JP3450774B2

JP3450774B2 - 鋼管杭及びその埋設方法

Info

Publication number: JP3450774B2
Application number: JP34933499A
Authority: JP
Inventors: 汎高木
Original assignee: 株式会社国土基礎
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JP2001164566A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木・建築工事等
に使用される鋼管杭及びその埋設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木・建築工事等に使用される鋼管杭の
支持機能は、杭先端支持力と杭周面摩擦力との総和で成
り立っており、中でも杭周面摩擦力が支持機能に大きく
寄与するが、鋼管杭は外周面が滑らかであるから地盤と
の接触部での摩擦力が小さく、杭全体としての周面摩擦
力はコンクリート杭等と比較して劣る傾向にある。そこ
で特公平第２７０９４４５号公報に記載の鋼管杭２０で
は、図９に示すように金属筒２１の外周に、金属筒２１
の半径と等しい翼幅を有する螺旋状の掘進翼２２，２２
・・を、略半周分を一単位とし回転方向に対して互いに
位相をずらして多段に配設することによってこれを補
い、穿孔した縦孔の内壁と杭本体との間（緩み領域）を
セメントミルク等の地盤固化剤を用いてソイル化する工
法が開示され、すでに実用化されている。この方法で埋
設した鋼管杭は、掘進翼が周囲の地盤に強固に支圧され
ることから、優れた支持機能を発揮する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の例のように翼幅を金属筒径に比して幅広に形
成すれば、前述した緩み領域もまた大きなものにならざ
るを得ず、特に大径の鋼管杭を使用する場合には、緩み
領域の大きさや程度が施工毎に異なるので、必要とする
セメントミルク等の地盤固化剤の注入量も大きく変動
し、施工費にかなりの影響を及ぼすことになる。

【０００４】また、鋼管杭先端の形状について、上記公
報に記載の例のように先端が全面閉塞された鋼管杭は先
端支持力に優れるが、無排土で施工されるので掘進抵抗
が大きく、その上セメントミルク等の地盤固化剤を併用
すれば浮力が生じるので大きな押し込み力を要し、掘進
効率が悪化する。一方、先端を全面開放した鋼管杭は、
掘進効率はいいものの先端支持力の低下は避けられない
という相反する問題を有している。そこで本発明は上記
に鑑み、地盤固化剤の注入量を少量に抑え、施工時の掘
進効率が高い上に強固な支持機能を発揮する鋼管杭とそ
の埋設方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る鋼管杭の構成は、先端にビットと蓋板が
取り付けられた金属筒の外周に螺旋状の掘進翼を設ける
と共に、前記金属筒の外側および／または内側に、金属
筒基端から先端に至る注入パイプを設け、前記掘進翼
は、翼幅が前記金属筒の径に対して１０％程度の比率で
形成されており、該掘進翼が略半周分を一単位とし、回
転方向に対して互いに位相をずらして多段に設けられ、
前記蓋板にはその蓋板に対して面積比が１０％程度の比
率で開口部が形成されたものである。また請求項２に記
載の発明の構成は、上記鋼管杭の埋設方法であって、該
鋼管杭に、押圧力及び回転力を加え、前記ビットにて地
盤を切り崩して縦孔を穿孔しながら、前記注入パイプの
先端から地盤固化剤を吐出させ、前記切り崩された地盤
に該地盤固化剤を混練し、該混練された地盤固化剤を前
記縦孔内壁と前記鋼管杭との間に充填させていく方法に
ある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１（ａ）は本発明に係る鋼管
杭１の説明図、図２は鋼管杭１の先端部を一部省略して
示す説明図、図３は鋼管杭１先端面の平面図であり、先
端に蓋板２が取り付けられた金属筒３の先端部に、三角
錐形状のビット４が溶接されている。蓋板２には図３
（ａ）に示すように、中心に一定の開口率、例えば蓋板
２に対して面積比１０％の開口率をもって開口部５が穿
設されている。また金属筒３の先端部外周に、略半周分
を一単位とする螺旋状の掘進翼６ａ，６ａが、回転方向
に対して互いに１８０度位相をずらして配設されてい
る。この掘進翼６ａ，６ａは軸方向に対して２５度程度
オーバーラップした状態で取り付けられており、その翼
幅は金属筒径Ｄの１０％程度で、軸方向に対する投影は
切れ目のない真円となっている。そして、その下端縁裏
面に、掘進効率を向上させる鋤刃７，７が固着されてい
る。

