JP2014109143A - 鋼杭の根固め工法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の根固め工法における諸問題点を解決すること。
【解決手段】岩盤支持層Ｇｒを削孔し、その孔に鋼杭１を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、岩盤支持層Ｇｒには、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏ又は対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に、鋼杭１をバイブロハンマー２２によって強制圧入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、削孔機によって岩盤支持層を削孔し、その孔に鋼杭を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法に関するものである。

従来のプレボーリング根固め工法である鋼杭の根固め工法を図１５により説明すると、先ず、同図の(a) 〜(c) に示すように、地盤Ｇを、ダウンザホールハンマーＤＨにより、粘土、砂礫等よりなる土砂層Ｇｓから極めて良質の支持地盤である岩盤支持層Ｇｒにわたって所定深度まで削孔する。削孔中及び削孔後にダウンザホールハンマーＤＨを引き上げる際には、(b) 〜(d) に示すように、掘削屑であるスライムをエアブローによって地上へ排出する。その後、ダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引上げ、そしてその孔３０内に(g) に示すように鋼杭として例えばＨ形鋼２４を建て込み、(h) に示すように孔３０に挿入したモルタル注入管２５でモルタル２６を注入して根固めを行い、(i) に示すように施工を完了する。この場合、岩盤支持層Ｇｒに削孔される孔３０は、鋼杭としてのＨ形鋼２４の対角線長よりも大きい。

また、従来のプレボーリング根固め工法としては、図１５の(e) 及び(f) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引き上げた後、発生土砂を埋め戻し、そうしてその孔３０内に鋼杭を、バイブロハンマーで打撃しながら打ち込んで根固めを行なう方法がある。その他、プレボーリング鋼杭建て込み工法に伴う根固め工法として、セメントミルクを注入したり、あるいは砕石やコンクリートを充填するなどの方法があるが、従来の工法は全て、鋼杭の直径又は対角線長より大きい内径の孔を岩盤支持層に掘削しておいて、その孔に鋼杭を建て込み、そして孔と鋼杭との間にモルタル、セメントミルク、砕石、コンクリート等の根固め材を充填し、又は圧密するという工法である。

従来の根固め工法では、地下水や表面流水があったり、沿岸部などで海水が流れている所では、モルタルやセメントミルクが流出し、充分な根固めができないケースがある。

また、仮橋（仮設桟橋）構台用の鋼杭のように、鋼杭打ち込み後に杭打機（クローラクレーン）等を乗載して施工を行なう場合、モルタルが硬化するのに或る一定の時間を要するため、施工時間が延びる。即ち、モルタルが硬化するまでは仮橋の構台に杭打機を乗載させることができず、従って後の作業が遅れることになる。

また、ダウンザホールハンマー等で削孔した孔が崩壊した時はモルタル等の充填が不可能となるので、ケーシングを併用する必要があり、そのために工費及び工期が更にアップする。更にまた、地下水、特に水中での施工の際、モルタル注入中にモルタルが分離し、根固めの性能が低下する場合がある。

そして、杭の支持層として極めて優良な地層は岩盤である。しかしながら、現在の土木仕様書では、岩に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層としての扱いとなっている。従って、硬質の岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となる。つまり、杭周面が砂となり、充分な摩擦がとれないために必要以上に長い根入れが要求されることになる。

本発明は、上記のような従来の根固め工法における諸問題点を解決し得るもので、モルタル、セメントミルク、コンクリート、その他の根固め材を使用することなく、鋼杭を岩盤支持層に対して充分かつ有効に根固めできる鋼杭の根固め工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒを削孔し、その孔に鋼杭１を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、岩盤支持層Ｇｒには、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏ又は対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に、鋼杭１をバイブロハンマー２２によって強制圧入するようにしたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてＨ形鋼を使用し、このＨ形鋼の対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔することを特徴とする。

請求項３は、請求項１に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１として鋼管を使用し、この鋼管の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔することを特徴とする。

請求項４は、請求項２に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼には各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付けたことを特徴とする。

請求項５は、請求項２に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼には各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除すると共に、各フランジａ先端部の内側面に補強プレート５を取り付けたことを特徴とする。

請求項６は、請求項２に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼には各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付けると共に、各フランジａ先端部の外側面中央部に支持力増大プレート６を取り付けたことを特徴とする。

請求項７は、請求項２、４〜６の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼には各フランジａ先端部側の両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに切欠形成したことを特徴とする。

請求項８は、請求項２、４〜７の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼には各フランジａ先端部側の両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設したことを特徴とする。

請求項９は、請求項２、４〜８の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としてのＨ形鋼にはウェブｂ先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を取り付けたことを特徴とする。

請求項１０は、請求項２、４〜９の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼１杭としてのＨ形鋼には両フランジａの先端部間に補強プレート２５を介装したことを特徴とする。

請求項１１は、請求項３に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としての鋼管には先端部外周面に支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設したことを特徴とする。

請求項１２は、請求項３に記載の鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１としての鋼管には先端部外周面及びこれの上方所要部外周面に夫々縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブ９は、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブ９，９の中間に位置するように配設したことを特徴とする。

請求項１３は、請求項１１又は１２に記載の鋼杭の根固め工法において、前記支持力増大用リブ９は、鋼管の外周に沿って固着された金属製の補強バンド１０に一体に形成されていることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法によれば、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏ又は対角線長Ｄｇより小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に鋼杭１をバイブロハンマー２２の打撃力によって強制圧入することにより、鋼杭１の外周部が岩盤支持層Ｇｒに食い付いて一体化すると共に、鋼杭１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持を大きくとることができて、鋼杭１を岩盤支持層Ｇｒに対し充分かつ有効に根固めすることができる。また、モルタル、セメントミルク等の根固め材を使用しないから、仮設桟橋工事では、鋼杭１の打設後即時に杭打機等の乗載が可能で、工期の大幅な短縮を図ることができ、また工事完了後の鋼杭１の引抜きが可能となり、環境にも優しく、そして更に地下水、河川等の汚染を防ぐことができる。

請求項２に係る発明のように、鋼杭１としてＨ形鋼を使用し、このＨ形鋼の対角線長Ｄｇより小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマーＤＨ等の削孔機で削孔すれば、このＨ形鋼を下孔２に強制圧入する時にＨ形鋼のフランジａの角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削って、その内壁に食い込んでいき、岩盤本来の有する反力を確保すると共に、鋼杭１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持を大きくとることができて、極めて優良な根固めを作ることができる。

