JP2006348510A - 支持杭保持具および支持杭固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削穴内にて支持杭が沈降してしまい、不要な補助的工事が発生していた。
【解決手段】地面から略鉛直下方向に掘削された掘削穴１０に支持杭２０を挿入するとともに掘削穴１０内にセメントミルクを流し込み支持杭２０を掘削穴１０内にて固定する際に、支持杭２０の下端部位に鋼管３０を固定し、当該鋼管３０の下端３１を掘削穴１０の底面１１に当接させる。その結果、支持杭２０は鋼管３０によって底面１１から一定高さに保持され、支持杭２０をセメントミルクの中で沈降せしめる種々の原因が発生したとしても、支持杭２０は沈降しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中に固定されて建造物の基礎となる支持杭を固定するための支持杭保持具および支持杭固定方法に関する。

図７は、従来実施していた支持杭の固定方法を説明するための図であり、地面Ｃから略鉛直下方向に掘られた掘削穴および周囲の地層の鉛直方向の断面図である。
支持杭２０は、建設現場などにおいて掘削された掘削穴１０に挿入される柱状の部材である。支持杭２０は、所定の比重を有するセメントミルク４０が流し込まれる掘削穴１０内に挿入されることにより略鉛直方向に固定される。そして、目的の建造物の建設にあたっては、この固定された支持杭２０の上に柱を立てるなどして工事が行われる。

同図に示すように、従来においては、支持杭２０の下端２１を掘削穴１０の底面１１に突き当てず、下端２１を底面１１から所定距離ｄ２だけ浮かし、当該下端２１と底面１１との間および下端２１近傍を含む所定範囲Ａをセメントミルク４０で固めることにより支持杭２０を掘削穴１０内にて固定する工法が採用されていた。

かかる工法を採用するのは、支持杭２０の先端を掘削穴１０の壁面に直接触れさせるのではなくセメントで支持杭２０の先端を増大させることで同先端と掘削穴１０の内壁との密着性を高めるためである。なお、範囲Ａよりも上方の範囲Ｂにも別のセメントミルク５０が注入される。一般に、範囲Ａに流し込まれるセメントミルク４０は上方の範囲Ｂに流し込まれるセメントミルク５０よりも比重が重い。

上記従来技術においては、以下のような課題が生じていた。
支持杭２０は、建造物の柱を立てるための土台であるため、セメントによる固定後において当然にその高さ位置が設計段階で定めた高さ位置となる必要があり（具体的には、上端２２が地面Ｃよりも所定距離ｄ１だけ低くなるようにする。）、支持杭２０の長さｈやセメントミルクの量および比重も上記高さ位置が実現されるような値に設定されている。

しかし、上述したように従来では、下端２１と底面１１との間をセメントミルク４０で埋めるだけである。そのため、図８に示すように、セメントミルク４０が完全に固まるまでの間に下端２１が必要以上に沈降し、その結果、支持杭２０の高さ位置が理想とする位置よりも低下してしまう不都合が生じ得た。

支持杭２０が沈降する要因としては、主に、セメントミルクの比重の変化と、支持杭２０に対して与えられる外部からの加重や振動の影響が考えられる。
つまり、周辺地盤の地質によっては掘削穴１０内に地下水が流出することがあり、この地下水がセメントミルクと混合することでセメントミルクの比重が低下し、その結果、支持杭２０が沈降することがあった。

また、掘削穴１０の内壁面から周囲の地中に対してセメントミルクが浸透、流出してその量が減少し、その結果、支持杭２０が沈降することがあった。
さらには、支持杭２０の固定後においては掘削穴１０を地面の高さまで埋めることになるが、その穴埋め作業に用いられる土砂の重量や、建設用重機の作業時の振動により、支持杭２０が沈降することがあった。
むろん、上記各要因はそれぞれに発生しうるものであり、かかる複数の要因が重なって支持杭２０が看過できないほど深く沈降することがあった。

