JP2004244915A - 先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭 - Google Patents
先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】試験準備に時間と手間がかからず、施工費も低減され、騒音・振動もほとんど発生することがなく、且つ支持地盤に起伏がある施工現場や予期せぬ土層の違いにも対応して確実な施工を行うことができるようにした先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及びそれに好適に用いられる先端チップ付き回転圧入杭を提供する。
【解決手段】回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから各深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、この算定された施工時摩擦力が設計摩擦力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから各深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、この算定された施工時摩擦力が設計摩擦力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に中低層住宅等の建築物あるいは小規模構造物等の基礎の施工を行う際に用いられる先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及びそれに用いられる先端チップ付き回転圧入杭に関する。
【０００２】
【関連技術】
近年、既製杭の打撃工法は、騒音・振動の問題から都市部での適応が困難となっており、また埋め込み工法や中掘り圧入工法は掘削土の排出などの点で問題があるため、無排土、低騒音かつ低振動の回転圧入工法が採用される場合が増加している。
【０００３】
従来の鋼管杭の施工方法における杭先端地盤の支持力確認方法としては、動的貫入試験方法を用いたものが知られている。この動的貫入試験は、所定深度に到達した鋼管杭に対し所定重量のハンマを所定高さから落下させることにより、該鋼管杭の貫入量及びリバウンド量を測定して杭の先端地盤の極限支持力を杭打ち公式より推定するものである。そして、このようにして得られた杭先端地盤の極限支持力と設計支持力とを比較検討することにより、該設計支持力を超える極限支持力が算定された場合には、支持地盤への杭の貫入が完了していることを確認し施工するという施工方法であった。
【０００４】
また、最近では、回転トルク値と地盤の標準貫入試験のＮ値との関係から支持地盤に到達していることを確認する施工方法が提案されており、これは、実測の回転抵抗トルク値が、支持地盤の標準貫入試験のＮ値から導かれる回転抵抗トルク値以上になることを確認して、支持地盤に到達していることを確認するというものである（特開平１１−３０３０７０号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した動的貫入試験により支持力を確認し施工を行う施工方法では、動的貫入試験による支持力の管理をすべての杭について行うとすると、試験準備に時間と手間がかかり、トータルの施工費も高くなり騒音、振動も発生することから大変不都合を生じていた。また、設計支持力よりも低い支持力の結果が得られた場合には増し杭を打つなどの基礎の設計変更などを行う必要があった。
【０００６】
上述した回転トルク値と地盤の標準貫入試験のＮ値との関係より支持地盤に到達していることを確認する施工方法では、施工現場での支持力を直接確認するものでないため、支持地盤に起伏がある施工現場においてはその精度が区々になったりするなどの問題があった。
【０００７】
また、小規模建築物の基礎として用いられる小口径の鋼管杭などでは、杭の支持力の分担割合は杭先端支持力よりも杭周面摩擦力の方が大きくなるケースも多数存在するが、このような状況においては、杭先端支持力の強度確認はさることながら、杭周面摩擦力の強度確認も非常に重要になり、この杭周面摩擦力の強度確認の管理が十分にできなければ確実な施工もできない結果となる。上記した施工方法では、回転圧入される杭の摩擦力の確認は行うことができなかったため、実際の支持機構と乖離していることになり、常に支持力を小さく見積もるという問題があった。
【０００８】
さらに、鋼管杭を回転圧入する際の回転圧入速度により、せん断される土層のせん断面積が変化するため、従来の鋼管杭を用いると、回転圧入速度が極めて悪くなる瓦礫などが混じる埋土地盤などでは、施工結果が異なってしまうおそれがあるなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、試験準備に時間と手間がかからず、施工費も低減され、騒音・振動もほとんど発生することがなく、且つ支持地盤に起伏がある施工現場や予期せぬ土層の違いにも対応して確実な施工を行うことができるようにした先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及びそれに好適に用いられる先端チップ付き回転圧入杭を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第１の態様は、回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから各深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、この算定された施工時摩擦力が設計摩擦力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
ここでいう施工時摩擦力とは、施工時に算定される杭の摩擦力のことを指す。
【００１２】
本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第２の態様は、回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、所定深度まで該回転圧入杭を回転圧入した時に所定の圧入圧を加え、この加えられた圧入圧と前記施工時摩擦力との和を求めて施工時支持力を算定して表示させ、この算定された施工時支持力が設計支持力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
ここでいう施工時支持力とは、施工時に算定される杭の支持力のことを指す。前記した所定の圧入圧としては、例えば回転圧入機の圧入圧の最大値を回転圧入杭に加えるようにすればよい。
【００１４】
また、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第１の態様及び第２の態様における施工時摩擦力は下記式（１）によって算定されるのが特に好適である。
【００１５】
【数３】
（上記式（１）中、ＦＬ：施工時摩擦力、Ｌ：杭圧入深さ、ΔＬｉ：層区間長、φ：杭の周長、ｆｉ：下記式（１’）によって算定する摩擦抵抗
【００１６】
【数４】
上記式（１’）中、Ｔｉ，Ｔｉ−１：回転トルク値、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：杭に関するトルク定数、ｍ：チップの個数、ｈ：チップの長さ、ｉ，ｉ−１：土層の順番を表すサイフィックス）
【００１７】
一方、本発明の先端チップ付き回転圧入杭は、回転圧入杭本体と、該回転圧入杭本体の先端部外周面及び／又は内周面に設けられた一つ以上のチップと、からなる先端チップ付き回転圧入杭であって、該チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して傾けて設けられていることを特徴とする。
【００１８】
前記チップとしては、杭軸直角方向に対して１００度〜１３５度傾けて設けられているのが特に好ましい。
【００１９】
また、前記チップによりせん断される土層の回転面積が前記回転圧入杭の回転面積の半分以上となるのが好ましく、６０％〜８０％となるのが特に好ましい。
【００２０】
このせん断される土層の回転面積は、前記回転圧入杭本体に設けられるチップの個数及び傾きを調整することによって得ることができる。
【００２１】