請求項３に係る発明のように、鋼杭１として鋼管を使用し、この鋼管の外径Ｄｏよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマーＤＨ等の削孔機によって削孔すれば、この鋼杭を下孔２に強制圧入する時に鋼管の外周部が下孔２の内壁に食い込んで、岩盤本来の有する反力を確保すると共に、鋼杭１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持を大きくとることができて、極めて優良な根固めを作ることができる。

請求項４に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼の各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付けた場合には（図１参照）、Ｈ形鋼１１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。

請求項５に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼の各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除すると共に、各フランジａ先端部の内側面に補強プレート５を取り付けた場合には（図２参照）、Ｈ形鋼１１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２に食い込み易くなり、また補強プレート５を取り付けたことにより、食い込み時にフランジａの先端部が破損し難く、且つ変形し難くなる。

請求項６に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼の各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付け、各フランジａ先端部の外側面中央部に支持力増大プレート６を取り付けた場合には（図３参照）、Ｈ形鋼の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となり、そしてこのＨ形鋼は、各フランジａの先端部外側面中央部に取り付けた支持力増大プレート６が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより大きくとることができる。

請求項７に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼の各フランジａ先端部側の両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに形成した場合に（図４参照）、この切欠部７は、Ｈ形鋼を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、下孔２の内壁に対する各フランジａ先端部両側端面の摺動摩擦抵抗を軽減して、下孔２に対するＨ形鋼の圧入作業を容易にすることができる。

請求項８に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼の各フランジａ先端部側の両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設した場合には（図５参照）、このＨ形鋼は、各フランジａの先端部外側面中央部に突設した支持力増大用凸部８が下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより大きくとることができる。

請求項９に係る発明のように、鋼杭１としてのＨ形鋼にはウェブｂ先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を取り付けた場合には（図６参照）、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより一層大きくとることができる。

請求項１０に係る発明のように、鋼１杭としてのＨ形鋼には両フランジａの先端部間に補強プレート２５を介装した場合には（図７参照）、補強プレート２５によりＨ形鋼７１の両フランジａ，ａ先端部間が閉塞された状態となるから、下孔２に掘削土砂などが溜まっている時にフランジａ，ａ先端部間の閉塞による土砂等の抵抗により鋼杭１の支持力を増大することができる。

請求項１１に係る発明のように、鋼杭１としての鋼管に先端部外周面に支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設した場合には（図８の(a-1) ，(a-2) 参照）、鋼管を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、それらの支持力増大用リブ９が、下孔２内壁に食い込んで一体化して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管の支持力を増大させ、優良な根固めを作ることができる。

請求項１２に係る発明のように、各支持力増大用リブ９を、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設すれば（図８の(b-1) ，(b-2) 参照）、鋼管の横断面上において支持力増大用リブ９の数が倍増するから、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管の支持力を一層増大できる。

請求項１３に係る発明のように、前記支持力増大用リブ９を、鋼管の外周に沿って固着される金属製の補強バンド１０に一体に形成することにより、リブ９の取付けが容易となり、またこの補強バンド１０によって鋼管自体を補強することができる。

本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の一例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用する鋼管からなる鋼杭の種々の例を示すもので、(a-1) はその一例の斜視図、(a-2) は(a-1) のＸ−Ｘ線断面図、(b-1) は他の例の斜視図、(b-2) は(b-1) のＹ−Ｙ線断面図である。 (a) は本発明工法の一実施形態を示す説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図９の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図１０の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図１１の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図１２の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) 及び(b) は本発明工法の他の実施形態を示す説明断面図である。 (a) 〜(i) は従来工法を説明する説明図である。

以下に本発明工法の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１〜図６は本発明に係る鋼杭根固め工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の種々の例を示し、図６は鋼管からなる鋼杭の例を示し、そして図７〜図１１は本発明工法を仮橋構台用の鋼杭の根固めに実施した実施形態を示したものである。

先ず、図１に示す鋼杭１として使用するＨ形鋼１１は、両フランジａ，ａとウェブｂとからなるもので、地盤をプレボーリングするにあたって、地盤Ｇの岩盤支持層Ｇｒ（図７〜図１１参照）には、図１の(b) に示すように両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマー等の削孔機によって削孔する。そして、このＨ形鋼１１は、図１の(c) から分かるように、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除し、その切除部３，３にＨ形鋼１１よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付けてなるもので、削孔した岩盤支持層Ｇｒの下孔２に、バイブロハンマー２２（図１１参照）の打撃力によって強制圧入することで根固めを行なう。フランジａの先端部を先細りテーパ状に形成したのは、Ｈ形鋼１１の先端部が下孔２に嵌まり込み易くするためである。

この場合、鋼杭１としてのＨ形鋼１１は、図１の(b) に示すように、両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇがプレボーリングされる下孔２の内径Ｄｉより大きいため、このＨ形鋼１１を下孔２にバイブロハンマー２２（図１１参照）の打撃力で強制圧入することにより、Ｈ形鋼１１のフランジａ角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削ってその内壁に食い込んで、岩盤本来の持つ反力を確保すると共に、Ｈ形鋼１１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を大きくとることができ、極めて優良な根固めを作ることができる。またこの場合、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けることにより、Ｈ形鋼１１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。なお、Ｈ形鋼１１の材質をＳＳ４００とすれば、カッティングプレート４には、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣＭ等を使用する。

図２に示す鋼杭１としてのＨ形鋼２１は、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除する（その切除部を３で示す）と共に、各フランジａの先端部内側面に補強プレート５，５を溶接により取り付けたもので、図１のＨ形鋼１１と同様に、両フランジａ，ａの対角線長よりも小さい内径の下孔２に対し、バイブロハンマーで強制圧入することによって根固めを行なう。

この場合も、Ｈ形鋼２１は、図２の(b) に示すように、両フランジａ，ａの対角線長が下孔２の内径よりも大きいため、下孔２に切削圧入することにより、Ｈ形鋼１１が岩盤支持層Ｇｒと密着一体化し、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を大きくとれて、極めて優良な根固めを作ることができる。そして、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に形成すると共に、各フランジａの先端部内側面に補強プレート５，５を取り付けていることにより、Ｈ形鋼１１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２に食い込み易くなり、また補強プレート５を取り付けたことにより、食い込み時にフランジａの先端部が破損したり変形することがない。なお、補強プレート５としては、Ｈ形鋼１１の材質と同様のＳＳ４００を使用することができる。

