JP4608327B2 - 中掘り工法に用いる鋼管杭の先端構造。 - Google Patents

Description

本発明は、建築基礎分野に用いられる高支持中堀り工法に適用する鋼管杭の先端形状に関する。更に具体的には、鋼管杭内にオーガスクリューを挿入して回転させ、杭先端部土砂を連続的に掘削排土しながら杭打ち機の自重を反力とした押し込み装置により杭を地盤の支持層に圧入し、その後、杭先端にセメントミルクを２０〜２４ＭＰａ以上の高圧で噴射し、先端根固め拡大球根を造成する工法において、鋼管杭の支持力を高めるための杭先端構造に関するものである。

鋼管杭基礎は支持力、変形性能、施工性などに優れた特性をもつ基礎工法で、幅広い分野にわたって使用される一般的な工法である。鋼管杭の施工法には、打ち込み杭工法と掘削工法とがあり、さらに掘削工法には、プレボーリング杭工法と中掘杭工法とがある。

中掘杭工法では杭中空部に挿入したオーガスクリューを回転して杭の先端の地盤を掘削、排土し、さらに圧縮空気を噴出して排土効果を高めることにより既製杭を地盤中に建て込む工法である。中掘杭工法は概して大口径の杭の工法であり、打ち込み杭工法のような騒音、振動等の建設公害は生じないが、掘削による杭先端部及び杭周辺地盤の弛みが支持力発現上問題となることや、根固め球根の品質を確保することなど、十分な施工管理が必要である。特に、杭先端部に築造したセメントミルク（ソイルセメント）による拡大根固め球根に鋼管杭の先端を、ほぼ杭の径に相当する深さだけ貫入するが、ソイルセメントとの付着力が弱いと所期の支持力が発現できなくなる問題があり、本発明はこの点の改良に関する。

一般的な中堀工法について、次の第１〜第８工程により説明する（なお、第５工程〜第７工程は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示している）。

（１）鋼管杭の中空部にオーガスクリューを挿入し、クレーンにて建て込む。
（２）オーガ装置とオーガスクリューを接合し、鉛直性を確保する。
（３）オーガスクリューを回転させると共に圧入装置を作動させ、杭先端部の土砂を掘削・排土しながら杭を圧入する。必要に応じてオーガヘッドよりエアーを噴射する。
（４）上杭を建て込み上下２本のオーガスクリューを接合すると共に、継手板部を溶接する。

（５）下杭と同様の作業を繰り返して鋼管杭１を地盤５の支持層２まで圧入する（図６ａ参照）。
（６）杭先端が支持層２に到達後、オーガスクリュー３を回転しながら高圧水を噴射し、所定深さまで根固め範囲４を予備掘削をする。（図６ｂ参照）
（７）オーガスクリュー３が所定深さに達したら直ちに根固め液（セメントミルク６）に切り替え、２０〜２４ＭＰａ以上の高圧で噴射しオーガスクリュー３を回転しながら引き上げる。（図６ｃ参照）
（８）噴射を杭内部の所定位置まで行って完了する。その後オーガスクリューを引き抜く。

図７（ａ）、（ｂ）は、図６（ｂ）、（ｃ）の根固め球根の築造工程の詳細図である。図７（ａ）、（ｂ）の根固め工程において、［１］オーガスクリュー３を回転しながら、水噴射し、鋼管内面を予備洗浄する。［２］支持層２においても水噴射を行いながら所定の深さまでオーガスクリュー３を下げる。［３］オーガスクリュー３が所定深さに達したら水からセメントミルク６に切り替え、オーガスクリュー３を回転しながら一定の速度で引上げ、先端拡大根固め球根７を造る。［４］鋼管杭１内へもセメントミルク６を高圧噴射し、管内面を十分にクリーニングし、所定の位置まで注入する。

前記の根固め工法は、中堀用のオーガスクリューおよびヘッドをそのまま使用して根固め工程を施工する方法であるが、この他に根固め工程は次の３方式がある。（１）中堀工程終了後、オーガスクリューを引き抜きリーダーを９０°回転させて根固めロッドを挿入して施工する。（２）中堀工程終了後、オーガスクリューを引き抜きボーリングマシンにて根固めロッド挿入して施工する。（４）中堀工程終了後、オーガスクリューを引き抜き根固め専用の杭打ち機にて根固めロッド挿入して施工する。本発明は、前記何れの根固め工法に使用できる鋼管杭の先端構造である。

