JP2019173456A - 杭、及び杭の回転圧入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に圧入された状態で、鉛直荷重を支持する支持力を得やすい杭、及び杭の回転圧入方法を提供する。【解決手段】杭１は、回転しながら地盤２に圧入される。杭１は、管状の杭本体３と、杭本体３の外周に設けられた掘削翼４と、を備える。掘削翼４は、杭本体３のうち下端部よりも上側に位置する。杭本体３のうち掘削翼４よりも下側の部分３０の外周面３００は、地盤２との間で周面摩擦力Ｒａ２が生じる面である。杭１の回転圧入方法は、杭１を、地盤２上に直立した状態で回転させて、杭本体３の先端で地盤２を掘削することにより、下側の部分３０を地盤２に埋め、杭本体３の先端と掘削翼４とでさらに地盤２を掘削することにより、地盤２に下側の部分３０と掘削翼４とを埋め、掘削翼４が地盤２中の支持層２０に到達するまで、杭１を回転圧入する。【選択図】図１

Description

本開示は、杭、及び杭の回転圧入方法に関する。

従来、回転しながら地盤に圧入される杭が知られている（特許文献１等参照）。

特許文献１に記載の杭（鋼管杭）は、その下端部の外周に掘削翼が固着されている。この杭では、回転しながら地盤に圧入される際に、掘削翼が土砂を掘削し、地盤に深く圧入された後には、掘削翼が高い先端支持力を発現する。

特開２０１７−１０６２２９号公報

ところで、特許文献１に記載の杭では、掘削翼の上側に位置する土砂が掘削翼によって掘削されて乱れているため、杭のうち掘削翼よりも上側の部分の外周面と、その周囲の土砂との間で生じる摩擦抵抗が小さい。

そのため、特許文献１に記載の杭では、周囲の土砂との間で周面摩擦力を得ることが難しく、掘削翼による先端支持力で、鉛直荷重を支持する支持力を確保する必要がある。

上記事情に鑑みて、本開示は、地盤に圧入された状態で、鉛直荷重を支持する支持力を得やすい杭、及び杭の回転圧入方法を提供することを、目的とする。

本開示に係る一態様の杭は、回転しながら地盤に圧入される杭であって、管状の杭本体と、前記杭本体の外周に設けられた掘削翼と、を備える。前記掘削翼は、前記杭本体のうち下端部よりも上側に位置する。前記杭本体のうち前記掘削翼よりも下側の部分の外周面は、前記地盤との間で周面摩擦力が生じる面である。

また、本開示に係る一態様の杭の回転圧入方法は、前記杭を、前記地盤上に直立した状態で回転させて、前記杭本体の先端で前記地盤を掘削することにより、前記下側の部分を前記地盤に埋める第一工程と、前記先端と前記掘削翼とでさらに前記地盤を掘削することにより、前記地盤に前記下側の部分と前記掘削翼とを埋める第二工程と、を備える。前記第二工程では、前記掘削翼が前記地盤中の支持層に到達するまで、前記杭を回転圧入する。

本開示に係る一態様の杭によれば、地盤に圧入された状態で、鉛直荷重を支持する支持力を得やすい。

また、本開示に係る一態様の杭の回転圧入方法によれは、杭が地盤に圧入された状態で、杭が鉛直荷重を支持する支持力を得やすい。

図１は、一実施形態の杭を示す正面断面図であり、地盤に圧入された状態を示す図である。 図２は、同上の杭が圧入される地盤の一例の調査結果を示す図である。 図３は、図２に示す地盤に、同上の杭と比較例１，２の杭とが圧入された状態を示す図である。

本開示は、杭、及び杭の回転圧入方法に関し、詳しくは、地盤に圧入された状態で、鉛直荷重を支える支持力を発生させる、杭、及び杭の回転圧入方法に関する。

［一実施形態］
１．概要
図１に示す本実施形態の杭１は、回転しながら地盤２に圧入される杭である。杭１は、ビルなどの大規模建築物の基礎や、小規模建築物の基礎や、地すべり土塊の移動の抑制（地盤２の補強）に用いられる。

杭１は、管状の杭本体３と、杭本体３の外周に設けられた掘削翼４と、杭本体３の先端（下端）に設けられた掘削刃５と、を備える。

以下では、杭本体３の長手方向を上下方向として、各構成について詳しく説明する。

２．各構成についての説明
２−１．杭本体
杭本体３は、平断面円環状の鋼管であり、外径が例えば１１４．３ｍｍである。杭本体３の長さは、杭１が挿入される地盤２の構造に合わせて、適宜選択される。杭本体３は、例えば、複数の鋼管を溶接等によって一体化することによって形成される。

