杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭
【課題】所望の支持力と引き抜き抵抗力を実現することができ、尚かつ、地盤の孔掘削から拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができるようにする。
【解決手段】当該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な袋体１１を備えた杭１０を地盤Ｇに施工する方法であって、杭１０を回転させ、当該杭１０の外周面１０ａに形成された螺旋状羽根１２により地中への推進力を生じさせて当該杭１０を掘進させ、当該地盤Ｇ中の所定箇所を螺旋状羽根１２を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭１０の袋体１１を位置させ、該袋体１１に流動体を導入して当該袋体１１を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体１１’を形成する。杭１０の掘進を抑制した状態で当該杭１０を回転させ続けることによって地盤Ｇ中の所定箇所を乱した状態とすることが好ましい。
【解決手段】当該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な袋体１１を備えた杭１０を地盤Ｇに施工する方法であって、杭１０を回転させ、当該杭１０の外周面１０ａに形成された螺旋状羽根１２により地中への推進力を生じさせて当該杭１０を掘進させ、当該地盤Ｇ中の所定箇所を螺旋状羽根１２を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭１０の袋体１１を位置させ、該袋体１１に流動体を導入して当該袋体１１を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体１１’を形成する。杭１０の掘進を抑制した状態で当該杭１０を回転させ続けることによって地盤Ｇ中の所定箇所を乱した状態とすることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭に関する。さらに詳述すると、本発明は、外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高い鉛直支持力を発現させるために袋体を有する回転杭やその施工方法が提案されている。このような袋体付きの回転杭を地盤に施工する際は、従来、当該杭を回転させ、螺旋状羽根による推進力を得ながら地盤に埋設させた後、袋体内にセメントミルク等を導入して充填し、所定の深度において当該杭に拡径体を築造し、かかる拡径体を、支持力及び引き抜き抵抗力の大きいアンカー（根固め部）として機能させている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の袋体付き回転杭によっては、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難な場合がある。
【０００５】
また、従来の袋体付き回転杭の施工方法には、孔の掘削から拡径体の形成までに複数の工程を要し、杭施工にその分の手間と時間が費やされるものがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の支持力と引き抜き抵抗力を実現することができ、尚かつ、地盤の孔掘削から拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができるようにした杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。従来の袋体付き回転杭の施工においては、回転埋設と同時に袋体付き杭を地盤中に押し込むことになるため、袋体に抵抗が生じやすい。したがって、そのような状況で回転埋設を進めれば当該袋体が破損するおそれがある。また、一般的に袋体は当該杭の周面に筒状に取り付けられていることが一般的であり、回転埋設時に生じる周辺地盤からの抵抗によってねじれが生じやすい。袋体がねじれてしまうと、当該袋体中に所定量のセメントミルクを充填することができず、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難になる。さらに、上述した特許文献１のごとき袋体付き回転杭の施工方法では、回転埋設時に周辺地盤が排土されていない。この場合、袋体が膨らむ余裕がなく、袋体内にセメントミルク等を均一に充填することが難しいため、支持力や引き抜き抵抗力にバラツキが生じることがある。これらの問題から、従来の袋体付き回転杭は、周辺地盤の強度が小さい現場でしか採用することができない場合があるなど、適用範囲に制限があることがあった。
【０００８】
さらに、従来のごとく複数の工程を要すると、回転杭の施工にその分の手間と時間が費やされる。また、例えば海上風車の建設などに伴い海底地盤に回転杭を施工するような場合にあっては、多くの工程を経ると、地盤から海中への排土や掘削泥水を抑制することが難しくなり、環境保護といった観点からも好ましくない。
【０００９】
これらの点をふまえつつ、支持力等の実現と、杭施工に要する工程削減とについて検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づくものであり、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させ、当該地盤中の所定箇所を螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００１０】
かかる杭施行方法によれば、螺旋状羽根による推進力を利用して杭を回転させながら掘進させて地盤に埋設することができる。しかも、螺旋状羽根を用いて地盤中を乱した状態とし、当該乱した箇所に袋体を位置させて拡開させるので、袋体が膨らむ余裕を地盤中に形成し、当該袋体内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい状態とすることができる。このため、当該拡径体（アンカー）によって、従来よりも大きな杭の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能となる。
【００１１】
