JP2017095880A - 鋼管杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】岩盤支持層による支持力及び耐引抜き力が極めて大きく、例えば擁壁の芯柱として使用した場合に、大きな側圧によって擁壁を傾倒させようとする力が働いても持ち上がる懸念はなく、擁壁の倒壊を確実に回避でき、下孔に対してバイブロハンマを用いて効率良く短時間で圧入できる鋼管杭を提供する。【解決手段】鋼管１の下部側の外周面に、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブ３が形成されてなる鋼管杭Ｐ。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも深部側に岩盤支持層を有する地盤に打ち込むのに好適な鋼管杭と、この鋼管杭の施工方法に関する。

近年、海岸部の防波壁や防潮壁、山際や谷間の土止め壁等の擁壁を構築する場合に、例えば図７に示すように、プレキャストコンクリートからなる縦孔ｈ付きの擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４を用い、予め擁壁構築線に沿って地盤Ｇに複数本の鋼管杭Ｐを突出状態に打ち込んでおき、その鋼管杭Ｐの地上突出部を擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４の縦孔ｈに挿嵌する形で、クレーンによって該擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４を積み重ねて所要高さの擁壁Ｗとする構築方式が多用されつつある。この構築方式では、先に地盤Ｇに打ち込んだ鋼管杭Ｐが上下の擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４を貫通する芯柱になると共に、該鋼管杭Ｐによって擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４が自動的に位置決めされるから、非常に作業能率がよく、工期の短縮や施工コストの低減に繋がるという利点がある。なお、地表に接する最下部の擁壁ブロックＢ１は自立できるように概して図示の如き縦断面Ｌ字形や縦断面逆Ｔ字形をなし、その上に縦厚板状の擁壁ブロックＢ２〜Ｂ４を複数段に積み上げて壁状にするのが普通である。また、最下部の擁壁ブロックＢ１における水平部Ｂａにも縦孔ｈが設けられ、その縦孔ｈに鋼管杭Ｐの地上突出部が挿嵌するようになっている。

しかして、このような擁壁Ｗは、水際では波浪や津波、山際では土砂崩れや背方地盤の側方流動、谷間では土石流や泥流等によって背面側又は正面側から大きな側圧を受けるから、これら側圧による倒壊を阻止する上で鋼管杭Ｐによる擁壁Ｗの支持強度が重要となる。ところが、側圧による擁壁Ｗを傾倒させようとする力は鋼管杭Ｐを引き抜く方向に作用するから、これによって鋼管杭Ｐが持ち上がると、その持ち上がり部分の屈曲を伴って擁壁Ｗが簡単に倒壊する危険性がある。従って、擁壁Ｗの倒壊防止のためには、該鋼管杭Ｐが地盤Ｇ中で抜出不能に強固に根固めされている必要がある。更に、これら擁壁以外にも、基礎杭に大きな耐引抜き力が要求される構造物として、排煙塔、鉄塔、高層ビル、ハイピア（高橋脚）等の様々なものがあり、これらの基礎に用いる鋼管杭も岩盤支持層に強固に根固めする必要がある。

従来、鋼管杭の根固め工法として、まずプレボーリングとして、ダウンザホールハンマによって地盤深部の岩盤支持層内に達する掘削孔を形成し、その掘削中及び掘削後のハンマ引上げ中のエアブローによってスライム（掘削屑）を地上へ排出し、ハンマ引上げ後の掘削孔内に鋼管杭を建て込み、該鋼管杭の内外にセメントミルクやモルタル等のグラウトを注入して根固めする方法や、同様のプレボーリングで形成した掘削孔に土砂を埋め戻した上で、バイブロハンマを介して鋼管杭を打ち込み、その鋼管杭と掘削孔との間にグラウトを注入して根固めする方法が汎用されている。しかるに、これらの根固め工法では、鋼管杭の耐引抜き力が杭表面及び掘削孔壁面と間に介在するグラウト硬化層との界面の摩擦力に依存するから、振動等でグラウト硬化層に亀裂や割れを生じたり、該硬化層の表面部が脆化（粉粒化）した場合に、耐引抜き力が著しく低下することになる。また、グラウト注入による根固めの際、該グラウトを鋼管杭の全周に均等に行き渡らすことが困難である上、均等に行き渡ったか否かを判定できず、更に掘削孔内に地下水等が滲み出していると、グラウトが分離したり薄まったりして硬く均質な硬化層を形成できず、これらの要因で根固め強度つまり地盤による鋼管杭の支持力が低下するという問題もあった。

一方、プレボーリングを行わずに鋼管杭を地盤に打設する手段として、ダウンザホールハンマによる鋼管杭中堀工法も多用されている。この鋼管杭中堀工法は、非回転に保持された鋼管杭の内側に、アースオーガに垂下連結したダウンザホールハンマを配置し、該鋼管杭の下端から突出した掘削径の拡縮可能なハンマービットの回転打撃によって地盤を削孔しつつ、同時に該鋼管杭を掘削孔内に挿入してゆき、削孔完了後にハンマービットを縮径してダウンザホールハンマを引き上げ、鋼管杭を地中に残すものである。しかるに、この鋼管杭中堀工法では、一般的に掘削孔径を鋼管杭の外径より１０〜８０ｍｍ程度大きく設定することから、掘削孔壁と鋼管杭との間で摩擦力が働かず、根固め材を用いても充分な耐引抜き力が得られない場合があった。

