JP2010242405A - 杭の施工方法及び杭の施工治具 - Google Patents

Abstract

【課題】回転圧入工法による杭の貫入作業時に必要となる圧入力を施工コストの大幅な増大を招くことなく得ることができる杭の施工方法及びこれに用いられる杭の施工治具を提供する。
【解決手段】地盤７中に圧入させた杭１に対して、外周に沿って螺旋状の羽根３３が固着された円筒状の治具本体３１を当該杭１と一体的に回転及び圧入可能に装着する。続いて、治具本体３１をその羽根３３とともに地盤７中で回転させることによって、羽根３３により下向きの推進力を得て、杭１及び治具本体３１を地盤７中に圧入させる。続いて、杭１から治具本体３１を取り外して治具本体３１を地盤７中から取り除く。
【選択図】図８

Description

本発明は、鋼管杭やオールケーシング工法で用いられるケーシングのような円筒状の杭を地盤中に回転させながら圧入させる杭の施工方法及びこれに用いられる杭の施工治具に関する。

従来より、建築物や橋梁の基礎杭として用いられる鋼管杭や、オールケーシング工法で用いられるケーシングのような円筒状の杭を地盤中に貫入させるための工法として回転圧入工法が用いられている。これは、杭を地盤上に設置された回転圧入装置によって回転させながら圧入させることによって、杭を地中の所定深さにまで貫入させる工法のことである。

回転圧入工法によって杭を所定深さまで貫入させる場合、杭下端が開口されていると、貫入深度が深くなるに従って杭内に多くの土砂が侵入してきて、杭内の閉塞土による圧入に対する抵抗力が増大することになる。また、杭を所定深さまで貫入させる場合、地盤硬さが比較的小さい中間層まで貫入させた後、中間層よりも地盤硬さが大きい支持層に杭の下端を所定深さ貫入させることになる。即ち、杭の貫入作業時においては、作業初期よりも作業途中、作業後半の方が必要となる圧入力が増加することになり、この際に要求される圧入力やこの圧入力に対する反力を確保して作業を行う必要がある。

特開２００３−２９３３６１号公報 特開２００２−６１１７６号公報

杭の貫入作業の作業途中や作業後半で反力を確保するうえでは、回転圧入装置に反力を得るために設置されているカウンターウエイト、アンカー等を高性能化、大型化すること手段が採られているが、この場合、カウンターウエイト等の輸送費、設置作業費の高騰を招くうえ、カウンターウエイト等の高性能化、大型化に伴い回転圧入装置をも高性能化、大型化することになり、施工コストの大幅な増大を招くことになっていた。また、杭の貫入作業の作業途中や作業後半で圧入力を確保するうえで、回転圧入装置の高性能化、大型化する手段も採られているが、やはり施工コストの大幅な増大を招くことになっていた。

また、杭の貫入作業中に圧入力を得つつ反力を確保するうえで、鋼管杭等の下部の外周に螺旋状の羽根を固着して取り付け、この羽根を地盤中で回転させることによって羽根から推進力を得てこれを圧入力とする手段も採られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このような羽根はそもそも加工費、取付費が高いことに加え、地盤中での杭の圧入速度が羽根のピッチによって決まってしまうことから、大きな圧入力を必要としない地盤硬さの小さい中間層でも圧入速度が制限されてしまうこととなっていた。

また、特許文献２のように、杭の貫入作業後半で必要となる圧入力を確保するうえで、上部構造物の鉛直荷重を支持する内杭の頭部に外管杭を設け、これら外管杭及び内杭の下部に螺旋状の羽根を固着し、外管杭の羽根によって作業後半での圧入力を向上させる手段も考えられる。しかしながら、特許文献２の開示技術は、内杭の貫入作業終了後に外管杭を地中に残したままとするため、内杭ごとに別途高価な羽根を固着することによって加工
費、取付費の更なる高騰を招くうえ、内杭にも羽根が固着されているのでやはり中間層での圧入速度が制限されてしまうことになる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、回転圧入工法による杭の貫入作業時に必要となる圧入力を施工コストの大幅な増大を招くことなく得ることができる杭の施工方法及びこれに用いられる杭の施工治具を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の杭の施工方法及び杭の施工治具を発明した。また、本発明者は、この他に下記の杭の引き抜き方法を発明した。

第１の発明に係る杭の施工方法は、地盤中に円筒状の杭を回転させながら圧入させる杭の施工方法において、地盤中に圧入させた上記杭に対して、外周に沿って螺旋状の羽根が固着された円筒状の治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着し、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で回転させることによって上記杭及び当該治具本体を地盤中に圧入させ、上記杭から上記治具本体を取り外して当該治具本体を地盤中から取り除くことを特徴とする。

第２の発明に係る杭の施工方法は、第１の発明において、上記治具本体の下側から上側に向けて形成された挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着することを特徴とする。

第３の発明に係る杭の施工方法は、第１又は第２の発明において、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることにより、上記治具本体の下側から上側に向けて上記羽根のピッチに対応したピッチで螺旋状に形成された挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着し、上記治具本体を軸周りの一方向と反対方向に回転させることにより、上記杭から上記治具本体を取り外して当該治具本体を地盤中から取り除くことを特徴とする。

第４の発明に係る杭の施工方法は、第２又は第３の発明において、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることによって上記杭及び当該治具本体を地盤中に圧入させるとともに、上記挿入溝の側壁面に形成された凹溝内に上記杭の突起部材を嵌合させた状態で、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向と反対方向に回転させることによって、上記杭及び当該治具本体を地盤中から引き上げることを特徴とする。

