JP2015175193A - 両端テーパー杭、接続テーパー杭、接続テーパー杭の施工方法および液状化対策構造 - Google Patents

両端テーパー杭、接続テーパー杭、接続テーパー杭の施工方法および液状化対策構造 Download PDF

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Abstract

【課題】現場での溶接作業が不要となるとともに、比較的杭径が大きな形状とすることができ、さらに、地震時に液状化が発生した際も杭体の浮き上がりを防止できる両端テーパー杭、接続テーパー杭、接続テーパー杭の施工方法および液状化対策構造を提供する。【解決手段】両端テーパー杭1を杭軸方向に複数接続することによって接続テーパー杭10が構成され、杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭1の鋼管杭本体2が下方の両端テーパー杭1の鋼管杭本体2より大径となっており、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aに、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bが係合することによって、両端テーパー杭1,1が接続されているので、現場での溶接作業が不要となるとともに、比較的杭径が大きな形状とすることができ、さらに、地震時に液状化が発生した際も杭体の浮き上がりを防止できる。【選択図】図2

Description

本発明は、構造物等の支持用として地中に埋設される両端テーパー杭、接続テーパー杭、接続テーパー杭の施工方法および護岸や構造物の基礎地盤を締め固める液状化対策構造に関するものである。
建築物の支持用として地中に埋設される鋼管杭の一例として特許文献1に記載のものが知られている。
この鋼管杭は、丸形鋼管の一端に、その遊端が小径で台形筒状の接合部を一体形成してなることを特徴としている。
このような鋼管杭を杭軸方向に接続する場合、上方の鋼管杭における一端側の接合部を、下方の鋼管杭における丸形鋼管の他端に相当接させた状態で溶接することにより、行っている。
また、建物の基礎地盤の液状化対策構造の一例として特許文献2に記載のものが知られている。
この建物の基礎地盤の液状化対策構造は、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する複数のテーパー杭を、上層部分に液状化層を含む建物の基礎地盤の表層部分に、外径の小さな他端部側を下方に向けて圧入用重機を用いて地中に圧入または回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで設置して、前記基礎地盤の表層部分を締め固めることを特徴としている。
このような液状化対策構造では、特に住宅建築物等の小規模な建物の基礎地盤に対しても、簡易且つ安価な方法で容易に施工できるとともに、液状化層に液状化が生じた場合でも、杭頭部の破壊や破損を発生させることなく、建物を安定的に支持した状態を容易に保持することができるとされている。
特開2004−218235号公報 特開2008−190116号公報
ところが前記特許文献1に記載の鋼管杭では、杭軸方向に各鋼管杭を接続する際、溶接接合としているため、現場で施工手間がかかり、施工スピードが劣る他、降雨時や強風時、また夜間工事などでは溶接することが困難であり、その場合は工事が中止になるなど、工程が遅れる問題があった。
また、工場で予め鋼管杭を溶接接合によって接続することも考えられるが、製作手間がかかる他、複数の鋼管杭を接続してなる杭体が複数段のテーパー形状を有するため、運搬や荷降ろしが行い難いという問題が生じる。
さらに、施工時に鋼管杭を杭軸方向に接続してなる杭体の先端が土砂等によって閉塞して杭体が中空構造となるため、地震時に液状化が発生した際、浮力により杭体が浮き上がり、杭上部に設置した構造物が傾くなど、悪影響を与える。
また、現場や工場での溶接作業を減らす手段として、特許文献2に記載のように、長尺の杭の全長近くをテーパー形状とするアイデアもある。しかし、鋼管杭でこのようなテーパー部が長い物を製造する技術は、今のところ、杭径300mm以下のものしかできない。このため、径の大きな杭が必要な場合、対応できないという問題があった。
また、テーパー部が長い杭を、鋼管ではなくコンクリートで製造することも考えられるが、杭の重量が大きくなり、現場での荷降ろしや移動などのハンドリング性が劣る問題がある。
さらに、テーパー杭を用いて地盤の液状化対策を行っても、想定以上の地震が起きた場合、地盤が液状化することが十分考えられる。この場合、前記特許文献1および2に記載のテーパー杭を鋼管で製造した場合、中空構造となるため、液状化時に浮力によりテーパー杭が浮き上がり、杭上方の建物に悪影響を与える問題がある。
また、コンクリートでテーパー杭を製造した場合は、逆に、テーパー杭の自重により、当該テーパー杭が地盤中に沈み込み、テーパー杭が建物と繋がれている場合、建物に悪影響を与える他、復旧工事の際、沈み込んだテーパー杭の撤去などにかなり手間がかかることが想定される。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、現場での溶接作業が不要となるとともに杭径を大きくすることができ、さらに、地震時に液状化が発生した際も杭体の浮き上がりを防止できる両端テーパー杭、接続テーパー杭、接続テーパー杭の施工方法および液状化対策構造を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の両端テーパー杭は、筒状の鋼管杭本体と、この鋼管杭本体の下端部に設けられて、下方に向かうほど外径および内径が先細りする先細りテーパー部と、前記鋼管杭本体の上端部に設けられて、上方に向かうほど外径および内径が先太りする先太りテーパー部とを有することを特徴とする。
本発明においては、両端テーパー杭を杭軸方向に接続する場合、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、上方の両端テーパー杭の鋼管杭本体を下方の両端テーパー杭の鋼管杭本体より大径とし、上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部を係合するか、または、上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部を係合することによって、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭を容易に接続でき、従来のような溶接作業が不要となる。
