JP2002097636A

JP2002097636A - 杭頭周辺部を地盤改良する基礎杭の構築方法及び杭穴拡頭部形成方法並びに掘削ロッド

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Publication number: JP2002097636A
Application number: JP2000293705A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kitani; 好伸木谷
Original assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Current assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP4555974B2

Abstract

(57)【要約】【課題】改良地盤体と一体の基礎杭でより大きな耐水平
力を有し、同じ耐水平力であれば、杭穴の掘削径や既製
杭の口径を小さくする。地上に溢れる掘削泥水を有効利
用して処理する残土量を削減し、環境によい。【解決手段】掘削ロッド１で、穴壁に掘削土を練付つつ
杭穴１０を掘削し、地上に溢れた掘削泥水２５をピット
１４に溜めて回収する（ａ）。掘削泥水２５は振動振る
い機２１等により泥塊を除去し、撹拌し、水硬化性材料
（各種セメント等）２３を混練して、改良土２９を形成
する（ｅ）。杭穴充填物（ソイルセメント等）１５が充
填された杭穴１０内に、既製杭１７を埋設する（ｂ）
（ｃ）。杭穴１０の杭頭部に杭穴拡頭部３０を形成し
（ｄ）、杭穴拡頭部３０内に改良土２９を埋め戻して改
良地盤体３１を形成し、杭頭部で改良地盤体３１が一体
となった基礎杭１８を構築する（ｆ）。

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、基礎杭の杭頭部
を拡大掘削して拡頭部を形成して周辺地盤を改良して、
耐水平力の強化を図った基礎杭の構築方法及びこの基礎
杭の構築方法に関連する杭穴拡頭部の形成方法並びに両
方法に使用する掘削ロッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、基礎杭を構築した場合、基礎杭
に対する地上構造物の負荷（垂直荷重）は基礎杭が鉛直
の姿勢で構築されていれば、全長さに亘り、各断面にお
ける圧縮応力は略一様な分布となる。これは、いわゆる
場所打ち杭による基礎杭の場合や、各種既製杭（コンク
リート杭（ＰＨＣ杭、ＰＲＣ杭、節杭等）や鋼管杭等）
を直接又は杭孔の穿孔と共に構築して基礎杭を形成した
場合であっても同様である。

【０００３】また、地震等によって作用する水平力は、
基礎杭の長さ方向によって異なる応力分布となる。すな
わち、基礎杭の長さ方向にみた水平力により生じる応力
の分布は、上端側をピークに下端側に向けて減衰してい
くことが一般に知られている。

【０００４】また、各種基礎杭工法において、掘削効率
を高めるため、掘削補助手段として水等を使用しながら
地盤を掘削していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この場合、従来のコン
クリート杭は、鉄筋を配筋していてもコンクリート主体
の構造物であることから、圧縮強度（鉛直荷重）には比
較的大きな強度を持つものの、鋼管杭に比べて弾性に乏
しく、鋼管に比べて耐水平力においてはかなり強度が低
下することになっていた。一方、鋼管杭はコンクリート
杭に比較して、高価なものであり、経済性が悪い問題点
があった。

【０００６】これらを解決するために、拡頭部を有する
コンクリート杭や上部に連結する杭を下杭よりも大径に
連結して基礎杭構造を構築する方法が知られているが、
施工上、連結できる上杭の外径が限られてしまうことか
ら、負担できる水平力の大幅な向上は望めない。

【０００７】また、前記のような掘削補助手段として水
等を使用した基礎杭工法において、掘削中あるいは杭埋
設中に、地上に大量の泥水が溢れ出し、残土・泥水を産
業廃棄物として、構築現場外へ排出しなければならなか
った。よって、この残土処理の費用が施工コストに影響
を与えると共に、環境上好ましくない事態が生じてい
た。

【０００８】また、杭穴拡底部を有する杭穴内に、突起
付きの既製杭（例えば、いわゆる節杭）を埋設した場
合、下端部の突起の少なくとも１つを拡底部内に形成し
たソイルセメント層に定着させて、基礎杭を形成するこ
ともできる（図４（ｂ）の下部参照）。この基礎杭によ
れば、従来の基礎杭に対して、２倍以上の鉛直支持力を
保有できるが、同じ既製杭の杭径であれば相対的に曲げ
モーメント即ち水平支持力が不足していた。

【０００９】つまり、通常高い水平支持力を必要とする
部分は、杭頭より１０ｍ程度までの部分であるが、前記
基礎杭の杭穴拡底部に埋設される突起付きの既製杭の軸
部径はその根固め部での所望支持力を発揮するために
は、従来に比して小径の既製杭で充分であるので、その
突起付き既製杭の上部に配置される既製杭も突起付きの
既製杭の軸径に対応した外径の円筒杭が使用されてい
た。従って、発揮される高先端支持力に比較して、相対
的に曲げモーメントが不足することになっていた。