そこで、本発明者らは先に、鋼管杭の根固め工法として、先端部外周面に縦方向に沿う支持力増大用リブを周方向一定間隔置きに突設した鋼管杭を用い、地盤の岩盤支持層に該鋼管杭の外径よりも小さい内径の下孔を掘削機によって削孔し、この下孔に該鋼管杭をバイブロハンマによって強制圧入する方法を提案している（特許文献１）。この根固め工法によれば、鋼管杭が岩盤支持層に直接に抱持されて、且つ支持力増大用リブが岩盤に食い込んで係止されるから、該鋼管杭の地盤による支持力が著しく増大し、またグラウト注入が不要になるため、その材料コスト及び施工コストを低減できるという利点がある。

特開２０１４−１０９１９０号公報

しかしながら、上記提案に係る根固め工法では、下孔に対して径大の鋼管杭を強制圧入するのに時間がかかり、また根固め強度は大きくなるものの、該鋼管杭に大きな引抜き力が作用した場合、岩盤支持層に食い込んだ各支持力増大用リブが強制圧入過程で生じた掘削孔壁面の縦溝を通過する形で、鋼管杭が持ち上がって該擁壁の倒壊に繋がる可能性があった。

本発明は、上述の事情に鑑みて、岩盤支持層による支持力が極めて大きく、例えば擁壁の芯柱として使用した場合に、大きな側圧によって該擁壁を傾倒させようとする力が働いても持ち上がる懸念はなく、極めて大きな耐引抜き力を発揮し、もって該擁壁の倒壊を確実に回避できる上、下孔に対してバイブロハンマを用いて能率良く短時間で圧入できる鋼管杭と、この鋼管杭の施工方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る鋼管杭Ｐは、鋼管１の下部側の外周面に、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブ３が形成されてなるものとしている。

請求項２の発明は、上記請求項１の鋼管杭Ｐにおいて、鋼管１の下端又は下端近傍から１〜８ｍまでの長さ範囲Ｌに前記スパイラルリブ３が設けられてなる構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の鋼管杭Ｐにおいて、４本以上のスパイラルリブ３が鋼管１周方向に等配配置してなる構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの鋼管杭Ｐにおいて、各スパイラルリブ３は、鋼管１表面からの高さｔが１５〜５０ｍｍであって、下端側が先細りで下り勾配のテーパ部３１ａをなす構成としている。

請求項５の発明に係る鋼管杭Ｐの施工方法は、少なくとも深部側に岩盤支持層Ｇｒを有する地盤Ｇに対し、該岩盤支持層Ｇｒ中に達する掘削孔Ｈを形成したのち、この掘削孔Ｈ内に請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管杭Ｐをバイブロハンマ７を介して打撃圧入することにより、該鋼管杭Ｐを外周面のスパイラルリブ３による誘導作用で自己回転させつつ岩盤支持層Ｇｒ内に到達させると共に、各スパイラルリブ３を孔壁岩盤に食い込ませることを特徴としている。

請求項６の発明は、上記請求項５の鋼管杭Ｐの施工方法において、各スパイラルリブ３の孔壁岩盤に対する食い込み深さｄを１５〜５０ｍｍに設定する構成としている。

請求項７の発明は、上記請求項５又は６の鋼管杭Ｐの施工方法において、掘削孔径Ｄ３を鋼管杭Ｐの鋼管外径Ｄ１＋０〜１０ｍｍの範囲に設定する構成としている。

請求項８の発明は、上記請求項５〜７のいずれかの鋼管杭Ｐの施工方法において、掘削孔Ｈを先端に掘削ビット５を備えたダウンザホールハンマ４によって掘削すると共に、その掘削中に発生したスライムを除去し、形成した掘削孔Ｈに土砂類Ｓを投入し、この土砂類Ｓで埋まった掘削孔Ｈに鋼管杭Ｐの打撃圧入を行う構成としている。

次に、本発明の効果について図面を参照して具体的に説明する。まず、請求項１の発明に係る鋼管杭Ｐでは、鋼管１の下部側の外周面に、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが特定範囲の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブ３を有するから、地盤Ｇに打設する際、予め設けた深部側の該岩盤支持層Ｇｒ中に達する掘削孔Ｈに対し、適当な打撃圧入装置を用い、格別に回転力を加えることなく打撃圧入するだけで、外周面の各スパイラルリブ３が岩盤支持層Ｇｒの孔壁岩盤に食い込み、これらスパイラルリブ３による螺旋誘導作用で自己回転しつつ所定深度まで圧入される。そして、打設した鋼管杭ｐは、下部側が岩盤支持層Ｇｒによって直接に抱持され、該岩盤支持層Ｇｒ自体で根固めされた形になるから、岩盤強度に基づく大きな先端支持力が得られ、水平力の負荷や上部構造物による垂直荷重に対して極めて高い抵抗性が発現する上、各スパイラルリブ３が孔壁岩盤に螺旋の道筋を造って食い込むため、回転力が作用しない限りは岩盤支持層Ｇｒから抜出し不能となり、極めて大きな耐引抜き力を発揮する。