また、両端テーパー杭の先細りテーパー部および先太りテーパー部は、鋼管杭本体の両端部をロール成形等よりテーパー形状とするか、または、テーパー長の短い円錐台形状のテーパー鋼管を、溶接等で鋼管杭本体の両端に取り付けるだけで製造できる。このため、比較的径が大きい両端テーパー杭を容易に製造できる。
また、本発明の第1の接続テーパー杭は、前記両端テーパー杭を杭軸方向に複数接続してなる接続テーパー杭であって、
杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭のうち、上方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体が下方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体より大径となっており、
上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されていることを特徴とする。
本発明においては、上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されているので、従来のような溶接作業が不要となる。したがって、施工コストを大きく削減できる。
また、上述したように、径が大きい両端テーパー杭を容易に製造できるため、複数の両端テーパー杭を杭軸方向に接続した比較的径が大きい接続テーパー杭を容易に施工できる。
さらに、小径の鋼管杭本体を有する両端テーパー杭から順次地盤に埋設する際に、最も小径の鋼管杭本体を有する最も下端に配置される両端テーパー杭を、地盤に押し込んで行くことによって、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部が上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部に係合して当該内径部を下方に押圧する。したがって、最も下端に配置される両端テーパー杭を地盤に押し込むことによって、複数の両端テーパー杭を地盤上から順次押し込んで埋設して、接続テーパー杭を施工できる。
また、このような接続テーパー杭は、地震時に建物が傾き、当該建物を支持する接続テーパー杭に鉛直上向きの荷重が作用する場合に有効な支持杭(引き抜き抵抗杭)となる。
さらに、地震の際、地盤に液状化が発生しても、上下に隣り合う両端テーパー杭の先細りテーパー部と先太りテーパー部とが離れ、その隙間から液状化水が接続テーパー杭内に入り込み、最も上端の両端テーパー杭の浮き上がりが発生しないので、当該両端テーパー杭によって支持されている上方の建物に悪影響を与えない。
また、本発明の第2の接続テーパー杭は、前記両端テーパー杭を杭軸方向に複数接続してなる接続テーパー杭であって、
杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭のうち、上方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体が下方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体より大径となっており、
上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されていることを特徴とする。
本発明においては、上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されているので、従来のような溶接作業が不要となる。したがって、施工コストを大きく削減できる。
また、上述したように、径が大きい両端テーパー杭を容易に製造できるため、複数の両端テーパー杭を杭軸方向に接続した比較的径が大きい接続テーパー杭を容易に施工できる。
さらに、小径の鋼管杭本体を有する両端テーパー杭から順次地盤に埋設する際に、上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部によって、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部を上方から押圧することができる。したがって、複数の両端テーパー杭を地盤上から順次押し込んで埋設して、接続テーパー杭を施工できる。
また、このような接続テーパー杭は、通常の建物の自重など、接続テーパー杭に鉛直下向きの荷重が作用する場合に有効な支持杭(押し込み抵抗杭)となる。
また、本発明の前記構成において、杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部と、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部とが連結されていてもよい。
このような構成によれば、地盤に施工された接続テーパー杭において、杭軸方向(上下方向)に隣り合う両端テーパー杭どうしの外れを防止できる。
また、本発明の接続テーパー杭の施工方法は、前記第1の接続テーパー杭を地盤に施工する接続テーパー杭の施工方法であって、
前記鋼管杭本体が異なる径の複数の前記両端テーパー杭を、外側に大径の鋼管杭本体が配置されるようにして前記鋼管杭本体の径方向に重ねて地盤上に設置し、
次に、小径の鋼管杭本体を有する前記両端テーパー杭から順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部に、上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部を係合させることを特徴とする。
この場合、鋼管杭本体の径方向に重ねて地盤上に設置された複数の両端テーパー杭のうち、最も内側に位置する両端テーパー杭を例えば棒状治具によって地盤に押し込んで行くことによって、複数の両端テーパー杭を地盤上から順次押し込んで埋設して、接続テーパー杭を施工できる。
