JP2000291002A - 合成杭の施工方法及びその方法に使用される鋼管杭並びに合成杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼管杭を用いた中掘り工法の排土量の問題、
鋼管杭を用いて合成杭を構築する工法のコストの問題、
鋼管杭単体で沈設する場合の先端支持力不足の問題、ス
クリュー羽根を突設する場合の過大な曲げ応力の問題を
解消する。 【解決手段】 先端が開放し、先端部の外周にスクリュ
ー羽根11が突設された鋼管杭１と、鋼管杭１内に挿入さ
れる掘削ロッド２を互いに逆向きに回転させながら掘進
させ、根固め部３の構築開始位置まで掘削ロッド２の掘
削ヘッド21が到達した時点で、掘削ヘッド21から固結性
の掘削液を吐出、もしくは噴出し、鋼管杭１のスクリュ
ー羽根11を含む区間にソイルセメントの根固め部３を構
築し、鋼管杭１を根固め部３中に定着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は鋼管杭を用いた合
成杭の施工方法、及びその方法に使用される鋼管杭、並
びに施工方法の実施によって完成する合成杭に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鋼管杭
を埋設する方法には鋼管杭内に挿入され、周面に連続す
るスパイラルスクリューが形成された掘削ロッドの掘削
ヘッドにより地盤を掘削し、排土しながら、鋼管杭を圧
搾空気により圧入する中掘り工法と、特許第 2731806号
のように鋼管杭の埋設区間にソイルセメントを構築した
後に、もしくは特許第 2866248号等のようにソイルセメ
ントを構築しながら、地盤の掘削と鋼管杭の圧入を行う
工法の他、特開昭59−109616号，特開昭61-98818号等の
ように鋼管杭の先端にスクリュー羽根を突設し、スクリ
ュー羽根で地盤を掘削、排除しながら、鋼管杭を直接ね
じ込む工法がある。

【０００３】鋼管杭の先端にスクリュー羽根を突設する
方法には特開昭59−109616号のように鋼管杭の先端を閉
塞させる場合と、特開昭61-98818号，特開昭62−228518
号，特開昭62−296014号等のように開放させる場合があ
る。

【０００４】中掘り工法では掘削ロッドの連続するスパ
イラルスクリューにより掘削土が排出されるため、排土
量、すなわち建設発生土が多くなる難点がある他、排土
量の増加に伴い、杭周辺地盤及び支持層を緩め、地盤の
鉛直支持力を低下させる問題がある。

【０００５】ソイルセメントの構築と共に鋼管杭を圧入
する方法では地表から鋼管杭先端までに亘って鋼管杭よ
り径の大きいソイルセメントを構築するため、コスト高
になる。また鋼管杭の継手が必要で、施工終了までに長
時間を要する長尺杭の場合には鋼管杭の埋設完了時に上
方のソイルセメントが硬化を始めるため、掘削ロッドの
回収が不可能になる等の問題がある。

【０００６】ソイルセメントの硬化時期を遅延させるた
めに遅延剤（例えばポゾリスNo.89（商品名））を添加
する方法もあるが、ソイルセメントに対しては遅延剤の
効果が小さくなることから、必要な遅延剤の添加量が大
量（セメントに対して1.5 〜５％）になるため、コスト
高になる。

【０００７】鋼管杭の先端外周にスクリュー羽根を突設
する方法の内、先端を閉塞させた場合には貫入時の抵抗
が大きいことから、大径の鋼管杭の沈設が不可能である
ため、鋼管杭の荷重支持能力に限界があり、小規模構造
物にしか対応できない。

【０００８】先端を開放させた場合は貫入時の抵抗は小
さいものの、開放していることで径に見合う先端支持力
を期待することができない。この場合、地盤反力はスク
リュー羽根が受けるため、羽根の付け根に過大な曲げ応
力が作用し、その応力に抵抗させるために羽根の板厚を
増すか、受圧面積を小さくするために羽根の径を小さく
することが必要になり、板厚を増せばコスト高になり、
径を小さくすれば大きな先端支持力が見込めない。

