JP2007239239A - 鋼管杭及びその根固め工法 - Google Patents

Abstract

【課題】低空頭の施工条件下において、周面摩擦力を増大させ、所定の支持力を発現させることができる鋼管杭及びその根固め工法を提供する。。
【解決手段】切削ビット２が先端に固定され、内部に配置された掘削液及び固化材の送給管７が、切削ビット２に設けられた注入口５と連通するように該ビットに連結され、地盤に回転圧入される鋼管杭１であって、鋼管の下端部周壁に固化材の注入孔９が設けられるとともに、内部に注入孔９と連通する固化材の注入管１０が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼管杭及びその根固め工法に関し、さらに詳細には、先端に切削ビットが固定され、回転圧入装置により地盤に回転圧入される回転中掘式の鋼管杭とその根固め工法に関する。

例えば、線路上空に人工地盤を構築する場合、その基礎杭は狭隘な線路間での施工となる。一般的には、線路を移動させて必要なスペースを確保するが、線路切り替えができない場合は、キ電停止間合いでの施工となるとなることから、杭施工に多くの日数がかかっている。基礎杭としては、多くの場合、場所打ち杭が適用され、この場合は孔壁の安定確保が問題となっている。対策としては、工事桁により列車を直接防護する方法や、地盤改良により孔壁を保護する補助工法を適用している。

場所打ち杭の場合、一般的には、薬液注入工等の地盤改良工により杭を施工する位置の地盤を補強し、ＴＢＨ（逆循環掘削方式）やＢＨ（正循環方式）の掘削方式を用いて施工している。これにより、長時間施工に及んでも対応可能とし、また列車振動による孔壁の崩壊を防ぎながら施工している。

孔壁の安定を図る杭の施工方法として、先端に切削ビットを取り付けた鋼管杭を用いる工法がある。この場合、鋼管杭を回転しながら地盤に圧入するが、線路内等狭隘な場所に搬入できる杭打ち機は小型のものに制限される。そのため、打設可能な鋼管杭の管径も小径のものとならざるを得なく、その必要杭長は長くなり、コスト・工期の点で問題がある。このようなことから、小型の杭打ち機で所要の支持力を確保できる鋼管杭の施工方法の開発が望まれていた。

ところで、鋼管の外周面の摩擦力を向上させる方法として、従来、先端に撹拌翼を取り付けた回転撹拌ロッドを鋼管内に配置し、杭先端付近の土砂と固化材とを撹拌・混合して地盤改良を行い、その改良部分において杭先端外周面に取り付けたリブを付着させ、支持力を確保する方法や、ソイルモルタル杭を先行して造成した後、リブ付き鋼管を沈設する方法が知られている。しかしながら、これらの方法は、鋼管内の撹拌ロッドの引抜き作業や上部に回転機構を取り付ける必要があったり、作業が２工程であったりすることから、低空頭・狭隘・短時間という条件下での線路間施工には適用ができない。

なお、先端に切削ビットを固定して地盤に回転圧入する方式の鋼管杭については、例えば特許文献１に記載されている。また、本出願人は、線路間での施工に適した低空頭用の鋼管杭回転圧入装置を既に提案している（特許文献２及び特許文献３）。
特開２００３−２６１９４０公報 特許第３２１８２０２号公報 特許第３２５５２７８号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、低空頭・狭隘・短時間の施工条件下において、鋼管の周面摩擦力を増大させ、所定の支持力を発現させることができる鋼管杭及びその根固め工法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、切削ビットが先端に固定され、内部に配置された掘削液及び固化材の送給管が、前記切削ビットに設けられた注入口と連通するように該ビットに連結され、地盤に回転圧入される鋼管杭であって、
鋼管の下端部周壁に固化材の注入孔が設けられるとともに、内部に前記注入孔と連通する前記固化材の注入管が設けられていることを特徴とする鋼管杭にある。

より具体的には、前記注入孔が存する部分を含む鋼管の外周にリブが設けられている。このリブとしては螺旋状のものとすることができる。また、前記送給管の上部には分岐継手が設けられ、この分岐継手に前記注入管が接続され、前記送給管及び前記注入管に選択的に固化材を供給可能となっている構造とすることもできる。

