JP2019065642A - 鋼管杭の掘削刃取り付け構造、環状掘削具、および鋼管杭の圧入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の杭に疵を付けることなく、鋼管杭を地盤に施工できるようにする。【解決手段】先端に地盤を掘削する掘削刃５を設けた鋼管杭の掘削刃取り付け構造４であって、掘削刃５は、鋼管杭（杭間パイプ３）の外周面よりも外側への突出寸法ａが３ｍｍ以内である。この鋼管杭は、例えば間隔をあけて設置された本杭２同士の間に設置して連続壁を構成するための、本杭２よりも小径の杭間パイプ３であり、既に施工されている周囲の本杭２に疵を付けることなく、本杭２に近接させて地盤に施工できる。【選択図】図４

Description

本発明は、土留や止水等の目的で地中に設置される連続壁を構築する鋼管杭の掘削刃取り付け構造、鋼管杭の先端に取り付ける環状掘削具、および、掘削刃を設けた鋼管杭の圧入方法に関する。

従来、例えば河川に設置された橋を撤去する際には、橋脚周りの締切りを行うために、特許文献１に開示されているような止水壁を構築することがある。特許文献１の止水壁は、複数の本杭（鋼管杭）を所定間隔で圧入した後、小径の鋼管杭である杭間パイプを、隣り合う本杭にそれぞれ接近させて圧入し、さらに本杭と杭間パイプとで囲まれた杭間領域にモルタルを充填することで止水処理を施している。

また、特許文献２には、擁壁の構築において、小径の杭間パイプを圧入により埋設する際の施工性を向上させるために、パイプの先端部に掘削刃を固着することが開示されている。

従来、鋼管杭先端に設ける掘削刃としては、例えば特許文献３、４等に開示されているように、鋼管杭の外周面の外側と内側の両方に刃を設け、鋼管杭の外周面よりも外側まで且つ内周面よりも内側まで掘削することで、鋼管杭と地盤との摩擦力低減を図っている。

特開平５−１１２９２８号公報 特開２００４−２７８２８７号公報 特開昭６２−２２８５９１号公報 特開昭６４−７１９２１号公報

しかしながら、上記特許文献３、４に記載されたように鋼管杭の外径よりも大きい範囲を掘削することは、一定の間隔をあけて施工する本杭の場合には有効であるが、隣り合う本杭にそれぞれ接するように施工する杭間パイプの場合には、掘削時に本杭の表面を疵付けてしまうという問題がある。すなわち、杭間パイプを施工するときには、本杭は既に施工済みであり、特許文献３、４に記載されたような掘削刃では、隣接する本杭を疵付けてしまう。

なお、本明細書において、本杭と杭間パイプとが「接する」とは、本杭と杭管パイプとが直に接触する場合の他、本杭と杭間パイプ、および、必要に応じて固化材を用いることにより、連続壁として所定の機能を発揮できる程度に、本杭と杭間パイプとの間に少しだけ隙間があいている場合も含む概念である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、周囲の杭に疵を付けることなく、鋼管杭を地盤に施工できるようにすることを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、先端に地盤を掘削する掘削刃を設けた鋼管杭の掘削刃取り付け構造であって、前記掘削刃は、前記鋼管杭の外周面よりも外側への突出寸法が３ｍｍ以内であることを特徴としている。

前記掘削刃取り付け構造において、前記掘削刃が、前記鋼管杭の接線方向に向かって設けられていることが好ましい。

前記鋼管杭の先端に環状体が取り付けられ、前記掘削刃が前記環状体に設けられていてもよい。その場合、前記環状体は、前記鋼管杭よりも肉厚であることが好ましい。また、前記環状体の外径が、前記鋼管杭の外径と同寸法であることが好ましい。前記環状体の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していてもよい。

また、前記鋼管杭の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していてもよい。前記掘削刃が、前記鋼管杭の先端側から、前記鋼管杭の半周の範囲に設けられていてもよい。

前記鋼管杭は、間隔をあけて設置された本杭同士の間に設置して連続壁を構成するための、前記本杭よりも小径の杭間パイプでもよい。

また、本発明は、鋼管杭の先端に取り付ける環状掘削具であって、外径が前記鋼管杭の外径と同寸法の環状体と、前記環状体に設けられた掘削刃とを有し、前記掘削刃は、前記鋼管杭の外周面よりも外側への突出寸法が３ｍｍ以内であることを特徴とする、環状掘削具を提供する。

