JP2001107356A - 異径組合せ杭及びその施工方法 - Google Patents
異径組合せ杭及びその施工方法Info
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Abstract
頭部側の既製杭を抵抗曲げモーメントの大きい構造にす
る必要をなくし、先端拡大杭を施工する場合に杭周辺地
盤を緩めることによる水平抵抗力の低下の問題を解消す
る。 【解決手段】 既製杭2と、内径が既製杭2の外径より
大きく、長さが既製杭2の全長より短く、既製杭2の頭
部の回りに配置される中空の外管3から組合せ杭1を構
成し、鉛直力を既製杭2に、水平力を外管3にそれぞれ
負担させ、鉛直力と水平力の負担を分担させる。
Description
い鉛直支持力と水平支持力を確保した異径組合せ杭及び
その施工方法に関するものである。
を継ぎ足して完成する杭に大きい鉛直力を支持させよう
とする場合、地震時に杭頭部に作用する慣性力である水
平力も大きくなり、杭頭部側(基礎寄り)の既製杭が負
担する曲げモーメントが大きくなるため、杭頭部側の既
製杭を抵抗曲げモーメントの大きい構造にすることが必
要になる。
る方法が考えられるが、曲げモーメント分布に応じて図
14に示すように杭頭部側の既製杭から杭先端部側の既製
杭にかけて杭径が小さくなるため、杭径が変化する上側
の既製杭と下側の既製杭との継手部において鉛直力の伝
達が十分に行われなくなる他、継手部に鉛直力によって
曲げモーメントが発生するため、継手部が構造上の弱点
となり易い。
ントを杭頭部に伝達する上では、杭頭部の回転を拘束す
るように杭頭部を基礎に接合する必要があることから、
杭頭部回りに多量の鉄筋を配筋する必要があるため、施
工性が低下する。
部の断面積を増した先端拡大杭を施工する場合、杭先端
部側の既製杭の圧入を容易にする上で杭の全長に亘って
杭周辺地盤を掘削・攪拌することになるが、地盤が緩め
られる結果、地盤からの水平反力が得られないため、杭
の水平支持力が低下することになる。
支持させる杭を施工する場合の上記問題を解決する杭と
その施工方法を提案するものである。
径が既製杭の外径より大きく、長さが既製杭の全長より
短く、既製杭の頭部の回りに配置される中空の外管から
組合せ杭を構成し、主として鉛直力を既製杭に、水平力
を外管にそれぞれ負担させ、鉛直力と水平力の負担を分
担させることにより、杭頭部側に径の大きい既製杭を使
用する必要をなくし、杭継手部における鉛直力伝達上の
問題と曲げモーメント発生の問題を解消する。
ことにより地震時の水平力に抵抗する。具体的には請求
項2乃至請求項4に記載のように既製杭の頭部の周囲と
外管の内周との間に、基礎に連続するコンクリートが充
填されることにより外管と基礎が接合されるが、外管と
基礎は両者間で水平力が伝達されるように何らかの形で
接合されていればよいため、必ずしも外管の内周に深度
方向の全長に亘ってコンクリートが充填される必要はな
い。
力を確実に外管に伝達する上ではコンクリートは外管の
軸方向に杭頭部側の既製杭の外径と同等程度以上の長さ
に亘り、土砂や地下水、あるいはソイルセメント等と置
換される形で充填される。コンクリート中、または外管
の頭部には必要によりコンクリートと基礎との一体性を
上げるために接続材が配置される。
された場合、基礎からの水平力と水平力による曲げモー
メントは既製杭にも作用するが、断面性能の大きい外管
が多くを負担するため、既製杭は水平力と曲げモーメン
トをほとんど負担しない。
負担し、既製杭が曲げモーメントを負担しないことで、
既製杭を継ぎ足す上で曲げモーメント分布に応じて径の
異なる既製杭を接続することは必要でなくなるため、既
製杭の径及び肉厚を杭の全長に亘って一定にすることが
できる。この結果、既製杭の継手部において鉛直力の伝
達が完全に行われ、曲げモーメントの発生とそれによる
応力集中の問題は回避される。
にできることで、深度方向の全既製杭に同一種類の鋼管
杭、もしくはコンクリート杭を使用することができ、継
手作業を含めて施工がし易くなり、人為的なミスの発生
が抑制される。特に継手部で溶接を必要とする場合の溶