本発明においては、橋梁の橋桁の下など上空制限があり、3点式杭打ち機やクローラークレーンなど背の高い重機を用いた施工ができない場合でも、比較的長さが短い複数の両端テーパー杭を、外側に大径の鋼管杭本体が配置されるようにして鋼管杭本体の径方向に重ねて地盤上に設置したうえで、小径の鋼管杭本体を有する両端テーパー杭から順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部に、上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部を係合させるので、地盤に必要深さの接続テーパー杭を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
この場合、小型のモンケン杭打ち機等によって棒状治具を打撃して、当該棒状治具によって最も内側に位置する両端テーパー杭を地盤に押し込んで行くことによって、地盤に必要深さの接続テーパー杭を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
また、本発明の接続テーパー杭の施工方法は、前記第2の接続テーパー杭を地盤に施工する接続テーパー杭の施工方法であって、
小径の前記鋼管杭本体を有する前記両端テーパー杭から順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部に上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部を係合させることを特徴とする。
本発明においては、橋梁の橋桁の下など上空制限があり、3点式杭打ち機やクローラークレーンなど背の高い重機を用いた施工ができない場合でも、比較的長さが短い両端テーパー杭を順次地盤に設置して埋設して行くとともに杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部に上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部を係合させるので、地盤に必要深さの接続テーパー杭を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
この場合、地盤に設置した両端テーパー杭を地盤に押し込むことによって、それより下方の両端テーパー杭を上方から押圧することができるので、地盤に必要深さの接続テーパー杭を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
また、本発明の接続テーパー杭の施工方法は、地盤に穴を施工し、当該穴に前記第1または第2の接続テーパー杭を挿入することを特徴とする。
この場合、例えばオーガー施工機などにより地盤に穴を形成し、必要に応じて泥水または固化液等で前記穴を満たし、そこに、前記接続テーパー杭を落とし込むことで接続テーパー杭を施工する。
また、接続テーパー杭を施工する際に、杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部と、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部とを連結してもよい。
本発明においては、接続テーパー杭を施工する地盤に予め穴を施工するので、杭継ぎ溶接をせずに急速に接続テーパー杭を施工でき、工期の短縮化を図れる。
また、本発明の液状化対策構造は、表層部に液状化層を含む基礎地盤に、前記両端テーパー杭、第1の接続テーパー杭または第2の接続テーパー杭が群杭を形成するように所定ピッチで圧入されることによって、前記表層部が締め固められていることを特徴とする。
本発明においては、現場での溶接接合の必要がないので、液状化対策構造を短期間で施工できる他、第1の接続テーパー杭を用いた液状化対策構造では、地震の際、地盤に液状化が発生しても、上下に隣り合う両端テーパー杭の先細りテーパー部と先太りテーパー部とが離れ、その隙間から液状化水が接続テーパー杭内に入り込み、最も上端の両端テーパー杭の浮き上がりが発生しないので、当該両端テーパー杭によって支持されている上方の建物に悪影響を与えない。
本発明によれば、現場での溶接作業が不要となるとともに、比較的杭径が大きな形状とすることもでき、さらに、地震時に液状化が発生した際も杭体の浮き上がりを防止できる。
本発明に係る両端テーパー杭の一例を示す断面図である。 本発明に係る接続テーパー杭の一例を示す断面図である。 本発明に係る接続テーパー杭の施工方法の一例を説明するためのもので、地盤上に複数の両端テーパー杭を径方向に重ねてかつ同軸に配置した状態を示す断面図である。 同、(a)は両端テーパー杭を棒状治具によって地盤に押し込んでいる状態を示す断面図、(b)は接続テーパー杭を地盤に施工した状態を示す断面図である。 地盤に液状化が発生した場合に、本発明に係る接続テーパー杭の両端テーパー杭が外れた状態を示す断面図である。 本発明に係る接続テーパー杭の他の例を示す断面図である。 本発明に係る接続テーパー杭の施工方法の他の例を説明するためのもので、(a)は両端テーパー杭を地盤に設置した状態を示す断面図、(b)は次の両端テーパー杭を下方の両端テーパー杭に当接した状態を示す断面図、(c)はさらに次の両端テーパー杭を下方の両端テーパー杭に当接した状態を示す断面図である。 図6に示す接続テーパー杭を構成する両端テーパー杭を径方向に重ねて配置した状態を示す断面図である。 本発明に係る液状化対策構造の一例を示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本実施の形態の両端テーパー杭1を示す断面図である。この両端テーパー杭1はストレート円筒状の鋼管杭本体2と、この鋼管杭本体2の下端部に設けられた先細りテーパー部3と、鋼管杭本体2の上端部に設けられた先太りテーパー部4とから構成されている。
鋼管杭本体2はストレート円筒状に形成されているが、これに限ることなく、ストレート角筒状に形成されていてもよい。
先細りテーパー部3は、下方に向かうほど外径および内径が先細りする円錐台状に形成されており、その内周面が内径部3aとされている。
先太りテーパー部4は、上方に向かうほど外径および内径が先太りする円錐台状に形成されており、その外周面が外径部4bとされている
このような先細りテーパー部3および先太りテーパー部4は、鋼管杭本体2の両端部をロール成形等よりテーパー形状とするか、または、テーパー長の短い円錐台形状のテーパー鋼管を、溶接等で鋼管杭本体2の両端に取り付けるだけで製造できる。
