JP2012219505A - 杭補強構造の施工装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【目的】杭の周囲の地盤を除去し杭を露出させ、除去した空間に砕石等の補強材料を投入して締め固めて補強層を形成してなる杭補強構造の施工に適した施工装置及び施工方法を提案する。
【構成】杭打設機により回転される回転ロッド１１と該回転ロッド１１の下端に接続され、回転ロッド１１の回転に伴い地中に打設される杭２１と、回転ロッド２１により回転されるオーガー３１と、を備え、回転ロッド１１、杭２１及びオーガー３１は同軸上に配置され、回転ロッド１１の回転に伴い杭２１が回転するように回転ロッド１１へ杭２１を着脱自在に連結する第１の連結部（１３、２３）と、回転ロッド１１の回転に伴いオーガー３１が回転するように回転ロッド１１へオーガーを連結する第２の連結部（１９，３５）と、を備え、地中に打設された杭２１に対してオーガー３１は、軸を共有して、自由回転可能に配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は建物の杭の補強構造の施工に適した装置及びその方法に関する。

耐震性の向上等の見地から地盤に杭を打設することが多い。建物に対して充分な支持力を確保するためには、杭の打設数を多くしたり、杭長を長くしたりすればよいが、何れも杭打設の手間が増え、コストも嵩むこととなる。
本発明に関連する技術を開示する文献として特許文献１及び特許文献２を参照されたい。

特開２００５−６１１７２号公報 特開２００９−３５９２７号公報

簡易な方法でかつコストをかけずに杭の支持力を増強する方法を鋭意検討してきた結果、杭の周囲の地盤を除去し杭を露出させ、得られた空間に砕石等の補強材料を投入して締め固めて補強層を形成してなる杭補強構造に想到した。この杭補強構造を構築することにより、建物に対する支持力が格段に向上する。この杭補強構造は、杭に対して補強層が同心的に形成される。ここに、杭の径に対して補強層の径を３〜６倍にすることが好ましい。補強層の深さと補強層の径との比（アスペクト比）は０．８〜１．２とすることが好ましく、更に好ましくはアスペクト比を１とする。
なお、建物のフーチング等の下面は杭及び補強層の両者に当接するものとする。
かかる新規な杭補強構造の使用を広めるには、簡易かつ安価な施工方法の確立が必要である。

この発明は、上記新規な杭補強構造の施工に用いられる装置及びその装置を用いた新規な施工方法の提供を目的とする。
即ち、この発明の第１の局面は次のように規定される。
杭打設機により回転される回転ロッドと
該回転ロッドの下端に接続され、回転ロッドの回転に伴い地中に打設される杭と、
前記回転ロッドにより回転されるオーガーと、を備え、
前記回転ロッド、前記杭及び前記オーガーは同軸上に配置され、
前記回転ロッドの回転に伴い前記杭が回転するように前記回転ロッドへ前記杭を着脱自在に連結する第１の連結部と、
前記回転ロッドの回転に伴い前記オーガーが回転するように前記回転ロッドへ前記オーガーを連結する第２の連結部と、を備え、
地中に打設された杭に対して前記オーガーは、軸を共有して、自由回転可能に配置される、
杭補強構造の施工装置。

このように規定される第１の局面の施工装置により、次の施工方法を実行できる。
即ち、地中に杭を打設し、該杭の周囲の地盤を除去して該杭を露出させ、前記除去した領域の底部に前記杭の周面と当接する補強層を形成する杭補強構造の施工方法であって、
杭打設機の回転ロッドに対しその回転力が伝達可能なように前記杭及びオーガーが連結され、前記オーガーは前記杭に対して自由回転可能であり、
前記回転ロッドを回転させて前記杭を地中へ打設する杭打設ステップと、
前記回転ロッドの回転を打設された前記杭に対して非伝達状態として、前記回転ロッドの回転を前記オーガーに伝達して打設された前記杭の周縁領域の土を除去する除去ステップと、
前記除去した領域に補強材料を充填する充填ステップと、
前記回転ロッドを逆回転させて前記オーガーで充填された前記補強材料を締め固める締固ステップと、を備え、
前記杭打設ステップ、除去ステップ、充填ステップ及び前記締固ステップの実行中、前記回転ロッド、前記杭及び前記オーガーの軸芯が一致している、
杭補強構造の施工方法（第４の局面参照）。

