JP3907538B2 - 杭の施工方法およびそれに用いる杭頭部伸縮回転装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーガー掘削機による地盤掘削作用を利用し、地盤中に管杭を回転貫入する杭の施工方法およびそれに用いる杭頭部伸縮回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管杭等の管杭は地盤中に貫入され、構造物等の基礎杭として用いられる。管杭の施工方法としては、図４、図５に示す管杭３とオーガー掘削機のオーガーロッド５を互いに反対方向に回転させ、管杭３を地盤７中に貫入させる回転貫入方式が良く知られている。
【０００３】
例えば、特開2000-144728 号公報には、管杭３の先端部外周に翼3Aを取り付けてねじ込み杭とし、ねじ込み杭の翼3Aの木ねじとしての作用と、オーガー掘削機の地盤掘削軟化作用とを利用する施工方法が開示されている。
この管杭の施工方法は、中掘り回転貫入方式とも呼ばれ、管杭３内に挿入されているオーガーロッド５を上記のように回転させ、オーガーロッド５の先端に設けた掘削歯をもつオーガーヘッド６により地盤７を掘削することにより、オーガー掘削機による地盤掘削作用を利用して、管杭３の回転抵抗を低減するようにしている。その際、図５に示すように、オーガー掘削機のオーガーヘッド６を管杭３の先端より下方に位置させ、地盤７中にオーガーヘッド６を先行させている。
【０００４】
また、特許第2512503 号には、管杭３の先端部外周に高さが20mm以下の螺旋状の突起を設けたドリル杭を回転貫入させる施工方法が示されている。
ところで、上記特開2000-144728 号公報に開示された方法は、管杭３を地盤７中に回転貫入させる際、支持層または支持層を含む所望の区間にオーガーヘッド６からセメントミルク等の硬化性流動物を噴出し、翼3Aとオーガーヘッド６の回転により土砂と硬化性流動物を撹拌混合し、その後、杭施工深さまで撹拌混合が終了したとき、管杭３を残置してオーガーロッド５を引き抜き、時間の経過に伴い軟化した土砂を固化させるようにしている。この場合、セメントミルク供給ホース4Cを通してオーガーヘッド６の先端部からセメントミルク等の硬化性流動物を噴出することにより、管杭３に対する周面抵抗をより低減するようにしている。なお、符号4Aは、オーガー掘削機用駆動モータ４に設けた管杭３を把持する杭把持部であり、上部を回転させる杭回転駆動部に接続されている。4Bは、駆動モータ４とオーガーロッド６の接続部であり、上部がオーガーロッド６を回転させるロッド回転駆動部に接続されている。また符号20は、オーガー掘削機および管杭３を搭載した杭うち機である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オーガー掘削機の地盤掘削軟化作用を利用した場合でも、中掘り回転貫入方式により管杭３を地盤中に回転貫入させる際、駆動モータ４の動力を管杭３とオーガーロッド５の両方に伝達し、管杭３とオーガーロッド５とを同時に回転させているため、管杭３の周面摩擦力が大きくなった場合、オーガー掘削機による掘削動力が不十分となり、管杭３を回転貫入させるのに要する時間が長くなることがあった。これは、オーガー掘削機では、普通、減速機を介して管杭３とオーガーロッド５とを一つのオーガー掘削機用駆動モータ４（杭−オーガー・駆動モータ）により回転させているため、双方で消費される消費動力の合計は一定であり、一方の消費動力が増大すると、他方の消費動力が減少するからである。特に、硬質な地盤では、管杭３の周面摩擦力が大きくなり、駆動モータ４の動力が分散し、管杭３を施工深さにまで回転貫入させるのに要する杭施工時間が長くなる場合がある。
【０００６】
また、オーガー掘削機を用いた場合、掘削歯をもつオーガーヘッド６と管杭先端と間隔を大きくして、掘削した土砂を管杭内に取り込みたいが、オーガーヘッド６と管杭先端と間隔が固定されているため、掘削した土砂を管杭内に十分取り込めなくなって施工性が悪化し、杭施工時間が長くなるという問題もあった。
本発明は、オーガー掘削機用駆動モータの動力が効果的に使用でき、また、オーガー掘削機の施工性が改善でき、杭施工時間を短縮できる杭の施工方法およびそれに用いる杭頭部伸縮回転装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の通りである。