【０００７】また、上記掘進翼６ａ，６ａから金属筒径
Ｄに相当する間隔をあけた上方位置に同様な掘進翼６
ｂ，６ｂが取り付けられており、さらにそれより上方に
同様な掘進翼６ｃ，６ｃ、６ｄ，６ｄ・・が、金属筒径
Ｄの３倍乃至４倍に相当する間隔をあけて金属筒上部に
至るまで多段に設けられている。そして、金属筒３の外
側基端から注入パイプ８が、各掘進翼６，６・・を貫通
して金属筒先端に至るまで配設され、その先端は吐出口
９として開口している。

【０００８】次に、上記の如く形成された鋼管杭１の埋
設手順について説明する。図４は上記の如く形成された
鋼管杭１を施工対象地盤へ埋設する様子を示す説明図、
図５は図４の鋼管杭基端部付近の説明図、図６は鋼管杭
１の埋設過程を示す説明図であり、施工地点に配置した
杭打ち機１０にリーダー１１を垂直に支持し、そのリー
ダー１１の上部に、鋼管杭１を押圧・回転するアースオ
ーガー駆動機１２を設置し、回転キャップ１３を介して
鋼管杭基端部に連結する。そして、図示しないグラウト
ポンプと注入パイプ８の基端部とをチューブ１４にて接
続する。また、リーダー１１の下部に揺れ止め装置１５
を設置し、鋼管杭１を地面付近で保持する。この揺れ止
め装置１５は、鋼管杭１が地盤内へある程度の深さまで
掘進され安定すれば取り外す。そして、グラウトポンプ
のセメントミルクを注入パイプ８の吐出口９から吐出さ
せながら、アースオーガー駆動機１２を作動させて鋼管
杭１に押圧回転力を加え、ねじ込むように掘進して縦孔
を穿孔する。その掘進過程で、鋼管杭先端のビット４に
よって切り崩された地盤が、掘進翼６ａ，６ａの回転に
よるミキシング作用によりセメントミルクと混練されて
軟泥化（ソイル化）する。

【０００９】次に、上記鋼管杭１の作用について説明す
る。図７は図６の鋼管杭先端付近における土壌の流動状
態を示す模式図、図８（ａ）は鋼管杭１が埋設された状
態を示す説明図である。上記の如くソイル化された土壌
（以下ソイルセメントという）は、掘進が進むにつれて
縦孔の内壁１６と鋼管杭１との間隙１ｂに流入する。ま
た、ソイルセメントの一部は鋼管杭先端の開口部５から
鋼管杭内部１ａに流入する。掘進を続ければ上方の各掘
進翼６ｃ，６ｃ、６ｄ，６ｄ・・もミキシング作用に加
わるので、上記間隙１ｂに流入したソイルセメントはさ
らに混練され、掘進が完了した時点では、鋼管杭１は、
鋼管杭径Ｄ′（図３参照）よりわずかに大径のソイルセ
メント柱１７の中に埋設されることになる。そして、そ
のソイルセメントが硬化すれば、各掘進翼６，６・・間
にソイルセメントが強固に固着された、鋼管とソイルセ
メントとの合成杭１８が形成される。

【００１０】上記の如き鋼管杭１の埋設手順によれば、
鋼管杭先端の土壌が軟泥化され掘進抵抗が小さくなるた
め大きな掘進力を要せず、したがって掘進翼６，６・・
の翼幅を金属筒径Ｄの１０％程度と比較的小さくしても
容易に埋設することができる。そして、掘進翼６，６・
・が小径であるため、穿孔した縦孔と鋼管杭１との間の
緩み領域が小さくなる。その結果、必要とする地盤固化
剤としてのセメントミルクは少量に抑えられ、施工費が
低コスト化される。加えて、各掘進翼６，６・・が、略
半周分を一単位とし、回転方向に対して互いに１８０度
位相をずらして配設されているので、回転埋設のバラン
スがよく、杭の垂直性が確保される。

