JP2000120066A - 鋼管杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、地盤に埋設される鋼管杭周面から
地盤に伝達される力を増大させ、大きな支持力を発揮さ
せることができる鋼管杭の施工方法を提供する。 【解決手段】（１）プレボーリング方式または中掘り方
式により鋼管杭を所定深度まで埋設後、鋼管上端から拡
径装置を挿入し、鋼管杭を内部側から局部拡径して外周
に突起部を形成し、この突起部を鋼管杭埋設時に掘削し
た掘削孔地山面に圧着あるいは貫入させる。（２）打
設、圧入もしくは回転工法により鋼管杭を所定深度まで
埋設後、鋼管内の土を所定深さまで排土して、鋼管上端
から鋼管内に拡径装置を挿入し、鋼管を内部側から局部
拡径して外周に突起部を形成し、この突起部を地山面に
圧着あるいは貫入させる。（１），（２）で局部拡径し
た後に鋼管内に流動性固化材を充填・固化させるように
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木建築構造物を
構築する場合において、鋼管杭をプレボーリング方式ま
たは中掘り方式、あるいは打設工法、圧入工法、回転工
法等により地盤に埋設する場合に、この鋼管杭の周面摩
擦力を増大させる鋼管杭の施工方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】杭の施工方法としては、プレボーリング
方式または中掘り方式などのように、孔を掘削し土を取
り除いて地盤を緩める非排土杭工法と、打設、圧入、回
転工法などのように、施工により杭体とほぼ等しい体積
の土を押し退けて地盤を締め固める排土杭工法に分けら
れる。

【０００３】プレボーリング方式または中掘り方式など
の非排土杭工法では、掘削時に地盤を緩めるために杭支
持力、特に周面摩擦力が小さくなることが課題であっ
た。また、掘削時に大量の掘削土砂が発生するため処理
コストが増大し不経済であるし、掘削土や泥水による二
次公害の恐れがあるなどの欠点がある。

【０００４】打設、圧入、回転工法などの排土杭工法で
は、一般的に地盤を緩めないが、鋼管と地盤の周面摩擦
力は小さく、所定の支持力を得るためには、強固な支持
層まで達する杭を用いる方法、もしくは長尺または大径
の杭として周面の摩擦面積を大きくする方法が用いられ
る。したがって、緩い地盤もしくは支持層が深い場合に
は不経済な杭になることが課題であった。

【０００５】一方、コンクリート製の杭周面に突起部を
配置して摩擦力を高めることを目的とした節杭がある。
この節杭の支持力については、日本建築学会構造系論文
報告集 第３７４号８７ページ〜９７ページに、節部下
面での支圧力の作用により杭周面における地盤の剪断抵
抗の２倍の強度を発揮する実験データが示されている。

【０００６】この節杭は、一般にプレボーリング工法に
よる埋込み杭工法で施工されるが、節杭を建て込むため
には節部より大きな掘削孔を設ける必要があり、排土量
が多くなる。また、節部との節部の間に間隙が存在する
ために、間隙に砕石等を投入する必要がある。また、掘
削時に緩んだ地山の強度は小さいままであり、周面摩擦
力を増大させることは困難である。

【０００７】節杭の製造において、節部を有する型枠を
別途製作し、この型枠にコンクリートを注入して固化さ
せる方法で製作しているが、多様な節形状を製作するた
めには、多くの型枠が必要になるため製造コストが高く
なる。したがって、節の形状および間隔の自由度が極め
て小さく、経済的な節形状の配置が困難であるなどの問
題がある。