請求項１記載の発明は、オーガー掘削機による地盤掘削作用を利用し、管杭を地盤中に回転貫入させるに当たり、オーガー掘削機用駆動モータの動力を管杭に伝達せず、オーガーロッドに全て伝達し、オーガーロッドを回転させつつ所定深さだけ下降させ、地盤を掘削するオーガー先行掘削工程と、前記オーガーロッドを上昇させ、先端のオーガーヘッドを管杭先端部内に引き上げるオーガー引き上げ工程と、前記駆動モータの動力を管杭とオーガーロッドの両方に伝達し、管杭とオーガーロッドを互いに反対方向に回転させ、前記先行掘削工程で掘削した深さを超えない深さ位置にまで両方を回転貫入させる杭−オーガー回転貫入工程とをこの順に繰り返すことを特徴とする杭の施工方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上端部にオーガー掘削機用駆動モータを取り付け、下端部に管杭頭部を取り付け、その内部にオーガーロッドを挿入する杭頭部伸縮回転装置であって、該杭頭部伸縮回転装置は一対の円筒を有し、一方の円筒の外側に他方の円筒を装着することにより、一対の円筒の上下方向長さが伸縮するように構成されているとともに、一対の円筒の長さを伸長し、上下方向長さを一定とした状態で一対の円筒が互いに接続でき、前記管杭にトルクおよび押し込み力を伝達可能なように構成されている一方、一対の円筒の接続を解除した接続解除状態では一対の円筒の長さが所定長さ縮小可能なように構成されているうえさらに、前記オーガーロッドの長さは、一対の円筒が互いに接続された接続状態では先端のオーガーヘッドが管杭先端部内に位置し、一方、接続解除状態では前記オーガーヘッドが管杭先端から突出する寸法とされていることを特徴とする杭頭部伸縮回転装置である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記円筒の一方の上端部にフランジを設け、他方の下端部に杭把持部を取り付けるフランジを設けたことを特徴とする請求項２に記載の杭頭部伸縮回転装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に係る管杭の施工方法に用いて好適な杭頭部伸縮回転装置について図１、図２を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る杭頭部伸縮回転装置の概略分解斜視図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、杭頭部伸縮回転装置のそれぞれ接続解除状態、接続状態を示す要部断面図である。この実施の形態に係る杭頭部伸縮回転装置は、一方の円筒を内筒１とし他方の円筒を外筒２とし、内筒１の外側に外筒２を装着し、一対の円筒１、２の上下方向長さが伸縮するように構成されている。また、杭頭部伸縮回転装置は、内筒１の上端部に駆動モータ４の杭回転駆動部との取り付け部であるフランジ11を有し、外筒２の下端部に管杭３を把持する杭把持部12を有する。この場合、内筒１の上端部に設けたフランジ11に駆動モータ４の杭回転駆動部を締結ボルトで取り付け、また外筒２の下端部に設けたフランジ14と杭把持部12の上部に設けたフランジ13とを締結ボルト15で取り付けるようにしている。符号11A は、締結ボルトのボルト孔である。
【００１１】
また、内筒１の下部外周面には、矩形板状突起８が周方向の４箇所に等間隔となるように形成されているとともに、外筒２の上部内周面には、上記矩形板状突起８に係合するＬ字状係止部９が等間隔に形成されている（図２参照）。Ｌ字状係止部９は、図１、図２（ａ）に示すように、内筒１外周面に形成された矩形板状突起８が周方向に隣接するＬ字状係止部９の間を通って上下方向に移動できるように形成され、かつ図２（ｂ）に示すようにＬ字状係止部９の内側角部に矩形板状突起８を係止させ、内筒１から押し込み力およびトルクを外筒２に伝達することができるように形成されている。
【００１２】