根固め工法に関する特許文献としては、特開２００２−３２２６４４、特開２００２−１８４６２号、特開平５−１４０９２９等がある。

特開２００２−３２２６４４に開示の技術は、鋼管杭の先端に有孔底盤を固着し、この有孔底盤に鋼管杭よりも大径の先端円筒管を固着し、有孔底盤と先端円筒管で囲まれた部分をコンクリートあるいはモルタルなどの根固め材で満たすことで、先端が閉塞され先端円筒管の径に相当する支持力を有する埋め込み杭としている。

特開２００２−１８０４６２に開示の技術は、プレオーガー工法にて所定深度まで杭本体外径以下の径の孔を掘削し、掘削孔の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ソイルセメント状としたのち、掘削孔内に杭先端部付近に複数枚のらせん翼を有する杭を回転圧入するものである。

特開平５−１４０９２９に開示の技術は、鋼管柱の内外面に突起部が付いている杭基礎である。
特開２００２−３２２６４４号公報 特開２００２−１８０４６２号公報 特開平５−１４０９２９号公報

特開２００２−３２２６４４に開示の技術では、鋼管内外にある突起物により地中埋め込み時の抵抗が大きくなり施工効率が低下する。特開２００２−１８０４６２に開示の技術では、加工費、製造費が高くなると共に製造期間が長くなる。特開平５−１４０９２９に開示の技術は、突起部を溶接により取り付ける構造のため、品質管理を超音波探傷試験や放射線透過試験で行う必要があり、費用と労力がかかる。

中堀り工法においては、ソイルセメントの根固め球根と鋼管杭との付着力が弱いと鋼管杭が所期の支持力が発現できなくという問題がある。この問題を解決するための従来方式は杭先端の構造が複雑であり、費用とコストが掛るため、本発明は、従来の欠点を改良し、簡潔な構造で、かつ上部荷重を円滑に根固め球根に伝達できる鋼管杭の先端部構造を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。

第１の発明は、中堀り工法により地盤の支持層に達した杭先端部にセメントミルクを注入して根固め球根を構築する鋼管杭において、鋼管の内外に突出する杭先端突起を周方向に設けると共に、鋼管の先端部から上方にかけて根固め球根上部が設けられた範囲にわたり、周方向に連続して延長する鋼管内面突起を１段または複数段設け、前記杭先端突起と内面突起により杭体から根固め球根へ荷重を伝達する荷重伝達部を構成し、前記内面突起は、周方向と直角の断面形状が、上側が大突起で、その下側に前記大突起に一体に設けられて大突起よりも拡径する小突起を備えていて、前記大突起の下側が小突起の階段状部を形成していることを特徴とする。
第２の発明は、中堀り工法により地盤の支持層に達した杭先端部にセメントミルクを注入して根固め球根を構築する鋼管杭において、鋼管の内外に突出する杭先端突起を周方向に設けると共に、鋼管の先端部から上方にかけて根固め球根上部が設けられた範囲にわたり、周方向に連続して延長する鋼管内面突起を１段または複数段設け、前記杭先端突起と内面突起により杭体から根固め球根へ荷重を伝達する荷重伝達部を構成し、前記内面突起は、周方向と直角の断面形状が、上側が杭半径方向内側に突出する突起でその突起の下側には漸次杭内側面に向かって拡径するように内面テーパーが形成されていることを特徴とする

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記内面突起に対応して鋼管杭の外面に１段または複数段の外面突起を設けたことを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記杭先端突起は、杭埋め込み時の土圧低減用の下向き突部形状を具備していることを特徴とする。