【０００９】この発明は従来工法の上記不利益を解消す
る合成杭の施工方法とその方法に使用される鋼管杭及び
それを用いた合成杭を提案するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１では鋼管杭の埋
設状態での鋼管杭の主に先端部にソイルセメントによる
根固め部を構築し、鋼管杭を根固め部中に定着させるこ
とにより、鋼管杭を用いた従来の施工方法の不利益を解
消する。

【００１１】鋼管杭の先端はその内部に挿入される掘削
ロッドによる掘削のために開放し、先端部の外周には降
下時の地中への貫入を容易にするためと、定着後の先端
支持力を得るためにスクリュー羽根が突設される。

【００１２】施工は鋼管杭と、先端の掘削ヘッドが鋼管
杭の先端から突出する掘削ロッドを互いに逆向きに回転
させ、掘削ロッドの掘削ヘッドで地盤を掘削しながら鋼
管杭と掘削ロッドを掘進させ、根固め部の構築開始位置
まで掘削ヘッドが到達した時点で、鋼管杭と掘削ロッド
を回転させたまま、掘削ヘッドから固結性の掘削液を吐
出、もしくは噴出し、鋼管杭のスクリュー羽根を含む区
間にソイルセメントの根固め部を構築することにより終
了する。鋼管杭は根固め部中に定着されることで合成杭
として完成する。

【００１３】ソイルセメントは正の摩擦力を期待するた
めに必要に応じて鋼管杭の軸方向の中間部に構築される
場合もある。ソイルセメントを鋼管杭の主に先端部に構
築することで、掘削液の必要量が鋼管杭の全長に亘って
ソイルセメントを構築する場合より大幅に削減され、掘
削液の削減によりソイルセメントの硬化時の体積増加が
少なくなるため、体積増加分に相当する量の掘削土の排
出、すなわち排土量が削減され、同時に建設発生土量が
削減される。排土量の削減により杭周辺地盤及び支持層
の緩みが抑制され、地盤の鉛直支持力の低下が防止され
る。

【００１４】施工は中掘り工法と同じであるが、掘削ロ
ッドの外周に形成されるスパイラルスクリューを軸方向
に断続的に配置する、または掘削ロッドの径を小さくす
る、もしくはスクリューの径を小さくすることで、排土
量の抑制が可能になる。

【００１５】鋼管杭が先端が開放した形でありながら、
主に先端部に構築される根固め部と共に合成杭として完
成することで、先端が閉塞した形と同等となり、鋼管杭
の径に見合う先端支持力が期待される。特に先端支持力
はスクリュー羽根を含めた鋼管杭の断面積で決まるた
め、先端閉塞形のスクリュー羽根付き鋼管杭と同等の支
持力が確保される。

【００１６】またスクリュー羽根が根固め部内に埋設さ
れ、根固め部のソイルセメントに拘束されることで、ス
クリュー羽根付き鋼管杭でありながら、スクリュー羽根
には地盤反力による曲げ応力が発生せず、せん断力のみ
が作用するため、必要な先端支持力を得る上で羽根の板
厚を小さくできる。あるいは曲げ応力の発生がないこと
で、スクリュー羽根が曲げ応力に抵抗する必要がなくな
るため、板厚を小さくしながら径を拡大することが可能
になり、径の拡大により先端支持力の増大が望める。

【００１７】請求項３に記載のように鋼管杭のスクリュ
ー羽根の下端を鋼管本体の先端より下方へ突出させ、掘
削ロッドの掘削ヘッドと鋼管杭のスクリュー羽根で地盤
を掘削しながら、鋼管杭と掘削ロッドを掘進させる場合
はスクリュー羽根が掘削ロッドの掘削ヘッドと共に地盤
を掘削するため、スクリュー羽根の部分の地盤を掘削す
るために掘削ロッドに径の拡縮が可能な拡大翼付きの掘
削ヘッドを接続する必要がなくなり、掘削ロッドが拡大
翼付きの場合より掘削ロッドの径を小さくできる他、鋼
管杭の沈設作業が単純化される。