加えて、掘削穴１０内にて支持杭２０を固定する際には、各地層のなかでも比較的硬い層として選択された地層（図中の支持層Ｆ）の範囲に下端２１が到達するよう、各種設計をするのが通常である。これは、支持杭２０の下端２１周囲を硬い支持層Ｆの範囲にて固定することで、支持杭２０全体をより強固に固定できるからである。
しかし上記の様に支持杭２０が沈降してしまうと、下端２１が支持層Ｆを通り過ぎ、最悪の場合、支持層Ｆの下の貧弱な層の範囲に下端２１が到達してしまい、その結果、支持杭２０の固定が不安定な状況になってしまうことが考えられた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、支持杭を掘削穴内にて所定の高さ位置に確実に保持し、かつ支持杭の固定を強固なものとすることが可能な支持杭保持具および支持杭固定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる支持杭保持具の発明は、地面から略鉛直下方向に掘削された掘削穴に所定長さの支持杭を挿入するとともに掘削穴内にセメントミルクを流し込み支持杭を掘削穴内にて固定する際に、支持杭の下端部位に取り付けられることにより当該支持杭の高さ位置を掘削穴内にて所定の高さ位置に保持する構成としてある。

上記のように構成した請求項１においては、支持杭保持具は、支持杭の下端部位に取り付けられる。その結果、支持杭を掘削穴に挿入したときに支持杭保持具が支持杭の高さ位置を掘削穴内にて所定の高さ位置に保持する。
このように本発明によれば、支持杭がセメントミルクの中で沈降してしまうことを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の支持杭保持具において、全体が管状に形成され、一方の開口近傍の部位を上記支持杭の下端部位に固定し、他方の開口における縁部を上記掘削穴の底面に当接させることにより上記保持を実現する構成としてある。

つまり、管状の支持杭保持具は、一方の開口近傍の部位を下端部位に固定し、他方の開口における縁部を掘削穴の底面に当接させることにより、同底面上に立設して支持杭の下端を支持するため、支持杭が沈降することが確実に防止できる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の支持杭保持具において、外側の表面または内側の表面の少なくとも一方に、複数の凸部を形成した構成としてある。
管状である支持杭保持具の外側または内側の表面の少なくとも一方に凸部を複数形成すれば、セメントミルクと支持杭保持具との接触面積が増え、その結果、セメントミルクによる支持杭の固定が非常に強固なものとなる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の支持杭保持具において、上記支持杭の下端部位の径よりもその径が小さい構成としてある。
支持杭の下端部位と支持杭保持具の径とを略同一径としてもよいが、請求項４においては、あえて支持杭保持具の径を下端部位よりも細径としている。その結果、掘削穴内にて支持杭が若干傾いている場合にも、支持杭保持具の外側表面が掘削穴の内壁面に直接触れてしまうことが防がれ、支持杭保持具の外側表面が確実にセメントミルクと接することになる。

これまでは、掘削穴内における支持杭の沈降防止および支持杭の強固な固定を実現するために用いられる支持杭保持具の発明について説明を行ったが、当該支持杭保持具を用いた支持杭の固定方法としての発明も把握可能である。
そこで、請求項５にかかる支持杭固定方法の発明は、地面から略鉛直下方向に掘削された掘削穴に所定長さの支持杭を挿入するとともに掘削穴内にセメントミルクを流し込み支持杭を掘削穴内にて固定する際に、所定の支持杭保持具の一端を支持杭の下端部位に取り付け、かつ当該支持杭保持具の他端を上記掘削穴の底面に当接させることにより支持杭の高さ位置を掘削穴内にて所定の高さ位置に保持する構成としてある。

請求項５においては、上述した請求項１，２と同様の作用、効果を奏する。むろん、請求項３，４の各構成に対応した支持杭保持具を用いて行う支持杭固定方法をそれぞれに把握することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、掘削穴内での支持杭の沈降が防止されるため、支持杭の高さ位置が設計段階で定めた位置と違わなくなる。その結果、後の建造物の建設作業において支持杭の高さの狂いを補うための補助的工事も不要となる。
また、支持杭の下端が本来下端を到達させる予定であった地層とは異なる下端部位の固定には適さない貧弱な地層まで沈降してしまって支持杭の固定も不安定となる、といった不都合が防止される。

さらに、請求項２によれば、支持杭保持具は掘削穴の底面から支持杭を直接支持するため、支持杭の沈降を確実に防止できる。
さらに、請求項３によれば、支持杭保持具とセメントミルクとの摩擦力を増加させて、支持杭の固定を一層強固なものとすることができる。

