JP2002194739A - コンクリート杭の沈設方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】、杭の沈設を容易にすると共に、掘削に伴う排
土の量を極力削減し、排土処理費用の高騰を防止する。 【解決手段】 注入孔を内蔵したコンクリート杭を用
い、下端に円弧状フリクションカッタと掘削羽根を取付
けておき、先ず、オーガドリル５０を用いて、杭の埋設
深度まで地中を掘進し、オーガ５０を逆転して掘削土を
地上に排出しないようにオーガドリル５０を引上げる。
このオーガ掘進跡にコンクリート杭を圧力水及び圧縮空
気を注入しながら回転沈下させ、杭下端が支持層に到達
後、注入孔からセメントミルクを加圧注入し、杭先端と
支持層地盤とを一体化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直径３００〜１０
００ｍｍ程度のコンクリート杭の沈設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート基礎杭を地中に沈設する場
合、杭の中空孔内にスパイラルオーガを挿入し、杭下端
部の地層をスパイラルオーガで掘削し、排土しながら杭
を沈下させることが、従来、通常行われている技術であ
る。

【０００３】この場合、スパイラルオーガで、杭の中空
孔内の掘削土をすべて排出し、排出後に杭の中空孔を通
ってセメントミルクを杭底に供給し、支持層と杭下端と
を一体化する。このような杭の沈設方法では、スパイラ
ルオーガによって掘削する置換工法で、土砂も地上に排
出処理する必要がある。近年このような土木工事におけ
る排出土等の廃棄処理場が枯渇し、排土の排出処理が問
題となり、処理費用も高騰しつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決した杭の沈設方法を開発したものであって、杭の
沈設を容易にすると共に、掘削に伴う排土の量を極力削
減し、排土処理費用の高騰を防止することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたもので、次の技術手段を講じた
ことを特徴とする杭の沈設方法である。すなわち、本発
明は、杭軸方向に貫通する注入孔をコンクリート内に備
えたコンクリート杭を準備し、その下端に掘削用羽根を
取付けておき、沈設すべきコンクリート杭の外径と一致
する径のオーガドリルを用いて、杭の埋設深度まで地中
を掘進し、オーガを逆転して掘削土を地上に排出しない
ようにオーガドリルを引上げ、前記注入孔から圧力水及
び圧縮空気、又は泥水及び圧縮空気を注入しながら前記
コンクリート杭をオーガ掘進跡に回転沈下させることを
特徴とする杭の沈設方法である。

【０００６】本発明は、コンクリート杭としてコンクリ
ート内を杭軸方向に貫通する注入孔を備えた杭を用い
る。このような杭としては、本出願人が別に提案してい
る、注入管をコンクリート中に形成したコンクリート杭
を用いることができる。また、縦緊張材として中空ＰＣ
鋼棒を備えた杭を用い、その中空ＰＣ鋼棒の中空孔を注
入孔として利用することとしてもよい。コンクリート杭
の下端には掘削用羽根を取り付けておく。このような杭
では注入孔の上端に流体供給管を連結し、注入孔を通っ
て杭の下端に、圧縮空気、圧力水、泥水又はセメントミ
ルクを供給することができる。

【０００７】本発明では、まずオーガドリルを用いて地
中を掘進する。このオーガドリル掘進跡は杭の沈設作業
を容易にするもので、オーガドリルを用いて攪拌部を形
成し、オーガを逆転して引上げるので排土は生じない。
なお、オーガ掘進時に、ベントナイトを１０％程度混入
した水を少し供給して、掘進跡を水分を含む安定した攪
拌部としておくと一層好ましい。

【０００８】次に、杭の頭部に杭に回転力を与えるキャ
ップを取付け、流体供給管から圧縮空気及び圧力水を供
給して杭下端から噴射しつつ、杭に回転力を付与して杭
を地中に沈下させる。この沈下工程はオーガドリルで掘
進跡を沈下させるので、容易に施工することができる。
さらに、このとき注入管から圧力水及び圧縮空気、又は
泥水及び圧縮空気を供給する。この圧力水は、杭下端の
地層を柔弱化し、杭を回転させたとき、掘削羽根が杭の
コンクリート肉厚壁部分に相当する地層を攪拌し、杭の
沈下を容易にする。

【０００９】杭の沈下によって排除される土砂は、泥土
状となって杭の中空孔に浸入し上昇してくるが、大部分
は杭の中空孔内に圧密される。また、泥土の一部は杭の
外周面と地層との間に浸入し、滑材の作用をなすので杭
の沈下が容易になる。杭の沈下によって排除される土砂
の大部分は杭の中空孔内に留まり、その一部のみが杭の
上端から溢出する。従って、本発明では、排土の量が著
しく減少し、排土処理費用が激減する。