第５の発明に係る杭の施工方法は、第１〜第４の何れか１つの発明において、上記治具本体の外周面又は内周面に沿って固着された補助プレートに形成された上記挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を装着することを特徴とする。

第６の発明に係る杭の施工方法は、第１〜第５の何れか１つの発明において、外周に沿って螺旋状の羽根が固着されていない上記杭を圧入させることを特徴とする。

第７の発明に係る杭の施工治具は、第１〜第６の何れか１つの発明に用いられる杭の施工治具であって、上記杭に対して一体的に回転及び圧入可能に装着される円筒状の治具本体と、上記治具本体の外周に沿って螺旋状に固着された羽根とを備えることを特徴とする
。

第８の発明に係る杭の施工治具は、第７の発明において、上記治具本体の下側から上側に向けて形成され、上記杭に固着される突起部材を嵌合させるための挿入溝を更に備えることを特徴とする。

第９の発明に係る杭の施工治具は、第８の発明において、上記挿入溝は、上記治具本体の下側から上側に向けて上記羽根のピッチに対応したピッチで螺旋状に形成されていることを特徴とする。

第１０の発明に係る杭の施工治具は、第８又は第９の発明において、上記挿入溝は、その側壁面に上記杭の突起部材を嵌合させるための凹溝が形成されていることを特徴とする。

第１１の発明に係る杭の施工治具は、第７〜第１０の何れか１つの発明において、上記溝は、上記治具本体の外周面又は内周面に沿って固着された補助プレートに形成されていることを特徴とする。

第１２の発明に係る杭の引き抜き方法は、地盤中に圧入された杭を引き抜くための杭の引き抜き方法であって、第１０の発明の治具本体を、その羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることによって当該地盤中に圧入させて上記杭に対して装着し、上記杭の突起部材を上記挿入溝の凹溝内に嵌合させた状態で、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向と反対方向に回転させることによって、上記杭及び当該治具本体を地盤中から引き抜くことを特徴とする。

第１の発明によれば、杭の貫入作業時において、作業初期においては杭のみを所望深さまで回転圧入させた後、大きな圧入力が必要となった時点で施工治具の治具本体を杭と一体的に回転及び圧入可能に装着させて、施工治具の羽根によって推進力を得ることにより必要となる圧入力を確保して、杭を回転圧入させることが可能となっている。特に、圧入力の確保のために、施工治具の羽根によって推進力を得ることとしているため、圧入力や反力を得るための特別な構成を回転圧入装置や杭に適用する必要がなくなり、施工コストの大幅な増大を招くことなく必要となる圧入力を確保することが可能となっている。また、施工治具を一つの杭の貫入作業後に地中から取り除くこととしているので、同じ施工治具を繰り返し使用することができ、経済性に非常に優れたものとなっている。

第３の発明によれば、施工治具の杭への取り付け時、取り外し時において、杭の突起部材が挿入溝の側壁面に強く接触することがないので、施工治具の耐久性が向上することになる。また、羽根の上側の土砂を大きく圧縮することなく小さな抵抗で施工治具を引き上げることが可能となる。

第４の発明によれば、施工治具の挿入溝の凹溝内に杭の突起部材を嵌合させることによって、施工治具及び杭を一体的に地盤から引き上げることが可能となる。

第６の発明によれば、羽根がなくなることにより地盤中での杭の圧入速度が制限されなくなるので、大きな圧入力を必要としない地盤硬さの小さい中間層での圧入速度を速めることができ、施工性を向上させることが可能となる。また、杭に羽根を固着する必要がないことから杭に必要となる加工費、取付費を低減させることが可能となる。

（ａ）は地盤中に圧入させる対象となる杭の正面図であり、（ｂ）はその平面図である。 杭を回転させながら圧入させる際に用いられる施工治具の正面図である。 施工治具を杭に装着させる前の状態を示す斜視図である。 施工治具を杭に装着させた後の状態を示す斜視図である。 第１実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための正面図である。 第１実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための他の正面図である。 第２実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための正面図である。 第２実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための他の正面図である。 第３実施形態において用いられる施工治具の構成を示す正面図である。 第３実施形態における施工治具を杭に装着させる前の状態を示す正面図である。 第３実施形態における施工治具を杭に装着させた後の状態を示す正面図である。 第４実施形態において用いられる施工治具を杭に装着させた後の状態を示す正面図である。 （ａ）は第４実施形態における施工治具の挿入溝の凹溝内に杭の突起部材を嵌合させた状態を示す正面図であり、（ｂ）はその嵌合状態を示す拡大正面図である。 第５実施形態における施工治具を利用した杭の引き抜き方法の手順について説明するための正面図である。 治具本体に固着される補助プレートについて説明するための一部切欠斜視図である。 施工治具の構成を模式的に示す正面図である。

以下、本発明を実施するための形態として、円筒状の杭を地盤中に回転させながら圧入させる杭の施工方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明に係る杭の施工方法の第１実施形態について説明する。以下においては、先に、本発明の適用の対象となる杭や施工治具の構成について説明する。