上記の施工装置によれば、杭打設機により回転される回転ロッドに杭及びオーガーが取り付けられているので、杭の打設に連続してオーガーによる杭周囲の地盤除去が行なえる。
ここに、杭に対してオーガーが同軸的に配置されているので、各要素の位置合わせに手間がかからなくなる。また、打設された杭に対してオーガーが軸を共有して自由回転可能であるため、換言すれば、オーガーが杭に被るようして自由回転可能であるため、オーガーを正回転させることにより、杭を中心としてその周囲の地盤を水平方向へ均等に除去することが容易になる。また、オーガーを逆回転させることにより、杭の周囲の空間部へ投入した補強材料を締め固めるときの位置合わせも容易になり、補強材料に対する締め固めの力も均等になる。

施工装置において、杭の打設時に、回転ロッドと杭とは直接的に若しくは間接的に連結されて回転ロッドの作用力が杭に伝達され、かつ、打設後には杭から回転ロッドが分離される（第１の連結部）。打設後に杭から回転ロッドを分離するのは、回転ロッドの作用力をオーガーのみに伝達するためである。
回転ロッドと杭とのこのような連結態様は特に限定されるものではないが、例えばキー（この明細書で「サイコロ」ということがある）とキー溝とを用いることができる。更には、ボルト−ナット等のねじ止め構造により回転ロッドに対して杭を着脱可能としてもよい。必ずしも回転ロッドと杭とは直接的に連結される必要はなく、例えばオーガーを介して回転ロッドの作用力を杭へ伝達することもできる。

施工装置において、回転ロッドとオーガーとの連結（第２の連結部）は、オーガーが正転かつ逆転可能とする。それぞれ地盤の除去及び補強材料の締め固めのためである。
回転ロッドとオーガーとを固定すれば、回転ロッドの回転にオーガーの回転が従動することは勿論である。
回転ロッドにキー（又はキー溝）を設け、オーガー側にキー溝（又はキー）を設けることで回転ロッドの回転にオーガーの回転を従動させることもできる。回転ロッドと杭との連結がキーとキー溝との結合によるもののときは、回転ロッドとオーガーとの結合にもキーとキー溝の結合を用いることが好ましい。

杭補強構造の施工方法の概念図を示す。 この発明の実施形態の施工装置の構造を模式的に示す断面図である。 同じく施工装置に用いられるオーガーの構造を示す斜視図である。 同じく施工装置における回転ロッド、オーガー及び杭の連結構造を示す模式図である。 オーガーの変形態様を示す斜視図である。 同じくオーガーの変形態様を斜視図である。 同じくオーガーの変形態様を示す斜視図である。 この発明の他の実施形態の施工装置の構造を模式的に示す断面図である。 この発明の他の実施形態の施工装置の構造を模式的に示す断面図である。

図１はこの発明の杭補強構造の施工方法を示す。
図１（Ａ）は地盤１に打設された杭２の周囲の地盤をオーガー４により除去する様子を示す。ここにおいて、符号７は回転ロッドであり図示しない杭打設機により回転かつ上下動される。符号８はオーガー４により形成された空間であり、図に示す通り、杭２にオーガー４の中心柱５を外挿することにより、杭２を中心として空間８が水平方向に均等に形成される。
空間８を形成後、回転ロッド７を引き上げてオーガー４を空間８の真上へ引き上げ、補強材料として砕石９を投入する。この例では、空間８の容積の約１／３を投入する。次に、図１（Ｂ）に示すように、回転ロッド７を下げるとともにオーガー４を逆転させ、オーガー４の下縁で砕石９を締め固める。このとき、オーガー４の中心柱５は杭２へ外挿されるので、オーガー４の位置合わせが容易になるとともに、砕石９に対する押圧力も水平方向に均等になる。
また、締め固めに際して杭２に不要な力がかからないので、杭2自体も安定する。
その後、オーガー４の引き上げ、砕石９の投入、オーガー４による締め固めを繰返し、最終的に砕石９の表面をプレートランマー６で締め固める（図１（Ｃ）。
上記の施工方法によれば、杭の打設から砕石の９の締め固めという一連の工程において回転ロッド７の移動が垂直方向となる。
この杭補強構造では空間８のアスペクト比が約１であるので、砕石９の層（補強層）が比較的深くなる。その結果、空間８の全体を砕石９で充填しその表面をプレートランマー６で押圧するだけでは、砕石９を充分に締め固めることができない。そこで、図１（Ｂ）に示す通り、砕石９を段階的に締め固める必要がある。ここに、オーガー４を上下させ、かつその位置を杭２にガイドさせることにより、当該締め固め作業の効率が向上する。