【００１０】上端部での曲げモーメント強化のために、
上部の既製杭に高曲げモーメントを有する杭材（例え
ば、いわゆるＳＣ杭や鋼管杭等）を採用したり、あるい
は杭頭部に配置される部分の軸径を大きくする等の工夫
が必要であった。この場合、高曲げモーメントを有する
杭材は高価であり、また異なる軸径の杭を連結する際に
は特殊連結具が必要であり、また連結部分で強度低下を
招くおそれがあった。更に、一般に既製杭の外径は最大
で１ｍ程度のものしか製造されていないので、下端部に
配置される既製杭の軸径が大径化すると要求に見合った
上端部用の既製杭を調達することは困難となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】然るにこの発明では、杭
穴掘削で生じる掘削泥水に水硬性材料を混練して形成し
た改良土を杭穴拡頭部に埋め戻して地盤改良体を形成す
るので前記問題点を解決した。

【００１２】即ち、この発明は、所定の杭穴を掘削し
て、発生する掘削泥水を地上で回収し、該掘削泥水に水
硬化性材料を混練して改良土を形成し、前記杭穴内に基
礎構造体を挿入すると共に、前記杭穴の杭頭周辺部を拡
大掘削して所定深度の杭穴拡頭部を形成し、該杭穴拡頭
部内に前記改良土を埋め戻して、前記杭穴拡頭部内に改
良地盤体を形成することを特徴とした基礎杭の構築方法
である。

【００１３】また、他の発明は、杭穴拡頭部を有する所
定深度の杭穴を掘削して、発生する掘削泥水を地上で回
収し、該掘削泥水に水硬化性材料を混練して改良土を形
成し、前記杭穴内に基礎構造体を挿入し、前記杭穴拡頭
部に、前記改良土を埋め戻して、前記杭穴拡頭部に改良
地盤体を形成することを特徴とした基礎杭の構築方法で
ある。

【００１４】前記両発明において、杭穴掘削時に発生す
る掘削泥水について、振動振るい機等により泥塊を除去
し、均一に攪拌されたものに水硬化性材料を混練して、
改良土を形成することが望ましい。

【００１５】また、この発明は、上端部に拡頭部形成用
の拡大掘削練付機構を有する掘削ロッドを使用して、該
掘削ロッドの下端が杭穴底部付近に至った状態で、前記
掘削ロッドの前記拡大掘削練付機構で、杭穴の底部付近
の掘削と同時に杭穴杭頭部を掘削して所定の杭穴拡頭部
を形成すると共に、該穴壁を均す杭穴拡頭部の形成方法
である。また、掘削ロッドを正回転、逆回転させること
によって拡縮掘削可能な掘削ヘッドをその先端部に有す
る掘削ロッドを使用して、一の方法では、まず地上から
所定深度まで拡大掘削を行って杭穴拡頭部を形成しその
後所定の深度まで通常の杭穴掘削をし、また他の方法で
は、所定深度まで通常の杭穴掘削した後に掘削ロッドを
引上げながら杭穴の杭頭部を拡大掘削をして杭穴拡頭部
を形成する、いずれか一方又は両方の方法により杭穴拡
頭部を形成する杭穴拡頭部の形成方法である。

【００１６】また、この発明は、掘削ロッドの上端部
で、掘削ロッドの下端が杭穴底に至った状態で所定の杭
穴拡頭部を形成する位置に、杭穴拡頭部径に応じて該杭
穴拡頭部を掘削してかつ杭穴拡頭部の穴壁を練り付けで
きる拡大掘削練付機構を取りつけた掘削ロッドである。

【００１７】前記において、この発明は、杭穴内にセメ
ントミルク等の杭穴充填物を満たして、基礎杭を構築す
る工法であれば、いわゆる各種場所打ち杭、既製杭を使
用する工法のいずれも適用できる。従って、前記におけ
る基礎構造体とは、場所打ち杭工法の場合には鉄筋かご
を指し、既製杭を埋設する工法では、鉄筋コンクリート
系、鋼管系あるいはこれらを複合した各種の既製杭を指
す。また、既製杭は、単杭又は複数杭を上下に連結した
連結杭を使用することもできる。

【００１８】また、前記における杭穴充填物とは、既製
杭を使用する工法であれば、いわゆる杭周固定液や根固
め液等であり、杭穴内にセメントミルク等の水硬性材料
を充填して、掘削泥土と撹拌混合してソイルセメント層
としたもの、あるいは杭穴内にセメントミルク等の水硬
性材料を充填して、掘削泥土と置換してセメントミルク
層としたもの、更にこれらを組み合わせ、例えば根固め
部をセメントミルク層、上方をソイルセメント層とした
もの、などを含む。更に、いわゆる場所打ち杭工法で
は、所定の粗骨材を混入したコンクリートをも指す。