【００１８】

【発明の実施の形態】請求項１は図１−(a) 〜(f) に示
すように先端が開放した鋼管杭１と、鋼管杭１の先端か
ら突出する掘削ロッド２を互いに逆向きに回転させ、掘
削ロッド２の掘削ヘッド21で地盤を掘削しながら、鋼管
杭１と掘削ロッド２を掘進させ、鋼管杭１が一定深度に
到達した時点で、鋼管杭１の主に先端部にソイルセメン
トの根固め部３を構築し、鋼管杭１を根固め部３中に定
着させ、合成杭４を構築する方法である。

【００１９】請求項３は図４−(a) 〜(f) に示すように
掘削ヘッド21と、鋼管杭１の先端部の外周に形成された
スクリュー羽根11で地盤を掘削しながら、鋼管杭１と掘
削ロッド２を掘進させ、請求項１と同じく、鋼管杭１が
根固め部３中に定着した合成杭４を構築する方法であ
る。

【００２０】鋼管杭１の先端部の外周には鋼管杭１を回
転により掘進させ、根固め部３への定着後に先端支持力
を発揮するスクリュー羽根11が突設される。図３，図６
はスクリュー羽根11を一巻きで形成した場合、図５，図
７はスクリュー羽根11を半巻きにし、２枚のスクリュー
羽根11，11を中心に関して点対称に配置した場合、図８
は一巻きの２枚のスクリュー羽根11，11を点対称に配置
した場合、図９は図７に示す２枚１組のスクリュー羽根
11，11を軸方向に距離をおいて２段に配置した場合を示
すが、スクリュー羽根11の巻き数と配置は問われない。

【００２１】図３は請求項１の方法で使用される鋼管杭
１と掘削ロッド２を、図５は請求項３の方法で使用され
る鋼管杭１と掘削ロッド２を示している。図６〜図９は
請求項３の方法で使用される鋼管杭１の詳細を示す。い
ずれの場合もスクリュー羽根11の外径は鋼管杭１の外径
の1.1 〜２倍程度に設定される。

【００２２】請求項１のように鋼管杭１のスクリュー羽
根11が地盤の掘削をしない場合は、図３に示すようにス
クリュー羽根11の下端が鋼管本体10の先端より下方へ突
出する必要はないが、請求項３のようにスクリュー羽根
11が掘削ヘッド21と共に地盤を掘削する場合は図５〜図
９に示すようにスクリュー羽根11の下端が鋼管本体10の
先端より突出し、その突出側の先端は爪状に形成され
る、もしくは先端に爪が突設される。図５〜図９に示す
鋼管杭１は請求項１の方法にも使用できる。

【００２３】スクリュー羽根11が地盤の掘削をしない場
合、鋼管杭１には図３−(a) ，(b)に示すように掘削ヘ
ッド21の上に、径の拡縮が可能で、開放時に径がスクリ
ュー羽根11の外径より大きくなり、閉鎖時に径が鋼管杭
１の内径より小さくなる爪付きの拡大翼22が接続された
掘削ロッド２が組み合わせられる。スクリュー羽根11が
地盤を掘削する場合は図５に示すように拡大翼22のない
掘削ロッド２が使用される。

【００２４】拡大翼22は掘削ロッド２に固定された支持
材24に水平軸25回りに回転自在に支持され、図３−(a)
に示す開放状態は拡大翼22を貫通するピン26によって保
持され、引き抜き時に拡大翼22が鋼管杭１の下端に衝突
し、ピン26が破断することで(b) に示す閉鎖状態にな
る。

