JP2016037706A - 基礎杭の杭頭部補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎杭の杭頭部を効果的に補強することが可能な基礎杭の杭頭部補強工法を提供する。
【解決手段】基礎杭Ａの杭頭部Ｂの周囲に硬化性流動体２０を打設して鉄筋籠２１入りの補強体２２を構築するための空間１４を形成する筒状体と、該筒状体の外周面に設けられたねじ込み作用を有する羽根と、杭頭部が貫通する貫通穴を有して筒状体の底部に着脱自在に取り付けられて該底部を閉じる底蓋とを備える、掘削管１０を使用し、該掘削管を基礎杭が埋設されている施工地盤に回転貫入させる、回転貫入工程と、杭頭部の周囲の空間内に鉄筋籠を設置する設置工程と、杭頭部の周囲の空間内に硬化性流動体を打設する打設工程と、底蓋を残して、掘削管を施工地盤から撤去する撤去工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、上部構造物の基礎となる基礎杭の杭頭部補強工法に関する。

阪神淡路大震災や東日本大震災では、大きな地震力を受けて建築物等の基礎杭が損傷して建築物等が倒壊したり傾いたりするなどの事故が発生していた。各種機関の調査によると、これらの事故の大部分は杭頭部の損傷により生じたことが判明している。杭頭部（杭上部、及び杭頭とフーチングの接合部を含む）の強度が不足していたり、設計で想定した以上の地震力を受けていたりしたことが原因とされている。

一方、近年各種杭工法の開発がなされ、従来よりも大きな鉛直支持力を持つ工法が多数開発されている。ところが、杭に作用する鉛直荷重に比例して水平荷重も増大するため、設計上杭頭部の曲げモーメントに対応できないことがある。その結果、基礎杭が有する大きな鉛直支持力を有効に活用できない場合がある。特に杭頭付近の地盤が軟弱な場合は、この傾向が強いことが判明している。

以上のようなことから杭頭部の補強技術について種々提案されている。例えば、鋼管杭よりも大径の筒状ケーシングを利用する施工方法が提案されている（特許文献１参照）。この施工方法では、まず筒状ケーシングを地中に貫入させてから筒状ケーシングの内側の土砂を掘削し、筒状ケーシング内部に空間を形成し、次いでこの空間の中央に鋼管杭を配置し、該鋼管杭を地中に回転貫入させ、次いで鋼管杭の外周面と筒状ケーシングの内周面との間に鉄筋を挿入し、次いで鋼管杭の外周面と筒状ケーシングの内周面との間にコンクリートを打設し、この後筒状ケーシングを地中から引き抜くことにより、杭頭部を鉄筋コンクリートで補強している。

また、別の施工方法として、地盤を拡大掘削する外枠体と、鋼管杭の杭芯をヤットコの回転中心に略一致させた状態で保持するガイドとを備えるヤットコを利用する施工方法も提案されている（特許文献２参照）。この施工方法では、まず鋼管杭の杭芯をヤットコの回転中心に略一致させて状態で保持し、次いで鋼管杭を地中に埋設するとともに外枠体により鋼管杭の周辺を拡大掘削し、この後ヤットコを引き上げ、拡大掘削した部分に地盤改良材を打設することにより、鋼管杭の杭頭部を地盤改良材で補強している。

特開２００５−２３２６９４号公報 特開２０１１−１１７２１６号公報

前者の施工方法では、ケーシング内の掘削作業に杭打機とは別の重機（クレーンとハンマーグラブ等の管内掘削機）が必要である上に、掘削残土が発生する課題がある。

後者の施工方法では、掘削残土が発生しないものの、鋼管杭の支持層貫入と外枠体をもつヤットコを同時に貫入させる必要があり、施工することは実際には難しい。通常の鋼管杭でも支持層貫入に施工機械の能力一杯近いトルクが必要になるが、本施工方法ではこれに加え、大きな径の外枠体を貫入させるための大きなトルクを付加する必要があり、杭打機が大型化するとともに、必要なトルクが杭体の許容ねじりトルクを上回り、施工できない恐れが強い。また、トルクの問題だけでなく、推進力の問題も生じる。回転貫入用の羽根には杭を下方に押し込む推進力が発生するが、大きな径を有する外枠体を貫入させるには非常に大きな推進力が必要で、鋼管杭に設けた羽根の推進力だけでは不足し、鋼管杭が空廻りする恐れがある。さらに、地盤改良材（実際にはセメントミルクやコンクリート）で杭頭を補強しても、鉄筋が入っていないため、大きな水平力が作用する地震時にひび割れが生じ、信頼性の高い補強効果が得られない課題がある。さらにまた、この後者の施工方法では、地盤改良材の中に鉄筋を入れることができない課題もある。