なお、先細りテーパー部3および先太りテーパー部4は周方向に連続しているが、これに限ることなく、周方向に所定間隔で複数設けられていてもよい。
このような構成の両端テーパー杭1は、鋼管杭本体2の径を自由に設定することができるため、鋼管杭本体2の径が異なる複数種類の両端テーパー杭1を容易に製造できる。図1には、所定径の鋼管杭本体2を有する両端テーパー杭1を示しているが、両端テーパー杭1は鋼管杭本体2の径や軸方向の長さの違い等によって複数種類ある。
図2は本実施の形態の接続テーパー杭10を示す断面図である。この接続テーパー杭10は3本(3種類)の両端テーパー杭1(1A,1B,1C)によって構成されている。これら両端テーパー杭1A,1B,1Cは、それぞれの鋼管杭本体2(2A,2B,2C)の径が異なっており、鋼管杭本体2A、鋼管杭本体2B、鋼管杭本体2Cの順でそれらの径が大きくなっている。
また、鋼管杭本体2A,2B,2Cの杭軸方向(図2において上下方向)の長さはほぼ等しくなっており、両端テーパー杭1A,1B,1Cのそれぞれの先細りテーパー部3(3A,3B,3C)および先太りテーパー部4(4A,4B,4C)の杭軸方向の長さもほぼ等しくなっている。したがって、両端テーパー杭1A,1B,1Cの杭軸方向の長さはほぼ等しくなっている。
また、上下に隣り合う両端テーパー杭1,1において、先太りテーパー部4Aの外径と先細りテーパー部3Bの内径とがほぼ等しく、先太りテーパー部4Bの外径と先細りテーパー部3Cの内径とがほぼ等しくなっている。
なお、鋼管杭本体2A,2B,2Cの杭軸方向の長さを異ならせてもよいが、先細りテーパー部3A,3B,3Cおよび先太りテーパー部4A,4B,4Cの杭軸方向の長さは、後述するように上下に隣り合う両端テーパー杭1,1どうしを接続するために、ほぼ等しくするのが好ましい。
また、両端テーパー杭1Aの上端の先太りテーパー部4Aの最大外径は、両端テーパー杭1Bの鋼管杭本体2Bの内径より小さくなっており、両端テーパー杭1Bの上端の先太りテーパー部4Bの最大外径は、両端テーパー杭1Cの鋼管杭本体2Cの内径より小さくなっている。
また、上下方向(杭軸方向)に隣り合う両端テーパー杭1,1において、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aに、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bが係合することによって、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1が接続されている。
すなわち、中段の両端テーパー杭1Bの先細りテーパー部3Bの内径部3aに、下段の両端テーパー杭1Aの先太りテーパー部4Aの外径部4bが係合するとともに、上段の両端テーパー杭1Cの先細りテーパー部3Cの内径部3aに、中段の両端テーパー杭1Bの先太りテーパー部4Bの外径部4bが係合することによって、3本の両端テーパー杭1A,1B,1Cが杭軸方向に接続されている。
また、杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3と、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4とを必要に応じて連結してもよい。この場合、例えば、機械的に連結するか接着剤によって連結すればよい。なお、溶接によって連結してもよいが、この場合現場での溶接の手間がかからないように、先細りテーパー部3と先太りテーパー部4とを全周溶接でなく、周方向に所定間隔で溶接する。
なお、本実施の形態では、3種類の両端テーパー杭1A,1B,1Cによって接続テーパー杭10を構成したが、2種類または4種類以上の両端テーパー杭1を杭軸方向に接続することによって、接続テーパー杭を構成してもよい。
次に前記のような接続テーパー杭10を地盤に施工する方法の一例について図3および図4を参照して説明する。
まず、図3に示すように、鋼管杭本体2(2A,2B,2C)が異なる径の3本の両端テーパー杭1A,1B,1Cを、外側に大径の鋼管杭本体2が配置されるようにして鋼管杭本体2の径方向に重ねてほぼ同軸に地盤上に設置する。つまり、内側から順に両端テーパー杭1A、両端テーパー杭1B、両端テーパー杭1Cを同軸に配置するとともに、先細りテーパー部3A,3B,3Cを下方に向けて地盤に設置する。
次に、中央側に位置する両端テーパー杭1Aの内側に棒状治具12を挿入する。この棒状治具12は丸棒状のもので、その先端部(下端部)には、円錐台状の先細りテーパー部13が設けられている。この先細りテーパー部13の外径は両端テーパー杭1Aの先細りテーパー部3Aの内径とほぼ等しくなっている。したがって、両端テーパー杭1Aの内側に棒状治具12を挿入した状態において、棒状治具12の先細りテーパー部13が両端テーパー杭1Aの先細りテーパー部3Aに当接している。
次に、棒状治具12を適宜の施工機械によって上方から下方に向けて押し込むか、あるいは打撃する。施工機械としては、例えば小型のモンケン杭打機や押圧機械を使用することができる。
棒状治具12を下方に向けて押し込んで行くにともなって、最も内側に位置している両端テーパー杭1Aが当該棒状治具12の先端の先細りテーパー部13によって下方に押圧される。これによって、両端テーパー杭1Aが地盤に埋設されて行き、当該両端テーパー杭1Aの上端の先太りテーパー部4Aの外径部4bが、両端テーパー杭1Bの下端の先細りテーパー部3Bの内径部3aに係合する。
さらに、図4(a)に示すように、棒状治具12によって両端テーパー杭1Aを下方に押し込んで行くと、当該両端テーパー杭1Aの上端の先太りテーパー部4Aによって、両端テーパー杭1Bの下端の先細りテーパー部3Bが下方に押圧され、これによって、両端テーパー杭1Bが下方に押し込まれて行く。なお、棒状治具12によって両端テーパー杭1Aを下方に押し込むにともなって、棒状治具12の長さが不足してきた場合、当該棒状治具12の上端部に所定長さの棒状治具(下端部に先細りテーパー部はない)を継ぎ足して行く。
さらに、棒状治具12を下方に向けて押し込んで行くと、両端テーパー杭1Bの上端の先太りテーパー部4Bの外径部4bが、両端テーパー杭1Cの下端の先細りテーパー部3Cの内径部3aに係合する。
