JP2004339917A - 杭の回転埋設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、掘削排土が少なく、杭の回転埋設時に回転トルクが小さくて済み、杭の芯ずれや曲がり（逃げ）が発生し難い杭の回転埋設方法を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】 杭５本体の外周径以上且つ螺旋状羽根５ａの外周径よりも小さい径で地盤３を掘削した後、その小径掘削孔４ａの先端部に拡大掘削孔４ｂを形成し、且つ拡大掘削孔４ｂ内に硬化体材料を充填し、次いで螺旋状羽根５ａの外周径よりも大きい径で拡大掘削孔４ｂから地盤３表面に至る所定の位置を引き上げ掘削し、その掘削孔４内に杭５を回転埋設して螺旋状羽根５ａを拡大掘削孔４ｂ内に定着するように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、既製杭のプレボーリング工法、特に先端外周部に螺旋状羽根を有する杭のプレボーリング回転埋設方法に関するものである。

従来、既製杭の施工法は種々開発されているが、都市部においては低公害工法が要求される。

従来の螺旋状羽根を有する杭のプレボーリング回転埋設工法としては、予め支持層に達する深さの縦孔を掘削し、その縦孔の先端部に根固め用のセメントミルクを注入し、そのセメントミルクが固化する前に張り出し翼が設けられた杭を回転させながら挿入し、先端部が縦孔の下端に到達すると張り出し翼でセメントミルクを下方へ押し付けながら攪拌し、セメントミルクが縦孔の下部内壁面に押し着けられて球根状に膨出するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、予め地盤を掘削しつつセメントミルク等の固化材を注入し、スパイラル翼を有する中空管杭を回転させつつ削孔内に埋設するものもある（例えば、特許文献２参照。）。

また、開閉掘削刃の中空シャフトを正回転させて該開閉掘削刃を縮径状態で予め地盤を掘削しつつセメントミルクを注入攪拌した後、中空シャフトを逆回転させて開閉掘削刃を拡径状態でその掘削孔の先端部に拡大孔を形成し、その後、再び中空シャフトを正回転させて開閉掘削刃を縮径状態で引き上げた後、螺旋翼が設けられた杭を回転させながら押し込んで掘削土と混合されたセメントミルクの充満された竪孔内に貫入埋設するものもある（例えば、特許文献３参照。）。

特許第２６８３６８４号公報（図３） 特開平４−１８５８１３号公報（第１図〜第２図） 特開昭６０−２３８５１５号公報（第６図〜第９図）

しかしながら、前述の従来例において、特許文献１の技術では、プレボーリングを杭の先端外周部に設けられた張り出し翼の外径よりも小さい径で縦孔を掘削しているため、杭を回転挿入する際に張り出し翼が固い地盤に接触するので大きなトルクを必要とし、杭の挿入作業に時間がかかるという問題がある。

また、特許文献２、３の技術では、プレボーリングを中空管杭の先端外周部に設けられたスパイラル翼の外径よりも大きい径で掘削しているためプレボーリング時に掘削排土が多く発生し易く、プレボーリングをスパイラル翼の外径よりも大きい径で掘削しているため中空管杭を回転埋設する際に杭の芯ずれや曲がり（逃げ）が発生し易いという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、掘削排土が少なく、杭の回転埋設時の回転トルクが小さくて済み、杭の芯ずれや曲がり（逃げ）が発生し難い杭の回転埋設方法を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る杭の回転埋設方法は、先端外周部に螺旋状羽根を有する杭を埋設するにあたり、杭本体径の７０％以上且つ螺旋状羽根外周径よりも小さい径で地盤を掘削した後、その掘削孔の先端部に拡大掘削孔を形成し、且つ該拡大掘削孔内に硬化体材料を充填し、次いで前記螺旋状羽根の外周径よりも大きい径で前記拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至る所定の位置を引き上げ掘削し、その掘削孔内に前記杭を回転埋設して前記螺旋状羽根を前記拡大掘削孔内に定着することを特徴とする。

本発明は、上述の如く構成したので、先ず、杭本体径の７０％以上且つ螺旋状羽根の外周径よりも小さい径で地盤を掘削することで、杭を回転埋設する際の回転トルクを低減すると共に、杭の回転埋設時に杭の曲がり（逃げ）が生じないように杭本体の外周に適度な地盤の硬さを残すことが出来、先行掘削径は好ましくは、杭本体径の９０％以上である。特に杭本体径以上であると、回転埋設する際の回転トルクを最も低減すると共に、杭の回転埋設時に杭の曲がり（逃げ）が生じなく、さらに好ましい。

