JP2002348864A - 杭先端部の補強構造及び杭の施工方法 - Google Patents
杭先端部の補強構造及び杭の施工方法Info
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Abstract
造及び杭の施工方法を提供する。 (1)杭先端部又はその近傍に設けた翼により大きな先
端支持力を得ること。 (2)翼の変形を少なくすると共に杭体に作用する曲げ
モーメントの影響が少なく、杭体及び翼の板厚を薄くで
きること。 (3)オーガーを併用して施工する場合、オーガーの挿
入及び回収が容易であること。 【解決手段】 杭体2の先端部又はその近傍に翼5を有
する杭において、杭体2と翼5の間に補強部材10を取
付けた。また、この補強部材10を複数のリブ状の部
材、あるいはテーパー管によって構成した。
Description
施工方法によって埋設される杭などの先端部の補強構造
及び杭の施工方法に関するものである。
地上に設置した施工機械を用いて回転力を与えることに
より、翼状板の木ねじ作用により地中に埋設するねじ込
み杭は、従来から種々提案されており、低振動、低騒
音、無排土で施工できると共に、埋設後は翼状板の面積
を利用して大きな先端支持力が得られるため土木、建築
の分野で実用化されている。以下、本発明に関連すると
思われる従来技術について説明する。
鋼管杭の埋設工法は、鋼管製の杭本体の下端に底板を固
設し、該底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部
外周面に杭本体の外径のほぼ2倍強の外径を有する翼幅
の大きな杭ネジ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり
突設した鋼管杭を、軟弱地盤にネジ込むように回転させ
ながら地中に押圧し、下端の掘削刃によって杭本体先端
の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺旋
翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転推
進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出し圧縮し、
無排土で地中に杭体をネジ込んでゆくようにしたもので
ある(従来技術1)。
されたねじ込み式鋼管杭は、先端部を円周方向に複数に
分割し、この分割された個々の部分に同方向に向ってそ
れぞれレ字状の取付部が形成された鋼管と、直径が鋼管
の直径より大きい円形鋼板又は楕円形鋼板を複数に分割
したほぼ半円状又は扇形状の鋼製板とを有し、この鋼製
板を鋼管の先端開口部を覆うようにして鋼管の先端部に
設けたレ字状の取付部にそれぞれ取付けて、鋼製板に鋼
管杭を地中に推進させるねじ込み機能と、鋼管の下部開
口部を閉塞する底板としての機能との両機能を持たせた
ので、鋼管杭を強固な地盤まで容易にねじ込んで埋設す
ることができ、また、大きな支持力を得ることができる
ようにしたものである(従来技術2)。
管杭は、施工機械で杭頭部にトルクを与えることにより
地盤中にねじ込まれ、埋設される。このような螺旋翼を
有する鋼管杭は、杭体か螺旋翼の張り出しが大きくなる
と、施工時に大きな抵抗が作用し、大きなトルクが必要
になる。また、供用時には螺旋翼に作用する地盤反力に
より大きな曲げモーメントが杭体に作用する。このた
め、杭体は、施工時には大きなトルクに耐えられる肉厚
又は強度の大きなものが必要であり、供用時には杭体の
肉厚又は強度を大きなものにするか、あるいは螺旋翼の
板厚を相当厚いものにする必要があり、不経済である。
もので、以下の課題を解決した杭先端部の補強構造及び
杭の施工方法を提供することを目的としたものである。 (1)杭先端部又はその近傍に設けた翼により大きな先
端支持力を得ること。 (2)翼の変形を少なくすると共に杭体に作用する曲げ
モーメントの影響が少なく、杭体及び翼の板厚を薄くで
きること。 (3)オーガーを併用して施工する場合、オーガーの挿
入及び回収が容易であること。
端部の補強構造は、杭体の先端部又はその近傍に翼を有
する杭において、前記杭体と翼との間に補強部材を取付
けたものである。