杭本体３は、掘削翼４よりも下側の部分３０と、下側の部分３０よりも上側の部分３１とで構成される。下側の部分３０の上端と上側の部分３１の下端とは繋がっている。複数の鋼管の連結箇所は、下側の部分３０と上側の部分３１との境界部分に位置してもよいし、それ以外の部分に位置してもよい。

下側の部分３０の外周面３００は、地盤２に杭１が圧入された状態で、地盤２との間で高い摩擦力を生じる面である。ここで、高い摩擦力とは、地盤２のうち掘削翼４による掘削が行われていない部分との間で生じる摩擦力を意味する。

２−２．掘削翼
掘削翼４は、杭１を軸回りに一方向に回転させながら地盤２に圧入した際に、地盤２中の土砂を掘削して掘削翼４の上側に送ることの可能な形状を有する。掘削翼４は、例えば、複数の半円状の平板で構成される。複数の半月状の平板は、杭本体３の長手方向に対して傾いた状態で、杭本体３の外周面に固着されている。

掘削翼４は、本実施形態では、鋼製である。掘削翼４は、杭本体３のうち下端部よりも上側に位置する。ここで、杭本体３の下端部とは、杭本体３の先端（下端）から掘削翼４の外径の長さの部分を意味する。つまり、掘削翼４は、杭本体３の先端（下端）から、少なくとも掘削翼４の外径よりも大きい距離、上側に離れて位置する。掘削翼４の外径は、例えば３４５ｍｍである。

２−３．掘削刃
掘削刃５は、杭１を軸回りに一方向に回転させながら地盤に圧入した際に、杭本体３の下面に接する土砂を掘削する刃である。

掘削刃５は、例えば、先端（下端）が尖った錐状（円錐状、三角錐状等）であり、杭本体３の下端を閉塞するように取り付けられる。掘削刃５は、杭本体３の外周面よりも径内側に位置している。

３．杭の回転圧入方法
続いて、杭１を地盤２に回転圧入する、杭１の回転圧入方法について説明する。

以下では、図２に示す調査結果の構造の地盤２に対して、杭１を回転圧入する方法について説明する。図３には、図２に示す構造の地盤２に、杭１が回転圧入された状態が示されている。図２及び図３の、貫入量１ｍ当り半回転数Ｎｓｗ［回］の値、及びそのグラフは、地盤２の深さ毎の地層の硬さを示している。図２に示す地盤２の調査結果は、スウェーデン式サウンディング試験による調査結果である。

図３に示すように、地盤２は、地盤２の上面から３．７５ｍ程度の所に、掘削翼４を支持する支持層２０を有し、地盤２の上面から７．２５ｍ程度の所に、杭本体３の先端を支持する第二支持層２１を有する。地盤２は、地盤２の上面から４．０〜７．０ｍ程度の所に、杭本体３の下側の部分３０の外周面３００との間に周面摩擦力Ｒａ２が生じる中間層２２を有する。

本実施形態では、支持層２０は、砂質土の地層であり、スウェーデン式サウンディング試験によって求められる地盤の強度等を求める試験結果（換算Ｎ値）が１０以上の地層である。中間層２２は、砂質土の地層と粘性土の地層であり、第二支持層２１は、粘性土の地層である。

なお、換算Ｎ値は、砂質土の場合、換算Ｎ値＝２Ｗｓｗ（荷重）＋０．０６７Ｎｓｗ（貫入量１ｍ当り半回転数）で求められ、粘性度の場合、換算Ｎ値＝３Ｗｓｗ＋０．０５０Ｎｓｗで求められる。

地盤２はさらに、地盤２の上面から９．７５ｍ程度の所に、第三支持層２３を有し、地盤２の上面から８．５ｍ程度の所に、第四支持層２４を有する。第三支持層２３は、砂質土の地層であり、換算Ｎ値が２８．８程度の地層である。第四支持層２４は、粘性土の地層である。

なお、支持層２０、第二支持層２１、中間層２２、第三支持層２３、及び第四支持層２４のそれぞれは、調査範囲内の全体に水平方向に拡がった地層である。つまり、地盤２中には、支持層２０、中間層２２、第二支持層２１、第四支持層２４、及び第三支持層２３が、この順に上から下へ並んでいる。

