JP2021021235A

JP2021021235A - 基礎杭と基礎杭を打ち込む方法

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Publication number: JP2021021235A
Application number: JP2019137951A
Authority: JP
Inventors: 加藤　行正; Yukimasa Kato; 行正加藤
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP6836284B2

Abstract

【課題】建築物の荷重に耐え、建築物の沈下を抑制する基礎杭と基礎杭を打ち込む方法を提供する。【解決手段】本願発明の基礎杭１１は、管状の杭本体２と、杭本体２の一端に固定され、杭本体２の直径の０．５〜５倍の軸線方向厚さＤ１と杭本体２の軸線方向に垂直な断面積の２〜５０倍の断面積とを備える拡大部３と、を有し回転しながら地盤に貫入し、地盤中に埋設される。また、本願発明の基礎杭を地盤中に打ち込む方法は、基礎杭１１を地盤表面に配置し、基礎杭を回転しながら地盤に打ち込むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の基礎杭と基礎杭の打ち込む方法に関する。

地中に埋設される部材である基礎杭として、例えば特許文献１〜３に記載の基礎杭がある。特許文献１には、貫入する際に大きな回転力を必要とせず、貫入した後に短冊状プレートが外方に突出するため、支持力や引抜耐力が増加する基礎杭（地中埋没部材）が記載されている。特許文献２には、軸部の先端に螺旋状に設けられた回転刃と、その上に水平耐力カラーとを備えており、打込み操作が容易な基礎杭（アンカー杭）が記載されている。また、特許文献３には、中空の基礎筒の外周より内部に仕舞われたＬ字型の腕部が、基礎筒が地中に打ち込まれた後に拡開させることができる基礎杭とその施工方法が記載されている。

上記の特許文献１〜３の基礎杭は、地中に貫入しやすい形状を備えている。そして、特許文献１及び３の基礎杭は、貫入後に引抜耐力を増加させるように突出する部材を備えている。そして、特許文献２の基礎杭は、引抜耐力及び水平方向の力（水平耐力）の強度を考慮したとする構造である。

しかしながら、特許文献１〜３の基礎杭は、何れも地中に貫入しやすい構成であるため、基礎杭が支える建築物の沈下を抑制する効果が低減する。一般的に、建築物の荷重に対する地盤の支持力は、基礎杭の水平方向の面積(軸線方向に垂直な断面積)の大きさに左右される。そして、特許文献３の基礎杭のように、大きな螺旋状の回転刃を備えている構成では、建築物の荷重に対する地盤の支持力が基礎杭の水平方向の面積の約８割の効果となる。

特開２００４−１８３３３９号公報実用新案登録第３１３５９２１号特開２０１６−１５３５５１号公報

本発明は、上記課題（状況）に鑑みてなされたもので、建築物の荷重に耐え、建築物の沈下を抑制する基礎杭と基礎杭を打ち込む方法を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するための基礎杭の構成上の特徴は、ロッド状又は管状の杭本体と、
前記杭本体の一端に固定され、前記杭本体の直径の０．５〜５倍の軸線方向厚さと前記杭本体の軸線方向に垂直な断面積の２〜５０倍の断面積とを備える拡大部と、
を有し回転しながら地盤中に埋設されることである。

さらに、前記拡大部は、軸線方向に垂直な断面形状が円形、多角形、又は正多角形であることが望ましい。

また、前記拡大部は、軸線方向において前記杭本体と固定される固定部の反対側に、略円錐形又は略角錐形の先端部若しく前記拡大部の側面から突出するように配置される刃を有することができる。

さらに、前記先端部は回転方向に垂直な面を備える突出部を有する構成を採用することができる。

そして、上記課題を解決するための基礎杭を打ち込む方法の特徴は、前記基礎杭を地盤表面に配置し、前記基礎杭を回転しながら地盤に打ち込むことである。

また、上記基礎杭を打ち込む方法は、前記基礎杭の周りに砂利を配置し、前記基礎杭を回転しながら地盤に打ち込む際に前記砂利を埋めていくことである。

上記した発明は、基礎杭の拡大部が杭本体の軸線方向に垂直な断面積の２〜５０倍の断面積を備えるため、水平方向の面積を大きくすることができ、杭本体の直径の０．５〜５倍の軸線方向厚さを有するため、拡大部よりも上に土が上がりにくい。したがって、本願発明の基礎杭を打ち込む方法で打ち込まれた基礎杭によれば、建築物の荷重に耐え、建築物の沈下を抑制することができる。