ブ状の部材によって構成した。 (3)また、上記(1)の補強部材を、截頭円錐状のテ
ーパー管によって構成した。 (4)上記(3)の補強部材を、杭体より板厚又は強度
の大きい材料で構成した。 (5)上記(1)〜(4)のいずれかの杭を、翼の作用
によって杭体を地中に貫入するねじ込み杭によって構成
した。
(5)のねじ込み杭内にオーガーを挿入してそのオーガ
ーヘッドを杭先端部から突出させ、該オーガーと翼の作
用によりねじ込み杭を地中に貫入するようにしたもので
ある。 (7)また、上記(6)のオーガーの軸方向に貫通穴を
設けると共にオーガーヘッドに噴出口を設け、前記貫通
穴から硬化性流動物を圧送して前記噴出口から噴出させ
るようにした。
実施の形態1に係る杭先端部の補強構造の斜視図、図2
は図1の模式的縦断面図である。なお、本実施の形態
は、本発明に係る杭先端部の補強構造をねじ込み杭に実
施した場合が示してある。両図において、1はねじ込み
杭、2は鋼管からなる杭体で、先端部が螺旋状に切除さ
れて取付部3が形成されており、この取付部3には翼5
が溶接により接合されている。
口部6を有し、外径が杭体2の外径の1.5〜3倍程度
のドーナツ状の鋼板を、半径方向の1か所を切断して螺
旋状に曲げ加工したものである。勿論プレス加工により
形成してもよい。そして、開口部6を杭体2の内径に整
合させて取付部3に溶接により接合することにより、杭
体2の先端部に螺旋状の翼5が構成される。
間に溶接により接合された例えば角形鋼材からなる複数
のリブ状の補強部材である。この補強部材10は、図の
ように翼5を1枚の螺旋状鋼板により構成した場合は、
少なくともほぼ90°間隔で4か所に設けることが望ま
しい。なお、補強部材10の取付角度は特に規定しない
が、5°〜45°程度が望ましい。
で、本例においては、補強部材10を角形鋼材に代え
て、台形状(又は三角形状)の鋼板によって構成したも
のである。なお、補強部材10は、図1に示すように、
翼5の外周端部と杭体2との間に設けてもよく、あるい
は図3に示すように、翼5の半径方向の途中と杭体2と
の間に設けてもよい。これは、翼5に作用する地盤反力
は台形的に分布しているものと推定されるため、翼5の
外周側には大きな地盤反力が作用せず、翼5の付け根近
傍になるほど地盤反力が大きくなるためである。
ねじ込み杭1は、その杭頭部又は杭体2の上部胴部を施
工機械に設けたモータに装着し、このモータによりねじ
込み杭を回転させることにより、翼5の木ねじ作用によ
り無排土、低振動、低騒音で地中に貫入される。このと
き、翼5の下方にある土砂は翼5により掘削軟化され、
翼5のすき間7を通過して杭体2の外周に移動して圧縮
され、また、翼5の中央開口部6から杭体2内にも取り
込まれる。杭体2の外周に移動した土砂は、施工中は翼
5により軟化されるため摩擦抵抗が少なく、ねじ込み杭
1をスムーズに貫入することができる。そして、時間の
経過と共に地盤強度が回復し、基礎杭として供用時には
大きな周面摩擦力が発揮され、また、翼5により大きな
支持力を得ることができる。
中心部に開口部6が設けられているので、施工時に杭体
2内に土砂が侵入する。施工中に翼5が硬い支持層に到
達したときは、先端部は閉塞状態となって貫入される
が、杭体2の径が大きくなったり(したがって、翼5の
開口部6が大きい)、軟かい地盤の場合には先端閉塞効
果が得られないおそれがある。このような場合には、先
端閉塞効果を促すために、杭体2内に板や突起物を設け
てもよい。
に切除して取付部3を形成し、この取付部に1枚の螺旋
状の翼5を溶接により接合した場合を示したが、螺旋状
の翼5を複数に分割して取付部3に接合してもよい。こ
の場合は、分割した翼ごとにそれぞれ少なくとも2か所
に補強部材10を設けることが望ましい。また、螺旋状
の翼5に代えて、円形鋼板、楕円形鋼板、四角形鋼板又
はドーナツ状の鋼板等を複数に分割した平板状の翼を抗
体2の先端部に接合するなど、地中への推進力が得られ
るものであれば、どのような形状又は構造の翼であって
もよい。さらに、翼5を杭体2の先端部に設けた場合を
示したが、先端部近傍において杭体2の外周に設けても
よい(これらは以下の実施の形態においても同様であ
る)。
の翼5を用いた場合を示したが、杭体2の先端開口部を
閉塞する閉塞型の翼を用いてもよく、あるいは他の部材