接作業が単純化されるため、施工性が向上する。
曲げモーメントに抵抗するのに必要な断面を持てばよ
く、鉛直力を負担する場合より短く、小断面で済むこと
から、鉛直力を既製杭が負担し、水平力を外管が負担す
る異径組合せ杭は合理的で、経済的な構造となる。
とで、外管は実質的に鉛直力を負担せず、周面摩擦力程
度しか負担しないため、抵抗曲げモーメント性能が最大
になるときに水平力を負担することになり、結果的に水
平力と鉛直力を負担する場合より外管の抵抗曲げモーメ
ントが大きくなる。鉛直力も負担する場合には抵抗曲げ
モーメント性能が鉛直力で決まる関係から、抵抗曲げモ
ーメント性能が最大のときに水平力を負担する状態には
ならない。
有効に働けばよいため、断面二次モーメントを一定にす
れば、外管に鋼管を用いた場合に肉厚を薄肉化すること
ができる。外管の薄肉化に伴う座屈の問題は外管の内周
にコンクリート等を充填することで解消される。
に対応し、杭の全長に必要な抵抗曲げモーメントを持た
せるために、杭頭部側の既製杭の肉厚を杭先端部側の既
製杭の肉厚より大きくした場合に、実際の支持層の深度
が想定した深度より変動した場合、基礎との取合い上、
杭頭部側の既製杭は全長が使用されることはなく、中間
で切断されることになる。この場合、切断された長さ
分、杭頭部側の抵抗曲げモーメントが不足する事態が生
ずる。
製杭の径と肉厚を杭の全長に亘って一定にできること
と、曲げモーメントに外管が抵抗することで、支持層の
状況に応じて杭頭部側の既製杭を切断する必要が生じ、
切断位置が変化する場合にも、そのことによって異径組
合せ杭の水平及び鉛直支持力が影響されることはなく、
杭全体の抵抗曲げモーメントが不足する事態は起こらな
い。
拡底部の径を外管の内径と同等程度の大きさにすること
により、鉛直支持力を増大させるための先端拡大杭の施
工によって外管の周辺地盤を緩めることをなくし、基礎
からの水平力を外管から地盤に伝達させ、外管の水平抵
抗力を確実に発揮させる。
製杭が先端開放形でありながらも先端閉塞形と同等の形
になり、中空部分を含めた既製杭の断面積に見合う鉛直
支持力が得られる。また請求項7に記載のように既製杭
の外周にスクリュー羽根を突設した場合には先端閉塞形
のスクリュー羽根付き既製杭と同等の鉛直支持力が得ら
れる。
例えば請求項8に記載のように外管を既製杭の設置位置
の地盤に挿入した後、先端が開放した既製杭内に挿入さ
れ、掘削ヘッドが既製杭の先端から突出する掘削ロッド
を回転させ、外管内を通じて掘削ロッドの掘削ヘッドで
地盤を掘削しながら既製杭と掘削ロッドを掘進させるこ
とにより行われる。掘削ヘッドが拡底部の構築開始位置
等、一定深度に到達した時点で、掘削ヘッドからセメン
ト系の固結材を吐出、もしくは噴出し、少なくとも既製
杭の先端部に拡底部を構築することにより終了する。
記載のように外管を既製杭の設置位置の地盤に挿入した
後、先端に掘削ヘッドが接続された掘削ロッドを回転さ
せ、外管内を通じて掘削ロッドの掘削ヘッドで地盤を掘
削しながら掘削ロッドを掘進させることにより行われ
る。掘削ヘッドが一定深度に到達した時点で、掘削ヘッ
ドからセメント系の固結材を吐出、もしくは噴出し、少
なくとも既製杭埋設位置の先端部に拡底部を構築した
後、既製杭を掘削した地盤中に拡底部に到達するまで挿
入することにより終了する。
内を通じて行われることで、外管の周辺地盤が緩められ
ることがないため、外管の水平抵抗力は確実に発揮され
る。
の基本的な構成例を示す。異径組合せ杭1は既製杭2
と、内径が既製杭2の外径より大きく、長さが既製杭2
の全長より短く、既製杭2の頭部の位置に配置される中
空の外管3から構成される。
れ、外管3には鋼管や鉄筋コンクリートの中空管が使用
される。後述する中掘り工法により異径組合せ杭1が施
工される場合には中空杭が使用される。
間には基礎6に連続するコンクリート4が充填され、コ
ンクリート4中、または外管3の頭部には外管3を基礎
6に接合し、基礎6からの曲げモーメントを外管3に伝
達するための接続材5が配置される。図4は外管3と既
製杭2との間に外管3の全長に亘ってコンクリート4を
充填した場合を示す。
の縦筋を配筋した場合、図2は縦筋とフープからなる鉄