さらに、棒状治具12によって両端テーパー杭1Aを下方に押し込んで行くと、両端テーパー杭1Bの上端の先太りテーパー部4Bによって、両端テーパー杭1Cの下端の先細りテーパー部3Cが下方に押圧され、これによって、両端テーパー杭1Cが下方に押し込まれて行く。
そして、棒状治具12を所定深さだけ下方に向けて押し込むと、図4(b)に示すように、地盤に接続テーパー杭10が施工される。
このようにして、小径の鋼管杭本体2Aを有する両端テーパー杭1Aから順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1のうち、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bに、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aを係合させることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭10が施工される。
本実施の形態によれば、両端テーパー杭1を杭軸方向に接続する場合、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1のうち、上方の両端テーパー杭1の鋼管杭本体2を下方の両端テーパー杭1の鋼管杭本体2より大径とし、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aに、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bを係合することによって、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1を容易に接続でき、従来のような溶接作業が不要となる。したがって、施工コストを大きく削減できる。
また、両端テーパー杭1の先細りテーパー部3および先太りテーパー部4は、鋼管杭本体2の両端部をロール成形等よりテーパー形状とするか、または、テーパー長の短い円錐台形状のテーパー鋼管を、溶接等で鋼管杭本体の両端に取り付けるだけで製造できる。このため、比較的径が大きい両端テーパー杭1を容易に製造できる。
また、比較的径が大きい両端テーパー杭1を容易に製造できるため、複数の両端テーパー杭1(1A,1B,1C)を杭軸方向に接続した比較的径が大きい接続テーパー杭10を容易に施工できる。
さらに、鋼管杭本体2Aを有する両端テーパー杭1Aから順次地盤に埋設する際に、最も小径の鋼管杭本体2Aを有する最も下端に配置される両端テーパー杭1Aを、棒状治具12によって地盤に押し込んで行くことによって、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bが上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aに係合して当該内径部3aを下方に押圧する。したがって、最も下端に配置される両端テーパー杭1Aを地盤に押し込むことによって、複数(3本)の両端テーパー杭1(1A,1B,1C)を地盤上から順次押し込んで埋設して、接続テーパー杭10を施工できる。
また、このような接続テーパー杭10は、地震時に建物が傾き、当該建物を支持する接続テーパー杭10に鉛直上向きの荷重が作用する場合に有効な支持杭(引き抜き抵抗杭)となる。
また、橋梁の橋桁の下など上空制限があり、3点式杭打ち機やクローラークレーンなど背の高い重機を用いた施工ができず、比較的杭長の短い杭しか適用できない場合でも、3本の両端テーパー杭1(1A,1B,1C)を、外側に大径の鋼管杭本体2が配置されるようにして鋼管杭本体2の径方向に重ねて地盤上に設置したうえで、鋼管杭本体2Aを有する両端テーパー杭1Aから順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1のうち、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bに、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aを係合させるので、地盤に必要深さの接続テーパー杭10を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
また、両端テーパー杭1,1を溶接接合(杭継ぎ溶接接合)していないので、地震の際、地盤に液状化が発生しても、図5に示すように、上下に隣り合う両端テーパー杭1,1の先細りテーパー部3と先太りテーパー部4とが離れ、その隙間Sから液状化水が接続テーパー杭10内に入り込み、最も上端の両端テーパー杭1Cの浮き上がりが発生しないので、当該両端テーパー杭1Cに支持されている上方の建物に悪影響を与えない。
また、杭の上部は通常、コンクリートで形成される建物の基礎梁や構造物のフーチングに埋め込まれる。この場合、杭上部と、基礎梁やフーチングとを繋ぐ構造として、杭内への鉄筋カゴの設置や、杭上部への鉄筋の溶接が行われる。
これに対し、本実施の形態では、上段の両端テーパー杭1Cの上端に先太りテーパー部4Cを有しているので、この先太りテーパー部4Cが基礎梁やフーチングに埋め込まれて、先太りテーパー部4Cで荷重の伝達が可能となる。したがって、従来の鉄筋カゴや鉄筋の溶接を省略できる。
さらに、地盤に接続テーパー杭10を施工する前段階では、図3に示すように、両端テーパー杭1A,1B,1Cを径方向に重ねて配置できるので、この状態で現場にトラック等で搬送でき、搬送効率がよい。
また、本実施の形態では、地盤に両端テーパー杭1A,1B,1Cを順次押し込むようにして埋設したが、プレボーリング工法を利用して埋設してもよい。すなわち、地盤に穴を施工し、当該穴に接続テーパー杭10を挿入してもよい。
例えば、オーガー施工機などにより地盤に穴を施工し、必要に応じて泥水または固化液等で前記穴を満たし、そこに、両端テーパー杭1A,1B,1Cを、杭軸方向に配置し、隣り合う先細りテーパー部3と先太りテーパー部4とが係合する形で、杭軸方向に接続された接続テーパー杭10を、前記穴に落とし込むことで施工してもよい。
このような接続テーパー杭10の施工方法では、杭継ぎ溶接をせずに急速に接続テーパー杭10を落とし込むことが可能となり、工期の短縮化を図ることができる。
