JP3753857B2 - 杭の埋込み工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、節杭その他の既成杭を地盤中に低振動・低騒音で埋設施工するための杭の埋込み工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、先に、低振動・低騒音で施工でき、かつ周面支持力を増加させ、さらにドレーン機能を付加することのできる杭の施工方法を開発している（特開平７−２８６３２４号公報参照）。
【０００３】
上記施工方法は、外周面にスパイラル状のスクリューを有する外管とその内側の押圧管としての内管とからなるケーシングの下端に、開閉可能な先掘刃を設け、これを回転圧入装置により地盤中に圧入して行き、内管の内側に既成杭を設置するとともに外管と内管の間から砂利、砕石、砂等のドレーン材を供給し、内管を上下動させることによりドレーン材を締め固めながらケーシングを引き上げ、地盤中にドレーン材で囲まれた杭を残置する形でドレーン層付きの杭を施工するものである。
【０００４】
この場合、埋設された既成杭とその回りに締め固められたドレーン材との間の摩擦力により、軟弱な地盤においても杭本来の周面支持力が得られ、また地震時にはドレーン材の存在により地盤中の過剰間隙水圧が逸散され、液状化が抑止される。
【０００５】
一方、特公昭６１−５８６１５号公報には、基礎くいの打込み工法として、鋼管くい等の中空の既成杭を地盤中に打設するにあたり、杭の中空部下部に砂、スラグまたは砂利からなる粒状体を充填し、杭の内側から粒状体を打撃することにより粒状体にダイレイタンシー現象を生じさせて杭下端を閉塞し、そのまま地盤中に打込んで行く工法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−２８６３２４号公報記載の工法においても、地盤中に埋設された杭の周面支持力の増加、ドレーン機能の付加といった面では、優れた効果が得られる。
【０００７】
しかし、ケーシングの構成等について改良の余地があり、例えばケーシングの下端に設けられる開閉可能な先掘刃についても、回転圧入に耐える取り付け機構が必要であることや、先端が尖っている場合、回転圧入に際し傾斜の修正に手間がかかるといった課題がある。
【０００８】
本願発明は、上記従来技術の課題の解決を図ったものであり、施工した杭の周面支持力を増加させ、必要に応じドレーン機能を付加させることができ、かつ施工装置が簡略化でき、より施工性に優れた杭の埋込み工法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る杭の埋込み工法は、下端が開放され地盤中に回転圧入するための手段を設けたケーシングの下端に、前記ケーシングの外径と略同一またはケーシングの外径より大きい外径を有する板体の上面に前記既成杭の下端を嵌入可能な大きさの嵌入部を形成した蓋体を設置し、ケーシングの下端から受ける押圧力によってケーシングとともに地盤中に圧入する工程と、前記ケーシング内に既成杭を吊り込む工程と、この既成杭とケーシングとの間に砕石または砂利などの充填材を充填する工程と、蓋体によりケーシング下端を閉塞した状態でケーシングを所定深さまで沈設する工程と、ケーシングが所定深さまで沈設され、前記既成杭とケーシングとの間に充填材が充填されている状態で、前記ケーシングを引き上げることにより、地盤中に前記蓋体および周囲が充填材で囲まれた既成杭を残置する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
各工程の順序に関し、ケーシングおよび蓋体と既成杭との関係では、
(1) ケーシングおよび蓋体のみを先に所定深さまで沈設した後、既成杭をケーシング内に吊り込む場合、
(2) ケーシングおよび蓋体のみで途中の深さまで沈設した後、既成杭をケーシング内に吊り込み、以後、これらを所定深さまで沈設する場合、
(3) 沈設開始前に既成杭をケーシング内に吊り込み、これらを所定深さまで沈設する場合
などが考えられる。
【００１１】
また、充填材を充填するタイミングとしては、上記(1) の場合においては、ケーシングおよび蓋体を所定深さまで沈設し、既成杭を吊り込んだ後に、充填材を充填することになり、上記(2) 、(3) の場合においては、
▲１▼既成杭をケーシング内に吊り込んだ際、充填材を杭上部まで充填しておき、必要に応じ補充する場合、
