JP2014152576A - 基礎杭及び基礎杭の根固め工法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削された土砂と硬化性流体とを十分に攪拌混合させて均質な根固めを形成することが可能な回転貫入杭の根固め工法を提供する。
【解決手段】先端が底蓋１２で閉塞された鋼管製の杭本体１１と、この杭本体１１の先端部付近の外周面に設けられた略一巻きの鋼製の螺旋状翼１３と、この螺旋状翼１３の初端と終端との間に位置する外周面に設けられた硬化性流体の噴出口１４とを備え、螺旋状翼１３には、長穴１８が、２個、杭本体１１を中心にして互いに略対向する箇所にそれぞれ形成される。杭本体１１を地盤中で回転させつつ上下動させると、螺旋状翼１３の付近にある土砂などが長穴１８を通って螺旋状翼１３の一方の面側（表面側）から他方の面側（裏面側）あるいは他方の面側から一方の面側に流動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤に埋設される基礎杭の先端部分に、掘削土砂と硬化性流体からなるソイルセメントを十分に攪拌混合して均質な根固めを形成することが可能な基礎杭及びこの基礎杭の根固め工法に関する。詳しくは、先端を閉塞した鋼管製の杭本体の先端部付近の外周面に螺旋状翼を設け、またこの外周面に硬化性流体の噴出口を設け、さらに螺旋状翼に貫通部を設けた、基礎杭（回転貫入杭）及びこの基礎杭（回転貫入杭）を使用してその先端部分に掘削土砂と硬化性流体からなるソイルセメントを十分に攪拌混合して均質な根固めを形成することが可能な基礎杭の根固め工法に関する。

上述した根固め工法についてはこれまでも種々の技術が開発されている。例えば、特許文献１に開示した根固め工法等が知られている。この根固め工法によれば、中空の杭本体と、この杭本体の先端に当接されて、該杭本体の内側に突設される内側羽根部と外側に突設される外側羽根部とが一体に形成され、かつ杭本体を開端杭とするように設けられた、ほぼ一巻きの螺旋形状の掘削羽根と、この掘削羽根の先端に設けられた掘削刃と、噴出される流体物が杭先端部に行き届くように、前記掘削羽根の底部に設けられた流体物噴出口と、この噴出口から噴出させるエアー、液体、粉体、グラウト材などの前記流体物を地上等から供給するための、前記杭本体内に設けられた供給管とからなる、回転圧入式杭を使用し、この回転圧入式杭を、地中に回転圧入中に適宜、流体物を前記噴出口から噴出させながら、圧入埋設している（特許文献１中、第２頁左欄３８行乃至５０行等参照）。

特開２００１−３４２６２４号公報

しかし、上記工法では、杭本体の先端が開放（特許文献１に添付された図面中、図１の符号５が示す底部開口を参照）されていることから、硬化性流体物は回転圧入杭の中に入ってしまい、品質の良い根固めを形成することができない。これを詳しく説明すると、回転圧入式杭（回転貫入杭）は、無排土で施工されるため杭先端の土砂には非常に大きな圧力が作用しており、この土砂中に硬化性流体物を噴出するために更に高い圧力で噴出しなければならない。このとき硬化性流体物は少しでも緩い土砂の中を探して移動しようとする。上記杭の先端は穴があいており、土砂は杭内にも侵入しながら貫入される。杭内の土砂は螺旋翼でほぐされており、周囲の土砂に比べれば圧力は相当小さい。このため、硬化性流体物の多くは鋼管内に侵入し、この結果、杭先端部の外周側には良質な根固めが形成できない。本発明者等は過去に本件と類似の工法の現場試験をして上記現象を確認した。

また、地中に回転圧入中に適宜、流体物を前記噴出口から噴出させながら、圧入埋設しているだけなので、良質な根固めを形成することができない。その第１の理由は、螺旋翼は必ずしも土砂と硬化性流体物とを攪拌混合するに適した形状とはいえないことである。第２の理由は、回転圧入杭の回転速度は地盤改良杭などに比べて回転速度が非常に遅いため、攪拌混合に十分な回転数が得られないことである。

さらに、噴出口の位置や噴射方向に工夫していることが記載されているが、現実的には螺旋翼が一度土砂内を通っただけでは掘削された土砂と硬化性流体物とが攪拌混合されることはほとんどない。

さらにまた、噴出口が翼下面に配置されているため、硬い砂礫層や玉石層を通過する際に石が噴出口に当たって噴出口（逆流防止弁など）を破損する恐れが高い。また、玉石が当たった時に弁が開かない恐れもある。