図１（ａ）は、地盤中に圧入させる対象となる杭１の正面図であり、（ｂ）はその平面図である。

杭１は、建築物や橋梁のための基礎杭や、施工現場での施工機械、人間の足場の仮設ステージを構築するための基礎杭であったり、盛土構築時や縦孔掘削時にオールケーシング工法で用いられる土留めとしてのケーシングのような用途で、円筒状の杭として用いられるものである。本実施形態において杭１は、鋼管杭から構成されるものとする。杭１は、その下端１ａが図示のように開口されていてもよいし、その下端１ａの開口を閉塞する端板が固着されていてもよい。杭１は、回転圧入時において地盤を掘削するための構造として、掘削ビットがその下端１ａに取り付けられていてもよいし、図示のように何も取り付けられていなくともよい。また、本実施形態において杭１には、その外周に螺旋状の羽根が固着されていないものとする。

図２は、杭１を回転させながら圧入させる際に用いられる施工治具３の正面図である。また、図３は施工治具３を杭１に装着させる前の状態を示す斜視図であり、図４は装着させた後の状態を示す斜視図である。

施工治具３は、治具本体３１と、羽根３３と、挿入溝３５とを備えている。

治具本体３１は、円筒状に形成されるものであり、例えば、鋼管から構成されるものである。治具本体３１は、ある程度の強度、剛性を確保できれば鉄系金属、非鉄系金属の何れから構成されていてもよい。治具本体３１は、図４に示すように、杭１への装着時において、その内周側に杭１の上部を嵌合可能とするため、杭１の外径より若干大きい内径となるようにその寸法が調整されている。

羽根３３は、治具本体３１の外周に沿って螺旋状に固着されるものである。羽根３３は、本実施形態において、治具本体３１の下端３１ａから上側に間隔を空けた位置にその羽根３３の下端が位置するように固着されている。羽根３３は、鋼板等を螺旋状に成形したものを治具本体３１の外周に沿って当接させて、これらを溶接接合する等して固着されるものである。

羽根３３は、本実施形態において、図示のように治具本体３１に対して一つのみ固着されているが、治具本体３１の軸方向に間隔を空けて複数固着されていてもよい。また、羽根３３の巻き数は、図示の例では略一巻きとされているがこれに限定するものではない。

挿入溝３５は、治具本体３１の下側から上側に向けて延長されて形成されるものであり、本実施形態においては、治具本体３１の下端３１ａから鉛直上側に向けて直線状に延長されて形成されており、更に、その奥側の側壁面３５ａに周方向に延長された凹溝３６が形成されている。本実施形態における挿入溝３５は、この凹溝３６とによって略Ｌ字状に形成されている。

挿入溝３５は、杭１に固着された突起部材１１を嵌合させるために形成されるものである。施工治具３の治具本体３１は、杭１の突起部材１１をその挿入溝３５内に嵌合させることによって、杭１に対して装着されることになる。これにより、治具本体３１が軸回りの両側に回転した場合は、挿入溝３５の側壁面３５ａや凹溝３６の側壁面３６ａに杭１の突起部材１１が係合されて、治具本体３１から杭１に回転トルクが伝達可能とされ、治具本体３１が下側に押し込まれた場合は、挿入溝３５の上壁面３５ｂや凹溝３６の上壁面３６ｂに杭１の突起部材１１が係合されて、治具本体３１から杭１に押し込み力が伝達可能とされることになる。即ち、治具本体３１の挿入溝３５内に杭１の突起部材１１を嵌合させることによって、治具本体３１が杭１と一体的に回転可能及び圧入可能に装着されることになる。このように治具本体３１を杭１に装着できれば、挿入溝３５の形状は、本実施形態のように略Ｌ字状に限定するものではなく、例えば、凹溝３６を形成しないこととして鉛直上側に直線状に延長されたのみの形状等に形成されていてもよい。

挿入溝３５は、治具本体３１をレーザービーム切断、ガス切断する等して形成されるものであるが、後述のように、治具本体３１に固着される補強プレート３９に形成されていてもよい。

杭１の突起部材１１は、本実施形態において、略直方体状に形成されたブロック体が杭１の上端１ｂ寄りの外周面に固着されて構成されている。杭１の突起部材１１は、治具本体３１の内周側に杭１を嵌合させた際に、治具本体３１の挿入溝３５に嵌合可能であれば特にその形状について限定するものではないが、本実施形態のように、挿入溝３５への嵌合時に挿入溝３５の両側の溝側面３５ａに対して略平行な当接面１１ａが両側面に形成されていれば、挿入溝３５への嵌合作業が容易となるので好ましい。杭１の突起部材１１は、例えば、鋼材等から構成される。杭１の突起部材１１は、杭１に対して溶接等によって固着される。

施工治具３の挿入溝３５及び杭１の突起部材１１は、それぞれの数が同じとなるように
設けられるものであり、更に、それぞれ対応した位置に設けられる。本実施形態において、挿入溝３５及び突起部材１１は、それぞれ周方向に間隔を空けて二つずつ設けられている。

図５、図６は、本発明に係る第１実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための正面図である。杭１の回転圧入作業時においては、図５（ａ）に示すような回転圧入装置５を用いる。この回転圧入装置５は、地盤７上に設置されるものであり、図示しないが、杭１や施工治具３の治具本体３１のような筒状体を把持する把持部材と、把持部材によって筒状体を把持した状態で筒状体の軸回りの両側に筒状体を回転又は揺動させる回転モーターと、把持部材によって筒状体を把持した状態で筒状体を上下動させる上下動手段としてのシリンダとを備えている。また、この他に回転圧入装置５は、図示しないが筒状体を上下動させる際の鉛直方向の反力を得るためのカウンターウエイトや、筒状体を回転、揺動させる際の回転方向の反力を得るためのスパイクを備えている。

