JP2006183233A

JP2006183233A - コンクリート製螺旋状突起付き杭の回転埋設方法

Info

Publication number: JP2006183233A
Application number: JP2004374424A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Yuzawa; 広美湯沢; Shinichi Yamato; 真一大和
Original assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】本発明は、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂が少なく、支持力の信頼性を向上させ、高い支持力が得られる既製杭の埋設方法を提供することを目的とする。
【解決手段】杭先端部付近の外周にほぼ一回転から数回転分のコンクリート製螺旋状突起を少なくとも一個以上有し、前記コンクリート製螺旋状突起の外周径を杭の最大外周径と同等もしくはそれより大径とした既製コンクリート杭を回転埋設するにあたり、現地盤を前記コンクリート製螺旋状突起の外周径と同程度またはそれより大きい径で、且つ前記杭を回転埋設する時に杭にかかる最大トルクが杭のねじりせん断強度の５％以上且つ９０％以下になるように必要に応じて水、ベントナイト泥水、エアー等を併用して掘削した後、その掘削孔の先端部付近に硬化体材料を充填し、次いで、前記掘削によって緩められた掘削孔内に前記杭を回転埋設して前記掘削孔内に定着する。
【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突起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、既製杭の埋め込み杭工法では杭先端部を拡大掘削し、この部分にセメントミルクを注入し、杭先端部に拡大球根を造成して、既製杭を埋め込むプレボーリング拡大根固め工法が多く実施されてきた（図３）。
しかし、杭先端部の支持力は打ち込み工法の場合より小さく、不十分なため杭先端のみを大径とするＳＴ杭（図４）や杭先端部周辺に凸部を有する節付き杭とし、杭先端部付近の周面摩擦力をも加えて、支持力を高める方法（図５）が提案されている。しかし、この方法では杭外径には凸部や大径部があるため埋め込み杭工法で杭沈設するには杭全長にわたり掘削孔を杭の大径部径以上の径で掘削し、掘削土をできるだけ掘削孔内から除去し、更に杭を埋設するために掘削孔内を流動化して軟らかくする必要があり、このため施工機械は大きくなり、掘削時には多くの水やベントナイト泥水等の掘削液やセメントミルクを注入しながら流動化させる必要があった。

その結果、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂は多く、これらは産業廃棄物となるので環境面からも多くの問題点を有していた。
一方、連続したコンクリート製螺旋羽根を有するねじり貫入式ＰＣ螺旋杭が提案されており（特許文献１参照）、昭和５０年代からは実際にＡＪパイルの商品名で販売されていた。
しかしながら、全長に亘って連続した螺旋羽根を有する杭を直接地盤中にねじり込み貫入するため、貫入抵抗が非常に大きくなってしまう。そのため羽根部の補強のためにコンクリート用原料としては高価な鋼繊維を使用しており、またこの材をストック・計量・投入するための設備も必要となり、杭の製造コストが大幅にアップしてしまうという問題点を有していた。また、摩擦杭であるため最近の高支持力工法に比べて支持力が小さいいう問題点を有していた。
特公昭５８−５４２１１号公報

本発明は、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂が少なく、且つ掘削孔底部の支持力の信頼性を向上させ、杭埋設後に高い支持力が得られる既製コンクリート杭の埋設方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、杭の回転埋設時に杭にかかる最大トルクが杭のねじりせん断強度の５％以上９０％以下になるように現地盤を掘削することが掘削時及び杭埋設時の土砂の発生量の低減に効果的であることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、下記の通りである。
（１）杭先端部外周にほぼ一回転から数回転分のコンクリート製螺旋状突起を少なくとも一個以上有し、前記コンクリート製螺旋状突起の外周径を杭の最大外周径と同等もしくはそれより大径とした既製コンクリート杭を回転埋設するにあたり、現地盤を前記コンクリート製螺旋状突起の外周径と同程度またはそれより大きい径で、且つ前記杭を回転埋設する時に杭にかかる最大トルクが杭のねじりせん断強度の５％以上且つ９０％以下になるように掘削した後、その掘削孔の先端部に硬化体材料を充填し、次いで、前記掘削によって緩められた掘削孔内に前記杭を回転埋設して前記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。
（２）既製コンクリート杭が杭先端部に小径部を有し、該小径部外周にほぼ一回転から数回転分のコンクリート製螺旋状突起を少なくとも一個以上有することを特徴とする（１）に記載の杭の回転埋設方法。
（３）既製コンクリート杭が杭本体部にコンクリート製螺旋状突起またはコンクリート製節状突起を少なくとも一個以上有することを特徴とする（２）に記載の杭の回転埋設方法。
（４）杭先端部の小径部の外周径を杭本体部の外周径の６５％以上９５％以下とした（２）または（３）に記載の杭の回転埋設方法。

