JP2010242465A - 鋼管杭及びその施工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】先端が開口している中空の鋼管杭であって、前記鋼管杭の先端部に、先端へ向かって外周面および内周面がそれぞれ漸次縮径するテーパー状外周面2およびテーパー状内周面3を有し、鋼管杭の先端に掘削ビット6を備えている。テーパー状部分4の杭長手方向の長さ(H1)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率が0.3〜5.5である。鋼管杭1の外径が一定の定常部の杭外径(D1)とこれに対する鋼管杭先端の外径D2との比率(D2/D1)である縮径率が、0.60〜0.95の範囲とされている。前記のような鋼管杭1を、鋼管杭に回転力および押込み力を付与する回転圧入工法によって硬質地盤を含む地盤に回転圧入する。
【選択図】図1
Description
また、テーパー状外周面を有するテーパー状杭を格子状に打ち込んで地盤表層部を締め固めて液状化防止を図るようにすることも知られている(例えば、特許文献3参照)
また、負の周面摩擦力を除去するためにテーパー状杭を地盤に貫入させることも知られている(例えば、特許文献4参照)。
また、鋼管杭には、支持層まで打ち込まないで周面摩擦力を主に発揮させて支持力を期待する摩擦杭と、支持層に打ち込んで杭先端部での支持力を主に発揮させて支持力を期待する支持杭とがあり、本発明は、鋼管杭を支持層に打ち込んで杭先端部での支持力を発揮させて支持力を期待する支持杭に属する。
杭を回転圧入するための押込み力を確保するためには、反力が必要となり、反力を確保するためには、回転圧入施工機にカウンタウェイトを設置したり、アンカー等を設けたりすることが必要となるが、これらの輸送費や作業費、材料費などが必要となり、杭の施工コストが増加することになる。また、反力が大きくなると、回転圧入施工機も大能力化・大型化することになるので、杭施工コストを一段と増加させることになる。
さらに、杭の推進力を獲得するために、杭に推進用の螺旋翼あるいは羽根などの治具を取付けると、加工費および取付け費用や材料費が掛かることに加え、軟弱地盤の施工においては、逆に、螺旋翼あるいは羽根の間隔で、施工速度が制限されてしまうため、施工速度の低下に繋がる。
また、既成杭を支持層に貫入後、より高い支持力を獲得するために、既成杭の先端を確実に閉塞させる工法があるが、そのためには、杭先端の土を完全に排除した後、コンクリートを打設したり、杭先端にセメントミルクを注入して根固め部を造成したりする必要があった。
特に、杭回転圧入施工時に問題となるのは、杭を地中の貫入方向に押し込む押込み力であり、これは、杭回転圧入施工時においては、反力を、通常、錘や施工用の機械自体の自重で得るため、反力を大きくするためには、錘が多く必要になり不経済である。回転方向の力は、反力を反力獲得用の棒状の治具等で他の重機などに当てるなどして取ることができるため、問題になることは少ない。
したがって、回転圧入施工により杭を施工する場合には、杭を地中の貫入方向に押し込む押込み力を小さくすることができると、杭一本当たりの施工コストの低減を図ることができ、多数本地盤に回転圧入される杭のトータルの施工コストを格段に低減する上で重要になる。
本発明は前記の課題を有利に解消した、鋼管杭およびその施工方法を提供することを目的とする。
また、第2発明では、第1発明の鋼管杭において、鋼管杭の先端の掘削ビットは、鋼管杭の外径が一定の定常部の外周面から鋼管杭の半径方向で中心よりに離れた位置に配置されていることを特徴とする。
また、第3発明では、第1発明または第2発明の鋼管杭において、テーパー状部分の杭長手方向の長さ(H1)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率(H1/D1)が0.3〜5.5であることを特徴とする。
また、第4発明では、第1発明〜第3発明からのいずれかの鋼管杭において、テーパー状部分先端の外径(D2)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率(D2/D1)である縮径率が、0.60〜0.95の範囲とされていることを特徴とする
。
第5発明では、第1発明〜第4発明からのいずれかの鋼管杭において、テーパー状部分先端に、掘削方向に向かって尖らせた尖り部を設けたことを特徴とする。
第6発明の鋼管杭の施工方法においては、第1発明〜第5発明の鋼管杭を、鋼管杭に回転力および押込み力を付与する回転圧入工法によって地盤に圧入することを特徴とする。
また、第7発明では、第6発明の鋼管杭の施工方法において、第1発明〜第5発明のいずれかの鋼管杭を、硬質地盤を含む地盤に回転圧入することを特徴とする。
第8発明の鋼管杭の施工方法では、第6発明または第7発明の鋼管杭の施工方法において、施工途中において、地中で鋼管杭を上下動させることで、鋼管杭内の土の高さを下げるようしたことを特徴とする。
通常、打ち込み杭などで、杭先端を閉塞させるためには、一定以上支持層に杭を貫入させる必要があるが、本発明の先端テーパー状部分付きの鋼管杭では、小さい貫入量でも、支持力の獲得が可能であり、また施工時間の短縮などが可能である等の効果が得られる。