【００１１】そして、施工後には鋼管杭１の周りに良質
のソイルセメント柱１７が形成されるとともに、金属筒
径Ｄの３倍乃至４倍に相当する間隔をあけて多段に配設
された各掘進翼６ｃ，６ｃ、６ｄ，６ｄ・・がソイルセ
メント柱１７を完全に拘束するので、強固な周面摩擦力
を発揮する。また、金属筒最下端に配設された掘進翼６
ａ，６ａ、および、金属筒径Ｄに相当する間隔をあけて
上方に配設された掘進翼６ｂ，６ｂが、高い先端支持力
を発揮する。

【００１２】さらに、鋼管杭先端に開口部５を設け、上
述したソイルセメントを鋼管杭内部１ａにも流入可能と
しているので、杭先端面を全面閉塞した鋼管杭と比較し
て掘進抵抗が小さく、またソイルセメントによる浮力の
影響も最小限に抑えられるので掘進効率が高いのみなら
ず、ソイルセメントが地上にオーバーフローして作業環
境が悪化するといった事態も起こらない。しかも、鋼管
杭先端の土壌は軟泥化されて流動性に富むので、土壌を
鋼管杭内部１ａに流入させるための開口部５は蓋板２に
対して面積比１０％程度の開口率でよい。このため、ソ
イルセメント硬化後における鋼管杭１の先端支持力は、
上記全面閉塞した鋼管杭とほとんど同程度の先端支持力
を発揮する。

【００１３】加えて、地震等によって地盤の応力状態が
変化しても、各掘進翼６，６・・がリングの役割を果た
すので、ソイルセメント柱１７に応力集中が起こらず、
支持機能が劣化しない。これについて、各掘進翼６，６
・・をリングに見立てた合成杭１８をイメージ化した図
８（ｂ）を基に説明すれば、ソイルセメント柱１７の内
部にはリング様の掘進翼６，６・・が多数遍在し、金属
筒３と一体となってソイルセメント柱１７を強固にブロ
ックしているので、地盤のいかなる応力変化に対して
も、ソイルセメント柱１７と鋼管杭１との境界における
最大ひずみ変化量を小さくすることができ、結果として
ソイルセメント柱１７の表面に作用する応力を鋼管杭１
全体にわたって均一に伝達することが可能となる。以上
のように、上記の手順で鋼管杭１を埋設すれば、施工時
においては注入するセメントミルクが少量に抑えられ、
かつ掘進効率が高いので施工費を低減できる上にソイル
セメントが地上へオーバーフローする事態が起こらず、
施工後においては先端支持力および周面摩擦力に優れた
強固な支持機能が発揮されるとともに、地震等による地
盤の応力変化が起こっても、杭の支持機能の劣化が起こ
りにくい。

【００１４】なお、本発明の鋼管杭は上記実施形態に何
ら限定されるものではなく、金属筒の材質・径・長さ、
掘進翼の配置、ピット、開口部の穿設部位、注入パイプ
等、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で適宜変更できる。
例えば、掘進翼については、上記実施形態では略半周分
を一単位とした構成について説明したが、３分の１周を
一単位とし回転方向に対して互いに１２０度ずらして配
設する構成としてもよく、軸方向に対してオーバーラッ
プさせる角度も２５度以上あるいは以下としても構わな
い。また、掘進翼の配置間隔を金属筒径と等しい間隔あ
るいはその３倍乃至４倍の間隔としているが、これに限
定するものではない。また杭先端面の開口部については
図３（ｂ）あるいは（ｃ）に示すような形状としてもよ
い。さらに注入パイプについては、実施形態では金属筒
の外側基端から各掘進翼を貫通して先端に至るまで配設
した構成について述べたが、図１（ｂ）に示す如く金属
筒の内側に配設した構成あるいは外側と内側両方に配設
した構成を採用してもよく、特に大径の鋼管杭を埋設す
る場合には、３本以上配設する構成としても差し支えな
い。