次に、本発明に係る第１実施形態の杭の施工方法の手順について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、回転圧入装置５の把持部材によって杭１を把持した後、把持部材によって把持した状態で杭１を回転させつつ降下させて、所望深さ杭１を地盤７の中間層７１中に圧入させた後、把持部材による杭１の把持を解放して把持部材のみを上昇させた後、再度把持部材によって杭１を把持する。この動作を繰り返して杭１を地盤７の中間層７１中に圧入させていく。なお、必要に応じて、複数の杭１を溶接により軸方向に直列に接合して継ぎ足しつつ圧入させてもよい。

続いて、図５（ｂ）に示すように、杭１によって基礎杭として目標とする支持力が得られる地盤硬さの支持層７３近傍まで杭１の下端が到達した時点で、杭１に施工治具３の治具本体３１を杭１と一体的に回転及び圧入可能に装着する。本実施形態においては、施工治具３の治具本体３１の装着作業時において、杭１の突起部材１１が地表面７ａから露出しているものとする。施工治具３の治具本体３１の装着作業時には、施工治具３の治具本体３１を回転圧入装置５の把持部材によって把持した後、治具本体３１を回転させることによって治具本体３１の挿入溝３５と杭１の突起部材１１とを周方向で位置合わせした後、治具本体３１の挿入溝３５内に杭１の突起部材１１が嵌合されるように治具本体３１を降下させることによって作業が行われる。

続いて、施工治具３の羽根３３が地盤７中に入り込むまで、施工治具３の治具本体３１を杭１とともに回転又は揺動させつつ圧入させる。続いて、図５（ｃ）に示すように、施工治具３の治具本体３１をその羽根３３とともに地盤７中で軸回りの一方向に回転させることによって、羽根３３の上面に接触している土砂から下向きの推進力が得られ、施工治具３及び杭１が一体的に地盤７中に圧入されることになる。この場合に、羽根３３によって推進力が得られているので、地盤硬さが比較的硬い支持層７３でも杭１の下端１ａを大きな圧入力で簡単に圧入させることが可能となっている。ここで、施工治具３の治具本体３１を回転させることになる軸回りの一方向とは、治具本体３１の上側から下側に向かう際の治具本体３１の羽根３３の巻きの方向のことをいい、図４（ａ）に示す例ではＰ１方向のことをいう。

続いて、支持層７３に杭１の下端１ａを到達させた後に、図６（ａ）に示すように、更に所定深さ杭１の下端１ａを圧入させた時点で、施工治具３を杭１から取り外す。施工治具３の取り外し時には、先ほど施工治具３の治具本体３１を回転させた軸回りの一方向と反対方向にその治具本体３１を回転させることにより行う。これにより、羽根３３の下面に接触している土砂から上向きの推進力が得られ、施工治具３のみが地盤７中から引き上げられる。ここで、軸回りの一方向と反対方向とは、図４（ｂ）に示す例ではＰ２方向の
ことをいう。

なお、施工治具３の治具本体３１を軸回りの一方向と反対方向に回転させる場合、本実施形態においては挿入溝３５に凹溝３６が形成されているので、図４（ｂ）に示すように、突起部材１１が回転によって挿入溝３５の凹溝３６内に嵌合されてしまい、羽根３３から得られる上向きの推進力が凹溝３６内の突起部材１１を介して杭１に伝達されてしまう。このため、本実施形態においては突起部材１１が凹溝３６内に嵌合されない位置まで治具本体３１を回転させずに回転圧入装置５によって引き上げた後、治具本体３１を回転させることになる。挿入溝３５に凹溝３６が形成されていない場合は、このような操作は特段必要とならない。

また、治具本体３１の回転によって杭１も回転することになるが、治具本体３１の引き上げによって治具本体３１の挿入溝３５内を杭１の突起部材１１が下方向に相対移動することになるので、杭１自体は引き上げられないことになる。また、支持層７３に杭１の下端１ａを到達させた後に更に杭１の下端１ａを圧入させる深さは、例えば、杭１の杭径の３倍程度とされるがこれに限定するものではない。

一つの杭１の貫入作業は、施工治具３の羽根３３が地表面に露出するまで引き上げられた時点で、施工治具３の治具本体３１を地盤７中から取り除くことによって完了する。この後は、必要となる数だけ杭１の回転圧入作業を先ほどと同じ要領で行う。この場合に、先行して行った杭１の貫入作業時に用いた施工治具３を後行して行う杭１の貫入作業時に用いてもよい。この後は、例えば、複数の杭１の上端部を包囲するようにコンクリートを打設してフーチング９１を構築したうえで橋梁９等が構築されることになる。

次に、本発明に係る杭の施工方法の効果について説明する。

本発明によれば、杭１の貫入作業時において、作業初期においては杭１のみを所望深さまで回転圧入させた後、大きな圧入力が必要となった時点で施工治具３の治具本体３１を杭１と一体的に回転及び圧入可能に装着させて、施工治具３の羽根３３によって推進力を得ることにより必要となる圧入力を確保して、杭１を回転圧入させることが可能となっている。特に、圧入力の確保のために、施工治具３の羽根３３によって推進力を得ることとしているため、圧入力や反力を得るための特別な構成を回転圧入装置５や杭１に適用する必要がなくなり、施工コストの大幅な増大を招くことなく必要となる圧入力を確保することが可能となっている。