【００１９】

【発明の実施の形態】（１）所定の杭穴を掘削して、こ
の際に発生する掘削泥水で地上に溢れ出た掘削泥水２５
を取り出す。回収した掘削泥水２５は、地上で、振動振
るい機２１等により泥塊を除去し、均一に攪拌されたも
のに各種セメント等の水硬化性材料２３を混練して、改
良土２９を形成する（図１（ｅ））。

【００２０】（２）いわゆる場所打ち工法では、杭穴内
に基礎構造体たる鉄筋かごを挿入し、その前後に、杭穴
充填物たるコンクリートなどを杭穴内に充填する。

【００２１】また、既製杭１７を使用する工法では、杭
穴１０内に杭穴充填物たるソイルセメントが充填された
杭穴１０内に、基礎構造体たる既製コンクリート杭１７
等を挿入する（図１〜図４）。

【００２２】（３）杭穴１０の杭頭部に形成された拡頭
部３０内に、前記改良土２９を埋め戻して、該部に改良
地盤体３１を形成し、改良地盤体３１及び杭穴充填物１
５が固化した後、改良地盤体３１が一体となった基礎杭
１８を構築する（図１（ｆ）、図２（ｃ）、図３
（ｄ））。

【００２３】（４）前記における拡頭部３０の形成は、
基礎構造体を挿入した後に形成する場合（図１（ｃ）
（ｄ））、または基礎構造体を挿入前に杭穴掘削時に同
時に形成する場合、のいずれでも可能である。後者の場
合には、一の方法では、掘削ロッド１の上端部に拡頭部
径に応じた拡大掘削ができかつ穴壁を練付できる拡大練
付部９（拡大掘削練付機構）を有する掘削ロッド１を使
用して、杭穴拡頭部３０を形成する（図２（ａ））。ま
た、他の方法では、拡縮掘削可能な掘削ロッド１を使用
して、拡大掘削して杭穴拡頭部３０を形成する（図３
（ａ）（ｂ））。

【００２４】（５）前記における改良土２９の形成は、
主に掘削時に生じる掘削泥水を使用して、改良土２９を
形成する場合の他、杭穴内に充填したソイルセメントや
セメントミルク等の杭穴充填物が地上に溢れた場合に、
この杭穴充填物を前記掘削泥水と共に、あるいは掘削泥
水とは別の処理系列で処理して、改良土を製造すること
もできる。

【００２５】（６）また、前記における杭穴掘削時の杭
穴拡頭部３０の掘削では、杭穴拡頭部壁に掘削土を練り
付けて杭穴壁を均すことが望ましい。練付を行わないこ
とも可能であるが、拡頭部に掘削土が杭穴内に残留する
ことを防止し、所定径の確保及び均質な改良地盤体を形
成する上では、練付工程を取る方が良い。

【００２６】（７）また、既製杭を使用して基礎杭を構
築する場合、前記のように使用する既製杭の杭材は任意
であるが、突起付きの既製杭を使用して、拡底部を有す
る杭穴内に埋設した場合にとりわけ有効である。即ち、
拡底部及び拡頭部を有する杭穴を掘削すると共に、拡底
部内に根固め液（杭穴充填液）、杭穴軸部に杭周固定液
（杭穴充填液）が充填されている（図４（ａ））。杭穴
１０内に下杭（既製杭。節杭等）１７Ａとして、環状突
起３５、３５を有する杭を埋設し、環状突起３５の少な
くとも１つが拡底部１２内に位置されると共に下杭１７
Ａの下端と杭穴底とに所定間隙が形成されている。ま
た、前記下杭１７Ａに同じ軸杭でストレート状（環状突
起３５が無い）の上杭（既製杭。ＰＨＣ杭、ＰＲＣ杭
等）１７Ｂを連結して、既製杭１７を構成する。拡頭部
３０内に前記方法により形成した改良土を埋め戻して改
良地盤体３１を構成して、基礎杭１８を構成する（図４
（ｂ））。尚、上杭１７Ｂも環状突起を形成した既製杭
を使用することもできる。また、拡頭部３０の形成方法
は、既製杭１７の埋設の前後を問わず、前述のような各
方法を採用することができる。

【００２７】この方法により構築された基礎杭１８で
は、根固め液が充填された杭穴拡底部１２内での既製杭
１７の下端面及び環状突起３５の支圧効果による杭先端
支持力の強化だけでなく、杭穴拡頭部３０の改良地盤体
によって水平支持力が強化され、基礎杭１８全体とし
て、バランスの取れた支持力を得ることができる。ここ
で、杭穴拡頭部の改良地盤体３１の大きさとしては、杭
穴拡底部の寸法（通常杭径の１．２〜２．５倍）程度で
あるが、求める支持力により適宜選択して設定する。

【００２８】（８）また、この発明では、改良地盤体に
よって、水平支持力を強化できるので、基礎構造体とし
て既製杭を使用した基礎杭の場合、通常より比較的曲げ
モーメントの強い既製杭を用いることなく、同程度以上
の基礎杭を構築できる。

