JP2013204404A - 鋼管杭の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の強度を安定的に得られる鋼管杭の構築方法を提供する。
【解決手段】鋼管８の先端部が地盤の支持層１１５に到達するまで鋼管８の地盤への圧入を行い、鋼管８の地盤への圧入時に鋼管８内の土砂を地盤の支持層１１５まで掘削し、鋼管８内の土砂の掘削時に鋼管８内に泥水を供給し、鋼管８内で生じた掘削土砂を泥水と共に鋼管８外に排出する。鋼管８内の土砂の掘削は、リバースロッド５１とこの下端に設けられるリバースビット５２とからなる回転掘削装置５により行う。鋼管８内の土砂の掘削時に鋼管８内の泥水はリバースロッド５１の下端５１ａの開口部にて吸引され、リバースロッド５１内を上昇して鋼管８外に排出される。地盤の支持層１１５に到達した鋼管８の先端部内にはリバースロッド５１を介して根固め材が充填される。この根固め材の充填後に、鋼管８内に残留する泥水を鋼管８外に排出して、鋼管８内に掘削土砂を埋め戻す。
【選択図】図１０

Description

本発明は、鋼管杭の構築方法に関する。

特許文献１は、円筒状の鋼管を鉛直方向に地盤に圧入して鋼管杭を構築する方法の一例を開示している。
特許文献１では、鋼管の先端部（下端部）に掘削ビットが設けられている。この掘削ビットには掘削液及びセメントミルク用の注入口が設けられている。鋼管の地盤への圧入時には、鋼管を回転させつつ掘削ビットを介して地盤を回転掘削すると共に、掘削ビットの注入口より掘削液を掘削孔底に吐出させる。一方、鋼管杭の根固め時には、鋼管を回転させつつ鋼管の上昇・下降を繰り返すと共に、掘削ビットの注入口よりセメントミルクを吐出させることで、杭先端部付近の掘削土砂とセメントミルクとを撹拌・混合する。そして、この混合物の一部を鋼管杭内に取り込んだ状態でこの混合物を固化させることにより、鋼管杭の根固めを行っている。

特開２００７−２３９２３９号公報

しかしながら、特許文献１では、鋼管杭の先端部付近の掘削土砂とセメントミルクとを地中で撹拌・混合している。このため、鋼管杭の施工毎に、掘削土砂の性状のばらつきやセメントミルクの吐出の不均一性などを把握することが難しい。それゆえ、鋼管杭の施工毎に前述の混合物の性状にばらつきが生じかねず、従って、鋼管杭の強度（特に根固め部位の強度）が施工毎にばらつく虞があった。

本発明は、このような実状に鑑み、所望の強度を安定的に得られる鋼管杭の構築方法を提供することを目的とする。

そのため本発明では、円筒状の鋼管を鉛直方向に地盤に圧入して鋼管杭を構築する方法として、鋼管の先端部が地盤の所定の第１深さに到達するまで鋼管の地盤への圧入を行い、鋼管の地盤への圧入時に鋼管内の土砂を所定の第１深さまで掘削し、鋼管内の土砂の掘削時に鋼管内に泥水を供給し、鋼管内で生じた掘削土砂を泥水と共に鋼管外に排出し、所定の第１深さまで掘削した後、鋼管の先端部内に根固め材を充填する。

本発明によれば、鋼管内に供給された泥水が掘削土砂と共に鋼管外へ排出されることにより、鋼管内の土塊が泥水により洗い流され得るので、鋼管内の土塊の残留量を低減することができる。また、鋼管の先端部内には根固め材が充填されることにより、鋼管の先端部内の泥水が根固め材に置き換えられるので、予め設定した性状を有する根固め材を用いて鋼管杭の根固めを行うことができる。従って、鋼管杭の施工毎に、性状の安定した根固め材を用いて鋼管杭の根固めを行うことができるので、鋼管杭の施工において、所望の強度を安定して得ることができる。

本発明の第１実施形態における杭施工装置の概略構成を示す図 泥水処理設備の概略構成を示す図 鋼管圧入装置及びその移動装置の概略構成を示す図 鋼管圧入装置の設置方法を示す図 鋼管圧入装置の設置方法を示す図 鋼管圧入装置の移動方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 鋼管杭の施工方法を示す図 本発明の第２実施形態における鋼管杭の施工方法を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態における杭施工装置の概略構成を示す。図２は、泥水処理設備の概略構成を示す。図３（ａ）は鋼管圧入装置及びその移動装置の側面図である。図３（ｂ）は、鋼管圧入装置及びその移動装置の平面図である。
尚、以下の実施形態では、図１に示すように、空頭制限Ｌがある場所での鋼管杭の施工を例にとって説明するが、鋼管杭の施工場所はこれに限らない。