請求項２の発明によれば、鋼管杭Ｐは、スパイラルリブ３が鋼管１の下端又は下端近傍から特定の長さ範囲Ｌに設けられているから、岩盤支持層Ｇｒ内へ容易に打ち込んで充分な耐引抜き力を確保できる。

請求項３の発明によれば、鋼管杭Ｐは、４本以上のスパイラルリブ３が鋼管１周方向に等配配置しているから、岩盤支持層Ｇｒの孔壁岩盤に対する食い込みを周方向均等に充分に確保して大きな耐引抜き力を発揮できる。

請求項４の発明によれば、鋼管杭Ｐの各スパイラルリブ３は、鋼管１表面からの高さｔが特定範囲にあって、下端側が特定範囲の傾斜角αを持つ下り勾配のテーパ部３１ａをなすから、岩盤支持層Ｇｒの孔壁岩盤に対する該下端側の食い付きが容易で、且つ充分な食い込み深さを確保できる。

請求項５の発明に係る鋼管杭Ｐの施工方法によれば、地盤Ｇに深部側の岩盤支持層Ｇｒ中に達する掘削孔Ｈを形成し、この掘削孔Ｈ内に前記鋼管杭Ｐをバイブロハンマ７を介して打撃圧入することにより、該鋼管杭Ｐを外周面のスパイラルリブ３による誘導作用で自己回転させつつ岩盤支持層Ｇｒ内に到達させると共に、各スパイラルリブ３を孔壁岩盤に食い込ませることから、該鋼管杭Ｐに岩盤強度に基づく大きな先端支持力及び耐引抜き力を付与できる。また、鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ自体で直接に根固めすることになるから、根固め材を省略でき、それだけ材料コスト及び施工コストを低減できると共に、品質管理が容易になり、施工能率も向上する上、根固め材による周辺環境の汚染を回避できるという利点がある。

請求項６の発明によれば、上記施工方法において、鋼管杭Ｐの各スパイラルリブ３の孔壁岩盤に対する食い込み深さｄを特定範囲に設定することから、該鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ内まで容易に打ち込んで充分な耐引抜き力を付与できる。

請求項７の発明によれば、上記施工方法において、掘削孔径Ｄ３を鋼管杭Ｐの鋼管外径Ｄ１に対して特定範囲に設定することから、該鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ内まで容易に打ち込んで、該鋼管杭Ｐに大きな先端支持力及び耐引抜き力を付与できる。

請求項８の発明によれば、上記施工方法において、掘削孔Ｈを先端に掘削ビット５を備えたダウンザホールハンマ４によって掘削し、その掘削中に発生したスライムを除去し、形成した掘削孔Ｈに土砂類Ｓを投入し、この土砂類Ｓで埋まった掘削孔Ｈに鋼管杭Ｐの打撃圧入を行うことから、掘削孔Ｈの内周壁と鋼管杭Ｐの鋼管１との僅かな隙間ならびに該鋼管１内が土砂類Ｓで充填され、もって該鋼管杭Ｐが揺るぎない打設状態となり、地盤Ｇによる保持力がより増大する。

本発明に係る鋼管杭の一実施形態を示し、（ａ）は鋼管杭の下部側の側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の矢視断面図、（ｃ）は鋼管杭下端部のスパイラルリブ形成部分の縦断側面図、（ｄ）は該スパイラルリブの高硬質チップの平面図である。 同鋼管杭の他の実施形態を示し、（ａ）は断面三角形のスパイラルリブを形成した鋼管杭の半横断面図、（ｂ）は断面円形のスパイラルリブを形成した鋼管杭の半横断面図である。 同鋼管杭のスパイラルリブ本数が異なる構成例を例示し、（ａ）は４本、（ｂ）は６本、（ｃ）は８本、（ｄ）は１２本、のそれぞれスパイラルリブを設けた該鋼管杭の概略横断面図である。 本発明の一実施形態に係る鋼管杭の施工方法における掘削孔の形成手順について、（ａ）〜（ｅ）の工程順に示す模式縦断側面図である。 同施行方法における鋼管杭の打込み手順について、（ａ）〜（ｄ）の工程順に示す模式縦断側面図である。 打ち込んだ同鋼管杭の岩盤支持層中の配置状態を示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）の仮想線円Ｙ内の拡大図である。 鋼管杭を利用して構築される擁壁を例示する斜視図である。