【００２５】図１により請求項１の施工手順を説明す
る。(a) ，(b) に示すように鋼管杭１の先端から掘削ヘ
ッド21と拡大翼22を突出させ、拡大翼22を開放させた状
態で、鋼管杭１と掘削ロッド２を互いに逆向きに回転さ
せ、掘削ヘッド21と拡大翼22で地盤を掘削しながら鋼管
杭１が一定深度に到達するまで鋼管杭１と掘削ロッド２
を掘進させる。

【００２６】掘削ロッド２の外周にはソイルセメントを
構築する上で不要な掘削土を排出するためのスパイラル
スクリュー23が形成されるが、本発明では請求項１、請
求項３共、ソイルセメントの構築位置が主として根固め
部３であり、多量の掘削土を排出する必要がないことか
ら、図１〜図４に示すようにスパイラルスクリュー23は
軸方向に断続的に形成され、必要により掘削ロッド２や
スパイラルスクリュー23の径は小さく設定される。掘削
ロッド２の径やスパイラルスクリュー23の径を小さく
し、スパイラルスクリュー23を軸方向に連続的に形成す
る場合もある。

【００２７】(c) に示すように根固め部３の構築開始位
置まで掘削ヘッド21が到達した時点で、鋼管杭１と掘削
ロッド２を回転させたまま、掘削ヘッド21からセメント
ミルク等の固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、
(d) ，(e) に示すように掘削ヘッド21が根固め部３の構
築終了位置に到達するまで継続し、掘削土と掘削液から
なるソイルセメントの根固め部３を構築する。掘削液は
掘削ヘッド21と拡大翼22及びスクリュー羽根11によって
掘削土と攪拌・混合される。

【００２８】その後、(e) ，(f) に示すように鋼管杭１
を残し、拡大翼22を鋼管杭１の先端に突き当てて閉鎖さ
せた状態で掘削ロッド２が引き抜かれる。根固め部３の
構築時、根固め部３の大径部分は拡大翼22によって鋼管
杭１の先端より下まで構築されるため、根固め部３の構
築完了によりスクリュー羽根11の全体が根固め部３内に
埋設され、拘束された状態になる。

【００２９】根固め部３の構築後は(f) に示すように掘
削ロッド２を引き抜くのみで鋼管杭１の定着が完了し、
同時に合成杭４が完成する。図２は鋼管杭１の軸方向中
間部から先端部まで根固め部３を構築した場合の施工手
順を示す。

【００３０】この場合は(b) に示すように鋼管杭１の先
端が埋設深度の中間部の深度に到達した時点で掘削液の
吐出や噴出が開始され、鋼管杭１の先端が目標の埋設深
度に到達するまで継続されるが、図１−(d) 〜(f) にお
ける根固め部３より上の、深度の浅い根固め部31に対し
てはそれ以深の根固め部３に対する掘削液より固化材の
配合割合の小さい、もしくは添加量の少ない掘削液が吐
出、もしくは噴出される。

【００３１】(c) に示すように鋼管杭１の先端が図１に
おける根固め部３の構築開始位置まで降下したところ
で、固化材の配合割合や添加量を多くした掘削液を吐
出、もしくは噴出して根固め部３を構築し、その後、
(d) 〜(f) に示すように図１の場合と同じ工程を経て合
成杭４が完成する。

【００３２】図４により請求項３の施工手順を説明す
る。この場合も(a) ，(b) に示すように鋼管杭１の先端
から掘削ヘッド21を突出させた状態で、鋼管杭１と掘削
ロッド２を互いに逆向きに回転させ、掘削ヘッド21と鋼
管杭１のスクリュー羽根11で地盤を掘削しながら鋼管杭
１が一定深度に到達するまで鋼管杭１と掘削ロッド２を
掘進させる。