また、この杭施工方法によれば、杭を掘進させて埋設し、さらに地盤中の一部を乱して拡径体を形成するという一連の工程を経て杭をそのまま地盤中に定着させることができるので、従来のような複数の工程（例えば、プレボーリングにより孔を掘削した後、掘削用機器を引き上げ、当該掘削孔に杭を埋設するといった各工程）を経ずとも杭施工を実施することが可能であり、その分の手間と時間を少なくすることができる。しかも、杭を掘進させてそのまま地盤に埋設することができるので、海底地盤に杭を施工する場合にあっても地盤から海中へ多くの排土や掘削泥水が生じて環境が汚染されるのを抑制することができる。
【００１２】
かかる杭施工方法においては、杭の掘進を抑制した状態で当該杭を回転させ続けることによって地盤中の所定箇所を乱した状態とすることが好ましい。これにより、地表へ向け排土しながら、地盤中の所定箇所を拡径体を形成するに好適な状態とすることができる。
【００１３】
また、地盤の一部を泥土化するとともに、螺旋状羽根によって泥土を排土することによって地盤中の所定箇所を乱した状態とすることも好ましい。
【００１４】
さらには、杭を鉛直軸方向に往復動させ、螺旋状羽根によって地盤中の所定箇所を乱すことも好ましい。
【００１５】
また、本発明にかかる杭施工方法により海底地盤に杭を施工することも好ましい。
【００１６】
また、本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させる回転装置と、袋体に流動体を導入するための導入路と、を備え、当該地盤中の所定箇所を螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００１７】
かかる杭施行装置によれば、螺旋状羽根による推進力を利用して杭を回転させながら掘進させて地盤に埋設することができる。しかも、螺旋状羽根を用いて地盤中を乱した状態とし、当該乱した箇所に袋体を位置させて拡開させるので、袋体が膨らむ余裕を地盤中に形成し、当該袋体内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい状態とすることができる。このため、当該拡径体によって、従来よりも大きな杭の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能となる。
【００１８】
また、この杭施工装置によれば、杭を掘進させて埋設し、さらに地盤中の一部を乱して拡径体を形成するという一連の工程を経て杭をそのまま地盤中に定着させることができるので、従来のような複数の工程を経ずとも杭施工を実施することが可能であり、その分の手間と時間を少なくすることができる。しかも、杭を掘進させてそのまま地盤に埋設することができるので、海底地盤に杭を施工する場合にあっても地盤から海中へ多くの排土や掘削泥水が生じて環境が汚染されるのを抑制することができる。
【００１９】
かかる杭施工装置は、掘削水などを高圧噴射して地盤の一部を泥土化するジェット装置を備え、螺旋状羽根によって泥土を排土することによって地盤中の所定箇所を乱した状態とするものであることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明にかかる地盤施工用杭は、地盤に施工される杭であって、当該杭の回転時に地中への推進力を生じさせる螺旋状羽根と、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能であり、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に設けられている袋体と、を備え、螺旋状羽根により乱した地盤中の箇所にて袋体に流動体を導入して拡開させ、該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００２１】
かかる地盤施工用杭は、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に袋体が設けられているものであることが好ましい。
【００２２】
また、かかる地盤施工用杭は、掘削時に袋体に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来技術における種々の課題を踏まえつつ、所望の支持力と引き抜き抵抗力を実現することができ、尚かつ、地盤の孔掘削から拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による杭施工の手順の一例を（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す地盤の断面図である。
【図２】本発明にかかる地盤施工用杭の細径部付近の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１〜図２に本発明にかかる杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭の実施形態を示す。杭施工装置１は、当該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な袋体１１と螺旋状羽根１２とを備えた杭１０を地盤Ｇに施工するための装置である。本実施形態の杭施工装置１は、回転装置２、流動体の導入路３、ジェット装置４などを備えており、地盤Ｇ中の所定箇所を螺旋状羽根１２を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭１０の袋体１１を位置させ、該袋体１１に流動体を導入して拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体１１’を形成する装置である（図１等参照）。
【００２７】
ここで、杭１０は、例えば鋼管からなる既製杭、あるいは、内面が鋼管に密着した中空コンクリート部からなる鋼管コンクリート複合杭などである。どのような構成の杭１０とするかは、目的や地盤Ｇの性状などに応じて適宜選択される。
【００２８】
