JP2000352048A

JP2000352048A - 鋼管杭及び鋼管杭の埋設方法

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Publication number: JP2000352048A
Application number: JP16301399A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takagi; 汎高木
Original assignee: KOKUDO KISO KK
Current assignee: KOKUDO KISO KK
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: JP3510988B2

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛直支持力、水平力、引き抜き力を大きく発
揮することができる鋼管杭及び鋼管杭の埋設方法を提供
する。【解決手段】金属筒１ａの周囲にリング状の掘進翼４
を等間隔に複数設け、先端面には貫通孔３ａを設けて鋼
管杭１を形成した。前記掘進翼４は金属筒１ａの径の略
半周分を１単位として２枚一組で対向して形成し、互い
に螺旋状になるよう端縁部同士をオーバーラップさせ
た。そして、その鋼管杭１をセメントミルクが注入され
た掘削孔に回転しながら埋設し、鋼管杭の内外にセメン
トミルクを密着硬化させて一体化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物の基礎杭に
関し、特に水平力や引き抜き力を必要とする構造物に最
適な鋼管杭及び鋼管杭の埋設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基礎杭の埋設方法は、ディーゼル
ハンマー等を用いて打撃によって地中に打ち込む打撃工
法が主流であったが、今日では環境保全の観点から騒
音，振動等の発生を抑えた工法、即ち杭の内径を利用し
た中掘工法、ウ_オータージェット工法を併用した工法、
或いはアースオーガで掘削した穴内へセメントやベント
ナイト等の液状物を注入し、そこへ、杭を挿入して定着
させるセメントミルク工法等が主流となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、杭に作用す
る荷重には、鉛直荷重、水平荷重、引き抜き荷重があ
り、これらの荷重に対する支持力機能は、杭材料を軸と
した杭の先端支持力と杭の周面摩擦力の総和で成り立っ
ている。中でも、杭周面摩擦力の機能は、杭先端支持力
を裕に超えるものがある。換言すれば、杭の支持性能
は、杭周面摩擦力で成り立っていると言っても過言では
ない。

【０００４】上記支持力のうち先端支持力は、使用する
杭の材質による優劣はないが、杭周面摩擦力は材質に大
きく左右され、特に鋼管製の杭は、その外面が滑らか故
に地盤と接触する部分の摩擦力が小さく、杭全体で見て
も場所打コンクリート杭等の摩擦力に較べて劣る傾向に
ある。

【０００５】そこで、鋼管杭においては、セメントミル
ク等を用いて杭周面の地盤をソイル化させ、杭周面摩擦
力を増強する工夫が成されているが、このような手段を
講じても、場所打コンクリート杭などに較べて材質から
くる摩擦要因は、この壁を破ることができないのが現状
である。加えて、施工の対象となる地盤の性状は砂礫、
粘土、シルト等の各層によって形成されているのが普通
であり、地盤全体が砂で形成されている場合でも、複数
層有する砂の性質の違いから、その硬軟・強弱は決して
一様ではない。このように、地盤が一様でないというこ
とは、それぞれの層での摩擦力発現の程度が異なり、こ
のようなところに設置された杭の摩擦力は大きくばらつ
き、杭周面の地盤に有効な荷重の伝達ができない。

【０００６】そこで、セメントミルク工法を用い、一つ
はセメントミルクを土中に注入して地盤をソイル化させ
て改良体を形成し、そこに杭を埋設する工法。もう一つ
は土を掘削・排土してからセメントミルクを注入置換し
てセメントミルク柱（改良体）を形成し、そこに杭を埋
設し、杭に作用する荷重を地盤に均一に伝達させる方法
を採っている。しかし、造成された改良体の品質が均一
であっても、改良体の硬化後の杭に、鉛直、水平、引き
抜き等の荷重が作用すると、杭と改良体の物性の違いか
らくる弾性変位量の変化のため、改良体に荷重からの応
力が集中し、改良体が大きく変形して、杭周面地盤に均
一な荷重の伝達がされず、本来地盤が保有している真の
力を十分に生かしきれてはいなかった。