本発明は、基礎杭の先端部分に根固めを形成する際、掘削された土砂と硬化性流体からなるソイルセメントを十分に攪拌混合させて均質な根固めを形成することが可能な構造の基礎杭及び基礎杭の根固め工法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の基礎杭は、先端が閉塞された鋼管製の杭本体と、前記杭本体の先端部付近の外周面に設けられた螺旋状翼と、前記外周面に設けられた硬化性流体の噴出口と、を有し、前記螺旋状翼に、その一方の面側と他方の面側とを連通させる貫通部を設けてなることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の基礎杭は、前記螺旋状翼の外周に、周方向に適宜間隔をあけて複数の掘削兼用攪拌刃を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の基礎杭は、前記貫通部に、土砂を、前記螺旋状翼の一方の面側から他方の面側あるいは他方の面側から一方の面側に案内するガイド部を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の基礎杭は、前記貫通部が、前記螺旋状翼に設けた穴であることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の基礎杭は、前記貫通部が、前記螺旋状翼の周縁に設けた切欠き部であることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の基礎杭は、前記螺旋状翼がほぼ一巻き螺旋状翼であり、前記噴出口が前記螺旋状翼の終端付近に設けられることを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の基礎杭は、前記杭本体の先端部内であって前記噴出口の上方位置に隔壁を設けて、該先端部内に前記硬化性流体の収容空間を形成し、前記隔壁に前記硬化性流体の注入用配管の一端が着脱自在に接続される接続管を設け、前記硬化性流体を噴出する前に前記注入用配管を前記杭本体内に配置して該注入用配管の一端を前記接続管に接続し、前記注入用配管から前記接続管を介して前記収容空間内に前記硬化性流体を一時的に収容し、該収容空間から前記噴出口を介して前記硬化性流体を噴出させることを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の基礎杭の根固め工法は、先端が閉塞された鋼管製の杭本体と、前記杭本体の先端部付近の外周面に設けられた螺旋状翼と、前記外周面に設けられた硬化性流体の噴出口と、を有し、前記螺旋状翼に、その一方の面側と他方の面側とを連通する貫通部を設けた、基礎杭を使用して杭先端部に根固め体を形成する、基礎杭の根固め工法であって、前記杭本体を地盤中に回転貫入させて前記杭本体を回転させつつ該杭本体の先端部分を前記地盤の支持層の根固め造成区間内で複数回上下動させ、前記噴出口を介して前記硬化性流体を噴出させて前記螺旋状翼で掘削された土砂に混ぜ、前記上下動と前記上下動による前記貫通部を介しての前記螺旋状翼の一方の面側から他方の面側あるいは他方の面側から一方の面側への前記硬化性流体と前記掘削土砂の流動により、前記硬化性流体と前記掘削土砂を攪拌混合し、前記支持層内の前記杭本体の先端部分に根固め体を形成することを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の基礎杭の根固め工法は、前記硬化性流体を前記噴出口から噴出させる前に、前記杭本体を回転させつつ該杭本体の先端部分を前記根固め造成区間内で複数回上下動させて前記根固め造成区間内の地層を予め軟化させることを特徴とする。

本発明によれば、基礎杭の先端部分に根固めを形成する際、掘削された土砂と硬化性流体とを十分に攪拌混合させて均質な根固めを形成することが可能である。

本発明の基礎杭の第１実施例の、一部省略して示した斜視図である。 図１に示す基礎杭の、一部省略して示した正面図である。 図１に示す基礎杭の、一部省略して示した概略縦断面図である。 図１に示す基礎杭の螺旋状翼部分（貫通部付近）の拡大側断面図である。 図１に示す基礎杭の先端部分に設けられた噴出口部分及び該噴出口に接続される注入用配管の下端部分の拡大断面図である。 図６（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ図１に示す基礎杭の螺旋状翼に設けられた貫通部の変形例を示す平面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１に示す基礎杭の螺旋状翼に設けられた貫通部の別の変形例を示す平面図である。 図１に示す基礎杭の変形例を示す一部省略した概略縦断面図である。 図９（ａ）乃至（ｄ）は図１の基礎杭を使用した本発明の根固め工法の一実施例（施工手順）を概略的に示す説明図で、図９（ａ）は基礎杭の先端部分が地盤中の支持層に到達する前の状態を示す図、同図（ｂ）は基礎杭の先端部分が地盤中の支持層底部（支持層の一番深い部分）に到達した状態を示す図、同図（ｃ）〜（ｅ）はそれぞれ支持層内において土砂と硬化性流体とを攪拌混合して根固め体を形成する過程を示す図、同図（ｆ）は根固め体の完成時の図である。 図９に示す施工時において、螺旋状翼の貫通部を通る、螺旋状翼付近の掘削土砂などの流れを示すもので、（ａ）は基礎杭が地盤の支持層内に推進（下方移動）している間の掘削土砂などの流れを示す説明図、（ｂ）は基礎杭が地盤の支持層内で引き上げられている（上方移動している）間の掘削土砂などの流れを示す説明図である。 図９に示す施工時において、掘削兼用攪拌刃間の隙間を通る掘削土砂などの流れを示す、説明図である。 図９（ｆ）を拡大して示した縦断面図である。 本発明の基礎杭の第２実施例を示す、一部省略した概略縦断面図である。 本発明の基礎杭の第３実施例を示す、杭先端部分の縦断面図である。 図１５（ａ）は図１４に示す基礎杭において、注入用配管の一端を接続管に押し込む直前の状態を説明する部分縦断面図、同図（ｂ）は注入用配管の一端を接続管に押し込んだ後の状態を説明する部分縦断面図である。