次にその掘削孔の先端部に拡大掘削孔を形成し、且つ該拡大掘削孔内に硬化体材料を充填することで、掘削孔内に杭を回転埋設して螺旋状羽根を拡大掘削孔内に配置して定着させて拡大根固め球根部を形成することが出来、大きな杭先端支持力を得ることが出来る。硬化体材料の一例としては、セメント硬化体用スラリーを注入したり、セメント粉体等を充填することでも良い。セメント粉体は掘削時等に使用される水や地盤内に含まれる水と混合されてスラリーと化すことが出来る。

次に螺旋状羽根の外周径よりも大きい径で拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至る所定の位置を引き上げ掘削することで、例えば硬い地層の所定の位置を拡大掘削して螺旋状羽根の外周地盤を広範囲に緩めることが出来るので杭の回転埋設時の回転トルクを低減することが出来、掘削孔は先行掘削により生じた空洞部と拡大掘削により生じた軟弱部の２層構造となるため先行掘削による導孔によって杭の回転埋設時の先端抵抗が小さく、杭先端の逃げが生じない理想的な掘削孔が造成出来る。

前記引き上げ掘削は、拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至るまでほぼ杭の全長に亘って拡大掘削して螺旋状羽根の外周地盤を広範囲に緩めることでも良い。

本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、掘削排土が少なく、杭の回転埋設時に回転トルクが小さくて済み、杭の芯ずれや曲がり（逃げ）が発生し難い杭の回転埋設方法を提供することが出来る。

図により本発明に係る杭の回転埋設方法の一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係る杭の回転埋設方法を説明する図、図３は拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至る所定の位置を選択的に部分拡大掘削する様子を示す図、図４は杭の先端外周部に設けた各種の螺旋状羽根の構成を示す図である。

図１において、１は図示しないオーガーモータにより回転駆動され、杭５を埋設する掘削孔４を掘削するための掘削ロッドであり、該掘削ロッド１の周面には螺旋状羽根１ａが取り付けられており、先端部に拡大掘削ビット２が設けられている。

また、螺旋状羽根１ａと拡大掘削ビット２との間には掘削ロッド１と一体的に回転する攪拌翼９と、掘削ロッド１に対して回転自在に設けられた共廻り防止装置10が取り付けられている。

拡大掘削ビット２には、図１（ｃ）に示すように、掘削ロッド１の逆転に伴って地盤３との接触により拡開し得る一対の拡大掘削刃６が設けられている。そして、図１（ａ）に示すように、掘削ロッド１が正転する状態では拡大掘削刃６は螺旋状羽根１ａの外径よりも内部に収納した状態で係止される。また、掘削ロッド１が正転するとき、螺旋状羽根１ａの正転により該掘削ロッド１は地盤３を掘り下げる方向に進行する。

また、図１（ｃ）に示すように、掘削ロッド１が逆転する状態では、拡大掘削刃６が地盤３の壁面に接触して食い込み、その抵抗力により該拡大掘削刃６が拡開し、該拡大掘削刃６は螺旋状羽根１ａの外径よりも外側に突出した状態で係止される。また、掘削ロッド１が逆転するとき、螺旋状羽根１ａの逆転により該掘削ロッド１は地盤３から引き上げる方向に進行する。

掘削ロッド１は内部が中空で配管を兼ねており、図１（ａ）に示すように先行掘削する際にその先端部ノズルからエアーや水、掘削液などを噴出するように構成されている。図１中、８は拡大掘削ビット２の先端部で螺旋状羽根１ａの外径よりも内部に設けられた掘削刃である。

図１（ａ）〜（ｄ）は上記拡大掘削ビット２を用いて、先端外周部に螺旋状羽根５ａを有する杭５を埋設する掘削孔４の先端部を拡大掘削する様子を示す図であり、先ず、杭芯位置に掘削ロッド１の先端に設けられた拡大掘削ビット２の軸心を合わせ、図示しないオーガーモータを回転駆動して掘削ロッド１を正転しつつ図１（ａ）に示すように、拡大掘削刃６を収納した状態で地盤３を掘り下げて螺旋状羽根１ａの外径に応じた小径掘削孔４ａを形成する。

掘削ロッド１の螺旋状羽根１ａの外周径は、図２に示す既成杭５本体の外周径よりも大きく、且つ杭５の先端外周部に設けられた螺旋状羽根５ａの外周径よりも小さい外周径で設定されており、これにより図１（ａ）に示す掘削ロッド１で掘削される小径掘削孔４ａは杭５本体の外周径よりも大きく且つ螺旋状羽根５ａの外周径よりも小さい径で掘削される。