【００２９】例えば、ＰＨＣ杭Ｃ種→ＰＨＣ杭Ｂ種、Ｓ
Ｃ杭（外殻鋼管巻きコンクリート杭）→ＰＲＣ杭（プレ
ストレス鉄筋コンクリート杭）等、曲げモーメントの強
い杭から１ランクあるいは数ランク下の強度の杭を使用
することができる。

【００３０】

【実施例１】図１に基づき、この発明を、既製杭を使用
したプレボーリング工法に適用した実施例について説明
する。ここでは、プレボーリング工法による手順で説明
するが、中掘工法等種々の工法に適用することもでき
る。

【００３１】（１）この発明の実施に使用する掘削ロ
ッド１は、先端に掘削ヘッド２が取付けられ、所定間隔
ごとに練付けドラム４、４、撹拌バー７、７を有する。
また、掘削ヘッドには、拡大掘削用の拡大刃３、３を取
りつけてある。

【００３２】前記掘削ロッド１を使用して、掘削ヘッド
２の先端から水を吐出しながら杭穴１０を掘削する。杭
穴１０内の掘削土は撹拌バー７、７で撹拌し、泥土化さ
れ、この掘削泥土を練付けドラム４、４によって杭穴壁
に練付ける（図１（ａ））。所定深さの軸部１１に続
き、拡大刃３、３で所定深さの拡底部１２を掘削して、
杭穴１０の掘削を完了する。

【００３３】（２）この際、予め地上１３の杭穴周辺
（なるべく杭芯付近）に、適宜深さ大きさの穴を掘り、
ピット１４を形成しておく。前記のように掘進するに伴
い、掘削泥水が増加し、地上に溢れ出てくる。この溢れ
出た掘削泥水を前記ピット１４内に溜め置く（図１
（ａ））。

【００３４】杭穴掘削完了後又は杭穴掘削中に、ピット
１４内の掘削泥水２５を汲み上げ、振動ふるい機２１に
かけて泥塊２６を除いて、所定粒土の掘削土（ソイルセ
メントの形成した際に強度低下に影響を与えない）を含
んだ掘削泥水２７を形成し、貯留槽２０に貯める（図１
（ｅ））。

【００３５】（３）杭穴掘削が完了したなら、杭穴１
０内に、前記掘削ロッド１を引き上げる際に掘削ロッド
１から又はトレミー管等の他の手段からセメントミルク
等の杭穴充填物１５を吐出してこれを杭穴１０内に充填
して、杭穴１０の形成を完了する（図１（ｂ））。

【００３６】（４）続いて、杭穴充填物１５が充填さ
れた杭穴１０内に既製杭１７を挿入する（図１
（ｄ））。

【００３７】（５）次に、所定粒度の掘削土を含んだ
掘削泥水２７を貯留槽２０から撹拌槽２２に移して、撹
拌槽２２内で撹拌し、所定粒土の掘削土を分散させて均
一な掘削泥水２８とする（図１（ｅ））。その後、均一
に撹拌された掘削泥水２８をプラントに移し、セメント
等の改良土用の水硬性材料２３を加え、混練して改良土
２９を形成する。改良土２９の強度としては、例えば、
固化強度０．５Ｎ／ｍｍ ^２程度とする。ただし、杭種、
周辺地盤、構造物等の様々な要素から任意に設定でき
る。

【００３８】（６）杭埋設完了後に、杭穴１０の頭部
の周辺を地上１３から根切りを行って（例えば、油圧シ
ョベルカー等を使用する）、所定形状・寸法の杭穴拡頭
部３０を形成する。前記杭穴拡頭部３０は、中央に既製
杭１７が貫通したブロック状（例えば、２．５ｍ×２．
５ｍ×深さ１．０ｍ程度）に形成するが、杭穴拡頭部３
０の形状や大きさは、既製杭１７の杭径、杭長等の既製
杭の性状、隣接する杭同志の間隔、地盤の性状、求める
改良地盤体の強度等により種々選択して形成する。

【００３９】（７）続いて、前記のようにして形成さ
れた改良土２９を、前記杭穴拡頭部３０内に埋め戻し、
改良地盤体３１を形成して地盤を改良し、基礎杭１８を
構築する（図１（ｅ））。

【００４０】また、ここで、杭穴拡頭部３０の形成につ
いては、各既製杭１７毎に杭穴拡頭部３０を独立に設け
てもよいし、複数本の既製杭１７、１７の杭穴拡頭部３
０を結合させた形でもよい。例えば、複数の既製杭１
７、１７の杭頭を結んで複合フーチングや連続フーチン
グを形成する場合、複合フーチング、独立フーチングに
対応して、広い平面の杭穴拡頭部３０を形成して、改良
土２９を充填して、改良地盤体３１を形成して、杭穴拡
頭部３０を利用した杭頭部の地盤改良を行うこともでき
る（図示していない）。