上記施工方法に用いる施工装置１０の例を図２〜４に示す。
この施工装置１０は回転ロッド１１、杭２１、オーガー３１を備えてなる。
回転ロッド１１はその下端の側面に第１のキー溝１３を備える。この第１のキー溝１３は回転ロッド１１の下端から形成される軸方向の第１のスライド溝１５とこの第１のスライド溝１５の上端に形成された第１のロック溝１７とからなる。第１のロック溝１７は、回転ロッド１１が杭２１を打設するときの回転方向と反対側に向けて形成される。このロック溝１７を省略してもよい。
回転ロッド１１において、第１のキー溝１３の上側に第１のキー（第１のサイコロ）１９が突設される。

杭２１はパイプ状の鋼材であって、その上端内周面に第２のキー（第２のサイコロ）２３が形成される。この第２のキー２３は回転ロッド１１の第１のキー溝１３へスライド自在に係合する。杭２１の長さや径は要求される支持力、地盤の状況に応じて任意に選択される。

オーガー３１は中心柱３３と螺旋翼３４とを備える。中心柱３３の内径は杭２１の外径より大きく、中心柱３３を杭２１へ外挿した状態で中心柱３３は杭２１から実質的な干渉を受けず、自由回転可能である。中心柱３３にはスリット（第２のキー溝）３５が形成される。このスリット３５は軸方向に伸びるスライドスリット（第２のスライド溝）３６、その上端に形成される上ロックスリット（第２のロック溝）３７及びその下端に形成される下ロックスリット（第３のロック溝）３８を備えてなる。上ロックスリット３７はオーガー３１の正転方向（杭２１の打設時の回転ロッドの回転方向とは逆方向）に形成され、下ロックスリット３８はオーガー３１の逆転方向に形成される。
このスリット３５に回転ロッド１１の第２のキー１９がスライド自在に係合する。
なお、この例では、オーガー３１の中心柱３３にこれを貫通するスリット（無底の溝）３５を設けてこれに回転ロッド１１の第１のキー１９を係合させたが、中心柱３３の内周面に溝（中心柱３３を貫通しない、いわゆる有底の溝）を形成してもよい。オーガー３１を回転ロッド１１に外挿した状態で杭２１を打設するとき、オーガー３１のキー溝を無底（スリット）とすることにより、土の排出効率が向上する。

かかる施工装置１０の動作を以下に説明する。
杭２１の打設時には、回転ロッド１１を杭２１に挿入する。このとき、回転ロッド１１の第１のキー溝１３の第１のロック溝１７へ杭２１の第１のキー２３が係合する。他方、回転ロッド１１の第２のキー１９はオーガー３１のスリット３５の下ロックスリット３８に係合する。
この状態で回転ロッド１１を回転させて杭２１を打設する。回転ロッド１１に外挿されたオーガー３１は回転ロッド１１の回転にともないとも回りしている。
なお、図４に示す通り、回転ロッド１１にオーガー３１を外挿し、第２のキー１９と下ロックスリット３８を係合した状態において、回転ロッド１１の下端はオーガー３１の下端より突出している。従って、杭２１を地盤へ打ち込んだ状態で、オーガー３１の下端は地盤表面から、回転ロッド１１の突出長さＬ１分だけ、浮いた状態である。

次に、回転ロッド１１をほんの僅か杭打設時の回転に対して逆転させる。杭２１は地盤に固定されているので、第１のロック溝１７から第１のキー２３が外れ、その状態で回転ロッド１１を引き上げると、第１のスライド溝１５を介して第１のキー２３が回転ロッド１１から外れる。
次に、オーガー３１を固定して、回転ロッド１１を同様に逆回転させると、回転ロッドの第２のキー１９が下ロックスリット３８から外れる。その後、回転ロッド１１を引き上げると第２のキー１９がスライドスリット３６を滑る。その後、その上端において同様に逆回転させると、第２のキー１９は上ロックスリット３７に係合する。