で先端開口部を閉塞してもよい。さらに、翼又は他の部
材で杭体2の先端開口部を部分的に閉塞し、杭体2内へ
の土砂の侵入を調整するようにしてもよい。また、翼に
貫入性を向上させるための掘削補助刃を設けてもよい。
さらに、翼5を杭体2の先端部に設けた場合を示した
が、先端部近傍において杭体2の外周に設けてもよい。
また、角形鋼材、台形状又は三角形状の鋼板によって補
強部材10を構成した場合を示したが、補強部材10の
形状はこれに限定するものではなく、棒材、丸棒、四角
形その他の鋼板など、任意形状のものを用いることがで
きる。
間に複数の補強部材10を設けたので、施工時に翼5に
大きな抵抗が作用しても翼5の変形を防止することがで
き、また、供用時に大きな先端支持力を発揮すると共
に、地盤反力により杭体2に作用する曲げモーメントの
影響を小さくすることができる。このため、杭体2及び
翼5の板厚を薄くすることができるので、コストを低減
することができる。
態2に係る杭先端部の補強構造の斜視図、図5は図4の
模式的縦断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分
にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の
形態は、実施の形態1のリブ状の補強部材10に代え
て、テーパー管により補強部材を構成したものである。
なお、本実施の形態は、ドーナツ状の鋼板を2分割した
平板状の鋼板により翼5を構成した場合を示してある。
ほぼ等しく、下端部の外径が翼5の外径より小径でかつ
螺旋状に切除した截頭円錐状のテーパー管によって補強
部材11を構成し、これを杭体2の下部外周に嵌合して
下端部を翼5の杭体2からの張出し部の途中に溶接によ
り接合し、上端部を抗体2の外周に溶接により接合した
ものである。この場合、補強部材11の下端部は、翼5
の変形を押えるために、翼5の木ねじ作用による推進に
支障を来さない範囲で、翼5の張出し部の中央付近から
外周端部との間に接合することが望ましい。なお、杭体
2に対する補強部材11のテーパー部の角度θは、基本
的には何度でもよいが、例えば、5°〜20程度であれ
ば、補強部材11の板厚を杭体2の板厚とほぼ等しくす
ることができる。この角度θが大きい場合は補強部材1
1の板厚を厚くした方がよい。
場合と同様に、杭体2の先端開口部を翼又は他の部材で
閉塞し、又は部分的に閉塞してもよく、また、翼に掘削
補助刃を設けてもよい。さらに、翼5を補強部材11の
先端部近傍においてその外周に設けてもよい。また、翼
5から補強部材11に伝達される曲げモーメントにより
補強部材11、さらには杭体2に大きな曲げ応力が発生
するのを防止するために、補強部材11を杭体2より板
厚又は強度の大きい材料で構成してもよい。これによ
り、補強部材11及び杭体2に大きな曲げ応力が発生す
ることがなく、杭体2の全長の板厚及び翼の板厚をさら
に薄くすることができて経済的である。
の場合とほぼ同様である。また、本実施の形態において
も実施の形態1の場合とほぼ同様の効果を得ることがで
きるが、杭体2の下部と翼5の張出し部の中途において
全周に亘ってテーパー管からなる補強部材11を設けた
ので、施工時における翼5変形防止効果、供用時におけ
る先端支持力及び杭体2に作用する曲げモーメントの低
減効果をさらに向上することができる。さらに、翼5の
補強部材11からの張出し長が短かいので、施工時にお
ける地盤の抵抗を小さくすることができ、このため、小
さいトルクで地中に貫入することができる。
態3に係る杭先端部の補強構造の模式的縦断面図であ
る。なお、実施の形態2と同じ部分にはこれと同じ符号
を付し、説明を省略する。本実施の形態は、実施の形態
2のテーパー管からなる補強部材11の下端部外径を翼
5の外径とほぼ等しく形成し、この補強部材11の下端
部を翼5の外周端部に溶接により接合すると共に、上端
部を杭体2の外周に溶接により接合したものである。
機能は期待できないため、中掘工法により地中に建込み
を行うことになる。しかし、供用時においては、実施の
形態2の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
外径500mm、板厚12mmの鋼管からなる杭体2の
先端部を螺旋状に切除し、この先端部に、外径1000