図３に示す鋼杭１としてのＨ形鋼３１は、図１のＨ形鋼１１と同様、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にＨ形鋼よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付け、更に各フランジａの先端部の外側面中央部に一つ又は複数の支持力増大プレート６を溶接により取り付けたものであり、図１のＨ形鋼１１と同様に、両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２に対し、バイブロハンマーで強制圧入することによって根固めを行なう。

この場合も、Ｈ形鋼３１は、図３の(b) に示すように両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇが下孔２の内径よりも大きいため、下孔２に切削圧入することにより、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を大きくとれて、極めて優良な根固めを作ることができ、また各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けていることにより、Ｈ形鋼３１先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。そして特に、このＨ形鋼３１は、各フランジａの先端部外側面中央部に取り付けた支持力増大プレート６が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を一層大きくとることができる。

図４に示す鋼杭１としてのＨ形鋼４１は、図１のＨ形鋼１１及び図３のＨ形鋼３１と同様に、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にＨ形鋼よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼４１では、各フランジａの先端部両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに切欠形成している点が特徴である。この切欠部７は、Ｈ形鋼４１を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、下孔２の内壁に対する各フランジａ先端部両側端面の摺動摩擦抵抗を軽減して、下孔２に対するＨ形鋼４１の圧入作業を容易にすることができる。なお、このＨ形鋼４１に設けてあるような切欠部７は、図２に示すＨ形鋼２１や図３に示すＨ形鋼３１のフランジａにも設けることができる。

図５に示す鋼杭１としてのＨ形鋼５１は、図２のＨ形鋼２１と同様に、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除する（その切除部を３で示す）と共に、各フランジａの先端部内側面に補強プレート５，５を取り付けているが、特にこのＨ形鋼５１では、各フランジａの先端部側両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設した点が特徴である。従って、このＨ形鋼５１は、各フランジａの先端部外側面中央部に突設した支持力増大用凸部８が下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を一層大きくとることができる。

図６に示す鋼杭１としてのＨ形鋼６１は、図１のＨ形鋼１１や図３のＨ形鋼３１と同様に、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼６１では、ウェブｂの先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を一つ又は複数取り付けた点を特徴としている。この支持力増大プレート２３の外側端面先端部は、下孔２に嵌まり込み易くするために斜めにカットしてあり、その斜めカット部を２３ａで示す。また、各フランジａの先端部側の外側面中央部には、図３に示すＨ形鋼３１の支持力増大プレート６と同様な支持力増大プレート２４を取り付けている。この支持力増大プレート６の外側端面先端部も斜めカット部を２４ａを形成している。従って、このＨ形鋼６１は、フランジａに支持力増大プレート２４を取り付けたうえに、ウェブｂにも支持力増大プレート２３を取り付けているから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより一層大きくとることができる。

図７に示す鋼杭１としてのＨ形鋼７１は、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼７１では、両フランジａ，ａ の先端部間に一つ又は複数の補強プレート２５を介装した点を特徴としている。また、各フランジａの先端部側の外側面中央部には、図６のＨ形鋼６１と同様、支持力増大プレート２６を取り付け、その外側端面先端部には斜めカット部を２４ａを形成している。このように両フランジａ，ａの先端部間に補強プレート２５を介装したＨ形鋼７１では、補強プレート２５によりＨ形鋼７１の両フランジａ，ａ先端部間が閉塞された状態となるから、下孔２の下部に土砂等が溜まっている時にフランジａ，ａ先端部間の閉塞による土砂等の抵抗により鋼杭１の支持力を増大することができる。

図８は鋼杭１として鋼管８１を使用した場合を示している。鋼管８１は、図示は省略するが、岩盤支持層Ｇｒ（図９〜図１３参照）にプレボーリングされた、当該鋼管８１の外径Ｄｏよりも小さい内径の下孔２に対し、バイブロハンマーで強制圧入することによって根固めを行なうようになっている。

そして、図８の(a-1) に示す鋼管８１には、先端部外周面に縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設しており、また(a-2) に示す鋼管８１には、先端部外周面とこれの上方所要部外周面に夫々、支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブ９は、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設している。

この支持力増大用リブ９は、鋼管８１の外周面に直接、溶接して固着させることもできるが、そうした場合には鋼管８１のリブ９の取付部分が変形を生じ易いため、図示のように鋼管８１の所要部外周に沿って金属製の補強バンド１０を固着し、この補強バンド１０にリブ９を溶接して取り付けることが好ましい。また当然のことながら、補強バンド１０は、鋼管８１先端部側の強度を補強する機能を有する。また、補強バンド１０を鋼杭１に取り付けるには、補強バンド１０を円環状に形成しておいて、これを鋼杭１に嵌め込んで溶接し、あるいはその円環を複数に分割したような分割体を形成しておいて、それら複数の分割体を鋼杭１に嵌め合わせて溶接することにより取り付けることができる。

図８の(a-1) ，(a-2) に示すように鋼杭１としての鋼管８１の先端部外周面に縦方向に延びる支持力増大用リブ９を周方向一定間隔おきに突設しておくことにより、鋼管８１を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、それらの支持力増大用リブ９が、下孔２内壁に食い込んで一体化して、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管８１の支持力を増大させ、優良な根固めを作ることができる。また、(b-1) ，(b-2) のように各支持力増大用リブ９を、上下に隣り合うリブ９，９どうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設すれば、(b-2) に示すように鋼管８１の横断面上において支持力増大用リブ９の数が倍増するから、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼管８１の支持力をより一層増大させることができる。

図９〜図１３は、本発明に係る鋼杭根固め工法の実施形態を示すもので、海岸等の水際にあるの傾斜岩盤支持層Ｇｒに鋼杭１（Ｈ形鋼や鋼管）を打ち込んで仮橋（仮設桟橋）の構台を施工する場合を示しており、この施工について以下に説明すると、図７の(a) は、地盤Ｇの傾斜土砂層Ｇｓから傾斜岩盤支持層Ｇｒにわたり打設されて根固めされた複数本の鋼杭１により仮橋構台１２の一部が架設された状態で、反力架台１６（図１０以降参照）の施工を開始した状態を示している。なお、図９、図１０、図１１及び図１２の(a) に夫々示される鋼杭１は、上述した本発明工法によって既に根固めされたものである。