図１乃至図８は本発明の基礎杭の第１実施例を示す。

本第１実施例の基礎杭としての回転貫入杭１０は、例えば、図１乃至図３などに示すように、先端が底蓋１２で閉塞された鋼管製の杭本体１１と、この杭本体１１の先端部付近の外周面に設けられた略一巻きの鋼製の螺旋状翼１３と、該螺旋状翼１３の初端と終端との間に位置する前記外周面に設けられた硬化性流体の噴出口１４とを備える。

前記底蓋１２は、杭本体１１の先端を閉鎖して掘削された土砂と硬化性流体とが杭本体１１内に侵入するのを防ぐ。しかし、軟弱地盤の場合にはそれ程問題にならないものの、地盤が比較的硬い場合などでは、地盤中に杭本体１１を回転貫入させる際に比較的大きな貫入抵抗となる。

このような事態に対処するため、本第１実施例では、例えば、図２などに示すように、前記底蓋１２の底面に掘削刃２０を設ける。これにより、杭本体１１の先端を閉鎖しても地盤に対する掘削効率を高め、地盤が比較的硬い場合にも杭本体１１の地盤中への回転貫入効率が低下するのを回避している。

前記螺旋状翼１３は、数学的に厳密な螺旋形状に限定されず、略螺旋状のものを含む。図１乃至図３では杭本体１１の先端部付近の外周面に沿って螺旋状翼１３を略一巻きに形成した場合を示している。

前記螺旋状翼１３には、図１乃至図３に示すように、その面部に貫通部としの長穴１８が、複数個（図面では２個）、杭本体１１を中心にして互いに略対向する箇所にそれぞれ設けられる。これら長穴１８は螺旋状翼１３の外周に沿うように円弧状に形成される。前記杭本体１１が後述するように地盤中で上下動を繰り返すと、長穴１８を通って、回転貫入杭１０が埋設される地盤中の、螺旋状翼１３の付近にある掘削された土砂と前記噴出口１４から噴出された硬化性流体が、螺旋状翼１３の一方の面側（螺旋状翼１３の表面側）から他方の面側（螺旋状翼１３の裏面側）に、あるいは他方の面側から一方の面側に移動（流動）する（図１０（ａ）、（ｂ）参照）。これにより硬化性流体と掘削土砂とが混じり合ってソイルセメントが形成されて攪拌混合される。

前記螺旋状翼１３は、地盤の掘削機能と攪拌混合機能（掘削された土砂と硬化性流体とを攪拌し混合する機能）を有するが、攪拌作用については十分とはいえない（攪拌作用が弱い）。それは、回転貫入杭１０の施工機械が、地盤改良杭の施工機械に比べて回転速度が数分の一と遅いため、螺旋状翼１３による羽根切り回数を稼ぐことができないからである。前記貫通部としての長穴１８は、杭本体１１の上下動時に掘削土砂と硬化性流体の乱流的な流動を起こさせ、羽根切り回数の不足を補い、攪拌を促進させる作用（機能）をする。

前記長穴１８の長辺方向の一端には、例えば、長穴１８を形成する際に生じた切り起こしの一部（切り起こしの３分の一程度）を螺旋状翼１３の裏面側に適宜角度をつけて折り曲げてなるガイド部１９が形成される。このガイド部１９は、回転貫入杭１０の回転貫入時に、螺旋状翼１３の下側の掘削された土砂を、長穴１８を通して螺旋状翼１３の上側に導き（図４参照）、貫入抵抗を減じる。

図６（ａ）乃至（ｄ）及び図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ前記貫通部の変形例を示している。図中、図１乃至図５に示す部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図６（ａ）に示す第１変形例では、前記螺旋状翼１３に一対の扇形状の長穴１８ａを、前記杭本体１１を中心にして互いに対向するように形成して前記貫通部としている。

図６（ｂ）に示す第２変形例では、前記螺旋状翼１３に円穴１８ｂを、前記杭本体１１を中心にして互いに対向するように合計４個形成して前記貫通部としている。

図６（ｃ）に示す第３変形例では、前記螺旋状翼１３に、図６（ａ）に示す扇形状の長穴１８ａではなく、一対の楕円状の長穴１８ｃを、前記杭本体１１を中心にして互いに対向するように形成して前記貫通部としている。

図６（ｄ）に示す第４変形例では、前記螺旋状翼１３に、一対の略方形状の長穴１８ｅを、前記杭本体１１を中心にして互いに対向するように形成して貫通部としている。

図７（ａ）に示す第５変形例では、前記螺旋状翼１３の外周（周縁）に、一対の円弧状の切欠き１８ｄを、前記杭本体１１を中心にして互いに対向するように形成して貫通部としている。

図７（ｂ）に示す第６変形例では、前記螺旋状翼１３の外周（周縁）に、一対の略方形状の切欠き１８ｆを、杭本体１１を中心にして互いに対向するように形成して貫通部としている。

前記螺旋状翼１３に形成される貫通部は、図１などに示した長穴１８や図６（ａ）乃至（ｄ）及び図７（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示した変形例としての長穴１８ａなどや切欠き１８ｄなどに限定されるものではない。貫通部は、螺旋状翼１３付近の土砂など（螺旋状翼１３の表面側や裏面側の掘削された土砂など）が、螺旋状翼１３の表面側から裏面側あるいは裏面側から表面側に移動（流動）することが出来るものであれば、その形状を問わない。