本発明は杭打機とは別の重機が必要になったり、掘削残土が発生したり、ヤットコを回転貫入させるために必要なトルクが基礎杭の許容ねじりトルクを上回り施工できない恐れがあったりするなどの、課題が生じることなく、基礎杭の杭頭部を効果的に補強することが可能な基礎杭の杭頭部補強工法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の基礎杭の杭頭部補強工法は、地盤中に埋設した基礎杭の杭頭部補強工法であって、前記基礎杭の杭頭部の周囲に硬化性流動体を打設して鉄筋籠入りの補強体を構築するための空間を形成する筒状体と、該筒状体の外周面に設けられたねじ込み作用を有する羽根と、前記杭頭部が貫通する貫通穴を有して前記筒状体の底部に着脱自在に取り付けられて該底部を閉じる底蓋とを備える、掘削管を使用し、前記杭頭部が前記貫通穴を介して前記空間内に貫入し、前記底蓋が前記補強体により施工地盤に区画される補強区間の下端に位置するまで、前記掘削管を前記基礎杭が埋設されている施工地盤に回転貫入させる、回転貫入工程と、前記回転貫入工程の前に、あるいは前記回転貫入工程後に、前記杭頭部の周囲の前記空間内に前記鉄筋籠を設置する設置工程と、前記杭頭部の周囲の前記空間内に前記硬化性流動体を打設する打設工程と、前記底蓋を残して、前記掘削管を前記施工地盤から撤去する撤去工程と、を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、筒状体の外周面にねじ込み作用を有する羽根を設け、筒状体の底部に貫通穴を有した底蓋を着脱自在に取り付けて閉じた掘削管を使用し、該掘削管を基礎杭が埋設されている施工地盤中に回転貫入させて、基礎杭の杭頭部を、貫通穴を介して掘削管の空間内に貫入させているので、杭打機とは別の重機が必要になったり、掘削残土が発生したりせず、また既に回転貫入させた基礎杭の施工地盤に掘削管を回転貫入させるので、掘削管を回転貫入させるために必要なトルクが基礎杭の許容ねじりトルクを上回り施工できない恐れが生じたりすることもない。また、掘削管の空間内に鉄筋籠を設置して硬化性流動体を打設して補強体を構築することから、補強体と基礎杭との合成効果により、基礎杭単体の数倍以上の剛性と曲げ・せん断耐力を発揮でき、杭頭部の強度を大幅に増強できるとともに、基礎杭の鉛直支持力を有効に活用することができ、このため、基礎杭の杭頭部に発生する曲げモーメントと水平変位を大幅に（数分の一）低減でき、設計上杭径を小さくすることもできる。さらに、鉄筋籠をフーチングまで伸ばすことにより、補強体とフーチングとが一体化し、両者の間の力の伝達がスムーズになり、杭頭結合部の信頼性が大幅に向上する。さらにまた、使用する重機は杭打ち機だけで既設杭の杭頭部周囲に補強体を構築でき、低コストで施工ができる。