【００１０】本発明では、前記杭下端が支持層に到達
後、前記注入孔からセメントミルクを加圧注入しながら
杭を回転沈下させ、杭先端と支持層地盤とを一体化させ
る杭の沈設方法を採用するとよい。すなわち、杭下端が
支持層に到達後、前記注入孔内を通ってセメントミルク
を加圧注入しながら杭をさらに回転沈下させ、支持層地
盤と杭先端とを一体化する。このとき、掘削用羽根はコ
ンクリート杭の外径より半径方向外側に突出した部分を
備えたものとしておくと杭外周面４もセメントミルクが
回り込み易くなり杭周面摩擦力度の向上に一層好適であ
り、杭下端近傍の杭の中空孔内も外周もセメントミルク
と支持層地盤の砂利や砂と混合された混合物で充填され
る。

【００１１】また、本発明は前記掘削用羽根に加え、杭
下端外周に沿う複数の円弧状フリクションカッタを取付
けると好ましい。このように円環を数枚に分割した円弧
状のリクションカッタを杭下端外周に沿って取付けてお
くことによって、杭を回転させた場合、フリクションカ
ッタが鏝の作用をなし、削壁の自立性を高め、杭周面の
摩擦力を低減させ、杭の沈設を容易化させる。

【００１２】本発明方法の実施に当り本出願人が特願２
０００−２９１３８９号出願で提案している治具を用い
るとよい。この治具は杭上端に被せる短円筒状キャップ
であって、杭頭部と回転阻止キーを介して回転力付与自
在に結合する結合部を備え、上面中心部にスポークを介
して固定した回転力伝達手段を備えている。この回転力
伝達手段は軸心に流体供給管を挿通する上下貫通孔を備
えている。この治具を杭の上端に取付け、杭打ち装置を
用いて本発明方法を容易に実施することができる。

【００１３】また本発明方法は、複数の杭を上下に連結
して沈下させる場合にも適用することができることはも
ちろんである。この場合、上下杭の連結部の上下注入孔
を連通するニップルを用いる。このニップルは中空体
で、下杭の端板及び注入孔のねじ孔に螺合し、上杭の端
板及び注入孔のねじ孔に遊挿するニップルであって、上
下注入孔を連結して流体を流通させると共に、ニップル
が上下杭の回転力伝達強度を有し、シヤキーを兼ねるニ
ップルとする。このようなニップルを上下杭接合部に取
り付けることによって上下杭を連結し、注入孔を通って
流体を供給しながら杭を回転させ、沈設することを容易
に実現することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ｅ）
〜（ｈ）は本発明の実施例の杭の沈設工程を示す工程図
である。

【００１５】（ａ）杭を沈設する位置の地盤上にオーガ
ドリル５０をセットする。

【００１６】（ｂ）オーガドリル５０で地盤１００を掘
進する。このとき必要に応じて圧縮空気及び圧力水を注
入する。水はベントナイトを１０％程度混入したものを
用いると掘進攪拌された崩落しやすい地層も安定するの
で好ましい。

【００１７】（ｃ）支持層１１０に達するまで掘進を行
う。ここが杭底部１１１となる。

【００１８】（ｄ）オーガ５０を逆転して掘削土を排出
しないようにしてオーガ５０を引き上げる。かくして排
土することなく攪拌した地層からなるオーガ掘進跡１０
１を形成することができる。

【００１９】（ｅ）プレストレストコンクリート杭１０
は注入孔１１をコンクリート中に内蔵し、杭下端には掘
削羽根３０を取付けている。なお、掘削羽根３０に加え
て図３に示すような複数の円弧状板から成るフリクショ
ンカッタ３１を杭下端外周に取付けると一層よい。図３
（ａ）は杭下端部の斜視図、図３（ｂ）は杭下端部の断
面図で、掘削羽根３０及びフリクションカッタ３１の取
付けを示している。杭１０の頂部に治具２０を取付け、
杭の上端に圧縮空気供給管及び液体供給管を連結する
（図示省略）。空気管及び液体供給管は隣接する注入孔
に交互に供給するように配設すると好ましい。図示しな
い杭打ち装置は、圧縮空気発生装置、高圧水供給装置、
セメントミルク供給装置、排土装置を備えている。