実施形態１の基礎杭１１の側面図である。実施形態１の基礎杭１１の斜視図である。実施形態１の基礎杭１１を先端部３２側から見た説明図である。実施形態２の基礎杭１１を地盤９に打ち込む方法の準備工程を示す説明図である。実施形態２の基礎杭１１が地盤９に埋設された状態を示す説明図である。実施形態３の基礎杭１２の斜視図である。実施形態３の基礎杭１２を先端部４２側から見た説明図である。実施形態４の基礎杭１３の一部断面を示す側面図である。実施形態４の基礎杭１３を先端部５２側から見た説明図である。実施形態５の基礎杭１４の一部断面を示す側面図である。実施形態５の基礎杭１４を先端部６２側から見た説明図である。実施形態６の基礎杭１５の側面図である。実施形態６の基礎杭１５の斜視図である。実施形態７の基礎杭１６の斜視図である。

本発明の代表的な実施形態を図１〜図１４を参照して説明する。本実施形態の基礎杭は、アースオーガ等の杭打ち機により回転されながら地盤中に貫入される。なお、アースオーガとは、建設機械の一つで、モーター等を利用して基礎杭を回転させ、地盤中に当該基礎杭をねじ込んで行く機械である。

（実施形態１）
本実施形態１の基礎杭１１は、図１に示すように、杭本体２と拡大部３とを有する。杭本体２は、中空鋼製の管状である。杭本体２の軸線方向長さＬ、直径Ｒ１、及び管壁の厚さ等は、地盤の種類や状態、基礎杭１１を打ち込む地形により適宜選択され、一般的な規格製品を用いることができる。例えば、Ｌ＝５５００ｍｍ、Ｒ１＝１１４．３ｍｍ、管壁の厚さは４．５ｍｍとする。

拡大部３は、杭本体２の一端に固定部２９で溶接によって固定され、本体部３１と先端部３２とを備える中実の部材である。本体部３１は、図１及び２に示すように、杭本体２の直径Ｒ１の約１．５倍の軸線方向厚さＤ１、杭本体２の水平方向断面積Ｓ１(＝π・(Ｒ１／２)^２)より約２０倍大きな水平方向断面積Ｓ２を備えた円柱の部材である。先端部３２は、拡大部３が軸線方向において固定部２９で固定されるのとは反対側に位置し、本体部３１から軸線方向に先細る円錐形状の部材である。先端部３２の底面３２１と側面３２２との間の角度θ１は、１０度〜４５度が好ましい。先端部３２は、図１〜３に示すように、底面は本体部３１の底面とほぼ同じであり、本体部３１と先端部３２とは一体の部材である。

次に、実施形態１の基礎杭１１を地盤中に打ち込む方法について説明する。基礎杭１１を打ち込む方法は、基礎杭１１の先端部３２が地盤表面９１に接するように配置する準備工程を有する。

そして、基礎杭１１を打ち込む方法は、アースオーガ等の杭打ち機（図示略）により、準備工程で配置された基礎杭１１を回転させながら地盤９に打ち込む貫入工程を有する。貫入工程は、基礎杭１１の拡大部３（先端部３２）が所定深度に到達するまで、基礎杭１１を地盤９に貫入する。

本実施形態１の基礎杭１１は、拡大部３が杭本体２の水平方向断面積Ｓ１より約２０倍大きな水平方向断面積Ｓ２を備えるため、水平方向の面積を大きくすることができ、杭本体２の直径Ｒ１の１．５倍の軸線方向厚さＤ１を有するため、拡大部３よりも上に土が上がりにくい。したがって、本実施形態１の基礎杭１１によれば、建築物の荷重に耐え、建築物の沈下を抑制することができる。また、水平方向断面積Ｓ２が大きく、厚さＤ１も厚い拡大部３は丈夫であり、大きな力で地盤に打ち込むように貫入した場合にも十分耐えられるため、基礎杭１１の下の土を固めながら打ち込むことができる。そのため、本実施形態１の基礎杭１１が埋設される地盤、特に軟弱地盤を強固に固める効果が高く、基礎杭１１の沈下を抑制することができる。