以下に、本発明に係る鋼管杭とその施工方法の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態の鋼管杭Ｐは、その円筒状の鋼管１の下部側の外周面に、緩螺旋をなす複数本（図では８本）のスパイラルリブ３が周方向に等配して形成されている。各スパイラルリブ３は、下端部を除いて、断面が略正方形の鋼棒３０からなり、溶接によって鋼管１の表面に固着されている。そして、該スパイラルリブ３の下端部は、図１（ｃ）（ｄ）で拡大して示すように、鋼棒３０とは別体の高硬質チップ３１にて構成され、鋼管１の下端に外嵌固着した円環状の補強バンド２上に溶接固着されている。この高硬質チップ３１は、例えば超硬合金材や機械構造用炭素鋼材５５Ｃ，４５Ｃ等の耐摩耗性の大きい金属材からなり、鋼棒３０と同幅であるが、上面を該鋼棒３０と面一にするために厚みが補強バンド２の分だけ薄くなると共に、下端側が先細りで且つ下り勾配のテーパ部３１ａをなしている。

ここで、スパイラルリブ３の緩螺旋は、図１（ａ）で示す鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の範囲とする。すなわち、該傾斜角度θが４°未満では、後述するように鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ（図５参照）内まで打ち込んだ状態での耐引抜き力が不充分になる。また逆に、該傾斜角度θが１５°を超えると、打撃圧入で鋼管杭Ｐの下部側を岩盤支持層Ｇｒ内へ打ち込む際、螺旋誘導作用による自己回転を生じにくく、非回転状態でスパイラルリブ３が孔壁岩盤を削り取って孔径を拡げてしまうために、岩盤支持層Ｇｒによる鋼管杭Ｐの先端支持力及び耐引抜き力が著しく低下することになる。なお、スパイラルリブ３の上記傾斜角度θは、鋼管杭Ｐを打ち込む岩盤支持層Ｇｒの岩質に応じて４〜１５°の範囲内で更に最適範囲に設定すればよく、例えば硬岩では４〜６°程度、中硬岩では４〜１０°程度、軟岩では６〜１５°程度がそれぞれ好ましい。

鋼管１におけるスパイラルリブ３を形成する長さ範囲Ｌ〔図１（ａ）参照〕は、鋼管１の下端又は下端近傍から１〜８ｍ、最適には３〜６ｍとするのがよく、これによって鋼管杭Ｐを比較的少ない圧入抵抗で岩盤支持層Ｇｒ内まで容易に打ち込んで大きな支持力及び耐引抜き力を確保できる。しかるに、該長さ範囲Ｌが短すぎては支持力及び耐引抜き力が不充分となり、逆に長過ぎては岩盤支持層Ｇｒ内への鋼管杭Ｐの打撃圧入に過大な力を要することになる。なお、スパイラルリブ３の螺旋ピッチは２〜８ｍ程度がよい。また、鋼管１における各スパイラルリブ３の螺旋ピッチ数（周回数）は、図１では０．５ピッチ（１／２周回）として例示したが、上記傾斜角度θが４〜１５°の範囲で２ピッチ（２周回）以下とするのがよく、多過ぎては圧入抵抗の増大によって施工効率が悪化する。

また、スパイラルリブ３の鋼管１表面からの高さｔ〔図１（ｃ）参照〕は、１５〜５０ｍｍの範囲が好ましく、低過ぎては孔壁岩盤に対するスパイラルリブ３の食い込みが浅くなるため、鋼管杭Ｐの支持力及び耐引抜き力を充分に確保できず、逆に高過ぎては岩盤支持層Ｇｒ内への鋼管杭Ｐの打撃圧入に過大な力を要することになる。更に、スパイラルリブ３（高硬質チップ３１）の下端側のテーパ部３１ａの勾配角α〔図１（ｃ）参照〕は、４５°以下が好ましく、大き過ぎては孔壁岩盤に対する食い付き抵抗が大きくなって鋼管杭Ｐの打撃圧入に大きな力を要することになる。

なお、スパイラルリブ３としては、図１で例示した断面が略正方形のものに限らず、例えば図２（ａ）に示す鋼管杭Ｐ１のような三角形、図２（ｂ）に示す鋼管杭Ｐ２のような円形、更には図示しない長方形や楕円等の様々な断面形状のものを採用できる。また、既述の実施形態ではスパイラルリブ３の下端部が上位主要部の鋼棒３０とは別材の高硬質チップ３１からなるものを例示したが、スパイラルリブ３の全長が単一の鋼棒３０からなる構成であってもよい。

一方、スパイラルリブ３の本数は、孔壁岩盤に対する食い込み強度面より４本以上であることが望ましいが、鋼管１の外径に応じて、例えば図３の（ａ）で示す鋼管外径５００ｍｍ未満の鋼管杭Ｐ３では４本、同（ｂ）で示す鋼管外径５００〜６００ｍｍ程度の鋼管杭Ｐ４では６本、同（ｃ）で示す鋼管外径７００〜１０００ｍｍ程度の鋼管杭Ｐ５では８本、同（ｄ）で示す鋼管外径１１００ｍｍ以上の鋼管杭Ｐ６では１２本のように、鋼管外径が大きいほど多くするのがよい。