【０００７】そこで、本発明の課題は、上記問題点に鑑
み、鉛直支持力、水平力、引き抜き力を大きく発揮する
ことができる鋼管杭及び鋼管杭の埋設方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明による鋼管杭は、中空の金属筒外周
に、筒外周の略半周分を１単位とした螺旋状の掘進翼
を、複数枚を一組として回転方向に対して互いに位相を
ずらし、且つ端縁部同士をオーバーラップさせて多重に
設けた鋼管杭であって、前記多重に設けた掘進翼の組み
を金属筒の全長に亘り複数設け、その金属筒先端面には
貫通孔を設けた事を特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、掘進翼が、金属筒直径の略１０％の幅を有する半リ
ング形状であるよう構成される。

【００１０】請求項３の発明による鋼管杭の埋設方法
は、請求項１又は２記載の鋼管杭を、地盤固化材を注入
した掘削孔中にその地盤固化材が硬化する前に回転挿入
し、同時に前記注入した地盤固化材を筒先端部の貫通孔
から鋼管杭内部にも充填させて、その後鋼管杭内外双方
の地盤固化材を硬化させて埋設する事を特徴とする。

【００１１】阪神淡路大震災以来、杭には強い耐震性が
求められており、杭周面摩擦抵抗のメカニズムは、杭に
作用した荷重は始め、杭と改良体の間の付着力に対して
働き、荷重が大きくなるに従い、前記改良体を介して土
との間に剪断力として働き、これが杭周面摩擦力にな
る。そのため、確実に而も大きな杭周面摩擦力を得るた
めには、付着力、剪断力の関係がしっかりと連繋されな
ければならない。この点、本発明の杭に多重且つ多段に
リング状の掘進翼を設けた構成は、この連繋の役を担っ
ている。図８はこのような応力の関係を示す説明図であ
り、（ａ）は垂直荷重に対する摩擦力、（ｂ）は引き抜
き荷重に対する摩擦力、（ｃ）は水平荷重に対する摩擦
力、（ｄ）は付着力あるいは引き抜き力から剪断力への
移行を示し、１は鋼管杭、４は掘進翼である。

【００１２】例えばセメントミルクのような地盤固化材
を注入してソイル化された改良体、又は土をセメントミ
ルクに置換した改良体は、上下複数箇所で掘進翼に拘束
されることで、杭と改良体との間に発生する大きな付着
力により改良体は剥離することがなく、改良体周辺の地
盤に剪断力となって確実に伝達される。また、性状が一
様でない地盤に施工する場合でも、掘進翼の持つ上記改
良体を拘束する効果は、改良体の付着力を高めることが
できることから、杭にかかる荷重は確実に杭周辺地盤に
伝達され、土が持っている本来の剪断力を最大限に得る
と共に、均一で強い杭周面摩擦力を発揮することができ
る。本発明の鋼管杭及びその埋設方法は、強い耐震性を
有し上記要求を十分に満たすものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態の１例を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発
明に係る鋼管杭の側面及び斜視説明図を示し、図２はそ
の先端部の分解図、図３は図１のＡ−Ａ矢示断面図を示
している。

【００１４】鋼管杭１の本体である金属筒１ａの先端開
口部２は、中央に貫通孔３ａが形成された蓋板３が設け
られ、外周には略半周分を一単位とした半リング状の掘
進翼４が２枚一組として互いに対向する位置に、金属筒
１ａの回転方向に対して位相をずらして螺旋状に設けら
れている。各掘進翼４の翼幅Ｔは金属筒直径Ｄのほぼ１
０％であり、金属筒１ａの軸方向に対して直交する方向
にむけて突出させ形成されている。この掘進翼４の取付
は例えばアーク溶接により行うことができる。また、対
向する掘進翼同士は、金属筒１ａの軸方向に対して互い
に約２５度程度オーバーラップし、上下２段重ねに設け
られ、軸方向に対する投影は切れ目のない真円となって
いる。そして、掘進翼４の組は金属筒１ａの全長に亘り
一定間隔、例えば筒径の約２倍の間隔をとって取り付け
られている。