【００３３】(c) に示すように根固め部３の構築開始位
置まで掘削ヘッド21が到達した時点で、鋼管杭１と掘削
ロッド２を回転させたまま、掘削ヘッド21から掘削液を
吐出、もしくは噴出し、(d) に示すように掘削ヘッド21
が根固め部３の構築終了位置に到達するまで継続し、掘
削土と掘削液からなるソイルセメントの根固め部３を構
築する。

【００３４】図４の場合はスクリュー羽根11が地盤を掘
削することでスクリュー羽根11の先端位置と根固め部３
の大径部分の最下端位置が一致するが、スクリュー羽根
11の上に位置する根固め部３がスクリュー羽根11を拘束
することで、地盤反力によってスクリュー羽根11に曲げ
モーメントが作用することは回避されるため、(d) の段
階で掘削ロッド２を引き抜くことで施工を終了させるこ
ともできる。

【００３５】請求項３ではスクリュー羽根11の外径と根
固め部３の径が一致するが、それに加え、スクリュー羽
根11の先端位置と根固め部３の大径部分の最下端位置が
一致している場合、地盤応力が根固め部３の全断面にお
いて均等にならない可能性があることから、図面では根
固め部３によるスクリュー羽根11を含めた鋼管杭１の全
断面の閉塞効果、すなわち鋼管杭１全体の耐力を上げる
ために、スクリュー羽根11の先端を根固め部３の大径部
分の最下端より上に位置させている。

【００３６】この場合、(d) ，(e) に示すように掘削ヘ
ッド21による根固め部３の構築後、掘削ロッド２を引き
抜く一方、鋼管杭１のみを同一向きに回転させたまま僅
かに降下させて根固め部３の区間を長くし、(f) に示す
ように鋼管杭１を逆回転させながら定着位置まで引き上
げること、もしくは根固め部３の構築後、鋼管杭１を逆
回転させながら定着位置まで引き上げることが行われ
る。

【００３７】鋼管杭１を定着位置まで引き上げたところ
で鋼管杭１の定着が完了し、同時に合成杭４が完成す
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１では鋼管杭の埋設状態での鋼管
杭の主に先端部にソイルセメントによる根固め部を構築
し、鋼管杭を根固め部中に定着させることで、鋼管杭を
根固め部と共に合成杭として完成させるため、完成する
鋼管杭は先端開放形でありながら、先端閉塞形と同等と
なり、鋼管杭の径に見合う先端支持力を得ることができ
る。

【００３９】特に先端支持力はスクリュー羽根を含めた
鋼管杭の断面積で決まるため、先端閉塞形のスクリュー
羽根付き鋼管杭と同等の支持力を確保できる。またスク
リュー羽根が根固め部内に埋設され、根固め部のソイル
セメントに拘束されることで、スクリュー羽根付き鋼管
杭でありながら、スクリュー羽根に地盤反力による曲げ
応力を作用させず、せん断力のみを作用させることがで
きる。

【００４０】この結果、必要な先端支持力を得る上で羽
根の板厚を小さくすることができ、鋼管杭の製作コスト
の削減が図られる。あるいは曲げ応力の発生がないこと
で、板厚を小さくしながら径を拡大することが可能にな
り、径の拡大により先端支持力の増大が望める。

【００４１】加えてソイルセメントを鋼管杭の主に先端
部に構築することで、掘削液の必要量が鋼管杭の全長に
亘ってソイルセメントを構築する場合より大幅に削減さ
れ、その分、ソイルセメントの硬化時の体積増加が少な
くなるため、掘削土の排出量が削減され、建設発生土量
が削減される。排土量の削減により杭周辺地盤及び支持
層の緩みが抑制され、地盤の鉛直支持力の低下が防止さ
れる。