（実施形態２）
本実施形態２の基礎杭１１を打ち込む方法は、実施形態１の基礎杭１１を地盤中に打ち込む方法が異なる。以下では、基礎杭１１を地盤中に打ち込む方法について説明する。
まず、図４に示すように、実施形態２の基礎杭１１を打ち込む方法は、基礎杭１１の先端部３２が地盤表面９１に接するように配置し、基礎杭１１の周りに砂利９２を配置する準備工程を有する。

そして、実施形態２の基礎杭１１を打ち込む方法は、アースオーガ等の杭打ち機（図示略）により、準備工程で配置された基礎杭１１を回転させながら地盤９に打ち込む貫入工程を有する。貫入工程は、基礎杭１１の拡大部３（先端部３２）が所定深度に到達するまで、基礎杭１１を地盤９に貫入する。貫入工程の際、準備工程で基礎杭１１の周りに配置されていた砂利９２は、貫入される拡大部３の上側、杭本体２の周辺部に流れ込む。基礎杭を打ち込む方法は、拡大部３（先端部３２）が所定深度に到達し、基礎杭１１が地盤９に埋設された状態で、図５に示すように、基礎杭１１の周辺部に砂利９２も埋められている。

なお、基礎杭１１の周りに配置する砂利９２は、石や小石だけでなく砂も混ざっていても良いが、その場合、砂の割合が低い方が好ましい。また、石の直径としては１０〜５０ｍｍ程度が好ましい。また、準備工程で積み上げられる砂利９２の量は、基礎杭１１が地盤中に埋め込まれた状態で、杭本体２の周辺部で、基礎杭１１の拡大部３の上方から基礎杭１１の上部に配置される建築物の基礎２１の下方に配置される程度が望ましい。砂利９２の量は拡大部３の上方から基礎２１の下方を埋めるのが望ましいが少ないより多く配置するのが好ましい。基礎杭１１を埋設後に、埋め込まれなかった余分な砂利９２は適宜取り除くことができる。

実施形態２の基礎杭１１を打ち込む方法によって打ち込まれた基礎杭１１は、拡大部３より上方で基礎杭１１の周辺部に砂利が埋め込まれるため、基礎杭１１の周辺部に水が留まりにくく、地震などによる液状化が発生しにくい。液状化が発生した場合も液状化から脱しやすいため、液状化による建築物の不等沈下を抑制することができる。

（実施形態３）
本実施形態３の基礎杭１２は、基本的な構成は実施形態１の基礎杭１１と同じ構成及び作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。

本実施形態３の基礎杭１２は、図６及び７に示されるように、正四角柱形状の本体部４１と本体部４１の底面と同形状、同じ大きさの底面を有する正四角錐の先端部４２とを備える拡大部４を有する。

本実施形態３の基礎杭１２を用いれば、実施形態1又は実施形態２の基礎杭を打ち込む方法の貫入工程の際、拡大部４の本体部４１の側面から地盤中の土が上に上がりやすい。そのため、貫入工程の短縮あるいは貫入力が低減できる。

（実施形態４）
本実施形態４の基礎杭１３は、基本的な構成は実施形態１の基礎杭１１と同じ構成及び作用効果を有する。以下では、図８及び図９を参照して異なる構成を中心に説明していく。

本実施形態４の基礎杭１３は、円柱形状の本体部５１と本体部５１の底面と同形状、同じ大きさの底面を有する円錐形状の先端部５２とを備える拡大部５を有する。そして、先端部５２にはさらに回転方向に対して垂直な面５２９を備えるように側面に沿って突出した４条の突出部５２１〜５２４が形成されている。突出部５２１〜５２４は、それぞれ垂直な面５２９が円錐の頂点に向かうほど拡大する。また、４条の突出部５２１〜５２４は、互いに均等に配置されている。突出部５２１〜５２４は４条に限られず、２条以上が回転方向で均等に配置されているのが望ましいが、不均等でも良い。また、線対称の配置でも良い。なお、図８は先端部５２部分を断面で示している。

