JP2001295270A - 杭とその埋設方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】先端支持力及び周面摩擦力に優れ、強固な支持
機能を発揮する杭とその埋設方法を提供する。 【解決手段】中心軸方向に貫通孔を有する鋼管２の外周
面に、鋼製で環状の第１の鍔部３，３・・が、鋼管２の
中心軸方向に直交する水平面内に設けられている。第１
の鍔部３は断面Ｌ字状を呈し、一方の辺が外方へ張り出
す翼部を形成するとともに、他方が鋼管取付辺を形成し
ている。また、貫通孔内の基端及び先端に、鋼管中心軸
方向へ張り出す翼部を有する第２の鍔部が設けられてい
る。そして鋼管外周の基端部・中央部及び先端部に、第
１の鍔部３，３・・より外方へ突出するスペーサー６，
６・・が４つずつ計１２個、互いに鋼管中心軸に対して
９０°角度をずらして配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物の基礎工事
等に使用される杭とその埋設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、鋼管系あるいはコンクリート系の
既製杭の施工方法は、環境保全の見地から、杭工事につ
きものであった騒音や振動を極力抑えた工法が多く採用
されている。例えば、杭の中空部を利用した中堀工法，
ウォータージェットを利用した工法，あるいはアースオ
ーガ等で掘削した縦孔内へセメントミルクなどの地盤固
化材を注入し、そこへ杭を挿入して定着させるセメント
ミルク工法等が知られている。

【０００３】ところで、杭に作用する外力、すなわち押
し込み荷重・水平荷重・引き抜き荷重に抗する杭の支持
機能は、杭の先端支持力及び周面摩擦力から成り立って
いる。中でも周面摩擦力が杭の支持機能に大きく寄与す
るが、鋼管系の杭では外形がストレート形状である上
に、杭周面が滑らか故に地盤との摩擦力が小さく、かな
りの凹凸を有する場所打ちコンクリート杭と比較して支
持機能が劣る傾向にある。そこで鋼管杭の施工において
は、セメントミルク等の地盤固化材を用いて杭周囲の地
盤をソイル化することにより杭周面摩擦力の増強を図る
セメントミルク工法が多く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た鋼管杭とコンクリート杭との周面摩擦力の差は、上記
のような手段を講じても補填し得るものではない。加え
て、地盤固化材と混練し固化した土壌（以下固化体とい
う）に設置された鋼管杭に前述した外力が作用すると、
杭と固化体との物性の違いに起因する応力集中が起こ
り、固化体は大きく変形して杭周囲の地盤に均一な応力
の伝達がなされないといった問題点があった。そこで本
発明は上記の問題点に鑑み、先端支持力及び周面摩擦力
に優れ、強固な支持機能を発揮する杭、及びその埋設方
法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に記載の杭は、柱状体の側面に、その柱状体
中心軸に直交する水平面内で外方へ張り出す第１の鍔部
を設けて構成される。かかる杭は、側面に設けられた第
１の鍔部により優れた周面摩擦力を発揮する。また請求
項２に記載の発明は請求項１の構成に加えて、前記第１
の鍔部を、柱状体側面を一周する環状に形成したもので
ある。このようにすれば杭の押し込み抵抗の向上をはか
ることができる。さらに請求項３に記載の発明は、請求
項１または２の構成に加え、前記第１の鍔部を前記柱状
体全長にわたって多段に設けたものである。これにより
押し込み抵抗はさらに向上する。請求項４に記載の発明
は請求項１乃至３の構成に加え、前記柱状体が、その中
心軸方向に貫通孔を有する筒状体であり、その貫通孔の
一端または両端に、前記筒状体の中心軸方向に張り出す
第２の鍔部を設けたものである。これにより杭の先端支
持力がさらに向上する。請求項５に記載の発明は、請求
項４の構成に加え、前記筒状体外周面の複数箇所に、前
記第１の鍔部より外方へ突出させた突起体を配設したも
のである。かかる杭は、削孔した縦孔に挿入する際に縦
孔内壁から突起体分の間隔を確保することができる。請
求項６に記載の発明は、請求項４または５の構成に加
え、前記筒状体を鋼管としたものである。これによって
高い靭性が得られ、水平荷重に対する曲げ抵抗が向上す
る。請求項７に記載の発明は、請求項４または５の構成
に加え、筒状体の外殻を鋼管で形成するとともに内殻を
コンクリート柱としたものである。かかる杭は水平荷重
に対して靭性を有するのみならず、押し込みにも引き抜
きにも高い抵抗力を発揮する。

