JP2612463B2 - 先端支持耐力が大きい非打込み杭の施工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、騒音、振動に関する公害が問題とされる
市街地において主として高層及び超高層建築物を支持す
る先端支持力の大きい非打込み杭の構築に使用される施
工装置に関する。

従来の技術 市街地での建設工事に際しては、騒音、振動に関する
公害問題を避けるため、構造物の支持杭、基礎杭として
は打込み杭（既製杭を打ち込んだもの）は採用されなく
なった。代って、予め支持地盤まで掘削した孔に既製コ
ンクリート杭を挿入してその先端部を一部埋め込み、孔
壁との隙間にはモルタルを充填して成る埋込み杭、又は
掘削孔中に鉄筋篭を挿入しコンクリートを打設して成る
場所打ちコンクリート杭、そして、杭先端部の外径を拡
大した場所打ち拡底杭などが多く採用されるようになっ
ている。

ところが、埋込み杭や場所打ちコンクリート杭の場合
は、削孔によって孔底の支持地盤に応力解放（緩み）を
生じさせ、かつ乱すので、同支持地盤の密度や剛性は自
然地盤の数値に比べて大きく低下し、杭先端の支持耐力
は打込み杭のそれに比べてはるかに低い値に評定されて
いる。即ち、最大許容支持力のガイドラインには、場所
打ちコンクリート杭で250t/m²、先端地盤固結杭の場合
には450t/m²とされている。

このため従来埋込み杭や場所打ちコンクリート杭の
先端支持耐力が小さいという弱点は、杭のピッチをつめ
て本数を増やすとか杭外径を大きくする対策でカバーし
ているのが実情である。

一方、削孔された孔底部の支持地盤中に固結材を注
入して人工固結地盤を造成し、その上に場所打ちコンク
リート杭を打設して先端地盤のゆるみによる弊害を解決
した先端地盤固結杭が開発されている（特公昭55−4921
0号公報記載の非打込み杭を参照）。

あるいは削孔中に、先端にシューブロックを付設し
た既製管状体を挿入し、まずシューブロックを押し込ん
で孔底の支持地盤を締め固め、次いでシューブロックの
上に凝固材料を付設して先端支持耐力を増強した非打込
み杭も開発されている（特公昭55−50132号、同56−468
5号、同60−58335号公報記載の非打込み杭を参照）。

本発明が解決しようよする課題 （Ｉ） 大都市周辺における地価の長期的、継続的な高
騰は、土地の高度利用を積極的に進めるところとなり、
建築の高層化に一段と拍車がかかっている。建築の高層
化が進むにつれて、従来の埋込み杭や場所打ちコンクリ
ート杭の支持耐力では不足を生ずる状況が発生し、上記
に述べた如く杭のピッチをつめて本数を増やすとか杭
外径を大きくする程度のことではいずれ対処しきれなく
なる。極端な場合、建築物の下部の全面積にわたり基礎
杭を構築したとしても対応不可能な事態も予測される。
したがって、現状の技術では近い将来に求められるであ
ろう超々高層建築物を支持するだけの基礎杭を実現する
ことは甚だ困難だと考えられている。

（II） 上記に述べた場所打ちコンクリート杭の先端
支持地盤に固結材を注入し人工固結地盤を造成した先端
地盤固結杭は、先端支持耐力として450t/m²の評定を受
けており、打込み杭に匹敵する先端支持耐力（2800t/
m²）を期待することは困難である。

（III） 次に、上記に述べたシューブロックを埋め
込んで孔底のゆるんだ支持地盤を締め固めた杭は、一応
合理的なものであるが、小口径杭にしか適用できないと
いう問題点がある。

というとも、杭先端に付設した杭外径と略同径のシュ
ーブロックを押し込むという考え方は良いとしても、例
えば支持耐力が1000t/m²の支持地盤中の直径が1mのシュ
ーブロックを押し込むためには約800tの押し込み能力を
もった押し込み機が必要ということになり現実には不可
能に近い。

（IV） そこで本発明の目的は、高層ないし超々高層建
築物を支持する大口径基礎杭（支持杭）としての実用性
があって、打込み杭に近い先端支持耐力を発揮し、しか
もその施工が比較的容易である先端支持耐力が大きい非
打込み杭を構築する施工装置を提供することである。

課題を解決するための手段 （第１〜４の発明） この発明に係る施工装置は、図面の第４図〜第７図に
好適な実施例を示したとおり、 剛体３を垂直下向きに保持する部分10と、前記剛体３
の押し込み手段11と、前記押し込み手段11の反力受け部
分12と、前記反力受け部分12を杭孔８中の孔壁部（又は
削孔用ケーシングパイプ）から地盤に反力をとって固定
する手段13とから成る構成とした。