続いて、回転ロッド１１、オーガー３１及び杭２１を芯合わせして、オーガー３１が正転するように回転ロッド１１を回転させて杭２１の周囲の地盤を除去する。このときの回転ロッド１１の回転方向は、杭打設時の回転方向と逆である。
オーガー３１による掘削深さは、図２に示されるように、回転ロッド１１の下端とオーガー３１の下端との距離Ｌ２で規定される。
オーガー３１により杭２１の周囲の地盤を削除し、所望の空間を形成した後、回転ロッド１１を真上に、即ちその軸方向に引き上げて、オーガー３１を地盤より上に持ち上げる。その後、杭２１の周りへ砕石を投入する（図１（Ｂ）参照）。

次に、オーガー３１の中心柱３３が杭２１に外挿されるように両者を芯合わせして、オーガー３１が逆転するように回転ロッド１１を回転させる。このとき、回転ロッド１１に下方への意図的な力は加えない。なお、オーガー３１の下縁には回転ロッド１１及びオーガー３１の重さがかかる。
なお、図５に示すように、スライドスリット３６の上端若しくは中腹において上ロックスリット３７と反対側へ第３のスリット３９を設け、そこへ第２のキー１９を係合させれば、オーガー３１による砕石の締め固め時に、回転ロッド１１により下方へ意図的な力を加えることができる。出願人による施工例では約１ｔの力がオーガー３１の下縁にかかり、砕石に対してこれを締め固めるのに充分な力を加えられる。
なお、この第３のスリット３９をスライドスリットの上端以外（上ロックスリット３７の横以外）の部分に形成することが、オーガー３１の施工性の見地から好まし。同レベルに正方向及び逆方向のロックスリットがあると、ロックスリットからキーを外してこれをスライドスリットへ移行させる際の回転ロッドの回転制御が困難になるからである。
更には、図６に示す通り、スライドスリット３６の下方側に保持スリット３９ａを形成することができる。この保持スリット３９へ第２のキー１９を係合させた状態で、回転ロッド１９の下端はオーガー３１の下端と同一高さか若しくはオーガー３１内に収納されるものとする。これにより、回転ロッド１９へオーガー３１を取り付けた状態で、オーガー３１を安定して立てておくことができる。
また、図７に示す通り、オーガー３１の下端には掘削刃１３１を設けて、地盤の除去作業の効率化を図ることが好ましく、同様の見地から、オーガー３１の中心柱下端及び、必要に応じてその中腹に土抜き穴１３３を設けることもできる。

砕石の締め固めた後、オーガー３１を引き上げて、再度砕石を投入し、オーガー３１を引き下げて、再度上記ご同様に締め固めを実行する。
以上を繰返し、杭の周囲の空間の全てを砕石で充填し、締め固めを行なう。最終段階では、図１（Ｃ）に示すように、プレートランマーを用いることが好ましい。
上記において、補強材料として砕石を用いているが、その他土嚢、コンクリート片等を用いることもできる。補強材料へ結合剤を注入してもよい。
また、杭には、既述の鋼管杭の他、PHC杭、RC杭、SC杭などの公知の杭を用いることができる。

図８に他の態様の施工装置４０を示す。
この施工装置４０では、回転ロッド４１に対してオーガー４３がその上端においてねじ止め等の機構で着脱自在に固定される。回転ロッド４１の下端には図示しない杭が、図２に示す構造で連結される。
この施工装置４０では、杭を打ち込んだ後、杭から回転ロッド４１を外し、その後オーガー４３を回転ロッド４１に取り付ける。その後、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す作業を実行する。
かかる構成の施工装置４０によれば、オーガー４３にスリットがないので、その機械的強度が向上する。また、オーガー４３の上端を回転ロッド４１の下端へ連結することにより、オーガー４３を回転させるときに回転ロッド４１の下端が杭と干渉することを防止できる。よって、オーガー４３を小型化できる。

図９に他の態様の施工装置５０を示す。
この施工装置５０では、回転ロッド５１の下端にオーガー５３の上端が溶接等の方法で固定される。オーガー５３の下端に杭５５がねじ止め等の方法で着脱自在に固定される。
この施工装置５０では、杭５５を打ち込んだ後、杭５５からオーガー５３を外し、その後、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の作業を実行する。
かかる構成の施工装置４０によれば、オーガー４３にスリットがないので、その機械的強度が向上する。また、オーガー４３の上端を回転ロッド４１の下端へ連結することにより、オーガー４３を回転させるときに回転ロッド４１の下端が杭と干渉することを防止できる。よって、オーガー４３を小型ができる。