例えば、瓦礫などが混じる埋土地盤などの場合には、回転圧入杭の回転圧入速度は遅くなることが想定されるが、この場合には、チップの傾きを小さく、チップの個数を多く設ければよい。一方、回転圧入杭の回転圧入速度が早いことが想定される地盤では、チップの傾きを大きくし、チップの個数を少なく設ければよいものである。
【００２２】
前記した回転圧入杭としては、一般的には鋼管杭が用いられるが、コンクリート杭などのその他硬質な材料の杭を用いることができることはいうまでもない。
【００２３】
また、前記したチップには一般的には小鉄片が用いられるが、その他の金属や材料であっても、硬質な材料であれば用いることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００２５】
図１は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を示す斜視正面図、図２は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の他の実施の形態を示す斜視正面図、図３は図１の要部拡大斜視側面図、図４は本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出するように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図、図５は本発明回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出しないように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図、図６は本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して１１０度傾けて設けられている例を示す斜視説明図、図７は図１の回転圧入杭に設けられたチップによりせん断される土層の回転面積を示す斜視概略説明図である。
【００２６】
図１から図６において、符号１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄは回転圧入杭を示す。該回転圧入杭１０ａ，１０ｂは杭軸部４８を有する回転圧入杭本体１２と回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に固着して設けられたチップ１４ａ，１４ｂとから構成されている。
【００２７】
回転圧入杭１０ｃ，１０ｄは回転圧入杭本体１２と回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に固着して設けられたチップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆとから構成されている。
【００２８】
これらの回転圧入杭としては、一般的には鋼管杭が用いられるが、コンクリート杭などを用いることができることは勿論である。図示例では、鋼管杭を用いてある。また、上記したチップとしては、小鉄片やその他の金属などの材料であっても、硬質な材料であれば用いることができるが、図示例では小鉄片を用いた。
【００２９】
図１によく示される如く、チップ１４ａ，１４ｂは回転圧入杭本体１２の外周面に設けてもよいし、図２によく示される如く内周面に設けてもよい。また、外周面及び内周面に設けることも可能である。
【００３０】
また、チップを設ける個数は一つ以上であればよいもので、回転圧入杭を施工する現場に応じて適宜設置個数を調整すればよいものである。図１〜図３では、チップを２つ設けた例を示したが、図４及び図５ではチップは６つ設けられている。このチップは、回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に設けられるのであればよく、図１〜図３に示すように、先端１５から突出するように設けてもよいし、図５に示すように、先端１５から突出しないように設けることもできる。
【００３１】
チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは、その刃が土層を直角にせん断するように回転圧入杭１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの杭軸直角方向に対して傾けて設けられている。図示の例では図６に示すようにチップ１４ａ，１４ｂが１１０度傾けて設けられている場合を示したが、傾けて設けられていればよいものであり、１００度〜１３５度傾けて設けられるのが特に好適である。
【００３２】
なお、チップ１４ａ，１４ｂのサイズに特別の限定はないが、例えば、幅２５ｍｍ〜３０ｍｍ ｘ 長さ５０ｍｍ ｘ 厚さ１０ｍｍ〜１５ｍｍのもの、幅３０ｍｍ〜３５ｍｍ ｘ 長さ７０ｍｍ ｘ 厚さ１５ｍｍ〜２５ｍｍのもの等を使用することが可能である。
【００３３】
例えば、瓦礫などが混じる埋土地盤などの場合には、回転圧入杭１０ａの回転圧入速度は遅くなることが想定されるが、この場合には、チップ１４ａ，１４ｂの傾きを小さく、チップの個数を多く設ければよい。一方、回転圧入杭１０ａの回転圧入速度が早いことが想定される地盤では、チップ１４ａ，１４ｂの傾きを大きくし、チップの個数を少なく設ければよいものである。
【００３４】
このように地盤における回転圧入杭の圧入速度に応じてチップの個数及び傾きを調整したり、チップの長さを変更したりすることにより、チップによりせん断される土層の回転面積を変えることができる。このせん断される土層の回転面積は、回転圧入杭１０ａの回転面積の半分以上、すなわち５０％以上となるのが好適であり、特に６０％〜８０％となるように、チップ１４ａ，１４ｂの長さ、個数及び傾きを調整するのが好ましい。
【００３５】
回転圧入杭１０ａの回転面積に対してせん断される土層の回転面積の１例を図７に示す。図７において、符号４２は土層、４４は杭軸部外周によりせん断された土層部分であり、４６はチップ１４ａ，１４ｂによりせん断された土層部分、即ちチップ軌跡面である。図示の例では、チップ１４ａ，１４ｂによるチップ軌跡面４６の回転面積が、貫入された回転圧入杭１０ａの回転面積に対して７０％となっている。
【００３６】
このように、チップの個数及び傾きを調整したり、チップの長さを変更したりして、せん断される土層の回転面積を調整できるので、質の異なる様々な地盤であってもそれぞれの地盤に対応した施工を確実に行うことが可能となる。
【００３７】
次に、上記した回転圧入杭１０ａを用いて、本発明のチップ付き回転圧入杭の施工方法を図８〜図１６に基づいて説明する。
【００３８】
図８は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の一つの実施の形態を示す概略側面図、図９は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の他の一つの実施の形態を示す概略側面図、図１０は図８の要部拡大概略説明図、図１１は図１０の第１要部拡大概略説明図、図１２は図１０の第２要部拡大概略説明図である。
【００３９】
図１３は回転圧入杭の各層の摩擦抵抗並びに回転数の関係図、図１４は杭定着が行われるまでのステップを示すフローチャート、図１５は載荷試験による実際の摩擦力との相関図、図１６は載荷試験による実際の支持力との相関図、図１７は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる確認管理装置のブロック図である。
【００４０】
図８において符号１６ａは回転圧入杭１０ａを埋設するための杭回転圧入機を示す。杭回転圧入機１６ａは自走式杭回転圧入機本体１８ａと、リーダー２０ａ及び減速機付き駆動モーター（アースオーガー）２２ａを有しており、自走式杭回転圧入機本体１８ａには確認管理装置２５ａが具備されている。確認管理装置２５ａとしては、例えば、図１７に示す如く、入力部２７、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２９、記録部３１、表示部３３を有していればよい。
【００４１】
杭回転圧入機１６ａは、杭埋設時間、杭先端の貫入深度すなわち各層の深度、回転トルク値、回転数、圧入圧値を細かく（１秒単位時間まで検知）瞬時に計測することが可能とされている。また、杭回転圧入機１６ａとしては、図８に示すような自走式の杭回転圧入機でもよいし、図９に示すようなクローラ式の杭回転圧入機１６ｂでもよい。なお、図９において符号１８ｂ自走式杭回転圧入機本体、２０ｂはリーダー、２２ｂは減速機付き駆動モーター、２５ｂは確認管理装置をそれぞれ示す。