また、前記螺旋状翼１３には、図１乃至図３に示すように、その外周に、周方向に適宜間隔をあけて複数個（図面では４個）の掘削兼用攪拌刃３０がそれぞれ設けられる。

これら掘削兼用攪拌刃３０は、杭本体１１を地盤中に回転貫入（回転推進）させる際、地盤を掘削する機能を有する他に以下の機能を有する。

前記掘削兼用攪拌刃３０は、周方向に間隔をあけて設けられており、掘削兼用攪拌刃３０間において、螺旋状翼１３と地盤中に掘削された掘削穴との間に複数の隙間を生じさせる（図１１参照）。これら隙間は、螺旋状翼１３の一方の側（螺旋状翼１３の表面を含む上側）と他方の側（螺旋状翼１３の裏面を含む下側）とをつなぐ。後述する攪拌混合工程（図９（ａ）乃至（ｅ）参照）において、これら隙間が、杭本体１１の上下動に伴って掘削された土砂に硬化性流体を混ぜたソイルセメントが螺旋状翼１３の上側と下側とを移動（流動）する際の移動通路となる。この移動通路を介して、例えば螺旋状翼１３の下側にあるソイルセメントが螺旋状翼１３の上側に移動し、この上側にあるソイルセメントと混じり合う（攪拌混合される）ので、これら隙間は、螺旋状翼１３の上側と下側にそれぞれあるソルトセメントの一体性を確保する役目を果たし、螺旋状翼１３の上側と下側のソルトセメントが独立して分離した場合に比して支持力を生み出すメカニズム上有利である。さらに、杭本体１１の先端部分に形成されるソイルセメントからなる根固めは、前記螺旋状翼１３だけではなく、掘削兼用攪拌刃３０も覆うので、螺旋状翼１３の直径よりも大きな直径となる。

上述したように、前記掘削兼用攪拌刃３０は、地盤の掘削機能、攪拌混合機能及び根固めの径拡大機能を有する。

前記噴出口１４には施工時に杭本体１１の杭頭部分から杭本体１１内に配置される注入用配管１５（図２、図３、図５参照）の一端が着脱可能に接続され、この注入用配管１５から硬化性流体が噴出口１４を介して地盤中に噴出される。

図５に詳細に示すように、前記噴出口１４を形成する噴出管１４ａの外端寄り（図５の左側）の内部には逆流防止弁１６が設けられる。この逆流防止弁１６は、通常は閉じていて、管外（杭本体１０の先端部分の外）の土砂や地下水などが杭本体１１内に侵入しないようにしている。前記注入用配管１５を通じて管外の圧力よりも高い圧力をかけて硬化性流体を送ると、弁は開いて硬化性流体を管外に噴出する。逆流防止弁１６には様々な形式がある。図１乃至図３では前記噴出口１４を１個設けた場合を示したが、これに限定されず、２個設けてもよい。

前記噴出管１４ａの内端（図５の右側）には略Ｌ字状のエルボ１７が配置されていて、このエルボ１７を介して前記注入用配管１５の一端が着脱可能に接続される。

前記注入用配管１５は、上述したように硬化性流体を杭本体１１の先端部分に設けた噴出口１４まで送るもので、例えば比較的小径の鋼管あるいは塩化ビニル管などから形成される。注入用配管１５の、前記杭本体１１の杭頭部分から地上に延出する他端は、図示しないが、前記硬化性流体の供給源に接続される。

前記硬化性流体としては、セメントや地盤固化材と水を所定の割合で練り混ぜたミルク状のもの（セメントミルク等）、あるいは、これにさらに砂を加えたモルタルなどが使用される。

地盤が硬くて貫入抵抗が非常に大きい場合には、１個の螺旋状翼１３の回転による推進力だけでは杭本体１１を地盤中に回転貫入させることが難しいことがある。例えば、螺旋状翼１３の回転による推進力が不足して、杭本体１１を地盤中に回転貫入させるのに時間がかかったり、杭本体１１の回転貫入自体が事実上出来なくなったりする場合がある。

このような場合には、図８の基礎杭（回転貫入杭）１０に示すように、螺旋状翼１３の上方に１個の螺旋状翼１３ａを追加し、杭本体１１を地盤中に回転貫入させるのに十分な推進力を得るようにしてもよい。

螺旋状翼１３の上方に別の螺旋状翼１３ａを追加するか否かは、杭本体１０の全長や地盤の性状などによって決まる。図１乃至図３に示す回転貫入杭１０では、螺旋状翼１３の上方に別の螺旋状翼１３ａを追加しない例を示し、図８に示す回転貫入杭１０では、螺旋状翼１３の上方に螺旋状翼１３ａを１個追加した例を示したが、これらに限定されるものではない。

図９（ａ）乃至（ｆ）は本発明の基礎杭（回転貫入杭）の根固め工法の一実施例（施工手順）を示している。この実施例では、図１乃至図３に示した回転貫入杭１０を使用している。