既成杭５としてはコンクリート杭、鋼管コンクリート杭、鋼管杭が挙げられる。尚、先端に設けられる螺旋状羽根５ａを鋼製とする場合は、先端の杭を鋼管コンクリート杭、鋼管杭にするか、コンクリート杭の場合でも鋼管で腹巻し、これに溶接して取り付ける方法等により設ければ良い。また、コンクリート杭の場合はコンクリート製の螺旋状羽根を型枠を用いて杭本体と一体化成形しても良い。

掘削の際は、地上に設置されたコンプレッサー等から掘削ロッド１の内部に設けられた配管にエアーを供給し、その配管先端ノズルからエアーを噴射しながら掘削を行い、図２（ｂ）に示すように地盤３を所定深さまで掘り下げる。先行掘削時に水、掘削液等を使用せず、掘削エアーを利用すると、産業廃棄物を少なく出来、現場をきれいに施工出来る。もちろん、水、掘削液等を使用しても良い。砂質系の崩壊性地盤を掘削する際に適量のベントナイト掘削液を使用すると、掘削トルクや杭の埋設トルクを小さくするばかりでなく、最終的な総排土量が少なくなる場合もある。

地盤３を所定の深さまで掘削した後は、図１（ｃ）に示すように、掘削ロッド１を逆転させて拡大掘削刃６を拡開させて掘削し、該掘削ロッド１を所定区間引き上げて掘削孔４の先端部に拡大掘削孔４ｂを形成すると共に地上に設置されたバッチャープラントから掘削ロッド１の内部に設けられた配管に例えば硬化体材料の一例として根固め液であるセメント硬化体用スラリーを供給し、その配管先端ノズルから拡大掘削孔４ｂ内にセメント硬化体用スラリーを注入する。

尚、拡大掘削孔４ｂ内に充填する硬化体材料としては、セメント粉体等を充填することでも良い。セメント粉体は掘削時等に使用される水や地盤３内に含まれる水と混合されてスラリーと化すことが出来る。

尚、図１（ｂ）において、掘削刃８が目的の深さまで到達する以前に掘削ロッド１を正転から逆転に切り替えて拡大掘削刃６を拡開させて地盤３を掘り下げ掘削し、掘削孔４の先端部に拡大掘削孔４ｂを形成することも出来る。

そして、必要に応じて、図１（ｄ）に示すように、掘削ロッド１を上下反復しながら拡大掘削孔４ｂを掘削すると共に、地上に設置されたバッチャープラントから掘削ロッド１の内部に設けられた配管に硬化体材料の一例として根固め液であるセメント硬化体用スラリーを供給し、その配管先端ノズルから拡大掘削孔４ｂ内にセメント硬化体用スラリーを注入する。注入するセメント硬化体用スラリーとしては、セメントミルク等が適用出来る。

その後、図１（ｅ）に示すように、オーガーモータの回転を逆回転に維持したまま拡大掘削ビット２を地盤３表面まで引き上げ掘削し、拡大掘削孔４ｂに連続した大径掘削孔４ｃを形成する（図１（ｆ）参照）。

拡大掘削刃６の外周径は杭５の螺旋状羽根５ａの外周径よりも大きい外周径で設定されており、これにより図１（ｅ）に示す掘削ロッド１で掘削される大径掘削孔４ｃは、杭５の螺旋状羽根５ａの外周径よりも大きい径で拡大掘削孔４ｂから地盤３表面に至るまで引き上げ掘削される。

なお、地表面付近の所定区間に必ずしも大径掘削孔４ｃを設ける必要はない。杭５に大きな水平抵抗を期待したい場合は、地表面付近の所定深さまで逆転拡大掘削して引き上げた後、正転に戻して引き続き引き上げることで杭頭付近の所定区間の地盤を広範囲に緩めることを避けることもできる。また、必要に応じて杭頭付近の所定区間、または、全区間にセメント硬化体用スラリーを注入して杭周辺部を強固に硬化させることでさらに大きな水平抵抗をもたせることもできる。

図２は図１に示すように地盤３に小径掘削孔４ａを先行掘削し、その先端部に拡大掘削孔４ｂを形成し、その拡大掘削孔４ｂ内に硬化体材料の一例としてセメント硬化体用スラリーを注入した後、該拡大掘削孔４ｂから小径掘削孔４ａの外周で同軸上に大径掘削孔４ｃを地盤３表面に至るまで引き上げ掘削をして掘削孔４を形成し、その掘削孔４に杭５を回転埋設する様子を示す図である。