【０００６】また、請求項８に記載の発明の杭の埋設方
法は、掘削手段にて縦孔を削孔し、前記掘削手段の先端
から地盤固化材を吐出しつつ、その地盤固化材と前記縦
孔底部の土壌とを混練し、その混練した土壌を上昇させ
て前記縦孔内の土壌をすべて前記地盤固化材に置換した
後、その縦孔に上記請求項１乃至７のいずれかに記載の
杭を挿入することを特徴とする。これにより、上記第１
の鍔部あるいは第２の鍔部が硬化した地盤固化材を拘束
し、強固な支持機能を発揮する。請求項９に記載の発明
の杭の埋設方法は、掘削手段にて縦孔を削孔するととも
に、その縦孔内壁の崩落を防止する安定液を縦孔内に充
満させ、その縦孔に上記請求項１乃至７のいずれかに記
載の杭を挿入した後、地盤固化材を前記杭の先端から流
出させ、前記縦孔と杭との間に充填させていくことを特
徴とする。これにより、上記第１の鍔部あるいは第２の
鍔部が硬化した地盤固化材を拘束し、強固な支持機能を
発揮する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の杭の一例を図面を
もとに説明する。図１は本発明にかかる鋼管杭の斜視説
明図，図２（ａ）は図１に示す鋼管杭１の中心軸方向の
断面図、同図（ｂ）はフーチングを杭上部（基端部）に
取り付けた状態を示す模式図、同図（ｃ）は（ａ）にお
けるＡ部拡大図である。だたし、各図において杭の中間
部分は省略している。中心軸方向に貫通孔を有する鋼管
２の外周面に、鋼製で環状の第１の鍔部３，３・・が、
鋼管２の中心軸方向に直交する水平面内に取り付けられ
ている。第１の鍔部３は断面Ｌ字状で、一方の辺が鋼管
径Ｄの１０％程度の翼部３ａを形成するとともに、他方
の辺が鋼管取付部３ｂを形成している。その取り付け間
隔は、支持層Ｓに達する先端部においては鋼管径Ｄと等
しい間隔にて、中間部分では鋼管径Ｄの２倍程度の間隔
にて取り付けられ、またフーチング５を取り付ける鋼管
基端部においてはほとんど間隔を空けず重ねて取り付け
られている。さらに鋼管２の基端及び先端の内側にも、
鋼製環状の第２の鍔部４，４が取り付けられている。第
２の鍔部４は第１の鍔部３と同様に断面Ｌ字状で、一方
の辺が鋼管２の中心軸方向に張り出す翼部４ａを形成す
るとともに他方の辺が鋼管取付部４ｂを形成している。
なお、第１及び第２の鍔部の鋼管への取り付け方法はア
ーク溶接その他の手段を講じることができる。

【０００８】また、鋼管外周の基端部・中央部及び先端
部に、前述した第１の鍔部３，３・・より外方へ突出さ
せた半円状のスペーサー６，６・・が４つずつ計１２
個、それぞれ同一円状にて互いに鋼管中心軸に対して９
０°角度をずらして配設されている。

【０００９】次に、上記の如く形成された鋼管杭１の埋
設方法を図３乃至図５をもとに説明する。ここではセメ
ントミルク工法を併用する方法について述べる。図３
は、上記鋼管杭１の埋設方法を示す説明図であり、図４
は、鋼管杭１が縦孔中心に位置決めされ定着した状態を
示す説明図である。さらに図５は、図３（ｃ）における
鋼管杭先端部のセメントミルクの流動状態を示す模式図
である。まず、掘削手段であるアースオーガ７にて施工
地盤に縦孔８を削孔しながら、その先端から地盤固化材
としてのセメントミルク１０を吐出する（図３ａ）。地
盤中比較的硬質の支持層Ｓまで縦孔が到達したら、その
支持層付近にセメントミルク１０を吐出しつつアースオ
ーガ７のスクリュー９を回転させることにより、縦孔底
部の土壌を混練してソイル化し軟泥化する。軟泥化した
土壌はセメントミルクに比べて比重が軽いので自ずと上
方へ押し上げられ、注入し続けるセメントミルクは比重
差により縦孔底部に沈下し、縦孔内は次第に純粋なセメ
ントミルク１０に置換される。これを続けることにより
縦孔内の土壌をすべてセメントミルク１０に置換する
（図３ｂ）。