前記環状掘削具において、前記環状体は、前記鋼管杭よりも肉厚であることが好ましい。また、前記環状体の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していてもよい。

また、本発明は、前記鋼管杭の掘削刃取り付け構造を備えた鋼管杭の圧入方法であって、前記掘削刃の先端が前方となる向きに回転させながら圧入することを特徴とする、鋼管杭の圧入方法を提供する。

さらに、本発明は、下端面が長手方向に対して傾斜している鋼管杭を、間隔をあけて設置された本杭同士の間に設置して連続壁を構成する際の、前記鋼管杭の圧入方法であって、前記鋼管杭の下端側を前記本杭間の隙間に向けて、回転させずに圧入することを特徴とする、鋼管杭の圧入方法を提供する。

本発明によれば、既に施工されている周囲の杭に疵を付けることなく、鋼管杭を地盤に施工できる。

本発明の実施形態に係る止水壁の概略構成を示す部分平面図である。 本発明の実施形態に係る杭圧入機の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る杭間パイプの掘削刃取り付け構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る掘削刃の突出寸法の説明図である。 本発明の異なる実施形態に係る杭間パイプの掘削刃取り付け構造を示す斜視図である。 本発明のさらに異なる実施形態に係る杭間パイプの掘削刃取り付け構造を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。 図６に示す杭間パイプを回転させずに圧入する際の状態を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のさらに異なる実施形態に係る杭間パイプの掘削刃取り付け構造を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は地中に設置される連続壁の一例としての止水壁１の一部を示す平面図である。止水壁１は、例えば河床が硬質地盤である河川等において橋脚周りの締切りを行うために構築され、一定の間隔で設置された複数の本杭２と、本杭２よりも小径の鋼管杭である杭間パイプ３とを備えている。杭間パイプ３は、隣り合う２体の本杭２に近接し、かつ、各本杭２間の隙間を囲むように設置される。本杭２と杭間パイプ３とで囲まれた杭間領域Ｒ内には、固化材の一例としてモルタルが充填されている。

本杭２および杭間パイプ３の設置方法は特に限定されるものでなく、例えば図２に示すような杭圧入機１０を用いて、本杭２を所定間隔で圧入した後、杭間パイプ３を圧入する。この工程を、延伸方向に所定の長さになるまで繰り返し行い、本杭２および２本の杭間パイプ３で囲まれた杭間領域Ｒにモルタルジャケットを装入し、モルタルジャケットにモルタルを充填して、止水壁１を構築する。

図２は杭圧入機１０の例を示すものであり、サドル１１と、サドル１１の下部に設けられたクランプ装置１２と、サドル１１上を前後動可能に設けられたスライドベース１３と、スライドベース１３上に旋回可能に設けられた旋回ベース１４と、旋回ベース１４の前端部に昇降シリンダ装置１５を介して支持されたチャック装置１６と、旋回ベース１４上に支持されたクレーン２０を備えている。

杭圧入機１０は、地盤に圧入された既設の本杭２の上端側を掴んで既設の本杭２から反力を取りながら、昇降可能なチャック装置１６で新たな本杭２を把持して下降させることにより、新たな本杭２を地盤に圧入する。クランプ装置１２は、既設の本杭２の上端開口から内部に挿入した把持爪を既設の本杭２の半径方向に移動させる機能を有している。その把持爪を既設の本杭２の半径方向外側に移動させて本杭２の内側で突っ張った状態とすることで、本杭２を内側から把持する。これにより、杭圧入機１０が既設の本杭２に対して固定される。

チャック装置１６は、本杭２を把持するチャック部１７を有し、チャック部１７は、本杭２が挿入されるための開口部１７ａと、開口部１７ａに挿入された本杭２の半径方向に移動可能な複数の杭把持爪１７ｂを有している。チャック部１７は、開口部１７ａに本杭２が挿入された後、杭把持爪１７ｂが本杭２の半径方向内側に移動することで本杭２を把持する。また、チャック装置１６は、チャック部１７を回転させるように構成されている。すなわち、本実施形態の杭圧入機１０は、回転式杭圧入機であり、チャック装置１６のチャック部１７の回転と、杭把持爪１７ｂによる把持状態と解放状態の切り替えと、昇降シリンダ装置１５による昇降移動の組み合わせにより、本杭２を回転させながら地盤に圧入する。