【００４１】（８）他の実施例前記実施例において、杭穴の拡頭部３０の形成は、既製
杭１７の埋設後にしたが既製杭１７を埋設する前に形成
することもできる。

【００４２】また、前記実施例において、地面１３を掘
ってピット１４を形成して掘削泥水を溜め置いたが、地
上に別途の容器槽を載置して掘削泥水を貯め置くことも
できる（図示していない）。また、ピット１４や容器槽
を設けず、杭穴１０内から溢れた掘削泥水を、直接に振
動振るい機２１に供給することもできる。

【００４３】また、前記実施例において、基礎杭１８の
上方に、建造物のフーチング３３を形成する場合には、
既製杭１７にフーチング３３の構造鉄筋を接合して、改
良地盤体３１の上面３１ａにフーチング３３を形成する
（図１（ｆ））。

【００４４】また、前記実施例において、その他の杭穴
拡頭部の地盤改良方法としては、予め所定形状・寸法に
形成された拡頭部を有する杭穴を形成し、杭穴底部から
セメントミルクを注入して掘削土と撹拌・混合したソイ
ルセメントを充填し、あるいは掘削土と置換されたセメ
ントミルクを充填し、該杭穴拡頭部にも略杭口付近まで
十分に満たし、その後杭穴内に杭を沈設する。例えば、
根固め液として固化強度２０Ｎ／ｍｍ^２程度のセメント
ミルクを注入し、掘削土と撹拌・混合してソイルセメン
ト（固化強度２０Ｎ／ｍｍ^２以上）を形成し、杭周固定
液としては固化強度１０Ｎ／ｍｍ^２程度のセメントミル
クを注入し、掘削土と撹拌・混合してソイルセメント
（固化強度０．５Ｎ／ｍｍ^２程度）を充填する。尚、こ
こで、セメントミルクの固化強度は一例で、適宜選択し
て使用することができる。また、この方法によれば、根
切りを行って杭穴拡頭部を形成する必要がなく、基礎杭
の施工と同時に杭頭周辺部の地盤改良を行うことができ
る。

【００４５】

【実験例】この発明の方法により構築した基礎杭につい
て、３次元有限要素法による弾性解析を行い、杭頭水平
荷重による杭の生じる応力を求めた。

【００４６】（１）実験内容解析モデルは、対称性を考慮した１／２として、周辺地
盤を１０ｍ×２０ｍ×１３ｍ（奥行×幅×深さ）の立方
体要素、杭を１１ｍ（施工長１０.５ｍ）の線要素とし
た。杭頭に水平力（地盤面に載荷）約２００ｋＮを加え
て杭頭拘束条件を自由と回転固定、モデルの対称面以外
の側面を固定として解析を行った。

【００４７】杭頭に水平方向の外力が加わると杭の曲げ
モーメントは、杭頭部付近で最も発生し、杭先端ではほ
とんど発生しない。

【００４８】解析では、曲げモーメントが最も発生する
杭頭部付近の挙動を詳しく調べるために、深さ方向の要
素間隔を、ＧＬ〜３.０ｍを０.１ｍ間隔で、３.０ｍ〜６.０ｍを０.２５ｍ間隔、６.０ｍ〜１１.０ｍを０.５ｍ間隔、１１.０ｍ〜１３.０ｍを１.０ｍ間隔とした。

【００４９】改良地盤体のヤング係数を１０，３０，６
０，９０，１２０，３００Ｎ／ｍｍ ^２とし、改良範囲は
１つの改良地盤体のヤング係数につき、９ケースの改良
地盤範囲で解析を行った。そして、改良地盤体がないも
の（周辺地盤と杭のみの解析）を合わせると、５５ケー
スとなり、杭頭拘束自由と杭頭拘束回転固定を合わせる
と１１０ケースの解析を行った。

【００５０】また、周辺地盤のヤング係数は、実験施設
内（茨城県猿島郡境町）の標準貫入試験及び一軸圧縮試
験結果をもとに、実施した。

【００５１】杭の曲げモーメントは、水平力を地盤面に
加えたため、ＧＬで０（ゼロ）、０.９ｍで最大の３２
２７９Ｎ・ｍ、６.５ｍから深くなるとほとんど発生し
ていない。

【００５２】そして、深さ０.９ｍのモーメント３２２
７９Ｎ・ｍで杭が壊れたとし、この部分を杭の最大曲げ
モーメントとする。

【００５３】（２）実験結果以下、に杭頭拘束条件が自由と回転固定の場合の最大曲
げモーメントにおける結果を示す（図５、図６）。

【００５４】(a) 杭頭拘束条件が自由の場合、最大曲げ
モーメントは、各改良地盤体のヤング係数において、３
×３×０.６（改良地盤範囲：縦×横×深さ（ｍ））
と、改良地盤範囲４×４×０.６がほぼ同じで最も小さ
く、改良地盤範囲２×２×１.５が最も大きかった。全
体的にみると改良地盤体のヤング係数が大きくなるほど
小さくなり、改良地盤体の深さが浅いほど小さかった。
改良地盤体の平面積の相違による最大曲げモーメントの
変化はほとんどみられず、改良地盤体の深さと改良地盤
体のヤング係数による影響が大きかった。