杭施工装置１は、ベースマシン２と、ベースマシン２に支持されて直立する柱状のリーダ３と、リーダ３に沿って昇降するスイベルヘッド（回転ヘッド）４と、スイベルヘッド４を駆動源とする回転掘削装置５と、スイベルヘッド４の下方に配置されて移動装置６により移動・設置される鋼管圧入装置（パワーケーシングジャッキ）７と、により構成されている。ここで、鋼管圧入装置７は、鋼管杭を構成する円筒状の鋼管（ケーシング）８をその外方から挟持して鉛直方向に地盤に圧入するものである。

ベースマシン２は、その下部に装備された走行手段である履帯２１と、ベースマシン本体２２と、ベースマシン本体２２を履帯２１に対してその上方にて水平旋回させる旋回装置２３とにより構成される。すなわち、ベースマシン２は、その下部に履帯２１を装備した全旋回式ベースマシンである。ベースマシン２は、その履帯２１により、地盤上を任意の方向に走行可能である。

リーダ３の下端部の背面にはブラケット３０が設けられており、このブラケット３０がベースマシン本体２２の前側下部に枢支されている。
リーダ３の上部の背面にはブラケット３１が設けられており、このブラケット３１は、ベースマシン本体２２の前側中央部に設けられた油圧シリンダ３２のロッド３３に連結されている。

スイベルヘッド４は、その背面がスライドブロック４１に取り付けられており、このスライドブロック４１を介して、リーダ３に摺動自在に支持されている。従って、スイベルヘッド４は、スライドブロック４１と共に、リーダ３の前方を、リーダ３に沿って昇降する。
スイベルヘッド４は、図示しないモータを駆動源として、鉛直方向を回転軸とする回転駆動力を出力する。

スイベルヘッド４を駆動源とする回転掘削装置５は、鉛直方向に直列に連結される複数の円筒状のリバースロッド（掘削ロッド）５１と、リバースロッド５１の下端（最先端）５１ａに設けられるリバースビット（掘削ビット）５２と、により構成される。ここで、リバースビット５２の外径は鋼管８の内径よりも小さい。
リバースロッド５１は、その上端部５１ｂがスイベルヘッド４に連結されて、スイベルヘッド４からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転する。この回転により、リバースロッド５１の下端５１ａに位置するリバースビット５２が、鋼管８内の土砂を回転掘削する。

この回転掘削により発生する掘削土砂は、鋼管８内（掘削孔９）に予め供給された泥水と共に、リバースロッド５１の下端５１ａの開口部（図示せず）にて吸引され、リバースロッド５１内を上昇して、鋼管８外の泥水処理設備１０（図２参照）に送られる。

泥水処理設備１０は、泥水を貯留する泥水タンク１０１と、泥水タンク１０１内の泥水を掘削孔９に送るサンドポンプ１０２と、掘削孔９内の泥水及び土砂をリバースロッド５１を介して吸引するサクションポンプ１０３と、サクションポンプ１０３から吐出される泥水と土砂とを互いに分離させる１次スクリーン１０４、２次スクリーン１０５、及びサイクロンスクリーン１０６と、分離された土砂を収容する残土タンク１０７と、により構成される。尚、本実施形態では泥水のみを泥水タンク１０１に貯留しているが、これに代えて、泥水及びベントナイト溶液等を含む安定液を泥水タンク１０１に貯留してもよく、この場合には、泥水タンク１０１内の安定液がサンドポンプ１０２を介して掘削孔９に送られる。

ここで、鋼管８内の掘削孔９の形成方法（換言すれば、鋼管８の中堀り方法）について、図１及び図２を用いて更に説明する。

一般に、ボーリングマシン等の掘削機を用いて掘削孔を形成する場合には、掘削孔内を泥水で満たして泥水循環により掘削土砂を掘削孔外に排出させる工法が採用され得る。この種の工法のうち、本実施形態では、ＴＢＨ工法（トップドライブリバース工法）を採用している。

本実施形態のＴＢＨ工法では、図１及び図２に示すように、杭施工装置１の直立したリーダ３に沿って昇降可能なスイベルヘッド４が、直列に連結された複数のリバースロッド５１を回転させつつ下降させる。また、このリバースロッド５１の回転に応じて、リバースビット５２にて鋼管８内の土砂の回転掘削が行われる。この掘削に並行して、泥水タンク１０１内の泥水が、サンドポンプ１０２を介して掘削孔９に送られる。掘削孔９内の泥水及び掘削土砂は、リバースロッド５１の下端５１ａの開口部（図示せず）よりリバースロッド５１内を上昇してサクションポンプ１０３に吸引される。サクションポンプ１０３から吐出される泥水及び土砂は、１次スクリーン１０４、２次スクリーン１０５、サイクロンスクリーン１０６に導かれて、ここで泥水と土砂とが分離される。分離された泥水は、泥水タンク１０１及びサンドポンプ１０２を介して掘削孔９に再び供給される。一方、分離された土砂は、残土タンク１０７に送られる。