第2発明によると、第1発明の鋼管杭において、鋼管杭の先端の掘削ビットは、鋼管杭の外径が一定の定常部の外周面から鋼管杭の半径方向で中心よりに離れた位置に配置されているので、ストレートな鋼管杭に比べて、回転圧入鋼管杭の平面外径の小型化を図ることができ、掘削外径が小さくなる分、掘削量が少なく、および施工性を向上させることができる効果が得られる。
第3発明によると、第1発明または第2発明の鋼管杭において、テーパー状部分の杭長手方向の長さ(H1)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率(H1/D1)が0.3〜5.5であるので、軟弱地盤においては、ストレートな鋼管杭に比べて、杭内周面の摩擦による抵抗を軽減して施工性の向上を図ることができ、支持層においては、少ない貫入量で高い支持力を発揮することができる効果が得られる。
第4発明によると、第1発明〜第3発明からのいずれかの鋼管杭において、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)とこれに対する鋼管杭先端の外径(D2)との比率(D2/D1)である縮径率が、0.60〜0.95の範囲とされているので、ストレートな鋼管杭を施工する場合に比べて、回転圧入施工機におけるカウンタウェイトを少なくしたり、杭施工機械の小型化を図ることができると共に中間層における施工性の向上を図り、また支持層における貫入量の低減を図りながら支持力の増大を図ることが可能な先端テーパー状部分付きの鋼管杭とすることができる効果が得られる。
第5発明によると、第1発明〜第4発明からのいずれかの鋼管杭において、鋼管杭先端に、掘削方向に向かって尖らせた尖り部を設けたので、先端地盤を掘削しながら効率よく施工することが可能な鋼管杭とすることができる効果が得られる。
第6発明によると、第1発明〜第5発明の鋼管杭を、鋼管杭に回転力および押込み力を付与する回転圧入工法によって地盤に圧入するので、先端部にテーパー状部分および掘削ビットを有する鋼管杭を用いて、施工コストを低減して施工することができ、また、ストレートな杭に比べて、支持層に対する貫入量が少なくても、高い支持力を有する基礎杭を施工性よく、低コストで施工することができる効果が得られる。
第7発明によると、第1発明〜第5発明のいずれかの鋼管杭を、硬質地盤を含む地盤に
回転圧入するので、硬質地盤を含む地盤であっても、低コストで施工することができ、また、硬質地盤の支持層に貫入させる場合には、ストレートな杭に比べて、支持層に対する貫入量が少なくても、高い支持力を有する基礎杭を施工することができる等の効果が得られる。
第8発明によると、第6発明または第7発明の鋼管杭の施工方法において、施工途中において、地中で鋼管杭を上下動させることで、鋼管杭内の土の高さを下げるようしたので、管内周面摩擦を低減しながら効率よく施工することができる等の効果が得られる。
減らすことが可能となり、これらにより、杭先端部が管内土による閉塞の発生を抑制し、管内土と杭内周面との摩擦を軽減し、杭押込み力の軽減を図ることを可能にしている。
さらに、地盤の拘束圧が十分な硬質な地盤においては、先端テーパー状部分付きの鋼管杭1は、確実に高い支持力を発揮し、先端が閉塞したストレートな鋼管杭を回転圧入施工によって貫入させた場合よりも高い支持力が期待できる。
先端テーパー状部分付きの鋼管杭1を回転圧入施工する場合、その施工中に、地中で先端テーパー状部分付きの鋼管杭1を上動および下動を交互に繰り返すことで、上動時に、管内の土が管の下方に落下し、下動時に落下した土が管外に押しのけられるため、管内の土の高さを下げることが可能となり、鋼管杭内周面12と管内土14の接触面を少なくして管内土14との摩擦を軽減することで、施工荷重を低減することが可能となる。
また、テーパー状部分先端の外径D2と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径D1との比率(D2/D1)である縮径率(D2/D1)が、0.60〜0.95の範囲の外径D2に縮径されている。
先ず、図9を参照して説明すると、縮径率(D2/D1)を0.9とした場合で、テーパー状部分4の杭長手方向の長さH1と、外径が一定の定常部の杭外径D1との比率(H1/D1)と、必要押し込み力比率(先端テーパー状部分付き鋼管杭1の必要押し込み力と
、ストレートな鋼管杭10の必要押し込み力との比率)との関係を実験により調べたグラフである。
実験に用いた先端テーパー状部分付きの鋼管杭1の緒元は、定常部の外径(D1)が100mmであり、鋼管部分の肉厚(t)が4.2mmであり、テーパー状部分4先端の外径(D2)が90mmである。また、全長に渡り外径(D1)が一定のストレートな鋼管杭10の外径(D1)および鋼管部分の肉厚(t)は、前記の先端テーパー状部分付きの鋼管杭1と同じである。
また、H1/D1が0.40〜1.35の時に、必要押し込み力比率は、0.6以下になり、本発明の先端テーパー状部分付きの鋼管杭1では、ストレートな鋼管杭10に比べて4割、必要押し込み力を低減することができることがわかる。
これらの図9および図10に示す下に凸のグラフから、縮径率(D2/D1)が0.60〜0.95の範囲において、必要押し込み力比率が0.90以下に低減し、必要押し込み力を少なくとも10%低減することができ、また、縮径率(D2/D1)が0.75〜0.92の範囲において、必要押し込み力比率が0.60以下になり、必要押し込み力が40%低減することができることがわかる。