本実施形態の回転圧入方法は、杭１の杭本体３の下側の部分３０を地盤２に埋める第一工程と、下側の部分３０と掘削翼４とを地盤２に埋める第二工程と、を備える。本実施形態の回転圧入方法では、杭１として、杭本体３の上下長さがおよそ７．２５ｍであり、杭本体３の先端（下端）から掘削翼４までの上下長さがおよそ３．２５ｍのものが用いられる。

第一工程では、杭１を、地盤２上に直立した状態で回転させて、杭本体３の先端の掘削刃５で地盤２を掘削することにより、下側の部分３０を地盤２に埋める。

第二工程では、杭本体３の先端の掘削刃５と掘削翼４とでさらに地盤２を掘削することにより、下側の部分３０と掘削翼４とを地盤２に埋める。第二工程では、掘削翼４が地盤２中の支持層２０に到達するまで、杭１を回転圧入する。杭１の回転圧入は、地盤２上に設置された回転圧入装置１００を用いて行われる（図１参照）。

杭本体３の先端の掘削刃５で掘削された地盤２中の土砂は、杭本体３の径外側に押し出され、そのため、杭本体３の下側の部分３０の外周面３００に接する土砂は、乱れが少ない。掘削翼４で掘削された地盤２中の土砂は、掘削翼４の上側に送られ、そのため、杭本体３の上側の部分３１の外周面３１０に接する土砂は、乱れており、掘削前よりも緩んだ地盤となっている。

上記第一工程及び第二工程を経て、杭１が地盤２に圧入された状態では、図３に示すように、杭１（杭本体３と掘削翼４）は、鉛直荷重が負荷されると、この鉛直荷重を支持する支持力Ｒａを発生させる。

支持力Ｒａは、地盤２の支持層２０と掘削翼４との間の反力に基づく中間支持力Ｒａ１と、杭本体３の下側の部分３０の外周面３００と地盤２の中間層２２との間で生じる周面摩擦力Ｒａ２と、地盤２の第二支持層２１と杭本体３の先端（下端）との間の反力に基づく先端支持力Ｒａ３と、を含む。

なお、杭本体３の上側の部分３１の外周面３１０と地盤２との間に生じる摩擦抵抗は、杭本体３の下側の部分３０の外周面３００と地盤２の中間層２２との間で生じる摩擦抵抗に比べて小さく、周面摩擦力を発揮しにくい。

４．比較例１，２の杭
図３には、本実施形態の杭１と比較するための、比較例１の杭６と、比較例２の杭７が示されている。

比較例１の杭６は、杭本体６０の下端部に掘削翼６１が設けられ、杭本体６０の先端（下端）に掘削刃６２が設けられた、底部拡大型の杭である。杭本体６０は、杭１の杭本体３と同様の構成であり、掘削翼６１が、杭１の掘削翼４と同様の構成（形状が同じ）であり、掘削刃６２は、杭１の掘削刃５と同様の構成である。

比較例２の杭７は、杭本体７０の先端（下端）に掘削刃７１が設けられた、ストレート型の杭である。杭７は、杭本体７０の外周面に掘削翼が設けられていない。杭本体７０は、杭１の杭本体３と同様の構成であり、掘削刃７１は、杭１の掘削刃５と同様の構成である。

続いて、比較例１，２の杭６，７が地盤２に圧入された状態について説明する。図３には、杭１と同程度の支持力Ｒａを得るように、地盤２に圧入された状態の比較例１，２の杭６，７が示されている。なお、比較例１，２の杭６，７は、杭１が圧入された地盤２と同じ構造の地盤２に圧入されている。

比較例１の杭６は、掘削翼６１及び杭６の先端が、第三支持層２３によって支持されている。第三支持層２３は、第二支持層２１よりも３ｍ程度下側の層である。

掘削翼６１の上側の土砂は、掘削翼６１によって掘削され、掘削翼６１の上側に送られた乱れた土砂であり、そのため、この土砂と杭本体６０の外周面との間には、摩擦抵抗がほとんど生じない。

杭６が地盤２に圧入された状態では、杭６（杭本体６０と掘削翼６１）は、鉛直荷重が負荷されると、この鉛直荷重を支持する支持力Ｒｂを発生させる。支持力Ｒｂは、地盤２の第三支持層２３と、掘削翼６１及び杭本体６０の先端との間の反力に基づく先端支持力Ｒｂ３を含み、周面摩擦力Ｒａ２及び中間支持力Ｒａ１に対応する支持力は含まない。