筋籠を配筋した場合、図3は外管3に縦筋を接合した場
合を示す。
填することをせず、外管3の頂部を基礎6のコンクリー
ト中に貫入させながら、外管3に接合した接続材5によ
って外管3と基礎6を接合すると共に、既製杭2の頂部
上に基礎6と既製杭2間での水平力の伝達を遮断する絶
縁装置7を配置し、基礎6からの水平力をほとんど既製
杭2に作用させないようにした場合を示す。
方向に自由にせん断変形できる積層ゴム支承や、鉛直力
を負担しながら水平方向に相対変位できる少なくとも一
対の板からなる滑り支承が使用される。外管3の下端部
と既製杭2との間には外管3内への土砂の進入を阻止
し、外管3と既製杭2との間の相対水平変位を許容する
環状の緩衝材8が配置される。
したときに既製杭2と外管4が基礎6からズレ出さない
よう、それぞれに引き抜き抵抗力や押し込み抵抗力を持
たせるために既製杭2の外周面と外管3の内周面に周方
向にずれ止め9を接合した場合を示している。図5は既
製杭2の外周面にずれ止め9として縦筋を接合した場合
を示す。
内径と同等程度の径を持つ拡底部10を形成した請求項5
〜請求項7の異径組合せ杭1を示す。図面では拡底部10
をセメント系固結材と掘削土との攪拌・混合によるソイ
ルセメントにより形成した場合を示しているが、固結材
として注入されるセメントミルクとの置換によって固結
体の拡底部10を構築する場合もある。
クリュー羽根2aを突設し、スクリュー羽根2aの突設区間
の土砂中に富配合の固結材を注入、もしくは吐出し、攪
拌して強度の大きいソイルセメントの拡底部10を形成
し、その上の土砂中に貧配合の固結材を注入、もしくは
吐出し、攪拌して相対的に強度の小さいソイルセメント
の拡底部10’を形成した場合を示す。
きいソイルセメントの拡底部10を形成し、拡底部10から
外管3内のコンクリート4までの区間にソイルセメント
の柱11を構築した場合を示している。図8,図9では既
製杭2の先端部にスクリュー羽根2aを突設し、スクリュ
ー羽根2aを拡底部10中に定着させている。
既製杭2の外周の地盤を掘削する、もしくは後述の掘削
ロッド12に付属する拡大翼12bによって掘削された掘削
土と固結材を攪拌する働きをし、拡底部10の形成後には
既製杭2の鉛直支持力を高める働きをする。
にスクリュー羽根2aが突設された中空の既製杭2と、既
製杭2内に挿入され、先端の掘削ヘッド12aが既製杭2
の先端から突出する掘削ロッド12を用い、中掘り工法に
より拡底部10を構築する場合の施工例を示す。
可能で、開放時に径がスクリュー羽根2aの外径より大き
く、閉鎖時に既製杭2の内径より小さくなる拡大翼12b
を用いて既製杭2の周囲の地盤を掘削する場合を示す。
スクリュー羽根2aの下端が既製杭2本体の下端より突出
し、スクリュー羽根2aが既製杭2の周囲の地盤を掘削す
る場合は拡大翼12bは必要でない。
開放したときの径は外管3の内径以下の大きさで、異径
組合せ杭1の構築位置の地盤は外管3の内径以下の範囲
内で掘削される。
は拡底部10上の柱11を構築する際に不要になる掘削土を
排出するためのスパイラルスクリュー12cが形成され
る。スパイラルスクリュー12cはソイルセメントを拡底
部10にのみ構築する場合には軸方向に断続的に形成され
ればよいが、地盤の状況により図11に示すように連続的
に形成される場合もある。また図11のようにスパイラル
スクリュー12cを既製杭2に内接する程度の大きさに形
成すれば、掘進時の掘削ロッド12と既製杭2の鉛直性が
確保される。
図10−(a) ,図11−(a) に示すように既製杭2の設置位
置の地盤中に、異径組合せ杭1の杭頭位置まで外管3が
挿入される。外管3の頂部が地中に位置し、既製杭2の
設置にヤットコ14を要する場合は外管3上にケーシング
13が継ぎ足される。
と掘削ロッド12を互いに逆向きに回転させ、外管3内を
通じて掘削ヘッド12aと拡大翼12bで地盤を掘削しなが
ら既製杭2と掘削ロッド12を掘進させる。
10の構築開始位置まで到達した時点で、既製杭2と掘削
ロッド12を回転させたまま、掘削ヘッド12aからセメン
ト系の固結材を吐出、もしくは噴出し、(e) ,(f) に示
