JP3619841B2 - 杭の定着施工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に圧入する杭の定着施工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
地中に圧入して建造物を支持する定着杭の機能としては、地盤性状、地盤構成、先端地盤耐力、杭周辺地盤耐力を杭体を構築して、常時の鉛直荷重を支えることの他に、地震時の水平力による曲げモーメントと剪断力に耐え、上部構造物を安全に支持することが大切である。
【0003】
従来の定着杭の施工方法は、地盤の性状を予め把握して杭の強度を設定し、図7に示すように、この検出条件に応じた定着杭1を用意し、定着杭1はストレートな杭体2の先端に、杭体2よりも大径な拡径部3を設けた構造を有し、先行掘りで削孔4した後、この定着杭1を削孔4内に挿入し、杭先が支持層Bに達したら杭先の部分からセメントミルク等の充填材を注入し、杭先の部分に固定部5を形成するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような定着杭の施工方法は、定着杭1の拡径部3に見合う削孔4を先掘りするため、杭体2の周面と地盤Aとの間に隙間が発生し、杭体2と地盤Aとの密着により生じる摩擦力による鉛直荷重の支持強度が望めないと共に、杭先部分の固定部5は、拡径部3の外径でしか形成することができず、耐引き抜き強度の増加が得られないという問題がある。しかも、先掘りの削孔4に杭体2を挿入するため、固定部5の形成時に杭体2の重量で充填材が上方に逃げ、固定部5の形成が十分に形成することができず、固定部5の確認も困難であり、鉛直荷重の支持強度が弱い。
【0005】
また、定着杭1を施工する地盤Aの性状は深さ方向に変化があり、従来の定着杭1は、地盤Aの性状に対して最も強度の必要とする部分の条件で全長を構成しているため、強度的に余分な部分もあり、コスト的に高くつく。
【0006】
そこで、この発明の課題は、杭体の周面と地盤との間の密着性に優れ、かつ、大径の拡底部が形成でき、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、地盤の性状に対応して部分的な強度の設定が自由に行える定着杭の施工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、先端が閉鎖された杭体を回転と鉛直荷重で地中に圧入する杭の定着施工方法であって、杭体の先端部と、地盤の性状と設計条件に応じた杭体の外周の必要な部分に、収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体に正転と鉛直荷重を与えて、拡大ビットの収納状態で地中に回転圧入し、圧入時に自動計測記録で地盤性状を調査し、杭体の先端が所定深さに達した時点で杭体を逆転させ、拡大ビットを外方に突出させて地中を攪拌すると共に、この攪拌部分に地盤改良材を注入し、これにより、地中における杭体の先端と途中の部分に拡径部を形成した状態で該杭体を定着させる構成を採用したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【0012】
図1乃至図3に示す第1の実施の形態の定着杭11は、外周に螺旋12を設けた杭体13の先端部に杭先14を設け、この杭先14の外周面に、杭体13の径内に納まる収納状態から外方に突出可能な拡大ビット15が設けられている。
【0013】
上記杭体13は、コンクリート杭の場合、図3(B)の如く、鉄筋16で補強した螺旋12を一体に成形すればよく、また、鋼管杭の場合、鉄筋や鋼材等を用いた別体の螺旋12を溶接により固定すればよい。この螺旋12は、杭体13の全長において、図示のような杭体13の全長に連続するものだけでなく、地盤の性状と設計条件に応じ、杭体の外周の必要な部分に必要な範囲又は長さだけ部分的に設けたり、部分的に材質を変えるようにしてもよく、地盤の性状の変化に対して杭体13の強度を部分的に調整することができる。