次に、上記の鋼管杭Ｐを用いた本発明の施工方法の一実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４及び図５では、模式図として、掘削孔Ｈの深さ及び鋼管杭Ｐの長さを短縮した形で図示している。また、図示の地盤Ｇは、浅部層Ｇｓが砂層、土泥層、転石層、礫層等からなるが、深部側に岩盤支持層Ｇｒを有するものである。

この施工方法では、まず図４（ａ）で示すようにダウンザホールハンマ４をアースオーガ６にて垂直に支持し、同（ｂ）に示すように該ダウンザホールハンマ４を回転させながら先端の掘削ビット５を地盤Ｇに打撃圧入して削孔ゆくことにより、同（ｃ）に示すように深部の岩盤支持層Ｇｒ０内に達する掘削孔Ｈを穿設すると共に、この削孔過程で生じるスライムを掘削ビット５から噴出するハンマ駆動用圧縮エアの排気によって地上側へ放出させる。そして、所定深度の掘削孔Ｈを形成後、図４（ｄ）に示すようにダウンザホールハンマ４を回転させながら引き上げてゆき、その引上げ過程でも更にハンマ駆動用圧縮エアの排気によってスライムを地上へ排出し、同（ｅ）に示すように空所化した掘削孔Ｈからダウンザホールハンマ４を抜出する。

なお、形成する掘削孔Ｈの孔径Ｄ３〔図４（ｅ）参照〕は、後述の如く孔壁に各スパイラルリブ３を食い込ませる必要から、図１（ｂ）に示す鋼管杭Ｐの鋼管１の外径Ｄ１以上で、且つ該鋼管杭Ｐにおける複数本のスパイラルリブ３に対する外接円径Ｄ２より小さく設定する。すなわち、Ｄ２＜Ｄ３≦Ｄ１であるが、より好ましくはＤ３＝Ｄ１＋（０〜１０ｍｍ）とするのがよい。

かくして形成した掘削孔Ｈには、鋼管杭Ｐの打込み前に、図５（ａ）に示すように、土砂類Ｓを投入して埋め戻す。この土砂類Ｓには削孔時に地上側へ排出したスライムも含まれる。次に、図５（ｂ）に示すように、クレーン（図示省略）で吊持したバイブロハンマ７のチャック７ａによって鋼管杭Ｐの上端部を把持し、この鋼管杭Ｐを埋め戻した掘削孔Ｈの真上に垂直に配置し、図５（ｃ）に示すように、バイブロハンマ７の駆動によって該鋼管杭Ｐを掘削孔Ｈに打撃圧入してゆく。そして、図５（ｄ）に示すように、該鋼管杭Ｐを掘削孔Ｈ内の所定深度（通常は孔底）まで圧入させたのち、バイブロハンマ７のチャック７ａを開放し、該バイブロハンマ７を引き上げて鋼管杭Ｐの打設を完了する。

上記の鋼管杭Ｐの圧入過程では、バイブロハンマ７の起振力に基づく高速打撃と該バイブロハンマ７及び鋼管杭Ｐの自重により、該鋼管杭Ｐが掘削孔Ｈ内に圧入してゆくが、その下端側外周面に複数本のスパイラルリブ３が突設されているため、これらスパイラルリブ３による螺旋誘導作用で鋼管杭Ｐは自己回転しつつ圧入してゆくことになる。この鋼管杭Ｐの自己回転は、クレーンの動滑車８とバイブロハンマ７を吊持するフック８１とのスイベル連結部における相対回転によって許容される。そして、該鋼管杭Ｐの下部側が岩盤支持層Ｇｒ内に圧入してゆく際には、外周面の各スパイラルリブ３が掘削孔Ｈの孔壁岩盤に食い込んで螺旋溝を刻設してゆくことになる。また、掘削孔Ｈ内を埋めていた土砂類Ｓは、鋼管１内に入り込むと共に、掘削孔Ｈの内周壁と鋼管杭Ｐの鋼管１との僅かな隙間にも充填される。

岩盤支持層Ｇｒ内に達した鋼管杭Ｐの下部側では、図６（ａ）（ｂ）に示すように、鋼管１の外周面が掘削孔Ｈの内周面に近接ないし密接した状態で、各スパイラルリブ３が孔壁岩盤に食い込んでいる。従って、打設した鋼管杭Ｐは、下部側が岩盤支持層Ｇｒによって直接に抱持され、該岩盤支持層Ｇｒ自体で根固めされた形になり、岩盤強度に基づく大きな先端支持力が得られ、水平力の負荷や上部構造物による垂直荷重に対して極めて高い抵抗性が発現する上、孔壁岩盤に対して複数本のスパイラルリブ３が周方向均等に螺旋の道筋を造って食い込んでおり、回転力が作用しない限りは岩盤支持層Ｇｒから抜出し不能となるから、極めて大きな耐引抜き力を発揮する。一方、打設後の鋼管杭Ｐは、スパイラルリブ３の螺旋抜出し方向に回転力を加えつつ引き上げることで、地盤Ｇから容易に引抜き可能である。