さらに、請求項４によれば、支持杭保持具の外側表面をセメントミルクに確実に接触させて、支持杭の固定を一層強固なものとすることができる。
さらに、請求項５によれば、支持杭の高さ位置を設計段階で定めた位置と違わなくし、後の建造物の建設作業において支持杭の高さの狂いを補うための補助的工事を一切不要とする支持杭固定方法を提供することができる。

以下の順序にて、本発明の実施形態を説明する。
（１）第一の実施形態
（２）他の実施形態
（３）まとめ

（１）第一の実施形態
図１は、本発明にかかる支持杭の固定方法を説明するための図である。同図も、上述の図７，８と同様に、地面Ｃから略鉛直下方向に掘られた掘削穴１０および周囲の地層の鉛直方向の断面図である。また、図７，８と共通する部分については同図７，８と同じ符号を用いている。

本実施形態においては、支持杭２０として、コンクリート製の円筒状の柱部材を用いる。支持杭２０は、掘削穴１０内において上端２２が地面Ｃよりも距離ｄ１（例えば５ｍ）だけ低い位置となるように固定されるものであるが、掘削穴１０は、支持杭２０の長さｈに上記距離ｄ１を加えた距離よりも深く掘削される。つまり、本実施形態では、支持杭２０は、その下端２１が掘削穴１０の底面１１よりもある距離（ｄ２）だけ浮いた状態で固定されることになる。

支持杭２０の固定のために掘削穴１０内の下端２１周辺の範囲Ａにセメントミルク４０を流し込み、範囲Ａより上方であって上端２２の高さ位置までの範囲Ｂにセメントミルク５０を流し込む点は、従来と同様である。ここで、セメントミルクとは、セメントと水とを練り混ぜてできたミルク状のものを言う。

ここで本実施形態においては、支持杭２０の下端部位に鋼管（支持杭保持具）３０を取り付け、鋼管３０を取り付けた状態の支持杭２０を掘削穴１０に挿入する。鋼管３０は、その両端に開口を形成する管状部材であり、鋼板によって形成されている。なお、図１〜４においては、鋼管３０（鋼管３０ａを含む）を丸管として表現しているが、多角形の管状としてもよい。

図２，３は、鋼管３０の支持杭２０への取り付け方の例を示している。
例えば、図２に示すように、支持杭２０を内側に嵌め込められる大きさに鋼管３０の内径を設計しておき、鋼管３０の上端３２側に支持杭２０の下端２１側を嵌め込む。このとき、鋼管３０の内側において、支持杭２０の下端２１が図中の２点鎖線の位置に進行するまで、支持杭２０を嵌め込む。
上記のようにして支持杭２０と鋼管３０とが重なった部分については、溶接や鋼管３０の外側からのビス止め等により強固に固定する。

あるいは、図３に示す態様によって鋼管３０を支持杭２０に固定してもよい。
この場合、鋼管３０の内側には上端３２から所定距離だけ下端３１側に進んだ位置に、フランジ部３３を形成する。フランジ部３３は、鋼管３０の内壁から鋼管３０の中心軸に向かって所定幅を持って延設されたドーナツ状の部位である。図２と同様に、鋼管３０の内径は、支持杭２０を内側に嵌め込められる大きさに設計しておく。

そして、鋼管３０の上端３２側に支持杭２０の下端２１側を嵌め込んだ際に、下端２１とフランジ部３３とを当接させ、支持杭２０と鋼管３０とが重なった部分について溶接で強固に固定する。あるいは、当接し合った支持杭２０の下端２１とフランジ部３３とをビス３５で固定する。この場合、下端２１にはビス穴２３を、フランジ部３３には貫通口としてのビス穴３４を予め形成しておき、ビス穴２３とビス穴３４との位置を一致させてビス止めする。

なお、支持杭２０の下端部位の外側に鋼管３０を嵌め込むのではなく、支持杭２０の下端２１の径と鋼管３０の径とを同等にして両者を固定してもよい。この場合、支持杭２０の下端２１の径と同等の径とした鋼管３０の上端に、図３に示したようなフランジ部を形成し、支持杭２０の下端２１に当該フランジ部を当接させ、溶接で固定したり、下端２１とフランジ部とをビスで固定する。

