
本発明者は、基礎杭に関する上記従来の問題点を解決すべく研究を行った結果、工事が容易な小径杭であっても、大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力を併せ持った新しい回転貫入鋼管杭及びこれを用いて強固に根固めされた基礎杭の構築方法を開発するに至り、本発明としてここに提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
先端が閉塞された中空の杭本体の先端付近の外周に、杭本体の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼を設けると共に、杭本体の先端付近あるいは螺旋翼に、外部へ向かって硬化性流動物を吐出する吐出孔を形成し、該吐出孔を杭本体内に配設されている硬化性流動物供給管に接続させて回転貫入鋼管杭を構成することにより、上記課題を解決した。
又、前述の回転貫入鋼管杭を地表面から地盤中に回転貫入させ、その先端が地盤中の支持層の上端付近に到達した時点で、回転貫入鋼管杭の吐出孔からの硬化性流動物の外部への噴出を開始させ、正転と逆転を繰り返しつつ上下動させ、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させながら、最終深度まで回転貫入させ、杭本体の周囲に、螺旋翼とほぼ同径の円柱状をなした固化混合体を形成して根固めされた基礎杭を構築する様にして、上記課題を解決した。
更に、ロッド部先端付近の外周に、螺旋翼が形成されていると共に、先端に硬化性流動物を吐出する吐出孔が形成されているアースオーガを地表面から地盤中に回転貫入させ、その先端が支持層の上端付近に達した時点で吐出孔からの硬化性流動物の噴射を開始させ、正転と逆転とを繰り返しつつ上下動させて、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させた後、アースオーガを地上に引き上げ、アースオーガの螺旋翼の径とほぼ同じ外径を有し、先端が閉塞された中空の杭本体の先端付近の外周に、杭本体の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼が設けられた回転貫入鋼管杭を前記アースオーガが円柱状に掘削軟化させた箇所に回転貫入させ、先にアースオーガが硬化性流動物を噴射した範囲において、正転と逆転を繰り返しながら、上下動させて、土砂と硬化性流動物を撹拌混合してその螺旋翼の径とほぼ同径の円柱状の固化混合体を形成して根固めされた基礎杭を構築する様にして、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１１】
杭本体の外径の略２．５〜３倍の円柱状をなした固化混合体が鋼管杭の外側に形成されており、この固化混合体が螺旋翼と一体になって外力に抵抗するので、鋼管杭が小径であっても、大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力を確保できる。この際、鋼管杭の先端は閉塞されているので、硬化性流動物は管内に流入せず、良好な品質の固化混合体を形成出来る。更に、回転貫入時に、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合しながら支持層を掘削するので、回転力付与の為の回転トルクが小さくてすみ、鋼管杭本体が小径であっても良いことと相俟って、より小さな杭打ち機で十分に対応可能で、狭隘な現場や構造物の直近でも施工できる効果を有し、すぐれた実用性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る回転貫入鋼管杭の実施例１の正面図。
【図２】同じく、その要部の拡大縦断面図。
【図３】同じく、図１に示す回転貫入鋼管杭を用いて根固めされた基礎杭を構築する方法の第一段階を示した説明図。
【図４】同じく、図１に示す回転貫入鋼管杭を用いて根固めされた基礎杭を構築する方法の第二段階を示した説明図。
【図５】同じく、図１に示す回転貫入鋼管杭を用いて根固めされた基礎杭を構築する方法の第三段階を示した説明図。
【図６】同じく、図１に示す回転貫入鋼管杭を用いて根固めされた基礎杭を構築する方法の完成した状態を示した説明図。
【図７】実施例２において用いるアースオーガの正面図。
【図８】同じく、その要部の拡大正面図。
【図９】同じく、螺旋翼が異なる例の拡大正面図。
【図１０】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の第一段階を示した説明図。
【図１１】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の第一段階を示した説明図。
【図１２】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の第二段階を示した説明図。
【図１３】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の第三段階を示した説明図。
【図１４】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の第四段階を示した説明図。