また、地盤に、両端テーパー杭1Aとほぼ等しいか若干小さい径を有する穴を施工したうえで、図3に示すように、内側から順に両端テーパー杭1A、両端テーパー杭1B、両端テーパー杭1Cを同軸に配置するとともに、先細りテーパー部3A,3B,3Cを下方に向けて地盤に設置し、次に、棒状治具12によって両端テーパー杭1Aから順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1のうち、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bに、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aを係合させることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭10を施工してもよい。
また、地盤に、両端テーパー杭1Cとほぼ等しいか若干大きい径を有する穴を施工したうえで、この穴に、内側から順に両端テーパー杭1A、両端テーパー杭1B、両端テーパー杭1Cを同軸に配置したものを落とし込み、次いで、両端テーパー杭1Cを引き上げて、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭1,1のうち、下方の両端テーパー杭1の先太りテーパー部4の外径部4bに、上方の両端テーパー杭1の先細りテーパー部3の内径部3aを係合させることによって、両端テーパー杭1B,1Aを順次引き上げて地盤に所定長さの接続テーパー杭10を施工してもよい。この場合、両端テーパー杭1と地盤との隙間には固化液等を充填する。
また、本実施の形態において中堀工法を併用してもよい。例えば、接続テーパー杭10の最も下端に位置する両端テーパー杭1Aの下端の先細りテーパー部3Aを除去するとともに、接続テーパー杭10にアースオーガを挿通し、接続テーパー杭10の中空部を掘削しながら杭自重、圧入または打撃を加えることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭10を施工してもよい。
(第2の実施の形態)
図6は第2の実施の形態の接続テーパー杭20を示す断面図である。この接続テーパー杭20は3本(3種類)の両端テーパー杭21(21A,21B,21C)によって構成されている。これら両端テーパー杭21A,21B,21Cは、それぞれの鋼管杭本体22(22A,22B,22C)の径が異なっており、鋼管杭本体22A、鋼管杭本体22B、鋼管杭本体22Cの順でそれらの径が大きくなっている。
また、鋼管杭本体22A,22B,22Cの杭軸方向(図6において上下方向)の長さはほぼ等しくなっており、両端テーパー杭21A,21B,21Cのそれぞれの先細りテーパー部23(23A,23B,23C)および先太りテーパー部24(24A,24B,24C)の杭軸方向の長さもほぼ等しくなっている。したがって、両端テーパー杭21A,21B,21Cの杭軸方向の長さはほぼ等しくなっている。
また、上下に隣り合う両端テーパー杭21,21において、先太りテーパー部24Aの内径と先細りテーパー部23Bの外径とがほぼ等しく、先太りテーパー部24Bの内径と先細りテーパー部23Cの外径とがほぼ等しくなっている。
なお、鋼管杭本体22A,22B,22Cの杭軸方向の長さを異ならせてもよいが、先細りテーパー部23A,23B,23Cおよび先太りテーパー部24A,24B,24Cの杭軸方向の長さは、後述するように上下に隣り合う両端テーパー杭21,21どうしを接続するために、ほぼ等しくするのが好ましい。
また、上下方向(杭軸方向)に隣り合う両端テーパー杭21,21において、上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bに、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aが係合することによって、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21が接続されている
すなわち、中段の両端テーパー杭21Bの先細りテーパー部23Bの外径部23bに、下段の両端テーパー杭21Aの先太りテーパー部24Aの内径部24aが係合するとともに、上段の両端テーパー杭21Cの先細りテーパー部23Cの外径部23bに、中段の両端テーパー杭21Bの先太りテーパー部24Bの内径部24aが係合することによって、3種類の両端テーパー杭21A,21B,21Cが杭軸方向に接続されている。
また、杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23と、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24とを必要に応じて連結してもよい。この場合、例えば、機械的に連結するか接着剤によって連結すればよい。なお、溶接によって連結してもよいが、この場合現場での溶接の手間がかからないように、先細りテーパー部23と先太りテーパー部24とを全周溶接でなく、周方向に所定間隔で溶接する。
なお、本実施の形態では、3種類の両端テーパー杭21A,21B,21Cによって接続テーパー杭20を構成したが、2種類または4種類以上の両端テーパー杭21を杭軸方向に接続することによって、接続テーパー杭を構成してもよい。
次に前記のような接続テーパー杭20を地盤に施工する方法の一例について図6および図7を参照して説明する。
まず、図7(a)に示すように、最も小径の鋼管杭本体22Aを有する両端テーパー杭21Aを、先細りテーパー部23Aを下方に向けて地盤に設置する。
次に、この両端テーパー杭21Aを適宜の施工機械によって上方から下方に向けて地盤に押し込む。
次に、両端テーパー杭21Aを所定深さだけ地盤に押し込んだ後、図7(b)に示すように、両端テーパー杭21Aの上端の先太りテーパー部24Aの内径部24aに、次の両端テーパー杭21Bの下端の先細りテーパー部23Bの外径部23bを係合したうえで、両端テーパー杭21Bを下方に向けて押し込む。
両端テーパー杭21Bを押し込んで行くと、当該両端テーパー杭21Bの下端の先細りテーパー部23Bによって、両端テーパー杭21Aの上端の先太りテーパー部24Aが下方に押圧され、これによって、両端テーパー杭21Aが下方に押し込まれて行く。
次に、両端テーパー杭21Bを所定深さだけ地盤に押し込んだ後、図7(c)に示すように、両端テーパー杭21Bの上端の先太りテーパー部24Bの内径部24aに、次の両端テーパー杭21Cの下端の先細りテーパー部23Cの外径部23bを係合したうえで、両端テーパー杭21Cを下方に向けて押し込む。