ここで、図２（ａ）は、接続解除状態であり、矩形板状突起８がＬ字状係止部材９の下方に位置し、矩形板状突起８がＬ字状係止部材９により係止されず、外筒２の内周面上下方向にスムーズに移動できる状態である。接続解除状態では、一対の円筒１、２の長さが所定長さだけ縮小できる。一方、図２（ｂ）は、Ｌ字状係止部材９の内側角部に矩形板状突起８が係止され、内筒１と外筒２とが接続された接続状態である。接続状態では、一対の円筒１、２の長さが伸長し、上下方向長さが一定であって、杭頭部伸縮回転装置を介して管杭３に押し込み力およびトルクが伝達できる。このような杭頭部伸縮回転装置では図２（ａ）に示す接続解除状態から図２（ｂ）に示す接続状態とし、オーガー掘削機用駆動モータ４で内筒１を上から見て左回転させることにより、杭頭部伸縮回転装置を介して管杭３を地盤中に回転貫入させることができる。
【００１３】
本発明に係る杭頭部伸縮回転装置は、上述した構成であるので、後述する杭施工時、接続解除状態とし、オーガー掘削機用駆動モーターの動力を管杭３に伝達せず、オーガーロッドに全て伝達し、オーガーロッドを所定深さだけ下降させることができる。その際、オーガーヘッドの管杭３からの突出量を大きくすることができる。また、その際接続状態と、接続解除状態とを簡単にかつ短時間に確実に切り換えることができる。
【００１４】
なお、杭頭部伸縮回転装置では、フランジ11、14を介して駆動モータ４との取り付けおよび杭把持部との取り付け杭を行うようにすると、駆動モータへの取付、取り外しが容易に行え、また外径が異なる管杭３に対応する杭把持部12を予め用意しておくことにより、少ない数の杭頭部伸縮回転装置により広範囲の杭径に対応することができるようになるので好ましい。
【００１５】
また、矩形板状突起８およびＬ字状係止部９をそれぞれ周方向の４箇所に等間隔となるように形成すると、後述する管杭とオーガーロッドを両方とも回転貫入させる杭回転貫入工程（図３（ｃ）→（ｄ）参照）において、杭頭部伸縮回転装置を介して管杭３に押し力およびトルクを周方向に対して比較的均一に伝達することができるようになり、管杭３を地盤７中に安定して回転貫入させることができるので好ましい。ただし、矩形板状突起８およびＬ字状係止部９の寸法は、予め先行掘削された地盤中に管杭３を回転貫入させるだけのトルクを押し込み力を伝達できるようにすればよい。
【００１６】
次いで、上述したような杭頭部伸縮回転装置を用る施工方法について、図３を用いて説明する。
杭施工時、予め杭頭部伸縮回転装置の上端部にオーガー掘削機用駆動モータ４の杭回転駆動部を取り付け、かつ杭頭部伸縮回転装置の下端部に管杭３の頭部を把持させる。また、オーガーロッド５を管杭３内に挿通し、オーガー掘削機用駆動モータ４のロッド回転駆動部にオーガーロッド５頭部を接続する。その際、オーガー掘削機用は、駆動モータ４でオーガーロッド５を管杭３の回転方向とは反対方向に回転させることにより、オーガーヘッド６で地盤７を掘削し、掘削された土砂をオーガーロッド５に設けたスパイラル羽根5Aで管杭内の上方に運び、排土するようにしてある。このように掘削された土砂を管杭内の上方に運ぶようにすると、オーガーヘッド６による掘削性が改善されるので好ましい。本発明に係る杭の施工方法では、図３に示す（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）を一サイクルとし、このサイクルを繰り返して施工深さにまで管杭３を地盤７中に回転貫入させる。
【００１７】
ここで、図３は、本発明に係る杭の施工方法を説明する模式図であって、図１、図２と同じものについては同一符号を付してある。図３において（ａ）→（ｂ）は、内筒１と外筒２との接続を解除し、管杭３には押し込み力および駆動モータ４のトルクを伝達せず、駆動モータ４の動力を全てオーガーロッド５に伝達し、オーガーヘッド６により所定深さだけ地盤７を掘削するオーガー先行掘削工程を示している。また、同図（ｂ）→（ｃ）は、駆動モータ４を図示しない杭うち機等により上昇させ、オーガーヘッド６を管杭先端部内に収納するとともに、内筒１と外筒２とを接続するロッド引き上げ工程を示している。ロッド引き上げ工程では、駆動モータ４の回転を停止し、図２（ｂ）に示したように内筒１と外筒２とを接続し、杭頭部伸縮回転装置を接続状態とする。その時、内筒１外周面に形成された矩形板状突起８を外筒２内周面に形成された周方向に隣接するＬ字状係止部９の間を通って移動させる。管杭３の位置は、図３（ｂ）に示す深さのままである。同図（ｃ）→（ｄ）は、オーガーヘッド６を管杭先端部内に収納し、内筒１と外筒２とを接続状態としたまま、駆動モータ４の動力を管杭３とオーガーロッド５の両方に伝達し、管杭３とオーガーロッド５とを互いに反対方向に回転させ、先行掘削工程により掘削した深さを超えない深さ位置にまで両方を回転貫入させる杭−オーガー回転貫入工程を示している。一サイクルで施工深さに到達しない場合には、図３（ｄ）に示した状態から内筒１と外筒２との接続を解除し、上述したオーガー先行掘削工程→ロッド引き上げ工程→杭−オーガー回転貫入工程を繰り返し、施工深さに管杭３を到達させる。