また、本発明によれば、施工治具３を一つの杭１の貫入作業後に地中から取り除くこととしているので、同じ施工治具３を繰り返し使用することができ、経済性に非常に優れたものとなっている。

また、本実施形態のように、必要となる圧入力を確保するために杭１の外周に螺旋状の羽根が固着されていない場合、羽根がなくなることにより地盤７中での杭１の圧入速度が制限されなくなるので、大きな圧入力を必要としない地盤硬さの小さい中間層７１での圧入速度を速めることができ、施工性を向上させることが可能となる。また、杭１に羽根を固着する必要がないことから杭１に必要となる加工費、取付費を低減させることが可能となる。なお、杭１は、その外周に螺旋状の羽根が固着されていてもよいが、このような効果が得られなくなってしまうので、固着されていない方が好ましい。

なお、上述の実施形態においては、杭１に対して予め突起部材１１が固着されているものとして説明したが、杭１の貫入作業時に必要となった時点で固着するようにしてもよい。

また、杭１の貫入作業終了後の地表面７ａから杭１の上端１ｂまでの距離である打ち止め高さは、施工治具３の地盤７中への圧入量や、杭１に対して固着される突起部材１１の杭１の軸方向での取付位置等を変化させることによって調整できる。

また、図４（ａ）に示すように、治具本体３１の挿入溝３５内に杭１の突起部材１１を嵌合させた状態で、治具本体３１をその羽根３３とともに地盤７中でＰ１方向に回転させた場合、羽根３３によって得られた下向きの推進力が挿入溝３５の上壁面３５ｂ等に係合される杭１の突起部材１１を介して杭１に伝達されて、杭１を圧入することができる。また、図４（ｂ）に示すように、治具本体３１の挿入溝３５の凹溝３６内に杭１の突起部材１１を嵌合させた状態で、治具本体３１をその羽根とともに地盤７中でＰ２方向に回転させた場合、羽根３３によって得られた上向きの推進力が凹溝３６の下壁面３６ｃに係合される杭１の突起部材１を介して杭１に伝達されて、杭１を引き上げることができる。このことを利用して、施工治具３の治具本体３１を杭１に装着して施工治具３及び杭１を一体的に地盤７中に圧入させる際に、治具本体３１を軸周りの両方向に揺動させることによって、杭１を上下動させることが可能となる。これは、地盤硬さが硬く圧入作業が困難となる場合に、圧入作業を容易化するうえで有効となる。

このように、治具本体３１の挿入溝３５に凹溝３６が形成されている場合、凹溝３６内に突起部材１１を嵌合させることによる杭１の引き上げが可能となるが、上述のように杭１の下端１ａを支持層７３に到達させた後に杭１に上向きの推進力を伝達させないような操作が必要となる。このため、杭１の貫入作業時には地盤条件等に応じて挿入溝３５に凹溝３６が形成されているものや、形成されていないものを適宜使い分けることが好ましい。

次に、本発明に係る杭の施工方法の第２実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことによって以下での説明を省略する。

図７、図８は、本発明に係る第２実施形態の杭の施工方法の手順について説明するための正面図である。

第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、支持層７３より上側に地盤硬さが比較的硬い硬質中間層７５と、地盤硬さが比較的低い軟質中間層７７とが存在しているものとする。軟質中間層７７は、硬質中間層７５の上下の両側に存在しており、下側の軟質中間層７７の更に下側に支持層７３が存在していることになる。

杭１の貫入作業時においては、杭１の下端１ａが硬質中間層７５の近傍に到達するまでは第１実施形態と同様の手順で行う。続いて、図７（ａ）に示すように、杭１の下端１ａを硬質中間層７５に圧入させるのに必要となる圧入力を得るために、杭１に施工治具３の治具本体３１を杭１と一体的に回転及び圧入可能に装着させる。この場合において、第１実施形態の場合と異なり、杭１の中間部が地表面上に位置していることから、施工治具３の治具本体３１も杭１の中間部に装着させる。このように、施工治具３の治具本体３１を杭１に装着させる位置については特段限定するものではない。

続いて、図７（ｂ）に示すように、施工治具３の治具本体３１をその羽根３３とともに地盤７中で軸回りに一方向に回転させることによって羽根３３により推進力を得つつ、杭１の下端１ａが硬質中間層７５を超えるまで圧入させる。これにより、地盤硬さが硬い硬質中間層７５でも杭１の下端１ａを大きな圧入力で簡単に圧入させることが可能となる。

この後は、図７（ｃ）、（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、施工治具３を杭１から一度取り外して杭１のみを回転圧入させた後、杭１の下端１ａが再度他の硬質中間層７５や支持層７３の近傍に到達した時点で、杭１の外周面に突起部材１１を固着した後に再度施工治具３を杭１に装着して、羽根３３により推進力を得つつ所定深さ杭１の下端１ａを支持層７３に圧入させた時点で、第１実施形態と同じ要領で杭１から施工治具３を取り外す。

なお、杭１に対して施工治具３の治具本体３１を装着した後に、硬質中間層７５を超えるまで杭１の下端１ａを圧入させた後に、杭１の下端１ａを支持層７３に所定深さ圧入させるまで、施工治具３を杭１から取り外すことなく作業を続けてもよい。この場合、杭１の下端１ａを支持層７３に所定深さ圧入可能となるよう、治具本体３１の軸方向長さを調整することになる。