【００４２】
図１０及び図１１により詳細に示される如く、杭回転圧入機１６ａのリーダー２０ａに取り付けられている減速機付き駆動モーター２２ａは油圧により作動せしめられる。図１１に示すように、該駆動モーター２２ａに接続される油圧配管には圧力検出センサー２４，２６が取り付けられている。
【００４３】
該圧力検出センサー２４，２６は、作動油圧の入出力方向にそれぞれに設けられている。この圧力検出センサー２４，２６からの検出信号が処理されてＣＰＵ（中央演算処理装置）２９へと送られ、駆動モーター２２ａに負荷される油圧の大きさが演算され回転トルクとして杭回転圧入機１６ａの確認管理装置２５ａの表示部３３に表示される。
【００４４】
このようにして減速機付き駆動モーター２２ａによって回転圧入杭１０ａが回転圧入されると、回転抵抗が油圧の変化として圧力検出センサー２４，２６に印加され、この油圧の変化が入力側と出力側の圧力検出センサー２４，２６で検出され、この検出信号が処理されてＣＰＵ２９へと送られ、入力側と出力側の圧力変化の差圧を計測して、該計測した数値が演算される事で、その印加トルクの大きさが精度よく検出される。
【００４５】
次に、図１０のリーダー２０ａに内蔵されている油圧モーター２８により駆動力が発生され、該駆動力はスプロケット３０を介して駆動チェーン３２を駆動させ、連動している減速機付き駆動モーター２２ａによって回転圧入杭１０ａが貫入せしめられる。
【００４６】
図１２に示す駆動チェーン３２の基部にはチェーン取り付けブラケット３４、一対の単動シリンダー３６と圧力検出センサー３８が取り付けられている。前記単動シリンダー３６及び圧力検出センサー３８は駆動モーターブラケット４０に固定されている。
【００４７】
この圧力検出センサー３８からの検出信号が処理されてＣＰＵ２９に送られ回転圧入杭１０ａの回転圧入に負荷される油圧の大きさが演算され、圧入圧として杭回転圧入機１６ａの確認管理装置２５ａの表示部３３に表示される。このように、油圧モーター２８によって回転圧入杭１０ａが貫入されるときの貫入抵抗が発生すると、チェーン取り付けブラケット３４が駆動チェーン３２の張力により引き下げられ、一対の単動シリンダー３６が収縮する事により油圧の変化として圧力検出センサー３８に印加される。
【００４８】
この油圧の変化が圧力検出センサー３８で検出され、この検出信号が処理されてＣＰＵ２９へと送られ、演算される事で、その印加圧力の大きさが精度よく検出される。
【００４９】
このようにして検出された回転トルク値、圧入圧及び回転数のデータから、深度毎の回転圧入杭１０ａと土層との施工時摩擦力を算定して確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させることにより、この施工時摩擦力が設計摩擦力を超えているかどうかを各深度ごとに作業者が確認することができるため、非常に作業効率がよく信頼性の向上は著しい。
【００５０】
また、このようにして検出された回転トルク値、圧入圧及び回転数のデータから、深度毎の回転圧入杭１０ａと土層との施工時摩擦力を算定して確認装置２５ａの表示部３３に表示させ、所定深度まで回転圧入杭１０ａを回転圧入した時に所定の圧入圧を加え、この加えられた圧入圧と該施工時摩擦力との和を求めて施工時支持力を算定して確認装置２５ａの表示部３３に表示させて、この施工時支持力が設計支持力を超えているかどうかを確認することにより、極めて信頼性の高い施工方法が実現される。
【００５１】
以下に本発明の理論から説明する。
【００５２】
杭底の閉塞鉄板の摩擦によるトルクＴＢは、次式で表される。
【００５３】
【数５】
ここに、Δｎ：回転数、ｆ：摩擦抵抗、Ｒｐ：杭軸部半径。
【００５４】
杭先端のチップで土をせん断する摩擦抵抗によるトルクＴｔｏｅは、次式で表される。
【００５５】
【数６】
ここに、Ａφ＝φΔＬ，Ａｔｉｐ＝φ・ｍｈΔｎ
【００５６】
【数７】
φ：杭の周長、ｍ：チップの数、ｈ：チップの長さ、ΔＬ：層区間長、Ｒｓ＝Ｒｐ＋ｔ（ｔ：チップ厚）。
【００５７】
杭軸部の摩擦抵抗によるトルクＴｐは次式のようになる。
【００５８】
【数８】
【００５９】
すでに圧入した層のチップの跡は消え、杭軸部による摩擦抵抗が働くと考えられるので、この場合のトルクＴｐｕｐは次のとおりである。
【００６０】
【数９】
【００６１】
回転トルク値は以上のトルクの和である。
【００６２】
【数１０】
【００６３】
定数項は下記のように２段階に定義する。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
地表面から地盤に杭を圧入した時、図１３のように各層の摩擦抵抗と回転数により、各層圧入時のトルクは次のように表される。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
上記した連立方程式（９）より、上の層から順次摩擦抵抗ｆを次のように計算することができる。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
ここでの定数項は下記のようにすでに定義された。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
図１３において、符号５２は杭軸部上位面であり、該杭軸部上位面５２とは、区間長ΔＬより上に位置する既に貫入が済んだ回転圧入杭の外周面のことをいう。ΔＬは層区間長であり、Ｌは杭圧入深さである。
【００７２】
Ｔｉ＜Ｔｉの場合、ｆｉ＜０になることがある。この場合には、次のような補正をする。
【００７３】
ｉ−１層上部の摩擦が効いていないと仮定して、ｉ層の摩擦抵抗ｆｉを求める。効いていないとする順番は上から下へとして、初めて正になる層までを無効とする。
【００７４】
例えば、第３層まで圧入した時第１層の摩擦が無効とすれば、第３層のトルクと摩擦抵抗は、次のようになる。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
つまり、上部層の杭軸部によるトルクを分子が正になるまで加えていく。
【００７７】
以上のようにして求められる各層の摩擦抵抗ｆｉから杭軸部４８の外周面に掛かる摩擦力Ｆｉを計算し、これを杭圧入深さＬにわたって累計することにより杭圧入深さＬまでに掛かる杭摩擦力、即ち施工時摩擦力ＦＬを算定する。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
この施工時摩擦力ＦＬを建物の設計図書において決められている設計摩擦力Ｆｄと比較し、次のように判断して杭の定着を決める。
【００８０】
ＦＬ＞Ｆｄなら杭の定着準備ＯＫ。
ＦＬ＜Ｆｄならさらに回転圧入する。
【００８１】
このようにして杭の定着準備がＯＫに至ったならば、杭の施工時の支持力、即ち施工時支持力を次のように求める。すなわち、杭の定着準備ＯＫの深度のまま、回転しつつ所定の圧入圧Ｎを加え、次の施工時支持力Ｒｐｒｅを求める。
【００８２】
【数１７】
【００８３】
上記式（１６）から施工時支持力Ｒｐｒｅが建物の設計図書において決められている設計支持力Ｒｄと比較することにより、施工時支持力Ｒｐｒｅが設計支持力Ｒｄを超えていることを確認管理しながら、杭の定着が決められる。
【００８４】
次に、上記理論に従い、本発明に係る先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の一つの実施の形態を図１４のフローチャートに基づき説明する。
【００８５】
まず、ステップ１００において、回転圧入杭１０ａの諸元（Ｃ１：杭底面定数、Ｃ２：チップ軌跡面定数、Ｃ３：杭軸部面定数、ｍ：チップの数、ｈ：チップの長さ）を入力部２７から確認管理装置２５ａに入力する。
【００８６】
そしてステップ２００において、回転圧入杭１０ａを所定の深度まで回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を圧力検出センサー２４，２６により検出する。
【００８７】
次に、ステップ３００において、前記式（１）を用い、この上記検出されたデータ及びこれらデータに基づいて算出された摩擦抵抗ｆ、層区間長ΔＬ及び杭の周長φから深度Ｌまで達した時の施工時摩擦力ＦＬを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。