mm、内径476mm、板厚30mmのドーナツ状の鋼
板の一か所を半径方向に切断し、螺旋状に曲げ加工した
翼5を溶接により接合し、杭体2の外周と翼5の外周端
部との間に、板厚16mmで三角形状の補強部材10を
ほぼ90°間隔で4か所に溶接により接合した。
的軟らかい砂層で、それ以深はN値50以上の砂礫層で
あった。このような地盤に、施工機械により上記のねじ
込み杭1に回転力を与えて貫入したところ、通常のねじ
込み杭と変らない効率で施工することができ、貫入後反
対方向に回転して引き抜いて点検したところ、翼5の変
形その他異常は全くみられなかった。
態4に係る先端部補強構造を施したねじ込み杭の施工方
法の説明図である。なお、実施の形態1と同じ部分には
これと同じ符号を付し、説明を省略する。図において、
1は先端開口部が開口された開放型のねじ込み杭、15
はねじ込み杭1内に挿入されたオーガーで、16はオー
ガーヘッド、17はスパイラル羽根である。20は地上
に設置した施工機械(図示せず)に設けられたモータ
で、互いに反対方向に回転する2個の回転軸(外軸21
と内軸22)を備えている。
の施工方法について説明する。先ず、ねじ込み杭1内
に、ねじ込み杭1より若干長いオーガー15を挿入し、
オーガーヘッド16を杭先端部から下方に突出させる。
そして、ねじ込み杭1の杭頭部をモータ20の外軸21
に連結し、オーガー15の頭部を内軸22に連結する。
なお、オーガーヘッド16は、その外径が杭体2の内径
より若干小さいもの、又は翼5の中央開口部6から下方
に突出したのち拡径されるものが用いられる。この場合
においても、オーガーヘッド16の外径は、翼5の外径
より小さいことが望ましい。
み杭1を正方向に、オーガー15を逆方向に回転させ
る。これにより、オーガーヘッド16がねじ込み杭1に
先行して先端部近傍の地盤を掘削軟化し、ねじ込み杭1
は翼5の木ねじ作用により地中に貫入される。このと
き、ねじ込み杭1の先端部近傍の土砂は、翼5のすき間
7を通って杭体2の外周に移動し、一部の土砂は翼5の
開口部6からオーガー15のスパイラル羽根17により
杭体2内に取り込まれる。なお、オーガー15の回転方
向と逆の傾斜でスパイラル羽根17を取り付ければ、杭
体2内への土砂の侵入を防止することができる。そし
て、杭先端部が支持層に達したときは、ねじ込み杭1を
モータ20から外し、ねじ込み杭1を地中に残置した状
態でオーガー15を反対方向に回転させながらモータ2
0を上昇させれば、オーガー15はねじ込み杭1から引
き抜かれ、ねじ込み杭1は地中に埋設されて施工は終了
する。
る土砂の量は、翼5の中央の開口部6の大きさやオーガ
ーヘッド16の寸法、形状などによって異なるため、こ
れらを調整することにより土砂が杭体2から溢れないよ
うにする。この場合、杭体2内に取り込む土砂の量が多
いほどトルクは小さくなる。また、杭体2内に取り込む
土砂の量が少ないほど杭体2の周囲の密度が高くなり、
大きな周面摩擦力を発揮する。
盤への貫入にあたって、オーガーヘッド16により翼5
に先行して地盤を掘削軟化するために、ねじ込み杭1の
回転に必要なトルクは、オーガー15を使用しない場合
に比べて大幅に減少する。また、ねじ込み杭1とオーガ
ー15の回転方向が逆であるため、施工機械に作用する
モータ20からの反力も、両者のトルクの差による反力
になるため、大幅に減少する。また、翼5には杭体2の
内径とほぼ等しい径の開口部6が設けられているので、
オーガー20の挿入及び回収が容易である。なお、オー
ガー15は最初からねじ込み杭1内に挿入して施工して
もよく、例えば支持層の近傍に達したときなどある程度
ねじ込み杭1を貫入してから挿入するようにしてもよ
い。
態5に係る先端部補強構造を施したねじ込み杭の施工方
法の説明図である。なお、実施の形態4と同じ部分には
これと同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態
においては、オーガー15の中心部の軸方向に、後述の
セメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物を
先端部に圧送するための貫通穴18が設けられており、
また、オーガーヘッド16にはこの硬化性流動物を噴出
する噴出口19が設けられている。