なお、上記施工装置における剛体３の保持部分は、棒
状の剛体ピース3a…を所定の配置で個別に収納し、かつ
その押し込みガイドを兼ねるカートリッジ10として構成
した。

また、上記施工装置における剛体の押し込み手段は、
前記剛体保持部分10に下向きに保持された剛体３と反力
受け部分12との中間に位置する油圧ジャッキ11から成る
ものとし、該油圧ジャッキ11は関節14をもつ支持腕15に
て平行な位置移動が可能に支持せしめ、多数の剛体ピー
ス3a…を順次１本ずつ個別に埋め込む構成とした。

さらに、上記施工装置における地盤に反力をとる手段
は、抜け方向に油圧ジャッキ16で起伏される拡大反力板
13又は半径方向に進退される押え摩擦板17として構成と
した。

作用 押し込み手段11は、分割された棒状の剛体ピース3a…
を１本ずつ順に埋め込むので、それに要する押し込み力
は剛体ピース3aの外径を20cm位にすると100トン程度と
なり、既存の油圧ジャッキの能力による埋め込みが容易
に可能である。

また、前記100トン程度の押し込みに必要な反力は、
抜け方向に油圧ジャッキ16で起伏される拡大反力板13
（第４図）、又は半径方向に進退される押え摩擦板17
（第７図）で比較的容易に確保される。

関節14をもつ支持腕15により平行な位置移動が可能に
支持された押し込み用の油圧ジャッキ11（第６図）は、
支持腕15をプログラミング制御又はコンピュータ制御す
ることにより、順次移動され各剛体ピース3aを順に埋め
込んでゆくのである。

削孔による先端支持地盤２のゆるみは、剛体３の強制
的な埋め込みによって締め固められ、自然な支持地盤２
より以上の密度及び剛性となるように改良され、先端支
持耐力が増大される。この締め固め効果を得るために、
剛体３の外径は杭体外径と略等しい大きさとし、かつ杭
径の1/2以上の長さ埋め込まれる。その根拠は、第８図
に模型実験を結果を示したように、Ｂグールプの埋込み
杭の先端極限荷重は、Ａグループの打込み杭の先端極限
荷重に近い値となるS/D値（Ｓは沈下量、Ｄは杭径）が
0.5以上となっており、少なくとも杭直径の約半分以上
の長さだけ剛体３を先端支持地盤２中へ埋め込めば、打
込み杭と同等な大きさの先端極限支持耐力が得られるこ
とが明らかだからである。

なお、第８図によれば、S/D値が0.5以上になると先端
支持荷重がほとんど一定値のまま沈下が進んでいること
が明らかである。これは杭先端荷重は支持地盤のある領
域内の砂れき地盤の粒子破砕を生じさせる荷重であるこ
とを意味し、鉱物組成が同一の砂れき層であれば一定値
となることが理解される。そして、本発明の如く剛体３
を強制的に埋め込み、先端支持地盤２内に粒子破砕を生
じさせてその荷重が一定値となる深さまで貫入する結
果、非打込みの埋込み杭や場所打ちコンクリート杭の先
端支持耐力を打込み杭の先端支持力に近づけられるので
ある。

剛体３は、分割した棒状の剛体ピース3a…の集合体か
ら成り、各剛体ピース3aは１本ずつ個別に埋め込まれる
ので、小さな荷重による押し込みが可能であり、即ち既
存の油圧ジャッキ11等による埋め込みが可能であり、そ
の際に必要な反力も容易に確保できるのである。

実 施 例 次に、図示した本発明の実施例を説明する。

第１図はこの発明に係る施工装置で構成された先端支
持耐力が大きい埋込み杭を示し、第２図は同じく先端支
持耐力が大きい場所打ちコンクリート杭を示している。

第１図の埋込み杭は、杭先端の支持地盤２中に剛体３
を埋め込んであり、この剛体３の上に既製コンクリート
杭５及びその外周に充填したモルタル６とより成る杭体
を構築した構成とされている。

その施工順序としては、まず地盤１中に支持地盤２に
達する杭孔４を掘削し、その孔底を支持地盤２の中に剛
体３を埋め込み、次いで杭孔４中に既製コンクリート杭
５を挿入し、この既製コンクリート杭５と杭孔４との隙
間にモルタル６を充填する工程が実施される。