【００８８】
そして、所定深度近くまで回転圧入した時点で、ステップ４００において施工時摩擦力ＦＬが設計摩擦力Ｆｄを超えているかどうかを判定する。設計摩擦力Ｆｄを下回る場合には、ステップ２００にもどってさらに回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を再度検出し、施工時摩擦力ＦＬを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。
【００８９】
なお、何度施工時摩擦力ＦＬを算定しても設計摩擦力Ｆｄを下回る場合には、その現場の地盤は弱いと考えられるため、増し杭をするなどして対応する必要がある。
【００９０】
ステップ４００において上述したように算定された施工時摩擦力ＦＬが設計摩擦力Ｆｄを超える場合には、施工時の摩擦力からみた回転圧入杭１０ａの定着はＯＫであるので、地盤の固さによってはここで回転圧入杭１０ａの施工を終了することも可能であるが、通常は安全要素を増やすために次のステップに必ず進むものとする。
【００９１】
ステップ５００においては、回転圧入杭１０ａを回転させつつ所定の圧入圧Ｎを加え先端支持層へのプレロードとし、施工時支持力Ｒｐｒｅを求める。
【００９２】
そして上述のように算定された施工時摩擦力ＦＬに、所定の圧入圧Ｎ、例えば回転圧入機１６ａの圧入圧の最大値が加えられる。この加えられた圧入圧Ｎと施工時摩擦力ＦＬとの和を求めて施工時支持力Ｒｐｒｅを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。次にステップ６００において、前記式（１６）を用い、算定された施工時支持力Ｒｐｒｅが設計支持力Ｒｄを超えているかどうか判定する。
【００９３】
設計支持力Ｒｄを超えている場合には回転圧入杭１０ａの杭定着はＯＫであり、回転圧入杭１０ａの施工は終了する。設計支持力Ｒｄを下回る場合には、ステップ２００にもどってさらに回転圧入杭１０ａを回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を再度検出し、以下同様の処理を繰り返す。
【００９４】
なお、何度施工時支持力Ｒｐｒｅを算定しても設計支持力Ｒｄ未満の場合には、その現場の地盤は弱いと考えられるため、増し杭をするなどして対応する必要がある。
【００９５】
施工時に算定される杭の摩擦力、即ち施工時摩擦力は、チップ並びに杭軸部で土層をせん断破壊させている時の摩擦抵抗によるものである。土層と杭との接点で破壊された土層は、杭が実際の建屋の荷重を受けるまでの１乃至２ヶ月の期間に復元して土層の本来もっているせん断抵抗を発揮する。従って、施工時摩擦力並びに施工時に算定される施工時支持力は建屋を支持する時の杭摩擦力および支持力を発揮できるのである。
【００９６】
以上のことは本発明の回転圧入杭１０ａを杭回転圧入機１６ａで回転圧入した後１ヶ月経過して実施した多数の現場における杭の載荷試験の結果から確認している。この載荷試験の結果を図１５に示す。図１５において、横軸は杭載荷試験による実際の杭の摩擦力であり、縦軸は前記算定式により算定した杭の施工時摩擦力である。図に示されるように、両者はほぼ１対１対応をすることを確認している。
【００９７】
また、図１６に示すように、施工時摩擦力ＦＬに杭定着時の所定の圧入圧Ｎを加えたＦＬ＋Ｎである施工時支持力Ｒｐｒｅと載荷試験における実際の杭の支持力とも相関性が認められた。
【００９８】
以上の相関性の確認により、施工時に杭回転圧入機１６ａから刻々と検出・集録される圧入深度毎の回転トルク値、圧入圧、回転数のデータから算定される杭の施工時摩擦力が、建屋竣工後の実際に受ける杭の摩擦力を一定の相関性を持って表していることが確認された。
【００９９】
このようにして、施工時に回転圧入杭が設計摩擦力を超えているかどうか、そして杭定着時に所定の圧入圧を加えることにより設計支持力を超えているかどうかをも確認管理しながら施工でき、施工時に杭の一本一本の設計値が確認管理できる施工方法が実現される。
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭によれば、試験準備に時間と手間がかからず、施工費も低減され、騒音・振動もほとんど発生することがなく、且つ支持地盤に起伏がある施工現場や予期せぬ土層の違いにも対応して確実な施工を行うことができるという著大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を示す斜視正面図である。
【図２】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の他の実施の形態を示す斜視正面図である。
【図３】図１の要部拡大斜視側面図である。
【図４】本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出するように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図である。
【図５】本発明回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出しないように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図である。
【図６】本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して１１０度傾けて設けられている例を示す斜視説明図である。
【図７】図１の回転圧入杭に設けられたチップによりせん断される土層の回転面積を示す斜視概略説明図である。
【図８】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の一つの実施の形態を示す概略側面図である。
【図９】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の他の一つの実施の形態を示す概略側面図である。
【図１０】図８の要部拡大概略説明図である。
【図１１】図１０の第１要部拡大概略説明図である。
【図１２】図１０の第２要部拡大概略説明図である。
【図１３】回転圧入杭の各層の摩擦抵抗並びに回転数の関係図である。
【図１４】杭定着が行われるまでのステップを示すフローチャートである。
【図１５】載荷試験による実際の摩擦力との相関図である。
【図１６】載荷試験による実際の支持力との相関図である。
【図１７】本発明の本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる確認管理装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：回転圧入杭、１２：回転圧入杭本体、１３：先端部周面、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ：チップ、１５：先端、１６ａ，１６ｂ：杭回転圧入機、１８ａ：自走式杭回転圧入機本体、２０ａ：リーダー、２２ａ：駆動モーター、２４，２６：圧力検出センサー、２５ａ，２５ｂ：確認管理装置、２７：入力部、２８：油圧モーター、２９：ＣＰＵ、３０：スプロケット、３１：記憶部、３２：駆動チェーン、３３：表示部、３４：ブラケット、３６：単動シリンダー、３８：圧力検出センサー、４０：駆動モーターブラケット、４２：土層、４４：杭軸部外周により掘削された土層部分、４６：チップ軌跡面、４８：杭軸部、５０：杭底面、５２：杭軸部上位面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に中低層住宅等の建築物あるいは小規模構造物等の基礎の施工を行う際に用いられる先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及びそれに用いられる先端チップ付き回転圧入杭に関する。
【０００２】
【関連技術】
近年、既製杭の打撃工法は、騒音・振動の問題から都市部での適応が困難となっており、また埋め込み工法や中掘り圧入工法は掘削土の排出などの点で問題があるため、無排土、低騒音かつ低振動の回転圧入工法が採用される場合が増加している。
【０００３】