鋼管３０は、上記のように支持杭２０の下端部位に固定された時に、支持杭２０の下端２１から上記距離ｄ２だけ突出する長さに設計されており、掘削穴１０内に支持杭２０とともに挿入された際に、下端３１を底面１１に当接させる。
このように、本実施形態では、支持杭２０の下端部位に鋼管３０を固定したため、支持杭２０は、鋼管３０によって掘削穴１０の底面１１上に支持され、その高さ位置を常に一定に維持することができる。

（２）他の実施形態
支持杭２０を下方から支える鋼管の形状は、図１〜３に示したものに限られない。図４は、鋼管３０ａを支持杭２０の下端部位に固定する様子を示している。
同図においては、支持杭２０の下端２１の径よりも径の細い鋼管３０ａを用いている。鋼管３０ａの径をどの程度細くするかは任意であるが、一例として、以下のようにすることができる。

鋼管３０ａはその外径を、支持杭２０の円筒内側に嵌め込められる大きさに設計しておき、支持杭２０の下端２１側に鋼管３０ａの上端３２ａ側を嵌め込む。このとき、支持杭２０の下端２１が図中の２点鎖線の位置に進行するまで、鋼管３０ａを支持杭２０の内側に嵌め込む。支持杭２０と鋼管３０ａとが重なった部分については、溶接や鋼管３０ａの内側からのビス止め等により強固に固定する。

鋼管３０ａを支持杭２０の下端２１よりも細径とした場合、次のような効果を生じさせる。
支持杭２０は掘削穴１０の中において鉛直方向を向いた状態で固定されるものであるが、若干ではあるが同掘削穴１０の内部において傾いてしまうことがある。このとき、鋼管の径が支持杭２０と同等であるか或いは支持杭２０よりも太い場合には、先端ということもあり、鋼管の外側表面が掘削穴１０の内壁面に接触してしまうことがある。
一方、鋼管と掘削穴１０の内壁面との間には、セメントミルク４０が介在しているのが正常な状態であり、セメントミルク４０が鋼管の周囲を満遍なく満たすことで、鋼管は強く固定される。しかし、鋼管の一部が直接に掘削穴１０の内壁面に触れ、セメントミルク４０と鋼管とが接触する面積が減少すれば、その分セメントによる鋼管の固定力が低下する。

ここで、上記鋼管３０ａを用いれば、支持杭２０の下端部分の径よりも細径であるため、掘削穴１０の内壁面と鋼管３０ａの外側表面との距離は長くなっており、仮に支持杭２０が掘削穴１０内にて若干傾いた場合でも、鋼管３０ａの外側表面が掘削穴１０の内壁面に接触することは殆ど無くなる。その結果、鋼管３０ａの周囲はある程度の厚みを持ったセメントミルク４０の層によって満遍なく包囲され、強固に固定される。そして、鋼管３０ａが強固に固定されているため、支持杭２０自身の掘削穴１０内における固定度合いも強固なものとなる。

さらに、鋼管３０（鋼管３０ａも同じ）は、その表面が平滑であるとは限らず、様々な加工を施しても良い。
図５は、鋼管３０の表面の一部範囲を示している。同図に示すように、鋼管３０の表面には、複数の凸部６０が形成されている。図６は、凸部６０の形状を詳細に示している。凸部６０は、鋼管３０の表面上における長さＬｓ、幅Ｗｓであり、同表面から先端面６１までの高さがｈｓである台状の突起となっている。また、同表面から先端面６１へと連続する各側面は斜面となっており、その結果、凸部６０は鋼管３０の表面から遠ざかるに連れて、同表面と平行な断面の面積が小さくなっていく。

凸部６０は、鋼管３０の表面上において、その長さ方向を上下方向（または左右方向）に対して所定角度（例えば、４５度）だけ傾けた状態で形成されている。つまり、鋼管３０は、いわゆる縞鋼板といわれる鋼板によって製造することができる。なお、複数の凸部６０は、鋼管３０の外側表面と内側表面（図２を参照）との両方に形成してもよいし、外側表面と内側表面とのいずれか一方だけに形成してもよい。