次に、本発明に係る杭の施工方法の第３実施形態について説明する。

図９は本実施形態において用いられる施工治具３の構成を示す正面図であり、図１０は、施工治具３の治具本体３１を杭１に装着させる前の状態を示す正面図であり、図１１は装着させた後の状態を示す正面図である。

本実施形態における施工治具３は、第１実施形態における施工治具３の直線状に形成された挿入溝３５が螺旋状に形成された挿入溝３７として構成されている。この挿入溝３７は、羽根３３のピッチ、巻きの方向に対応したピッチ、巻きの方向で螺旋状に形成されたものとなっている。なお、ここでいうピッチとは、羽根３３や挿入溝３７が治具本体３１を周方向に一回点したときにこれらが軸方向に進む距離のことをいう。

本実施形態において杭１に固着される突起部材１１は、略六角形状のブロック体から構成されている。この突起部材１１は、挿入溝３７の側壁面３７ａが鉛直面に対して傾斜して設けられていることからこれに応じた当接面１１ａを有する形状とされており、挿入溝３７の側壁面３７ａに略平行な当接面１１ａが両側面に形成されている。

杭１に固着された突起部材１１は、杭１への装着時において、挿入溝３７の奥側に位置する奥壁面３７ｂに係合されるようにその挿入溝３７に嵌合される。これにより、治具本体３１が軸周りの一方向に回転した場合は、挿入溝３７の奥壁面３７ｂに杭１の突起部材１１が係合されて、治具本体３１から杭１に回転トルクが伝達可能とされ、治具本体３１が下側に押し込まれた場合は、挿入溝３７の上側の側壁面３７ａに杭１の突起部材１１が係合されて、治具本体３１から杭１に押し込み力が伝達可能とされることになる。

杭１の貫入作業時においては、杭１の下端１ａが支持層７３の近傍に到達するまでは第１実施形態と同様の手順で行う。ただし、本実施形態においては、施工治具３の治具本体３１の装着作業時において、杭１の突起部材１１が地表面７ａより下側に配置されているものとする。

この場合、第１実施形態のような施工治具３の挿入溝３５が直線状に形成されたものであると、施工治具３の治具本体３１を回転圧入装置５によって把持した後、把持した状態で施工治具３の治具本体３１の挿入溝３５内に杭１の突起部材１１が嵌合されるまで降下させる際に、施工治具３の羽根３３の下面が地盤７に接触して抵抗してしまうことになる。ここで、例えば、地盤７の地表面層の地盤硬さが硬い場合、そもそも施工治具３の降下が困難になってしまうため、施工治具３の羽根３３を地盤７中で回転させて羽根３３によって推進力を得ながら施工治具３を降下させることになる。

ここで、治具本体３１の挿入溝３５内に杭１の突起部材１１が嵌合された後も挿入溝３５の上壁面３５ｂに係合されるまで治具本体３１を回転させることになるが、この場合、杭１の突起部材１１は挿入溝３５の途中部位に係合されつつ挿入溝３５内を上側に相対移動することになる。このため、複数回の使用によって、挿入溝３５の途中部位が変形してしまい、嵌合作業を容易に行えなくなり、施工治具３の耐久性を低下させる可能性がある。

これに対して、本実施形態のように、羽根３３のピッチに対応したピッチで螺旋状に形成された挿入溝３７が形成されている場合、治具本体３１の挿入溝３７内への杭１の突起部材１１の嵌合作業時に、治具本体３１が回転量に応じた量だけ下降するのと同じ関係で、治具本体３１の挿入溝３７も回転量に応じた量だけ下降することになる。このため、治具本体３１の挿入溝３７内に嵌合された杭１の突起部材１１は、図１１に示すような治具本体３１のＰ１方向への回転時において、矢印Ａに沿って挿入溝３７内を通り抜けることとなり、杭１の突起部材１１が挿入溝３７の途中部位で強く接触することがない。このため、施工治具３の挿入溝３７を螺旋状とすることにより、施工治具３の耐久性が向上することになる。

また、施工治具３の取り外し時においては、治具本体３１を回転させながら取り外すことができるため、この場合でも、挿入溝３７の側壁面３７ａに杭１の突起部材１１が強く接触することがないので、施工治具３の杭１からの取り外し作業時の観点からも耐久性が向上することになる。

更にまた、第１実施形態の施工治具３のように挿入溝３５が直線状に形成されていると、鉛直上方に施工治具３を引き上げる際に、羽根３３の上側の土砂を大きく圧縮する必要があるため大きな抵抗が発生してしまう。これに対して、本実施形態の施工治具３のように挿入溝３７が螺旋状に形成されていると、回転させながら引き上げることで、羽根３３の上側の土砂を大きく圧縮することなく小さな抵抗で引き上げることが可能となる。

なお、本実施形態に係る杭の施工方法では、施工治具３の挿入溝３５の形状と杭１の突起部材１１の形状とが第１実施形態と相違しているのみで、杭の施工方法の手順については第１実施形態と同様の手順で行われる。