【００１５】また、上記鋼管杭の埋設手順にあっては、
杭打ち機，リーダー，アースオーガー駆動機，揺れ止め
装置等、適宜設計変更できる。また、地盤固化剤として
はセメントミルクに限定されず任意の固化剤を使用で
き、さらにそれら地盤固化剤に、縦孔内壁と杭本体との
間隙あるいは鋼管杭内部にソイルセメントを流入しやす
くするための流動化促進剤や、ソイルセメントの充分な
混練を促す固化遅延剤など、必要に応じて適宜添加でき
る。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に記載の鋼管杭によれば、鋼管
杭先端の土壌を軟泥化しながら掘進することができ、掘
進抵抗が軽減される。また、掘進抵抗が軽減されれば大
きな掘進力を要せず、したがって掘進翼の翼幅を小さく
しても容易に埋設することができる。この結果、穿孔し
た縦孔と鋼管杭との間の緩み領域が小さくなるため、必
要とする地盤固化剤が少量に抑えられ、施工費の低コス
ト化につながるし、回転埋設のバランスがよく杭の垂直
性が確保され、施工時における掘進抵抗をさらに小さく
できる上に、地盤固化剤による浮力の抵抗が最小限に抑
えられるので掘進効率が高く、かつソイルセメントが地
上へオーバーフローする事態が起こらない。請求項２に
記載の鋼管杭の埋設方法によれば、施工時に大きな掘進
力を必要としないため掘進翼の翼幅が小さな鋼管杭でも
容易に埋設することができ、その結果、穿孔した縦孔と
鋼管杭との間の緩み領域が小さくなるため、必要とする
地盤固化剤は少量に抑えられ、施工費が低コスト化され
る。さらに、施工後には優れた先端支持力および周面摩
擦力を発揮し、かつ、地盤の応力変化に起因する支持機
能の劣化が起こりにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明にかかる鋼管杭の説明図である。（ｂ）本発明にかかる鋼管杭の変更例を示す説明図であ
る。

【図２】図１（ａ）の鋼管杭先端部を一部省略して示す
説明図である。

【図３】（ａ）図１（ａ）の鋼管杭先端に設けられた開
口部の説明図である。（ｂ）開口部の変更例を示す説明図である。（ｃ）開口部の変更例を示す説明図である。

【図４】鋼管杭の埋設手段を示す説明図である。

【図５】図４の鋼管杭基端部付近の説明図である。

【図６】鋼管杭の掘進過程を示す説明図である。

【図７】図６の掘進過程における土壌の流動状態を示す
模式図である。

【図８】（ａ）埋設された鋼管杭を示す説明図である。（ｂ）埋設された鋼管杭の掘進翼をリングに見立てたイ
メージ図である。

【図９】従来の鋼管杭の先端付近を示す斜視図である。

【符号の説明】

１・・鋼管杭、１ａ・・鋼管杭内部、１ｂ・・縦孔内壁
と鋼管杭との間隙、２・・蓋板、３・・金属筒、４・・
ビット、５・・開口部、６・・掘進翼、７・・鋤刃、８
・・注入パイプ、９・・吐出口、１０・・杭打ち機、１
１・・リーダー、１２・・アースオーガー駆動機、１３
・・回転キャップ、１４・・チューブ、１５・・揺れ止
め装置、１６・・縦孔内壁、１７・・ソイルセメント
柱、１８・・合成杭。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 5/56 E02D 7/26 E02D 7/20 E02D 7/22 E02D 3/12 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端にビットと蓋板が取り付けられた金
属筒の外周に螺旋状の掘進翼を設けると共に、前記金属
筒の外側および／または内側に、金属筒基端から先端に
至る注入パイプを設け、前記掘進翼は、翼幅が前記金属
筒の径に対して１０％程度の比率で形成されており、該
掘進翼が略半周分を一単位とし、回転方向に対して互い
に位相をずらして多段に設けられ、前記蓋板にはその蓋
板に対して面積比が１０％程度の比率で開口部が形成さ
れている鋼管杭。
【請求項２】先端にビットと蓋板が取り付けられた金
属筒の外周に螺旋状の掘進翼を設けると共に、前記金属
筒の外側および／または内側に、金属筒基端から先端に
至る注入パイプを設け、前記掘進翼は、翼幅が前記金属
筒の径に対して１０％程度の比率で形成されており、該
掘進翼が略半周分を一単位とし、回転方向に対して互い
に位相をずらして多段に設けられ、前記蓋板にはその蓋
板に対して面積比が１０％程度の比率で開口部が形成さ
れている鋼管杭の埋設方法であって、前記鋼管杭に押圧
力及び回転力を加え、前記ビットにて地盤を切り崩して
縦孔を穿孔しながら、前記注入パイプの先端から地盤固
化剤を吐出させ、前記切り崩された地盤に該地盤固化剤
を混練し、該混練された地盤固化剤を前記縦孔内壁と前
記鋼管杭との間に充填させていくことを特徴とする鋼管
杭の埋設方法。