図１に戻り、リーダ３の頂部には、補助クレーン３４のブーム３５が、リーダ３からベースマシン２の左前方に向けて張り出すように水平に取り付けられている。
また、ベースマシン本体２２の後端上部には補助クレーン３４の揚重用ウインチ３６が設置されている。
ウインチ３６より引き出されたワイヤロープ３７は、ブーム３５の複数のガイドプーリ（図示せず）に掛け渡されて、ブーム３５の先端部の下方に位置する吊具３８に接続されている。従って、補助クレーン３４は、ウインチ３６によりワイヤロープ３７を巻き上げることで、吊具３８を介して、重量物を吊り上げることができる。

ベースマシン２（履帯２１）の前方の地盤上には、鋼管圧入装置７が配置されている。
図３に示すように、鋼管圧入装置７は、その下側に位置する矩形状のベースフレーム７１と、ベースフレーム７１の四隅にそれぞれ設けられた鋼管圧入用油圧ジャッキ７２と、鋼管圧入用油圧ジャッキ７２の伸縮に応じて昇降する昇降フレーム７３と、昇降フレーム７３に回転自在に支持される回転筒７４と、回転筒７４の上部に取り付けられたチャック装置７５（図３（ｂ）では省略）と、昇降フレーム７３上に設置されて回転筒７４を回転させる複数（図では２つ）の鋼管回転用油圧モータ７６と、を含んで構成されている。

鋼管８の地盤への圧入時に、鋼管圧入装置７では、回転筒７４に鋼管８が挿入された状態で、チャック装置７５により鋼管８がその外方から把持される。また、鋼管８がチャック装置７５により把持された状態で回転筒７４を鋼管回転用油圧モータ７６で回転させながら、昇降フレーム７３を鋼管圧入用油圧ジャッキ７２により下降させることで、鋼管８を地盤に圧入する。

鋼管圧入装置７を移動させる移動装置６は、左右一対の走行レール６１と、ベースフレーム７１の左右両側の前部及び後部にそれぞれ着脱可能に取り付けられる走行ユニット６２と、ベースフレーム７１の前後左右（詳しくは、前後端部の左右両側）に取り付けられた脚部である昇降ジャッキ６３と、により構成されている。尚、本実施形態では、便宜上、鋼管圧入装置７の移動方向を前進方向として、鋼管圧入装置７及びその移動装置６の前後左右を規定している。

図１に示すように、地面より所定深さ分だけ床堀りされて形成された凹部６４は、矩形状の底面６５と側壁６６とにより構成されている。ここで、床掘りの所定深さについては、鋼管圧入装置７の全高、重量、空頭制限Ｌの度合いなどを考慮して、予め設定される。

走行レール６１は、凹部６４の底面６５の両側端部にそれぞれ敷設されている。
走行レール６１と凹部６４の底面６５との間には、走行レール６１より幅広な鋼板６５ａが介装されている（図６参照）。
また、図３に示すように、左右一対の走行レール６１は、互いに平行に延在しており、互いの間隔がベースフレーム７１（鋼管圧入装置７）の全幅より広くなるように敷設されている。

走行レール６１は、ウェブ６１ａの両側にそれぞれフランジ６１ｂ、６１ｃが設けられたＨ形鋼材からなる。ここで、フランジ６１ｂは、走行レール６１のうち凹部６４の側壁６６に対向する側のフランジ（外フランジ）であり、フランジ６１ｃは、凹部６４の側壁６６に対向する側と反対の側のフランジ（内フランジ）である（図６参照）。
走行レール６１の外フランジ６１ｂは、凹部６４の側壁６６に面接触している。
走行レール６１間には、レール間隔保持用の複数のパイプサポート６７が適宜設けられている。

走行ユニット６２は、走行レール６１の内フランジ６１ｃ上を転動可能な両フランジ付の車輪を有する。
走行ユニット６２は、ベースフレーム７１の左右両側縁より側方に張り出すように、ベースフレーム７１に着脱可能に固定（例えばボルト締結）される。
昇降ジャッキ６３は鋼管圧入装置７を凹部６４の底面６５上に支持可能であり、伸縮自在である。昇降ジャッキ６３は例えば油圧ジャッキであり、その伸縮によって鋼管圧入装置７を昇降させ得る。