【図１５】実施例２において、根固めされた基礎杭を構築する方法の完成した状態を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
先端が閉塞され、先端付近の外周に杭径の略２．５〜３倍の径を有する螺旋翼が固着されていると共に、先端あるいは螺旋翼に硬化性流動物を外部に向かって噴出する吐出口を有する回転貫入鋼管杭を地盤中に回転貫入させ、支持層付近の土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させた円柱状の固化混合体を鋼管杭の外側に形成し、これによって根固めする様にした点に最大の特徴が存する。
【実施例１】
【００１４】
図中１、この発明に係る回転貫入鋼管杭の実施例１の正面図、図２はその要部の拡大縦断面図である。
図中１は杭本体であり、堅牢な円筒状をなしており、その先端は底板２によって閉塞されている。そして、その先端近傍の外周壁には、杭本体１の外径の略２．５倍から３倍の径に形成された螺旋翼３が固着せしめられている。なお、杭本体１の先端は螺旋翼３によって閉塞しても良い。
螺旋翼３の径が、杭本体１の外径の２．５未満の場合は、施工費用に見合った十分な支持力増大効果が得られず、３倍以上の場合には、回転貫入の際の回転トルクが大きくなり過ぎると共に、螺旋翼３の肉厚が大きくなり過ぎてしまい不経済であるので、共に好ましくない。又、螺旋翼３の形状は、必ずしも数学的に正確な螺旋となっていなくても良く、回転貫入機能を持っておれば不完全な螺旋形状であっても良い。
【００１５】
又、螺旋翼３は、図２に示す実施例１においては、２個固着せしめられているが、１個でも良い。更に、杭本体１の先端外縁には掘削刃４が取り付けられている。一方、杭本体１の内径側には、その杭頭５から先端方向に向かって硬化性流動物供給管６が挿入されており、この硬化性流動物供給管６は管内において分岐し、杭本体１の先端外周壁及び底板２の下面中央にそれぞれ形成された吐出孔７に接続されている。なお、この吐出孔７は螺旋翼３に形成しても良い。
この、硬化性流動物供給管６は、硬化性流動物の注入後、取り外して繰り返し使用出来る様、吐出孔７から着脱出来る構造になっている。
【００１６】
次に、この回転貫入鋼管杭１２を用いた根固めされた基礎杭の構築方法を説明する。
通常の杭打ち機や組み立てやぐら式簡易杭打ち機などに搭載されているモーターにより、杭本体１の杭頭又は胴体部に回転トルクを与え、螺旋翼３の作用により、図３に示す様に、この杭本体１を地盤８中に回転貫入させる。杭本体１の先端が、地盤８中の支持層２４の上端付近に到達したなら、図４に示す様に、吐出孔７から硬化性流動物を外部に噴出させながら、杭本体１の正転と逆転を繰り返し、図５に示す様に、これを上下動させ、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させながら、最終深度まで回転貫入させ、図６に示す様に、杭本体１の周囲に、螺旋翼３とほぼ同径の円柱状をなした固化混合体１１を形成し、根固めした基礎杭の構築を完成させる。
なお、硬化性流動物としては、セメントミルク、セメントモルタル、硬化性樹脂等が例示される。
この際の固化混合体１１の下端深度は、螺旋翼３よりも上にすると良い。
【００１７】
この様に、杭本体１の外側に、その外径の略２．５〜３倍の円柱状をなした固化混合体１１が形成されるので、この固化混合体１１が螺旋翼３と一体になって支持層２４において外力に抵抗するので、杭本体１が小径であっても、大きな押し込み支持力と引き抜き抵抗力とを確保出来る。この際、杭本体１の先端は閉塞されているので、硬化性流動物は管内に流入せず、良好な品質の固化混合体１１を形成出来る。更に回転貫入時に、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合しながら支持層２４を掘削するので、回転力付与の為の回転トルクが小さくてすみ、杭本体１が小径であっても良いことと相俟って、より小さな杭打ち機で十分に対応可能で、狭隘な現場や構造物の直近でも施工できる効果を有し、すぐれた実用性を有している。
【実施例２】
【００１８】
この実施例２は、回転貫入鋼管杭を用いた別の基礎杭の構築方法であり、この実施例２においては、螺旋翼３を有する回転貫入鋼管杭２２と硬化性流動物を噴出する機能を有するアースオーガ１３とを用いる。
回転貫入鋼管杭２２は、図１０に示す様に、先端が閉塞された空中の杭本体２１の先端付近の外周に、杭本体２１の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼３が設けられたものであり、硬化性流動物を吐出する為の吐出孔が設けられていない点を除いて、前記実施例１の回転貫入鋼管杭１２と同じである。
又、アースオーガ１３は、図７に示す様に、ロッド部１４の先端寄りの部分に前述の回転貫入鋼管杭２２の杭本体２１の外径とほぼ同径の連続螺旋翼１５が二巻き乃至四巻き状態で固着されたものであるが、図９に示す様に、非連続螺旋翼１６を同様に固着したものでも良い。又、そのロッド部１４の先端には、硬化性流動物を吐出する吐出孔１７が設けられており、ロッド部１４内には前記吐出孔１７へ硬化性流動物を供給する硬化性流動物供給管が配設されている。なお、硬化性流動物は、前述の実施例１において用いたものと同じである。