本発明の基礎杭の杭頭部補強工法の一実施例における施工手順を概略的に示す説明断面図で、（ａ）は基礎杭の施工工程を示す説明断面図、（ｂ）は掘削管の建込み工程を示す説明断面図、（ｃ）は掘削管の回転貫入工程を示す説明断面図、（ｄ）は鉄筋籠の設置工程を示す説明断面図、（ｅ）は硬化性流動体の打設工程を示す説明断面図、（ｆ）は掘削管の撤去工程を示す説明断面図である。 本発明の基礎杭の杭頭部補強工法の他の実施例における施工手順を概略的に示す説明断面図で、（ａ）は基礎杭の施工工程を示す説明断面図、（ｂ）は掘削管の建込み工程を示す説明断面図、（ｃ）は掘削管の回転貫入工程を示す説明断面図、（ｄ）は硬化性流動体の打設工程を示す説明断面図、（ｅ）は掘削管の撤去工程を示す説明断面図である。 図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法で使用する掘削管を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部省略した拡大縦断面図である。 基礎杭に杭打機の回転力を伝達する回転金具を取り付けた場合の貫通穴の一例を示し、（ａ）は回転金具を取り付けた基礎杭の杭頭部分の側面図、（ｂ）は（ａ）に示す回転金具が通るように形成した貫通穴の平面図である。 底蓋を筒状体の底部に着脱可能に取り付ける一例を示す説明図で、（ａ）は底部に切り込みを設けた筒状体の一部省略した説明斜視図、（ｂ）は切り込みに嵌る突起を設けた底蓋の説明平面図、（ｃ）はその説明側面図、（ｄ）は筒状体の切り込みに底蓋の突起を嵌め込んだ状態を示す説明部分側面図である。 図５に示すようにして底蓋を着脱可能に取り付けた掘削管から底蓋を外す方法の一例を示す説明断面図である。 図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法により形成された硬化性流動体からなる鉄筋籠入りの補強体を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。 図７に示す鉄筋籠入りの補強体の変形例を示し、（ａ）は前記杭頭部の上端より突出する高さを有する鉄筋籠を使用した補強体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す補強体上に鉄筋籠を巻き込んでフーチングを形成した状態の縦断面図である。 図３の掘削管の第１変形例を示す一部切欠した側面図である。 図３の掘削管の第２変形例を示し、（ａ）は底蓋部分の裏面図、（ｂ）は一部切欠した側面図である。 図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法の第１変形例で、（ａ）は基礎杭の施工時に使用されるヤットコを、掘削管の回転貫入の案内にも引き続き利用できるように、ガイド兼用ヤットコに構成した説明縦断面図、（ｂ）はガイド兼用ヤットコに案内されて掘削管の回転貫入を開始する状態を説明するための一部切欠した説明縦断面図である。 図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法の第２変形例で、（ａ）は掘削管を地盤中に回転貫入させた後、底蓋の貫通穴から掘削管内に貫入した杭頭部の周面に付着した泥土をブラシで除去する状態を説明する説明断面図、（ｂ）は（ａ）のブラシの代わりにノズルから水を噴射して泥土を除去する状態を説明する説明断面図である。

本発明の基礎杭の杭頭部補強工法の実施例（図１、図２参照）で使用する掘削管について、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。掘削管１０は、鋼管製の筒状体１１と、筒状体１１の外周面に取り付けられたねじ込み作用を有する羽根１２と、筒状体１１の底部に着脱可能に取り付けられて該底部を閉じる底蓋１３とを備える。

前記筒状体１１は、施工地盤に貫入した基礎杭Ａ（図１、図２参照）の杭頭部Ｂの周囲に硬化性流動体２０（図１、図２、図９参照）を打設するための空間１４を形成するものである。この硬化性流動体２０により鉄筋籠２１入りの補強体２２が構築される。筒状体１１の内径や軸方向長さ（高さ）は構築しようとする補強体２２の寸法に基づいて設定される。補強体２２の外径は、例えば基礎杭Ａの外径の２倍乃至４倍に設定され、また軸方向長さ（高さ）は、例えば杭頭部Ｂ付近の地盤の硬さにもよるが、補強体２２の外径の３倍乃至６倍に設定される。そうすると、筒状体１１の内径は、補強体２２の外径と同じか（基礎杭Ａの外径よりも２倍ないし４倍）、それよりも若干大きめに設定される。また、筒状体１１の軸方向長さは、筒状体１１が施工地盤に回転貫入され、前記底蓋１３の部分が補強体２２によって施工地盤に区画される補強区間Ｈ（図１、図２参照）の下端付近に位置に到達したとき（回転貫入が完了したとき）、筒状体１１の上端部分が施工地盤面から突出する寸法に設定される。これは所定の深さに補強区間Ｈを形成する一方で、硬化性流動体２０の打設後に杭打機により筒状体１１を施工地盤から容易に撤去が行えるようにするためである。なお、基礎杭Ａは、事前に杭打機により先端が支持層まで埋設された円筒形断面の既成杭である。また、鉄筋籠２１は、多数の直状鉄筋と円環状鉄筋とを組み合わせて籠状に形成したものである。また、硬化性流動体２０は、施工時に流動性を有し、施工後は時間の経過に伴い硬化する、コンクリートやセメントモルタルなどの土木・建築用材料である。