移動装置６は、鋼管圧入装置７を牽引する牽引装置８０を備える。
牽引装置８０は、鋼管圧入装置７の牽引用のワイヤロープ８１と、このワイヤロープ８１を巻き上げる巻上げウインチ８２と、により構成される。
ワイヤロープ８１は、その一端が鋼管圧入装置７のベースフレーム７１の前端部に着脱可能に固定されている。
巻上げウインチ８２は電動ウインチであり、左右一対の走行レール６１の各々の前端に両端が固定されたＨ形鋼材８３の上部中央に設けられており、ワイヤロープ８１をその他端より巻き上げることができる。

次に、移動装置６を用いて鋼管圧入装置７を設置する方法について、図１及び図３に加えて図４及び図５を用いて説明する。
図４（ア）〜図５（エ）は、空頭制限Ｌがある場所での鋼管圧入装置７の設置方法を示す。

まず、図４（ア）に示すように、空頭制限がない鋼管圧入装置７の走行開始位置１０１と、空頭制限Ｌがある施工位置１０２及び巻上げウインチ設置位置１０３とを含む地面を所定深さで床堀りして、凹部６４を形成する。
次に、凹部６４の底面６５に走行レール６１を敷設し、また、ウインチ設置位置１０３にＨ形鋼材８３及び巻上げウインチ８２を設置する。
次に、走行ユニット６２を装着した状態の鋼管圧入装置７をクレーン１１０で吊上げて、走行開始位置１０１の走行レール６１に載置する。また、巻上げウインチ８２よりワイヤロープ８１を引き出して、その一端を鋼管圧入装置７（ベースフレーム７１）の前端部に固定する。

次に、図４（イ）に示すように、巻上げウインチ８２によりワイヤロープ８１を巻き上げることで、鋼管圧入装置７を、走行開始位置１０１から施工位置１０２まで、走行レール６１上を走行させる。
次に、ワイヤロープ８１及び巻上げウインチ８２を取り外して、施工位置１０２にて、昇降ジャッキ６３を伸長させて鋼管圧入装置７を上昇させることにより、走行ユニット６２の車輪と走行レール６１とを離間させる。
次に、鋼管圧入装置７より走行ユニット６２を離脱する。

次に、図５（ウ）に示すように、昇降ジャッキ６３を短縮させて鋼管圧入装置７を下降させることにより、鋼管圧入装置７を走行レール６１間の凹部６４の底面６５に載置する。

次に、図５（エ）に示すように、施工位置１０２に、上述の図１と同様に、杭施工装置１を配置する。ここで、図５（エ）は、図１に示す杭施工装置１の正面図に対応する。また、図１に示すように、鋼管圧入装置７のベースフレーム７１と走行レール６１との間にスペーサ部材６７を介装させる。このスペーサ部材６７は、詳しくは、後述する図６（ａ）に示すように、鋼管圧入装置７のベースフレーム７１と走行レール６１の内フランジ６１ｃとの間の間隙に介装される。
このようにして、鋼管圧入装置７は、施工場所１０２における走行レール６１間の凹部６４の底面６５に設置される。

次に、施工位置１０２に設置された鋼管圧入装置７を移動させる方法を、図６を用いて説明する。

図６（ａ）は施工位置１０２で凹部６４の底面６５に載置されている鋼管圧入装置７を示す。図６（ｂ）は走行レール６１上に走行ユニット６２を介して載置されている鋼管圧入装置７を示す。尚、図６（ａ）では、走行レール６１、鋼管圧入装置７のベースフレーム７１の両側部及び昇降ジャッキ６３と、凹部６４の底面６５との間に鋼板６５ａが介装されているが、凹部６４の底面６５が比較的硬い場合には、この鋼板６５ａを省略してもよい。

施工位置１０２に設置された鋼管圧入装置７を他の位置に移動させる場合には、まず、図６（ａ）に示す状態から、昇降ジャッキ６３を伸長させて、鋼管圧入装置７を走行レール６１より高位で保持する。
次に、鋼管圧入装置７に走行ユニット６２を装着する。
次に、昇降ジャッキ６３を短縮させて鋼管圧入装置７を下降させることにより、鋼管圧入装置７を走行ユニット６２を介して走行レール６１に載置する。

次に、図６（ｂ）に示すように、昇降ジャッキ６３を更に短縮させて、昇降ジャッキ６３を凹部６４の底面６５より離間させる。この後に、ワイヤロープ８１及び巻上げウインチ８２を用いて、鋼管圧入装置７を走行レール６１上で走行させる。
このようにして、施工位置１０２に設置された鋼管圧入装置７を他の施工場所等に移動させることができる。