図２（ａ）に示すように、拡大掘削孔４ｂ内に注入したセメント硬化体用スラリーが硬化する前に、先端外周部に螺旋状羽根５ａを設けた杭５を図示しないオーガーモータにセットし、杭芯位置に杭５先端の軸心を合わせ、該オーガーモータを回転駆動して杭５を正転しつつ地盤３を掘り下げて掘削孔４内に回転埋設する。

このとき、図２（ａ）に示すように、掘削ロッド１により地表面に掘り出された発生土11を中空の杭５内部に充填して埋め戻すことにより掘削排土の低減を図ることが出来る。

そして、図２（ｂ）に示すように、杭５の螺旋状羽根５ａが拡大掘削孔４ｂ内に配置されるまで杭５を回転埋設し、拡大掘削孔４ｂ内に注入したセメント硬化体用スラリーが硬化することで杭５の螺旋状羽根５ａを拡大掘削孔４ｂ内に定着し、拡大根固め球根部を形成した杭５を地盤３に埋設することが出来る。掘削孔４内の土砂は杭５を回転埋設する際に掘削孔４の側壁面側に圧縮されて締め固められて定着される。

杭５の頭部外周の地表面付近は所定の深さだけセメントミルク等を充填して表層の地盤改良を施すことが出来る。

上記杭５の回転埋設方法によれば、先ず、杭５本体の外周径よりも大きく且つ螺旋状羽根５ａの外周径よりも小さい径で地盤３を掘削することで、杭５を回転埋設する際の回転トルクを低減すると共に、杭５の回転埋設時に杭５の曲がり（逃げ）が生じないように杭５本体の外周に適度な地盤３の硬さを残すことが出来る。

次にその小径掘削孔４ａの先端部に拡大掘削孔４ｂを形成し、且つ該拡大掘削孔４ｂ内に硬化体材料となるセメント硬化体用スラリーを注入することで、掘削孔４内に杭５を回転埋設して螺旋状羽根５ａを拡大掘削孔４ｂ内に配置して定着させて拡大根固め球根部を形成することが出来、大きな杭先端支持力を得ることが出来る。

次に螺旋状羽根５ａの外周径よりも大きい径で拡大掘削孔４ｂから地盤３表面付近に至るまで引き上げ掘削することで、杭５のほぼ全長に亘って拡大掘削して螺旋状羽根５ａの外周地盤３を広範囲に緩めることが出来るので杭５の回転埋設時の回転トルクを低減することが出来、掘削孔４は先行掘削により生じた空洞部からなる小径掘削孔４ａと拡大掘削により生じた軟弱部からなる大径掘削孔４ｃの２層構造となるため先行掘削による導孔によって杭５の回転埋設時の先端抵抗が小さく、杭先端の逃げが生じない理想的な掘削孔４が造成出来る。

また、本実施形態では、水などの掘削液を使用せず、地盤３を緩めることを主目的として掘削するので掘削時の排土が殆ど無い。

また、先行掘削は掘削ロッド１の回転を正回転で行い、引き上げは掘削時とは逆回転で行うので緩めた地盤３を掘削孔４内に残す力が働くので掘削排土を更に少なくすることが出来る。

尚、前記実施形態では、掘削ロッド１を逆転させて拡大掘削刃６を拡開させる構成としたが、掘削ロッド１内に別途油圧経路を内蔵した掘削装置を用いて拡大掘削刃６を油圧機構等により拡開させる構成とすることが出来る。この場合、掘削ロッド１を正転のままで掘削することも出来、拡大掘削孔４ｂの外径と大径掘削孔４ｃの外径とを異なる外径に調節することも容易に出来る。

また、掘削ロッド１内に別途高圧水配管を内蔵した掘削装置を用いることにより、高圧ジェット水によって拡大掘削を行うことも可能である。この場合も掘削ロッド１を正転のままで掘削することも出来る。

図３は図１（ｄ）に示す拡大掘削孔４ｂから地表面または地表面付近に至る所定の位置を選択的に部分拡大掘削する様子を示す図であり、拡大掘削孔４ｂから予め計測された地盤３の硬い地層３ａに至るまでは掘削ロッド１を正転しつつ拡大掘削刃６を収納した状態で地盤３を引き上げ掘削し、拡大掘削刃６が硬い地層３ａの下部に到達した段階で掘削ロッド１を逆転させて拡大掘削刃６を拡開させた状態で地盤３の硬い地層３ａの範囲で引き上げ掘削して、拡大掘削孔４ｂとは不連続の大径掘削孔４ｃを掘削孔４の中間部に形成する。

そして、拡大掘削刃６が硬い地層３ａの上部を通過した段階で掘削ロッド１を正転しつつ拡大掘削刃６を収納した状態で地盤３表面に至るまで引き上げ掘削する。その他は図１及び図２で前述したと同様に施工することが出来る。