【０００８】また、鋼管の先端部付近に長手方向にスリ
ットを形成し、このスリット部を拡径装置で拡径して拡
径突起部とするもの（特公昭６１−１５２０８号公報）
も知られているが、これは鋼管にスリットを形成する必
要があり、加工上の問題、強度低下の問題に加えて、こ
のスリットからの土砂や水の流入、充填材の流出等の施
工上の問題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の既存
の鋼管杭およびコンクリート節杭のような難点を有利に
解消でき、地盤に埋設される鋼管杭周面から地盤に伝達
される力を増大させ、大きな支持力を発揮させることが
できる、鋼管杭の施工方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記（１）〜
（３）の発明により構成されるものである。 （１）プレボーリング方式または中掘り方式により鋼管
杭を所定深度まで埋設後、鋼管上端から拡径装置を挿入
し、鋼管杭を内部側から局部拡径して外周に突起部を形
成し、この突起部を鋼管杭埋設時に掘削した掘削孔地山
面に圧着あるいは貫入させることを特徴とする鋼管杭の
施工方法。 （２）打設、圧入もしくは回転工法により鋼管杭を所定
深度まで埋設後、鋼管内の土を所定深さまで排土して、
鋼管上端から鋼管内に拡径装置を挿入し、鋼管を内部側
から局部拡径して外周に突起部を形成し、この突起部を
地山面に圧着あるいは貫入させることを特徴とする鋼管
杭の施工方法。 （３）（１）または（２）において、局部拡径した後に
鋼管内に流動性固化材を充填・固化させることを特徴と
する鋼管杭の施工方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、プレボーリング方式ま
たは中掘り方式または打設工法、圧入工法もしくは回転
工法等により、鋼管杭を地盤中に埋設施工する場合に適
用される鋼管杭の施工方法であり、鋼管を所定の深度に
配置してから、この鋼管の内部に拡径装置の拡径機構を
挿入し鋼管を内部側から局部拡径して、この拡径突起部
を地盤に圧着または貫入させることにより、拡径突起部
と地盤との密着性を高めるとともに周辺地盤を締め固め
るものである。その結果、杭と地盤との周面摩擦力を増
大させることができ、杭の支持力を飛躍的に高めること
ができる。

【００１２】本発明において、鋼管杭における拡径突起
部の形成領域は、用途やコンクリートとの合成の有無、
鋼管を埋設する地盤条件に応じて選定する。埋め込み杭
工法では、杭埋設時に杭体よりわずかに大きな立て孔を
掘削するが、地盤の緩みを改善するためには、この拡径
突起部の高さは外径の５％以上にすることが好ましい。
また、突起部を高くし過ぎると拡径突起部の厚みがそれ
だけ薄くなり強度が低下する。したがって、この拡径突
起部の高さは、最大でも鋼管杭の外径の３５％程度に抑
えることが好ましい。

【００１３】拡径突起部の形状は、突起高さが等しくて
なだらか形状から急な形状まで変化させることができ
る。突起がなだらかな場合では、一つの突起で広い面積
の地盤の緩みを改善できるが、地盤への貫入による支圧
力の増大効果が小さく、また、突起の形成に比較的大き
な荷重を必要とする。一方、突起形状が急な場合では、
一つの突起での地山への圧着面積が小さくなるが、地盤
への貫入による支圧力の増大の効果が大きく、また、突
起の形成に要する荷重が比較的小さくて済む。

【００１４】また、突起の高さが高く、突起の形状が急
な場合には、鋼管の軸圧縮力に対して、座屈が発生し、
軸力の伝達が困難となる。鋼管の局部座屈長さとして、
一般に下式が知られている。 座屈長さＳ＝２．５６√（Ｄｔ） ここで、Ｄ：鋼管径、ｔ：鋼管板厚

【００１５】この座屈長さと突起長さが等しい場合には
容易に座屈が進展し軸力の伝達ができない。しかし、こ
の座屈長さより少なくとも２倍以上の長さで拡径する
と、局部座屈は突起部の中に形成されるために、局部座
屈が発生するまで軸力の伝達が可能となる。

【００１６】突起の間隔が密な場合は、杭体と地盤との
摩擦力の伝達において、突起と突起との間で剪断破壊に
至るために突起による貫入の効果が小さくなる。一方、
突起の間隔が広い場合は各々の突起部での荷重伝達力は
大きいが、全体として周面摩擦が小さくなる。

【００１７】鋼管内に固化材を充填した場合には、固化
材を介して軸力の伝達が可能になる。そのために、鋼管
の局部座屈を考慮する必要がなく、突起の形状を急な形
状にすることができ、突起高さも比較的大きなものを設
けることができる。