【００１９】
この実施例２はこれら回転貫入鋼管杭２２とアースオーガ１３とを用いて基礎杭を構築する方法であり、まず始めに、図１１に示す様に、アースオーガ１３を回転させて地盤８を掘削軟化させる。掘削が進み、アースオーガ１３の先端が支持層２４の上端付近に達したなら、先端の吐出孔１７から硬化性流動物の噴出を開始し、正転と逆転を繰り返しながら、上下動させて、土砂と硬化性流動物を撹拌混合させて、まだ固化していない混合体２３を形成させる。
【００２０】
なお、アースオーガ１３の吐出孔７からの硬化性流動物の噴射タイミングは、アースオーガ１３の先端が目標とする混合体２３の上端深度に達した時に、噴射を開始し、上下動させながら、徐々に下端深度まで掘削軟化させながら噴射し続けるのが普通であるが、一旦下端深度まで掘削軟化させてから、噴射を開始し、上下動させながら、徐々に上端深度まで噴射を続ける様にしても良い。
【００２１】
次に、図１２に示す様に、アースオーガ１３を地上に引き上げ、アースオーガ１３が円柱状に掘削軟化させた箇所１９に、図１３に示す様に、回転貫入鋼管杭２２を回転貫入させ、先にアースオーガ１３が硬化性流動物を噴射した範囲において、正転と逆転を繰り返しながら、上下動させて、図１４に示す様に、その螺旋翼３の径の範囲まで拡大して更に土砂と硬化性流動物を撹拌混合し、螺旋翼３の径とほぼ同径の円柱状の固化混合体２０を形成し、最終的に、図１５に示す様な根固めされた基礎杭の構築を完成させる。
【００２２】
この実施例２に係る基礎杭の構築方法においては、まず始めに、アースオーガ１３によって地盤８の掘削を行うので、実施例１において説明した方法では、掘削が容易ではない固い地盤８にも施工可能であり、強固に根固めされた基礎杭を回転トルクの比較的小さい杭打ち機でも、固い地盤に構築できるすぐれた効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
基礎工事を必要とするあらゆる土木建築工事において利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１．杭本体
２．底板
３．螺旋翼
４．掘削刃
５．杭頭
６．硬化性流動物供給管
７．吐出孔
８．地盤
１１．固化混合体
１２．回転貫入鋼管杭
１３．アースオーガ
１４．ロッド部
１５．連続螺旋翼
１６．非連続螺旋翼
１７．吐出孔
１９．円柱状に掘削軟化させた箇所
２０．固化混合体
２１．杭本体
２２．回転貫入鋼管杭
２３．混合体
２４．支持層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉塞された中空の杭本体の先端付近の外周に、杭本体の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼が設けられていると共に、杭本体の先端付近あるいは螺旋翼に、外部へ向かって硬化性流動物を吐出する吐出孔が形成されており、該吐出孔は、地上から硬化性流動物を供給できる様、杭本体内に配設されている硬化性流動物供給管に接続されていることを特徴とする回転貫入鋼管杭。
【請求項２】
先端が閉塞された中空の杭本体の先端付近の外周に、杭本体の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼が設けられていると共に、杭本体の先端付近あるいは螺旋翼に、外部へ向かって硬化性流動物を吐出する吐出孔が形成されており、該吐出孔は、地上から硬化性流動物を供給できる様、杭本体内に配設されている硬化性流動物供給管に接続されている回転貫入鋼管杭を、地表面から地盤中に回転貫入させ、その先端が地盤中の支持層の上端付近に到達した時点で回転貫入鋼管杭の吐出孔からの硬化性流動物の外部への噴出を開始させ、正転と逆転を繰り返しつつ上下動させ、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させながら、最終深度まで回転貫入させ、鋼管杭本体の周囲に、螺旋翼とほぼ同径の円柱状をなした固化混合体を形成することを特徴とする根固めされた基礎杭の構築方法。
【請求項３】
ロッド部先端付近の外周に、螺旋翼が形成されていると共に、先端に硬化性流動物を吐出する吐出孔が形成されているアースオーガを地表面から地盤中に回転貫入させ、その先端が支持層の上端付近に達した時点で吐出孔からの硬化性流動物の噴射を開始させ、正転と逆転とを繰り返しながら上下動させて、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させた後、アースオーガを地上に引き上げ、前記アースオーガの螺旋翼の外径とほぼ同じ外径を有し、先端が閉塞された中空の杭本体の先端付近の外周に、杭本体の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋翼が設けられている回転貫入鋼管杭をアースオーガが円柱状に掘削軟化させた箇所に回転貫入させ、その先端が地盤中の支持層の上端付近に到達した時点で、正転と逆転を繰り返しつつ上下動させ、土砂と硬化性流動物とを撹拌混合させながら、最終深度まで回転貫入させ、鋼管杭本体の周囲に、螺旋翼とほぼ同径の円柱状をなした固化混合体を形成する様にしたことを特徴とする根固めされた基礎杭の構築方法。

【図１】