両端テーパー杭21Cを押し込んで行くと、当該両端テーパー杭21Cの下端の先細りテーパー部23Cによって、両端テーパー杭21Bの上端の先太りテーパー部24Bが下方に押圧され、これによって、両端テーパー杭21Bが下方に押し込まれて行く。
さらに、両端テーパー杭21Cを所定深さだけ下方に向けて押し込むと、図6に示すように、地盤に接続テーパー杭20が施工される。
このようにして鋼管杭本体22Aを有する両端テーパー杭21Aから順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21のうち、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aに上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bを係合させることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭20が施工される。
本実施の形態によれば、両端テーパー杭21を杭軸方向に接続する場合、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21のうち、上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bに、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aが係合することによって、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21が接続されているので、従来のような溶接作業が不要となる。したがって、施工コストを大きく削減できる。
また、比較的径が大きい両端テーパー杭21を容易に製造できるため、複数(3本)の両端テーパー杭21(21A,21B,21C)を杭軸方向に接続した比較的径が大きい接続テーパー杭20を容易に施工できる。
さらに、鋼管杭本体22Aを有する両端テーパー杭21Aから順次地盤に埋設する際に、上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bによって、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aを上方から押圧することができる。したがって、複数(3本)の両端テーパー杭21を地盤上から順次押し込んで埋設して、接続テーパー杭20を施工できる。
また、このような接続テーパー杭20は、通常の建物の自重など、接続テーパー杭20に鉛直下向きの荷重が作用する場合に有効な支持杭(押し込み抵抗杭)となる。
また、橋梁の橋桁の下など上空制限があり、3点式杭打ち機やクローラークレーンなど背の高い重機を用いた施工ができず、比較的杭長の短い杭しか適用できない場合でも、両端テーパー杭21を順次地盤に設置して埋設して行くとともに杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21のうち、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aに上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bを係合させるので、地盤に必要深さの接続テーパー杭20を、現場での杭継ぎ溶接接合をすることなく容易に施工できる。
また、上段の両端テーパー杭21Cの上端に先太りテーパー部24Cを有しているので、この先太りテーパー部24Cが基礎梁やフーチングに埋め込まれて、先太りテーパー部24Cで荷重の伝達が可能となる。したがって、従来の鉄筋カゴや鉄筋の溶接を省略できる。
さらに、地盤に接続テーパー杭20を施工する前段階では、図8に示すように、両端テーパー杭21A,21B,21Cを径方向に重ねて配置できるので、この状態で現場にトラック等で搬送でき、搬送効率がよい。
また、本実施の形態では、地盤に両端テーパー杭21A,21B,21Cを順次押し込むようにして埋設したが、プレボーリング工法を利用して埋設してもよい。すなわち、地盤に穴を施工し、当該穴に接続テーパー杭20を挿入してもよい。
例えば、オーガー施工機などにより地盤に穴を施工し、必要に応じて泥水または固化液等で前記穴を満たし、そこに、両端テーパー杭21A,21B,21Cを、杭軸方向に配置し、隣り合う先細りテーパー部23と先太りテーパー部24とが係合する形で、杭軸方向に接続された接続テーパー杭20を、前記穴に落とし込むことで施工してもよい。この場合、隣り合う先細りテーパー部23と先太りテーパー部24とを、機械的に連結するか接着剤によって連結しておく
このような接続テーパー杭20の施工方法では、杭継ぎ溶接をせずに急速に接続テーパー杭20を落とし込むことが可能となり、工期短縮に寄与できる。
また、地盤に、両端テーパー杭21Aとほぼ等しいか若干小さい径を有する穴を施工したうえで、図7に示すように、両端テーパー杭21A、両端テーパー杭21B、両端テーパー杭21Cを順次押し込むとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21のうち、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aに上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bを係合させることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭20を施工してもよい。
また、地盤に両端テーパー杭21Cとほぼ等しいか若干大きい径を有する穴を施工したうえで、この穴に、両端テーパー杭21A、両端テーパー杭21B、両端テーパー杭21Cの順でこれらを落とし込むとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭21,21のうち、下方の両端テーパー杭21の先太りテーパー部24の内径部24aに上方の両端テーパー杭21の先細りテーパー部23の外径部23bを係合させることによって、地盤に所定長さの接続テーパー杭20を施工してもよい。この場合、両端テーパー杭21と地盤との隙間には固化液等を充填する。