【００４２】請求項３では鋼管杭のスクリュー羽根の下
端を鋼管本体の先端より下方へ突出させ、掘削ロッドの
掘削ヘッドと鋼管杭のスクリュー羽根で地盤を掘削しな
がら、鋼管杭と掘削ロッドを掘進させるため、スクリュ
ー羽根の部分の地盤を掘削するために掘削ロッドに径の
拡縮が可能な拡大翼付きの掘削ヘッドを接続する必要が
なく、拡大翼付きの場合より掘削ロッドの径を小さくで
きる。また鋼管杭の沈設作業が単純化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 〜(f) は請求項１の施工手順を示した立面
図である。

【図２】(a) 〜(f) は請求項１の他の施工手順を示した
立面図である。

【図３】(a) は請求項１の方法で使用される鋼管杭と拡
大翼付きの掘削ロッドを示した立面図、(b) は(a) の拡
大翼が閉鎖した状態を示した立面図である。

【図４】(a) 〜(f) は請求項３の施工手順を示した立面
図である。

【図５】請求項３の方法で使用される鋼管杭と掘削ロッ
ドを示した立面図である。

【図６】(a) は請求項３の方法で使用される鋼管杭の下
端部を示した立面図、(b) は(a) の平面図である。

【図７】(a) は請求項３の方法で使用される他の鋼管杭
の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。

【図８】(a) は請求項３の方法で使用される他の鋼管杭
の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。

【図９】(a) は請求項３の方法で使用される他の鋼管杭
の下端部を示した立面図、(b)は(a) の平面図である。

【符号の説明】

１……鋼管杭、10……鋼管本体、11……スクリュー羽
根、２……掘削ロッド、21……掘削ヘッド、22……拡大
翼、23……スパイラルスクリュー、24……支持材、25…
…水平軸、26……ピン、３……根固め部、31……根固め
部、４……合成杭。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が開放し、先端部の外周にスクリュ
   ー羽根が突設された鋼管杭と、鋼管杭内に挿入され、先
   端の掘削ヘッドが鋼管杭の先端から突出する掘削ロッド
   を互いに逆向きに回転させ、掘削ロッドの掘削ヘッドで
   地盤を掘削しながら鋼管杭と掘削ロッドを掘進させ、根
   固め部の構築開始位置まで掘削ヘッドが到達した時点
   で、鋼管杭と掘削ロッドを回転させたまま、掘削ヘッド
   から固結性の掘削液を吐出、もしくは噴出し、鋼管杭の
   スクリュー羽根を含む区間にソイルセメントの根固め部
   を構築し、鋼管杭を根固め部中に定着させる合成杭の施
   工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の施工方法で使用される鋼
   管杭であり、先端が開放し、先端部の外周にスクリュー
   羽根が突設された鋼管杭。
3. 【請求項３】 先端が開放し、先端部の外周にスクリュ
   ー羽根が突設され、スクリュー羽根の下端が鋼管本体の
   先端より下方へ突出した鋼管杭と、鋼管杭内に挿入さ
   れ、先端の掘削ヘッドが鋼管杭の先端から突出する掘削
   ロッドを互いに逆向きに回転させ、掘削ロッドの掘削ヘ
   ッドと鋼管杭のスクリュー羽根で地盤を掘削しながら鋼
   管杭と掘削ロッドを掘進させ、根固め部の構築開始位置
   まで掘削ヘッドが到達した時点で、鋼管杭と掘削ロッド
   を回転させたまま、掘削ヘッドから固結性の掘削液を吐
   出、もしくは噴出し、鋼管杭のスクリュー羽根を含む区
   間にソイルセメントの根固め部を構築し、鋼管杭を根固
   め部中に定着させる合成杭の施工方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の施工方法で使用される鋼
   管杭であり、先端が開放し、先端部の外周にスクリュー
   羽根が突設され、スクリュー羽根の下端が鋼管本体の先
   端より下方へ突出している鋼管杭。
5. 【請求項５】 請求項２、もしくは請求項４記載の鋼管
   杭と、埋設状態での鋼管杭のスクリュー羽根を含む区間
   に構築されるソイルセメントの根固め部から構成される
   合成杭。