【００１８】鋼管杭の設計においては、一般に、地盤の
ボーリングデータから地盤の強度を予測し、杭の支持力
を算定している。しかし、実際の地盤の強度はボーリン
グデータと異なる場合もあるため、支持力のばらつきが
大きい。また、中堀り工法などのように地盤を掘削する
工法では、地盤強度を施工中に確認することができ、地
盤強度の高い深度領域に適切に突起を設けることができ
る。

【００１９】また、地盤強度の高い所のみに突起を配置
する例として、地盤の支持層に根固め部を形成して、こ
の根固め部において先端部領域を根固め液で固定する支
持杭として用いる鋼管杭の場合では、先端部領域のみに
突起を設けることもできる。

【００２０】土砂を掘削する際には、一旦、土砂を排土
するが、杭の建て込み後、鋼管内に埋め戻すことができ
るため、建設残土を大幅に削減でき、掘削土砂の廃棄コ
ストを削減できる。

【００２１】

【実施例】本発明による鋼管杭の施工方法の実施例につ
いて、中堀り工法を適用の場合を例として、図１に基づ
いて説明する。この例では、鋼管１ｐをスパイラルオー
ガ２により地盤３を掘削しながら挿入し、その後、鋼管
１ｐの内部に拡径装置の拡径機構４を挿入して鋼管１ｐ
を内部側から局部拡径し、断面円弧状のリング状突起部
５を軸方向に複数条、節状に形成して、この突起部５を
掘削孔地山面に貫入させ、地盤３を締め固めるとともに
突起部５により支圧力を強化して鋼管杭１の周面摩擦力
を確保するようにしたものである。

【００２２】この施工手順は、以下の通りである。 （１）スパイラルオーガ２を用いた中堀り工法により、
掘削土砂６を排土しながら地盤３を掘削して鋼管１ｐを
地盤３に埋設して行く。 （２）所定深度に鋼管１ｐの埋設を完了する。 （３）鋼管１ｐ内に拡径装置の拡径機構４を挿入し、内
部から局部拡径して、断面円弧状のリング状の突起部５
を軸方向に複数条、節状に形成する。 （４）鋼管１ｐへの突起部５の形成を完了する。 （５）排土した掘削土砂６を鋼管１ｐ内に埋め戻す。

【００２３】このようにして、鋼管杭１を、外周に形成
した突起部５を掘削孔地山面に貫入した状態で地盤３に
埋設することにより、突起部５の効果で、鋼管杭１の周
面摩擦力を強化することができる。

【００２４】また、埋設施工中に、地盤条件、要求され
る支持力、強度等に応じて、鋼管杭に形成する拡径突起
部の形状、大きさ、形成部位、配列等の拡径突起部の形
成条件を容易に変更（選定）することができ、鋼管杭の
強度低下を抑えながら、支持力を確保して効率的な施工
を容易に実現することができる。

【００２５】なお、前記の実施例１において、鋼管１ｐ
を局部拡径する拡径機構４を有する拡径装置として、図
２に示すような縦型の走行式拡径装置７を用いることが
できる。この拡径装置７は、駆動装置８を備え、昇降架
台９上を走行可能な台車１０に搭載されたものであり、
この拡径装置７の拡径機構４は、昇降装置１１によって
懸吊され、ワイヤー１２を介して昇降可能である。な
お、図中１３は油圧装置である。

【００２６】この拡径機構４は、具体的には、図３、図
４に示すように、放射状に配置された油圧シリンダー１
４ａ〜１４ｆによって進退するロッド１５ａ〜１５ｆの
先端部に形成された拡径ブロック１６ａ〜１６ｆからな
り、油圧装置１３により油圧ホース１７を介して、油圧
シリンダー１４ａ〜１４ｆを、ここでは同時に作動さ
せ、拡径ブロック１６ａ〜１６ｆを拡径することよっ
て、地盤３に埋設された鋼管１ｐの内面に強力な拡径力
を作用させ、鋼管１ｐを拡径することができる。この拡
径領域は、昇降装置１１により拡径機構４の位置を調整
することによって調整することができる。