次に、杭施工装置１を用いた鋼管杭の構築方法について、図７〜図１５を用いて説明する。
図７（ア）〜図１５（シ）は、鋼管杭の施工フローを示す。

まず、図７（ア）に示すように、杭施工装置１のベースマシン本体２２を側方（図では左方）に９０°旋回させることにより、スイベルヘッド４及びリーダ３をベースマシン２の側方（図では左方）に位置させて、この状態で、クレーン１１１を用いて鋼管８を鋼管圧入装置７にセットする。尚、本実施形態では、鋼管８の鋼管圧入装置７へのセット時にクレーン１１１を用いて鋼管８を揚重しているが、鋼管８を揚重する手段はこれに限らず、例えば、補助クレーン３４を用いて鋼管８を揚重してもよい。また、フォークリフトに鋼管把持用のクランプを設けて、このクランプ付のフォークリフトを用いて、鋼管８を鋼管圧入装置７にセットしてもよい。

次に、図７（イ）に示すように、鋼管圧入装置７によって鋼管８を回転させつつ地盤に所定の深さ分（例えば鋼管８の全長の半分程度の深さまで）圧入する。また、杭施工装置１のベースマシン本体２２を旋回させることにより、スイベルヘッド４及びリーダ３をベースマシン２の前方位置に戻して、杭施工装置１のスイベルヘッド４に回転掘削装置５（リバースロッド５１及びリバースビット５２）をセットする。ここで、リバースビット５２は、その外径が、鋼管８の内径よりも小さいので、回転掘削装置５を、鋼管８の内部に配置することができる。また、回転掘削装置５のセット時には、スイベルヘッド４の回転軸と、回転掘削装置５の回転軸と、鋼管８の中央軸（回転軸）とが略一致するように、それぞれが配置される。以上の配置によって、回転掘削装置５は、鋼管圧入装置７に挟持された鋼管８内の土砂を回転掘削することができる（すなわち、鋼管８の中堀りを行うことができる）。

次に、図８（ウ）に示すように、杭施工装置１のスイベルヘッド４を下降させつつ、スイベルヘッド４からの回転駆動力により、回転掘削装置５（リバースロッド５１及びリバースビット５２）を回転させて、鋼管８内を削孔する。これにより、鋼管８内に掘削孔９が形成される。また、この削孔に並行して、鋼管圧入装置７は、鋼管８を回転させつつ地盤に圧入することができる。
スイベルヘッド４がその昇降可能範囲の下限に達すると、次に、杭施工装置１のスイベルヘッド４をリバースロッド５１から分離させて上昇させる。

次に、図８（エ）に示すように、杭施工装置１のベースマシン本体２２を側方（図では左方）に９０°旋回させることにより、スイベルヘッド４及びリーダ３をベースマシン２の側方（図では左方）に位置させて、この状態で、クレーン１１１を用いて、鋼管８を継ぎ足す。鋼管８の継ぎ足し時には、例えば、鋼管８の継手部同士を溶接することで、鋼管８同士を連結固定する。尚、鋼管８の両端に雄ねじ部と雌ねじ部とを予め形成して、一方の鋼管８の雄ねじ部と他方の鋼管８の雌ねじ部とを互いに螺合させることで、鋼管８同士を連結固定してもよい。また、いわゆるピン止めにより鋼管８同士を連結固定してもよい。

次に、図９（オ）に示すように、鋼管圧入装置７によって鋼管８を回転させつつ地盤に所定の深さ分（例えば、リバースロッド５１が鋼管８の上端部から突出する程度まで）圧入する。
次に、杭施工装置１のベースマシン本体２２を旋回させることにより、スイベルヘッド４及びリーダ３をベースマシン２の前方位置に戻して、新たなリバースロッド５１を継ぎ足して、スイベルヘッド４に回転掘削装置５（リバースロッド５１及びリバースビット５２）をセットする。

次に、図９（カ）に示すように、前述の図８（ウ）と同様に、杭施工装置１のスイベルヘッド４を下降させつつ、スイベルヘッド４からの回転駆動力により、回転掘削装置５を回転させて、鋼管８内を削孔する（すなわち、鋼管８の中堀りを行う）。

このようにして、鋼管８及びリバースロッド５１の継ぎ足しと鋼管８内の削孔（中堀り）とを繰り返して、図１０（キ）に示すように、鋼管８の先端部（最下端部）が地盤の支持層１１５に達するまで、鋼管８の圧入と掘削孔９の形成とを行う。

従って、前述の図７（ア）〜図１０（キ）では、鋼管８の先端部が地盤の支持層１１５に到達するまで、鋼管圧入装置７により、鋼管８の地盤への圧入が行われる。ここで、地面から地盤の支持層１１５までの深さが、本発明の「所定の第１深さ」に対応する。また、鋼管８の地盤への圧入時に、回転掘削装置５により、鋼管８内の土砂の掘削が行われる。また、鋼管８内の土砂の掘削時に、泥水処理設備１０により、鋼管８内の掘削孔９に泥水が供給され、また、鋼管８内で生じた掘削土砂が泥水と共に鋼管８外に排出される。