また、本実施形態の杭施工装置１が対象とする杭１０は、当該杭１０の回転時に地中への推進力を生じさせる連続または間欠状の螺旋状羽根１２を備えた回転杭である（図１参照）。杭１０の長手方向（鉛直方向）の例えば中央付近には、外径が他の箇所よりも細い細径部１０ｂが形成されている（図１、図２参照）。当該細径部１０ｂには螺旋状羽根１２は形成されずに例えば環状の袋体１１が設けられている（図２参照）。細径部１０ｂに設けられた袋体１１は、杭１０の埋設時に周辺地盤Ｇからの抵抗受けにくいため、杭１０の回転埋設を進めても破損するおそれが少ない。細径部１０ｂとそれ以外の部分との隣接部には、必要に応じてテーパ部、あるいは段落とし部（例えば杭１０の中心軸に垂直な環状面を含む段）が形成されている。
【００２９】
袋体１１は、杭１０を支持する杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能であり、内部に導入された流動体が固化することによって拡径体１１’を形成する。杭１０の沈設後に袋体１１に導入される流動体は、例えばセメントミルク等の水硬性材料を含む地盤改良材などである。特に図示していないが、袋体１１は、例えばその上下部を鋼製バンドなどの袋体拘束具によって杭１０の外周面１０ａに締め付けられている。この袋体１１の材質は、導入される流動体中の水分を透過させる脱水機能と強度の点からナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ビニロンなどの合成繊維であることが好ましい。このように流動体の水分を透過させうる材質の袋体１１を用いた場合、袋体１１への流動体の導入時または導入後、所定の圧力を作用させることにより、流動体中の水分を透過させて脱水することができ、硬化後により緻密で強固な硬化体（拡径体１１’）を得ることが可能となる。
【００３０】
また、杭１０は、掘削時に袋体１１に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部１３を備えることが好ましい。抵抗低減部は、例えばフリクションカッター、練り付け治具などで構成することができる。例えば本実施形態では、細径部１０ｂの下端付近に抵抗低減部１３が形成されている杭１０を施工対象としている（図２参照）。
【００３１】
杭施工装置１の回転装置２は、杭１０を回転させ、当該杭１０の外周面１０ａに形成された螺旋状羽根１２により地中への推進力を生じさせて当該杭１０を掘進させる装置である。特に詳しく図示していないが、例えば本実施形態では、鉛直方向に立設するリーダーの長手方向に沿って昇降するオーガーなどを含む回転装置２を用い、当該オーガーを回転駆動することによって杭１０を回転させて埋設するようにしている（図１（Ａ）参照）。
【００３２】
導入路３は、地盤Ｇ中の所定箇所に位置させた袋体１１に流動体を導入するための流路である。本実施形態では特に詳しくは図示していないが、導入路１３は、杭１０の内周に設置された、流動体の供給用パイプといった公知の構成のものでよい（図１（Ｄ）参照）。
【００３３】
ジェット装置４は、掘削水などを高圧噴射して地盤Ｇの一部を泥土化する装置である。上述の回転装置２によって杭１０を回転させるだけでも当該杭１０を地盤Ｇに埋設することが可能であるが、本実施形態では必要に応じてジェット装置４を用い、ジェット工法を利用して地盤Ｇに杭１０を埋設することとしている。例示すれば、ジェット装置４は、杭１０の先端（下端）に構成された鉛直方向下向きの吐出口、該吐出口に掘削水などを供給する供給パイプ（図示省略）などで構成される（図１（Ｂ）参照）。このジェット装置４により掘削水を高圧噴射すれば地盤Ｇの一部を泥土化（水をさらに多く噴射すれば泥水化）することができる。なお、海水等の掘削水のほか、セメントミルクなどの流動体をこのジェット装置４から噴射することもできる。
【００３４】
続いて、上述のごとき構成の杭施行装置１を用いた杭施工の一例について説明する。以下では、海底の地盤Ｇに杭１０を施工する場合を例示して説明する（図１参照）。
【００３５】
まず、地盤Ｇの所定箇所において回転装置２により杭１０を回転させ、螺旋状羽根１２による地中への推進力を生じさせて当該杭１０を埋設させる（図１（Ａ）参照）。杭１０の埋設時、必要に応じてジェット装置４から掘削水などを高圧噴射し、地盤Ｇの一部を泥土化すれば排土しやすくすることができる（図１（Ｂ）参照）。あるいは、ジェット装置４からセメントミルクなどの流動体を噴射すれば、当該杭１０の周囲を固化して当該杭１０をより堅固に定着させることができる。なお、環境汚染の低減などの観点からすれば、例えば船体に備え付けのバキューム装置（図示省略）を用いて排土（残土や泥水を含む）を吸引することが好ましい。排土しながら掘削すれば、杭１０を回転埋設するために要する回転トルクを低減させることも可能である。
【００３６】
杭１０を所定の深さまで埋設したら、地盤Ｇ中の所定箇所を乱し、人為的に軟弱な層を形成する。本実施形態では、ジェット装置４によって地盤Ｇの一部を泥土化しながら螺旋状羽根１２で当該泥土を排土することにより地盤Ｇ中の所定箇所を乱した状態とする（図１（Ｃ）参照）。要は、拡径体（アンカー）１１’の定着層（図１（Ｄ）において符号２１で示す）付近においては排土するために螺旋状羽根１２を使用する。また、杭１０の掘進を抑制した状態（止めた状態を含む）で回転させ続ければ、細径部１０ｂよりも上側の螺旋状羽根１２（１２ａ）による泥土の地表への排土作用が促される（図１（Ｃ）参照）。さらには、回転装置２のオーガーなどを用いて杭１０を所定量上下動させる（杭１０の鉛直軸方向へ往復動させる）動作を適宜併用することで、当該杭１０の螺旋状羽根１２によって地盤Ｇ中の所定箇所を効率的に乱し、拡径可能な領域を当該螺旋状羽根１２の羽根径まで拡大することが可能である（図１（Ｂ）参照）。
【００３７】
所定箇所を乱したら、当該箇所に袋体１１を位置させた状態で、導入路３を介し当該袋体１１にセメントミルク等の流動体を導入する。これにより、袋体１１は、乱された所定箇所において拡径した状態となる（図１（Ｄ）参照）。この後、所定時間が経過すると、袋体１１の内部に導入された流動体が固化し、拡径体１１’が形成される。杭１０の外周面１０ａよりも径が大きくなるように地盤Ｇ中に形成された拡径体１１’は、周囲の地盤Ｇ（掘削孔２０の周面）に密着し、当該杭１０を引き抜く方向の外力に対する抵抗力、さらにはこれ以外の外力に抵抗して杭１０を支持する支持力を発揮するアンカー（根固め部）として機能する。
【００３８】