上記の様に鋼管３０の表面に凸部６０を複数形成すれば、セメントミルク４０との接触面積が増大するとともに、セメントミルク４０が固まった時には各凸部６０がセメントに対して食い込んだ状態となるため、鋼管３０とセメントとの間の摩擦力が向上する。その結果、鋼管３０は掘削穴１０内にて強固に固定され、ひいては支持杭２０自体も、強固に固定されることになる。
なお、鋼管３０とセメントミルク４０との摩擦力の程度は、鋼管３０表面に形成する凸部６０の数、大きさ、高さ、側面の斜度、さらには同表面上における角度など、各種要素を変えることにより変更可能である。

（３）まとめ
このように本発明によれば、支持杭２０は鋼管３０によって底面１１から一定高さに保持されるため、上述したようなセメントミルクの比重低下や周囲の地中への流出、さらには支持杭２０に対して必要以上の加重や振動が与えられた場合など、支持杭２０をセメントミルクの中で沈降せしめる種々の原因が発生したとしても、支持杭２０は沈降することなくその高さ位置を常に理想の設計位置に保持することができる。
その結果、固定後の支持杭２０の高さ位置が設計位置とずれた場合に行っていた補助工事や補強工事などが一切不要となり、その後の建造物の建設スケジュールに支障をきたすことも無くなる。

また、支持杭２０の下端２１が本来到達すべき地層より下層に、支持杭２０の下端部位の固定には適さない貧弱な地層が存在する場合であっても、支持杭２０は掘削穴１０内にて沈降しないため、当該貧弱な地層の範囲まで下端部位が沈降してしまって支持杭２０の固定が不安定になるといったことが防止される。

さらに、支持杭２０は掘削穴１０内にて鉛直方向に立った状態で固定する必要があるが、下端部位に取り付けられた鋼管３０自体が底面１１に触れて立設しているため、従来の様に単にセメントミルク中に支持杭２０を浮かせていた場合と比較して、支持杭２０を真直ぐ鉛直方向に立たせることが容易となる。

本発明にかかる鋼管を用いた支持杭の固定方法を示した断面図。 支持杭への鋼管の取り付け態様の一例を示した図。 支持杭への鋼管の取り付け態様の一例を示した図。 支持杭への鋼管の取り付け態様の一例を示した図。 鋼管の表面の一部範囲を示した図。 凸部の詳細な形状を示した図。 従来における支持杭の固定方法を示した断面図。 支持杭が掘削穴内にて沈降した様子を示した断面図。

符号の説明

１０…掘削穴
１１…底面
２０…支持杭
２１…下端
２２…上端
２３…ビス穴
３０，３０ａ…鋼管
３１…下端
３２，３２ａ…上端
３３…フランジ部
３４…ビス穴
３５…ビス
４０，５０…セメントミルク
６０…凸部
６１…先端面

Claims (5)

1. 地面から略鉛直下方向に掘削された掘削穴に所定長さの支持杭を挿入するとともに掘削穴内にセメントミルクを流し込み支持杭を掘削穴内にて固定する際に、支持杭の下端部位に取り付けられることにより当該支持杭の高さ位置を掘削穴内にて所定の高さ位置に保持することを特徴とする支持杭保持具。
2. 全体が管状に形成され、一方の開口近傍の部位を上記支持杭の下端部位に固定し、他方の開口における縁部を上記掘削穴の底面に当接させることにより上記保持を実現することを特徴とする請求項１に記載の支持杭保持具。
3. 外側の表面または内側の表面の少なくとも一方に、複数の凸部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の支持杭保持具。
4. 上記支持杭の下端部位の径よりもその径が小さいことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の支持杭保持具。
5. 地面から略鉛直下方向に掘削された掘削穴に所定長さの支持杭を挿入するとともに掘削穴内にセメントミルクを流し込み支持杭を掘削穴内にて固定する際に、所定の支持杭保持具の一端を支持杭の下端部位に取り付け、かつ当該支持杭保持具の他端を上記掘削穴の底面に当接させることにより支持杭の高さ位置を掘削穴内にて所定の高さ位置に保持することを特徴とする支持杭固定方法。

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