【００１０】縦孔内を純粋なセメントミルク１０で充満
させた後、クレーン等を用いて鋼管杭１を吊り上げ、縦
孔８にゆっくりと沈下させて鋼管杭１と縦孔８との間及
び杭内部にセメントミルク１０を流入させ（図３ｃ）、
縦孔内に定着させる（図３ｄ）。その際、杭外周の基端
部，中央部，先端部にそれぞれ配設した１２個のスペー
サー６，６・・により、鋼管杭１は縦孔中心に位置決め
される（図４）。そして所定時間経過後にセメントミル
ク１０は硬化し、鋼管外周に取り付けられた第１の鍔部
３，３・・及び鋼管２の基端及び先端内側に取り付けら
れた第２の鍔部４，４が、固化したセメントミルク（以
下に固化体という）１０ａを完全に拘束する。

【００１１】上記の方法により埋設された鋼管杭１は、
外方へ張り出す第１の鍔部３，３・・が設けられている
ので、杭に作用する押し込み荷重及び引き抜き荷重に抗
する杭周面摩擦力が飛躍的に向上する。また、杭基端部
のフーチング固定部位には第１の鍔部３，３・・が重ね
て取り付けられているので、フーチング５は杭基端部に
強固に固定される。さらに鋼管２の基端及び先端の内側
に、その中心軸方向へ張り出す第２の鍔部４，４が設け
られているので、縦孔８に鋼管杭１を沈設する過程でセ
メントミルク１０が杭内部に流入し（図５）、形成され
た杭内部の固化体１０ａを第２の鍔部４，４が拘束す
る。これにより鋼管杭１は優れた先端支持力を発揮す
る。加えて、第１の鍔部３，３・・より外方へ突出する
突起体としてのスペーサー６，６・・が杭外周面の複数
箇所に配設されているので、杭周囲に充分な厚さのセメ
ントミルク１０が確保され、その硬化後は、杭に作用す
る外力が固化体１０ａ全体に均等に伝えられる。このた
め、物性の違いに起因する応力集中が起こりにくく、強
固な支持機能が恒久的に維持できる。

【００１２】次に、上記鋼管杭１の他の埋設方法を図６
をもとに説明する。ここでは比較的大径の杭を埋設する
のに好適なアースドリル工法を併用する方法について述
べる。図６は上記鋼管杭１の埋設方法を示す説明図であ
り、掘削手段であるドリリングバケット１１を用いて施
工地盤に縦孔１２を削孔し、比較的硬質の支持層Ｓまで
縦孔が到達したら、縦孔内壁１３の崩落を防止する安定
液１４を縦孔内に注入して充満させた後（図６ａ）、鋼
管杭１を縦孔内にクレーン等で吊り込み沈設する（図６
ｂ）。次いで、沈設した鋼管杭１の貫通孔にトレミー管
１５を挿入し、これを通して杭底部から地盤固化材とし
てのセメントミルク１６を流出し（図６ｃ）、鋼管杭１
と縦孔１２との間及び杭内部に充填させていくことによ
り、鋼管杭１をセメントミルク中に定着させる（図６
ｄ）。そして所定時間後にセメントミルク１６が固化
し、杭内外に設けられた第１の鍔部３，３・・及び第２
の鍔部４，４が固化したセメントミルク（固化体）１６
ａを完全に拘束する。

【００１３】上記方法により埋設した鋼管杭１は、セメ
ントミルク工法にて埋設した場合と同様に強固な先端支
持力及び周面摩擦力を発揮するとともに、杭周囲に充分
な厚さの固化体１６ａが確保される。このため、杭に作
用する外力は固化体１６ａ全体に均等に伝達されて応力
集中が起こりにくく、強固な支持機能を恒久的に維持す
ることができる。