なお、杭１０の埋設時、ジェット装置４からセメントミルク等を噴射し、当該セメントミルク等を袋体１１と掘削孔２０との間に介在した状態で固化させれば、杭１０を地盤Ｇ中でより堅固に定着させることができる。さらには、杭１０の袋体１１以外の外周面１０ａと掘削孔２０との間にもセメントミルク等を介在させることがより好ましい。また、杭１０をできるだけ堅固に定着させるという観点からすれば、杭頭（杭１０の頭部）付近にセメントミルク等を打設して地盤改良することも好適である。
【００３９】
上述のように地盤Ｇ中の乱した箇所にて袋体１１を拡開させる本実施形態によれば、当該袋体１１が膨らむ余裕を地盤Ｇ中に形成することから、袋体１１内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい。したがって、拡径体（アンカー）１１’により、従来よりも大きな杭１０の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能である。
【００４０】
しかも、本実施形態では杭１０の細径部１０ｂに袋体１１を設けているため、杭１０の掘進時に袋体１１が受ける抵抗をさらに低減させることができる。袋体１１がねじれていたり傷が付いていたりすると所定量の流動体を充填することができず、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難な場合があるが、上述のごとく本実施形態によればこのような事態を回避し、所定量の流動体を導入・充填して所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能である。したがって、当該杭１０を利用した海上施設等の構造物の設計を効率よく行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、袋体１１を備えた杭１０を、地盤Ｇを掘削しながら埋設することができる。すなわち、従来であれば、まずは地盤に掘削孔を形成し、それから当該掘削孔に杭を埋設するという少なくとも複数の工程を要していたのに対し、本実施形態においては単一工程（つまり掘削と杭１０の埋設との同時工程）にて同様の施工を行うことができ、さらにはアンカー（拡径１１’）の形成工程を引き続き行うことができる。
【００４２】
また、このように掘削から拡径体１１’の形成までを少ない工程にて実施可能な本実施形態は、環境面においても優れるという利点がある。すなわち、従来のごとく複数工程にて杭１０を施工する場合、特に海底地盤Ｇに杭１０を施工する場合においては、掘削時点、掘削装置を引き上げる時点、さらには掘削孔２０に杭１０を沈設する時点それぞれで排土が生じることから、施工完了までの排土量を効果的に抑制することが難しい。これに対し、本実施形態の場合には工程数が少なく、施工時間が短くて済むことから排土量を効果的に抑制し、環境に対する影響を極力抑えることが可能である（要は、掘削孔２０にアンカー体を埋めるのではなく、掘削しながらアンカー体を埋めることができる）。また、少ない工程にて杭１０を施工する本実施形態の杭施工装置１および杭施工方法は、特に海底の地盤Ｇ、なかでも崩壊の可能性がある比較的緩い地盤（一例として連続した砂地盤）においても安定して定着層２１の深度まで杭１０を埋設し、海底面以下にて確実に定着させることができる点でも好適である。
【００４３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する場合、特に海底地盤に施工する場合に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…杭施工装置、２…回転装置、３…導入路、４…ジェット装置、１０…杭（地盤施工用杭）、１０ａ…外周面、１０ｂ…細径部、１１…袋体、１１’…拡径体、１２…螺旋状羽根、１３…抵抗低減部、２０…掘削孔、２１…定着層、Ｇ…地盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭に関する。さらに詳述すると、本発明は、外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高い鉛直支持力を発現させるために袋体を有する回転杭やその施工方法が提案されている。このような袋体付きの回転杭を地盤に施工する際は、従来、当該杭を回転させ、螺旋状羽根による推進力を得ながら地盤に埋設させた後、袋体内にセメントミルク等を導入して充填し、所定の深度において当該杭に拡径体を築造し、かかる拡径体を、支持力及び引き抜き抵抗力の大きいアンカー（根固め部）として機能させている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の袋体付き回転杭によっては、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難な場合がある。
【０００５】
また、従来の袋体付き回転杭の施工方法には、孔の掘削から拡径体の形成までに複数の工程を要し、杭施工にその分の手間と時間が費やされるものがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の支持力と引き抜き抵抗力を実現することができ、尚かつ、地盤の孔掘削から拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができるようにした杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。従来の袋体付き回転杭の施工においては、回転埋設と同時に袋体付き杭を地盤中に押し込むことになるため、袋体に抵抗が生じやすい。したがって、そのような状況で回転埋設を進めれば当該袋体が破損するおそれがある。また、一般的に袋体は当該杭の周面に筒状に取り付けられていることが一般的であり、回転埋設時に生じる周辺地盤からの抵抗によってねじれが生じやすい。袋体がねじれてしまうと、当該袋体中に所定量のセメントミルクを充填することができず、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難になる。さらに、上述した特許文献１のごとき袋体付き回転杭の施工方法では、回転埋設時に周辺地盤が排土されていない。この場合、袋体が膨らむ余裕がなく、袋体内にセメントミルク等を均一に充填することが難しいため、支持力や引き抜き抵抗力にバラツキが生じることがある。これらの問題から、従来の袋体付き回転杭は、周辺地盤の強度が小さい現場でしか採用することができない場合があるなど、適用範囲に制限があることがあった。