【００５５】(b) 杭頭拘束条件が回転固定の場合、杭頭
自由と同様に、改良地盤体のヤング係数が大きくなるほ
ど最大曲げモーメントが小さくなった。改良地盤体のヤ
ング係数が３０〜３００Ｎ／ｍｍ^２とでは、４×４×
０.６が最も小さく、２×２×１.５が最も大きい値を示
した。改良範囲で比較すると、改良地盤体の平面積が大
きく、改良地盤体の深さが浅いほど最大曲げモーメント
が小さかった。

【００５６】(c) 改良地盤体がないもの（周辺地盤と杭
のみの解析）と改良地盤体のヤング係数が３０Ｎ／ｍｍ
^２の間で最大曲げモーメントの低下が著しく、１２０Ｎ
／ｍｍ^２以降ではさほど変化が見られなかった。

【００５７】(d) 上記解析結果を基に、実際に杭の水平
載荷試験を行ったところ、杭頭付近に改良地盤体を作製
することにより改良地盤体を作製しない場合と比べて、
杭の最大曲げモーメントは２０％〜３５％、杭頭水平変
位は４７％〜６０％減少することが分かった。また、杭
頭付近に改良地盤体を作製することで、杭の最大曲げモ
ーメントの発生範囲は杭頭自由・杭頭固定とも上部に限
定され、せん断力には大差はなかった。

【００５８】

【実施例２】図２に基づき、杭穴拡頭部３０を形成する
他の方法を以下に示す。前記実施例１においては、杭穴
掘削とは別途に根切りを行って杭穴拡底部を形成し、改
良体を埋め戻したが、本実施例は、杭穴掘削と一体に行
う実施例である。

【００５９】［Ａ］掘削ロッドの構成この実施例に使用する掘削ロッド１は、先端に掘削ヘッ
ド２を有し、所定間隔ごとに杭穴壁に泥土を練付けるた
めの練付けドラム４、４、撹拌バー７、７が配置されて
いる。また、最上に位置する練付けドラムを大径練付ド
ラム５とし、所望の径の杭穴拡頭部３０を形成できるよ
うに、対応する径（他の練付けドラムより大径）に形成
してあり、かつ掘削ヘッド２が最下端に位置した状態
で、所望の杭穴拡頭部３０を形成できるような位置に取
りつけてある。また、大径練付けドラム５の下端面には
掘削刃６、６が取付けられており、杭穴拡頭部３０の掘
削を行うことができる（図２（ａ））。尚、他の練付ド
ラム４、４は、杭穴軸部１１の径に対応させた外径に形
成されている。これによって、通常の杭穴掘削と同時に
杭穴拡頭部を形成できる。

【００６０】［Ｂ］地盤改良した基礎杭の構築方法（１）即ち、実施例１と同様に、掘削ロッド１の掘削ヘ
ッド２で、杭穴１０の軸部１１及び拡底部１２を掘削す
ると同時に、撹拌バー７、７で掘削泥土を撹拌して、杭
穴壁に練り付ける。杭穴の底部付近を掘削する際に、大
径練付ドラムの掘削刃６、６が地面１３に当たり、同時
に杭穴杭頭部を拡大して掘削して杭穴拡頭部３０を形成
する（図２（ａ））。

【００６１】（２）また、杭穴掘削の際に地上に溢れ
る掘削泥水を実施例１と同様な処理で、改良土２９を生
成する（図１（ｅ））。また、この際、必要ならば、実
施例１と同様に、杭穴周辺に、ピット１４を形成して、
一旦掘削泥水を貯め置くこともできる（図２（ａ）鎖線
図示１４）。

【００６２】（３）続いて、掘削ロッド１を引き上げ
ながら、又は引き上げ後に、杭穴充填物１５を杭穴１０
内に充填して、軸部１１、拡底部１２、拡頭部３０を有
する杭穴１０が形成される（図２（ｂ））。

【００６３】（４）続いて、杭穴１０内に、既製杭１
７を挿入し、拡頭部３０内の略中央に既製杭１７が位置
するように配置する。続いて、杭穴の拡頭部３０内の杭
穴充填物１５を除去し（汲み上げ）、空になった拡頭部
３０内に、前記のように生成した改良土２９を埋め戻
し、固化後、改良土地盤体３１を形成する。以上のよう
にして基礎杭１８を形成する（図２（ｃ））。