【００１５】尚、蓋板３の貫通孔３ａは後述するよう
に、改良体が下方から進入可能な大きさで形成されてい
る。また、掘進翼４の幅及びオーバーラップ角度は、筒
直径の１０％或いは２５度でなくとも良いが、１０％程
度の幅であれば、鋼管杭１全体の直径に対して金属筒１
ａを太く、例えば鋼管杭全体の径がφ６０ｃｍであって
も本体をφ５０ｃｍと太くすることができ、鋼管杭の剛
性を高く保持することができるし、５ｃｍ幅を有する掘
進翼は改良体と強固に結合する。また、オーバーラップ
を２５度ほど設けることで、掘削孔への螺入をスムーズ
に行うことができるし、地盤固化材を撹拌することもで
きる。また、軸方向に投影した場合、掘進翼の組は１個
のリング体と見ることができるので、固化した改良体を
確実に拘束することができる。

【００１６】次に、上記鋼管杭１の埋設工法を図４を基
に説明する。図４は埋設手順を示す説明図で、先ず
（ａ）に示すように、アースオーガ６のスクリュー７の
先端から地盤固化材であるセメントミルクを吐出させな
がら、支持地盤９に到達するまで掘削し、支持地盤到達
後、支持地盤付近でスクリュー７を数回上下動させ、支
持地盤とセメントミルクを十分混練させる。掘進した穴
は、土と混練したセメントミルク即ち改良体１０で充満
される。或いは、アースオーガ６により掘削・排土して
からセメントミルクを注入した改良体１０により充満さ
せる。この状態が（ｂ）である。

【００１７】その後、改良体１０が硬化する前に、鋼管
杭１を回転させながら挿入（図（ｃ）示）する。この工
程で、改良体１０は掘進翼４の回転動作で更に混練され
ながら上方へ移動しようとするが、図５の鋼管杭１の先
端部断面説明図に示すように、蓋板３の貫通孔３ａを通
り、鋼管杭１の内部へも流入する。この結果、硬化前の
改良体１０は地上に溢れ出る事無く、鋼管杭１の挿入と
共に杭周面と杭内部に充填され、鋼管杭１の剛性を更に
高めるものとなる。

【００１８】そして、時間の経過と共に硬化し、（ｄ）
に示すように改良体１０は鋼管杭１と強固に一体化し、
あたかも鋼管杭を芯材とする合成杭が形成されたように
見ることができる。図６は、改良体１０と鋼管杭１とが
一体化した状態を示すイメージ図であり、この図のよう
に固化した改良体１２は各掘進翼４で形成されたリング
状の区画壁１３により強固にブロックされ、改良体１２
は鋼管杭１と密に結合して一体化される。

【００１９】このように、螺旋状且つリング状に形成さ
れた掘進翼４の組を多段に設けることで、鋼管杭１を回
転させればミキシング作用をして、杭周面の土とセメン
トミルクとを十分に混練することができ、杭の埋設終了
時には、鋼管杭の径プラス良質で均等厚の改良体で形成
される層からなる径を有する合成杭を形成することがで
き、鋼管杭にかかる荷重は、確実に杭周辺地盤に伝達さ
れ、土が持っている本来の剪断力を最大限に得ると共
に、均一で而も強い杭周面摩擦力を発揮することがで
き、鉛直支持力、水平力、引き抜き力を大きく発揮する
ことが可能となる。また更に、掘進翼は丁度スペーサの
役目を果たし、杭挿入の際は杭の位置決めを正確に行う
ことができる。

【００２０】尚、この実施の形態では、鋼管杭１を回転
させながら挿入すると述べたが、改良体が液体である限
り回転させなくとも挿入することは可能であり、最終的
に図５（ｄ）の如き状態で設置されれば、どんな工法を
採用しても良い。また、杭先端部蓋板３の貫通孔形状
は、図７（ａ）に示すような蓋板中央に形成する以外
に、例えば（ｂ）に示すような複数の円形貫通孔１５を
設けた形状、或いは図７（ｃ）の示すように回転方向に
合わせて長円形状の孔１６を設けた形状としても良く、
杭先端部直径の１０〜２０％程度の開口率を有していれ
ば、完全閉塞杭と同等の杭特性を得ることができる。但
し、開口率は例えば５０％或いは蓋板を設けず１００％
としても使用することができる。