本実施形態４の基礎杭１３を用いれば、基礎杭を打ち込む方法の貫入工程の際、基礎杭１３が打ち込まれて固くなる土を削ることができるため、地盤をしっかりと固めつつ且つ地盤へ貫入しやすくなる。また、貫入工程の際、回転が停止または抑制される場合、回転を逆回転させることで、突出部５２１〜５２４がひっかかっていた場合は、回転の停止又は抑制状態から脱却することができる。

（実施形態５）
本実施形態５の基礎杭１４は、基本的な構成は実施形態３の基礎杭１２と同じ構成及び作用効果を有する。以下では、図１０及び１１を参照して異なる構成を中心に説明していく。

本実施形態５の基礎杭１４は、回転方向に対して垂直な面６２９を備えるように突出する側辺に沿った４条の突出部６２１〜６２４が先端部６２に形成されている。突出部６２１〜６２４はそれぞれ、垂直な面５２９が底面側で拡大する。

本実施形態５の基礎杭１４を用いれば、実施形態１又は実施形態２の基礎杭を打ち込む方法の貫入工程の際、地盤中の土を削ることで、より地盤へ貫入しやすくなる。また、貫入工程の際、回転が停止または抑制される場合、回転を逆回転させることで、突出部６２１〜６２４がひっかかっていた場合は、回転の停止又は抑制状態から脱却することができる。なお、図１０は先端部６２部分を断面で示している。

（実施形態６）
本実施形態６の基礎杭１５は、図１２及び１３に示すように、杭本体２と拡大部７とを有する。杭本体２は、中空鋼製の管状である。杭本体２の軸線方向長さＬ２、直径Ｒ３、及び管壁の厚さ等は、地盤の種類や状態、基礎杭１５を打ち込む地形により適宜選択される。

拡大部７は、杭本体２の一端に固定部２９で固定され、本体部７１と複数の刃７３とを備える鋼製の部材である。本体部７１は、図１２に示すように、杭本体２の直径Ｒ３の約１．５倍の軸線方向厚さＤ２、杭本体２の水平方向断面積Ｓ３(＝π・(Ｒ３／２)^２)より約３０倍大きな水平方向断面積Ｓ４を備えた円柱の部材である。複数の刃７３は、本体部７１の側面に、回転方向に突出し、さらに軸線方向において固定部２９で固定されるのとは反対側にも突出するように、本体部７１の側面に、設けられている。各刃７３は本体部７１に一体的に設けられるだけでなく、各刃７３が別体で作られたものを本体部７１に一体的に固定されるものを採用することもできる。そして、各刃７３は１つ〜４つ以上配置され、複数の場合は回転方向で均等に配置されるのが望ましいが、不均等に配置されたり、線対称に配置されたり、と様々構成を採用することができる。

本実施形態６の基礎杭１５を地盤中に打ち込む方法は、基本的に実施形態１又は実施形態２と同様であるため、詳細な説明は省略する。本実施形態６の基礎杭１５は準備工程で、地盤表面に刃７３が接するように配置される。

本実施形態６の基礎杭１５は、基礎杭１５の拡大部７が杭本体２の水平方向断面積Ｓ３より約３０倍大きな水平方向断面積Ｓ４を備えるため、水平方向の面積が大きく、杭本体２の直径Ｒ３の約１．５倍の軸線方向厚さＤ２を有するため、拡大部７よりも上に土が上がりにくい。したがって、本実施形態５の基礎杭１５によれば、建築物の荷重に耐え、建築物の不等沈下を抑制することができる。

そして、地盤中に打ち込む際、刃７３で土を削り取ることによって基礎杭１５の打ち込みを補助することができる。また、螺旋状の刃とは異なり、拡大部７で得られる建築物の荷重に対する効果が８割減にならない。

（実施形態７）
本実施形態７の基礎杭１６は、基本的な構成は実施形態６の基礎杭１５と同じ構成及び作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。