【0014】
例えば、鋼管杭の場合、地盤の性状に対応して、補強を必要とするところは、螺旋12を鉄筋や鋼材等を用いて形成し、コンクリート杭の場合は鉄筋で補強した螺旋12を一体に成形し、図3(A)の如く、杭体13だけの強度でよい部分は、螺旋12を硬質ゴム製とし、これを杭体13の外周面に接着固定するようにすれば、ゴム製螺旋の部分は杭体13だけの強度となり、他の部分は螺旋12により杭体13の強度を向上させることができ、杭体13を地盤の性状の変化に対応して部分的に強度を変化させることができる。
【0015】
上記のような螺旋12によって、杭体13の正回転時の推進力と逆回転時の周辺地盤の締め固め効果と、有効摩擦区間の摩擦力の増強、杭体13の合成強度の強化、杭体の曲げ、剪断強度の増加、螺旋12の間隔を小さくすることによる強度の増加、負の摩擦力区間は硬質ゴム製螺旋による摩擦力の調整等が得られる。
【0016】
前記杭先14は、円錐形に形成され、先端や周面の適宜部分には、定着杭11の地中への回転圧入時に、杭体13内の通路17を通して圧力液を噴射したり、セメントミルク等を噴射するための噴射口18が設けられている。
【0017】
上記杭先14に設けた金属板製の拡大ビット15は、図1と図2に示すように、杭先14の外面に、この外面に重なる状態から外方に突出可能となるよう枢着し、この拡大ビット15の側部にストッパー19を設け、図1(B)のように、杭体13の螺旋12をねじ込む方向の正回転時、拡大ビット15は杭先14の外面に重なって杭体13の外径内に収まり、図1(C)の如く、杭体13の逆回転時は土圧を受けた拡大ビット15が外方に突出するよう回動し、ストッパー19に当接して外方への突出状態が保持されるようになっている。
【0018】
なお、拡大ビット15の構造や数は、地盤の性状に合わせて任意に選択すればよい。
【0019】
図4と図5に示す第2の実施の形態の定着杭11は、杭体13の先端と杭先14の間に拡大ビット15を設けている。
【0020】
この拡大ビット15は、杭体13の先端に固定する円形の上板20と、杭先14の上面に固定する円形の下板21とを、間隔を設けて対向状に固定化し、上板20と下板21の間に複数の拡大ビット15を組み込み、各拡大ビット15は内端側を上板20と下板21の間の内側寄りの位置に軸22で枢着し、図5(A)のように、上板20と下板21の外周内に納まる状態から軸22を中心に回動したとき、図5(B)の如く、上板20と下板21の外周からストッパー23に当接する外方へ突出するようになっている。なお、杭先14の外面には、土質の性状に応じた構造の多数の掘進翼24が設けられている。
【0021】
上記上板20と下板21は、杭体13の外径と略等しく、上板20と下板21の外周内に収納された各翼体15は杭体13の外径内に収まり、地中への杭体13の正回転圧入に支障を与えないと共に、杭体13の逆回転時に先端面に土圧が掛かると、図5(B)の如く、上板20と下板21の外周から外方へ突出する状態になる。
【0022】
図6に示す第3の実施の形態の定着杭11は、杭体13の先端と杭先14の間に拡大ビット15を設けると共に、地盤の性状の変化に対応して杭体13の途中にも拡大ビット15を設け、定着杭11の途中に拡径部25を形成するようにしたものである。
【0023】
杭体13の先端に設ける拡大ビット15の構造は、先に示した、第1、第2の実施の形態のどちらでもよく、また、途中の拡大ビット15は、第2の実施の形態と同様の構造を採用すればよい。また、図示の場合、定着杭11は既成杭の例を示したが、上記でのべた鋼管杭と同様の構造で場所打ち杭のケーシングを形成し、このケーシングを地盤に回転圧入し、その内部にコンクリートを打ち込むことにより、場所打ち杭も同様に施工できる。
【0024】
次にこの発明の定着杭の施工方法を説明する。
【0025】