杭圧入機１０は、さらに、本杭２よりも径が小さい杭間パイプ３を把持するためのアタッチメントユニット３０が取り付けられるように構成されている。図２に示すように、アタッチメントユニット３０は、杭間パイプ３を把持する複数のアタッチメント３１と、各アタッチメント３１を連結する連結部材３２と、アタッチメント３１の上端部に設けられた、チャック部１７の杭把持爪１７ｂの上端部に引っ掛けられる嵌合爪３３と、アタッチメント３１の下端部に設けられた、チャック部１７の杭把持爪１７ｂの下端部に回動して引っ掛けられるラッチ３４とを有している。

連結部材３２は円環状のプレートであり、中央の孔部（不図示）には杭間パイプ３が挿入される。各アタッチメント３１は、連結部材３２の周縁部に取り付けられており、各アタッチメント３１間には連結部材３２の孔部に合わせた隙間が形成されている。また、各アタッチメント３１は半径方向に移動可能に構成されている。

本発明は、例えば上記のような杭圧入機１０で圧入される鋼管杭のうち、本杭２よりも径が小さい杭間パイプ３を主な対象とする。以下、本発明の実施形態について、鋼管杭が杭間パイプ３の場合として説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る杭間パイプ３の下端部の掘削刃取り付け構造４を示す斜視図である。本実施形態では、掘削刃取り付け構造４は、杭間パイプ３の下端面３ａに複数の掘削刃５が設けられることにより構成され、杭間パイプ３の下端面３ａは、杭間パイプ３の長手方向に対して垂直である。掘削刃５は、回転圧入の際に地盤を掘削するものであり、本実施形態では杭間パイプ３の下端面３ａに溶接され、円周方向に等間隔で３個設けられている。掘削刃５の数は３個に限らず、４個〜６個、あるいはそれ以上でも構わない。

前述の通り、杭間パイプ３を施工するときには、本杭２は既に施工済みであるため、杭間パイプ３の掘削刃５は、本杭２を疵付けない範囲に設けられる。具体的には、掘削刃５は、杭間パイプ３の略接線方向、すなわち杭間パイプ３の半径に対して略直角方向に設けられる。そして、掘削刃５は、杭間パイプ３の外周面よりも外側へ突出せず、杭間パイプ３の外周面に沿って地盤を掘削するように配置することが好ましい。ただし、図４に示すように、通常、本杭２として用いられる大径鋼管のシーム溶接によるビード２ａは、本杭２の表面からの突起寸法ｂが３ｍｍまたはそれ以上である。したがって、掘削刃５の突出寸法ａが３ｍｍ以内であれば、掘削刃５がビード２ａには当たっても本杭２の表面に当たることはなく、本杭２に疵を付けることがない。したがって、杭間パイプ３の外周面からの掘削刃５の突出寸法ａは、３ｍｍ以内であればよい。

図５は、本発明の異なる実施形態に係る杭間パイプ３の下端部の掘削刃取り付け構造４を示す斜視図である。本実施形態では、掘削刃取り付け構造４は、杭間パイプ３の下端面３ａに、溶接等により環状掘削具６が取り付けられることにより構成される。本実施形態の杭間パイプ３は、下端面が杭間パイプ３の長手方向に対して垂直である。環状掘削具６は、外径が杭間パイプ３と同寸法で且つ杭間パイプ３よりも肉厚の環状体７と、環状体７の先端に設けられた掘削刃５とからなる。掘削刃５は、例えば環状体７の先端に溶接により取り付けられ、杭間パイプ３の外周面よりも外側への突出寸法ａを３ｍｍ以内とする。

環状掘削具６は、環状体７の外径が杭間パイプ３と略同径であるため、杭間パイプ３と本杭２との間に余分な隙間を作らずに杭間パイプ３を圧入することができる。また、環状体７は杭間パイプ３よりも肉厚であるため剛性が高く、高い回転トルクと圧入力をかけて、杭間パイプ３を回転圧入することができる。したがって、殊に薄肉の杭間パイプ３の場合、施工性の向上が図れる。さらに、環状体７は、杭間パイプ３と外径が同じで且つ肉厚であることから、環状体７の内径は杭間パイプ３の内径よりも小さく、圧入時に掘削土が杭間パイプ３の内部に入り込んでも、杭間パイプ３の内壁との間に隙間があり、閉塞を防ぐことができる。