本願発明によると、起鋼管杭の先端突起により根固め球根との支圧効果が向上すると共に、内面突起が鋼管内の根固め球根上部に食い込むことでも支圧効果が向上し、こうして先端突起と内面突起とにより上部荷重を分割して伝達でき、大荷重をソイルセメントの根固め球根に円滑に伝達できる。さらに、杭先端突起に下向きの突部形状を設けることにより、杭埋め込み時の土圧を低減でき、鋼管杭の圧入を円滑に行にできる。また、鋼管内外面の突起を下部側が拡径する構造とすることで、地中埋め込み時の抵抗を小さくでき鋼管杭の円滑な圧入が可能となる。

以下、本願発明の実施形態を図を参照して説明する。

図１（ａ）は、構造物の基礎に用いる鋼管杭において、本願発明の中堀り工法に適用する鋼管杭の概要を示し。（ｂ）は、図（ａ）のＡ部の詳細図である。

本願発明では、中堀り工法により地盤５の支持層２に達した杭先端部に上部荷重を支持層に伝達するためセメントミルク（ソイルセメント）６により根固め球根７が構築される鋼管杭１１において、該鋼管杭１１の先端に管壁の内外に突出する杭先端突起８を周方向に設けると共に、鋼管杭１１の先端部から上方所定の範囲（Ｌ）にわたり周方向に延長する内面突起１０を１段または複数段設け、この杭先端突起８と内面突起１０とにより、杭体から根固め球根７へ高荷重を伝達できる高荷重伝達部１２を構成している。前記の範囲（Ｌ）は、根固め球根７を構成するセメントミルク６が鋼管杭１１内に回り込む高さ（つまり、根固め球根上部７ａの高さ）を意味している。内面突起１０の内側への突出高さは、中堀り工法の施工に際しオーガスクリューの羽根と干渉しない高さに設ける。

図１（ｃ）は、図（ａ）、（ｂ）の変形例で、杭体の先端部から上方所定の範囲（Ｌ）に周方向に延長する外面突起１３を設けてある。この変形例では、杭先端突起８と内面突起１０および外面突起１３とにより高荷重伝達部１２が構成されている。図では外面突起１３はバランス上内面突起１０を同じ高さ設けてあるが、この外面突起１３は、周辺地盤に食い込んで摩擦抵抗力を発揮するので、内面突起１０よりも高い位置まで設けてもよい。

杭先端突起８の下面には鋼管杭１１の埋め込み時の土圧低減用の円錐状の下向きの突起１４が設けられていて、これにより鋼管杭１１の埋め込み時の施工が円滑になる。また、内面突起１０および外面突起１３の断面は図では矩形状に形成されているが、それ以外の形状でもよい。

鋼管杭１１の地盤への埋め込み施工は従来と同様に行う。すなわち、杭を建て込むべき地盤５にオーガスクリューを立設し、オーガスクリューを回転させると共に圧入装置を作動させ、杭先端部の土砂を掘削・排土しながら鋼管杭１１を支持層２まで圧入する（必要に応じてオーガヘッドよりエアーを噴射する）。杭先端が支持層２に到達後、支持層においても水噴射を行いながらオーガスクリューを回転し、深さまで下げる。オーガスクリューが所定深さに達したら水からセメントミルクに切り替え、スクリューロッドを回転しながら一定の速度で引上げ、根固め球根７を造る。また、鋼管杭１１内へもセメントミルク６を所定の所定の位置まで注入する。

中堀り工法で構築した前記鋼管杭１１の下端部支持構造において、図１（ａ）、（ｂ）では杭下端の下部に杭体よりも大径に膨出形成された根固め球根７の上部をつかむように杭先端突起８がしっかりと係止していると共に、鋼管内に回り込んだ根固め球根上部７ａに内面突起１０が食い込んでいる。これにより鋼管杭１１に作用する上部荷重を杭先端突起８と内面突起１０により分割して根固め球根７に伝達でき、鋼管杭１１に作用する大荷重をソイルセメントの根固め球根７に円滑に伝達できる。

さらに、杭先端突起８に設けた下向きの突起１４により、鋼管杭１１の杭埋め込み時の土圧を低減でき、杭体の圧入を円滑に行にできる。また、図１（ｂ）のように外面突起１３を設けることで、この外面突起１３が地盤５に食い込むことで鋼管杭１１の内外両面で上部荷重を分割でき、杭体から根固め球根７への荷重伝達は一層確実となる。

