JP2016079649A - 杭基礎用鋼棒杭およびそれを用いた杭基礎工法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に杭基礎の施工を行うことができ、地盤に安定して定着させることができる鋼棒杭を提供する。【解決手段】鋼材料で棒状に形成された杭本体１２と、杭本体の先端部に、その周囲に等配され杭本体の先端方向に向かって拡開するように基端部が固着された複数枚の板バネ１４と、杭本体と同等の長さを有し上端部に引き上げ用具が係合する係合孔２４が形設され管内部に杭本体が装入されるとともに板バネを、その先端側が管内壁面に圧接して閉じられるように収納する鞘管１６と、鞘管の上端開口部に装着され鞘管と共に杭本体を地盤に打ち込むときの打撃部をなすキャップ２６とを備えて鋼棒杭１０を構成した。【選択図】図１

Description

この発明は、主として軟弱な地盤上に構造物を建設する場合において、建築構造物を支える基礎とするために使用される杭基礎用鋼棒杭、ならびに、その鋼棒杭を用いて建築構造物を支えるための杭基礎を施工する杭基礎工法に関する。

軟弱な地盤上に構造物を建設する場合などにおいては、浅い基礎では構建築造物を支えることができない。このため、地盤に多数本の杭を打ち込んで建築構造物を支える基礎とする杭基礎工法が行われる。この杭基礎に用いられる杭としては、木杭、コンクリート杭、鋼杭などが用いられる。このうちの鋼杭には、鋼管を用いた鋼管杭やＨ形鋼を用いたＨ形鋼杭があるが、鋼杭を用いた杭基礎では、地盤に鋼杭を打ち込んで定着させ、鋼杭の上端部に鉄筋を固着するなどして、建築構造物を支える基礎としている。

鋼管杭を用いて杭基礎の施工を行うときは、例えば、掘削機で地盤に杭穴を縦に掘削するとともに、杭穴底部に拡径部を形成し、その杭穴に鋼管杭を、その先端部（下端部）が拡径部内に達するまで挿入し、その後に、鋼管杭の中空部を通して杭穴底部の拡径部にセメントやコンクリートを注入して充填する。そして、セメントやコンクリートを凝固させて、セメント等の拡径根部を形成するとともに、その拡径根部と鋼管杭の先端部とを結合させることにより、鋼管杭を地盤に定着させるようにする。

この場合において、拡径根部と鋼管杭の先端部との結合を強くし、十分な強度で根固めを行うことができるように、中空鋼管の先端部分に、相互の間隔を先端に向かって拡げた拡径姿勢をなす複数の帯状脚部を形成し、それら帯状脚部のばね弾性に抗して相互の間隔を先端に向かって狭めた縮径姿勢に保持するスリーブを帯状脚部に外嵌し、そのスリーブに衝撃受け部を固着し、衝撃受け部に衝撃が加えられることによってスリーブが帯状脚部から離脱し、帯状脚部がその弾性復元力によって拡径姿勢に復元するようにした鋼管杭が提案されている。そして、この鋼管杭を杭穴に挿入し、鋼管杭の先端部が杭穴の底部に達する前に、衝撃受け部に衝撃を加えることによって杭穴の拡径部内で帯状脚部を縮径姿勢から拡径姿勢に復元させ、その後に拡径部にセメントを注入して凝固させることにより、大きく拡径された鋼管杭の帯状脚部と強固に結合したセメント拡径根部が形成されるようにする（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−６２３６３号公報（第４−５頁、図１−図４）