【００２７】拡径機構４による突起部５の形状は、拡径
ブロック１６ａ〜１６ｆの外面形状によって決まる。こ
こでは、突起部５の形状は、周方向に連続する断面円弧
状のリング状であり、この突起部５の杭軸方向に１条づ
つ形成して行くようにしており、杭軸方向に例えば４列
形成する場合には、昇降装置１１で拡径機構４の位置を
変えて、４回拡径動作を行えばよい。

【００２８】拡径ブロック１６ａ〜１６ｆを杭軸方向に
２列配置して２条づつ形成して行くようにしてもよい。
拡径ブロック１６ａ〜１６ｆの外面形状は、形成する突
起部条件に応じて選択すればよい。

【００２９】突起部５は、ここでは、鋼管杭１の周方向
に連続する断面円弧状のリング状に形成したが、図５
（ａ）に示すように千鳥配置した半球条の突起５ｐ、図
５（ｂ）に示すように杭軸方向で千鳥配置した周方向に
不連続の突条５ｑからなる突起部としてもよい。

【００３０】また、地盤３の支持層３ｓに根固め部１８
を形成して、この根固め部に鋼管杭１の先端部領域を埋
設して根固め液の固化により固定する場合においては、
例えば、図５（ｃ）に示すように、根固め部１８に埋没
させる鋼管杭１の先端部を拡径し、この拡径部１９に、
さらに突起部５ｚを形成して、周面摩擦力をさらに強化
するようにしてもよい。

【００３１】なお、上記の例は、中堀り杭工法を適用の
場合であるが、プレボーリング方式による埋込み杭工
法、打設工法、圧入工法、回転工法等を適用する鋼管杭
の施工方法での適用も可能である。

【００３２】プレボーリング工法を適用する場合には、
先行掘削した掘削孔が崩壊する懸念があるため、掘削孔
に例えば水を注入して、その静圧により掘削孔が崩壊す
る懸念を解消することも有効であり、この掘削孔に先端
を閉鎖した鋼管を埋設して拡径装置の拡径機構を挿入
し、局部拡径して突起部を形成した後、鋼管内に固化材
を充填して固化させるようにしてもよい。また、水の代
わりにセメントミルクなどの固化材を注入しておき、こ
れが固化する前に鋼管を埋設して拡径装置の拡径機構を
挿入し、局部拡径して突起部を形成した後、セメントミ
ルクを固化させるようにしてもよい。

【００３３】打設工法、圧入工法、回転工法等を適用す
る場合には、鋼管を所定深度まで埋設ご、所定の深さ領
域の土を排土して、この排土領域に拡径装置の拡径機構
を挿入して局部拡径して、突起部を形成した後、固化材
を充填して固化させるようにしてもよい。

【００３４】なお、本発明の鋼管杭の施工方法は、上記
の例に限定されるものではない。使用する鋼管杭の構造
条件（含む突起条件）、施工手順等は、地盤条件、支持
構造物条件、荷重条件、要求される支持圧条件、埋設施
工条件等に応じて、上記請求項を満足する範囲内で変更
されるものである。

【００３５】（評価例）本発明による突起部を有する鋼
管杭例での耐力変化を評価するため、軸力の伝達率につ
いて、数値解析に基づいて評価を行った。この解析で用
いた鋼管杭を、図６に立面図で示し、その評価結果を図
７に示す。図６（ｂ）の鋼管杭は、突起部を有しない直
鋼管杭であり、直径８００mm、板厚１２mmのものであ
る。また、図６（ａ）の鋼管杭は、直径８００mm、板厚
２mmの直鋼管を内部から局部拡径して、前記図１で示し
たような、周面に断面円弧状のリング状の突起部５を軸
方向に節状に形成したものであり、この突起部の突起高
さが１００mm（直径の１２．５％）、突起長さが９６０
mm（直径の１．２倍）のものである。

【００３６】この評価実験では、図７に示すように、鋼
管杭に対して軸力を載荷した時の軸力（トン）と軸方向
変位（mm）の関係で評価を行った。ケース１は、突起部
を有しない直鋼管杭の座屈しない計算値であり、ケース
２は、本発明で用いる突起部を有する鋼管杭の解析結果
である。