従来の鋼管杭の施工方法における杭先端地盤の支持力確認方法としては、動的貫入試験方法を用いたものが知られている。この動的貫入試験は、所定深度に到達した鋼管杭に対し所定重量のハンマを所定高さから落下させることにより、該鋼管杭の貫入量及びリバウンド量を測定して杭の先端地盤の極限支持力を杭打ち公式より推定するものである。そして、このようにして得られた杭先端地盤の極限支持力と設計支持力とを比較検討することにより、該設計支持力を超える極限支持力が算定された場合には、支持地盤への杭の貫入が完了していることを確認し施工するという施工方法であった。
【０００４】
また、最近では、回転トルク値と地盤の標準貫入試験のＮ値との関係から支持地盤に到達していることを確認する施工方法が提案されており、これは、実測の回転抵抗トルク値が、支持地盤の標準貫入試験のＮ値から導かれる回転抵抗トルク値以上になることを確認して、支持地盤に到達していることを確認するというものである（特開平１１−３０３０７０号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した動的貫入試験により支持力を確認し施工を行う施工方法では、動的貫入試験による支持力の管理をすべての杭について行うとすると、試験準備に時間と手間がかかり、トータルの施工費も高くなり騒音、振動も発生することから大変不都合を生じていた。また、設計支持力よりも低い支持力の結果が得られた場合には増し杭を打つなどの基礎の設計変更などを行う必要があった。
【０００６】
上述した回転トルク値と地盤の標準貫入試験のＮ値との関係より支持地盤に到達していることを確認する施工方法では、施工現場での支持力を直接確認するものでないため、支持地盤に起伏がある施工現場においてはその精度が区々になったりするなどの問題があった。
【０００７】
また、小規模建築物の基礎として用いられる小口径の鋼管杭などでは、杭の支持力の分担割合は杭先端支持力よりも杭周面摩擦力の方が大きくなるケースも多数存在するが、このような状況においては、杭先端支持力の強度確認はさることながら、杭周面摩擦力の強度確認も非常に重要になり、この杭周面摩擦力の強度確認の管理が十分にできなければ確実な施工もできない結果となる。上記した施工方法では、回転圧入される杭の摩擦力の確認は行うことができなかったため、実際の支持機構と乖離していることになり、常に支持力を小さく見積もるという問題があった。
【０００８】
さらに、鋼管杭を回転圧入する際の回転圧入速度により、せん断される土層のせん断面積が変化するため、従来の鋼管杭を用いると、回転圧入速度が極めて悪くなる瓦礫などが混じる埋土地盤などでは、施工結果が異なってしまうおそれがあるなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、試験準備に時間と手間がかからず、施工費も低減され、騒音・振動もほとんど発生することがなく、且つ支持地盤に起伏がある施工現場や予期せぬ土層の違いにも対応して確実な施工を行うことができるようにした先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及びそれに好適に用いられる先端チップ付き回転圧入杭を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第１の態様は、回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから各深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、この算定された施工時摩擦力が設計摩擦力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
ここでいう施工時摩擦力とは、施工時に算定される杭の摩擦力のことを指す。
【００１２】
本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第２の態様は、回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、所定深度まで該回転圧入杭を回転圧入した時に所定の圧入圧を加え、この加えられた圧入圧と前記施工時摩擦力との和を求めて施工時支持力を算定して表示させ、この算定された施工時支持力が設計支持力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
ここでいう施工時支持力とは、施工時に算定される杭の支持力のことを指す。前記した所定の圧入圧としては、例えば回転圧入機の圧入圧の最大値を回転圧入杭に加えるようにすればよい。
【００１４】
また、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の第１の態様及び第２の態様における施工時摩擦力は下記式（１）によって算定されるのが特に好適である。
【００１５】
【数３】
【００１６】
【数４】
【００１７】
一方、本発明の先端チップ付き回転圧入杭は、回転圧入杭本体と、該回転圧入杭本体の先端部外周面及び／又は内周面に設けられた一つ以上のチップと、からなる先端チップ付き回転圧入杭であって、該チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して傾けて設けられていることを特徴とする。
【００１８】
前記チップとしては、杭軸直角方向に対して１００度〜１３５度傾けて設けられているのが特に好ましい。
【００１９】
また、前記チップによりせん断される土層の回転面積が前記回転圧入杭の回転面積の半分以上となるのが好ましく、６０％〜８０％となるのが特に好ましい。
【００２０】
このせん断される土層の回転面積は、前記回転圧入杭本体に設けられるチップの個数及び傾きを調整することによって得ることができる。
【００２１】
例えば、瓦礫などが混じる埋土地盤などの場合には、回転圧入杭の回転圧入速度は遅くなることが想定されるが、この場合には、チップの傾きを小さく、チップの個数を多く設ければよい。一方、回転圧入杭の回転圧入速度が早いことが想定される地盤では、チップの傾きを大きくし、チップの個数を少なく設ければよいものである。
【００２２】
前記した回転圧入杭としては、一般的には鋼管杭が用いられるが、コンクリート杭などのその他硬質な材料の杭を用いることができることはいうまでもない。
【００２３】
また、前記したチップには一般的には小鉄片が用いられるが、その他の金属や材料であっても、硬質な材料であれば用いることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００２５】
図１は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を示す斜視正面図、図２は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の他の実施の形態を示す斜視正面図、図３は図１の要部拡大斜視側面図、図４は本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出するように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図、図５は本発明回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出しないように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図、図６は本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して１１０度傾けて設けられている例を示す斜視説明図、図７は図１の回転圧入杭に設けられたチップによりせん断される土層の回転面積を示す斜視概略説明図である。
【００２６】
図１から図６において、符号１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄは回転圧入杭を示す。該回転圧入杭１０ａ，１０ｂは杭軸部４８を有する回転圧入杭本体１２と回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に固着して設けられたチップ１４ａ，１４ｂとから構成されている。
【００２７】
回転圧入杭１０ｃ，１０ｄは回転圧入杭本体１２と回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に固着して設けられたチップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆとから構成されている。