【００２０】（ｆ）上記供給管から圧縮空気及び圧力水
を供給し、これを杭１０下端から噴射４０しながら杭１
０に回転力を付与して杭を地中に沈下させる。圧縮空気
の圧力は０．７ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ²）以上、圧力
水の圧力は１ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）以上とする
とよい。掘削羽根３０は杭１０の回転によって地盤１０
０を攪拌混合すると共に、杭先端の地盤を掘削し杭１０
の地中への貫入を容易にする。また、円弧状フリクショ
ンカッタ３１は杭を回転することにより鏝の仕上げ効果
により孔壁面を自立安定させる役目をする。杭１０の回
転の際の捩りモーメントは、杭１０の抵抗モーメントを
越えないように管理する。掘削羽根３０と噴射４０との
相互作用により泥状化した掘削土は、杭１０の中空孔内
及び杭の外面と地盤との隙間を上昇する。従って杭の沈
下を容易に行うことができる。泥状化した排出土は大部
分が杭の中空孔内に留まり、余剰の分のみ杭の頭部から
溢出して排出する。従ってスパイラルオーガを杭の中空
孔に挿入して杭の中空孔の全断面を掘削して排土をすべ
て杭外に排出する従来の中堀工法や、掘削により土砂の
置換をして杭を挿入するプレボーリング工法の技術と比
較して、排土量は著しく減少する。また杭１０の外面を
上昇する泥状化した排土や圧縮空気は、杭１０と地盤１
００との摩擦を低減し、杭１０の沈下が容易となる。な
お、杭１０を長手方向に連結する必要があるときは、上
下杭の連結部に注入孔を連通すると共に上下杭の回転力
伝達強度を有するニップルを上下杭の連結部の注入孔に
取り付けて連結する。

【００２１】（ｇ）杭１０の下端が支持層１１０に到達
したら、圧縮空気と圧力水の供給を止め、前記注入管を
通って根固め液としてセメントミルクを注入しながら杭
を回転沈設させ、杭底部１１１を形成する。セメントミ
ルクの濃度は水セメント比で概ね６０％程度が好適であ
る。このときセメントミルクは杭下端の支持層を固化さ
せると共に、杭の外周面及び内径中空孔内にも上昇して
地盤と杭１０との一体化に寄与する。

【００２２】（ｈ）支持層１１０地盤と杭１０の先端及
び杭周面に一体化したセメントミルク硬化体１１２が形
成される。杭上端の治具２０を取り外し、杭施工を完了
する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の杭の沈設方法は以上のように構
成されているので、杭の沈設前にオーガドリルで、排土
することなく掘進跡を地中に形成し、従来に比し、掘削
排土量を著しく削減することができる。また杭の沈下が
容易であり、地盤にゆるみがなく、注入されるセメント
ミルクによって支持層地盤が一体に固着され、安定的な
支持力を発生させる。また圧力水噴射と杭の回転によっ
て、杭の外周面と地盤との間に隙間が生じやすく、杭の
沈下抵抗が小さくなる。この隙間はセメントミルクを注
入したときセメントミルクが浸入し、杭周面の摩擦力を
増大し、杭の支持力に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の杭の沈設工程を示す工程図である。

【図２】実施例の杭の沈設工程を示す工程図である。

【図３】実施例の杭下端の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図
である。

【符号の説明】

１０ （コンクリート）杭 １１ 注入孔 ２０ 治具 ３０ 掘削羽根 ３１ フリクションカッタ ４０ 噴射 １００ 地盤 １０１ オーガ掘進跡 １１０ 支持層 １１１ 杭底部 １１２ 硬化体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭軸方向に貫通する注入孔をコンクリー
   ト内に備えたコンクリート杭を準備し、その下端に掘削
   用羽根を取付けておき、沈設すべきコンクリート杭の外
   径と一致する径のオーガドリルを用いて、杭の埋設深度
   まで地中を掘進し、オーガを逆転して掘削土を地上に排
   出しないようにオーガドリルを引上げ、前記注入孔から
   圧力水及び圧縮空気、又は泥水及び圧縮空気を注入しな
   がら前記コンクリート杭をオーガ掘進跡に回転沈下させ
   ることを特徴とする杭の沈設方法。
2. 【請求項２】 前記杭下端が支持層に到達後、前記注入
   孔からセメントミルクを加圧注入しながら杭を回転沈下
   させ、杭先端付近の支持層及び杭周面の地盤を一体化さ
   せることを特徴とする請求項１記載の杭の沈設方法。
3. 【請求項３】 前記掘削用羽根はコンクリート杭の外径
   より半径方向外側及び内径より内側に突出した部分を備
   えたことを特徴とする請求項１又は２記載の杭の沈設方
   法。
4. 【請求項４】 前記掘削用羽根に加え、杭下端外周に沿
   う複数の円弧状フリクションカッタを取付けたことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の杭の沈設方
   法。