図９の(a) においては、一部架設された仮橋構台１２上に乗載させたクローラクレーン（図示省略）の昇降ワイヤー１７に吊持したバイブロハンマー１３によって、反力架台用の杭１４を複数本、地盤Ｇの土砂層Ｇｓに所要深さ打設し、その後同図の(b) に示すように、反力架台用の架台本体１５を前記クレーンの昇降ワイヤー１８により吊り上げて複数本の杭１４上に横架し、図１０の(a) ，(b) に示すような反力架台１６を施工する。

上記のように施工した反力架台１６の架台本体１５上には図１０の(a) に示すように、テーブルマシーンである全周回転圧入装置１９を前記クレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて設置し、しかしてこの全周回転圧入装置１９には、図１０の(b) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨをセットし、このハンマーＤＨにより、土砂層Ｇｓから岩盤支持層Ｇｒにわたって、仮橋構台用の鋼杭１の外径又は対角線長よりも小さい内径の下孔２（図１１参照）を削孔する。なお、ダウンザホールハンマーＤＨは、掘孔の進行に従ってハンマーロッドを継ぎ足していく必要があり、その継ぎ足し作業は、反力架台１６の上で行なう。

しかして、図１１の(a) に示すように所定深度まで掘孔したならば、ダウンザホールハンマーＤＨを引き上げて下孔２から抜き取る。このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２に水が入り込んでくるため、下孔２の土砂層Ｇｓ部分が崩壊し、その崩壊した土砂２０が水と共に泥土砂状態となって、図１１の(b) に示すように下孔２に充満した状態となる。

それから、反力架台１６上に設置していた全周回転圧入装置１９（テーブルマシーン）を図１２の(a) に示すようにクレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて撤去した後、同図の(b) に示すように鋼杭１（例えばＨ形鋼）をクレーンで吊り込み、そして図１３の(a) に示すようにバイブロハンマー２２により鋼杭１を打撃しながら下孔２に強制圧入する。バイブロハンマー２２としては、高出力超高周波型バイブロハンマー（ICE・20RF又はICE・28RF )が好ましい。この高出力超高周波型バイブロハンマーでは、起振力が１１３〜１６０ｔと、普通型バイブロハンマー（ＳＲ・４５で起振力４７ｔ）の約３〜４倍となり、未削孔部の岩盤に対し強烈な切削圧入を行い、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持力を増大させることができる。

図１３の(b) に示すように、鋼杭１を岩盤支持層Ｇｒの所定深度まで打撃圧入し終えたならば、鋼杭１の沈下量を測定し、支持力を算出して記録する。

上述した図９〜図１３の実施形態は、仮橋構台の鋼杭１を根固めする施工例であるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法は、仮橋構台の鋼杭に限らず、土留め用鋼杭、地滑り抑止杭、その他、根固めを必要とする全ての鋼杭に適用可能である。図１４の(a) は、土留め用鋼杭１として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、シルト（泥土）、粘性土、礫土等よりなる土砂層Ｇｓと、その下方の岩盤支持層Ｇｒとからなる。また同図の(b) は地滑り抑止杭として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、表土層Ｇａと粘性土層Ｇｂと礫土層Ｇｃと岩盤支持層Ｇｒとからなる。

以上説明した本発明の実施形態の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１の外径Ｄｏ又は対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマーＤＨにより削孔し、この下孔２に、鋼杭１として例えばＨ形鋼１１〜５１をバイブロハンマー、好ましくは高出力超高周波型バイブロハンマー２２にて強制圧入するようにしたもので、鋼杭１であるＨ形鋼１１〜５１のフランジａが岩盤支持層Ｇｒに対し直接圧入されることから、Ｈ形鋼１１〜５１の外周部に充分な摩擦力を確保し得ることが期待される。また、フランジａの先端部は、岩着となり、Ｈ形鋼１１〜５１のフランジａの角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削ってその内壁に食い込んで、岩盤本来の持つ反力を確保することができる。

また、本発明の根固め工法では、モルタル、セメントミルク、コンクリートＫ等の根固め材を使用しないから、実施形態に示すような仮橋構台の工事においては、地盤Ｇの下孔２に鋼杭１を打設した後、即時に杭打機（クローラクレーン）の乗載が可能となるから、工期を大幅に短縮することができる。また、モルタル等を使用する根固め工法の場合は、工事完了後に鋼杭の引抜きが困難となり、従って切断して地中に残置しなければならず、不経済であり、環境への問題も残るが、本発明の根固め工法ではモルタルやセメント等を用いないから、工事完了後に鋼杭の引抜きが可能となり、環境にも優しくなる。

また、岩盤支持層への根入れ長さを計算する時に、前述したように、現在の土木仕様書では、岩盤に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層として扱われ、岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となり、図９〜図１３の実施形態で示した仮橋構台用鋼杭のような根固め工事においては、鋼杭の根入れ長さは例えば７．５ｍと比較的深く設計される。しかるに、仮橋構台用鋼杭では岩としての考え方が未解であり、砂質、粘性土としての計算となるため、根固め、根入れ共に支持力が不足することになるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法によれば、前述したように鋼杭周面側に充分な周面摩擦力を確保できることから、岩としての考え方をすれば上記例示した７．５ｍの有効根入れ長さを確保でき、尚且つ先端部を打撃圧入しているために計算以上の支持が発現するものと考えられる。

また図９〜図１３の実施形態で示した仮橋構台用鋼杭の根固め工事では、図１１の(a) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨで所定深度掘孔した後、このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２は水が入り込んで崩壊状態となり、空洞部は全て無い状況となるが、その後図１２〜図１３に示すように鋼杭１がバイブロハンマー２２によって強制圧入されることから、下孔２内部の土砂２０が密に圧縮されて、摩擦力を増大させ、Ｈ形鋼の場合ではフランジ部のみではなくＨ形鋼周面全体が圧密され、極めて安定した根固め状態となる。なお、下孔２が崩壊しない状況にある場合は、削孔時の発生土砂を事前に埋め戻すことによって、上記の下孔崩壊時と同様な作用効果を発揮させることができる。

また、本発明の根固め工法は、モルタル、セメントミルク、コンクリート等の根固め材を使用しないため、地下水や河川の汚染を防止し、仮橋構台等の解体時の鋼杭の引抜きも容易に行なうことができる。

１ 鋼杭
２ 下孔
３ 切除部
４ カッティングプレート
５ 補強プレート
６ 支持力増大プレート
７ 切欠部
８ 支持力増大用凸部
９ 支持力増大用リブ
１０ 補強バンド
１１ Ｈ形鋼
２１ Ｈ形鋼
３１ Ｈ形鋼
４１ Ｈ形鋼
５１ Ｈ形鋼
６１ 鋼管