このように岩盤支持層Ｇｒに達した鋼管杭Ｐのスパイラルリブ３が孔壁岩盤に対して螺旋の道筋を造って食い込んでいるか否かは、バイブロハンマ７による打撃圧入中に該鋼管杭Ｐの回転度合を観察することで確認できる。すなわち、鋼管杭Ｐの圧入長さ当りの回転量は、スパイラルリブ３のスパイラルピッチから算出できるから、その算出値から設定した許容範囲に実際の観測値が入れば、大きな耐引抜き力を付与できたことになる。

岩盤支持層Ｇｒにおけるスパイラルリブ３の孔壁岩盤への食い込み深さｄ〔図６（ｂ）参照〕は、該スパイラルリブ３の鋼管１表面からの高さｔ、ならびに掘削孔Ｈの内径Ｄ３と鋼管１の外径Ｄ１との差（Ｄ３−Ｄ１）によって定まり、ｄ＝ｔ−（Ｄ３−Ｄ１）／２となるが、１５〜５０ｍｍの範囲が好適である。この食い込み深さｄが浅過ぎては、該鋼管杭Ｐの耐引抜き力が不充分になり、逆に深過ぎては打撃圧入に過大な力を要すると共に施工能率が低下することになる。

また、実施形態の施工方法では、先に削孔した掘削孔Ｈを土砂類Ｓで埋め戻した上で鋼管杭Ｐを打撃圧入するから、掘削孔Ｈの内周壁と鋼管杭Ｐの鋼管１との僅かな隙間ならびに該鋼管１内が土砂類Ｓで充填され、該鋼管杭Ｐは揺るぎない打設状態となって地盤Ｇによる支持力がより増大するという利点がある。しかるに、本発明の施工方法は、掘削孔Ｈを埋め戻すことなく、空所のままでバイブロハンマ７による鋼管杭Ｐの打撃圧入を行う手法も包含する。このように空所の掘削孔Ｈに鋼管杭Ｐを打撃圧入する手法でも、該鋼管杭Ｐは下部側が岩盤支持層Ｇｒに直接に保持されることで十分な支持力及び耐引抜き力が得られる。

更に、この施工方法では、鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ自体で直接に根固めすることで、、根固め材を省略できるから、それだけ材料コストを低減できると共に、品質管理が容易になり、施工能率も向上する上、根固め材による周辺環境の汚染を回避できるという利点がある。ただし、本発明の施工方法においては、掘削孔Ｈを埋め戻す土砂類Ｓと共にセメントミルク等のグラウトを注入してもよく、これによって掘削孔Ｈの内周壁と鋼管杭Ｐの鋼管１との僅かな隙間を充填する土砂類Ｓが硬化層となるから、該鋼管杭Ｐの地盤Ｇによる保持力を更に増大することができる。

なお、図５では打設完了後の鋼管杭Ｐが頂部のみを地表から突出した形で図示しているが、その突出高さは鋼管杭Ｐの長さによって任意に設定できる。従って、この鋼管杭Ｐの複数本を上部側が地上に所定高さで突出する状態で地盤Ｇの岩盤支持層Ｇｒ内に達するまで打ち込んでおき、例えば図８に示すように、その地上突出部を利用して縦孔ｈ付きの擁壁ブロックＢ１〜Ｂ４を複数段に積み重ねて擁壁Ｗを構築した場合、この擁壁Ｗに大きな側圧が加わっても、各鋼管杭Ｐは回転力が作用しないために持ち上がらず、もって鋼管杭Ｐの持ち上がりを伴う擁壁Ｗの倒壊が阻止されることになる。しかして、本発明の施工方法によれば、鋼管杭Ｐが極めて大きな耐引抜き力を発揮するから、擁壁Ｗに限らず、排煙塔、鉄塔、高層ビル、ハイピア等の基礎杭に大きな耐引抜き力が要求される各種構造物についても、この施工方法を好適に適用できる。

本発明の施工方法で使用するバイブロハンマ７としては、特に制約されないが、硬岩や中硬岩に対する削孔を効率よく行う上で、最大起振力が１０００ｋＮ以上、最大周波数が２０００ｒｐｍ以上の油圧式超高起振力バイブロハンマが推奨される。このような油圧式超高起振力バイブロハンマの具体例として、オランダ国ＩＥＣ社製の商品名２０ＲＦ（最大起振力：１１００ｋＮ、最大周波数：２３００ｒｐｍ）、同２８ＲＦ（最大起振力：１６００ｋＮ、最大周波数：２３００ｒｐｍ）、オランダ国ＰＶＥ社製の商品名２４ＶＭ（最大起振力：１４００ｋＮ、最大周波数：２３００ｒｐｍ）等が挙げられる。