本実施形態７の基礎杭１６は、図１４に示されるように、正四角柱形状の本体部８１と複数の刃８３とを備える拡大部８を有する。各刃８３は、軸線方向に平行な４辺のそれぞれに沿って、回転方向に突出するように形成されており、さらに底面より下方に突出する。

本実施形態７の基礎杭１６を用いれば、実施形態１又は実施形態２の基礎杭を打ち込む方法の貫入工程の際、拡大部８の本体部８１の側面から地盤中の土が上に上がりやすい。そのため、貫入工程の短縮あるいは貫入力が低減できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、杭本体２は中空の管状に限られず、ロッド状部材でも良い。また、拡大部は円柱、正四角柱に限定されず、角柱を採用することもできる。角柱を用いる場合は先端部の形状も本体部の角柱の形状に合わせるのが望ましい。

また、実施形態４及び５の突出部は、全突出部の垂直な面が頂点側だけあるいは底面側だけ大きくなる形状に限定されず、回転方向で隣接する突出部で、拡大する側が交互に形成される形状を採用することができる。例えば、垂直な面が頂点側で拡大した突出部の隣の突出部の垂直な面は底面側が拡大している。

そのほかに、拡大部は固定部２９で杭本体２に溶接によって固定されることに限定されず、ピン止め、ネジ式、ボルト締めなどによって杭本体２に固定される。

さらに、拡大部は中実の中身の詰まった非常に頑丈な部材が望ましいが、中空を採用することもできる。その場合、外壁は非常に頑丈であることが好ましく、内部に補強する構造あるいは補強する部材が詰め込まれていることが望ましい。

１１〜１６：基礎杭、
２：杭本体、２９：固定部、
３〜８：拡大部、３１，４１，５１，７１，８１：本体部、
３２，４２，５２，６２：先端部、３２２：側面、
５２１〜５２４，６２１〜６２４：突出部、７３，８３：刃、
９：地盤、９１：地盤表面、９２：砂利。

上記課題を解決するための基礎杭の構成上の特徴は、ロッド状又は管状の杭本体と、
前記杭本体の一端に固定される固定部と、前記固定部の先端に一体に設けられ、先細の略円錐形状又は略角錐形状をなす先端部と、を備える拡大部と、
を有し、
前記固定部は、前記先端部の略錐形状の底面が前記杭本体の軸線方向に沿って伸びてなる外周形状をもつとともに、前記軸線方向での長さが前記杭本体の直径の０．５〜５倍、及び前記軸線方向に垂直な面での断面積が前記杭本体の断面積の２〜５０倍であり、
前記先端部が、略錐形状の前記底面と外周面との間の角度θが、１０度〜４５度で形成されている、
回転しながら地盤に貫入し、地盤中に埋設されることである。

また、前記拡大部は、側面から突出するように配置される刃を有することができる。
さらに、前記拡大部は、中実体であることができる。

Claims

ロッド状又は管状の杭本体と、
前記杭本体の一端に固定され、前記杭本体の直径の０．５〜５倍の軸線方向厚さと前記杭本体の軸線方向に垂直な断面積の２〜５０倍の断面積とを備える拡大部と、
を有し回転しながら地盤に貫入し、地盤中に埋設される基礎杭。
前記拡大部は、軸線方向に垂直な断面形状が円形、多角形、又は正多角形である、請求項１に記載の基礎杭。
前記拡大部は、軸線方向において前記杭本体と固定される固定部の反対側に、略円錐形又は略角錐形の先端部若しく前記拡大部の側面から突出するように配置される刃を有する、請求項１又は２に記載の基礎杭。
前記先端部は回転方向に垂直な面を備える側辺から突出した突出部を有する、請求項３に記載の基礎杭。
前記請求項１〜４の何れか１項に記載の基礎杭を地盤中に打ち込む方法であって、
前記基礎杭を地盤表面に配置し、前記基礎杭を回転しながら地盤に打ち込む、基礎杭を打ち込む方法。
前記基礎杭の周りに砂利を配置し、前記基礎杭を回転しながら地盤に打ち込む際に前記砂利を埋めていく、請求項５に記載の基礎杭を打ち込む方法。