▲２▼ケーシング内に吊り込んだ既成杭の杭周に充填材を一部充填した状態で、沈設を行い、適宜、充填材を補充する場合、
▲３▼内部に既成杭を吊り込んだケーシングおよび蓋体を所定深さまで沈設した後、杭周に充填材を充填する場合
などが考えられ、要は所定の深さまで沈設した状態で、ケーシングの下端を閉塞する蓋体の上に既成杭が載置され、その杭周に充填材が充填されている状態が形成されればよい。
【００１２】
請求項２は、上記請求項１において、ケーシングの沈設を、ケーシング内に既成杭を吊り込む前に開始する場合である。この場合は、既成杭を吊り込むための揚程が小さくて済み、それだけ小型のクレーン、杭打機等による施工が可能である。
【００１３】
請求項３は、ケーシングの沈設を、ケーシング内に既成杭、または既成杭および充填材がある状態で行う場合である。この場合は、ケーシングの重量に既成杭および充填材の重量が加わることで、地盤条件によっては、沈設が容易となる。また、ケーシングと既成杭、充填材を同時に沈設することで、作業手間が少なくなる。
【００１４】
ケーシングの回転圧入のための手段としては、例えば、上述した特開平７−２８６３２４号公報に記載されるように、ケーシングの外周面にスパイラル状のスクリューを設けたいわゆるケーシングオーガーを用い、ケーシングの上端に取り付けた回転圧入装置でケーシングを回転させることによって、比較的少ない排土量で地盤内に圧入して行くことができる。その他、ケーシングの回転圧入手段は特に限定されない。
【００１５】
蓋体はケーシングの地盤中への圧入の際にケーシング内に掘削土砂が浸入しないようにするためのものであり、ケーシング下端から受ける押圧力によってケーシングとともに地盤中へ圧入され、ケーシングを引き上げる際にはケーシング下端から自然にあるいは杭に下向きの押圧力を加えることで容易に外れそのまま地盤中に残置される。この蓋体の板体部分としては、例えば鋼板等からなるものを用いることができるが、ケーシング下端を閉塞することができる大きさ、形状を有するものであれば、材質その他、特に限定されない。
【００１６】
充填材としては、既成杭との間で周面摩擦力が確保できる性質のものであれば特に限定されず、砕石、砂利、礫、砂等の他、鉱滓、コンクリート再生骨材、金属細片、合成樹脂片、その他人工材料からなる粒状体等でもよい。
【００１７】
本願発明における充填材使用の目的は、主として、施工後において杭の周面摩擦力を確保することにあるが、地震時に液状化のおそれがある地盤については、充填材として砕石、あるいは砂利等を用い、充填材間に排水路としての間隙を形成させることで、地震時の過剰間隙水圧を逸散させて液状化を抑止する、いわゆるグラベルドレーンとしての機能を併せ持たせることも可能である。
【００１８】
本願発明によって施工される既成杭の種類は、コンクリート杭、鋼杭、鋼コンクリート複合パイル等、特に限定されないが、充填材との関係で周面支持力の増大を期待できるものが望ましく、胴部と節部とからなるコンクリート節杭は本来的に大きな周面支持力を期待したものであり、適用対象として好適である。
【００１９】
また、ケーシングの外径と略同一またはケーンシグの外径より大きい外径を有する板体の上面に、既成杭の下端を嵌入可能な大きさの嵌入部を形成した蓋体はケーシングの地盤中への圧入の際には、ケーシング下端から受ける押圧力によってケーシングとともに地盤中へ圧入され、ケーシングを引き上げる際には、既成杭の下端および充填材から受ける押圧力によって地盤中に残置される。
【００２０】
この蓋体は、全体として、実質的に剛体を形成すべく、材質、形態（リブ等）が選ばれる。このことによって、ケーシング下端を閉塞した形での沈設が可能となる。
【００２１】
また、蓋体の外径（円形に限らず矩形等であってもよい）を既成杭先端の外径より大きくすることで、その分、杭としての先端支持力を増すことができる。
【００２２】
嵌入部は、例えば板体としての鋼板の上面に形鋼を矩形等の形状に組んで、溶接することによって形成することができるが、嵌入部の形状および形成方法等についても特に限定されない。
【００２３】
本願の請求項４は、請求項１、２または３に係る杭の埋込み工法において、ケーシングが外管の内側に内管を有する二重管であり、所定深さまで沈設した後、ケーシングを引き上げる際に、外管に対し内管を上下させてケーシング下に残置される充填材を突き固めながら、徐々にケーシングを引き上げて行く場合を限定したものである。