図９（ａ）は回転貫入杭１０の杭本体１１の先端部分が地盤中の支持層Ａに到達する前の状態を示すもので、地上の回転駆動装置を搭載した杭打機により杭本体１１は回転駆動されて螺旋状翼１３のねじ込み作用を利用して地中に貫入する。この回転貫入時に、掘削兼用攪拌刃３０は地盤を掘削する機能を果たす。

次いで、同図（ｂ）に示すように、杭本体１１の先端部分を根固め体Ｂ（同図（ｃ）乃至（ｆ）参照）の下端が位置する予定の深度（支持層Ａの底部）まで回転貫入（回転推進）させる。

次いで、同図（ｃ）に示すように、杭本体１１を回転推進時とは反対の方向に回転（逆転）しながら支持層Ａの底部から例えば1.5ｍ前後上方に引きあげつつ、硬化性流体（セメントミルク）を噴出口１４（図１、図２、図３参照）から噴出させる。なお、硬化性流体の噴出開始前には、杭頭部から注入用配管１５を杭本体１１内に挿入して該注入用配管１５の一端（下端）を噴出口１４に接続しておく。

次いで、同図（ｄ）に示すように、杭本体１１の先端部分が根固め体Ｂの上端が位置する予定の深度（支持層Ａの底部から例えば1.5ｍ前後上方位置 支持層の上部）に達したら、杭本体１１の回転方向を変え、この変えた方向に回転（正転）しながら該杭本体１１の先端部分を再度下方に向けて回転推進して掘削された土砂に硬化性流体（セメントミルク）を混ぜたソイルセメントを攪拌混合する。

これは、同図（ｅ）に示すように、杭本体１１の先端部分が根固め体Ｂの下端が位置する予定の深度（支持層Ａの底部）に達するまで行う。

図９（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す攪拌混合工程を複数回繰り返した後、同図（ｆ）に示すように、杭本体１１の先端部分を設計深度（根固め体Ｂの下端が位置する予定の深度よりも若干浅い位置）に止めて作業を終了する。

図９（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す攪拌混合工程において、杭本体１１の上下動に伴い、例えば図１０（ａ）に示すように杭本体１１とともに螺旋状翼１３が回転しつつ下降するときには、螺旋状翼１３の裏面側（下側）から貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）を通って表面側（上側）に、掘削された土砂に硬化性流体（セメントミルク）を混ぜたソイルセメントが移動してこの上側にあるソイルセメントと混じり合う。また、図１０（ｂ）に示すように杭本体１１とともに螺旋状翼１３が回転しつつ上昇するときには、螺旋状翼１３の上側から貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）を通って下側にソイルセメントが移動してこの下側にあるソイルセメントと混じり合う。本実施例では、貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）の他に、図１１に示すように、螺旋状翼１３の外周にある掘削兼用攪拌刃３０間の隙間があり、この隙間を通り螺旋状翼１３の下側のソイルセメントが上側に移動してこの上側にあるソイルセメントと混じり合い、また螺旋状翼１３の上側のソイルセメントが下側に移動してこの下側にあるソイルセメントと混じり合う。このため、ソイルセメントを十分に攪拌混合することが出来るようになる。換言すると、螺旋状翼１３の面部に設けた貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）の作用と螺旋状翼１３の外周に設けた掘削兼用攪拌刃３０間の隙間の作用とが相俟って掘削土砂に硬化性流体（セメントミルク）を混ぜたソイルセメントを螺旋状翼１３の上側、下側に流動させてとソイルセメントを攪拌混合することから、攪拌作用が十分でない螺旋状翼１３であってもソイルセメント）を十分に攪拌混合することが出来るようになり、攪拌混合工程に要する時間を短縮することが可能になる。

以上で根固め工法が完了する。

図９（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す、杭本体１１を回転させつつ該杭本体１１の先端部分を支持層Ａの根固め造成区間Ａａ内で複数回上下動させて行う、支持層Ａ内での、硬化性流体を掘削土砂に混ぜたソイルセメントの攪拌混合工程は、例えば、数回乃至１０数回ほど繰り返して行う。攪拌混合工程を終了させるか否かは、例えば、杭本体１１（螺旋状翼１３）を回転させる際の抵抗が減少してきたとき、杭本体１１をフリーな状態にして杭本体
１１が地盤中に自然沈下するのか否かが目安となる。

硬化性流体の噴出開始は、図９（ｃ）に示すときからではなく、最初に根固め体Ｂの上端が位置する予定の深度に達したとき（図９（ｄ）参照）から開始してもよい。

硬化性流体の噴出は、杭本体１１を回転させつつ上下動（上下往復移動）させている間に行うが、この間に継続して行うのがよい。

杭本体１１の回転は、原則として下降時は正転（螺旋状翼１３の作用で下方に推進力が発生する回転方向）、引き上げ時は逆転で行うが、これに限定されるものではなく、地盤条件や施工能率を考慮して決める。