前記羽根１２は、螺旋翼などのねじ込み作用を有するものから形成されるが、ねじ込み作用を有するものであれば、その形状は問わず、方形状の細長い板片を水平に対して若干傾斜させて配置した形状でもよい。羽根１２の寸法は、施工地盤の固さに合わせて設定されるが、前記筒状体１１の外径の１．５倍以下が望ましい。羽根１２は、前記筒状体１１の底部寄りの外周面に取り付けられる。

前記底蓋１３は、例えば鋼板製で、その中央部に前記基礎杭Ａの杭頭部Ｂが貫通する貫通穴１５が形成される。この貫通穴１５の内径は杭頭部Ｂの外径よりも若干大きく設定される。底蓋１３の外径は、筒状体１１への取り付け方法により異なるが、筒状体１１の底部に嵌め込む場合には筒状体１１の内径よりも若干小さく設定される。なお、基礎杭Ａが径の細い回転貫入鋼管の場合、図４（ａ）に示すように、杭頭部Ｂの上端寄りの周面（側面）に杭打機の回転力を基礎杭Ａに伝達するための回転金具Ｃを設けることが多いので、これに合わせて図４（ｂ）に示すように、貫通穴１５に回転金具Ｃを通すための凹部１５ａを設けることがある。底蓋１３の形状については特に制限がないが例えば製造コストが安価なドーナツ板状でもよい。

図５（ａ）乃至（ｄ）は、前記底蓋１３を前記筒状体１１の底部に着脱可能に嵌め込んだ一例を示している。筒状体１１には、図５（ａ）に示すように、その底部に下端が開口した所定深さの切り込み部１１ａが周方向に適宜間隔をあけて複数個（例えば４個）設けられる。底蓋１３には、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、その周縁に切り込み部１１ａに取り外し可能に嵌め込まれる突起１３ａが周方向に適宜間隔をあけて複数個（例えば４個）設けられる。これら突起１３ａを、図５（ｄ）に示すように、切り込み部１１ａに嵌め込むことにより底蓋１３が筒状体１１の底部に着脱自在に取り付けられる。この場合、底蓋１３の外径は、上述したように筒状体１１の内径よりも若干小さく設定される。底蓋１３は、筒状体１１を施工地盤に回転貫入させる際には土砂により筒状体１１の底部側に押し付けられるので外れることはない。

図５（ａ）乃至（ｄ）に示す方法で取り付けた底蓋１３を筒状体１１の底部から外すには、例えば図６に示すように押し込み治具３０を使用する。具体的は前記鉄筋籠２１（図１、図２参照）の上端部分に押し込み治具３０を当てて、杭打機により押し込み治具３０を押し下げると、鉄筋籠２１の下端部分が底蓋１３を下方に押して突起１３ａを切り込み部１１ａから外す。これにより底蓋１３は筒状体１１から抜け出て外れる。なお、底蓋１３の底面（裏面）に爪部１３ｂを設けることにより、掘削管１０の回転貫入時に該爪部１３ｂにより地盤が掘削撹拌されて軟化するので、押し込み治具３０による底蓋１３の押し込みが容易になる。

図１（ａ）乃至（ｆ）を参照して本発明の基礎杭の杭頭部補強工法の一実施例を説明する。

図１（ａ）は基礎杭Ａの施工工程を示している。この施工工程では、杭打機により基礎杭Ａを施工地盤の最終深度まで回転貫入させる。基礎杭Ａとしては円筒形断面を有する杭で、ＰＨＣ杭等のコンクリート杭や鋼管杭が使用される。基礎杭Ａの施工法としては、回転貫入杭、中堀杭、プレボーリング杭などの既成杭に採用される一般的な施工法である。基礎杭Ａの先端（下端）は施工地盤中の固い支持層で支えられる。基礎杭Ａの上端にある杭頭部Ｂの頂部は、一般的には施工地盤面よりも下になる。

図１（ｂ）は掘削管１０の建込み工程を示している。この工程では、まず筒状体１１の底部に底蓋１３を着脱可能に取り付ける。この取り付けは、例えば図５（ａ）乃至（ｄ）に示す方法で行う。次いで、底蓋１３を取り付けた掘削管１０を杭打機（図示せず）に吊り下げ、掘削管１０の軸心が施工地盤内の基礎杭Ａの軸心と一致するように位置合わせを行う。この後に杭打機により掘削管１０を施工地盤に回転貫入させる。この際、掘削管１０は羽根１２のねじ込み作用を受けて施工地盤中に回転しながら進入する。