特許文献１に記載されたような鋼管杭を用いて杭基礎を施工する方法では、地盤に杭穴を掘削して杭穴底部に拡径部を形成し、その杭穴に鋼管杭を挿入した後に、杭穴底部の拡径部にセメントやコンクリートを注入し凝固させてセメント等の拡径根部を形成し、拡径根部と鋼管杭の先端部とを強固に結合させる。これにより、鋼管杭に加わる上方への引き抜き力や左右への揺さ振り力などに対して耐え得るように鋼管杭の十分な根固めを行う必要がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、簡易に杭基礎の施工を行うことができ、地盤に安定して定着させることができる杭基礎用鋼棒杭を提供すること、ならびに、その鋼棒杭を用いて杭基礎を施工するための杭基礎工法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明では、上記目的を達成するために、鋼杭として中空鋼管ではなく鋼棒を用いるようにし、その鋼棒杭を地盤に確実に定着させるための工夫を施した。すなわち、請求項１に係る発明は、地盤に打ち込まれ定着して建築構造物を支える基礎となる杭基礎用鋼棒杭を、鋼材料で棒状に形成された杭本体と、この杭本体の先端部に、その周囲に等配され杭本体の先端方向に向かって拡開するように基端部が固着された複数枚の板バネと、前記杭本体と同等の長さを有し上端部に引き上げ用具が係合する係合部が形設され管内部に杭本体が装入されるとともに前記複数枚の板バネを、その先端側が管内壁面に圧接して閉じられるように収納する鞘管と、この鞘管の上端開口部に装着され鞘管と共に前記杭本体を地盤に打ち込むときの打撃部をなすキャップとを備えて構成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項1に記載の鋼棒杭において、複数本の鋼棒を継ぎ合わせて杭本体を構成し、その少なくとも先端側の鋼棒を角形鋼棒とし、その角形鋼棒の各面に板バネをそれぞれ取着したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、鋼杭を地盤に打ち込み定着させて建築構造物を支える基礎とする杭基礎工法において、上記した請求項１に係る発明の鋼棒杭を使用し、その鋼棒杭の鞘管の上端開口部にキャップを装着した状態で、キャップに対し下向きの打撃力を加えて鞘管と共に杭本体を、それらの上端部分だけが地表上に露出するように地盤に打ち込む工程と、前記鋼棒杭の鞘管上端部の係合部に引き上げ用具を係合させ、その引き上げ用具に上向きの力を加えて、杭本体を土壌中に残したまま鞘桿を土壌中から引き抜き、この動作に伴い、複数枚の板バネを、その復元力によって拡開させ、各板バネの先端を周囲の土壌壁面にそれぞれ食い込ませる工程と、前記鋼棒杭の杭本体に対し下向きの打撃力を加えて杭本体を、その上端部が地表から僅かに臨く程度までさらに地盤に打ち込み、この動作に伴い、複数枚の板バネを、土壌からの反力によりさらに大きく拡開させる工程とを含むことを特徴とする。

請求項１に係る発明の鋼棒杭においては、鞘管の上端開口部にキャップが装着された状態で、キャップに対し下向きの打撃力が加えられて鞘管と共に杭本体が地盤に打ち込まれた後、鞘管に対し上向きの力が加えられて、杭本体を土壌中に残したまま鞘桿が土壌中から引き抜かれると、鞘管によって拡開動作が規制されていた複数枚の板バネが、その復元力によって拡開し、板バネの先端が周囲の土壌壁面に食い込む。次いで、杭本体に対し下向きの打撃力が加えられて杭本体がさらに地盤に打ち込まれると、複数枚の板バネが土壌からの反力によりさらに大きく拡開する。このようにして、先端部に固着された複数枚の板バネが大きく拡開した状態で杭本体が地盤に定着する。
したがって、この鋼棒杭を使用して杭基礎の施工を行うときは、鋼棒杭が地盤に安定して定着し、このため、軟弱な地盤上などにもこの杭基礎によって建築構造物を堅固に支持することができる。また、この鋼棒杭を使用すると、杭基礎の施工が簡易になる。

請求項２に係る発明の鋼棒杭では、地盤に適当な深さまで適当な長さの鋼棒杭を打ち込むことができる。

請求項３に係る発明の杭基礎工法を用いると、簡易な工程により鋼棒杭を地盤に安定して定着させることができ、軟弱な地盤上などにも杭基礎によって建築構造物を堅固に支持することが可能になる。

この発明の実施形態の１例を示し、杭基礎用鋼棒杭を、その構成要素ごとに分離して示す斜視図である。 図１に示した杭基礎用鋼棒杭の主要部の構成を示し、杭本体および板バネを鞘管内に収納した状態を部分的に断面で表した正面図である。 図１に示した杭基礎用鋼棒杭を使用して杭基礎の施工を行う方法を説明するための図であって、（ａ）は、その１工程を示す模式図であり、（ｂ）は、その一部を拡大して作業方法を説明するための正面図である。 同じく説明図であって、１工程を示す正面図である。 同じく説明図であって、（ａ）は、その１工程を示す模式図であり、（ｂ）は、その一部を拡大して作業方法を説明するための正面図である。 同じく説明図であって、１工程を示す模式図である。 同じく説明図であって、（ａ）は、その１工程を示す模式図であり、（ｂ）は、その一部を拡大して作業方法を説明するための正面図である。 同じく説明図であって、１工程を示す模式図である。