上記根固め体Ｂは、支持層Ａの掘削土砂に硬化性流体を混錬したソイルセメントを例えば６日から７日間養生して形成される。

掘削土砂と硬化性流体との混錬度合がソイルセメントの強度、ひいては回転貫入杭１０の支持力に影響するので、掘削土砂と硬化性流体との攪拌混合が重要になるが、本実施例では、螺旋状翼１３の回転だけではなく、杭本体１１の上下往復運動（例えば数回乃至１０数回）が加わり、さらにこの上下往復運動による、貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）と螺旋状翼１３の外周に設けた掘削兼用攪拌刃３０間の隙間を介しての螺旋状翼１３の裏面側から表面側あるいは表面側から裏面側へのソイルセメント（掘削土砂と硬化性流体）の流動や、螺旋状翼１３の始端と終端との間でのソイルセメント（掘削土砂と硬化性流体）の流動も加わるために掘削土砂と硬化性流体の攪拌混合が十分に行われ、良質なソイルセメントが形成される。

固化した根固め体Ｂの直径は、掘削兼用攪拌刃３０を含めた螺旋状翼１３の径とほぼ同じになる。なお、図９（ｆ）、図１２では掘削兼用攪拌刃３０が省略して図示されているが、螺旋状翼１３の外周に掘削兼用攪拌刃３０が設けられていることは勿論である。

上記実施例によれば、支持層Ａの土砂を軟化させるとともに、硬化性流体と掘削土砂を攪拌混合して良質（よく混じり合って均質）なソイルセメントからなる根固め体Ｂを形成することができる。

上述した如く、杭本体１１の先端部分に良質な根固め体Ｂを形成できるため、根固めしない回転貫入杭に比べ非常に大きな押込み支持力と引抜き支持力を得ることができることは勿論のこと、土砂と硬化性流体との攪拌混合が十分行われずに根固めを形成した場合に比して根固めの劣化が少なく、押込み支持力と引抜き支持力を長期間にわたって維持することが可能である。

従来の回転貫入杭の螺旋状翼は、回転貫入機能（ねじ込み作用）と支持力増加機能の二つの機能を有していたが、本実施例の回転貫入杭１０では、これら機能の他に、地盤中での上下動による掘削土砂と硬化性流体の攪拌混合機能が加わり、この攪拌混合機能が、貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）、ガイド部１９、掘削兼用攪拌刃３０間の隙間及び螺旋状翼１３の始端と終端との間の隙間により格段と向上し、螺旋状翼１３をより有効に活用することが可能となる。このため、単位支持力当たりのコストを安くすることが出来る。

螺旋状翼１３に貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）を形成することは、杭本体１１の押込み支持力と引抜き支持力を低下させることになるが、施工後に螺旋状翼１３は根固め体Ｂ内に埋め込まれ、螺旋状翼１３ではなく、根固め体Ｂが杭本体１１の押込み支持力と引抜き支持力を受け持つようになるので、螺旋状翼１３に貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）を設けることによる支持力低下の問題は全く生じない。

上記実施例において、硬化性流体を噴出する前に、支持層Ａの根固め造成区間Ａａ（図９参照）を予め軟化、均一化するために空練りを複数回繰り返してもよい。例えば、硬化性流体を噴出させない状態で、杭本体１１の先端部分を支持層Ａ内で複数回上下往復移動させる。この空練りを実施した後に、図９（ｃ）乃至（ｅ）に示すように硬化性流体を噴出させて掘削土砂に混ぜ、硬化性流体と掘削土砂を攪拌混合して根固め体Ｂを形成するようにしてもよい。

具体的には、図９（ｂ）と同図（ｃ）の間（硬化性流体噴出前）で、杭本体１１を回転させて複数回上下往復させる。そうすると、螺旋状翼１３の回転と上下運動とにより、支持層Ａの掘削土砂は軟化するともに、互いに混じり合うために均質化される。このとき、貫通部（長穴１８、１８ａ乃至１８ｆ）や掘削兼用攪拌刃３０間の隙間などを介して螺旋状翼１３付近の掘削土砂が螺旋状翼１３の下側（裏面側）から上側（表面側）に流動し（図１０（ａ）参照）、あるいは螺旋状翼１３の上側（表面側）から下側（裏面側）に流動し（図１４（ｂ）参照）、また螺旋状翼１３の始端と終端との間からも掘削土砂が流動して掘削土砂の均質化を促進する。

空練りのために行う杭本体１１の上下往復回数は地盤の固さに応じて決めてもよいが、通常は３回以内で十分である。

上下往復時の杭本体１１の回転方向は、正回転でも逆回転でもよく、地盤の固さや施工機械の能力などに応じて適宜決めればよい。

図１３は本発明の基礎杭（回転貫入杭）１０の第２実施例を示している。図中、図１〜図１２に示す部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本第２実施例では、噴出口１４ａの位置を、ほぼ一巻きの螺旋状翼１３の下側で、かつ螺旋状翼１３の終端部１３ｂに近い位置に設けている。それ以外の構成については、図１乃至図３などに示す上記第１実施例の場合と同様である。

本第２実施例のように、噴出口１４ａを螺旋状翼１３の終端部１３ｂ付近の下側に設けることにより、硬化性流体（セメントミルク）をスムーズに噴出させることができる。本発明者等が行った回転貫入杭１０の土層内模型試験や現場での掘り出し試験の観察によると、回転貫入時における土砂に作用する圧力は、螺旋状翼１３の終端部１３ｂの下側で小さくなっていることが確認されている。噴出口１４ａをここに設けることにより、より低い圧力で硬化性流体を噴出させることができる。硬化性流体の噴出圧力が低いと、配管からの漏出事故などのトラブル発生を少なくできる。また、回転貫入時には圧力が高くならないため噴出口１４ａの損傷を防止できる。