本発明は上述の如く構成したので、先ず掘削装置により地盤をコンクリート製螺旋状突起の外周径と同程度またはそれより大きい径で、且つ杭の回転埋設時に杭にかかる最大トルクが杭のねじりせん断強度の５％以上且つ９０％以下になるように必要に応じて水、ベントナイト、エアー等を併用し地盤を掘削することで、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂量を低減できる。
また、杭先端部を本体部よりも小径とすることにより、排出される土砂量をさらに低減することができる。
次にその掘削孔の先端部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掘削孔内に配置して定着させて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。

本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂が少なく、且つ杭の埋設後に高い支持力が得られる既製コンクリート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わ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にこの方法の概要を示す。図１に示す１は杭本体であり、１ａはコンクリート製螺旋状突起である。２は地盤であり、３はプレオーガー孔であり、４は杭先端部付近の硬化体である。
また、図２に示す５はプレオーガー径より大きい拡大掘削孔である。杭先端部付近には硬化体材料が充填されておりこれは施工後時間経過とともに硬化して、杭と一体化し複合構造となる。
この構造体の施工に用いる掘削装置は最下部がオーガービットであり、上部は剛性の高いロッドである。ロッドには地盤を攪拌するための攪拌棒が必要に応じて複数取り付けられている。先端のオーガービットは、掘削刃を有するものであればどのような形状でも良い。拡大掘削する場合は拡大掘削刃が油圧式で機械的に開閉するものでも、また逆回転によって周辺土との抵抗によって開閉する方式のものでも良い。また、ビットの先端はノズルを有し、掘削液やセメントミルク等を吐出できる構造を有することが必要である。

このような掘削装置を用いて、所定深度まで通常のプレオーガー工法にて掘削孔を設ける。このとき必要に応じ水やベントナイト泥水、エアー等の掘削液を注入しながら掘削し、地盤が軟弱な場合などは掘削液などを用いないで掘削し、掘削による排出土を少なくするのが良い。また、地層の中間部に緩い砂層を挟む場合などは掘削による砂層の崩壊を防ぐためにベントナイト等を混入した掘削液をその地層部分だけに注入すると良い。拡大掘削孔を先端部付近に設ける場合は拡大掘削刃を広げて拡大掘削し、ビット先端部のノズルなどを介してセメントミルクを注入して拡大掘削孔内をソイルセメント状とする。硬化体材料の一例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。

掘削装置を引き抜いた後、掘削孔内に杭先端部付近に螺旋状突起を有する既製コンクリート杭を回転により下降させて既製コンクリート杭を拡大掘削孔内に定着させる。
プレオーガーによる掘削は杭埋設のための掘削孔を設けることが目的ではなく、杭は螺旋状突起によって回転埋設が可能であるので回転埋設が可能な程度に地盤を緩めておけば良い。地盤の緩め方が不十分であると杭の埋設に大きい回転力を必要とするのみでなく、回転力が大きすぎて杭をねじり破壊する恐れがある。プレオーガーによって地盤がどの程度まで緩むかは地盤の種類と強度によって異なる。地盤の種類と強度は事前のボーリング調査等によって明らかになっているので、この調査結果を参考にしてプレオーガーによる緩め方を決める必要がある。
プレオーガーによって地盤を十分緩める方法として、螺旋状突起径より大きく掘削する、水やベントナイト泥水等を注入する、複数回往復して十分かき混ぜる等がある。これらを組み合わせて実施し最終的な掘削トルクと杭埋設時の回転トルクとの関係を定量化しておけばどのような地盤においても掘削時に杭埋設時の回転トルクが予想できる。杭埋設時の最大回転トルクは杭の破壊トルクの９０％以下で、望ましくは破壊トルクの５０％以下に抑えた方が良い。これは地層の変化などで施工中に予期せぬトルクが発生して杭が破壊する恐れがあるからである。

一方、プレオーガーによる地盤の緩めは杭埋設時の最大回転トルクが杭の破壊トルクの５％以上になるようにする必要がある。水やベントナイト泥水を使用すれば杭が自沈するまで地盤を緩めることは可能であるが排出土砂が大量に発生してしまう。本工法は掘削時及び杭埋設時に排出される土砂量を少なくすることが目的なので、軟弱地盤であっても杭の回転埋設時に杭の破壊トルクの５％以上のトルクが発生する程度の抵抗が地盤にある方が望ましい。
掘削孔の径は大きいほど地盤を緩める効果が大きいので杭の回転埋設は容易となり望ましいが大きな掘削孔には大きな施工機械が必要になるので、施工機械の面からは掘削孔径は小さい方が望ましい。コンクリート製螺旋状突起外径より小さい掘削孔でも地盤が軟らかい場合は杭の回転埋設は可能であるが、地盤が硬い場合は回転埋設に必要な回転トルクが大きくなってコンクリート杭が回転で切断する恐れがあるため大きな掘削孔を設けてコンクリート製螺旋状突起径以上の範囲の地盤を緩める必要がある。