すように掘削ヘッド12aが拡底部10の構築終了位置に到
達するまで継続し、既製杭2の先端部に掘削土砂と固結
材からなるソイルセメントの拡底部10を構築する。掘削
土砂と固結材は掘削ヘッド12aと拡大翼12bによって攪
拌・混合される。
製杭2を残し、拡大翼12bを既製杭2の先端に突き当て
て閉鎖させ、掘削ロッド12が引き抜かれる。拡底部10の
構築後は掘削ロッド12を引き抜くことで既製杭2の設置
が完了し、(h) に示すようにヤットコ14とケーシング13
を撤去することにより異径組合せ杭1が完成する。
に構築する図7〜図9に示す異径組合せ杭1の施工手順
例を示す。この場合は(b) ,(c) に示すように既製杭2
と掘削ロッド12を互いに逆向きに回転させる掘進開始直
後から固結材の吐出等が行われ、掘削ヘッド12aと拡大
翼12bによる掘削と共に既製杭2の周囲においてスクリ
ュー羽根2aによる掘削土と固結材の攪拌・混合が行われ
る。
り拡底部10の構築と既製杭2の設置が行われ、拡底部10
から外管3までの区間にソイルセメントの柱11が構築さ
れた異径組合せ杭1が完成する。
掘削ロッド12によりソイルセメントの拡底部10と柱11を
構築した後にソイルセメント中に既製杭2を挿入するプ
レボーリング工法による施工例を示す。この場合は掘削
ロッド12によって掘削土と固結材の攪拌・混合が行われ
るため、掘削ロッド12には攪拌翼12dが突設され、攪拌
効率を上げるために共回り防止翼12eも併せて突設され
る。
示すように掘削ヘッド12aが外管3を通過する時点から
掘削ロッド12を回転させながら固結材の吐出等が行わ
れ、掘削ヘッド12aと拡大翼12bによる掘削と共に攪拌
翼12dによる攪拌・混合により柱11の構築が行われる。
拡底部10の構築が終了し、掘削ロッド12を引き抜いた
後、(h) に示すように既製杭2をその先端が拡底部10に
到達するまで柱11中に挿入することにより異径組合せ杭
1が完成する。
部10から外管3までの区間の柱11が外管3の軸方向中間
部の位置まで構築される場合は、そのまま柱11上にコン
クリート4が充填される。柱11が外管3の頂部まで構築
される場合は柱11のソイルセメントの硬化前にソイルセ
メントとコンクリート4が置換される。
外径より大きく、長さが既製杭の全長より短い中空の外
管から組合せ杭を構成し、鉛直力を既製杭に、水平力を
外管にそれぞれ負担させるため、杭頭部側に径の大きい
既製杭を使用する必要がなくなり、既製杭の径及び肉厚
を全長に亘って一定にすることができる。この結果、既
製杭の継手部において鉛直力の伝達が完全に行われ、曲
げモーメントの発生とそれによる応力集中が回避され
る。
に抵抗すればよく、鉛直力を負担する場合より短く、小
断面で済むため、異径組合せ杭は合理的で、経済的な構
造となる。
にできることで、深度方向の全既製杭に同一種類の鋼管
杭、もしくはコンクリート杭を使用することができるた
め、継手作業を含めて施工がし易くなり、施工性が向上
する。
で、断面内に生ずる垂直応力は曲げモーメントによる垂
直応力のみとなり、鉛直力を負担する場合より最大曲げ
応力が小さくなるため、外管の断面二次モーメントを低
減することができ、外管が鋼管の場合には断面を薄肉化
することが可能になる。
一定にできることと、曲げモーメントに外管が抵抗する
ことで、実際の支持層の深度の変動によって杭頭部側の
既製杭を切断する必要が生じ、切断位置が変化する場合
にも、異径組合せ杭の水平及び鉛直支持力が影響される
ことはなく、杭全体の抵抗曲げモーメントが不足するこ
とはない。
周囲と外管の内周との間に基礎に連続するコンクリート
を充填するため、基礎からの水平力を外管に伝達するこ
とができる。
に形成される拡底部の径を外管の内径と同等程度の大き
さにするため、鉛直支持力を増大させるための先端拡大
杭の施工によって外管の周辺地盤が緩むことがなくな
り、外管の水平抵抗力を確実に発揮させることができ
る。
既製杭が先端開放形でありながらも先端閉塞形と同等の
形になり、中空部分を含めた既製杭の断面積に見合う鉛
直支持力が得られ、既製杭の外周にスクリュー羽根を突
設する請求項7では先端閉塞形のスクリュー羽根付き既