図４は杭５の先端外周部に設けた各種の螺旋状羽根５ａの構成を示す図である。図２に示して前述した杭５の先端外周部に設けた螺旋状羽根５ａは、外周径が同径で３枚の螺旋状羽根５ａを杭５の先端外周部に設けた場合の一例であるが、図４（ａ）に示すように、３枚の螺旋状羽根のうち最先端部の螺旋状羽根５ａの外周径を大径とし、中間部及び上部の螺旋状羽根５ｂの外周径を小径とすることが出来る。

杭５の支持力は、該杭５の先端部の断面積に応じて大きくなるため、最先端部の螺旋状羽根５ａの外周径を大径とすることで、杭５の支持力を確保することが出来、残りの中間部及び上部の螺旋状羽根５ｂの外周径を小径とすることでコストダウンを図ることが出来る。

図４（ｂ）に示す杭５は既製コンクリート杭の一例であり、杭５の先端部が拡径された拡径部５ｃを有して構成されている。これにより拡径部５ｃの外周部に設けられる最先端部の螺旋状羽根５ａの外周径を大径とし、中間部及び上部の螺旋状羽根５ｂの外周径を小径とすることが出来、最先端部の螺旋状羽根５ａの幅を小さくすることでコストダウンを図ることが出来る。

図４（ｃ）に示す螺旋状羽根５ｄは半リング形状に２分割した構成であり、杭５の軸方向に対して傾斜すると共に互いに交差する方向に配置することで位相ずれを有して杭５の先端外周部に設けたものである。

また、図４（ｄ）に示す螺旋状羽根５ｅは三日月形状に４分割した構成であり、杭５の軸方向に対して傾斜する方向に順次配置することで位相ずれを有して杭５の先端外周部に設けたものである。

また、図４（ｅ）に示す螺旋状羽根５ｆは複数枚の平鋼を杭５の軸方向に対してやや傾斜する方向に配置すると共に全体が螺旋状に配列されるように杭５の先端外周部に設けて多分割した構成である。

図４（ｃ）〜図４（ｅ）に示すように、杭５の先端外周部に設けられる螺旋状羽根を複数に分割することによりコストダウンを図ることが出来る。

図４（ｆ）は最先端部の螺旋状羽根５ａの外周径を大径とし、中間部及び上部の螺旋状羽根の代わりに外周径が小径の突条リング12を複数設けたものである。また、図４（ｇ）は最先端部の螺旋状羽根を外周径が大径で、半リング形状に２分割した図４（ｃ）と同様な螺旋状羽根５ｄとし、中間部及び上部の螺旋状羽根の代わりに高さの小さい突起13を複数設けたものである。図４（ｆ），（ｇ）に示すように、杭５の先端外周部に設けられる螺旋状羽根の代わりに外周径が小径の突条リング12や高さの小さい突起13とすることによりコストダウンを図ることが出来る。

本発明の活用例として、コンクリート杭、鋼管コンクリート杭、鋼管杭等の既製杭のプレボーリング工法、特に先端外周部に螺旋状羽根を有する杭のプレボーリング回転埋設方法に適用することが出来る。

本発明に係る杭の回転埋設方法を説明する図である。 本発明に係る杭の回転埋設方法を説明する図である。 拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至る所定の位置を選択的に部分拡大掘削する様子を示す図である。 杭の先端外周部に設けた各種の螺旋状羽根の構成を示す図である。

符号の説明

１…掘削ロッド
１ａ…螺旋状羽根
２…拡大掘削ビット
３…地盤
３ａ…硬い地層
４…掘削孔
４ａ…小径掘削孔
４ｂ…拡大掘削孔
４ｃ…大径掘削孔
５…杭
５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅ…螺旋状羽根
５ｃ…拡径部
６…拡大掘削刃
８…掘削刃
９…攪拌翼
10…共廻り防止装置
11…発生土
12…突条リング
13…突起

Claims (1)

1. 先端外周部に螺旋状羽根を有する杭を埋設するにあたり、
   前記杭本体径の７０％以上且つ前記螺旋状羽根の外周径よりも小さい径で地盤を掘削した後、その掘削孔の先端部に拡大掘削孔を形成し、且つ該拡大掘削孔内に硬化体材料を充填し、次いで前記螺旋状羽根の外周径よりも大きい径で前記拡大掘削孔から地表面または地表面付近に至る所定の位置を引き上げ掘削し、その掘削孔内に前記杭を回転埋設して前記螺旋状羽根を前記拡大掘削孔内に定着することを特徴とする杭の回転埋設方法。