以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、杭基礎用鋼棒杭１０は、鋼材料で棒状に形成された杭本体１２、この杭本体１２の先端部に固着された複数枚、図示例では４枚の板バネ１４、管内部に杭本体１２が装入され板バネ１４を収納する鞘管１６などを備えて構成されている。図１は、各構成要素ごとに分離した状態を示しており、図２は、断面で表した鞘管１６の管内部に杭本体１２を装入し板バネ１４を収納した状態を示している。

杭本体１２は、複数本、図示例では２本の鋼棒１８、２０を継ぎ合わせて構成されている。すなわち、この杭本体１２は、丸形鋼棒１８と角形鋼棒２０とをねじ軸棒２２で結合して一直線状に連接することにより構成されている。２本の鋼棒１８、２０のうちの角形鋼棒２０が杭本体１２の先端側となり、その角形鋼棒２０に板バネ１４が固着されている。板バネ１４は、鋼材料で細長い短冊形状に形成され、角形鋼棒２０の各面にそれぞれ取着されて、角形鋼棒２０の周囲に等配されている。そして、板バネ１４は、その基端部が角形鋼棒２０に固着され、４枚の板バネ１４が杭本体１２の先端方向に向かって拡開するように取り付けられている。なお、杭本体を１本の、例えば角形鋼棒で形成するようにしても構わない。

４枚の板バネ１４は、そのばね弾性により杭本体１２の先端方向に向かって拡開するように付勢されるが、その付勢力に抗して先端側が閉じられるように、先端側が管内壁面に圧接した状態で鞘管１６の内部に収納される。鞘管１６は、杭本体１２と同等の長さを有する丸形鋼管で形成されている。鞘管１６の上端部には、後述するように土壌中にある鞘管１６を上方へ引き上げて土壌中から引き抜くときに使用される引き上げ用具が係合するための一対の係合部（係合孔）２４が形設されている。また、この鋼棒杭１０は、鞘管１６の上端開口部に装着されるキャップ２６を有しており、キャップ２６は、鞘管１６の上端開口部に装着されて、鞘管１６と共に杭本体１２を地盤に打ち込むときの打撃部をなす。

各構成要素の寸法例を示すと、杭本体１２の丸形鋼棒１８は、直径が１２ｍｍ〜２０ｍｍで、長さが２５０ｍｍ〜７５０ｍｍであり、角形鋼棒２０は、１２ｍｍ〜２０ｍｍ角で、長さが２５０ｍｍであり、鞘管１６は、内径が５０ｍｍ〜７０ｍｍ、外径が６０ｍｍ〜８０ｍｍで、長さが５１０ｍｍ〜１，０１０ｍｍである。また、板バネ１４は、厚みが１ｍｍ〜２ｍｍで、幅が１０ｍｍ〜１５ｍｍ、長さが１２０ｍｍ〜１８０ｍｍである。

次に、図１および図２に示した杭基礎用鋼棒杭を用いて杭基礎の施工を行う方法の１例について、図３−A〜図３−Ｆに基づき説明する。
まず、図３−Ａ（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼棒杭の鞘管１６の上端開口部にキャップ２６を装着した状態で、掛矢２８やハンマーなどを使用してキャップに対し下向きの打撃力を加えることにより、鞘管１６と共に杭本体１２を地盤Ｇに打ち込む。そして、図３−Ｂに示すように、鞘管１６および杭本体１２の上端部分だけが地表Ｓ上に露出した状態になるまで杭打ちを行った後、鞘管１６の上端開口部からキャップ２６を取り外す。次に、図３−Ｃの（ａ）に示すように、杭本体１２を土壌中に残したまま鞘桿１６を土壌中から引き抜く。これには、同図（ｂ）に示すように、例えばてこを利用した引き上げ用具３０を用い、その吊り上げ用フック部３２を鞘管１６上端部の一対の係合孔２４に係合させ、てこ棒部３４を操作して鞘管１６を少し引き上げた後、人手によりあるいは機械を使って土壌中から鞘管１６だけを一気に引き抜くようにすればよい。このとき、４枚の板バネ１４は、その拡開動作を規制していた鞘管１６が引き上げられることにより、先端側が鞘管１６の管内壁面から離脱して復元力で拡開する。そして、板バネ１４の先端が周囲の土壌壁面に食い込む。