【００３７】ケース２は、直径の２５％まで拡径した突
起部を有する鋼管杭の場合を示しており、座屈しないケ
ース１よりも軸力は低いが、設計上の降伏荷重の約７割
の軸力伝達が可能であり、許容軸荷重以上の耐力を発揮
する結果を示した。これは、突起長さを、前記（１）式
座屈長さＳ＝２．５６√（Ｄｔ）で求められる局部座
屈長さの２倍以上にしているために、座屈モードは突起
の中に局部座屈が発生したことにより、突起の形状が局
部座屈を発生させる要因にならなかったためである。

【００３８】

【発明の効果】本発明では、鋼管を所定深度まで埋設し
てから局部拡径して突起部を形成するものであり、 （１）突起部を地盤に圧着または貫入させることによっ
て、地盤の締め固め効果により地盤強度を上昇させ、か
つ、突起部により支圧力を強化して大きな周面摩擦力を
十分に確保できる。 （２）鋼管の埋設時に一時的に排出した掘削土砂を鋼管
内に埋め戻すことができるので建設残土を大幅に削減で
き、現場をクリーンにできるばかりでなく、残土処理費
を大幅に削減することもできる。 （３）コンクリート節杭使用の場合と比較すると、杭を
軽量化することができ施工重機を小さくしてコストを削
減するとともに、施工スペースが制約された場所でも施
工が可能である。また、立て孔の掘削径を小さくでき、
工事費を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鋼管杭の埋設施工例（手順例）を
示す側断面説明図。

【図２】本発明で鋼管杭に突起部を形成するために用い
る拡径装置の側面説明図。

【図３】図２の拡径機構の構造例を示す一部断面側面説
明図。

【図４】図３のＡａ−Ａｂ矢視断面説明図。

【図５】（ａ）図、（ｂ）図は、本発明で用いる鋼管杭
の他の突起形状例を示す一部断面側面説明図、（ｃ）図
は、本発明で用いる鋼管杭の他の突起形状例とその施工
例を示す側断面説明図。

【図６】本発明の評価実験例で使用した鋼管杭形状例を
示す立面説明図。

【図７】本発明の実験例での鋼管杭に対する軸力と軸方
向変位との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１ ：鋼管杭 １ｐ：鋼管 ２ ：スパイラルオーガ ３ ：地盤 ３ｓ：地盤支持層 ４ ：拡径機構 ５，５ｐ，５ｑ：突起部 ６ ：掘削土砂 ７ ：拡径装置 ８ ：駆動装置 ９ ：昇降架台 １０ ：台車 １１ ：昇降装置 １２ ：ワイヤー １３ ：油圧装置 １４ａ〜１４ｆ：油圧シリンダー １５ａ〜１５ｆ：ロッド １６ａ〜１６ｆ：拡径ブロック １７ ：油圧ホース １８ ：根固め部 １９ ：拡径部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 滋樹 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 羽上田 裕章 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 柳本 速雄 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 斉藤 拓也 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 2D041 AA02 BA22 CA03 CB06 DB02 DB14 FA02 FA03 FA12 FA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレボーリング方式または中掘り方式に
   より鋼管杭を所定深度まで埋設後、鋼管上端から拡径装
   置を挿入し、鋼管杭を内部側から局部拡径して外周に突
   起部を形成し、この突起部を鋼管杭埋設時に掘削した掘
   削孔地山面に圧着あるいは貫入させることを特徴とする
   鋼管杭の施工方法。
2. 【請求項２】 打設、圧入もしくは回転工法により鋼管
   杭を所定深度まで埋設後、鋼管内の土を所定深さまで排
   土して、鋼管上端から鋼管内に拡径装置を挿入し、鋼管
   を内部側から局部拡径して外周に突起部を形成し、この
   突起部を地山面に圧着あるいは貫入させることを特徴と
   する鋼管杭の施工方法。
3. 【請求項３】 局部拡径した後に鋼管内に流動性固化材
   を充填・固化させることを特徴とする請求項１または２
   記載の鋼管杭の施工方法。