１ 鋼管
３，３Ａ，３Ｂ スパイラルリブ
３１ａ テーパー部
４ ダウンザホールハンマ
５ 掘削ビット
７ バイブロハンマ
Ｄ１ 鋼管外径
Ｄ３ 掘削孔径
Ｇ 地盤
Ｇｒ 岩盤支持層
Ｈ 掘削孔
Ｌ 長さ範囲
Ｏ 鋼管軸線方向
Ｐ 鋼管杭
Ｓ 土砂類
ｄ 食い込み深さ
θ 傾斜角度
ｔ スパイラルリブの鋼管表面からの高さ

本発明は、少なくとも深部側に岩盤支持層を有する地盤に打ち込むのに好適な鋼管杭の施工方法に関する。

本発明は、上述の事情に鑑みて、岩盤支持層による支持力が極めて大きく、例えば擁壁の芯柱として使用した場合に、大きな側圧によって該擁壁を傾倒させようとする力が働いても持ち上がる懸念はなく、極めて大きな耐引抜き力を発揮し、もって該擁壁の倒壊を確実に回避できる上、下孔に対してバイブロハンマを用いて能率良く短時間で圧入できる鋼管杭の施工方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る鋼管杭Ｐの施工方法は、鋼管１の下部側の外周面に、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブ３が形成され、且つ各スパイラルリブの下端部に、下端側が先細りで下り勾配のテーパ部３１ａを形成してなる高硬質チップ３１が設けられてなる鋼管杭Ｐを用い、先ず、少なくとも深部側に岩盤支持層Ｇｒを有する地盤Ｇに対し、該岩盤支持層Ｇｒ中に達する掘削孔Ｈを形成したのち、この掘削孔Ｈ内に、前記鋼管杭Ｐをバイブロハンマ７を介して打撃圧入することにより、該鋼管杭Ｐを外周面のスパイラルリブ３及びその下端部の先細り下り勾配のテーパ部３０ａによる誘導作用で自己回転させつつ岩盤支持層Ｇｒ内に到達させると共に、各スパイラルリブ３を孔壁岩盤に食い込ませることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１の鋼管杭Ｐの施工方法において、鋼管１の下端又は下端近傍から１〜８ｍまでの長さ範囲Ｌに前記スパイラルリブ３が設けられてなる構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の鋼管杭Ｐの施工方法において、４本以上のスパイラルリブ３が鋼管１周方向に等配配置してなる構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の鋼管杭Ｐの施工方法において、各スパイラルリブ３の孔壁岩盤に対する食い込み深さｄを１５〜５０ｍｍに設定する構成としている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載の鋼管杭Ｐの施工方法において、掘削孔径Ｄ３を鋼管杭Ｐの鋼管外径Ｄ１＋０〜１０ｍｍの範囲に設定する構成としている。

請求項６の発明は、上記請求項１〜５の何れかに記載の鋼管杭Ｐの施工方法において、掘削孔Ｈを先端に掘削ビット５を備えたダウンザホールハンマ４によって掘削すると共に、その掘削中に発生したスライムを除去し、形成した掘削孔Ｈに土砂類Ｓを投入し、この土砂類Ｓで埋まった掘削孔Ｈに鋼管杭Ｐの打撃圧入を行う構成としている。

次に、本発明の効果について図面を参照して具体的に説明すると、請求項１の発明に係る鋼管杭Ｐの施工方法によれば、鋼管１の下部側の外周面に、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブ３が形成され、且つ各スパイラルリブの下端部に、下端側が先細りで下り勾配のテーパ部３１ａを形成してなる高硬質チップ３１が設けられてなる鋼管杭Ｐを用い、先ず地盤Ｇに深部側の岩盤支持層Ｇｒに達する掘削孔Ｈを形成し、しかる後に、この掘削孔Ｈ内に、前記鋼管杭Ｐを強力なバイブロハンマ７を介して打撃圧入するのであるから、岩盤強度の高い岩盤支持層Ｇｒであっても、鋼管杭Ｐの外周面のスパイラルリブ３及びその下端部の先細りで下り勾配のテーパ部３１ａは岩盤支持層Ｇｒの孔壁岩盤に食い込み、これらスパイラルリブ３及び先細りで下り勾配のテーパ部３１ａによる螺旋誘導作用で自己回転しつつ所定深度まで圧入される。そして、打設した鋼管杭Ｐは、下部側が岩盤支持層Ｇｒによって直接に抱持され、該岩盤支持層Ｇｒ自体で根固めされた形になるから、岩盤強度に基づく大きな先端支持力が得られ、水平力の負荷や上部構造物による垂直荷重に対して極めて高い抵抗性が発現する上、各スパイラルリブ３が孔壁岩盤に螺旋の道筋を造って食い込むため、回転力が作用しない限りは岩盤支持層Ｇｒから抜出し不能となり、極めて大きな耐引抜き力を発揮する。
ここで、スパイラルリブ３の緩螺旋は、鋼管軸線方向Ｏに対する傾斜角度θが４〜１５°の範囲とする。すなわち、該傾斜角度θが４°未満では、鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ内まで打ち込んだ状態での耐引抜き力が不充分になる。また逆に、該傾斜角度θが１５°を超えると、打撃圧入で鋼管杭Ｐの下部側を岩盤支持層Ｇｒ内へ打ち込む際、螺旋誘導作用による自己回転を生じにくく、非回転状態でスパイラルリブ３が孔壁岩盤を削り取って孔径を拡げてしまうために、岩盤支持層Ｇｒによる鋼管杭Ｐの先端支持力及び耐引抜き力が著しく低下することになる。
又、本発明によれば、鋼管杭Ｐの各スパイラルリブ３の下端部は、下端側が下り勾配のテーパ部３１ａに形成されているから、岩盤支持層Ｇｒの孔壁岩盤に対する該下端側の食い付きが容易で、且つ充分な食い込み深さを確保できる。
しかも、該下り勾配のテーパ部３１ａは、耐摩耗性の大きい金属材である高硬質チップ３１によって形成されているため、岩盤強度の高い岩盤支持層Ｇｒであっても充分な耐摩耗性を発揮し、長期にわたって安定して施工することができる。