この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

１ 地盤
２、２１、５５ 杭
４、３１、４３、５４ オーガー
５、３３ 中心柱
７、１１、４１、５１ 回転ロッド
９ 砕石（補強材料）
２３ 第１のキー
１３ 第１のキー溝
１５ 第１のスライド溝
１７ 第１のロック溝
１９ 第２のキー
３５ スリット（第２のキー溝）
３６ スライドスリット（第２のスライド溝）
３７ 上ロックスリット（第２のロック溝）
３８ 下ロックスリット（第３のロック溝）

Claims (5)

1. 杭打設機により回転される回転ロッドと
   該回転ロッドの下端に接続され、回転ロッドの回転に伴い地中に打設される杭と、
   前記回転ロッドにより回転されるオーガーと、を備え、
   前記回転ロッド、前記杭及び前記オーガーは同軸上に配置され、
   前記回転ロッドの回転に伴い前記杭が回転するように前記回転ロッドへ前記杭を着脱自在に連結する第１の連結部と、
   前記回転ロッドの回転に伴い前記オーガーが回転するように前記回転ロッドへ前記オーガーを連結する第２の連結部と、を備え、
   地中に打設された杭に対して前記オーガーは、軸を共有して、自由回転可能に配置される、
   杭補強構造の施工装置。
2. 前記第１の連結部は、
   （Ａ）前記回転ロッドの下端に形成された第１のキー溝であって、軸方向の第１のスライド溝と該第１のスライド溝の上端に形成された第１のロック溝とを有する第１のキー溝と、
   （Ｂ）前記杭の内周面に形成されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーと、を備えてなり、
   前記第２の連結部は、
   （Ｃ）前記回転ロッドに外挿される前記オーガーの筒状柱に形成された第２のキー溝であって、軸方向の第２のスライド溝と該スライド溝の上端側から前記オーガーの正転方向に形成された第２のロック溝と前記第２のスライド溝の下端側から前記オーガーの逆転方向に形成された第３のロック溝とを有する第２のキー溝と、
   （Ｄ）前記回転ロッドの外周面に形成されて前記第２のキー溝に係合する第２のキーと、
   を備えてなる、請求項１に記載の施工装置。
3. 前記第１の連結部は、
   （Ａ）前記回転ロッドの下端に形成された第１のキー溝であって、軸方向の第１のスライド溝と該第１のスライド溝の上端に形成された第１のロック溝とを有する第１のキー溝と、
   （Ｂ）前記杭の内周面に形成されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーと、を備えてなり、
   前記第２の連結部は、
   （Ｅ）前記回転ロッドと前記オーガーとをねじ止めする、請求項１に記載の施工装置。
4. 前記第２の連結部は、前記回転ロッドの下端へ前記オーガーを固定してなり、
   前記第１の連結部は、前記回転ロッドに固定されたオーガーの下端に前記杭の上端をねじ止めしてなる、請求項１に記載の施工装置。
5. 地中に杭を打設し、該杭の周囲の地盤を除去して該杭を露出させ、前記除去した領域の底部に前記杭の周面と当接する補強層を形成する杭補強構造の施工方法であって、
   杭打設機の回転ロッドに対しその回転力が伝達可能なように前記杭及びオーガーが連結され、前記オーガーは前記杭に対して自由回転可能であり、
   前記回転ロッドを回転させて前記杭を地中へ打設する杭打設ステップと、
   前記回転ロッドの回転を打設された前記杭に対して非伝達状態として、前記回転ロッドの回転を前記オーガーに伝達して打設された前記杭の周縁領域の土を除去する除去ステップと、
   前記除去した領域に補強材料を充填する充填ステップと、
   前記回転ロッドを逆回転させて前記オーガーで充填された前記補強材料を締め固める締固ステップと、を備え、
   前記杭打設ステップ、除去ステップ、充填ステップ及び前記締固ステップの実行中、前記回転ロッド、前記杭及び前記オーガーの軸芯が一致している、
   杭補強構造の施工方法。

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