【００６４】また、ここで、杭穴の拡頭部３０内の杭穴
充填物１５を除去せず、そのまま改良地盤体の水硬性材
料２３として利用することもできる。

【００６５】［Ｃ］他の実施例前記実施例において、杭穴の拡頭部３０内の杭穴充填物
１５を除去した後に改良土２９を埋め戻したが、拡頭部
３０内に杭穴充填物１５が充填されている状態で、拡頭
部３０内に改良土２９を埋め戻すこともできる（図示し
ていない）。この場合には、埋め戻した改良土２９によ
り、地上１３に溢れた杭穴充填物１５を廃棄処理し、あ
るいは改良土２９と杭穴充填物とを撹拌混合することも
できる。

【００６６】前記実施例において、拡大掘削練付手段と
して、下面に掘削刃６、６を有する大径練付ドラム５を
使用したが、拡頭部径に応じた掘削刃と練付手段（板
状、棒状など）を有する構造であれば、任意である（図
示していない）。

【００６７】

【実施例３】図３に基づき、他の杭穴拡頭部の形成方法
を説明する。

【００６８】［Ａ］掘削ロッド１の構成この実施例で使用する掘削ロッド１は、先端部に掘削ヘ
ッド２を有し、掘削ヘッド２は、揺動する掘削腕８、８
が取りつけてあり、掘削腕８は掘削ロッド１の正回転で
通常掘削状態として杭穴軸部径で掘削ができ、逆回転で
拡大掘削できるように構成されている。また、掘削腕８
には、拡大掘削時に杭穴壁を均すことができる拡大練付
部（棒状の練付手段）９を有する。また、掘削ロッド１
には、実施例１、２と同様な練付ドラム４、４、撹拌バ
ー７、７が取りつけてある（図３（ａ）（ｂ））。

【００６９】［Ｂ］基礎杭の構築方法次に施工方法について説明する。

【００７０】（１）地上１３から所定深度まで掘削ロ
ッド１を逆回転させながら、掘削ヘッド２を拡大掘削状
態に固定して杭穴の拡頭部３０を掘削する（図３
（ａ））。この際、杭穴の拡頭部３０の穴壁は、拡大練
付部９、９で均される。

【００７１】（２）所定の深さ・径の拡頭部３０が形成
された後に、掘削ロッド１を正回転に戻して掘削ヘッド
２を通常掘削状態にし、通常の杭穴軸部１１を築造する
（図３（ｂ））。この際に、掘削泥土は、撹拌バー７、
７で撹拌され、練付ドラム４、４で穴壁が均される。所
定の杭穴軸部を形成後、掘削ロッド１を逆回転させ、掘
削ヘッド２を拡大掘削状態にし、杭穴拡底部１２を形成
する。杭穴拡底部の穴壁も拡大練付部９、９で均され
る。

【００７２】（３）実施例１、２と同様に、掘削時に生
じた掘削泥水を、所定の処理をして、改良土を生成する
（図１（ｅ））。

【００７３】（４）実施例２と同様に、杭穴充填物１５
を杭穴１０内に充填して、軸部１１、拡底部１２、拡頭
部３０を有する杭穴１０が形成される（図３（ｃ））。
続いて、実施例２と同様に、杭穴１０内に、既製杭１７
を挿入し、拡頭部３０内に、前記のように生成した改良
土２９を埋め戻し、固化後、改良地盤体３１を形成す
し、基礎杭１８を形成する（図３（ｄ））。

【００７４】［Ｃ］他の実施例前記実施例において、まず杭穴拡頭部３０を掘削した後
に杭穴軸部１１を掘削したが他の方法とすることもでき
る。例えば、杭穴の軸部１１、拡底部１２を掘削した後
に、掘削ロッド１を杭穴１０から引き上げる際に、掘削
ヘッド２が杭穴１０の上端部（拡頭部形成位置）に至っ
たならば、掘削ロッド１を逆回転して、杭穴径を拡げる
ように掘削腕８、８で地盤を掘削して、拡頭部３０を形
成することもできる（図示していない）。

【００７５】

【発明の効果】杭穴拡頭部内に、掘削泥水に水硬性材料
を混ぜて処理した改良土を埋め戻して改良地盤体を形成
するので、改良地盤体は基礎杭と一体に形成され、杭頭
付近に比較的大きく作用する水平力に対し、杭と改良地
盤部分との全体でより大きな水平力に耐え得ることがで
きる。また、逆に同一の耐水平力が要求される基礎杭で
あれば、杭が負担する水平力を減少できるので、杭穴の
掘削径や既製杭の口径を小さくできる効果がある。

【００７６】また、主に掘削補助手段として水等を使用
した基礎杭工法において、掘削により生じる大量の掘削
泥水を地上で処理して改良土を形成するので、掘削泥水
が有効利用できるため、処理する残土量が減少し、環境
によい効果がある。