環状体７は、杭間パイプ３の長手方向の寸法が例えば５０ｍｍ、１００ｍｍ等、複数種類の中から地盤の硬さ等に応じて選択可能とすればよい。また、掘削刃５の数も、例えば３個、４個、６個等、地盤の硬さ等に応じて施工性を考慮して選択すればよい。

なお、環状掘削具６は、杭間パイプ３よりも肉厚のものに限ることはなく、杭間パイプ３と同等の厚さでも構わない。杭間パイプ３よりも肉厚でない場合、例えば地盤の硬さに応じて硬い材質とすれば、施工性の向上が図れる。

本杭２となる大径の鋼管を地盤に回転圧入する際には、上述の特許文献３、４等に記載されているように、掘削刃５を鋼管の外周面よりも外側と内周面よりも内側との両方に配置し、鋼管の肉厚よりも厚く地盤を掘削し、鋼管と地盤との摩擦力を軽減して圧入するのが一般的である。これに対して、本発明では、掘削刃５を、杭間パイプ３の外周面よりも外側に突出しない、もしくは突出しても３ｍｍ以内とし、ほぼ杭間パイプ３の外周面に沿って掘削する。本発明が主な対象とする杭間パイプ３は、本杭２よりも小径の鋼管であり、外周面の面積が小さいため、摩擦力が大きく作用することがないので、外径よりも広い範囲を掘削しなくても、摩擦による施工性の低下は問題にならない。しかも、杭間パイプ３の圧入に先行して行う本杭２の圧入時には、本杭２の周囲の地盤が一部掘削されるため、杭間パイプ３の圧入時には地盤による抵抗が小さくなっている。したがって、上記実施形態の掘削刃取り付け構造４を設けた杭間パイプ３を回転圧入することで、円滑に施工でき、杭間パイプ３を隣り合う本杭２にそれぞれ接するように配置することができる。

また、本発明によれば、杭間パイプ３の圧入時に、杭間パイプ３の周囲の地盤をほとんど乱さないので、地盤状態の回復が早い。さらに、杭間パイプ３と本杭２との間にほとんど空隙が生じないので、杭間洗浄時やモルタル注入時の、水又はモルタルの回り込みを抑えることができる。

図６は、本発明のさらに異なる実施形態に係る杭間パイプ３の下端部の掘削刃取り付け構造４を示す図である。本実施形態では、杭間パイプ３は、下端面３ｂが杭間パイプ３の長手方向に対して傾斜しており、下端部に掘削刃５が設けられている。掘削刃５は、溶接により取り付けても良いし、杭間パイプ３の先端を削って形成してもよい。掘削刃５は、杭間パイプ３の先端側を前方として、杭間パイプ３の半周の範囲に設けられており、上記実施形態と同様に、杭間パイプ３の外周面よりも外側への突出寸法は３ｍｍ以内である。

図６に示すように、杭間パイプ３の半周の範囲に掘削刃５が設けられている場合、掘削刃５の先端が前方となる向きに杭間パイプ３を回転させながら圧入する。なお、圧入機の仕様等により、圧入時の回転方向が一方向に限定されない場合には、杭間パイプ３の全周にわたって掘削刃５を設けることが好ましい。

また、下端面３ｂが杭間パイプ３の長手方向に対して傾斜していれば、例えば地盤の表面付近に比べて地中が軟弱な場合に回転圧入の途中で回転を停止して圧入しても、杭間パイプ３の先端が尖っているために、スムーズに圧入できる。しかも、回転を停止させて圧入すると、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、傾斜した下端面３ｂが地盤の反力により押圧され、杭間パイプ３が水平方向に移動する。すなわち、杭間パイプ３の下方に突き出た下端側を、対向する２つの本杭２，２同士の隙間に向けて配置し、杭間パイプ３を回転させずに圧入すれば、自然に杭間パイプ３が２つの本杭２，２同士の隙間側に寄っていくので、杭間パイプ３を本杭２，２に接近させて隙間を閉塞することができる。