請求項４の発明によれば、上記施工方法において、鋼管杭Ｐの各スパイラルリブ３の孔壁岩盤に対する食い込み深さｄを特定範囲に設定することから、該鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ内まで容易に打ち込んで充分な耐引抜き力を付与できる。

請求項５の発明によれば、上記施工方法において、掘削孔径Ｄ３を鋼管杭Ｐの鋼管外径Ｄ１に対して特定範囲に設定することから、該鋼管杭Ｐを岩盤支持層Ｇｒ内まで容易に打ち込んで、該鋼管杭Ｐに大きな先端支持力及び耐引抜き力を付与できる。

請求項６の発明によれば、上記施工方法において、掘削孔Ｈを先端に掘削ビット５を備えたダウンザホールハンマ４によって掘削し、その掘削中に発生したスライムを除去し、形成した掘削孔Ｈに土砂類Ｓを投入し、この土砂類Ｓで埋まった掘削孔Ｈに鋼管杭Ｐの打撃圧入を行うことから、掘削孔Ｈの内周壁と鋼管杭Ｐの鋼管１との僅かな隙間ならびに該鋼管１内が土砂類Ｓで充填され、もって該鋼管杭Ｐが揺るぎない打設状態となり、地盤Ｇによる保持力がより増大する。

なお、スパイラルリブ３としては、図１で例示した断面が略正方形のものに限らず、例えば図２（ａ）に示す鋼管杭Ｐ１のような三角形、図２（ｂ）に示す鋼管杭Ｐ２のような円形、更には図示しない長方形や楕円等の様々な断面形状のものを採用できる。また、既述のスパイラルリブ３の下端部は前述のように上位主要部の鋼棒３０とは別材の高硬質チップ３１からなるものである。

なお、形成する掘削孔Ｈの孔径Ｄ３〔図４（ｅ）参照〕は、後述の如く孔壁に各スパイラルリブ３を食い込ませる必要から、図１（ｂ）に示す鋼管杭Ｐの鋼管１の外径Ｄ１以上で、且つ該鋼管杭Ｐにおける複数本のスパイラルリブ３に対する外接円径Ｄ２より小さく設定する。すなわち、Ｄ２＞Ｄ３≧Ｄ１であるが、より好ましくはＤ３＝Ｄ１＋（０〜１０ｍｍ）とするのがよい。

Claims (8)

1. 鋼管の下部側の外周面に、鋼管軸線方向に対する傾斜角度が４〜１５°の緩螺旋をなす複数本のスパイラルリブが形成されてなる鋼管杭。
2. 鋼管の下端又は下端近傍から１〜８ｍまでの長さ範囲に前記スパイラルリブが設けられてなる請求項１に記載の鋼管杭。
3. ４本以上のスパイラルリブが鋼管周方向に等配配置してなる請求項１又は２に記載の鋼管杭。
4. 各スパイラルリブは、鋼管表面からの高さが１５〜５０ｍｍであって、下端側が先細りで下り勾配のテーパ部をなす請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管杭。
5. 少なくとも深部側に岩盤支持層を有する地盤に対し、該岩盤支持層中に達する掘削孔を形成したのち、この掘削孔内に請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管杭をバイブロハンマを介して打撃圧入することにより、該鋼管杭を外周面のスパイラルリブによる誘導作用で自己回転させつつ岩盤支持層内に到達させると共に、各スパイラルリブを孔壁岩盤に食い込ませることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
6. 各スパイラルリブの孔壁岩盤に対する食い込み深さを１５〜５０ｍｍに設定する請求項５に記載の鋼管杭の施工方法。
7. 掘削孔径を鋼管杭の鋼管外径＋０〜１０ｍｍの範囲に設定する請求項５又は６に記載の鋼管杭の施工方法。
8. 前記掘削孔を先端に掘削ビットを備えたダウンザホールハンマによって掘削すると共に、その掘削中に発生したスライムを除去し、形成した掘削孔に土砂類を投入し、この土砂類で埋まった掘削孔に前記鋼管杭の打撃圧入を行う請求項５〜７のいずれかに記載の鋼管杭の施工方法。

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