比較例２の杭７は、杭７の先端が、第四支持層２４によって支持されている。第四支持層２４は、第二支持層２１と第三支持層２３の間の層である。

杭７の杭本体７０の外周面の周囲の土砂は、乱れていない土砂であり、そのため、この土砂と杭本体７０の外周面との間には、高い摩擦抵抗が生じる。

杭７が地盤２に圧入された状態では、杭７（杭本体７０）は、鉛直荷重が負荷されると、この鉛直荷重を支持する支持力Ｒｃを発生させる。支持力Ｒｃは、地盤２の第四支持層２４から地盤２の上面までの地層と杭本体７０の外周面との間で生じる周面摩擦力Ｒｃ２と、地盤２の第四支持層２４と杭本体７０の先端との間の反力に基づく先端支持力Ｒｃ３と、を含む。支持力Ｒｃは、中間支持力Ｒａ１に対応する支持力は含まない。

５．杭の対比
比較例１の杭６の支持力Ｒｂは、杭１の支持力Ｒａのように、中間支持力Ｒａ１と、周面摩擦力Ｒａ２を含まない。

杭６は、先端支持力Ｒｂ３だけで、鉛直荷重を支える支持力Ｒｂを確保する必要があるため、杭本体６０の上下長さが、杭１の杭本体３の上下長さに比べて長くなっている。

比較例２の杭７の支持力Ｒｃは、杭１の支持力Ｒａのように、中間支持力Ｒａ１を含まない。

杭７は、周面摩擦力Ｒｃ２と先端支持力Ｒｃ３だけで、鉛直荷重を支える支持力Ｒｃを確保する必要があるため、杭本体７０の上下長さが、杭１の杭本体３の上下長さに比べて長くなっている。

本実施形態の杭１は、比較例１の杭６及び比較例２の杭７に比べて、回転圧入する深さが短くて、施工性が向上している。また、本実施形態の杭１では、杭本体３の長さを短くでき、材料コストを抑えることも可能である。

また、本実施形態の杭１では、先端（下端）を支持する地層としては薄い硬質な地層が地盤２の比較的浅い部分にあるときに、この地層を掘削翼４を支持する支持層２０として利用でき、この薄い硬質な地層を、支持力Ｒａの確保に有効に用いることができる。なお、比較例１の杭６では、支持層２０を杭６の先端を支持する地層として用いることが難しく、また、比較例２の杭７では、支持層２０と間で反力を得ることができない。

６．変形例
続いて、上述した実施形態の杭１の変形例について説明する。

杭本体３は、下端が閉塞されないものであってもよく、この場合、掘削刃５は、例えば、杭本体３の円環状の先端面に、等間隔に取り付けられた複数の刃で構成される。複数の刃は、杭本体３から径外側に突出しないように配置されることが好ましい。

杭本体３を構成する複数の鋼管の連結は、工場で行ってもよいし、施工現場で地盤２への圧入の前に行ってもよいし、地盤２への圧入の途中に行ってもよい。また、掘削翼４の杭本体３への固着も、工場で行ってもよいし、施工現場で地盤２への圧入の前に行ってもよいし、地盤２への圧入の途中に行ってもよい。

杭１の材質は、鋼に限らず、ＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ−Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）、ステンレス、木、高分子体等であってもよい。

掘削翼４は、上記構造に限定されず、周方向の一部を切り欠いた平たい円盤で構成されてもよいし、螺旋状に屈曲した１つの板で構成されてもよい。

杭１が圧入される地盤２は、図２及び図３に示す構造に限らず、その他の構造であってもよい。

また、地盤２の調査方法は、スウェーデン式サウンディング試験に限らず、標準貫入試験やラムサウンディング試験等のその他の試験で行ってもよく、杭１は、各種の地盤調査試験から得られる地盤強度の値を用いて、設計可能である。

杭本体３の長さ及び掘削翼４の上下位置は、上記の長さ及び上下位置に限定されず、地盤２の構造及び必要とする支持力Ｒａの大きさに合わせて、適宜設定可能である。

７．まとめ
以上説明した一実施形態及びその変形例の杭１のように、本開示に係る第一態様の杭１は、下記の構成を備える。

すなわち、第一態様の杭１は、回転しながら地盤２に圧入される杭１である。第一態様の杭１は、管状の杭本体３と、杭本体３の外周に設けられた掘削翼４と、を備える。掘削翼４は、杭本体３のうち下端部よりも上側に位置する。杭本体３のうち掘削翼４よりも下側の部分３０の外周面３００は、地盤２との間で周面摩擦力Ｒａ２が生じる面である。