地盤が硬い場合には、杭間パイプ３の内部に中堀用カッタを設けてもよい。また、図８に示すように、下端面３ａが長手方向に対して垂直である杭間パイプ３に、杭間パイプ３の外径と略同寸法で且つ杭間パイプ３よりも肉厚の環状体９と、環状体９に設けられた掘削刃５とからなり、環状体９の下端面９ａが杭間パイプ３の長手方向に対して傾斜している環状掘削具８を取り付けてもよい。

なお、杭間パイプ３の下端面３ｂが傾斜している場合、軟弱な地盤では、掘削刃５にかかわらず圧入できることがあり、例えば掘削刃５を設けずに杭間パイプ３よりも肉厚の環状体７を取り付けるだけで掘削できることもある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、掘削刃５は、杭間パイプ３の外周面からの突出寸法ａが３ｍｍ以内であれば、杭間パイプ３の接線方向よりも外向きに取り付けられても構わない。また、杭間パイプ３の内周面よりも内側を掘削する内向きの掘削刃を設けてもよい。

また、下端面が長手方向に対して傾斜している鋼管杭を回転させずに圧入するのは、間隔をあけて設置された本杭同士の隙間を閉塞して止水壁等の連続壁を構成する場合に限らない。鋼管杭の、下方に突き出た下端側を、密着または接近させたい部材側に向けて圧入することで、鋼管杭を当該部材の方向に寄せて配置させることができる。

本発明は、硬質地盤に土留め壁または止水壁等の連続壁を構築する場合など、大径の鋼管杭に隣接して小径の鋼管杭を施工する際に適用できる。

１ 止水壁
２ 本杭
２ａ ビード
３ 杭間パイプ
３ａ、３ｂ 下端面
４ 掘削刃取り付け構造
５ 掘削刃
６ 環状掘削具
７、９ 環状体
１０ 杭圧入機
１１ サドル
１２ クランプ装置
１３ スライドベース
１４ 旋回ベース
１５ 昇降シリンダ装置
１６ チャック装置
１７ チャック部
１７ａ 開口部
１７ｂ 杭把持爪
２０ クレーン
ａ 突出寸法
ｂ 突起寸法

Claims (14)

1. 先端に地盤を掘削する掘削刃を設けた鋼管杭の掘削刃取り付け構造であって、
   前記掘削刃は、前記鋼管杭の外周面よりも外側への突出寸法が３ｍｍ以内であることを特徴とする、鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
2. 前記掘削刃が、前記鋼管杭の接線方向に向かって設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
3. 前記鋼管杭の先端に環状体が取り付けられ、前記掘削刃が前記環状体に設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
4. 前記環状体は、前記鋼管杭よりも肉厚であることを特徴とする、請求項３に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
5. 前記環状体の外径が、前記鋼管杭の外径と同寸法であることを特徴とする、請求項３または４のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
6. 前記環状体の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
7. 前記鋼管杭の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
8. 前記掘削刃が、前記鋼管杭の先端側から、前記鋼管杭の半周の範囲に設けられていることを特徴とする、請求項６または７のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
9. 前記鋼管杭は、間隔をあけて設置された本杭同士の間に設置して連続壁を構成するための、前記本杭よりも小径の杭間パイプであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造。
10. 鋼管杭の先端に取り付ける環状掘削具であって、
    外径が前記鋼管杭の外径と同寸法の環状体と、前記環状体に設けられた掘削刃とを有し、前記掘削刃は、前記鋼管杭の外周面よりも外側への突出寸法が３ｍｍ以内であることを特徴とする、環状掘削具。
11. 前記環状体は、前記鋼管杭よりも肉厚であることを特徴とする、請求項１０に記載の環状掘削具。
12. 前記環状体の下端面が、前記鋼管杭の長手方向に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１０または１１のいずれか一項に記載の環状掘削具。
13. 請求項８に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造を備えた鋼管杭の圧入方法であって、
    前記掘削刃の先端が前方となる向きに回転させながら圧入することを特徴とする、鋼管杭の圧入方法。
14. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の鋼管杭の掘削刃取り付け構造を備えた鋼管杭を、間隔をあけて設置された本杭同士の間に設置して連続壁を構成する際の、前記鋼管杭の圧入方法であって、
    前記鋼管杭の下端側を前記本杭間の隙間に向けて、回転させずに圧入することを特徴とする、鋼管杭の圧入方法。

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