製杭と同等の鉛直支持力が得られる。
である。
の接続材を配置した場合を示した立面図、(b) は(a) の
平面図である。
した立面図、(b) は(a) の平面図である。
柱を構築した場合を示した立面図である。
突設した場合を示した立面図である。
突設した場合を示した立面図である。
を構築しない請求項8の施工手順を示した立面図であ
る。
を構築しない請求項8の施工手順を示した立面図であ
る。
を構築する請求項8の施工手順を示した立面図である。
を構築する請求項9の施工手順を示した立面図である。
た立面図である。
羽根、3……外管、4……コンクリート、5……接続
材、6……基礎、7……絶縁装置、8……緩衝材、9…
…ずれ止め、10……拡底部、10’……拡底部、11……
柱、12……掘削ロッド、12a……掘削ヘッド、12b……
拡大翼、12c……スパイラルスクリュー、12d……攪拌
翼、12e……共回り防止翼、13……ケーシング、14……
ヤットコ。
Claims (9)
- 【請求項1】 既製杭と、内径が既製杭の外径より大き
く、長さが既製杭の全長より短く、既製杭の頭部の回り
に配置される中空の外管から構成される異径組合せ杭。 - 【請求項2】 既製杭の頭部の周囲と外管の内周との間
にコンクリートが充填されている請求項1記載の異径組
合せ杭。 - 【請求項3】 コンクリート中に外管と基礎との接合の
ための接続材が配置されている請求項2記載の異径組合
せ杭。 - 【請求項4】 外管の頭部に外管と基礎との接合のため
の接続材が配置されている請求項2記載の異径組合せ
杭。 - 【請求項5】 既製杭の先端部に外管の内径と同等程度
の径を有する拡底部が形成されている請求項1乃至請求
項4のいずれかに記載の異径組合せ杭。 - 【請求項6】 拡底部はソイルセメントにより形成され
ている請求項5記載の異径組合せ杭。 - 【請求項7】 既製杭の先端部の外周にスクリュー羽根
が突設されている請求項5、もしくは請求項6記載の異
径組合せ杭。 - 【請求項8】 内径が既製杭の外径より大きく、長さが
既製杭の全長より短い中空の外管を既製杭の設置位置の
地盤に挿入した後、先端が開放した既製杭内に挿入さ
れ、掘削ヘッドが既製杭の先端から突出する掘削ロッド
を回転させ、外管内を通じて掘削ロッドの掘削ヘッドで
地盤を掘削しながら既製杭と掘削ロッドを掘進させ、掘
削ヘッドが一定深度に到達した時点で、掘削ヘッドから
セメント系の固結材を吐出、もしくは噴出し、少なくと
も既製杭の先端部に拡底部を構築する異径組合せ杭の施
工方法。 - 【請求項9】 内径が既製杭の外径より大きく、長さが
既製杭の全長より短い中空の外管を既製杭の設置位置の
地盤に挿入した後、先端に掘削ヘッドが接続された掘削
ロッドを回転させ、外管内を通じて掘削ロッドの掘削ヘ
ッドで地盤を掘削しながら掘削ロッドを掘進させ、掘削
ヘッドが一定深度に到達した時点で、掘削ヘッドからセ
メント系の固結材を吐出、もしくは噴出し、少なくとも
既製杭埋設位置の先端部に拡底部を構築した後、既製杭
を掘削した地盤中に拡底部に到達するまで挿入する異径
組合せ杭の施工方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28825799A JP2001107356A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 異径組合せ杭及びその施工方法 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005264666A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Jfe Steel Kk | 杭頭接合構造 |
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-
1999
- 1999-10-08 JP JP28825799A patent/JP2001107356A/ja active Pending
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