【００２４】
ケーシングの圧入過程においては、ケーシングからの側圧により周辺地盤がある程度締め固められることになるが、ケーシングをそのまま引き上げるとケーシング断面分、周辺地盤および充填材を緩めることになる。従って、二重管構造のケーシングの内管を上下させることで充填材を突き固めつつ、ケーシングを徐々に引き上げて行くことで、周辺地盤も締め固めながら、締め固め状態の充填材に囲まれた杭を地盤中に残置することができる。
【００２５】
【実施の形態】
次に、本願発明の代表的な一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１(a) 〜(e) は、杭としてコンクリート節杭を用いた場合の施工手順の一例を概略的に示したもので、以下の手順で施工を行う。
【００２７】
▲１▼蓋体およびケーシングの設置（図１(a) ）
先端を蓋体７で閉塞したケーシング２を、杭施工位置の地盤１０上に設置し、杭芯を合わせる。
【００２８】
蓋体２は、あらかじめケーシング２の下端に取り付けておいてもよいし、地盤１０上に設置した蓋体７の上にケーシング２を載置してもよく、係合程度あるいは仮固定程度とし、ケーシング２を地盤中から引き上げる際には、蓋体７がケーシング２の先端から容易に外れるようにする。
【００２９】
ケーシング２は後述するように、外管２ａの内側に内管２ｂを有する二重管構造になっており（図２、図３参照）、クレーンや杭打機のリーダー等（図示せず）を利用して杭施工位置の地盤１０上に立てる。
【００３０】
また、ケーシング２の外周面には、スパイラル状のスクリュー６が設けられており、ケーシング２上端には、ケーシング２を地盤中へ圧入するための回転圧入装置３を取り付ける。ケーシング２の回転圧入は、通常、ケーシング２や回転圧入装置３の自重を利用して行うことができるが、地盤抵抗が大きい場合には、絞込装置、重錘その他で適宜圧入力を増すことも可能である。
【００３１】
▲２▼回転圧入開始（図１(b) ）
回転圧入装置３を作動させ、先端が蓋体７で閉塞された中空のケーシング２を地盤に応じた速度で地盤１０中へ回転圧入して行く。
【００３２】
▲３▼回転圧入完了、節杭の吊り込みおよび充填材の投入（図１(c) ）
ケーシング２が所定の深度に達したら回転を止め、ケーシング２内に節杭１を吊り込み、ケーシング２上端の投入口４から砕石等の充填材５をケーシング２の内管２ｂと節杭１の外面との間に投入する。
【００３３】
▲４▼ケーシングの引き抜き（図１(d) ）
外管２ａに対し内管２ｂを上下させて充填材５を突き固めながら、ケーシング２を徐々に引き上げて行く。
【００３４】
▲５▼節杭および充填材の残置、施工完了（図１(e) ）
必要に応じ充填材５を補給しつつ、充填材５を突き固めながらケーシング２を引き上げて行き、地盤１０中に周囲が充填材５で囲まれた形で節杭１を残置することで、施工が完了する。
【００３５】
以上は、ケーシング２および蓋体７のみ先に沈設する場合の実施形態であるが、上述したように、既成杭としての節杭１は、沈設開始前、あるいは沈設の途中でケーシング２内に吊り込むこともでき、また充填材５の充填のタイミングについても種々のケースが考えられ、地盤条件、機械設備等を含めた現場の種々の条件に応じて、最も適した方法を選択すればよい。
【００３６】
図２は、本願発明で用いられる蓋体７の一例を示したもので、この例ではケーシング２の外管２ａの外径と略等しい外径Ｄの鋼板７ａの上面に４本の溝形鋼７ｂを溶接し、胴部１ａの外径ｄ₀ の節杭１の下端が嵌入可能な正方形の嵌入部７ｃを形成している。
【００３７】
なお、図２(a) において、符号２ｃはケーシング２の外管２ａの下端に取り付けた掘削刃を示す。
【００３８】
図３(a) 〜(d) はケーシング２引き上げ時の内管による充填材５の突き固めの様子を示したものである。
【００３９】
寸法等の一例を挙げると、ケーシング２の外管２ａの外径が６６０ｍｍ、板厚が１６ｍｍ、内管２ｂの外径が６０９ｍｍ、板厚が１６ｍｍ、節杭１の胴部１ａの径が３００ｍｍ、節部１ｂの外径が４４０ｍｍの場合において、ケーシング２の引き上げ時に、内管２ｂを外管２ａに対し所定量（例えば１５ｃｍ程度）引き上げ（図３(a) ）、続いて内管２ｂを外管２ａに対し所定量（例えば１５ｃｍ程度）押し下げ（図３(b) ）、必要に応じこれを数回繰り返した後、外管２ａと内管２ｂを同時に所定量（例えば３０ｃｍ程度）引き上げる（図３(c) 、(d) ）といった操作を繰り返すことで、充填材５を突き固めながらケーシング２を引き上げて行く。