上記構成を備えることで、第一態様の杭１は、地盤２に圧入した状態で、鉛直荷重が負荷されると、杭本体３のうち掘削翼４よりも下側の部分３０の外周面３００と地盤２との間で生じる周面摩擦力Ｒａ２を含む支持力Ｒａを得ることができる。そのため、第一態様の杭１では、比較例１の杭６のように周面摩擦力Ｒａ２を得られないものに比べて、鉛直荷重を支持する支持力Ｒａを得やすい。

また、本開示に係る第二態様の杭１は、第一態様の杭１の構成に加えて、下記の構成を付加的に備える。

すなわち、第二態様の杭１では、下側の部分３０及び掘削翼４が地盤２に圧入された状態において、杭本体３及び掘削翼４は、鉛直荷重を支持する支持力Ｒａを発生させる。支持力Ｒａは、地盤２と掘削翼４との間の反力に基づく中間支持力Ｒａ１と、周面摩擦力Ｒａ２と、地盤２と杭本体３の先端との間の反力に基づく先端支持力Ｒａ３と、を含む。

上記構成を備えることで、第二態様の杭１では、地盤２に圧入された状態において、鉛直荷重が負荷されると、中間支持力Ｒａ１と周面摩擦力Ｒａ２と先端支持力Ｒａ３とを含む支持力Ｒａを発生させることができ、鉛直荷重を支持する支持力Ｒａを得やすい。

また、本開示に係る第三態様の杭１の回転圧入方法は、下記の構成を備える。

すなわち、第三態様の杭１の回転圧入方法は、第一態様の杭１を、地盤２上に直立した状態で回転させて、杭本体３の先端で地盤２を掘削することにより、下側の部分３０を地盤２に埋める第一工程と、杭本体３の先端と掘削翼４とでさらに地盤２を掘削することにより、地盤２に下側の部分３０と掘削翼４とを埋める第二工程と、を備える。第二工程では、掘削翼４が地盤２中の支持層２０に到達するまで、杭１を回転圧入する。

上記構成を備えることで、第三態様の杭１の回転圧入方法では、掘削翼４と地盤２中の支持層２０との間の反力に基づく中間支持力Ｒａ１に加えて、杭本体３の掘削翼４よりも下側の部分３０と地盤２との間で生じる周面摩擦力Ｒａ２を得ることができる。そのため、第三態様の杭１の回転圧入方法では、鉛直荷重に対する支持力Ｒａを得やすい。

以上、本開示を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではなく、本開示の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更が可能である。

１ 杭
２ 地盤
２０ 支持層
３ 杭本体
３０ 下側の部分
３００ 外周面
４ 掘削翼
Ｒａ 支持力
Ｒａ１ 中間支持力
Ｒａ２ 周面摩擦力
Ｒａ３ 先端支持力

Claims (3)

1. 回転しながら地盤に圧入される杭であって、
   管状の杭本体と、
   前記杭本体の外周に設けられた掘削翼と、を備え、
   前記掘削翼は、前記杭本体のうち下端部よりも上側に位置し、
   前記杭本体のうち前記掘削翼よりも下側の部分の外周面は、前記地盤との間で周面摩擦力が生じる面である、
   杭。
2. 前記下側の部分及び前記掘削翼が前記地盤に圧入された状態において、前記杭本体及び前記掘削翼は、鉛直荷重を支持する支持力を発生させ、
   前記支持力は、
   前記地盤と前記掘削翼との間の反力に基づく中間支持力と、
   前記周面摩擦力と、
   前記地盤と前記杭本体の先端との間の反力に基づく先端支持力と、を含む、
   請求項１に記載の杭。
3. 請求項１に記載の杭を、前記地盤上に直立した状態で回転させて、前記杭本体の先端で前記地盤を掘削することにより、前記下側の部分を前記地盤に埋める第一工程と、
   前記先端と前記掘削翼とでさらに前記地盤を掘削することにより、前記地盤に前記下側の部分と前記掘削翼とを埋める第二工程と、を備え、
   前記第二工程では、前記掘削翼が前記地盤中の支持層に到達するまで、前記杭を回転圧入する、
   杭の回転圧入方法。

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