図9は、第1の実施の形態における接続テーパー杭10によって構成された液状化対策構造の一例を示す断面図である。
図9に示すように、基礎地盤31は、下層の非液状化層32の上方に配置された上層部33の略全体が、例えば滞水した砂層やシラス層等からなる液状化層34となっており、この上層部33が液状化層34となった基礎地盤31の表層部35を複数の接続テーパー杭10を用いて効果的に締め固めることにより、液状化対策として、地盤改良体を上層部33に形成することなく、基礎地盤31を簡易且つ効果的に補強できるようにしたものである。
そして、本実施の形態の液状化対策構造は、複数の接続テーパー杭10を、上層部33に液状化層34を含む基礎地盤31の表層部35に、径の小さな両端テーパー杭1Aを下方に向けて埋設することによって、群杭を形成するように所定のピッチで設置して、上層部33の上部である、基礎地盤31の表層部35を締め固めることによって構成されている。
群杭を形成するように設置された接続テーパー杭10では、上段の両端テーパー杭1Cの上端に先太りテーパー部4Cを有しているので、この先太りテーパー部4Cが基礎梁36やフーチングに埋め込まれて、先太りテーパー部4Cで荷重の伝達が可能となる。したがって、従来の鉄筋カゴや鉄筋の溶接を省略できる。
また、地震の際、地盤に液状化が発生しても、上下に隣り合う両端テーパー杭1,1の先細りテーパー部3と先太りテーパー部4とが離れ、その隙間から液状化水が接続テーパー杭10内に入り込み、最も上端の両端テーパー杭1Cの浮き上がりが発生しないので、当該両端テーパー杭1Cによって支持されている上方の建物に悪影響を与えない。
なお、本実施の形態では、接続テーパー杭10によって液状化対策構造を構成したが、これに限ることなく、前記接続テーパー杭20を用いて構成してもよく、さらには、地盤の状態や支持すべき基礎梁やフーチングの形状、大きさ、重さによって、接続テーパー杭10と接続テーパー杭20を適宜混ぜて設置してもよく、接続テーパー杭10,20を構成する両端テーパー杭1,21の本数を増減してもよい。
また、一般住宅等の比較的軽量な建物の基礎梁やフーチングを支持する場合、接続テーパー杭10,20に代えて、両端テーパー杭1,21を単体で用いてもよい。
1,1A,1B,1C,21,21A,21B,21C 両端テーパー杭
2,2A,2B,2C,22,22A,22B,22C 鋼管杭本体
3,3A,3B,3C,23,23A,23B,23C 先細りテーパー部
4,4A,4B,4C,24,24A,24B,24C 先太りテーパー部
10,20 接続テーパー杭
3a 内径部
4b 外径部
24a 内径部
23b 外径部

Claims (8)

  1. 筒状の鋼管杭本体と、この鋼管杭本体の下端部に設けられて、下方に向かうほど外径および内径が先細りする先細りテーパー部と、前記鋼管杭本体の上端部に設けられて、上方に向かうほど外径および内径が先太りする先太りテーパー部とを有することを特徴とする両端テーパー杭。
  2. 請求項1に記載の両端テーパー杭を杭軸方向に複数接続してなる接続テーパー杭であって、
    杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭のうち、上方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体が下方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体より大径となっており、
    上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されていることを特徴とする接続テーパー杭。
  3. 請求項1に記載の両端テーパー杭を杭軸方向に複数接続してなる接続テーパー杭であって、
    杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭のうち、上方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体が下方の両端テーパー杭の前記鋼管杭本体より大径となっており、
    上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部に、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部が係合することによって、杭軸方向に隣り合う前記両端テーパー杭が接続されていることを特徴とする接続テーパー杭。
  4. 杭軸方向に隣り合う上方の両端テーパー杭の先細りテーパー部と、下方の両端テーパー杭の先太りテーパー部とが連結されていることを特徴とする請求項2または3に記載の接続テーパー杭。
  5. 請求項2に記載の接続テーパー杭を地盤に施工する接続テーパー杭の施工方法であって、
    前記鋼管杭本体が異なる径の複数の前記両端テーパー杭を、外側に大径の鋼管杭本体が配置されるようにして前記鋼管杭本体の径方向に重ねて地盤上に設置し、
    次に、小径の鋼管杭本体を有する前記両端テーパー杭から順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の外径部に、上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の内径部を係合させることを特徴とする接続テーパー杭の施工方法。
  6. 請求項3に記載の接続テーパー杭を地盤に施工する接続テーパー杭の施工方法であって、
    小径の前記鋼管杭本体を有する前記両端テーパー杭から順次地盤に埋設して行くとともに、杭軸方向に隣り合う両端テーパー杭のうち、下方の前記両端テーパー杭の先太りテーパー部の内径部に上方の前記両端テーパー杭の先細りテーパー部の外径部を係合させることを特徴とする接続テーパー杭の施工方法。
  7. 地盤に穴を施工し、当該穴に請求項2〜4のいずれか1項に記載の接続テーパー杭を挿入することを特徴とする接続テーパー杭の施工方法。
  8. 表層部に液状化層を含む基礎地盤に、請求項1に記載の両端テーパー杭、請求項2に記載の接続テーパー杭または請求項3項に記載の接続テーパー杭が群杭を形成するように所定ピッチで圧入されることによって、前記表層部が締め固められていることを特徴とする液状化対策構造。
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