【０００８】
さらに、従来のごとく複数の工程を要すると、回転杭の施工にその分の手間と時間が費やされる。また、例えば海上風車の建設などに伴い海底地盤に回転杭を施工するような場合にあっては、多くの工程を経ると、地盤から海中への排土や掘削泥水を抑制することが難しくなり、環境保護といった観点からも好ましくない。
【０００９】
これらの点をふまえつつ、支持力等の実現と、杭施工に要する工程削減とについて検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づくものであり、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させ、当該地盤中の所定箇所を螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００１０】
かかる杭施行方法によれば、螺旋状羽根による推進力を利用して杭を回転させながら掘進させて地盤に埋設することができる。しかも、螺旋状羽根を用いて地盤中を乱した状態とし、当該乱した箇所に袋体を位置させて拡開させるので、袋体が膨らむ余裕を地盤中に形成し、当該袋体内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい状態とすることができる。このため、当該拡径体（アンカー）によって、従来よりも大きな杭の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能となる。
【００１１】
また、この杭施工方法によれば、杭を掘進させて埋設し、さらに地盤中の一部を乱して拡径体を形成するという一連の工程を経て杭をそのまま地盤中に定着させることができるので、従来のような複数の工程（例えば、プレボーリングにより孔を掘削した後、掘削用機器を引き上げ、当該掘削孔に杭を埋設するといった各工程）を経ずとも杭施工を実施することが可能であり、その分の手間と時間を少なくすることができる。しかも、杭を掘進させてそのまま地盤に埋設することができるので、海底地盤に杭を施工する場合にあっても地盤から海中へ多くの排土や掘削泥水が生じて環境が汚染されるのを抑制することができる。
【００１２】
かかる杭施工方法においては、杭の掘進を抑制した状態で当該杭を回転させ続けることによって地盤中の所定箇所を乱した状態とすることが好ましい。これにより、地表へ向け排土しながら、地盤中の所定箇所を拡径体を形成するに好適な状態とすることができる。
【００１３】
また、地盤の一部を泥土化するとともに、螺旋状羽根によって泥土を排土することによって地盤中の所定箇所を乱した状態とすることも好ましい。
【００１４】
さらには、杭を鉛直軸方向に往復動させ、螺旋状羽根によって地盤中の所定箇所を乱すことも好ましい。
【００１５】
また、本発明にかかる杭施工方法により海底地盤に杭を施工することも好ましい。
【００１６】
また、本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させる回転装置と、袋体に流動体を導入するための導入路と、を備え、当該地盤中の所定箇所を螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００１７】
かかる杭施行装置によれば、螺旋状羽根による推進力を利用して杭を回転させながら掘進させて地盤に埋設することができる。しかも、螺旋状羽根を用いて地盤中を乱した状態とし、当該乱した箇所に袋体を位置させて拡開させるので、袋体が膨らむ余裕を地盤中に形成し、当該袋体内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい状態とすることができる。このため、当該拡径体によって、従来よりも大きな杭の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能となる。
【００１８】
また、この杭施工装置によれば、杭を掘進させて埋設し、さらに地盤中の一部を乱して拡径体を形成するという一連の工程を経て杭をそのまま地盤中に定着させることができるので、従来のような複数の工程を経ずとも杭施工を実施することが可能であり、その分の手間と時間を少なくすることができる。しかも、杭を掘進させてそのまま地盤に埋設することができるので、海底地盤に杭を施工する場合にあっても地盤から海中へ多くの排土や掘削泥水が生じて環境が汚染されるのを抑制することができる。
【００１９】
かかる杭施工装置は、掘削水などを高圧噴射して地盤の一部を泥土化するジェット装置を備え、螺旋状羽根によって泥土を排土することによって地盤中の所定箇所を乱した状態とするものであることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明にかかる地盤施工用杭は、地盤に施工される杭であって、当該杭の回転時に地中への推進力を生じさせる螺旋状羽根と、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能であり、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に設けられている袋体と、を備え、螺旋状羽根により乱した地盤中の箇所にて袋体に流動体を導入して拡開させ、該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、というものである。
【００２１】
かかる地盤施工用杭は、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に袋体が設けられているものであることが好ましい。
【００２２】
また、かかる地盤施工用杭は、掘削時に袋体に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来技術における種々の課題を踏まえつつ、所望の支持力と引き抜き抵抗力を実現することができ、尚かつ、地盤の孔掘削から拡径体（アンカー）を形成するまでを単一の工程とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による杭施工の手順の一例を（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す地盤の断面図である。