図１（ｃ）は掘削管１０の回転貫入工程を示している。この工程では、掘削管１０が施工地盤中に回転しながら進入する過程で基礎杭Ａの杭頭部Ｂが底蓋１３の貫通穴１５を貫通して掘削管１０内に貫入する。そして、底蓋１３が、所望の深度（補強体２２により区画される補強区間Ｈの下端）に到達するまで、杭打機により掘削管１０の回転貫入を続けると、掘削管１０内の杭頭部Ｂの周囲に補強体２２を構築するための空間１４が形成されて掘削管１０の回転貫入が完了する。掘削管１０の上端部分は、施工地盤面から突出している。

図１（ｄ）は鉄筋籠２１の設置工程を示している。この工程では、杭打機に鉄筋籠２１を吊り下げて、鉄筋籠２１を杭頭部Ｂの周囲の空間１４に設置する。そして、空間１４内への硬化性流動体２０の打設時に鉄筋籠２１が動かないように、鉄筋籠２１に対して必要な位置保持措置を講じる。鉄筋籠２１は、図１（ｅ）で示す硬化性流動体２０の打設時に硬化性流動体２０のかぶり厚さが６cm乃至10cm程度になるように、その外径が設定される。なお、掘削管１０の周囲の土砂は羽根１２により該周囲に押圧されて施工地盤上に排出（排土）されることはない。

図１（ｅ）は硬化性流動体２０の打設工程を示している。この工程では、シュートやトレミー管（図示せず）を使用し、掘削管１０の頭部から硬化性流動体２０を空間１４内に打設する。この打設の際、硬化性流動体２０の上面が補強体２２の予定高さよりも高くなるようにする。

図１（ｆ）は掘削管１０の撤去工程を示している。この工程では、掘削管１０を施工地盤から撤去する前に、例えば図６に示すように押し込み治具３０により底蓋１３を掘削管１０の底部から外しておく。このようにしてから、杭打機により掘削管１０を回転貫入時とは逆の方向に回転させることにより、施工地盤から引き上げて掘削管１０を撤去する。そうすると、掘削管１０の厚みに相当する体積分だけ硬化性流動体２０の上面高さが下がる。すなわち、掘削管１０を撤去することによって生じた隙間に硬化性流動体２０が広がり、この広がった分だけ硬化性流動体２０の高さが低くなる。図１（ｅ）に示す打設工程時に、硬化性流動体２０の上面が補強体２２の予定高さよりも高くなるようにするのは、硬化性流動体２０が広がって高さが低くなることを見込んでのことである。時間の経過に伴い、硬化性流動体２０が硬化し、杭頭部Ｂの周囲に強固な補強体２２が構築される。

図２（ａ）乃至（ｅ）を参照して本発明の基礎杭の杭頭部補強工法の他の実施例を説明する。なお、図中、図１（ａ）乃至（ｆ）に示す部分と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施例では、掘削管１０の回転貫入工程において、鉄筋籠２１を予め掘削管１０内に設置してから掘削管１０の回転貫入を開始する点を除いて図１（ａ）乃至（ｆ）に示す基礎杭の杭頭部補強工法の実施例と同じである。具体的には図２（ａ）に示す基礎杭Ａの施工工程は図１（ａ）に示す内容と同じであり、また図２（ｃ）に示す掘削管１０の回転貫入工程は図１（ｄ）に示す内容と同じであり、また図２（ｄ）に示す硬化性流動体２０の打設工程は図１（ｅ）に示す内容と同じであり、さらに図２（ｅ）に示す掘削管１０の撤去工程は図１（ｆ）に示す内容と同じであるので、それらの説明を省略し、図２（ｂ）に示す掘削管１０の建込み工程についてのみ説明する。

図２（ｂ）に示す掘削管１０の建込み工程では、鉄筋籠２１を予め筒状体１１内に設置し、底蓋１３を筒状体１１の底部に取り付ける。取り付け方法は、図１（ｂ）に示す建込み工程で説明した場合と同様に例えば図５（ａ）乃至（ｄ）に示す方法で行う。なお、鉄筋籠２１は予め底蓋１３に固定して一体化しておいてもよい。この後は、図１（ｂ）で説明した場合と同様に、掘削管１０を杭打機（図示せず）に吊り下げ、掘削管１０の軸心が施工地盤内の基礎杭Ａの軸心と一致するように位置合わせを行う。そして、杭打機により掘削管１０を施工地盤に回転貫入させる。本実施例では、図１に示す実施例に比して施工途中で鉄筋籠２１を筒状体１１に設置する工程を省くことが出来る。