本発明は、削孔機によって岩盤支持層を削孔し、その孔に鋼杭を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法に関するものである。

従来のプレボーリング根固め工法である鋼杭の根固め工法を図１３により説明すると、先ず、同図の(a) 〜(c) に示すように、地盤Ｇを、ダウンザホールハンマーＤＨにより、粘土、砂礫等よりなる土砂層Ｇｓから極めて良質の支持地盤である岩盤支持層Ｇｒにわたって所定深度まで削孔する。削孔中及び削孔後にダウンザホールハンマーＤＨを引き上げる際には、(b) 〜(d) に示すように、掘削屑であるスライムをエアブローによって地上へ排出する。その後、ダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引上げ、そしてその孔３０内に(g) に示すように鋼杭として例えばＨ形鋼２４を建て込み、(h) に示すように孔３０に挿入したモルタル注入管２５でモルタル２６を注入して根固めを行い、(i) に示すように施工を完了する。この場合、岩盤支持層Ｇｒに削孔される孔３０は、鋼杭としてのＨ形鋼２４の対角線長よりも大きい。

また、従来のプレボーリング根固め工法としては、図１３の(e) 及び(f) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨを孔３０から引き上げた後、発生土砂を埋め戻し、そうしてその孔３０内に鋼杭を、バイブロハンマーで打撃しながら打ち込んで根固めを行なう方法がある。その他、プレボーリング鋼杭建て込み工法に伴う根固め工法として、セメントミルクを注入したり、あるいは砕石やコンクリートを充填するなどの方法があるが、従来の工法は全て、鋼杭の対角線長より大きい内径の孔を岩盤支持層に掘削しておいて、その孔に鋼杭を建て込み、そして孔と鋼杭との間にモルタル、セメントミルク、砕石、コンクリート等の根固め材を充填し、又は圧密するという工法である。

従来の根固め工法では、地下水や表面流水があったり、沿岸部などで海水が流れている所では、モルタルやセメントミルクが流出し、充分な根固めができないケースがある。

また、仮橋（仮設桟橋）構台用の鋼杭のように、鋼杭打ち込み後に杭打機（クローラクレーン）等を乗載して施工を行なう場合、モルタルが硬化するのに或る一定の時間を要するため、施工時間が延びる。即ち、モルタルが硬化するまでは仮橋の構台に杭打機を乗載させることができず、従って後の作業が遅れることになる。

また、ダウンザホールハンマー等で削孔した孔が崩壊した時はモルタル等の充填が不可能となるので、ケーシングを併用する必要があり、そのために工費及び工期が更にアップする。更にまた、地下水、特に水中での施工の際、モルタル注入中にモルタルが分離し、根固めの性能が低下する場合がある。

そして、杭の支持層として極めて優良な地層は岩盤である。しかしながら、現在の土木仕様書では、岩に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層としての扱いとなっている。従って、硬質の岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となる。つまり、杭周面が砂となり、充分な摩擦がとれないために必要以上に長い根入れが要求されることになる。

本発明は、上記のような従来の根固め工法における諸問題点を解決し得るもので、モルタル、セメントミルク、コンクリート、その他の根固め材を使用することなく、鋼杭を岩盤支持層に対して充分かつ有効に根固めできる鋼杭の根固め工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒを削孔し、その孔に鋼杭１を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、前記鋼杭１として、ウェブｂと両端部のフランジａ，ａとからなるＨ形鋼１（１１〜６１）からなり、且つ各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付けたＨ形鋼１を使用し、しかして岩盤支持層Ｇｒには、根固めする前記Ｈ形鋼１の対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２に、前記Ｈ形鋼１を高出力超高周波型バイブロハンマー２２によって強制圧入するようにしたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の鋼杭の根固め工法において、図２に示すように、前記Ｈ形鋼２１（１）の各フランジａ先端部の外側面中央部に支持力増大プレート６を取り付けたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載の鋼杭の根固め工法において、図３に示すように、前記Ｈ形鋼３１（１）の各フランジａ先端部側の両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに切欠形成したことを特徴とする。

請求項４は、請求項１又は２に記載の鋼杭の根固め工法において、図４に示すように、前記Ｈ形鋼４１（１）の各フランジａ先端部側の両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設したことを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、図５に示すように、前記Ｈ形鋼５１（１）のウェブｂ先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を取り付けたことを特徴とする。

請求項６は、請求項１〜５の何れかに記載の鋼杭の根固め工法において、図６に示すように、前記Ｈ形鋼６１（１）の両フランジａの先端部間に補強プレート２５を介装したことを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋼杭の根固め工法によれば、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１としてＨ形鋼１１〜１６を使用し、該Ｈ形鋼１１〜１６の対角線長Ｄｇより小さい内径Ｄｉの下孔２を削孔機ＤＨによって削孔し、その下孔２にＨ形鋼１１〜１６をバイブロハンマー２２の打撃力によって強制圧入することにより、Ｈ形鋼のフランジａの角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削って、その内壁に食い付いて一体化すると共に、Ｈ形鋼１１〜１６が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対するＨ形鋼１１〜１６の支持を大きくとることができて、Ｈ形鋼１１〜１６を岩盤支持層Ｇｒに対し充分かつ有効に根固めすることができる。また、モルタル、セメントミルク等の根固め材を使用しないから、仮設桟橋工事では、鋼杭１の打設後即時に杭打機等の乗載が可能で、工期の大幅な短縮を図ることができ、また工事完了後の鋼杭１の引抜きが可能となり、環境にも優しく、そして更に地下水、河川等の汚染を防ぐことができる。

この際、本発明によれば、図１に示すように、前記Ｈ形鋼１１〜１６の各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３にＨ形鋼より硬質のカッティングプレート４を取り付け、該Ｈ形鋼１１〜１６の先端部の先細りテーパ状で硬質のカッティングプレート４で、岩盤支持層Ｇｒの下孔２を、切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。
しかも、前記Ｈ形鋼１１〜１６を、普通型バイブロハンマー（ＳＲ・４５で起振力４７ｔ）ではなく、高出力超高周波型バイフロハンマー（ICE・28RF)で、起振力が１１３〜１６０ｔと普通型バイブロハンマーの約３〜４倍のバイフロハンマーによって岩盤の下孔に対して強烈に切削圧入を行うことができ、岩盤支持層Ｇｒに対する前記Ｈ形鋼１１〜１６の支持力を大幅に増大させることができ、極めて優良な根固めを作ることができる。