【００１４】なお、本発明の杭は上記の実施形態に何ら
限定されるものではなく、柱状体の形状・素材・大き
さ，第１・第２の鍔部の材質・形状・取り付け位置，突
起体の形状とその配置等、本発明の趣旨に逸脱しない範
囲で適宜変更できる。例えば、上記の実施形態では筒状
鋼管杭について説明したが、本発明はこれに限定せず、
図７（ａ）及び（ｂ）に示す角柱型あるいはＨ鋼型など
効果的に鍔部を取り付け可能で杭として使用可能な形状
であれば任意である。またその素材についても任意であ
るが、特に、外殻を鋼管とし内殻をコンクリートとする
いわゆるＳＣ杭とすれば、引き抜き荷重に強い鋼管の特
性と押し込み荷重に強いコンクリートの特性とを併せ持
ち、水平荷重に対しても高い靭性を発揮する強靭な杭と
なる。また杭周面に取り付ける第１・第２の鍔部にあっ
ては、上記実施形態にて説明した形状以外にも、例えば
断面Ｔ字状に形成してもよく、また図８に示すように半
周を１単位として若干上下にずらした投影真円の鍔部を
多段に設けた構成としてもよい。その配置間隔は任意で
あるが、実施形態に示すように杭基端部あるいは先端部
での設置間隔を密にすれば、杭とフーチング，あるいは
杭と支持層がより強固に一体化される点で望ましい。さ
らに翼部の幅も杭径Ｄの１０％に限定するものではな
い。また突起体にあっては、実施形態に示す半円状のス
ペーサーの他に、くの字状に折り曲げた板金を杭外周面
に溶着する構成としてもよく、その設置数や配置も任意
である。

【００１５】上記の如き種々の杭を地盤中に埋設する手
段にあっては、支持層に達する縦孔を削孔する掘削手
段，縦孔に上記杭を吊り込み沈設するクレーン，土壌を
混練する混練手段，地盤固化材を注入する注入手段等、
埋設する杭の大きさや材質，あるいは施工地盤の性状等
に応じて適宜選択可能である。また、地盤固化材にあっ
てはセメントミルク以外にもモルタルや生コンクリート
等を使用でき、その注入量も施工規模その他の諸条件に
応じて適宜設定可能である。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に記載の杭によれば、杭外周面
から外方へ張り出す第１の鍔部により優れた周面摩擦力
を発揮する。また請求項２に記載の杭によれば、請求項
１の効果に加えて、杭の押し込み抵抗の向上をはかるこ
とができる。請求項３に記載の杭によれば、請求項１及
び２の効果に加え、杭の押し込み抵抗がさらに向上す
る。請求項４に記載の杭を地盤固化材で置換した縦孔内
に埋設すれば、請求項１，２及び３の効果に加え、地盤
内の支持層と強固に一体化し、先端支持力がさらに向上
する。請求項５に記載の杭によれば、請求項４の効果に
加え、縦孔に挿入する際に杭外周面と縦孔内壁との間隔
を常に突起体分確保することができる。請求項６に記載
の杭によれば、請求項４または５の効果に加えて、高い
靭性を発揮し、水平荷重に対する曲げ抵抗が向上する。
請求項７に記載の杭によれば、水平荷重に対して靭性を
有するのみならず、押し込みにも引き抜きにも高い抵抗
力を発揮する。

【００１７】また請求項８及び９に記載の杭の埋設方法
によれば、硬化した地盤固化材を第１の鍔部あるいは第
２の鍔部が拘束するので、強固な支持機能を発揮する。
特に、埋設する杭を請求項５乃至７のいずれかに記載の
杭とした場合には、杭周囲に充分な厚さの地盤固化材が
確保され、その硬化後は、杭に作用する外力が硬化した
地盤固化材全体に均等に伝えられる。このため、物性の
違いに起因する応力集中が起こりにくく、強固な支持機
能を恒久的に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる鋼管杭の一例を示す斜視説明図
である。