杭先端部付近の硬化体の長さは地盤の種類及び必要な支持力に応じて選択すれば良い。コンクリート製螺旋状突起径の５倍くらいあれば良いが、２０倍以上あれば十分である。該硬化体の径はコンクリート製螺旋状突起径以上あれば良い。掘削装置に充分な能力があり大きな拡大掘削が可能な場合は螺旋状突起径より大きくすることが望ましい。
使用する杭は既製コンクリート杭である。コンクリート製螺旋状突起は型枠を用いて既製コンクリート杭本体と一体成型すれば良い。
コンクリート螺旋状突起は最低１枚あれば良いが、複数設置した方が杭の支持力や回転埋設能力の面で有利である。コンクリート製螺旋状突起を複数枚設置するときはほぼ等間隔に設置し、またその間隔は杭径にもよるが杭本体径の２倍から１０倍程度の間隔で設置すると効果的である。コンクリート製螺旋状突起の外周径は杭本体及びコンクリート製節状突起の内の最大径と同等以上とするが、１倍から３倍程度が好ましい。１倍より小さいと回転埋設時に杭本体部やコンクリート製節状突起部での抵抗が大きくなり、埋設が難しくなる。また、３倍より大きいと回転埋設時のコンクリート製螺旋状突起部での抵抗が増大してしまう。

また杭の先端部に小径部を設けると、杭の埋設が容易になるため地盤を緩める度合いを弱くできるので、掘削時及び杭埋設時に排出される土砂の量をさらに少なくすることができる。
小径部の外周径を本体部の外周径の９５％以下とすることにより排出土砂量の減少効果が表れるが、９０％以下がより好ましい。一方小径部の外周径を本体部の外周径の６５％以上としたが、これは杭小径部の耐力上から制限されるものであり、排出土砂の減少効果から制限されるものではない。

図６〜図９はコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた個所や数を変えた場合の埋設方法を示すものである。
図１０は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。図１０に示す１ｃは杭の拡径部であり、１ｄは杭の小径部である。
図１１は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起を設け且つ先端拡大掘削した場合の埋設方法を示すものである。
図１２は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。
図１３は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭本体部にコンクリート製節状突起を設け且つ先端拡大掘削した場合の埋設方法を示すものである。
図１４杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。

図１５は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設け、且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。
図１６は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭拡径部にコンクリート製螺旋状突起且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。
図１７は杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設け、且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の埋設方法を示すものである。
コンクリート製螺旋状突起またはコンクリート製節状突起を設ける個所や数は上記に限られるものではない。また、上記のように杭先端部を小径部にしてもよいし、先端拡大掘削して、杭を拡大掘削孔内に定着するようにしても良い。

本発明の活用例として、コンクリート杭のプレボーリング工法、特に先端付近外周部に螺旋状突起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。

本発明の一例を示す概要説明図である。先端部を拡大掘削した本発明の一例を示す概要説明図である。先端部を拡大掘削した従来工法の例を示す概要説明図である。先端拡大したSＴ杭を用いた従来工法の例を示す概要説明図である。節付き杭を用いて従来工法の例を示す概要説明図である。コンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。コンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。コンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。コンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起を設け且つ先端拡大掘削した場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭本体部にコンクリート製節状突起を設け且つ先端拡大掘削した場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設け、且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起、杭拡径部にコンクリート製螺旋状突起且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。杭先端部に小径部を有し該小径部にコンクリート製螺旋状突起とコンクリート製節状突起を設け、且つ杭本体部にコンクリート製節状突起を設けた場合の構成を示す説明図である。

符号の説明

１・・・杭本体部
１ａ・・・コンクリート製螺旋状突起
１ｂ・・・コンクリート製節状突起
１ｃ・・・杭拡径部
１ｄ・・・杭小径部
２・・・地盤
３・・・掘削孔
４・・・掘削孔先端部付近の硬化体
５・・・拡大掘削孔の硬化体

Claims

杭先端部付近外周にほぼ一回転から数回転分のコンクリート製螺旋状突起を少なくとも一個以上有し、前記コンクリート製螺旋状突起の外周径を杭の最大外周径と同等もしくはそれより大径とした既製コンクリート杭を回転埋設するにあたり、現地盤を前記コンクリート製螺旋状突起の外周径と同程度またはそれより大きい径で、且つ前記杭を回転埋設する時に杭にかかる最大トルクが杭のねじりせん断強度の５％以上且つ９０％以下になるように掘削した後、その掘削孔の先端部付近に硬化体材料を充填し、次いで、前記掘削によって緩められた掘削孔内に前記杭を回転埋設して前記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。
既製コンクリート杭が杭先端部に小径部を有し、該小径部外周にほぼ一回転から数回転分のコンクリート製螺旋状突起を少なくとも一個以上有することを特徴とする請求項１に記載の杭の回転埋設方法。
既製コンクリート杭が杭本体部にコンクリート製螺旋状突起またはコンクリート製節状突起を少なくとも一個以上有することを特徴とする請求項２に記載の杭の回転埋設方法。
杭先端部の小径部の外周径を杭本体部の外周径の６５％以上９５％以下とした請求項２または請求項３に記載の杭の回転埋設方法。