尚、図１０（キ）に示すように、鋼管８の先端部が地盤の支持層１１５に達するまで鋼管８の圧入が行われた状態では、鋼管８の最上端に、仮鋼管（ヤットコ）１１６の下端が着脱可能に固定されている。この仮鋼管１１６は、鋼管８と同様に、鋼管圧入装置７により地盤に圧入されたものである。

鋼管８の先端部が地盤の支持層１１５に達するまで、鋼管８の圧入とその内部の削孔（中掘り）とを行った後、図１１（ク）に示すように、鋼管圧入装置７と移動装置６と回転掘削装置５（リバースロッド５１及びリバースビット５２）とを残して杭施工装置１を退避させ、リバースロッド５１の上端５１ｂに漏斗状のホッパー１２０を取り付ける。そして、ホッパー１２０に根固め材であるコンクリートを供給しつつ、ホッパー１２０をクレーン１１１により徐々に吊上げる。これにより、ホッパー１２０（リバースロッド５１の上端５１ｂの開口部）に供給されたコンクリートは、リバースロッド５１内を下降してリバースロッド５１の下端５１ａの開口部より鋼管８の先端部内に排出・充填される。
鋼管８の先端部でのコンクリートの充填が完了すると、回転掘削装置５（リバースロッド５１及びリバースビット５２）を撤去し、鋼管８の先端部でコンクリートが固化して鋼管８の先端部に根固め部１２１が形成される。

次に、図１２（ケ）に示すように、鋼管８内に泥水排出ポンプ１２２と泥水排出配管１２３とを設ける。そして、鋼管８内に残留している泥水を、泥水排出ポンプ１２２により吸引し、泥水排出配管１２３を介して、鋼管８外に排出する。
鋼管８内の泥水の排出が完了すると、鋼管８内の泥水排出ポンプ１２２と泥水排出配管１２３とを撤去して、次に、図１３（コ）に示すように、鋼管８内及び仮鋼管１１６内に残土を埋め戻す。この残土は、泥水処理設備１０の残土タンク１０７に溜まった土砂である。このように鋼管８の中掘り時に発生する掘削土砂を鋼管８内に埋め戻すことにより、鋼管杭施工時の残土の減容化を実現することができる。尚、鋼管８内に掘削土砂を埋め戻す工程については省略可能である。

鋼管８及び仮鋼管１１６内への残土の埋め戻しが完了すると、図１４（サ）に示すように、クレーン１１１と鋼管圧入装置７とを用いて、地盤より仮鋼管１１６を引き抜く。
次に、鋼管圧入装置７及び移動装置６を撤去する。

このようにして、図１５（シ）に示すように、鋼管８により構成され、根固め部１２１を有し、鋼管８内に残土が埋め戻された鋼管杭１３０を構築することができる。

本実施形態によれば、鋼管８の先端部が地盤の所定の第１深さ（地盤の支持層１１５までの深さ）に到達するまで鋼管８の地盤への圧入を行い、鋼管８の地盤への圧入時に鋼管８内の土砂を所定の第１深さ（地盤の支持層１１５までの深さ）まで掘削し、鋼管８内の土砂の掘削時に鋼管８内に泥水を供給し、鋼管８内で生じた掘削土砂を泥水と共に鋼管８外に排出する。これにより、鋼管８内の土塊が泥水により洗い流され得るので、鋼管８内の土塊の残留量を低減することができる。

また本実施形態によれば、所定の第１深さ（地盤の支持層１１５までの深さ）まで掘削した後、鋼管８の先端部内に根固め材を充填する。これにより、残留土塊が比較的少ない鋼管８の先端部内において、泥水が根固め材に置き換えられるので、予め設定した性状を有する根固め材を用いて鋼管杭１３０の根固めを行うことができる。従って、鋼管杭の施工毎に、性状の安定した根固め材を用いて鋼管杭の根固めを行うことができるので、鋼管杭の施工において、所望の強度を安定して得ることができる。

また本実施形態によれば、鋼管８内にて鉛直方向に延びる円筒状のリバースロッド（掘削ロッド）５１と、このリバースロッド５１の下端に設けられるリバースビット（掘削ビット）５２と、を含んで構成される回転掘削装置５により、鋼管８内の土砂を掘削する。これにより、比較的簡素な構成で、鋼管８内の土砂を掘削することができる。

また本実施形態によれば、鋼管８内の泥水は、リバースロッド（掘削ロッド）５１の下端５１ａの開口部にて吸引され、リバースロッド５１内を上昇して鋼管８外に排出される。これにより、リバースロッド５１の下端５１ａの開口部より鋼管８の先端部の掘削土砂を泥水と共にダイレクトに吸い上げて鋼管８外に排出することができるので、根固め部１２１が形成される鋼管８の先端部を確実に土塊を残さない状態に仕上ることができる。