【００２１】また、上記実施の形態では、先端部には貫
通孔を有した蓋板を設けただけであるが、貫通孔を閉塞
しない位置に掘削が可能なビットを設けても良い。更
に、改良体の硬化速度調整については、掘削深さや地盤
性状の変化に対応して流動化促進剤、或いは固化遅延材
等を混合しても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
係る鋼管杭によれば、側部に螺旋状に形成された掘進翼
の組を多段に設けてあるので、セメントミルク等の地盤
固化材を注入した掘削孔中に埋設させて硬化させれば、
掘進翼が連結材の作用をして固化材を拘束し、全体で一
体化した杭の如く作用をする。そのため、鋼管杭にかか
る荷重等の応力は杭周辺地盤に伝達され、強い杭周面摩
擦力を発揮することができ、鉛直支持力、水平力、引き
抜き力を大きく発揮することができる。また、先端面に
設けた貫通孔により、掘削孔に埋設する際、同時に金属
筒内部にも地盤硬化剤が進入し硬化するので、鋼管杭の
剛性を高めることができるし、埋設の際に地盤固化材が
溢れ出ることもない。更に、複数箇所に設けられた掘進
翼は丁度スペーサの役目を果たし、掘削孔に杭挿入の際
は杭の位置決めを正確に行うことができる。

【００２３】請求項２の発明に係る鋼管杭によれば、請
求項１の発明の効果に加えて、掘進翼の突出量が比較的
小さいので、掘削孔の直径に対して、金属筒の太さを十
分大きく採ることができ、鋼管杭の剛性を高く維持する
ことができる。

【００２４】請求項３の発明に係る鋼管杭埋設方法によ
れば、鋼管杭を回転挿入することで、掘進翼が地盤固化
材と掘削地盤とを混練し、良好な状態で硬化させること
ができる。そして、掘進翼が連結材の作用をして硬化し
た地盤固化材を拘束し、全体で一体化した杭の如く作用
し、杭にかかる荷重等の応力は杭周辺地盤に確実に伝達
され、強い杭周面摩擦力を発揮することができる。ま
た、掘進翼は螺旋状に形成されているので、鋼管杭を回
転させることでスムーズに挿入できるし、回転させるだ
けでも地盤固化材と掘削地盤とを混練することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋼管杭の実施の形態の１例を示
し、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は１部を拡大した斜視
説明図である。

【図２】図１の先端部の分解説明図である。

【図３】図１のＡ−Ａ矢示断面図である。

【図４】図１の鋼管杭の埋設工程を説明する側面図であ
り、（ａ）は掘削工程、（ｂ）は掘削後で地盤固化材を
充填した穴の状態、（ｃ）は鋼管杭を挿入する様子、
（ｄ）は鋼管杭挿入後の状態を示している。

【図５】図４（ｃ）の状態での鋼管杭先端部の状況を示
す断面説明図である。

【図６】図４の工程により新たに形成された合成杭のイ
メージ図である。

【図７】鋼管杭先端部の蓋板の形状を示す図である。

【図８】図１の鋼管杭に作用する荷重に対する応力の説
明図で、（ａ）は垂直荷重に対する摩擦力、（ｂ）は引
き抜き荷重に対する摩擦力、（ｃ）は水平荷重に対する
摩擦力、（ｄ）は付着力あるいは引き抜き力から剪断力
への移行を示している。

【符号の説明】

１・・鋼管杭、１ａ・・金属筒（本体）、３・・蓋板、
３ａ・・貫通孔、４・・掘進翼。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空の金属筒外周に、筒外周の略半周分
を１単位とした螺旋状の掘進翼を、複数枚を一組として
回転方向に対して互いに位相をずらし、且つ端縁部同士
をオーバーラップさせて多重に設けた鋼管杭であって、
前記多重に設けた掘進翼の組みを金属筒の全長に亘り複
数設け、その金属筒先端面には貫通孔を設けた鋼管杭。
【請求項２】掘進翼が、金属筒直径の略１０％の幅を
有する半リング形状である請求項１記載の鋼管杭。
【請求項３】請求項１又は２記載の鋼管杭を、地盤固
化材を注入した掘削孔中にその地盤固化材が硬化する前
に回転挿入し、同時に前記注入した地盤固化材を筒先端
部の貫通孔から鋼管杭内部にも充填させて、その後鋼管
杭内外双方の地盤固化材を硬化させて埋設する鋼管杭の
埋設方法。