【００２８】
これらの回転圧入杭としては、一般的には鋼管杭が用いられるが、コンクリート杭などを用いることができることは勿論である。図示例では、鋼管杭を用いてある。また、上記したチップとしては、小鉄片やその他の金属などの材料であっても、硬質な材料であれば用いることができるが、図示例では小鉄片を用いた。
【００２９】
図１によく示される如く、チップ１４ａ，１４ｂは回転圧入杭本体１２の外周面に設けてもよいし、図２によく示される如く内周面に設けてもよい。また、外周面及び内周面に設けることも可能である。
【００３０】
また、チップを設ける個数は一つ以上であればよいもので、回転圧入杭を施工する現場に応じて適宜設置個数を調整すればよいものである。図１〜図３では、チップを２つ設けた例を示したが、図４及び図５ではチップは６つ設けられている。このチップは、回転圧入杭本体１２の先端部周面１３に設けられるのであればよく、図１〜図３に示すように、先端１５から突出するように設けてもよいし、図５に示すように、先端１５から突出しないように設けることもできる。
【００３１】
チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは、その刃が土層を直角にせん断するように回転圧入杭１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの杭軸直角方向に対して傾けて設けられている。図示の例では図６に示すようにチップ１４ａ，１４ｂが１１０度傾けて設けられている場合を示したが、傾けて設けられていればよいものであり、１００度〜１３５度傾けて設けられるのが特に好適である。
【００３２】
なお、チップ１４ａ，１４ｂのサイズに特別の限定はないが、例えば、幅２５ｍｍ〜３０ｍｍ ｘ 長さ５０ｍｍ ｘ 厚さ１０ｍｍ〜１５ｍｍのもの、幅３０ｍｍ〜３５ｍｍ ｘ 長さ７０ｍｍ ｘ 厚さ１５ｍｍ〜２５ｍｍのもの等を使用することが可能である。
【００３３】
例えば、瓦礫などが混じる埋土地盤などの場合には、回転圧入杭１０ａの回転圧入速度は遅くなることが想定されるが、この場合には、チップ１４ａ，１４ｂの傾きを小さく、チップの個数を多く設ければよい。一方、回転圧入杭１０ａの回転圧入速度が早いことが想定される地盤では、チップ１４ａ，１４ｂの傾きを大きくし、チップの個数を少なく設ければよいものである。
【００３４】
このように地盤における回転圧入杭の圧入速度に応じてチップの個数及び傾きを調整したり、チップの長さを変更したりすることにより、チップによりせん断される土層の回転面積を変えることができる。このせん断される土層の回転面積は、回転圧入杭１０ａの回転面積の半分以上、すなわち５０％以上となるのが好適であり、特に６０％〜８０％となるように、チップ１４ａ，１４ｂの長さ、個数及び傾きを調整するのが好ましい。
【００３５】
回転圧入杭１０ａの回転面積に対してせん断される土層の回転面積の１例を図７に示す。図７において、符号４２は土層、４４は杭軸部外周によりせん断された土層部分であり、４６はチップ１４ａ，１４ｂによりせん断された土層部分、即ちチップ軌跡面である。図示の例では、チップ１４ａ，１４ｂによるチップ軌跡面４６の回転面積が、貫入された回転圧入杭１０ａの回転面積に対して７０％となっている。
【００３６】
このように、チップの個数及び傾きを調整したり、チップの長さを変更したりして、せん断される土層の回転面積を調整できるので、質の異なる様々な地盤であってもそれぞれの地盤に対応した施工を確実に行うことが可能となる。
【００３７】
次に、上記した回転圧入杭１０ａを用いて、本発明のチップ付き回転圧入杭の施工方法を図８〜図１６に基づいて説明する。
【００３８】
図８は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の一つの実施の形態を示す概略側面図、図９は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の他の一つの実施の形態を示す概略側面図、図１０は図８の要部拡大概略説明図、図１１は図１０の第１要部拡大概略説明図、図１２は図１０の第２要部拡大概略説明図である。
【００３９】
図１３は回転圧入杭の各層の摩擦抵抗並びに回転数の関係図、図１４は杭定着が行われるまでのステップを示すフローチャート、図１５は載荷試験による実際の摩擦力との相関図、図１６は載荷試験による実際の支持力との相関図、図１７は本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる確認管理装置のブロック図である。
【００４０】
図８において符号１６ａは回転圧入杭１０ａを埋設するための杭回転圧入機を示す。杭回転圧入機１６ａは自走式杭回転圧入機本体１８ａと、リーダー２０ａ及び減速機付き駆動モーター（アースオーガー）２２ａを有しており、自走式杭回転圧入機本体１８ａには確認管理装置２５ａが具備されている。確認管理装置２５ａとしては、例えば、図１７に示す如く、入力部２７、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２９、記録部３１、表示部３３を有していればよい。
【００４１】
杭回転圧入機１６ａは、杭埋設時間、杭先端の貫入深度すなわち各層の深度、回転トルク値、回転数、圧入圧値を細かく（１秒単位時間まで検知）瞬時に計測することが可能とされている。また、杭回転圧入機１６ａとしては、図８に示すような自走式の杭回転圧入機でもよいし、図９に示すようなクローラ式の杭回転圧入機１６ｂでもよい。なお、図９において符号１８ｂ自走式杭回転圧入機本体、２０ｂはリーダー、２２ｂは減速機付き駆動モーター、２５ｂは確認管理装置をそれぞれ示す。
【００４２】
図１０及び図１１により詳細に示される如く、杭回転圧入機１６ａのリーダー２０ａに取り付けられている減速機付き駆動モーター２２ａは油圧により作動せしめられる。図１１に示すように、該駆動モーター２２ａに接続される油圧配管には圧力検出センサー２４，２６が取り付けられている。
【００４３】
該圧力検出センサー２４，２６は、作動油圧の入出力方向にそれぞれに設けられている。この圧力検出センサー２４，２６からの検出信号が処理されてＣＰＵ（中央演算処理装置）２９へと送られ、駆動モーター２２ａに負荷される油圧の大きさが演算され回転トルクとして杭回転圧入機１６ａの確認管理装置２５ａの表示部３３に表示される。
【００４４】
このようにして減速機付き駆動モーター２２ａによって回転圧入杭１０ａが回転圧入されると、回転抵抗が油圧の変化として圧力検出センサー２４，２６に印加され、この油圧の変化が入力側と出力側の圧力検出センサー２４，２６で検出され、この検出信号が処理されてＣＰＵ２９へと送られ、入力側と出力側の圧力変化の差圧を計測して、該計測した数値が演算される事で、その印加トルクの大きさが精度よく検出される。
【００４５】
次に、図１０のリーダー２０ａに内蔵されている油圧モーター２８により駆動力が発生され、該駆動力はスプロケット３０を介して駆動チェーン３２を駆動させ、連動している減速機付き駆動モーター２２ａによって回転圧入杭１０ａが貫入せしめられる。
【００４６】
図１２に示す駆動チェーン３２の基部にはチェーン取り付けブラケット３４、一対の単動シリンダー３６と圧力検出センサー３８が取り付けられている。前記単動シリンダー３６及び圧力検出センサー３８は駆動モーターブラケット４０に固定されている。
【００４７】
この圧力検出センサー３８からの検出信号が処理されてＣＰＵ２９に送られ回転圧入杭１０ａの回転圧入に負荷される油圧の大きさが演算され、圧入圧として杭回転圧入機１６ａの確認管理装置２５ａの表示部３３に表示される。このように、油圧モーター２８によって回転圧入杭１０ａが貫入されるときの貫入抵抗が発生すると、チェーン取り付けブラケット３４が駆動チェーン３２の張力により引き下げられ、一対の単動シリンダー３６が収縮する事により油圧の変化として圧力検出センサー３８に印加される。
【００４８】
この油圧の変化が圧力検出センサー３８で検出され、この検出信号が処理されてＣＰＵ２９へと送られ、演算される事で、その印加圧力の大きさが精度よく検出される。
【００４９】