図７（ａ）、（ｂ）は上述した図１（ａ）乃至（ｆ）に示す基礎杭の杭頭部補強工法又は図２（ａ）乃至（ｅ）に示す基礎杭の杭頭部補強工法により構築された補強体２２を示している。この補強体２２は、上述したように、鉄筋籠２１入りで、硬化性流動体２０から構成されており、外径は基礎杭Ａの外径の２倍乃至４倍で、軸方向長さは補強体２２の外径の３倍乃至６倍である。基礎杭Ａの杭頭部Ｂの周囲に補強体２２を構築して補強することにより、基礎杭Ａは杭単体の数倍乃至十数倍の剛性と曲げ・せん断耐力を発揮し、この結果、基礎杭Ａの水平変位と曲げモーメントは大幅に低減される（数分の一になる）。また、補強体２２により基礎杭Ａの杭頭部Ｂは地盤と接する部分が増加するために大きな水平地盤反力を受けることが可能となる。なお、残った底蓋１３は施工用部材であり、補強体２２の構築後の役目はない。

図８（ａ）、（ｂ）は、上述した図７（ａ）、（ｂ）に示す補強体２２の変形例を示している。図中、図７（ａ）、（ｂ）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。

本変形例の補強体２２では、補強体２２の軸方向長さよりも長く、杭頭部Ｂから上方に突出する長さの鉄筋籠２１を使用する。これにより、図８（ａ）に示すように、鉄筋籠２１の上端部分２１ａが補強体２２の上面から杭頭部Ｂよりも高く突出する。補強体２２の上面にフーチング２３を構築する際には、補強体２２の構築後に根切りをして補強体２２の上面に突出した鉄筋籠２１の上端部分２１ａを巻き込んでコンクリートを打設する。これにより、図８（ｂ）に示すように、補強体２２の上面にフーチング２３が構築され、補強体２２とフーチング２３が鉄筋籠２１で確実に一体化され、杭頭結合部の強度を格段と向上し、また荷重の伝達が確実になる。なお、図８（ｂ）では基礎杭Ａとフーチング２３との結合用鉄筋を省略して図示している。基礎杭Ａとフーチング２３との結合は、通常の基礎杭と同様に鉄筋籠を設置したり、杭頭部の側面に鉄筋を溶接したりして行う。

上述したように、図１（ａ）乃至（ｆ）に示す基礎杭の杭頭部補強工法や図２（ａ）乃至（ｅ）に示す基礎杭の杭頭部補強工法によれば、鋼管製の筒状体１１の外周面にねじ込み作用を有する羽根１２を設け、貫通穴１５を有する底蓋１３を筒状体１１の底部に着脱自在に取り付けて閉じた掘削管１０を使用し、この掘削管１０を基礎杭Ａが既に施工されている施工地盤に回転貫入させて貫通穴１５を介して掘削管１０内に基礎杭Ａの杭頭部Ｂを貫入させる一方、杭頭部Ｂの周囲に補強体２２を構築するための空間１４を形成するようにしているので、杭打機とは別の重機が必要になったり、掘削残土が発生したりせず、また掘削管１０を回転貫入させるために必要なトルクが基礎杭Ａの許容ねじりトルクを上回り施工できない恐れが生じたりすることもない。また、鉄筋籠２１が設置された空間１４に硬化性流動体２０を打設して、杭頭部Ｂの周囲に硬化性流動体２０からなる鉄筋籠２１入りの補強体２２を構築するようにしているので、基礎杭Ａと補強体２２の合成効果により、基礎杭Ａ単体の数倍乃至十数倍以上の剛性と曲げ・せん断耐力を発揮でき、このため、基礎杭Ａの杭頭部Ｂに発生する曲げモーメントと水平変位を大幅（数分の一）に低減できる。さらに、鉄筋籠２１をフーチング２３まで伸ばすことにより、補強体２２とフーチング２３が一体化し、両者の間の力の伝達がスムーズになり、杭頭結合部の信頼性が増す。さらにまた、使用する重機は杭打ち機だけで補強体を構築でき、低コストで施工ができる。

図９は図３の掘削管１０の第１変形例を示す一部切欠した側面図で、図３に示す部分と同一構成部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