さらにこの発明は、上記鋼管杭の根固め工法であって、
前記送給管に掘削液を供給して、前記切削ビットの注入口から掘削液を吐出させがら地盤を掘削し、鋼管杭を回転圧入する工程と、
根固めを必要とする所定深度に達した後、掘削液を固化材に切り替えて前記送給管を通して前記切削ビットの注入口から固化材を吐出させ、かつ鋼管杭を回転させながら、所定深度範囲で鋼管杭を昇降させる工程と、
前記鋼管杭の下降位置で該鋼管杭を回転させながら、前記注入管を通して前記注入孔から固化材を鋼管杭外周に吐出させる工程と
を備えてなることを特徴とする鋼管杭の根固め工法にある。

この発明によれば、鋼管の下端部周壁に固化材の注入孔を設けるとともに、この注入孔と連通する注入管を鋼管内部に設けたので、根固め処理に際して、注入孔から鋼管外周に固化材を吐出させることにより、鋼管杭の外周には鋼管と一体化した固化材の硬化層が形成される。このため、鋼管杭に作用する鉛直荷重は、硬化層を介して地盤に伝達されることとなり、周面摩擦力を増大させることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示す鋼管杭の軸方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。鋼管杭は、所定長さの複数本の鋼管を溶接あるいはねじ式継手等により順次接続しながら、地盤中に回転圧入される。図１に示される鋼管杭１は、先頭（最下端部）の鋼管部分である。鋼管杭１の先端には切削ビット２が固定されている。

切削ビット２は管軸３と、この管軸３の外周に固定された複数枚の掘削翼４とからなり、各掘削翼４の外縁が鋼管杭１に固定される。管軸３の先端には掘削液及び固化材の注入口５が設けられている。注入口５は通常は弁６により閉鎖され、注入圧力により開放するようになっている。鋼管杭１の内部には、その軸心位置に掘削液及び固化材の送給管７が配置され、この送給管７の下端は切削ビット２の管軸３に連結されている。鋼管杭１の上部に設けられたスタビライザ８は、送給管７を鋼管杭１の軸心位置に保持するための部材である。

この発明によれば、鋼管杭１の周壁には複数個の固化材の注入孔９が設けられている。この実施形態では注入孔９は、鋼管杭の長さ方向に間隔を置き、かつ１８０度の角度間隔を置いて２個設けられている。また、鋼管杭１の内部には注入孔９に対応して、複数本の注入管１０が設けられている。各注入管１０は鋼管杭１の内周に沿って下方に延びるように配置され、Ｕボルトなどの止め具１１により鋼管杭１の内周に固定されている。各注入管１０の先端には逆止弁１２を有するエルボ１３が設けられ、このエルボ１３の先端は注入孔９と連通している。

注入孔９が存する部分を含む鋼管杭１の外周にはリブ（突起）１４が設けられている。リブ１４は、この実施形態では螺旋状のものとなっている。リブ１４は、螺旋状とする以外にも、平鋼、アングル、丸鋼、異型棒鋼などで所定長さに形成したものを鋼管杭１の外周に多数個取り付けるようにしてもよい。また、鋼管杭１の外周を取り巻くリング状のリブを一重又は多重に設けるようにしてもよい。

送給管７の上端には弁１５ａを介して分岐継手１６が設けられ、この分岐継手１６にはスイベル１７を介してホース１８が接続されている。また、各注入管１０の上端にはホース１９が接続され、各ホース１９は弁１５ｂを介して分岐管１６に接続されている。

次に上記のような鋼管杭の施工手順を図３を参照して説明する。
１．図示しない回転圧入装置により鋼管杭１を回転させながら地盤に圧入する。鋼管杭１の回転にともなって先端の切削ビット２が回転して地盤が掘削され、同時に鋼管杭１は地盤に圧入される。その際、土質の性状に応じて送給管７を通じて、水にベントナイト等の添加剤が添加された掘削液を切削ビット２に送る。この掘削液は圧力により弁６を開放して注入口５から掘削孔底に吐出される（図３（ａ））。なお、図３では、先頭の鋼管杭１のみが示されているが、鋼管杭１、送給管７及び注入管１０は根固めする所定深度に達するまで、順次継ぎ足す。

２．根固めが必要な深度位置に達したら鋼管杭１の圧入が完了する（図３（ｂ））。
３．圧入完了後、掘削液の供給を停止してセメントミルク等の固化材の供給に切り替える。そして、注入口５からセメントミルクを吐出させ、かつ鋼管杭１を回転させながら、所定深度範囲ｄ（例えば500mm ）だけ上昇させる（図３（ｃ））。