このようにして検出された回転トルク値、圧入圧及び回転数のデータから、深度毎の回転圧入杭１０ａと土層との施工時摩擦力を算定して確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させることにより、この施工時摩擦力が設計摩擦力を超えているかどうかを各深度ごとに作業者が確認することができるため、非常に作業効率がよく信頼性の向上は著しい。
【００５０】
また、このようにして検出された回転トルク値、圧入圧及び回転数のデータから、深度毎の回転圧入杭１０ａと土層との施工時摩擦力を算定して確認装置２５ａの表示部３３に表示させ、所定深度まで回転圧入杭１０ａを回転圧入した時に所定の圧入圧を加え、この加えられた圧入圧と該施工時摩擦力との和を求めて施工時支持力を算定して確認装置２５ａの表示部３３に表示させて、この施工時支持力が設計支持力を超えているかどうかを確認することにより、極めて信頼性の高い施工方法が実現される。
【００５１】
以下に本発明の理論から説明する。
【００５２】
杭底の閉塞鉄板の摩擦によるトルクＴＢは、次式で表される。
【００５３】
【数５】
【００５４】
杭先端のチップで土をせん断する摩擦抵抗によるトルクＴｔｏｅは、次式で表される。
【００５５】
【数６】
【００５６】
【数７】
【００５７】
杭軸部の摩擦抵抗によるトルクＴｐは次式のようになる。
【００５８】
【数８】
すでに圧入した層のチップの跡は消え、杭軸部による摩擦抵抗が働くと考えられるので、この場合のトルクＴｐｕｐは次のとおりである。
【００６０】
【数９】
回転トルク値は以上のトルクの和である。
【００６２】
【数１０】
定数項は下記のように２段階に定義する。
【００６４】
【数１１】
地表面から地盤に杭を圧入した時、図１３のように各層の摩擦抵抗と回転数により、各層圧入時のトルクは次のように表される。
【００６６】
【数１２】
上記した連立方程式（９）より、上の層から順次摩擦抵抗ｆを次のように計算することができる。
【００６８】
【数１３】
ここでの定数項は下記のようにすでに定義された。
【００７０】
【数１４】
図１３において、符号５２は杭軸部上位面であり、該杭軸部上位面５２とは、区間長ΔＬより上に位置する既に貫入が済んだ回転圧入杭の外周面のことをいう。ΔＬは層区間長であり、Ｌは杭圧入深さである。
【００７２】
Ｔｉ＜Ｔｉの場合、ｆｉ＜０になることがある。この場合には、次のような補正をする。
【００７３】
ｉ−１層上部の摩擦が効いていないと仮定して、ｉ層の摩擦抵抗ｆｉを求める。効いていないとする順番は上から下へとして、初めて正になる層までを無効とする。
【００７４】
例えば、第３層まで圧入した時第１層の摩擦が無効とすれば、第３層のトルクと摩擦抵抗は、次のようになる。
【００７５】
【数１５】
つまり、上部層の杭軸部によるトルクを分子が正になるまで加えていく。
【００７７】
以上のようにして求められる各層の摩擦抵抗ｆｉから杭軸部４８の外周面に掛かる摩擦力Ｆｉを計算し、これを杭圧入深さＬにわたって累計することにより杭圧入深さＬまでに掛かる杭摩擦力、即ち施工時摩擦力ＦＬを算定する。
【００７８】
【数１６】
この施工時摩擦力ＦＬを建物の設計図書において決められている設計摩擦力Ｆｄと比較し、次のように判断して杭の定着を決める。
【００８０】
ＦＬ＞Ｆｄなら杭の定着準備ＯＫ。
ＦＬ＜Ｆｄならさらに回転圧入する。
【００８１】
このようにして杭の定着準備がＯＫに至ったならば、杭の施工時の支持力、即ち施工時支持力を次のように求める。すなわち、杭の定着準備ＯＫの深度のまま、回転しつつ所定の圧入圧Ｎを加え、次の施工時支持力Ｒｐｒｅを求める。
【００８２】
【数１７】
上記式（１６）から施工時支持力Ｒｐｒｅが建物の設計図書において決められている設計支持力Ｒｄと比較することにより、施工時支持力Ｒｐｒｅが設計支持力Ｒｄを超えていることを確認管理しながら、杭の定着が決められる。
【００８４】
次に、上記理論に従い、本発明に係る先端チップ付き回転圧入杭の施工方法の一つの実施の形態を図１４のフローチャートに基づき説明する。
【００８５】
まず、ステップ１００において、回転圧入杭１０ａの諸元（Ｃ１：杭底面定数、Ｃ２：チップ軌跡面定数、Ｃ３：杭軸部面定数、ｍ：チップの数、ｈ：チップの長さ）を入力部２７から確認管理装置２５ａに入力する。
【００８６】
そしてステップ２００において、回転圧入杭１０ａを所定の深度まで回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を圧力検出センサー２４，２６により検出する。
【００８７】
次に、ステップ３００において、前記式（１）を用い、この上記検出されたデータ及びこれらデータに基づいて算出された摩擦抵抗ｆ、層区間長ΔＬ及び杭の周長φから深度Ｌまで達した時の施工時摩擦力ＦＬを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。
【００８８】
そして、所定深度近くまで回転圧入した時点で、ステップ４００において施工時摩擦力ＦＬが設計摩擦力Ｆｄを超えているかどうかを判定する。設計摩擦力Ｆｄを下回る場合には、ステップ２００にもどってさらに回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を再度検出し、施工時摩擦力ＦＬを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。
【００８９】
なお、何度施工時摩擦力ＦＬを算定しても設計摩擦力Ｆｄを下回る場合には、その現場の地盤は弱いと考えられるため、増し杭をするなどして対応する必要がある。
【００９０】
ステップ４００において上述したように算定された施工時摩擦力ＦＬが設計摩擦力Ｆｄを超える場合には、施工時の摩擦力からみた回転圧入杭１０ａの定着はＯＫであるので、地盤の固さによってはここで回転圧入杭１０ａの施工を終了することも可能であるが、通常は安全要素を増やすために次のステップに必ず進むものとする。
【００９１】
ステップ５００においては、回転圧入杭１０ａを回転させつつ所定の圧入圧Ｎを加え先端支持層へのプレロードとし、施工時支持力Ｒｐｒｅを求める。
【００９２】
そして上述のように算定された施工時摩擦力ＦＬに、所定の圧入圧Ｎ、例えば回転圧入機１６ａの圧入圧の最大値が加えられる。この加えられた圧入圧Ｎと施工時摩擦力ＦＬとの和を求めて施工時支持力Ｒｐｒｅを算定し確認管理装置２５ａの表示部３３に表示させる。次にステップ６００において、前記式（１６）を用い、算定された施工時支持力Ｒｐｒｅが設計支持力Ｒｄを超えているかどうか判定する。
【００９３】
設計支持力Ｒｄを超えている場合には回転圧入杭１０ａの杭定着はＯＫであり、回転圧入杭１０ａの施工は終了する。設計支持力Ｒｄを下回る場合には、ステップ２００にもどってさらに回転圧入杭１０ａを回転圧入し、回転トルク値、圧入圧及び回転数を再度検出し、以下同様の処理を繰り返す。
【００９４】
なお、何度施工時支持力Ｒｐｒｅを算定しても設計支持力Ｒｄ未満の場合には、その現場の地盤は弱いと考えられるため、増し杭をするなどして対応する必要がある。
【００９５】
施工時に算定される杭の摩擦力、即ち施工時摩擦力は、チップ並びに杭軸部で土層をせん断破壊させている時の摩擦抵抗によるものである。土層と杭との接点で破壊された土層は、杭が実際の建屋の荷重を受けるまでの１乃至２ヶ月の期間に復元して土層の本来もっているせん断抵抗を発揮する。従って、施工時摩擦力並びに施工時に算定される施工時支持力は建屋を支持する時の杭摩擦力および支持力を発揮できるのである。
【００９６】
以上のことは本発明の回転圧入杭１０ａを杭回転圧入機１６ａで回転圧入した後１ヶ月経過して実施した多数の現場における杭の載荷試験の結果から確認している。この載荷試験の結果を図１５に示す。図１５において、横軸は杭載荷試験による実際の杭の摩擦力であり、縦軸は前記算定式により算定した杭の施工時摩擦力である。図に示されるように、両者はほぼ１対１対応をすることを確認している。
【００９７】
また、図１６に示すように、施工時摩擦力ＦＬに杭定着時の所定の圧入圧Ｎを加えたＦＬ＋Ｎである施工時支持力Ｒｐｒｅと載荷試験における実際の杭の支持力とも相関性が認められた。
【００９８】
以上の相関性の確認により、施工時に杭回転圧入機１６ａから刻々と検出・集録される圧入深度毎の回転トルク値、圧入圧、回転数のデータから算定される杭の施工時摩擦力が、建屋竣工後の実際に受ける杭の摩擦力を一定の相関性を持って表していることが確認された。
【００９９】