剛体３は、杭体の外径（例えば2m位）と略等しい外径
とし、およそ杭体直径の1/2以上の深さ（例えば1.2m
位）まで支持地盤２中に埋め込まれている。

剛体３はまた、第３図Ａに示したように杭先端面を全
面的に、かつ等しい大きさに分割した棒状の剛体ピース
3a…の集合体から成るものとされている。ちなみに、剛
体ピース3aの集合体外径は2m位の大きさとし、１本の剛
体ピース3aの外径寸法は20cm位、長さは120cm位の大き
さとされている。

もっとも、剛体ピース3aは、第３図Ｂに示したように
杭先端面内にほぼ均等なピッチで分散配置されるように
部分的に分割したものとして実施することもできる。

第２図の場所打ちコンクリート杭の場合は、地盤１に
削孔された杭孔４の孔底にあたる支持地盤２中に剛体３
を埋め込んだあと、杭孔４内に鉄筋篭を挿入しコンクリ
ート７を付設して杭体が構築されている。

次に、第４図は、削孔された杭孔先端の支持地盤２中
に棒状の剛体ピース3a…の集合体から成る剛体３を埋め
込む施工装置の使用状態を示している。

この施工装置は、地盤１に杭孔８を掘削した後、地上
に据え付けた図示省略のクレーン等により吊り具18を介
して吊り下げて使用される。

この施工装置は、剛体ピース3a…の集合体を垂直下向
きに埋め込み可能に保持する剛体保持部分10と、前記剛
体ピース3aを個別に押し込む手段としての油圧ジャッキ
11と、前記油圧ジャッキ11の上端部を支える反力受け部
分12と、杭孔８の孔壁部（又は削孔用ケーシングパイ
プ）を通じて地盤１に反力をとり前記反力受け部分12の
位置を固定する手段としての拡大反力板13とで構成され
ている。

剛体の保持部分10は、第５図に拡大図を示したよう
に、杭先端面を等大の大きさに分割した棒状の剛体ピー
ス3a…の集合体を例えば第３図Ａ又は第３図Ｂのような
配置で収納し保持するカートリッジとして構成されてい
る。即ち、このカートリッジ10は、円周方向及び半径方
向に等間隔の仕切り10a…と10b…から成り、この仕切り
10aと10bで囲まれた空間が前記剛体ピース3aの横断面と
略同形、同大の剛体収納孔部10c…として形成されてい
る。カートリッジ10の各剛体収納孔部10c…に１本ずつ
剛体ピース3a…を挿入し保持せしめている。各剛体収納
孔部10cに装着した剛体ピース3aは、押し込み用の油圧
ジャッキ11により各剛体ピース自重量よりも大きな押し
出し力を受けることによりカートリッジ10から縁切りさ
れて出てゆき支持地盤２中に埋め込まれる。

剛体ピース3aを１本ずつ埋め込む油圧ジャッキ11は、
剛体ピース3aを保持したカートリッジ10と反力受け部分
12との中間位置に設けられた作動室19内に垂直下向きに
設置されている。作動室19の中心部の上下方向には、反
力受け部分12とカートリッジ10とで両端支持された支柱
20を設け、２個の関節14、14をもつ支持腕15の基端部が
前記支柱20に取付けられている。支持腕15の基端部は、
支柱20に対してモータ21により360゜全周方向への回転
変位のコントロールが可能に取付けられている。この支
持腕15の先端部に油圧ジャッキ11が支持されている（第
６図）。各関節14はモータ22により屈曲角度のコントロ
ールが自在に構成されている。

つまり、地上の図示を省略した制御盤を通じてプログ
ラミング制御又はコンピュータ制御することにより、モ
ータ21で支持腕20の基端部を支柱20の回りに回転変位さ
せ、あるいはモータ22で２個の関節14、14の屈曲角度を
個別的に変化させる。こうして油圧ジャッキ11は垂直姿
勢のままカートリッジ10に保持された各剛体ピース3aと
一致する位置へ順次平行移動され、カートリッジ10に保
持された剛体ピース3aの埋め込みが行なわれるのであ
る。

なお、各剛体ピース3aの上端面には錐状のへこみ23を
形成し、他方、油圧ジャッキ11のピストンロッド11aの
先端は先細の錐状に形成することにより両者の位置の整
合性と位置決めの容易性を高め、かつ両者を連結した押
し込み時の安定性が確保されている。同様に反力受け部
分12にも錐状のへこみ24を形成し、他方、油圧ジャッキ
11の上端面は先細の錐状に形成することにより、油圧ジ
ャッキ11を各剛体ピース3aの位置に移動させた際の位置
決めを容易ならしめ、かつ剛体ピース3aの押し込み動作
の安定性を高めるものとしている。