杭打機から直接掘削管１０に回転力を伝えるには、杭打機のモータと掘削管１０とを接続する部材（通称キャップ）を、掘削管１０の外径に合わせたものに交換する必要、すなわち基礎杭Ａの施工に使用するキャップよりも大径のキャップに交換する必要がある。そこで、本変形例では、掘削管１０の上端に前記基礎杭Ａと同径の伝達管１６を配置し、この伝達管１６を介して掘削管１０に回転貫入させる回転力を伝達するようにして、キャップの交換を省いている。具体的には、前記掘削管１０の上端に円盤状の接続金具１７を取り付け、この接続金具１７の中央に伝達管１６を、掘削管１０の軸心Ｌと一致するように取り付けており、基礎杭Ａの施工後にキャップを交換することなく掘削管１０の回転貫入が行えるようにして、施工効率の向上を図っている。なお、掘削管１０の上端が接続金具１７により閉じられることから、接続金具１７には前記硬化性流動体２０を掘削管１０内に打設するための投入口１７ａが設けられる。鉄筋籠２１の設置を掘削管１０の施工地盤への回転貫入後に行う場合（図１（ｄ）参照）にあっては、接続金具１７を掘削管１０に対して着脱可能となる接続構造を採用する。回転貫入後、一旦接続金具１７を掘削管１０から外して鉄筋籠２１を設置した後に再び接続金具１７を掘削管１０に接続する。なお、接続金具１７としてテーパー管を使用してもよい。

図１０は、図３の掘削管１０の第２変形例を示し、図３に示す部分と同一構成部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３（ｂ）に示すように底蓋１３の下面が水平の場合、掘削管１０の施工地盤への回転貫入時に土砂からの大きな抵抗を受ける恐れがある。そこで、本変形例では、底蓋１３の下面（裏面）に複数枚（４枚）の三角形状の掘削板１８を放射状（十字状）に配置している。これにより、掘削管１０の施工地盤への回転貫入時、まず掘削板１８が底蓋１３下側の土砂を予め掘削軟化し、土砂を外側に誘導し、掘削管１０の施工地盤への貫入抵抗を緩和することが出来る。

図１１は、図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法の第１変形例である。図中、図１、図２、図３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。

基礎杭Ａの施工時において、ヤットコを利用して杭頭部Ｂを地中に埋設し、その後、ヤットコを引き抜くと、ヤットコで形成された穴の周囲の地盤が崩れて穴が土砂で埋まってしまうおそれがある。そうすると、掘削管１０の施工地盤への回転貫入前に崩れた土砂を穴から取り除くことが必要で、底蓋１３の貫通穴１５に杭頭部Ｂを貫通させる作業が面倒になる。そこで、本変形例では、基礎杭Ａの施工工程時に使用するヤットコを、引き続き掘削管１０の回転貫入時に掘削管１０を施工地盤に案内するのにも利用出来るようにしている。本変形例で使用するガイド兼用ヤットコ４０は、その上部４０ａの外径が基礎杭Ａ（杭頭部Ｂ）の外径とほぼ同じ（底蓋１３の貫通穴１５に貫通する寸法）に設定され、またその下部４０ｂの外径が基礎杭Ａ（杭頭部Ｂ）の内径よりも若干小さく（杭頭部Ｂに嵌め込むことが出来るように）設定される。ガイド兼用ヤットコ４０の長さは、その下部４０ｂを杭頭部Ｂに嵌め込んだときにその上部４０ａの上端部分が施工地盤から突出する長さに設定される。ガイド兼用ヤットコ４０は、図１１（ａ）に示すように、下部４０ｂを杭頭部Ｂに嵌め込むと鉛直を保ったまま自立する。掘削管１０の回転貫入時、図１１（ｂ）に示すように、施工地盤の表面から突出したガイド兼用ヤットコ４０（上部４０ａの上端部分）が、底蓋１３の貫通穴１５を貫通して掘削管１０を案内し、施工地盤への回転貫入と杭頭部Ｂの貫通穴１５への貫通がスムーズに行えるようにする。本変形例のガイド兼用ヤットコ４０は、杭頭部Ｂを地中に埋設した後に掘削管１０を施工地盤に案内するのにも使用することが出来るので、ヤットコとガイド部材とをそれぞれ準備する必要がない。また、杭頭部Ｂを埋設した後に直ぐに引き抜くことがないので、ヤットコで形成された穴の周囲の地盤が崩れることがない。