このようにして、施工時に回転圧入杭が設計摩擦力を超えているかどうか、そして杭定着時に所定の圧入圧を加えることにより設計支持力を超えているかどうかをも確認管理しながら施工でき、施工時に杭の一本一本の設計値が確認管理できる施工方法が実現される。
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭によれば、試験準備に時間と手間がかからず、施工費も低減され、騒音・振動もほとんど発生することがなく、且つ支持地盤に起伏がある施工現場や予期せぬ土層の違いにも対応して確実な施工を行うことができるという著大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の一つの実施の形態を示す斜視正面図である。
【図２】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の他の実施の形態を示す斜視正面図である。
【図３】図１の要部拡大斜視側面図である。
【図４】本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出するように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図である。
【図５】本発明回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップが先端から突出しないように６つ傾けて設けられた状態を示す斜視側面図である。
【図６】本発明の回転圧入杭本体の先端部外周面にチップを設けた例であって、チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して１１０度傾けて設けられている例を示す斜視説明図である。
【図７】図１の回転圧入杭に設けられたチップによりせん断される土層の回転面積を示す斜視概略説明図である。
【図８】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の一つの実施の形態を示す概略側面図である。
【図９】本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる杭回転圧入機の他の一つの実施の形態を示す概略側面図である。
【図１０】図８の要部拡大概略説明図である。
【図１１】図１０の第１要部拡大概略説明図である。
【図１２】図１０の第２要部拡大概略説明図である。
【図１３】回転圧入杭の各層の摩擦抵抗並びに回転数の関係図である。
【図１４】杭定着が行われるまでのステップを示すフローチャートである。
【図１５】載荷試験による実際の摩擦力との相関図である。
【図１６】載荷試験による実際の支持力との相関図である。
【図１７】本発明の本発明の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法に好適に用いられる確認管理装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：回転圧入杭、１２：回転圧入杭本体、１３：先端部周面、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ：チップ、１５：先端、１６ａ，１６ｂ：杭回転圧入機、１８ａ：自走式杭回転圧入機本体、２０ａ：リーダー、２２ａ：駆動モーター、２４，２６：圧力検出センサー、２５ａ，２５ｂ：確認管理装置、２７：入力部、２８：油圧モーター、２９：ＣＰＵ、３０：スプロケット、３１：記憶部、３２：駆動チェーン、３３：表示部、３４：ブラケット、３６：単動シリンダー、３８：圧力検出センサー、４０：駆動モーターブラケット、４２：土層、４４：杭軸部外周により掘削された土層部分、４６：チップ軌跡面、４８：杭軸部、５０：杭底面、５２：杭軸部上位面。
Claims (5)
- 回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから各深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、この算定された施工時摩擦力が設計摩擦力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする先端チップ付き回転圧入杭の施工方法。
- 回転圧入杭本体の先端部に圧入速度に適合させて傾けたチップを有する回転圧入杭を地中の所定地盤内に回転圧入する施工方法であって、該回転圧入杭を所定深度まで回転圧入する際の深度毎の回転トルク値、圧入圧及び回転数を検出し、検出されたこれらのデータから深度毎の該回転圧入杭と土層との施工時摩擦力を算定して表示させ、所定深度まで該回転圧入杭を回転圧入した時に所定の圧入圧を加え、この加えられた圧入圧と前記施工時摩擦力との和を求めて施工時支持力を算定して表示させ、この算定された施工時支持力が設計支持力を超えるように確認管理しながら施工を行うようにしたことを特徴とする先端チップ付き回転圧入杭の施工方法。
- 前記施工時摩擦力を下記式（１）によって算定することを特徴とする請求項１又は２記載の先端チップ付き回転圧入杭の施工方法。
- 回転圧入杭本体と、該回転圧入杭本体の先端部外周面及び／又は内周面に設けられた一つ以上のチップと、からなる先端チップ付き回転圧入杭であって、該チップの刃が土層を直角にせん断するように杭軸直角方向に対して傾けて設けられていることを特徴とする先端チップ付き回転圧入杭。
- 前記チップによりせん断される土層の回転面積が前記回転圧入杭の回転面積の半分以上となることを特徴とする請求項４記載の先端チップ付き回転圧入杭。
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|---|---|---|---|
| JP2003035608A JP2004244915A (ja) | 2003-02-13 | 2003-02-13 | 先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭 |
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| JP2003035608A Pending JP2004244915A (ja) | 2003-02-13 | 2003-02-13 | 先端チップ付き回転圧入杭の施工方法及び先端チップ付き回転圧入杭 |
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| JP (1) | JP2004244915A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012057378A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Nippon Steel Corp | 鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法 |
| JP2013023900A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | West Nippon Expressway Co Ltd | 地盤のせん断強度の測定方法および地盤のせん断強度の測定装置 |
| JP2013072271A (ja) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Sanwa Kizai Co Ltd | 杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法および支持層到達推定支援装置 |
| CN104929108A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-09-23 | 重庆大学 | 一种硬质土场地pcc桩的施工方法 |
| CN114855749A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-05 | 中交第四航务工程局有限公司 | 一种基于压力的搅拌桩土层识别方法 |
-
2003
- 2003-02-13 JP JP2003035608A patent/JP2004244915A/ja active Pending
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