次に、本発明に係る杭の施工方法の第４実施形態について説明する。

図１２は本実施形態において用いられる回転圧入用治具３を杭１に装着させた後の状態を示す正面図である。

本実施形態において施工治具３は、第３実施形態における施工治具３と比較して、その挿入溝３７の下側の側壁面３７ａに凹溝３８が形成されている点で相違している。

図１３（ａ）はこの施工治具３の挿入溝３７の凹溝３８内に杭１の突起部材１１を嵌合させた状態を示す正面図であり、（ｂ）はその嵌合状態を示す拡大正面図である。このように、挿入溝３７の凹溝３８は、杭１の突起部材１１をその内側に嵌合させるために形成されるものであり、杭１の突起部材１１を嵌合可能な形状に調整されている。これにより、治具本体３１が軸回りの両側に回転した場合は、凹溝３８の側壁面３８ａに杭１の突起部材１１が嵌合されて、治具本体３１から杭１に回転トルクが伝達可能とされ、治具本体３１が上側に引き上げられた場合は、凹溝３８の下壁面３８ｂに杭１の突起部材１１が係合されて、治具本体３１から杭１に引き上げ力が伝達可能とされることになる。

なお、挿入溝３７の凹溝３８は、挿入溝３７の下側の側壁面３７ａに形成されていれば
、その形成される位置について特段限定するものではない。

次に、本実施形態に係る杭の施工方法の手順について説明する。

支持層７３近傍まで杭１の下端を圧入させた後、杭１に施工治具３の治具本体３１を装着するまでは第３実施形態と同様の手順で行う。続いて、施工治具３の治具本体３１をその羽根３３とともに地盤７中で軸回りの一方向に回転させることによって、羽根３３から下向きの推進力を得つつ、施工治具３及び杭１を一体的に地盤７中に圧入させる。

ここで、上述のように地盤硬さが硬く圧入作業が困難となる場合に、杭１を上下動させる必要が生じるケースがある。この場合、羽根３３によって下向きの推進力は、図１２に示す状態から治具本体３１をＰ１方向に回転させることによって得られる。また、羽根３３によって上向きの推進力を得るためには、図１２に示す状態から、施工治具３の治具本体３１を軸回りの一方向と反対方向であるＰ２方向に回転させつつ上昇させることによって、施工治具３の挿入溝３７の凹溝３８内に杭１の突起部材１１を嵌合させて、その状態から施工治具３の治具本体３１をＰ２方向に回転させることによって得られる。これを繰り返すことによって、杭１を上下動させることが可能となり、圧入作業を容易化することが可能となる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態においては、第１実施形態において説明したような施工治具３を利用することによって、地盤中に圧入された既設の杭１を引き抜く杭の引き抜き方法について説明する。

建築物や橋梁の建て替え等のため基礎杭の撤去が必要なケースや、杭１の施工時において設置した仮設ステージ、土留めを構成するケーシングを施工完了後に引き抜くケースがある。この場合、以下に説明するようにして、杭１を引き抜くことができる。

まず、図１４（ａ）に示すように、第１実施形態と同様の施工治具３の治具本体３１を地盤７中に圧入させる。治具本体３１は、その挿入溝３５内に杭１の突起部材１１が嵌合されるまで圧入する。なお、地盤７中に圧入されている杭１には、予め突起部材１１が設けられているものとする。

続いて、図１４（ｂ）に示すように、杭１の突起部材１１が挿入溝３５の凹溝３６内に嵌合されるように、治具本体３１をＰ２方向に回転させる。続いて、図１４（ｃ）に示すように、治具本体３１をそのままＰ２方向に回転させ続け、羽根３３によって上向きの推進力を得つつ、杭１を引き上げる。杭１の上端が地表面７ａから露出する程度にまで引き上げられたら、その後は回転圧入装置５によって直接杭１を引き上げるようにしてもよいし、先ほどの杭１の引き上げで用いた突起部材１１を取り除いた後に、その取り除いた突起部材１１より下側に設けられた突起部材１１と施工治具３とを再度利用して杭１を引き上げるようにしてもよい。これによって、杭１が引き抜かれることになる。

このように、本発明に係る施工治具３を利用して杭１を引き抜く場合、施工治具３の羽根３３によって上向きの推進力を得つつ杭１を引き上げることが可能となり、施工性を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

また、施工治具３の治具本体３１は、各実施形態のようにその内周側に杭１が嵌合され
ていてもよいし、その外周側に杭１が嵌合されるようにしてもよい。この場合、杭１の突起部材１１は、杭１の内周側に固着されることになる。

また、上述の実施形態において挿入溝３５、３７は、施工治具３の治具本体３１に直接形成されている場合について説明したが、図１５に示すように、治具本体３１の内周面に沿って固着された補助プレート３９に形成されていてもよい。この補助プレート３９は、鋼板等から構成される板状部材であり、治具本体３１の内周面に沿って湾曲した形状とされている。この補助プレート３９は、例えば、ボルト接合、溶接接合等することによって治具本体３１に対して固着される。補助プレート３９の位置は、図示のように、治具本体３１の下端とその下端が異なる位置にあってもよい。