また、杭本体１１の上下動時における螺旋状翼１３の始端と終端付近の土砂の流れは大きく湾曲した流れになるために硬化性流体と土砂が攪拌混合しやすくなる。

なお、本第２実施例は、上記第１実施例及び後述する第３実施例にもそれぞれ適用することが出来る。噴出口１４ａを螺旋状翼１３の終端部１３ｂ付近の下側に設けることにより、上記第１実施例及び後述する第３実施例において、螺旋状翼１３、貫通部（長穴１８など）等の作用と相俟って硬化性流体と掘削土砂の攪拌混合がさらに容易となる。また、本第２実施例では、掘削兼用攪拌刃３０（図１乃至図３参照）を省略してあるが、上記第１実施例と同様に螺旋状翼１３の外周に設けてもよいことは勿論である。

図１４と図１５（ａ）、（ｂ）は本発明の基礎杭（回転貫入杭）１０の第３実施例を示している。図中、図１乃至図１３に示す部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本第３実施例で使用する回転貫入杭１０は、杭本体１１の先端部分内であって噴出口１４の上方位置に、隔壁４１を設けて該先端部分内に硬化性流体の一時滞留空間４０を形成し、該隔壁４１に穴４２を設け、この穴４２に接続管４３を固着して構成される。この接続管４３に注入用配管１５の一端（下端）が着脱自在に接続される。

接続管４３の上端部分には注入用配管１５を接続管４３に案内するための、一端の内径が最小で、他端に向かうにしたがって内径が大きくなるラッパ形状管４４が設けられる。

注入用配管１５の接続管４３に挿入される下端部分の外周面には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴム製または樹脂製のリング４５が軸方向に間隔をあけて複数個（図面では３個）取り付けられている。このリング４５は弾性体であり、注入用配管１５の下端を接続管４３に差し込むだけで、硬化性流体の漏出を防止できる。

本第３実施例では、回転貫入杭１０を使用して根固め部Ｂを形成する際には杭本体１１を所定の深さまで回転埋設して硬化性流体を噴出する作業を行う直前に、杭頭から注入用配管１５を杭本体１１内に挿入し、該注入用配管１５の一端（下端）を接続管４３内に押し込む。

攪拌混合作業終了後、注入用配管１５に引抜き力を加えて該注入用配管１５の一端（下端）を接続管４３から外し、杭本体１１内から撤去する。

本第３実施例によれば、注入用配管１５の取付け作業を一度で出来るため、取付け作業が簡単である。複数の短い杭を現場で接合して長い杭に構成して施工する場合、一般には注入用配管１５の長さを各杭に合わせて製作し、杭を接合する度に注入用配管１５同士を接合する作業が必要になるが、本第３実施例によれば、杭全長分を一度に設置することが可能である。

また、接続管４３の上端部分にラッパ形状部材４４が形成されているため、地下深くてかつ暗いにもかかわらず確実に注入用配管１５の下端を接続管４３に接続することができる。

一般に、注入用配管１５は杭から取り外されず、杭毎に使い捨てされているが、本第３実施例では注入用配管１５を上方に引き抜くように引っ張れば、その下端を接続管４３から容易に外すことができ、注入用配管１５は何度でも繰り返して使用することが可能で、コスト面のメリットが大きい。

また、隔壁４１で一時滞留空間４０を設けることで、噴出口１４の取り付けが管外から行うことができ、製作が容易である。

なお、上記第３実施例で示した回転貫入杭１０の先端部分内の構造（隔壁４１、一時滞留空間４０、穴４２、接続管４３等）は、上記第１実施例及び第２実施例で示した基礎杭（回転貫入杭）１０にも適用出来ることは勿論である。また、本第３実施例でも、掘削兼用攪拌刃３０（図１乃至図３参照）を省略してあるが、上記第１実施例と同様に螺旋状翼１３の外周に設けてもよいことは勿論である。

本発明の基礎杭およびその施工法は、押込み支持力や引抜き支持力が要求される基礎杭（回転貫入杭）に根固め体を形成するのに適用される。

１０ 基礎杭（回転貫入杭）
１１ 杭本体
１２ 底蓋
１３ 螺旋状翼
１４ 噴出口
１５ 注入用配管
１８ 長穴（貫通部）
１８ａ等 長穴（貫通部）
１９ ガイド部
２０ 掘削刃
３０ 掘削兼用攪拌刃
４０ 一時滞留空間
４１ 隔壁
４２ 穴
４３ 接続管
４４ ラッパ形状管
４５ リング
Ａ 支持層
Ａａ 根固め造成区間
Ｂ 根固め体
Ｃ 地盤改良柱体