また本実施形態によれば、鋼管８の先端部内に根固め材を充填した後に、鋼管８内に残留する泥水を鋼管８外に排出し、この鋼管８内に、掘削土砂を埋め戻すことにより、鋼管杭施工時の残土の減容化を実現することができる。

また本実施形態によれば、根固め材は、コンクリートを含むことにより、十分な強度を有する根固め部１２１を形成することができる。

尚、本実施形態では、根固め部１２１を構成する根固め材としてコンクリートを用いて説明したが、根固め材はこれに限らず、例えば、モルタルであってもよい。また、残土タンク１０７に溜まった土砂とセメントとを所定割合で配合して撹拌混合し、この土砂及びセメントを含むモルタル又はコンクリートを根固め材とする場合には、土砂の性状を予め把握・調整した上で土砂とセメントとの配合割合を決定することができるので、根固め部１２１の品質を安定化させることができる。また、この場合には、鋼管杭施工時の残土を根固め部１２１の形成に利用するので、残土の減容化を実現することができる。

また、鋼管杭１３０の先端根固め範囲（根固め部１２１）に設置される鋼管８については、その内面に凹凸加工を施すことにより（例えば、複数の補強リングを互いに間隔を空けて設けることにより）根固め材と鋼管８との確実な一体化を図ることができる。また、根固め材と鋼管８との一体性が向上することにより、根固め範囲（根固め部１２１の高さ）を低減することができるので、根固め材の使用量を低減することができる。

図１６は、本発明の第２実施形態における鋼管杭の施工方法を示す。ここで、図１６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、支持層１１５に到達した鋼管８の先端部の拡大図である。

前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態では、リバースビット５２の代わりとして、拡縮径可能なビットを備えた拡径ビット５２’を用いる。
この拡径ビット５２’を縮径させた状態で（すなわち、拡径ビット５２’の外径を鋼管８の内径よりも小さくした状態で）、前述の図７（ア）〜図１０（キ）に示した鋼管杭の施工工程を経て、鋼管８の先端部（最下端部）が地盤の支持層１１５に達するまで、鋼管８の圧入と掘削孔９の形成（中掘り）とを行う。

鋼管８の先端部が地盤の支持層１１５に達すると、図１６（ａ）に示すように、拡径ビット５２’を拡径させて、拡径ビット５２’の外径を鋼管８の外径よりも大きくする。そして、この拡径状態で、回転掘削装置５（リバースロッド５１及び拡径ビット５２’）を回転させつつ下降させて、支持層１１５内に拡底部１２５を掘削形成する。ここで、拡底部１２５の上端から下端までの距離が、本発明の「所定の第２深さ」に対応する。この「所定の第２深さ」は、鋼管杭１３０が要求される強度などに基づいて、予め設定される。

次に、この拡径ビット５２’を縮径させて（すなわち、拡径ビット５２’の外径を鋼管８の内径よりも小さくして）、前述の図１１（ク）と同様に、拡底部１２５内及び鋼管８の先端部内にコンクリートなどの根固め材を充填する（図１６（ｂ）参照）。

次に、鋼管圧入装置７を用いて、鋼管８の根入れ圧入を行う。この根入れ圧入の深さ（図１６（ｃ）に示す深さＮ）は、本発明の「所定の第３深さ」に対応するものであり、鋼管杭１３０が要求される強度などに基づいて、予め設定される。
このようにして、拡底部１２５及び鋼管８の先端部を含む根固め部１２６が形成される。
根固め部１２６が形成された後は、前述の図１２（ケ）〜図１５（シ）と同様の施工を行って鋼管杭１３０を構築するので、その説明を省略する。

特に本実施形態によれば、所定の第１深さ（地盤の支持層１１５までの深さ）に到達した鋼管８の先端部内に根固め材を充填するに先立って、鋼管８の先端部の下方の地盤（支持層１１５）にて鋼管８の外径より大径の掘削を行って所定の第２深さを有する拡底部１２５を形成し、この拡底部１２５内及び鋼管８の先端部内に根固め材を充填する。これにより、鋼管８の先端部の根固めが拡大されるので、高耐力杭を施工することができる。

また本実施形態によれば、拡底部１２５内及び鋼管８の先端部内に根固め材を充填した後に、鋼管８の先端部を拡底部１２５に所定の第３深さＮ分だけ根入れ圧入する。これにより、鋼管８の先端が拡底部１２５内に位置するので、根固め部１２６での両者の一体性を向上させることができる。