定着杭11の施工にあたり、定着杭11を圧入する地盤Aの性状を予め検出して把握し、この検出結果に基づいて、必要とする強度と長さの定着杭11を設計製作する。
【0026】
地盤Aの性状を検出する方法としては、例えば、特許第1905950号による地盤強度の検出方法を用い、定着杭11を圧入する地盤Aの性状を直接検証し、これに基づいて定着杭11の荷力に対応する箇所の支持及び補強強度の算定を行う。即ち、地盤Aには、シルト層、砂層、粘土層、岩盤層等があり、これらの地層の変化は、地震発生時に定着杭に加わる水平力や圧縮による曲げモーメントが異なることになり、従って、定着杭11は直径の設定とその外周に設ける螺旋12や拡大ビット15を設ける条件によって、地層の変化に対応する剪断補強を行ったものを製作する。
【0027】
上記のように製作した定着杭11は、周知の回転圧入装置を用い、垂直に保持した状態で螺旋12のねじ込み方向に正回転させ、鉛直荷重を加えて地中に圧入する。この時、第1の実施の形態においては、杭先14に設けた各拡大ビット15は、収納方向に土圧を受けるので、杭体13の外径内に納まった状態となり、第2と第3の実施の形態では、杭先14が掘進翼24で地盤Aを掘削し、上板20と下板21の外周内に収納された各拡大ビット15は、収納方向に土圧を受けるので、杭体13の外径内に納まった状態となり、これにより、何れの実施の形態においても杭体13の外周と地盤Aは密着し、杭体13の外周に設けた螺旋12が地盤A内に螺入していくことになる。このとき、杭先14から圧力液を噴射し、掘進を補助するようにしてもよい。
【0028】
上記定着杭11の回転圧入時に、前記した検出方法を用い、定着杭11の先端が支持層に到達したのを、正回転時の駆動源の電気抵抗の増大やセンサによる自動計測記録での設計支持力地盤位置を確認して、定着杭11の先端が支持層Bに到達すると、回転圧入装置の駆動源を切替え、定着杭11を逆回転させながら、定位置を保持させるか圧入を続ける。
【0029】
この逆回転により、杭先14に設けた各拡大ビット15又は、杭体13の先端部や途中において、上板20と下板21の外周内に収納された各拡大ビット15の先端に拡開方向の土圧が作用するので、各拡大ビット15は先端が杭体13の外周から外方に突出し、定着杭11の先端部を拡径掘りする。該各拡大ビット15の拡開は、砂礫の混合攪拌を駆動源の電気抵抗の増大による自動計測記録での確認によって知ることができる。
【0030】
上記各拡大ビット15の拡開による拡径掘りにより、砂礫の混合攪拌を行うと共に、地上から供給したセメントミルク等の地盤改良液を、逆止弁26を介して杭先14の噴射口18や拡大ビット15を設けた部分の近傍から混合攪拌した部分に噴射し、拡径掘りした部分の砂礫と地盤改良液を混合攪拌し、これによって定着杭11の先端が到達した支持層Bに拡径部27を形成する。
【0031】
この拡径部27は、図2と図4(B)の如く、拡大ビット15での拡径掘りにより、杭体13よりも遙かに大径で上下に長いコンクリート塊となり、杭体13を上下方向に停止させた状態で拡径部27の混合攪拌部分の養生が行え、しかも、拡開した拡大ビット15の全体をコンクリート塊内に埋め込むことになるので、鋼製の拡大ビット15であっても錆や腐食の発生を確実に防止でき、しかも、拡大ビット15が鉄筋の役目をし、強度に優れた拡径部27を形成することができ、地盤改良液、砂質土、拡大ビット15の一体固化による拡径部27によって、杭体の支持力の大幅な向上が図れ、地震時の引き抜き力に対しての抵抗増強も可能になる。
【0032】
また、定着杭11の逆回転による圧入により、螺旋12は杭体13の周囲の土砂を埋め戻す方向に押し込むことになり、杭体13の外周面と地盤Aの密着性を向上させ、杭体13と地盤Aとの密着により生じる摩擦力による鉛直荷重の支持強度が向上する。
【0033】