なお、補助プレート３９は、施工治具３の治具本体３１の外周側に杭１が嵌合される場合、その治具本体３１の外周面に沿って固着されることになる。

また、施工治具３の羽根３３は、以下に説明するような寸法から構成されていてもよい。図１６は、施工治具３の構成を模式的に示す正面図である。

羽根３３は、回転時において、図１６に示すように、その上面に接触している土砂の重量を反力として推進力を得ている。この推進力は、具体的には、正面視において、羽根３３の外周端３３ｃから鉛直面に対して略４５°外側に傾斜して延長される影響線ｌ１に囲まれる範囲Ｓ１内の土砂の重量が影響している。このため、効率的に推進力を得るためには、羽根３３の取り付け高さＨ１は、治具本体３１の直径Ｌ０の１．０倍以下となるように調整することが好ましい。これは、Ｈ１がＬ０の１．０倍超であると、地盤面７ａから羽根３３までの距離が近くなることによって推進力の反力として働く土砂の重量が小さくなり、十分な推進力が得られなくなるためである。また、羽根３３の取り付け高さＨ１は、直径Ｌ０の０．１倍未満であると、羽根３３を治具本体３１に溶接で取り付ける際の加工が困難となるため、直径Ｌ０の０．１倍以上となるよう調整することが好ましい。

また、効率的に推進力を得るためには、羽根３３の径Ｌ１は、治具本体３１の直径Ｌ０の１．５倍以上、２．５倍以下となるように調整することが好ましい。これは、Ｌ１がＬ０の１．５倍未満であると、推進力が小さく圧入力を補助する効果が小さくなり、Ｌ１がＬ０の２．５倍超であると、回転時の抵抗が大きくなりすぎ好ましくないためである。

また、羽根３３のピッチＬ２は、治具本体３１の直径Ｌ０の０．２倍以上、０．４倍以下となるように調整することが好ましい。これは、Ｌ２がＬ０の０．２倍未満であると、治具本体３１が一回転当たりに進む量が小さすぎて施工性が低減してしまい好ましくなく、Ｌ２がＬ０の０．４倍超であると、回転抵抗が増大してしまい施工性が低減してしまい好ましくないためである。

１ ：杭
３ ：施工治具
５ ：回転圧入装置
７ ：地盤
１１ ：突起部材
３１ ：治具本体
３３ ：羽根
３５ ：挿入溝
３７ ：挿入溝
３８ ：凹溝
３９ ：補助プレート
７１ ：中間層
７３ ：支持層
７５ ：硬質中間層
７７ ：軟質中間層

Claims (12)

1. 地盤中に円筒状の杭を回転させながら圧入させる杭の施工方法において、
   地盤中に圧入させた上記杭に対して、外周に沿って螺旋状の羽根が固着された円筒状の治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着し、
   上記治具本体をその羽根とともに地盤中で回転させることによって上記杭及び当該治具本体を地盤中に圧入させ、
   上記杭から上記治具本体を取り外して当該治具本体を地盤中から取り除くこと
   を特徴とする杭の施工方法。
2. 上記治具本体の下側から上側に向けて形成された挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着すること
   を特徴とする請求項１記載の杭の施工方法。
3. 上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることにより、上記治具本体の下側から上側に向けて上記羽根のピッチに対応したピッチで螺旋状に形成された挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を当該杭と一体的に回転及び圧入可能に装着し、
   上記治具本体を軸周りの一方向と反対方向に回転させることにより、上記杭から上記治具本体を取り外して当該治具本体を地盤中から取り除くこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の杭の施工方法。
4. 上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることによって上記杭及び当該治具本体を地盤中に圧入させることと、上記挿入溝の側壁面に形成された凹溝内に上記杭の突起部材を嵌合させた状態で、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向と反対方向に回転させることによって、上記杭及び当該治具本体を地盤中から引き上げることとを繰り返して上記杭を上下動させること
   を特徴とする請求項２又は３記載の回転圧入方法。
5. 上記治具本体の外周面又は内周面に沿って固着された補助プレートに形成された上記挿入溝内に上記杭に固着された突起部材を嵌合させて、上記杭に対して上記治具本体を装着すること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の杭の施工方法。
6. 外周に沿って螺旋状の羽根が固着されていない上記杭を圧入させること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の杭の施工方法。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の杭の施工方法に用いられる杭の施工治具であって、
   上記杭に対して一体的に回転及び圧入可能に装着される円筒状の治具本体と、
   上記治具本体の外周に沿って螺旋状に固着された羽根とを備えること
   を特徴とする杭の施工治具。
8. 上記治具本体の下側から上側に向けて形成され、上記杭に固着される突起部材を嵌合させるための挿入溝を更に備えること
   を特徴とする請求項７記載の杭の施工治具。
9. 上記挿入溝は、上記治具本体の下側から上側に向けて上記羽根のピッチに対応したピッチで螺旋状に形成されていること
   を特徴とする請求項８記載の杭の施工治具。
10. 上記挿入溝は、その側壁面に上記杭の突起部材を嵌合させるための凹溝が形成されていること
    を特徴とする請求項８又は９記載の杭の施工治具。
11. 上記挿入溝は、上記治具本体の外周面又は内周面に沿って固着された補助プレートに形成されていること
    を特徴とする請求項７〜１０の何れか１項記載の杭の施工治具。
12. 地盤中に圧入された杭を引き抜くための杭の引き抜き方法であって、
    請求項１０記載の杭の施工治具における治具本体を、その羽根とともに地盤中で軸回りの一方向に回転させることによって地盤中に圧入させて上記杭に対して装着し、
    上記杭の突起部材を上記挿入溝の凹溝内に嵌合させた状態で、上記治具本体をその羽根とともに地盤中で軸回りの一方向と反対方向に回転させることによって、上記杭及び当該治具本体を地盤中から引き上げること
    を特徴とする杭の引き抜き方法。

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