尚、鋼管杭１３０の先端根固め範囲（根固め部１２６）に設置される鋼管８については、その内面及び／又は外面に凹凸加工を施すことにより（例えば、複数の補強リングを互いに間隔を空けて設けることにより）根固め材と鋼管８との確実な一体化を図ることができる。また、根固め材と鋼管８との一体性が向上することにより、根固め範囲（根固め部１２６の高さ）を低減することができるので、根固め材の使用量を低減することができる。

１ 杭施工装置
２ ベースマシン
３ リーダ
４ スイベルヘッド
５ 回転掘削装置
６ 移動装置
７ 鋼管圧入装置
８ 鋼管
９ 掘削孔
１０ 泥水処理設備
２１ 履帯
２２ ベースマシン本体
２３ 旋回装置
３０、３１ ブラケット
３２ 油圧シリンダ
３３ ロッド
３４ 補助クレーン
３５ ブーム
３６ 揚重用ウインチ
３７ ワイヤロープ
３８ 吊具
４１ スライドブロック
５１ リバースロッド（掘削ロッド）
５１ａ 下端
５１ｂ 上端
５２ リバースビット（掘削ビット）
５２’ 拡径ビット
６１ 走行レール
６１ａ ウェブ
６１ｂ フランジ（外フランジ）
６１ｃ フランジ（内フランジ）
６２ 走行ユニット
６３ 昇降ジャッキ（脚部）
６４ 凹部
６５ 底面
６５ａ 鋼板
６６ 側壁
６７ スペーサ部材
７１ ベースフレーム
７２ 鋼管圧入用油圧ジャッキ
７３ 昇降フレーム
７４ 回転筒
７５ チャック装置
７６ 鋼管回転用油圧モータ
８０ 牽引装置
８１ ワイヤロープ
８２ 巻上げウインチ
８３ Ｈ形鋼材
１０１ 泥水タンク
１０２ サンドポンプ
１０３ サクションポンプ
１０４ １次スクリーン
１０５ ２次スクリーン
１０６ サイクロンスクリーン
１０７ 残土タンク
１１０、１１１ クレーン
１１５ 支持層
１１６ 仮鋼管
１２０ ホッパー
１２１ 根固め部
１２２ 泥水排出ポンプ
１２３ 泥水排出配管
１２５ 拡底部
１２６ 根固め部
１３０ 鋼管杭

Claims (9)

1. 円筒状の鋼管を鉛直方向に地盤に圧入して鋼管杭を構築する方法であって、
   前記鋼管の先端部が地盤の所定の第１深さに到達するまで前記鋼管の地盤への圧入を行い、
   前記鋼管の地盤への圧入時に前記鋼管内の土砂を前記所定の第１深さまで掘削し、
   前記鋼管内の土砂の掘削時に前記鋼管内に泥水を供給し、前記鋼管内で生じた掘削土砂を泥水と共に前記鋼管外に排出し、
   前記所定の第１深さまで掘削した後、前記鋼管の先端部内に根固め材を充填することを特徴とする鋼管杭の構築方法。
2. 前記鋼管内にて鉛直方向に延びる円筒状の掘削ロッドと、この掘削ロッドの下端に設けられる掘削ビットと、を含んで構成される回転掘削装置により、前記鋼管内の土砂を掘削することを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭の構築方法。
3. 前記鋼管内の泥水は、前記掘削ロッドの下端開口部にて吸引され、前記掘削ロッド内を上昇して前記鋼管外に排出されることを特徴とする請求項２に記載の鋼管杭の構築方法。
4. 前記根固め材は、前記掘削ロッドの上端開口部に供給され、前記掘削ロッド内を下降して前記掘削ロッドの下端開口部より前記鋼管の先端部内に排出・充填されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の鋼管杭の構築方法。
5. 前記鋼管の先端部内に根固め材を充填した後に、前記鋼管内に残留する泥水を前記鋼管外に排出し、この鋼管内に、前記掘削土砂を埋め戻すことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の鋼管杭の構築方法。
6. 前記根固め材は、コンクリート又はモルタルを含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の鋼管杭の構築方法。
7. 前記根固め材は、前記鋼管外に排出された掘削土砂を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の鋼管杭の構築方法。
8. 前記所定の第１深さに到達した前記鋼管の先端部内に根固め材を充填するに先立って、前記鋼管の先端部の下方の地盤にて前記鋼管の外径より大径の掘削を行って所定の第２深さを有する拡底部を形成し、この拡底部内及び前記鋼管の先端部内に根固め材を充填することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の鋼管杭の構築方法。
9. 前記拡底部内及び前記鋼管の先端部内に根固め材を充填した後に、前記鋼管の先端部を前記拡底部に所定の第３深さ分だけ圧入することを特徴とする請求項８に記載の鋼管杭の構築方法。