【図２】本発明にかかる地盤施工用杭の細径部付近の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１〜図２に本発明にかかる杭施工方法、杭施工装置および地盤施工用杭の実施形態を示す。杭施工装置１は、当該杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能な袋体１１と螺旋状羽根１２とを備えた杭１０を地盤Ｇに施工するための装置である。本実施形態の杭施工装置１は、回転装置２、流動体の導入路３、ジェット装置４などを備えており、地盤Ｇ中の所定箇所を螺旋状羽根１２を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭１０の袋体１１を位置させ、該袋体１１に流動体を導入して拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体１１’を形成する装置である（図１等参照）。
【００２７】
ここで、杭１０は、例えば鋼管からなる既製杭、あるいは、内面が鋼管に密着した中空コンクリート部からなる鋼管コンクリート複合杭などである。どのような構成の杭１０とするかは、目的や地盤Ｇの性状などに応じて適宜選択される。
【００２８】
また、本実施形態の杭施工装置１が対象とする杭１０は、当該杭１０の回転時に地中への推進力を生じさせる連続または間欠状の螺旋状羽根１２を備えた回転杭である（図１参照）。杭１０の長手方向（鉛直方向）の例えば中央付近には、外径が他の箇所よりも細い細径部１０ｂが形成されている（図１、図２参照）。当該細径部１０ｂには螺旋状羽根１２は形成されずに例えば環状の袋体１１が設けられている（図２参照）。細径部１０ｂに設けられた袋体１１は、杭１０の埋設時に周辺地盤Ｇからの抵抗受けにくいため、杭１０の回転埋設を進めても破損するおそれが少ない。細径部１０ｂとそれ以外の部分との隣接部には、必要に応じてテーパ部、あるいは段落とし部（例えば杭１０の中心軸に垂直な環状面を含む段）が形成されている。
【００２９】
袋体１１は、杭１０を支持する杭１０の外周面１０ａよりも外側に拡開可能であり、内部に導入された流動体が固化することによって拡径体１１’を形成する。杭１０の沈設後に袋体１１に導入される流動体は、例えばセメントミルク等の水硬性材料を含む地盤改良材などである。特に図示していないが、袋体１１は、例えばその上下部を鋼製バンドなどの袋体拘束具によって杭１０の外周面１０ａに締め付けられている。この袋体１１の材質は、導入される流動体中の水分を透過させる脱水機能と強度の点からナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ビニロンなどの合成繊維であることが好ましい。このように流動体の水分を透過させうる材質の袋体１１を用いた場合、袋体１１への流動体の導入時または導入後、所定の圧力を作用させることにより、流動体中の水分を透過させて脱水することができ、硬化後により緻密で強固な硬化体（拡径体１１’）を得ることが可能となる。
【００３０】
また、杭１０は、掘削時に袋体１１に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部１３を備えることが好ましい。抵抗低減部は、例えばフリクションカッター、練り付け治具などで構成することができる。例えば本実施形態では、細径部１０ｂの下端付近に抵抗低減部１３が形成されている杭１０を施工対象としている（図２参照）。
【００３１】
杭施工装置１の回転装置２は、杭１０を回転させ、当該杭１０の外周面１０ａに形成された螺旋状羽根１２により地中への推進力を生じさせて当該杭１０を掘進させる装置である。特に詳しく図示していないが、例えば本実施形態では、鉛直方向に立設するリーダーの長手方向に沿って昇降するオーガーなどを含む回転装置２を用い、当該オーガーを回転駆動することによって杭１０を回転させて埋設するようにしている（図１（Ａ）参照）。
【００３２】
導入路３は、地盤Ｇ中の所定箇所に位置させた袋体１１に流動体を導入するための流路である。本実施形態では特に詳しくは図示していないが、導入路１３は、杭１０の内周に設置された、流動体の供給用パイプといった公知の構成のものでよい（図１（Ｄ）参照）。
【００３３】
ジェット装置４は、掘削水などを高圧噴射して地盤Ｇの一部を泥土化する装置である。上述の回転装置２によって杭１０を回転させるだけでも当該杭１０を地盤Ｇに埋設することが可能であるが、本実施形態では必要に応じてジェット装置４を用い、ジェット工法を利用して地盤Ｇに杭１０を埋設することとしている。例示すれば、ジェット装置４は、杭１０の先端（下端）に構成された鉛直方向下向きの吐出口、該吐出口に掘削水などを供給する供給パイプ（図示省略）などで構成される（図１（Ｂ）参照）。このジェット装置４により掘削水を高圧噴射すれば地盤Ｇの一部を泥土化（水をさらに多く噴射すれば泥水化）することができる。なお、海水等の掘削水のほか、セメントミルクなどの流動体をこのジェット装置４から噴射することもできる。
【００３４】
続いて、上述のごとき構成の杭施行装置１を用いた杭施工の一例について説明する。以下では、海底の地盤Ｇに杭１０を施工する場合を例示して説明する（図１参照）。
【００３５】
まず、地盤Ｇの所定箇所において回転装置２により杭１０を回転させ、螺旋状羽根１２による地中への推進力を生じさせて当該杭１０を埋設させる（図１（Ａ）参照）。杭１０の埋設時、必要に応じてジェット装置４から掘削水などを高圧噴射し、地盤Ｇの一部を泥土化すれば排土しやすくすることができる（図１（Ｂ）参照）。あるいは、ジェット装置４からセメントミルクなどの流動体を噴射すれば、当該杭１０の周囲を固化して当該杭１０をより堅固に定着させることができる。なお、環境汚染の低減などの観点からすれば、例えば船体に備え付けのバキューム装置（図示省略）を用いて排土（残土や泥水を含む）を吸引することが好ましい。排土しながら掘削すれば、杭１０を回転埋設するために要する回転トルクを低減させることも可能である。
【００３６】