本発明の請求項６に記載の基礎杭は、前記螺旋状翼がほぼ一巻きの螺旋状翼であり、前記噴出口が前記螺旋状翼の終端付近に設けられることを特徴とする。

図５に詳細に示すように、前記噴出口１４を形成する噴出管１４ａの外端寄り（図５の左側）の内部には逆流防止弁１６が設けられる。この逆流防止弁１６は、通常は閉じていて、管外（杭本体１０の先端部分の外）の土砂や地下水などが杭本体１１内に侵入しないようにしている。前記注入用配管１５を通じて管外の圧力よりも高い圧力をかけて硬化性流体を送ると、逆流防止弁１６が開いて硬化性流体を管外に噴出する。逆流防止弁１６には様々な形式がある。図１乃至図３では前記噴出口１４を１個設けた場合を示したが、これに限定されず、２個設けてもよい。

図９（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す、杭本体１１を回転させつつ該杭本体１１の先端部分を支持層Ａの根固め造成区間Ａａ内で複数回上下動させて行う、支持層Ａ内での、硬化性流体を掘削土砂に混ぜたソイルセメントの攪拌混合工程は、例えば、数回乃至１０数回ほど繰り返して行う。攪拌混合工程を終了させるか否かは、例えば、杭本体１１（螺旋状翼１３）を回転させる際の抵抗が減少してきたとき、杭本体１１をフリーな状態にして杭本体１１が地盤中に自然沈下するのか否かが目安となる。

１０ 基礎杭（回転貫入杭）
１１ 杭本体
１２ 底蓋
１３ 螺旋状翼
１４ 噴出口
１５ 注入用配管
１８ 長穴（貫通部）
１８ａ等 長穴（貫通部）
１９ ガイド部
２０ 掘削刃
３０ 掘削兼用攪拌刃
４０ 一時滞留空間
４１ 隔壁
４２ 穴
４３ 接続管
４４ ラッパ形状管
４５ リング
Ａ 支持層
Ａａ 根固め造成区間
Ｂ 根固め体

Claims (9)

1. 先端が閉塞された鋼管製の杭本体と、
   前記杭本体の先端部付近の外周面に設けられた螺旋状翼と、
   前記外周面に設けられた硬化性流体の噴出口と、を有し、
   前記螺旋状翼に、その一方の面側と他方の面側とを連通させる貫通部を設けたことを特徴とする基礎杭。
2. 請求項１に記載の基礎杭において、
   前記螺旋状翼の外周に、周方向に適宜間隔をあけて複数の掘削兼用攪拌刃を設けたことを特徴とする基礎杭。
3. 請求項１又は２に記載の基礎杭において、
   前記貫通部に、前記螺旋状翼の付近にある土砂を、前記螺旋状翼の一方の面側から他方の面側あるいは他方の面側から一方の面側に案内するガイド部を設けたことを特徴とする基礎杭。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の基礎杭において、
   前記貫通部は、前記螺旋状翼に設けた穴であることを特徴とする基礎杭。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の基礎杭において、
   前記貫通部は、前記螺旋状翼の周縁に設けた切欠き部であることを特徴とする基礎杭。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の基礎杭において、
   前記螺旋状翼はほぼ一巻き螺旋状翼であり、
   前記噴出口は前記螺旋状翼の終端付近に設けられることを特徴とする基礎杭。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の基礎杭において、
   前記杭本体の先端部内であって前記噴出口の上方位置に隔壁を設けて、該先端部内に前記硬化性流体の収容空間を形成し、
   前記隔壁に前記硬化性流体の注入用配管の一端が着脱自在に接続される接続管を設け、
   前記硬化性流体を噴出する前に前記注入用配管を前記杭本体内に配置して該注入用配管の一端を前記接続管に接続し、
   前記注入用配管から前記接続管を介して前記収容空間内に前記硬化性流体を一時的に収容し、該収容空間から前記噴出口を介して前記硬化性流体を噴出させることを特徴とする基礎杭。
8. 先端が閉塞された鋼管製の杭本体と、
   前記杭本体の先端部付近の外周面に設けられた螺旋状翼と、
   前記外周面に設けられた硬化性流体の噴出口と、を有し、
   前記螺旋状翼に、その一方の面側と他方の面側とを連通する貫通部を設けた、基礎杭を使用して杭先端部に根固め体を形成する、基礎杭の根固め工法であって、
   前記杭本体を地盤中に回転貫入させて前記杭本体を回転させつつ該杭本体の先端部分を前記地盤の支持層の根固め造成区間内で複数回上下動させ、前記噴出口を介して前記硬化性流体を噴出させて前記螺旋状翼で掘削された土砂に混ぜ、前記上下動と前記上下動による前記貫通部を介しての前記螺旋状翼の一方の面側から他方の面側あるいは他方の面側から一方の面側への前記硬化性流体と前記掘削土砂の流動により、前記硬化性流体と前記掘削土砂を攪拌混合し、前記支持層内の前記杭本体の先端部分に根固め体を形成することを特徴とする、基礎杭の根固め工法。
9. 請求項８に記載の基礎杭の根固め工法において、
   前記硬化性流体を前記噴出口から噴出させる前に、前記杭本体を回転させつつ該杭本体の先端部分を前記根固め造成区間内で複数回上下動させて前記根固め造成区間内の地層を予め軟化させることを特徴とする、基礎杭の根固め工法。

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