請求項２に係る発明によれば、図２に示すように、前記Ｈ形鋼２１（１）の各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３に該Ｈ形鋼２１（１）より硬質のカッティングプレート４を取り付け、各フランジａ先端部の外側面中央部に支持力増大プレート６を取り付けてなるため、Ｈ形鋼の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となり、そしてこのＨ形鋼２１（１）は、各フランジａの先端部外側面中央部に取り付けた支持力増大プレート６が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより大きくとることができる。

請求項３に係る発明によれば、図３に示すように、前記Ｈ形鋼３１（１）の各フランジａ先端部側の両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに形成してなるため、この切欠部７は、Ｈ形鋼３１（１）を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、下孔２の内壁に対する各フランジａ先端部両側端面の摺動摩擦抵抗を軽減して、下孔２に対する該Ｈ形鋼３１（１）の圧入作業を容易にすることができる。

請求項４に係る発明によれば、図４に示すように、前記Ｈ形鋼４１（１）の各フランジａ先端部側の両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設してなるため、このＨ形鋼４１（１）は、各フランジａの先端部側の両側端面に突設した支持力増大用凸部８が下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより大きくとることができる。

請求項５に係る発明によれば、図５に示すように、前記Ｈ形鋼５１（１）のウェブｂ先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を取り付けてなるため、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより一層大きくとることができる。

請求項６に係る発明によれば、図６に示すように、前記Ｈ形鋼６１（１）の両フランジａの先端部間に補強プレート２５を介装してなるめため、補強プレート２５により当該Ｈ形鋼６１（１）の両フランジａ，ａ先端部間が閉塞された状態となるから、下孔２に掘削土砂などが溜まっている時にフランジａ，ａ先端部間の閉塞による土砂等の抵抗により当該Ｈ形鋼７１（１）の支持力を増大することができる。

本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の一例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 本発明工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の更に他の例を示すもので、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は側面図である。 (a) は本発明工法の一実施形態を示す説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図７の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図８の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図９の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) は図１０の(b) に続く本発明工法の説明図、(b) は(a) に続く説明図である。 (a) 及び(b) は本発明工法の他の実施形態を示す説明断面図である。 (a) 〜(i) は従来工法を説明する説明図である。

以下に本発明工法の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１〜図６は本発明に係る鋼杭根固め工法に使用するＨ形鋼からなる鋼杭の種々の例を示し、そして図７〜図１１は本発明工法を仮橋構台用の鋼杭の根固めに実施した実施形態を示したものである。

先ず、図１に示す鋼杭１として使用するＨ形鋼１１は、両フランジａ，ａとウェブｂとからなるもので、地盤をプレボーリングするにあたって、地盤Ｇの岩盤支持層Ｇｒ（図７〜図１１参照）には、図１の(b) に示すように両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマー等の削孔機によって削孔する。そして、このＨ形鋼１１は、図１の(c) から分かるように、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除し、その切除部３，３にＨ形鋼１１よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付けてなるもので、削孔した岩盤支持層Ｇｒの下孔２に、バイブロハンマー２２（図１０参照）の打撃力によって強制圧入することで根固めを行なう。フランジａの先端部を先細りテーパ状に形成したのは、Ｈ形鋼１１の先端部が下孔２に嵌まり込み易くするためである。

この場合、鋼杭１としてのＨ形鋼１１は、図１の(b) に示すように、両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇがプレボーリングされる下孔２の内径Ｄｉより大きいため、このＨ形鋼１１を下孔２にバイブロハンマー２２（図１１参照）の打撃力で強制圧入することにより、Ｈ形鋼１１のフランジａ角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削ってその内壁に食い込んで、岩盤本来の持つ反力を確保すると共に、Ｈ形鋼１１が充分な周面摩擦力を確保して、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を大きくとることができ、極めて優良な根固めを作ることができる。またこの場合、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けることにより、Ｈ形鋼１１の先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。なお、Ｈ形鋼１１の材質をＳＳ４００とすれば、カッティングプレート４には、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣＭ等を使用する。

図２に示す鋼杭１としてのＨ形鋼２１は、図１のＨ形鋼１１と同様、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にＨ形鋼よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付け、更に各フランジａの先端部の外側面中央部に一つ又は複数の支持力増大プレート６を溶接により取り付けたものであり、図１のＨ形鋼１１と同様に、両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２に対し、バイブロハンマーで強制圧入することによって根固めを行なう。

この場合も、Ｈ形鋼２１は、図２の(b) に示すように両フランジａ，ａの対角線長Ｄｇが下孔２の内径よりも大きいため、下孔２に切削圧入することにより、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を大きくとれて、極めて優良な根固めを作ることができ、また各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けていることにより、Ｈ形鋼２１先端部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２をカッティングプレート４で切削しながら食い込んでいくから、下孔２に対する圧入作業が容易となる。そして特に、このＨ形鋼２１は、各フランジａの先端部外側面中央部に取り付けた支持力増大プレート６が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を一層大きくとることができる。

図３に示す鋼杭１としてのＨ形鋼３１は、図１のＨ形鋼１１及び図２のＨ形鋼２１と同様に、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にＨ形鋼よりも硬質のカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼３１では、各フランジａの先端部両側端面に切欠部７を長手方向一定間隔おきに切欠形成している点が特徴である。この切欠部７は、Ｈ形鋼３１を岩盤支持層Ｇｒの下孔２に強制圧入する時に、下孔２の内壁に対する各フランジａ先端部両側端面の摺動摩擦抵抗を軽減して、下孔２に対するＨ形鋼３１の圧入作業を容易にすることができる。なお、このＨ形鋼３１に設けてあるような切欠部７は、図２に示すＨ形鋼２１のフランジａにも設けることができる。

図４に示す鋼杭１としてのＨ形鋼４１は、各フランジａの先端部側両側端面に支持力増大用凸部８を長手方向一定間隔おきに突設した点が特徴である。従って、このＨ形鋼４１は、各フランジａの先端部側両側端面に突設した支持力増大用凸部８が下孔２内壁に食い込んで一体化するから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持を一層大きくとることができる。