杭先端突起８と内面突起１０および外面突起１３の断面形状は種々の具体例がある。図２〜図５は、杭先端突起８と内面突起１０と外面突起１３の具体的構造例１〜８を示している。以下順に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、第１、第２具体例を示す。図２（ａ）において、杭先端突起８は、外側矩形突出部８ａと下方部矩形突出部１４ａと内側矩形突出部８ｂとから構成されている。内面突起１０は、矩形の凹部と凸部が等間隔で、かつ同一高さに複数設けられてなり、ソイルセメントによる根固め球根７の上部７ａが回り込む高さ（範囲Ｌ）まで設けられている。このような構成により、杭先端突起８における各突出部８ａ、１４ａ、８ｂと内面突起１０が根固め球根７のソイルセメントにしっかりと食い込み、各部の協働により、杭体に掛る荷重を分担して根固め球根７に伝達できる。また、下方部矩形突出部１４ａにより鋼管杭１１を埋設する施工時に受ける土の抵抗を低減することができる。

図２（ｂ）の第２具体例において、杭先端突起８は、外側矩形突出部８ａと下方部テーパ突出部１４ｂと内側矩形突出部８ｂとから構成されている。鋼管の内面突起１０は、矩形の凹部と凸部が等間隔で、かつ同一高さに複数設けられてなり、根固め球根７の上部７ａが回り込む高さ（範囲Ｌ）まで設けられている。このような構成によっても、図２ａと同様に、杭先端突起８における各突出部８ａ、８ｂ、１４ｂと内面突起１０が根固め球根７に食い込むことにより、杭体に掛る荷重を分担して根固め球根７に伝達できる。また、下方部テーパ突出部１４ｂにより鋼管杭１１を埋設する施工時に受ける土の抵抗を低減することができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、第３、第４具体例を示す。図３（ａ）、（ｂ）においては、杭体の外面において、外面突起１３が内面突起１０と対応する位置に設けられており、その他の構成については、図３（ａ）は、図２（ａ）の第１具体例と同じであり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の第２具体例と同じである。この第３、第４具体例は、それぞれ鋼管外面突起１３が設けられていることにより、第１、第２具体例に比べて一層多くの突起部で杭体に掛る荷重を分散させて根固め球根７に確実に伝達できる。

図４（ａ）、（ｂ）は、第５、第６具体例を示す。図４（ａ）を図２（ａ）と比較しつつ説明すると、図４（ａ）においては、杭先端突起８における外側矩形突出部８ａの外側面に下部側が縮径するテーパ８ｃが付形されている。その他の構成は図２（ａ）の第１具体例と同じである。第５具体例によると、外側矩形突出部８ａにテーパ８ｃが付形されることによって下部に鋭角状の突起が形成されているので、鋼管杭１１の埋設時に受ける土の抵抗を第１具体例に比べて一層低減することができる。

図４（ｂ）の第６具体例を図２（ｂ）と比較しつつ説明すると、図４（ｂ）においては、杭体の内面に設ける内面突起１０の断面形状を上側が大突起で下側が小突起の階段状部１０ａを形成することにより、内面突起１０を全体でみて下部側が拡径するように構成してある。その他の構成は図２（ｂ）の第２具体例と同じである。第６具体例によると、内面突起１０が下部側が拡径するように構成されていることで、地中埋め込み時の抵抗を小さくでき鋼管杭１１の円滑な圧入が可能となる。

図５（ａ）、（ｂ）は、第７、第８具体例を示す。図５（ａ）を図２（ａ）と比較しつつ説明すると、図５（ａ）においては、杭体の内面に設ける内面突起１０の断面形状を上側が大突起で下側が拡径するように内面テーパ１０ｂが形成されている。その他の構成は図２（ａ）の第１具体例と同じである。第７具体例によると、内面突起１０の下部側が拡径するように構成されていることで、地中埋め込み時の抵抗を小さくでき鋼管杭１１の円滑な圧入が可能となる。