４．鋼管杭１が上昇位置に達したら、注入口５からのセメントミルクの吐出及び鋼管杭１の回転を続行しながら、上昇分（ｄ）だけ下降させる（図３（ｄ））。
５．鋼管杭１の下降後、今度はこれを逆転させながらセメントミルクを吐出させ、深度範囲ｄでの上昇及び下降を繰り返す（２往復程度、図３（ｅ））。以上のような、鋼管杭１の正逆回転を伴う昇降により、掘削土砂とセメントミルクとが撹拌・混合されてなるソイルセメントが鋼管杭１の先端部付近に形成され、その一部が鋼管杭１内に取り込まれる。これにより鋼管杭の根固めがなされる。

６．この発明では、鋼管杭１の外周面の周面摩擦力を増大させるために、さらに次の工程を行う。すなわち、鋼管杭１の下降位置でこれを回転させ、弁１５ａ及び弁１５ｂの開閉を切り替えて、注入管１０を通して注入孔９から鋼管杭１の外周にセメントミルクを吐出させる（図３（ｆ））。以上で、施工は完了するが、切削ビット２、鋼管杭内部の送給管７及び注入管１０は埋め殺しとされる。したがって、施工完了後にはこれらを引き抜く必要がない。

上記のような工法によれば、鋼管杭１の根固め処理に際して、その外周にセメントミルクを吐出するので、図４に示すように、鋼管杭１の外周にはセメントミルクが充填される。そして、このセメントミルクが硬化することにより、鋼管杭１の外周にはこれと一体となった硬化層２０が形成される。このため、鋼管杭１に作用する鉛直荷重は、硬化層２０を介して地盤に伝達されることとなり、周面摩擦力を増大させることができる。

また、鋼管杭１の外周にリブ１４を設けたので、硬化層２０との付着力を高めることができる。さらにリブ１４を螺旋状のものとすることにより、鋼管杭外周に吐出されるセメントミルクは鋼管杭の回転に伴って上昇することとなり、鋼管杭の長さ方向に関して広範囲にセメントミルクを充填することができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では周面摩擦力を増大させるための固化材の注入孔を先頭の鋼管部分にのみ設けたが、これに継ぎ足される鋼管部分にも注入孔を設け、固化材の充填範囲を長さ方向に伸ばすようにしてもよい。

また、上記実施形態では注入管を送給管から分岐させたが、注入管を独立した固化材の供給経路としてもよい。さらに、上記実施形態では複数の注入孔及び注入管を設置しているが、これらが単数の場合もこの発明に包含される。

この発明の実施形態を示す鋼管杭の軸方向断面図である。 図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 鋼管杭の施工手順を示す断面図である。 鋼管杭外周に形成される硬化層を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 鋼管杭
２ 切削ビット
３ 管軸
４ 掘削翼
５ 注入口
６ 弁
７ 送給管
９ 注入孔
１０ 注入管
１２ 逆止弁
１３ エルボ
１４ リブ
１５ａ，１５ｂ 弁
１６ 分岐継手

Claims (5)

1. 切削ビットが先端に固定され、内部に配置された掘削液及び固化材の送給管が、前記切削ビットに設けられた注入口と連通するように該ビットに連結され、地盤に回転圧入される鋼管杭であって、
   鋼管の下端部周壁に固化材の注入孔が設けられるとともに、内部に前記注入孔と連通する前記固化材の注入管が設けられていることを特徴とする鋼管杭。
2. 前記注入孔が存する部分を含む鋼管の外周にリブが設けられていることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。
3. 前記リブは螺旋状のものであることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭。
4. 前記送給管の上部には分岐継手が設けられ、この分岐継手に前記注入管が接続され、前記送給管及び前記注入管に選択的に固化材を供給可能となっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の鋼管杭。
5. 請求項１乃至４のいずれか１記載の鋼管杭の根固め工法であって、
   前記送給管に掘削液を供給して、前記切削ビットの注入口から掘削液を吐出させがら地盤を掘削し、鋼管杭を回転圧入する工程と、
   根固めを必要とする所定深度に達した後、掘削液を固化材に切り替えて前記送給管を通して前記切削ビットの注入口から固化材を吐出させ、かつ鋼管杭を回転させながら、所定深度範囲で鋼管杭を昇降させる工程と、
   前記鋼管杭の下降位置で該鋼管杭を回転させながら、前記注入管を通して前記注入孔から固化材を鋼管杭外周に吐出させる工程と
   を備えてなることを特徴とする鋼管杭の根固め工法。

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