図１２は、図１又は図２で示す基礎杭の杭頭部補強工法の第２変形例である。図中、図１、図２、図３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。

底蓋１３の貫通穴１５の内径は杭頭部Ｂの外径より僅かに大きく設定して、杭頭部Ｂの貫通穴１５への貫通がスムーズに行えるようにする一方で、掘削管１０内への泥土の侵入を防止しているが、粘土質地盤の場合、杭頭部Ｂの周面に泥土が付着することがある。付着の程度にもよるが、泥土が付着すると杭頭部Ｂと補強体２２の合成効果が低下するおそれがある。そこで、本変形例では、掘削管１０の杭頭部Ｂの周囲の空間１４に硬化性流動体２０を打設する前に、付着した泥土を除去するようにしている。図１２（ａ）に示す場合では、掘削管１０の施工地盤への貫入中に掘削管１０内にブラシ５０を装着し、筒状体１１を回転させつつ上下動を繰り返して杭頭部Ｂの周面に付着した泥土をブラシ５０で除去する。また、図１２（ｂ）に示す場合では、掘削管１０の施工地盤への貫入中に掘削管１０内にノズル５１を装着し、このノズル５１を杭頭部Ｂの周囲で回転させつつ上下動を繰り返して洗浄液を噴射し、杭頭部Ｂの周面に付着した泥土を洗い流して除去する。

本発明の基礎杭の杭頭部補強工法は、杭頭部の強度を大幅に増強し、基礎杭の鉛直支持力を有効に活用する場合に適用できる。また、基礎杭の杭頭部付近の地盤が軟弱な場合において、杭頭部の強度を増強するのにも適用できる。

１０ 掘削管
１１ 筒状体
１２ 羽根
１３ 底蓋
１４ 空間
１５ 貫通穴
２０ 硬化性流動体（コンクリート）
２１ 鉄筋籠
２２ 補強体
３０ 押し込み治具
４０ ガイド兼用ヤットコ
Ａ 基礎杭
Ｂ 杭頭部

Claims (4)

1. 地盤中に埋設した基礎杭の杭頭部補強工法であって、
   前記基礎杭の杭頭部の周囲に硬化性流動体を打設して鉄筋籠入りの補強体を構築するための空間を形成する筒状体と、該筒状体の外周面に設けられたねじ込み作用を有する羽根と、前記杭頭部が貫通する貫通穴を有して前記筒状体の底部に着脱自在に取り付けられて該底部を閉じる底蓋とを備える、掘削管を使用し、
   前記杭頭部が前記貫通穴を介して前記空間内に貫入し、前記底蓋が前記補強体により施工地盤に区画される補強区間の下端に位置するまで、前記掘削管を前記基礎杭が埋設されている施工地盤に回転貫入させる、回転貫入工程と、
   前記回転貫入工程の前に、あるいは前記回転貫入工程後に、前記杭頭部の周囲の前記空間内に前記鉄筋籠を設置する設置工程と、
   前記杭頭部の周囲の前記空間内に前記硬化性流動体を打設する打設工程と、
   前記底蓋を残して、前記掘削管を前記施工地盤から撤去する撤去工程と、
   を備えてなることを特徴とする基礎杭の杭頭部補強工法。
2. 請求項１に記載の基礎杭の杭頭部補強工法において、
   前記鉄筋籠は、前記補強体の軸方向長さよりも長く、上端部分が前記杭頭部より突出した高さに設定されていることを特徴とする基礎杭の杭頭部補強方法。
3. 請求項１又は２に記載の基礎杭の杭頭部補強工法において、
   前記掘削管の上端に、前記掘削管の軸心と一致するように前記基礎杭と同径の伝達管を配置し、該伝達管を介して前記掘削管に前記地盤中に回転貫入させる回転力を伝達することを特徴とする基礎杭の杭頭部補強方法。
4. 請求項１に記載の基礎杭の杭頭部補強工法において、
   前記基礎杭の施工時に前記杭頭部を前記施工地盤面よりも下方に埋設するために使用するヤットコが、その上部が前記貫通穴を貫通する外径に設定され、その下部が前記杭頭部に嵌め込むことが出来る外径に設定され、その上部の一部が前記施工地盤面から突出するようにその軸方向長さが設定され、前記回転貫入工程時において前記掘削管の回転貫入を案内する、ガイド兼用ヤットコであることを特徴とする基礎杭の杭頭部補強工法。