次に、拡大反力板13は、その上端部を本体ケーシング
25にヒンジピン26で起伏自在に取付け、油圧ジャッキ16
により抜け方向に起伏する構成とされている。油圧ジャ
ッキ16の基端部もヒンジピン27で本体ケーシング25へ起
伏自在に取付けられている。即ち、油圧ジャッキ16で拡
大反力板13を傘のように押し開くことによって孔壁に押
しつけ、剛体ピース3aの埋め込みに必要な大きさの反力
を地盤にとるのである。この拡大反力板13で地盤に反力
をとることにより、油圧ジャッキ11による剛体ピース3a
の押し込みに必要な大きさの反力が確保されるのであ
る。このとき、反力受け部分12と拡大反力板13との間に
おける力の授受は、本体ケーシング25及びその内側に付
設した伝力ロッド28を通じて行なわれる。伝力ロッド28
は、第３図Ａに示した剛体ピース3a…の配置における最
外周の欠所29に相当する位置毎に配設されている。

なお、地盤１に反力をとる他の手段としては、第７図
に示したようにプレッシャーバッグ30を膨張させること
によって孔壁面に押し付け食い込ませる押え摩擦板17の
構成を代用することもできる。押え摩擦板17は、プレッ
シャバック30を保持する剛性枠31を介して本体ケージン
グ25に取付け固定され、プレッシャーバッグ30を収縮さ
せたときは引張りバネ32で後退されるようになってい
る。

なお、第４図中の33は当該施工装置の本体ケーシング
25を杭孔８の中心に位置決めするためのプレッシャーバ
ッグであり、本体ケーシング25の外周に付設されてい
る。

したがって、この施工装置は、剛体ピース3aを全部埋
め込んだ後は、油圧ジャッキ16によって拡大版力板13を
すぼませ、プレッシャーバッグ33を収縮させた後に吊り
具18で地上へ引き上げられるのである。

本発明が奏する効果 本発明の施工装置は、杭先端面を分割した棒状の剛体
ピース3aを１本ずつ埋め込む構成なので、既製能力の油
圧ジャッキ11による埋め込みが容易に可能であると共に
剛体ピース3aの本数及び配置の考慮によって大口径杭に
も容易に適用可能なのである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は非打込み杭たる埋込み杭と場所打ちコ
ンクリート杭の構造全体を示した立面図、第３図Ａ、Ｂ
は第１図又は第２図のIII−III矢視に相当する埋込み剛
体の異なる構成例を示した平面配置図、第４図はこの発
明に係る施工装置を使用状態で示した立面面、第５図と
第６図は第４図のＶ−Ｖ、VI−VI矢視断面図、第７図は
押え摩擦板の構造を示した断面図、第８図は杭の先端沈
下量と先端極限荷重との関係を示した対数グラフであ
る。 ２……支持地盤、３……剛体 3a……剛体ピース、８……杭孔 10……剛体の保持部分（カートリッジ） 11……剛体の押し込み手段（油圧ジャッキ） 12……反力受け部分 13……反力をとる固定手段（拡大反力板） 17……押え摩擦板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場崎 亮一 東京都江東区南砂２丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 山下 清 東京都江東区南砂２丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 宮木 宗和 東京都中央区銀座８丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (56)参考文献 特開 昭57−197318（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−119842（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛体を垂直下向きに保持する部分と、前記
   剛体の押し込み手段と、前記押し込み手段の反力受け部
   分と、前記反力受け部分を杭孔中の孔壁部から地盤に反
   力をとって固定する手段とから成ることを特徴とする、
   先端支持耐力が大きい非打込み杭の施工装置。
2. 【請求項２】剛体の保持部分は、棒状の剛体ピースを所
   定の配置で個別に収納し、かつその押し込みガイドを兼
   ねるカートリッジとして構成されていることを特徴とす
   る、請求項１に記載した先端支持耐力が大きい非打込み
   杭の施工装置。
3. 【請求項３】剛体の押し込み手段は、保持部分に下向き
   に保持された剛体と反力受け部分との中間に位置する油
   圧ジャッキから成り、該油圧ジャッキは関節をもつ支持
   腕にて平行な位置移動が可能に支持されており、多数の
   剛体ピースを１本ずつ個別に埋め込むことを特徴とす
   る、請求項１に記載した先端支持耐力が大きい非打込み
   杭の施工装置。
4. 【請求項４】地盤に反力をとる手段は、抜け方向に油圧
   ジャッキで起伏される拡大反力板、又は半径方向に進退
   される押さえ摩擦板から成ることを特徴とする、請求項
   １に記載した先端支持耐力が大きい非打込み杭の施工装
   置。