図５（ｂ）の第８具体例を、図２（ｂ）と比較しつつ説明すると、図５（ｂ）においては、図５（ａ）と同様に、杭体の内面に設ける内面突起１０の断面形状を上側が大突起で下側が拡径するように内面テーパ１０ｂが形成されている。その他の構成は図２（ｂ）の第２具体例と同じである。第８具体例によると、内面突起１０が下部側が拡径するように構成されていることで、地中埋め込み時の抵抗を小さくでき鋼管杭１１の円滑な圧入が可能となる。

図２〜図５の具体例１〜８によると、中堀り工法に適用される鋼管杭１１の先端構造において、杭先端突起８と内面突起１０から構成される高荷重伝達部１２により、杭頭部からの軸力を、先端根固め球根７に確実に伝達させることができる。杭先端突起８と内面突起１０は鋼管本体に対して、鋳造、鍛造、溶接などの任意の手段を用いて構成できる。また、本願発明に係る鋼管杭構造は、プレボーリング杭工法にも適用でき、請求項において、中掘杭工法とはプレボーリング杭工法を含めた意味で使用している。

（ａ）は、構造物の基礎として中堀り工法に使用した鋼管杭の先端部構造の概要説明図、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の詳細図、（ｃ）は、図１（ｂ）の変形例を示す詳細図である。 （ａ）、（ｂ）は、鋼管杭の先端部構造の第１、第２具体例の縦断面説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、鋼管杭の先端部構造の第３、第４具体例の縦断面説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、鋼管杭の先端部構造の第５、第６具体例の縦断面説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、鋼管杭の先端部構造の第７、第８具体例の縦断面説明図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、中堀り工法の工程の一部を３工程に分けて示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）、図６（ｂ）、（ｃ）の詳細図として示す根固め球根の築造工程を２工程に分けて示す説明図である。

符号の説明

１ 鋼管杭
２ 支持層
３ オーガスクリュー
４ 根固め範囲
５ 地盤
６ セメントミルク
７ 根固め球根
７ａ 球根上部
８ 内面突起
８ａ 外側矩形突出部
８ｂ 内側矩形突出部
８ｃ テーパ
１０ 内面突起
１０ａ 階段状部
１０ｂ 内面テーパ
１１ 鋼管杭
１２ 高荷重伝達部
１３ 外面突起
１４ 下向き突起
１４ａ 下方部矩形突出部
１４ｂ 下方部テーパ突出部

Claims (4)

1. 中堀り工法により地盤の支持層に達した杭先端部にセメントミルクを注入して根固め球根を構築する鋼管杭において、鋼管の内外に突出する杭先端突起を周方向に設けると共に、鋼管の先端部から上方にかけて根固め球根上部が設けられた範囲にわたり、周方向に連続して延長する鋼管内面突起を１段または複数段設け、前記杭先端突起と内面突起により杭体から根固め球根へ荷重を伝達する荷重伝達部を構成し、前記内面突起は、周方向と直角の断面形状が、上側が大突起で、その下側に前記大突起に一体に設けられて大突起よりも拡径する小突起を備えていて、前記大突起の下側が小突起の階段状部を形成していることを特徴とする中堀り工法に用いる鋼管杭の先端構造。
2. 中堀り工法により地盤の支持層に達した杭先端部にセメントミルクを注入して根固め球根を構築する鋼管杭において、鋼管の内外に突出する杭先端突起を周方向に設けると共に、鋼管の先端部から上方にかけて根固め球根上部が設けられた範囲にわたり、周方向に連続して延長する鋼管内面突起を１段または複数段設け、前記杭先端突起と内面突起により杭体から根固め球根へ荷重を伝達する荷重伝達部を構成し、前記内面突起は、周方向と直角の断面形状が、上側が杭半径方向内側に突出する突起でその突起の下側には漸次杭内側面に向かって拡径するように内面テーパーが形成されていることを特徴とする中堀り工法に用いる鋼管杭の先端構造。
3. 前記内面突起に対応して鋼管杭の外面に１段または複数段の外面突起を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の中掘り工法に用いる鋼管杭の先端構造。
4. 前記杭先端突起は、杭埋め込み時の土圧低減用の下向き突部形状を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の中堀り工法に用いる鋼管杭の先端構造。

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