【図２】（ａ）は図１の縦断面図、（ｂ）はフーチング
を鋼管杭基端部に取り付けた状態を示す模式図、（ｃ）
は同図（ａ）におけるＡ部拡大図である。

【図３】図１の鋼管杭の第１の埋設方法を示す説明図で
あり、（ａ）はアースオーガを用いて縦孔を削孔する様
子、（ｂ）は縦孔内の土壌をすべて純度の高いセメント
ミルクに置換した状態、（ｃ）は同図（ｂ）の縦孔に鋼
管杭を挿入する様子、（ｄ）は鋼管杭が縦孔内に定着し
た状態をそれぞれ示す。

【図４】鋼管杭が縦孔中心に位置決めされ定着した状態
を示す説明図である。

【図５】図３（ｃ）に示す杭先端部のセメントミルクの
流動状態を示す模式図である。

【図６】鋼管杭の第２の埋設方法を示す説明図であり、
（ａ）はドリリングバケットを用いて縦孔を削孔し安定
液を充満させた状態、（ｂ）は縦孔に鋼管杭を挿入した
状態、（ｃ）は挿入した鋼管杭の先端から地盤固化材を
注入する様子、（ｄ）は縦孔と杭との間及び杭内部に地
盤固化材が充填された状態をそれぞれ示す。

【図７】本発明にかかる杭の他の実施形態の平面図及び
側面図であり、（ａ）は角柱型，（ｂ）はＨ鋼型の杭を
それぞれ示す。

【図８】本発明にかかる杭の他の実施形態の平面図及び
側面図である。

【符号の説明】 １・・鋼管杭、２・・鋼管、３・・第１の鍔部、３ａ・
・翼部、３ｂ・・鋼管取付辺、４・・第２の鍔部、４ａ
・・翼部、４ｂ・・鋼管取付辺、５・・フーチング、６
・・スペーサー（突起体）、７・・アースオーガ（掘削
手段）、８・・縦孔、９・・スクリュー、１０・・セメ
ントミルク（地盤固化材）、１０ａ・・固化体、１１・
・ドリリングバケット（掘削手段）、１２・・縦孔、１
３・・縦孔内壁、１４・・安定液、１５・・トレミー
管、１６・・セメントミルク（地盤固化材）、１６ａ・
・固化体、Ｓ・・支持層。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状体の側面に、その柱状体中心軸に直
   交する水平面内で外方へ張り出す第１の鍔部を設けたこ
   とを特徴とする杭。
2. 【請求項２】 第１の鍔部が、柱状体側面を一周する環
   状に形成された請求項１に記載の杭。
3. 【請求項３】 第１の鍔部が柱状体全長にわたって多段
   に設けられた請求項１または２に記載の杭。
4. 【請求項４】 柱状体が、その中心軸方向に貫通孔を有
   する筒状体であり、その貫通孔の一端または両端に、前
   記筒状体の中心軸方向に張り出す第２の鍔部を設けた請
   求項１，２または３のいずれかに記載の杭。
5. 【請求項５】 筒状体外周面の複数箇所に、第１の鍔部
   より外方へ突出させた突起体を配設した請求項４に記載
   の杭。
6. 【請求項６】 筒状体が鋼管である請求項４または５に
   記載の杭。
7. 【請求項７】 筒状体の外殻を鋼管で形成するとともに
   内殻をコンクリート柱とした請求項４または５に記載の
   杭。
8. 【請求項８】 掘削手段にて縦孔を削孔し、前記掘削手
   段の先端から地盤固化材を吐出しつつ、その地盤固化材
   と前記縦孔底部の土壌とを混練し、その混練した土壌を
   上昇させて前記縦孔内の土壌をすべて前記地盤固化材に
   置換した後、その縦孔に請求項１乃至７のいずれかに記
   載の杭を挿入することを特徴とする杭の埋設方法。
9. 【請求項９】 掘削手段にて縦孔を削孔するとともに、
   その縦孔内壁の崩落を防止する安定液を縦孔内に充満さ
   せ、その縦孔に請求項１乃至７のいずれかに記載の杭を
   挿入した後、地盤固化材を前記杭の先端から流出させ、
   前記縦孔と杭との間に充填させていくことを特徴とする
   杭の埋設方法。