次いで、図３−Ｄに示すように杭本体１２の上端部分が地表Ｓ上に露出した状態から、図３−Ｅ（ａ）、（ｂ）に示すように、掛矢２８やハンマーなどを使用して杭本体１２に対し下向きの打撃力を加えることにより、図３−Ｆに示すように、杭本体１２を、その上端部が地表Ｓから僅かに臨く程度までさらに地盤Ｇに打ち込む。この打込み動作に伴い、４枚の板バネ１４は、土壌からの反力を受けてさらに大きく拡開することになる。このようにして、鋼棒杭の杭本体１２は、その先端部に固着された４枚の板バネ１４が横方向に大きく拡開した状態で地盤Ｇに安定して定着する。そして、杭本体１２上端部に係合具などを取着する。以上のような作業により、地盤に多数の鋼棒杭を打ち込み、建築構造物を支持する杭基礎とする。

この発明に係る鋼棒杭を用いた杭基礎工法は、軟弱な地盤上に構造物を建設したりする場合など、土木事業分野において利用されるものであり、また、その杭基礎工法で使用される鋼棒杭に係る発明は、土木建設機材の分野で利用されるものである。

１０ 杭基礎用鋼棒杭
１２ 杭本体
１４ 板バネ
１６ 鞘管
１８ 杭本体の丸形鋼棒
２０ 杭本体の角形鋼棒
２４ 引き上げ用具が係合するための係合孔
２６ キャップ
２８ 掛矢
３０ 引き上げ用具
Ｇ 地盤
Ｓ 地表

Claims (3)

1. 地盤に打ち込まれ定着して建築構造物を支える基礎となる杭基礎用鋼棒杭において、
   鋼材料で棒状に形成された杭本体と、
   この杭本体の先端部に、その周囲に等配され杭本体の先端方向に向かって拡開するように基端部が固着された複数枚の板バネと、
   前記杭本体と同等の長さを有し、上端部に引き上げ用具が係合する係合部が形設され、管内部に杭本体が装入されるとともに前記複数枚の板バネを、その先端側が管内壁面に圧接して閉じられるように収納する鞘管と、
   この鞘管の上端開口部に装着され、鞘管と共に前記杭本体を地盤に打ち込むときの打撃部をなすキャップと、
   を備えてなることを特徴とする杭基礎用鋼棒杭。
2. 前記杭本体が、複数本の鋼棒を継ぎ合わせて構成され、少なくとも先端側の鋼棒が角形鋼棒であり、その各面に板バネがそれぞれ取着された請求項1に記載の杭基礎用鋼棒杭。
3. 鋼棒杭を地盤に打ち込み定着させて建築構造物を支える基礎とする杭基礎工法において、
   鋼材料で棒状に形成された杭本体と、この杭本体の先端部に、その周囲に等配され杭本体の先端方向に向かって拡開するように基端部が固着された複数枚の板バネと、前記杭本体と同等の長さを有し上端部に引き上げ用具が係合する係合部が形設され管内部に杭本体が装入されるとともに前記複数枚の板バネを、その先端側が管内壁面に圧接して閉じられるように収納する鞘管と、前記鞘管の上端開口部に装着され鞘管と共に前記杭本体を地盤に打ち込むときの打撃部をなすキャップと、を備えてなる鋼棒杭を使用し、
   前記鋼棒杭の鞘管の上端開口部にキャップを装着した状態で、キャップに対し下向きの打撃力を加えて鞘管と共に杭本体を、それらの上端部分だけが地表上に露出するように地盤に打ち込む工程と、
   前記鋼棒杭の鞘管上端部の係合部に引き上げ用具を係合させ、その引き上げ用具に上向きの力を加えて、杭本体を土壌中に残したまま鞘桿を土壌中から引き抜き、この動作に伴い、複数枚の板バネを、その復元力によって拡開させ、各板バネの先端を周囲の土壌壁面にそれぞれ食い込ませる工程と、
   前記鋼棒杭の杭本体に対し下向きの打撃力を加えて杭本体を、その上端部が地表から僅かに臨く程度までさらに地盤に打ち込み、この動作に伴い、複数枚の板バネを、土壌からの反力によりさらに大きく拡開させる工程と、
   を含むことを特徴とする杭基礎工法。

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