この施工機械に設けた前述のモータである。30は例え
ばセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物
のプラント(以下、硬化材プラントという)で、オーガ
ー15に設けた貫通穴18とはホース31によりオーガ
ー15が回転自在に連結されている。
盤への貫入は実施の形態4の場合と同様に行われる。ね
じ込み杭1が適当な深さまで貫入されたときは、硬化材
プラント30を駆動し、ホース31を介してオーガー1
5の貫通穴18に硬化性流動物を圧送してオーガーヘッ
ド16に設けた噴出口19から噴出させ、オーガーヘッ
ド16及び翼5の回転によって掘削軟化された土砂と攪
拌させ、混合させる。このとき、ねじ込み杭1とオーガ
ー15の回転方向が反対のため、硬化性流動物と土砂は
よく攪拌されて均一性の高い混合物となる。
オーガーヘッド16により支持層を十分攪拌して土砂と
硬化性流動物とをよく混合したのち、ねじ込み杭1とオ
ーガー15の回転を停止する。そして、ねじ込み杭1を
モータ20から外し、ねじ込み杭1を地中に残置した状
態でオーガー15を反対方向に回転させながらモータ2
0を上昇させれば、オーガー15はねじ込み杭1から引
き抜かれ、ねじ込み杭は地盤中に埋設されて施工は終了
する。
端部から噴出される硬化性流動物と土砂が攪拌混合さ
れ、乱された地盤が固化されるため大きな先端支持力を
発揮することができる。なお、硬化性流動物の噴出区間
は、設計上必要なねじ込み杭1の周面摩擦に応じて決定
されるもので、杭頭部から杭先端部までの全区間でもよ
いし、杭先端部の近傍だけでもよい。
体の先端部又はその近傍に翼を有する杭において、杭体
と翼との間に補強部材を取付け、また、この補強部材
を、複数のリブ状の部材、あるいは截頭円錐状のテーパ
ー管によって構成し、また、このテーパー管を杭体より
板厚若しくは強度の大きい材料で構成したので、供用時
に翼の変形を防止することができ、また大きな先端支持
力を発揮すると共に、地盤反力により杭体に作用する曲
げモーメントの影響を小さくすることができる。このた
め、杭体及び翼の板厚を薄くできるので、コストを低減
することができる。
体を地中に貫入するねじ込み杭に実施したので、上記の
効果に加えて、施工時に地盤の抵抗による翼の変形を防
止することができる。
込み杭内にオーガーを挿入し、オーガーと翼の作用によ
りねじ込み杭を地中に貫入するようにしたので、貫入の
ための施工機械のトルク及び施工機械に対するモータか
らの反力を低減することができる。
軟化した土砂中に硬化性流動物を噴出して土砂と攪拌混
合するようにしたので、上記の効果が得られると共に、
乱された地盤が固化されてさらに大きな先端支持力を発
揮することができる。
る。
る。
る。
図である。
明図である。
明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 杭体の先端部又はその近傍に翼を有する
杭において、前記杭体と翼との間に補強部材を取付けた
ことを特徴とする杭先端部の補強構造。 - 【請求項2】 補強部材を、複数のリブ状の部材によっ
て構成したことを特徴とする請求項1記載の杭先端部の
補強構造。 - 【請求項3】 補強部材を、截頭円錐状のテーパー管に
よって構成したことを特徴とする請求項1記載の杭先端
部の補強構造。 - 【請求項4】 補強部材を、杭体より板厚又は強度の大
きい材料で構成したことを特徴とする請求項3記載の杭
先端部の補強構造。 - 【請求項5】 杭が翼の作用により杭体を地中に貫入す
るねじ込み杭であることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の杭先端部の補強構造。 - 【請求項6】 請求項4のねじ込み杭内にオーガーを挿
入してそのオーガーヘッドを杭先端部から突出させ、該
オーガーと前記翼の作用によりねじ込み杭を地中に貫入
することを特徴とする杭の施工方法。 - 【請求項7】 オーガーの軸方向に貫通穴を設けると共
にオーガーヘッドに噴出口を設け、前記貫通穴から硬化
性流動物を圧送して前記噴出口から噴出させることを特
徴とする請求項6記載の杭の施工方法。
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