杭１０を所定の深さまで埋設したら、地盤Ｇ中の所定箇所を乱し、人為的に軟弱な層を形成する。本実施形態では、ジェット装置４によって地盤Ｇの一部を泥土化しながら螺旋状羽根１２で当該泥土を排土することにより地盤Ｇ中の所定箇所を乱した状態とする（図１（Ｃ）参照）。要は、拡径体（アンカー）１１’の定着層（図１（Ｄ）において符号２１で示す）付近においては排土するために螺旋状羽根１２を使用する。また、杭１０の掘進を抑制した状態（止めた状態を含む）で回転させ続ければ、細径部１０ｂよりも上側の螺旋状羽根１２（１２ａ）による泥土の地表への排土作用が促される（図１（Ｃ）参照）。さらには、回転装置２のオーガーなどを用いて杭１０を所定量上下動させる（杭１０の鉛直軸方向へ往復動させる）動作を適宜併用することで、当該杭１０の螺旋状羽根１２によって地盤Ｇ中の所定箇所を効率的に乱し、拡径可能な領域を当該螺旋状羽根１２の羽根径まで拡大することが可能である（図１（Ｂ）参照）。
【００３７】
所定箇所を乱したら、当該箇所に袋体１１を位置させた状態で、導入路３を介し当該袋体１１にセメントミルク等の流動体を導入する。これにより、袋体１１は、乱された所定箇所において拡径した状態となる（図１（Ｄ）参照）。この後、所定時間が経過すると、袋体１１の内部に導入された流動体が固化し、拡径体１１’が形成される。杭１０の外周面１０ａよりも径が大きくなるように地盤Ｇ中に形成された拡径体１１’は、周囲の地盤Ｇ（掘削孔２０の周面）に密着し、当該杭１０を引き抜く方向の外力に対する抵抗力、さらにはこれ以外の外力に抵抗して杭１０を支持する支持力を発揮するアンカー（根固め部）として機能する。
【００３８】
なお、杭１０の埋設時、ジェット装置４からセメントミルク等を噴射し、当該セメントミルク等を袋体１１と掘削孔２０との間に介在した状態で固化させれば、杭１０を地盤Ｇ中でより堅固に定着させることができる。さらには、杭１０の袋体１１以外の外周面１０ａと掘削孔２０との間にもセメントミルク等を介在させることがより好ましい。また、杭１０をできるだけ堅固に定着させるという観点からすれば、杭頭（杭１０の頭部）付近にセメントミルク等を打設して地盤改良することも好適である。
【００３９】
上述のように地盤Ｇ中の乱した箇所にて袋体１１を拡開させる本実施形態によれば、当該袋体１１が膨らむ余裕を地盤Ｇ中に形成することから、袋体１１内にセメントミルク等の流動体を均一に充填しやすい。したがって、拡径体（アンカー）１１’により、従来よりも大きな杭１０の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能である。
【００４０】
しかも、本実施形態では杭１０の細径部１０ｂに袋体１１を設けているため、杭１０の掘進時に袋体１１が受ける抵抗をさらに低減させることができる。袋体１１がねじれていたり傷が付いていたりすると所定量の流動体を充填することができず、所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現するのが困難な場合があるが、上述のごとく本実施形態によればこのような事態を回避し、所定量の流動体を導入・充填して所望の支持力や引き抜き抵抗力を実現することが可能である。したがって、当該杭１０を利用した海上施設等の構造物の設計を効率よく行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、袋体１１を備えた杭１０を、地盤Ｇを掘削しながら埋設することができる。すなわち、従来であれば、まずは地盤に掘削孔を形成し、それから当該掘削孔に杭を埋設するという少なくとも複数の工程を要していたのに対し、本実施形態においては単一工程（つまり掘削と杭１０の埋設との同時工程）にて同様の施工を行うことができ、さらにはアンカー（拡径１１’）の形成工程を引き続き行うことができる。
【００４２】
また、このように掘削から拡径体１１’の形成までを少ない工程にて実施可能な本実施形態は、環境面においても優れるという利点がある。すなわち、従来のごとく複数工程にて杭１０を施工する場合、特に海底地盤Ｇに杭１０を施工する場合においては、掘削時点、掘削装置を引き上げる時点、さらには掘削孔２０に杭１０を沈設する時点それぞれで排土が生じることから、施工完了までの排土量を効果的に抑制することが難しい。これに対し、本実施形態の場合には工程数が少なく、施工時間が短くて済むことから排土量を効果的に抑制し、環境に対する影響を極力抑えることが可能である（要は、掘削孔２０にアンカー体を埋めるのではなく、掘削しながらアンカー体を埋めることができる）。また、少ない工程にて杭１０を施工する本実施形態の杭施工装置１および杭施工方法は、特に海底の地盤Ｇ、なかでも崩壊の可能性がある比較的緩い地盤（一例として連続した砂地盤）においても安定して定着層２１の深度まで杭１０を埋設し、海底面以下にて確実に定着させることができる点でも好適である。
【００４３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する場合、特に海底地盤に施工する場合に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…杭施工装置、２…回転装置、３…導入路、４…ジェット装置、１０…杭（地盤施工用杭）、１０ａ…外周面、１０ｂ…細径部、１１…袋体、１１’…拡径体、１２…螺旋状羽根、１３…抵抗低減部、２０…掘削孔、２１…定着層、Ｇ…地盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、
前記杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させ、
当該地盤中の所定箇所を前記螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、
該乱された箇所に当該杭の前記袋体を位置させ、
該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、
当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、杭施工方法。
【請求項２】
前記杭の掘進を抑制した状態で当該杭を回転させ続けることによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項１に記載の杭施工方法。
【請求項３】
前記地盤の一部を泥土化するとともに、前記螺旋状羽根によって泥土を排土することによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項１に記載の杭施工方法。