上記のように、定着杭11は、杭体13の先端に形成した拡径部27が支持層Bに定着し、かつ、定着杭11は地盤に回転圧入し、先端が支持層に到達した状態で杭体13を停止させて拡径部27の養生凝固を待つことができ、従って、拡径部27の地盤改良液が杭体の重量で逃げることがなく、拡径部27を確実に形成でき、かつ、螺旋12が地盤Aにねじ込まれ、杭体13の外周面と地盤Aの密着性が向上するので、杭体13と地盤Aが一体化し、地盤耐力から摩擦力、先端耐力を杭体13に伝達し、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、耐引き抜き強度が大幅に向上し、しかも、杭体13に設けた螺旋12により、地盤Aの性状に対応して部分的な強度の設定がなされ、常時の鉛直荷重を支えることの他に、地震時の水平力による曲げモーメントと剪断力に耐え、支持力の大幅な向上とによって、地震発生時にも上部構造物を安全に支持することができる。
【0034】
なお、第3の実施の形態においては、杭体13の途中においても杭体13の逆転時に拡大ビット15が拡径し、この部分でも地盤の攪拌と地盤改良液の供給が行われ、杭体13の途中に拡径部25を形成し、鉛直荷重の支持強度を向上させることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、外周に螺旋を設けた杭体に、杭体径内に納まる収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体を螺旋のねじ込み方向に正転させて拡大ビットの収納状態で地中に圧入し、杭体の先端が所定深度に達した時点で逆転させて拡大ビットを外方に突出させると共に、地盤改良液を拡大ビットによる攪拌部分に注入し、杭体の先端に拡径部を形成するようにしたので、杭体の周面と地盤との間の密着性に優れ、かつ、大径の拡径部が形成でき、鉛直荷重の支持強度が向上すると共に、耐引き抜き強度も向上し、杭体の外周に設けた螺旋により、地盤の性状に対応して部分的な強度の設定が自由に行える。
【0036】
また、地盤に回転圧入した杭体を上下方向に停止させて拡径部の養生が行えることになり、拡径部の地盤改良材の逃げがなく、拡径部の形成が確実に行え、鉛直荷重の支持強度が優れた杭の施工が可能となり、かつ、施工も回転圧入でよいので、経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は第1の実施の形態の定着杭を示す正面図、(B)は同上において拡大ビットの収納状態を示す拡大断面図、(C)は拡大ビットの突出と拡径部の形成を示す拡大断面図
【図2】定着杭の先端に形成した拡径部の拡大断面図
【図3】(A)は螺旋をゴムで成形した杭の拡大断面図、(B)は螺旋を一体成形したコンクリート杭の拡大断面図
【図4】(A)は第2の実施の形態の定着杭を示す正面図、(B)は先端に拡径部を形成した縦断面図
【図5】(A)は同上における拡大ビットの収納状態を示す拡大断面図、(B)は拡大ビットの突出状態を示す拡大断面図
【図6】(A)は第3の実施の形態の定着杭を示す正面図、(B)は先端に拡径部と中間に拡径部を形成した縦断面図
【図7】従来の定着杭を地盤へ圧入した定着状態の断面図
【符号の説明】
11 定着杭
12 螺旋
13 杭体
14 杭先
15 拡大ビット
Claims (1)
- 先端が閉鎖された杭体を回転と鉛直荷重で地中に圧入する杭の定着施工方法であって、杭体の先端部と、地盤の性状と設計条件に応じた杭体の外周の必要な部分に、収納状態から外方に突出可能な拡大ビットを設け、この杭体に正転と鉛直荷重を与えて、拡大ビットの収納状態で地中に回転圧入し、圧入時に自動計測記録で地盤性状を調査し、杭体の先端が所定深さに達した時点で杭体を逆転させ、拡大ビットを外方に突出させて地中を攪拌すると共に、この攪拌部分に地盤改良材を注入し、これにより、地中における杭体の先端と途中の部分に拡径部を形成した状態で該杭体を定着させることを特徴とする杭の定着施工方法。
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