図５に示す鋼杭１としてのＨ形鋼５１は、図１のＨ形鋼１１や図２のＨ形鋼２１と同様に、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼５１では、ウェブｂの先端部側の両側端面に支持力増大プレート２３を一つ又は複数取り付けた点を特徴としている。この支持力増大プレート２３の外側端面先端部は、下孔２に嵌まり込み易くするために斜めにカットしてあり、その斜めカット部を２３ａで示す。また、各フランジａの先端部側の外側面中央部には、図２に示すＨ形鋼２１の支持力増大プレート６と同様な支持力増大プレート２４を取り付けている。この支持力増大プレート２４の外側端面先端部も斜めカット部を２４ａを形成している。従って、このＨ形鋼５１は、フランジａに支持力増大プレート２４を取り付けたうえに、ウェブｂにも支持力増大プレート２３を取り付けているから、岩盤支持層Ｇｒに対する支持をより一層大きくとることができる。

図６に示す鋼杭１としてのＨ形鋼６１は、各フランジａの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部３，３にカッティングプレート４，４を取り付けているが、特にこのＨ形鋼６１では、両フランジａ，ａ の先端部間に一つ又は複数の補強プレート２５を介装した点を特徴としている。また、各フランジａの先端部側の外側面中央部には、図５のＨ形鋼５１と同様、支持力増大プレート２６を取り付け、その外側端面先端部には斜めカット部を２６ａを形成している。このように両フランジａ，ａの先端部間に補強プレート２５を介装したＨ形鋼６１では、補強プレート２５によりＨ形鋼６１の両フランジａ，ａ先端部間が閉塞された状態となるから、下孔２の下部に土砂等が溜まっている時にフランジａ，ａ先端部間の閉塞による土砂等の抵抗により鋼杭１の支持力を増大することができる。

図７〜図１１は、本発明に係る鋼杭根固め工法の実施形態を示すもので、海岸等の水際にあるの傾斜岩盤支持層Ｇｒに鋼杭１（Ｈ形鋼や鋼管）を打ち込んで仮橋（仮設桟橋）の構台を施工する場合を示しており、この施工について以下に説明すると、図７の(a) は、地盤Ｇの傾斜土砂層Ｇｓから傾斜岩盤支持層Ｇｒにわたり打設されて根固めされた複数本の鋼杭１により仮橋構台１２の一部が架設された状態で、反力架台１６（図８以降参照）の施工を開始した状態を示している。なお、図７、図８、図９及び図１０の(a) に夫々示される鋼杭１は、上述した本発明工法によって既に根固めされたものである。

図７の(a) においては、一部架設された仮橋構台１２上に乗載させたクローラクレーン（図示省略）の昇降ワイヤー１７に吊持したバイブロハンマー１３によって、反力架台用の杭１４を複数本、地盤Ｇの土砂層Ｇｓに所要深さ打設し、その後同図の(b) に示すように、反力架台用の架台本体１５を前記クレーンの昇降ワイヤー１８により吊り上げて複数本の杭１４上に横架し、図８の(a) ，(b) に示すような反力架台１６を施工する。

上記のように施工した反力架台１６の架台本体１５上には図８の(a) に示すように、テーブルマシーンである全周回転圧入装置１９を前記クレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて設置し、しかしてこの全周回転圧入装置１９には、図８の(b) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨをセットし、このハンマーＤＨにより、土砂層Ｇｓから岩盤支持層Ｇｒにわたって、仮橋構台用の鋼杭１の外径又は対角線長よりも小さい内径の下孔２（図１０参照）を削孔する。なお、ダウンザホールハンマーＤＨは、掘孔の進行に従ってハンマーロッドを継ぎ足していく必要があり、その継ぎ足し作業は、反力架台１６の上で行なう。

しかして、図９の(a) に示すように所定深度まで掘孔したならば、ダウンザホールハンマーＤＨを引き上げて下孔２から抜き取る。このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２に水が入り込んでくるため、下孔２の土砂層Ｇｓ部分が崩壊し、その崩壊した土砂２０が水と共に泥土砂状態となって、図９の(b) に示すように下孔２に充満した状態となる。

それから、反力架台１６上に設置していた全周回転圧入装置１９（テーブルマシーン）を図１０の(a) に示すようにクレーンの昇降ワイヤー１７により吊り上げて撤去した後、同図の(b) に示すように鋼杭１（Ｈ形鋼）をクレーンで吊り込み、そして図１１の(a) に示すようにバイブロハンマー２２により鋼杭１を打撃しながら下孔２に強制圧入する。バイブロハンマー２２としては、高出力超高周波型バイブロハンマー（ICE ・20RF又はICE ・28RF )が好ましい。この高出力超高周波型バイブロハンマーでは、起振力が１１３〜１６０ｔと、普通型バイブロハンマー（ＳＲ・４５で起振力４７ｔ）の約３〜４倍となり、未削孔部の岩盤に対し強烈な切削圧入を行い、岩盤支持層Ｇｒに対する鋼杭１の支持力を増大させることができる。

図１１の(b) に示すように、鋼杭１を岩盤支持層Ｇｒの所定深度まで打撃圧入し終えたならば、鋼杭１の沈下量を測定し、支持力を算出して記録する。

上述した図７〜図１１の実施形態は、仮橋構台の鋼杭１を根固めする施工例であるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法は、仮橋構台の鋼杭に限らず、土留め用鋼杭、地滑り抑止杭、その他、根固めを必要とする全ての鋼杭に適用可能である。図１２の(a) は、土留め用鋼杭１として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、シルト（泥土）、粘性土、礫土等よりなる土砂層Ｇｓと、その下方の岩盤支持層Ｇｒとからなる。また同図の(b) は地滑り抑止杭として利用する場合を示したもので、この図に示す地盤Ｇは、表土層Ｇａと粘性土層Ｇｂと礫土層Ｇｃと岩盤支持層Ｇｒとからなる。

以上説明した本発明の実施形態の鋼杭の根固め工法は、岩盤支持層Ｇｒに、根固めする鋼杭１（Ｈ形鋼）の対角線長Ｄｇよりも小さい内径Ｄｉの下孔２をダウンザホールハンマーＤＨにより削孔し、この下孔２に、鋼杭１として例えばＨ形鋼１１〜６１をバイブロハンマー、好ましくは高出力超高周波型バイブロハンマー２２にて強制圧入するようにしたもので、鋼杭１であるＨ形鋼１１〜６１のフランジａが岩盤支持層Ｇｒに対し直接圧入されることから、Ｈ形鋼１１〜６１の外周部に充分な摩擦力を確保し得ることが期待される。また、フランジａの先端部は、岩着となり、Ｈ形鋼１１〜６１のフランジａの角部が岩盤支持層Ｇｒの下孔２内壁を削ってその内壁に食い込んで、岩盤本来の持つ反力を確保することができる。