【００７７】所望の杭穴拡頭部が形成できるように、掘
削ロッドの上端部に拡大掘削練付機構を取付けた掘削ロ
ッドを使用する場合、あるいは、拡縮掘削可能な掘削ヘ
ッドを有する掘削ヘッドを使用する場合には、通常の杭
穴掘削工程で、まとめて杭穴拡頭部の掘削ができるの
で、杭穴掘削の工程の中で連続して杭穴拡頭部を形成で
き、施工能率を高めることができる効果がある。更に、
拡大掘削練付機構を取付けた掘削ロッドを使用する場合
には、杭穴の底部の掘削と同時に杭穴拡頭部の掘削がで
きるので、更に施工能率を高めることができる。

【００７８】また、杭穴拡底部に、下部に少なくとも１
個以上の突起部を設けた既製杭の該突起部を埋設した基
礎杭であっても、杭穴拡頭部に改良地盤体を形成すれ
ば、杭穴拡底部内における高先端支持力に見合った水平
支持力を得ることができる。従って、鉛直支持力と水平
支持力のバランスの良い基礎杭を構築できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）はこの発明の基礎杭の構築方法
を説明する縦断面図で、（ｅ）は埋め戻し用のソイルセ
メントの形成過程を説明する図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、他の杭穴の掘削方法を説明
する縦断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、同じく他の杭穴の掘削方法
を説明する縦断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、突起付きの既製杭を使用した
実施例の構築方法を説明する縦断面図である。

【図５】実験結果で、各地盤範囲における杭頭自由での
最大曲げモーメントと改良地盤ヤング係数との関係を表
すグラフである。

【図６】同じく実験結果で、各地盤範囲における杭頭回
転拘束での最大曲げモーメントと改良地盤ヤング係数と
の関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１掘削ロッド２掘削ヘッド３拡大刃４練付ドラム５大径練付ドラム（拡大掘削練付機構）６掘削刃（拡大掘削練付機構）７撹拌バー８掘削腕９拡大練付部１０杭穴１１杭穴の軸部１２杭穴の拡底部１３地上１４ピット１５杭穴充填物１７既製杭１８基礎杭２０貯留槽２１振動ふるい機２２撹拌層２３改良土用水硬性材料２５掘削泥水２６泥塊２７掘削泥水（所定粒土の掘削土を含む処理後）２８掘削泥水（均一に撹拌処理された）３０杭穴の拡頭部３１改良地盤体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の杭穴を掘削して、発生する掘削泥
水を地上で回収し、該掘削泥水に水硬化性材料を混練し
て改良土を形成し、前記杭穴内に基礎構造体を挿入する
と共に、前記杭穴の杭頭周辺部を拡大掘削して所定深度
の杭穴拡頭部を形成し、該杭穴拡頭部内に前記改良土を
埋め戻して、前記杭穴拡頭部内に改良地盤体を形成する
ことを特徴とした基礎杭の構築方法。
【請求項２】杭穴拡頭部を有する所定深度の杭穴を掘
削して、発生する掘削泥水を地上で回収し、該掘削泥水
に水硬化性材料を混練して改良土を形成し、前記杭穴内
に基礎構造体を挿入し、前記杭穴拡頭部に、前記改良土
を埋め戻して、前記杭穴拡頭部に改良地盤体を形成する
ことを特徴とした基礎杭の構築方法。
【請求項３】杭穴掘削時に発生する掘削泥水につい
て、振動振るい機等により泥塊を除去し、均一に攪拌さ
れたものに水硬化性材料を混練して、改良土を形成する
請求項１又は２記載の基礎杭の構築方法。
【請求項４】上端部に拡頭部形成用の拡大掘削練付機
構を有する掘削ロッドを使用して、該掘削ロッドの下端
が杭穴底部付近に至った状態で、前記掘削ロッドの前記
拡大掘削練付機構で、杭穴の底部付近の掘削と同時に杭
穴杭頭部を掘削して所定の杭穴拡頭部を形成すると共
に、該穴壁を均す杭穴拡頭部の形成方法。
【請求項５】掘削ロッドを正回転、逆回転させること
によって拡縮掘削可能な掘削ヘッドをその先端部に有す
る掘削ロッドを使用して、一の方法では、まず地上から
所定深度まで拡大掘削を行って杭穴拡頭部を形成しその
後所定の深度まで通常の杭穴掘削をし、また他の方法で
は、所定深度まで通常の杭穴掘削した後に掘削ロッドを
引上げながら杭穴の杭頭部を拡大掘削をして杭穴拡頭部
を形成する、いずれか一方又は両方の方法により杭穴拡
頭部を形成する杭穴拡頭部の形成方法。
【請求項６】掘削ロッドの上端部で、掘削ロッドの下
端が杭穴底に至った状態で所定の杭穴拡頭部を形成する
位置に、杭穴拡頭部径に応じて該杭穴拡頭部を掘削して
かつ杭穴拡頭部の穴壁を練り付けできる拡大掘削練付機
構を取りつけた掘削ロッド。