【００４０】
なお、充填材５の突き固めにおける操作手順は種々のものが考えられ、また地盤条件によっても異なる。
【００４１】
【発明の効果】
▲１▼埋設された既成杭とその回りに締め固められた充填材との間の摩擦力により、軟弱な地盤においても他の埋込み杭工法以上の周面支持力が得られる。
【００４２】
▲２▼回転圧入時にはケーシングの下端に設置した蓋体がケーシングの開放端を閉塞してケーシング内部への土砂の浸入を防止する。この蓋体は単に設置するだけでよく、ケーシングは先端が開放されたものであるため、従来の開閉可能な先掘刃等を設けたものに比べ、構造的に大幅に簡略化され、装置の設計も容易となる。また、その分、コストダウンが図れる。さらに、蓋体は杭とともに地盤中に残置され、杭の位置決め機能も有する。また、蓋体の面積に応じ、その分だけ先端支持力を増すことができる。
【００４３】
▲３▼ケーシング内面（内管がある場合は内管の内面）と既成杭の外面との間に、充填材を充填するため、施工後の杭周面における摩擦力の確保が容易である。特に、請求項４においては、内管によって充填材を突き固めながらケーシングを引き上げるため、周辺地盤も締め固まり、十分に締め固められた充填材を杭外周面に残置することができる。
【００４４】
▲４▼請求項２に係る発明の場合、ケーシングを地盤中に回転圧入した後に、既成杭を吊り込むため、既成杭吊り込みのための揚程が小さくて済み、それだけ小型のクレーン、杭打機等による施工が可能である。
【００４５】
▲５▼地震時に液状化のおそれがある地盤に杭を施工する場合には、充填材として砕石、あるいは砂利等を用い、充填材間に排水路としての間隙を形成させることで、地震時の過剰間隙水圧を逸散させて液状化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) 〜(e) は本願発明の一実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図２】本願発明で用いられる蓋体の一例を示したもので、(a) は蓋体が設置されるケーシング下端における杭との位置関係を示す鉛直断面図、(b) は杭下端との位置関係を示す平面図である。
【図３】(a) 〜(d) はケーシング引き上げ時の内管による充填材の突き固めの様子を示す鉛直断面図である。
【符号の説明】
１…節杭、１ａ…胴部、１ｂ…節部、２…ケーシング、２ａ…外管、２ｂ…内管、２ｃ…掘削刃、３…回転圧入装置、４…投入口、５…充填材、６…スクリュー、７蓋体、７ａ…鋼板、７ｂ…形鋼、７ｃ…嵌入部、１０…地盤

Claims (4)

1. 下端が開放され地盤中に回転圧入するための手段を設けたケーシングの下端に、前記ケーシングの外径と略同一またはケーシングの外径より大きい外径を有する板体の上面に前記既成杭の下端を嵌入可能な大きさの嵌入部を形成した蓋体を設置し、ケーシングの下端から受ける押圧力によってケーシングとともに地盤中に圧入する工程と、前記ケーシング内に既成杭を吊り込む工程と、前記既成杭とケーシングとの間に砕石または砂利などの充填材を充填する工程と、前記蓋体により前記ケーシング下端を閉塞した状態でケーシングを所定深さまで沈設する工程と、前記ケーシングが所定深さまで沈設され、前記既成杭とケーシングとの間に充填材が充填されている状態で、前記ケーシングを引き上げることにより、地盤中に前記蓋体および周囲が充填材で囲まれた既成杭を残置する工程とを有することを特徴とする杭の埋込み工法。
2. 前記ケーシングの沈設を、ケーシング内に既成杭を吊り込む前に開始する請求項１記載の杭の埋込み工法。
3. 前記ケーシングの沈設を、ケーシング内に既成杭、または既成杭および充填材がある状態で行う請求項１記載の杭の埋込み工法。
4. 前記ケーシングが外管の内側に内管を有する二重管であり、ケーシングを引き上げる際に、内管を上下させてケーシング下に残置される前記充填材を突き固めながら、徐々にケーシングを引き上げて行く請求項１、２または３記載の杭の埋込み工法。

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