したがって、H1/D1を0.3〜5.5とし、縮径率(D2/D1)が0.60〜0.95とするのが好ましく、より好ましくは、H1/D1を0.3〜5.5とし、縮径率(D2/D1)を0.75〜0.92の範囲にするのがよい。
また、図9に示すように、H1/D1が0.40〜1.35であれば、必要押し込み力比率が0.6以下にできるため、さらにカウンタウェイトを軽減できることがわかる。このように、必要押し込み力比率を0.6以下にすると、回転圧入施工機を一段下の小型の回転圧入施工機を用いて杭を回転圧入施工することができるので、特に望ましい。
図11(a)のストレート鋼管杭10および図11(b)の先端テーパー付きの鋼管杭1において、aおよびa´を先端閉塞部での抵抗、bを先端外周面での抵抗、b´をテーパー状部分による抵抗、cおよびc´を外周面摩擦による抵抗とした場合、また、τを管内土による抵抗とする。
このような場合、図11(a)において、a=τとなるから、図11(b)のように、H1/D1を小さくする(換言すると、テーパー状部分4のテーパー角(θ)を大きくする)と、テーパー状部分による抵抗b´が増加するようになり、また、図11(b)において、テーパー状部分4の縮径率を増加させると、先端閉塞部での抵抗a´が減少し、テーパー状部分による抵抗b´が増加するようになり、図10の線図において、水平な部分(縮径率で70%程度〜80%程度の範囲)は、これらの抵抗の増減の効果により、釣り合う範囲である。
この形態では、先端テーパー状部分付きの鋼管杭1のテーパー状部分4のH1/D1を、前記実施より大きく(テーパー角(θ)を小さく)した形態であり、その他の構成は、前記第1実施形態と同様である。本発明ではこのような形態でもよい。なお、前記実施形態と同様な部分には、同様な符号を付した。
これらの形態のように、テーパー状部分の先端に、掘削方向に向かって尖らせた尖り部5を設けると、地盤が硬質であっても、掘削ビット6と尖り部5によりあるいは鋼管杭先端部の掘削ビット6を兼ねた尖り部5により、杭打設施工時において、先端部地盤を破壊または掘削しながら、鋼管杭を地盤に貫入させることができる。
また、図8には、硬質地盤中に鋼管を杭径D1の3倍の長さ分、回転圧入施工した後に、静的に荷重をかけた際の、先端荷重度(kN/m2)−先端沈下量/杭径(D1)の関係が示され、ストレート杭に比べて、本発明の先端テーパー状部分付きの鋼管杭1では、先端荷重度が大きく、高い支持力が発揮されていることがわかる。
なお、先端テーパー状部分付きの鋼管杭1を上下動させる手段としては、回転圧入施工機7により先端テーパー状部分付きの鋼管杭1を把持した状態で、回転圧入施工機7における液圧式等の伸縮式ジャッキ13を伸縮させると、容易に先端テーパー状部分付きの鋼管杭1を上下動させることができる。
2 テーパー状外周面
3 テーパー状内周面
4 テーパー状部分
5 尖り部
6 掘削ビット
7 回転圧入施工機
8 支持層
9 外径D1が一定の杭外周面
10 ストレートな鋼管杭
11 砂(または土)
12 鋼管杭内周面
13 伸縮式ジャッキ
14 管内土
15 地盤
Claims (8)
- 先端が開口している中空の鋼管杭であって、
前記鋼管杭の先端部に、先端へ向かって外周面および内周面がそれぞれ漸次縮径するテーパー状外周面およびテーパー状内周面を有し、鋼管杭の先端に掘削ビットを備えていることを特徴とする鋼管杭。 - 鋼管杭の先端の掘削ビットは、鋼管杭の外径が一定の定常部の外周面から鋼管杭の半径方向で中心よりに離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の鋼管杭。
- テーパー状部分の杭長手方向の長さ(H1)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率(H1/D1)が0.3〜5.5であることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼管杭。
- テーパー状部分先端の外径(D2)と、鋼管杭の外径が一定の定常部の杭外径(D1)との比率(D2/D1)である縮径率が、0.60〜0.95の範囲とされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼管杭。
- 鋼管杭先端に、掘削方向に向かって尖らせた尖り部を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼管杭。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼管杭を、鋼管杭に回転力および押込み力を付与する回転圧入工法によって地盤に圧入することを特徴とする鋼管杭の施工方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼管杭を、硬質地盤を含む地盤に回転圧入することを特徴とする請求項6に記載の鋼管杭の施工方法。
- 請求項6または請求項7の鋼管杭の施工方法において、施工途中において、地中で鋼管杭を回転させながら、あるいは回転を加えずに、または、それらを組合せながら上下動させることで、鋼管杭内の土の高さを下げるようにしたことを特徴とする鋼管杭の施工方法。
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