【請求項４】
前記杭を鉛直軸方向に往復動させ、前記螺旋状羽根によって前記地盤中の所定箇所を乱す、請求項１から３のいずれか一項に記載の杭施工方法。
【請求項５】
海底地盤に前記杭を施工する、請求項１から４のいずれか一項に記載の杭施工方法。
【請求項６】
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、
前記杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させる回転装置と、
前記袋体に流動体を導入するための導入路と、
を備え、
当該地盤中の所定箇所を前記螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の前記袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、杭施工装置。
【請求項７】
掘削水などを高圧噴射して前記地盤の一部を泥土化するジェット装置を備え、前記螺旋状羽根によって泥土を排土することによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項６に記載の杭施工装置。
【請求項８】
地盤に施工される杭であって、
当該杭の回転時に地中への推進力を生じさせる螺旋状羽根と、
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能であり、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に設けられている袋体と、
を備え、前記螺旋状羽根により乱した地盤中の箇所にて前記袋体に流動体を導入して拡開させ、該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、地盤施工用杭。
【請求項９】
当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に前記袋体が設けられている、請求項８に記載の地盤施工用杭。
【請求項１０】
掘削時に前記袋体に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部を備える、請求項９に記載の地盤施工用杭。
【請求項１】
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する方法において、
前記杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させ、
当該地盤中の所定箇所を前記螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、
該乱された箇所に当該杭の前記袋体を位置させ、
該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、
当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、杭施工方法。
【請求項２】
前記杭の掘進を抑制した状態で当該杭を回転させ続けることによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項１に記載の杭施工方法。
【請求項３】
前記地盤の一部を泥土化するとともに、前記螺旋状羽根によって泥土を排土することによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項１に記載の杭施工方法。
【請求項４】
前記杭を鉛直軸方向に往復動させ、前記螺旋状羽根によって前記地盤中の所定箇所を乱す、請求項１から３のいずれか一項に記載の杭施工方法。
【請求項５】
海底地盤に前記杭を施工する、請求項１から４のいずれか一項に記載の杭施工方法。
【請求項６】
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能な袋体を備えた杭を地盤に施工する装置において、
前記杭を回転させ、当該杭の外周面に形成された螺旋状羽根により地中への推進力を生じさせて当該杭を掘進させる回転装置と、
前記袋体に流動体を導入するための導入路と、
を備え、
当該地盤中の所定箇所を前記螺旋状羽根を用いて乱した状態とし、該乱された箇所に当該杭の前記袋体を位置させ、該袋体に流動体を導入して当該袋体を拡開させ、当該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、杭施工装置。
【請求項７】
掘削水などを高圧噴射して前記地盤の一部を泥土化するジェット装置を備え、前記螺旋状羽根によって泥土を排土することによって前記地盤中の所定箇所を乱した状態とする、請求項６に記載の杭施工装置。
【請求項８】
地盤に施工される杭であって、
当該杭の回転時に地中への推進力を生じさせる螺旋状羽根と、
当該杭の外周面よりも外側に拡開可能であり、当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に設けられている袋体と、
を備え、前記螺旋状羽根により乱した地盤中の箇所にて前記袋体に流動体を導入して拡開させ、該流動体を固化させることにより拡径体を形成する、地盤施工用杭。
【請求項９】
当該杭のうち外径が他の箇所よりも細い細径部に前記袋体が設けられている、請求項８に記載の地盤施工用杭。
【請求項１０】
掘削時に前記袋体に作用する抵抗を軽減させる抵抗低減部を備える、請求項９に記載の地盤施工用杭。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１９６０２３（Ｐ２０１１−１９６０２３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１３３０（Ｐ２０１０−６１３３０）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（３９００１８７１７）旭化成建材株式会社 (249)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（３９００１８７１７）旭化成建材株式会社 (249)
【Ｆターム（参考）】
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