また、本発明の根固め工法では、モルタル、セメントミルク、コンクリートＫ等の根固め材を使用しないから、実施形態に示すような仮橋構台の工事においては、地盤Ｇの下孔２に鋼杭１を打設した後、即時に杭打機（クローラクレーン）の乗載が可能となるから、工期を大幅に短縮することができる。また、モルタル等を使用する根固め工法の場合は、工事完了後に鋼杭の引抜きが困難となり、従って切断して地中に残置しなければならず、不経済であり、環境への問題も残るが、本発明の根固め工法ではモルタルやセメント等を用いないから、工事完了後に鋼杭の引抜きが可能となり、環境にも優しくなる。

また、岩盤支持層への根入れ長さを計算する時に、前述したように、現在の土木仕様書では、岩盤に対する杭の支持層としての扱い、分類がなく、全てＮ値換算した砂礫層として扱われ、岩盤支持層へ杭を打ち込んでも、その根固め処理方法のみで支持力及び引抜力が計算されてしまうので、岩盤支持層の中へ５〜１０ｍ以上根入れしないと、支持がとれなくなる計算となり、図７〜図１１の実施形態で示した仮橋構台用鋼杭のような根固め工事においては、鋼杭の根入れ長さは例えば７．５ｍと比較的深く設計される。しかるに、仮橋構台用鋼杭では岩としての考え方が未解であり、砂質、粘性土としての計算となるため、根固め、根入れ共に支持力が不足することになるが、本発明に係る鋼杭の根固め工法によれば、前述したように鋼杭周面側に充分な周面摩擦力を確保できることから、岩としての考え方をすれば上記例示した７．５ｍの有効根入れ長さを確保でき、尚且つ先端部を打撃圧入しているために計算以上の支持が発現するものと考えられる。

また図７〜図１１の実施形態で示した仮橋構台用鋼杭の根固め工事では、図９の(a) に示すようにダウンザホールハンマーＤＨで所定深度掘孔した後、このダウンザホールハンマーＤＨを下孔２から抜き取ると、下孔２は水が入り込んで崩壊状態となり、空洞部は全て無い状況となるが、その後図１０〜図１１に示すように鋼杭１がバイブロハンマー２２によって強制圧入されることから、下孔２内部の土砂２０が密に圧縮されて、摩擦力を増大させ、Ｈ形鋼の場合ではフランジ部のみではなくＨ形鋼周面全体が圧密され、極めて安定した根固め状態となる。なお、下孔２が崩壊しない状況にある場合は、削孔時の発生土砂を事前に埋め戻すことによって、上記の下孔崩壊時と同様な作用効果を発揮させることができる。

また、本発明の根固め工法は、モルタル、セメントミルク、コンクリート等の根固め材を使用しないため、地下水や河川の汚染を防止し、仮橋構台等の解体時の鋼杭の引抜きも容易に行なうことができる。

１ 鋼杭
２ 下孔
３ 切除部
４ カッティングプレート
５ 補強プレート
６ 支持力増大プレート
７ 切欠部
８ 支持力増大用凸部
１１ Ｈ形鋼
２１ Ｈ形鋼
２２ 高出力高周波型バイブロハンマー
２３ 支持力増大プレート
２４ 支持力増大プレート
２５ 補強プレート
３１ Ｈ形鋼
４１ Ｈ形鋼
５１ Ｈ形鋼
６１ Ｈ形鋼

Claims (13)

1. 岩盤支持層を削孔し、その孔に鋼杭を建て込んで根固めする鋼杭の根固め工法において、岩盤支持層には、根固めする鋼杭の外径又は対角線長よりも小さい内径の下孔を削孔機によって削孔し、その下孔に、鋼杭をバイブロハンマーによって強制圧入するようにしたことを特徴とする鋼杭の根固め工法。
2. 前記鋼杭としてＨ形鋼を使用し、このＨ形鋼の対角線長よりも小さい内径の下孔を削孔機によって削孔することを特徴とする請求項１に記載の鋼杭の根固め工法。
3. 前記鋼杭として鋼管を使用し、この鋼管杭の外径よりも小さい内径の下孔を削孔機によって削孔することを特徴とする請求項１に記載の鋼杭の根固め工法。
4. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には各フランジの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部にＨ形鋼より硬質のカッティングプレートを取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の鋼杭の根固め工法。
5. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には各フランジの先端部を先細りテーパ状に切除すると共に、各フランジ先端部の内側面に補強プレートを取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の鋼杭の根固め工法。
6. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には各フランジの先端部を先細りテーパ状に切除して、その切除部にＨ形鋼より硬質のカッティングプレートを取り付けると共に、各フランジ先端部の外側面中央部に支持力増大プレートを取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の鋼杭の根固め工法。
7. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には各フランジ先端部側の両側端面に切欠部を長手方向一定間隔おきに切欠形成したことを特徴とする請求項２、４〜６の何れかに記載の鋼杭の根固め工法。
8. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には各フランジ先端部側の両側端面に支持力増大用凸部を長手方向一定間隔おきに突設したことを特徴とする請求項２、４〜７の何れかに記載の鋼杭の根固め工法。
9. 前記鋼杭としてのＨ形鋼にはウェブ先端部側の両側端面に支持力増大プレートを取り付けたことを特徴とする請求項２、４〜８の何れかに記載の鋼杭の根固め工法。
10. 前記鋼杭としてのＨ形鋼には両フランジの先端部間に補強プレートを介装したことを特徴とする請求項２、４〜９の何れかに記載の鋼杭の根固め工法。
11. 前記鋼杭としての鋼管には先端部外周面に支持力増大用リブを周方向一定間隔おきに突設したことを特徴とする請求項３に記載の鋼杭の根固め工法。
12. 前記鋼杭としての鋼管には先端部外周面及びこれの上方所要部外周面に夫々縦方向に延びる支持力増大用リブを周方向一定間隔おきに突設すると共に、各支持力増大用リブは、上下に隣り合うリブどうしが上下方向に重なり合わないように、周方向に隣り合うリブの中間に位置するように配設したことを特徴とする請求項３に記載の鋼杭の根固め工法。
13. 前記支持力増大用リブは、鋼管の外周に沿って固着された金属製の補強バンドに一体に形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の鋼杭の根固め工法。

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