【００１８】
本発明に係る杭の施工方法は、オーガー先行掘削工程でオーガー掘削機用駆動モータ４の動力を全てオーガーロッド５に伝達して地盤７を先行掘削するとともに、杭−オーガー回転貫入工程では、管杭３とオーガーヘッド６の両方を先行掘削された地盤中に回転貫入させるようにしているため、一つの駆動モータ４の動力を効果的に使用でき、管杭３を施工深さにまで回転貫入させるのに要する杭施工時間を短縮できる。その際、上述したような杭頭部伸縮回転装置によれば、接続状態と、接続解除状態との切換作業を簡単にかつ短時間に行うことができる。
【００１９】
一方、従来の施工方法では、上記と同じ施工深さにまで管杭３を回転貫入させる際、管杭とオーガーヘッド６の両方にオーガー掘削機用駆動モーターの動力を使用し、両方を同時に回転させているため、特に、硬質な地盤では、管杭３の周面摩擦力が大きくなり、駆動モータ４の動力が分散し、管杭３を回転貫入させるのに要する杭施工時間が長くなる場合があったのである。
【００２０】
ここで、本発明に用いるオーガー掘削機用駆動モータとしては、図４に示した従来の駆動モータ４の杭把持部4Aを取り去り、取り去った跡の駆動モータ４の杭回転駆動部に杭頭部伸縮回転装置の上端部を取り付けるようにしたものが使用できる。また、オーガーロッド５のスパイラル羽根5Aは、杭先端の土砂を上へ運べるように、オーガ先端から杭径の１倍以上の範囲に設けるのが普通である。掘削歯を有するオーガーヘッド６の構造は特に限定されない。
【００２１】
ただし、オーガーロッド５は、図３（ａ）に示すオーガー先行掘削工程の最初では、オーガーロッド５の先端に設けたオーガーヘッド６が管杭先端より杭径の１倍〜３倍程度突出し、また、図３（ｂ）に示すオーガー先行掘削工程の終わりでは、オーガーロッド５の先端に設けたオーガーヘッド６が管杭先端より杭径の２倍〜５倍程度突出するようにするのが、土砂を管杭内に十分取り込め、施工性を良好にでき、管杭の施工時間を一段と短くできるので好ましい。
【００２２】
なお、本発明に係る施工方法では、先端部外周に翼や螺旋状の突起を設けていない管杭を用いることができるが、管杭の先端部外周に翼や螺旋状の突起を設けた管杭を用いる方が杭の貫入性を向上させる点で好ましい。
また、杭長全体で本発明に係る杭の施工方法を用いる必要はなく、柔らかい表層部では管杭とオーガロッドを一緒に打ち込み、杭先端が硬い地盤に到達した時点で本発明に係る杭の施工方法を用いることができる。
【００２３】
【実施例】
厚みが16mm、外径が813mm 、長さが2900mmの鋼製内筒１と、厚みが16mm、外径が914mm 、長さが3840mmの鋼製外筒２を有し、該外筒２内に内筒１を装着することにより、上下方向に長さが4040〜6740mmの範囲で伸縮する杭頭部伸縮回転装置を製作した。なお、内筒１の下部外周面には、厚みが30mm、縦寸法、横寸法がそれぞれ200mm の矩形板状突起８を周方向の４箇所に等間隔となるように形成するとともに、外筒２の上部内周面には、上記矩形板状突起８に係合する厚みが30mmのＬ字状係止部９を等間隔に形成した（図１、２参照）。この杭頭部伸縮回転装置を用い、外径が1000mm、厚みが12mm、長さが50ｍである鋼管杭を掘削トルクが大きい砂礫からなる硬質地盤内に、図３（ａ）〜（ｄ）に示す一サイクルを５回繰り返し、その先端を施工深さ50ｍにまで回転貫入させた。その結果、図４、図５に示すような従来の中掘り回転貫入方式により、上記と同じ地盤に同じ深さにまで管杭を回転貫入するのに要した杭施工時間に対して、杭施工時間を約１／２とすることができた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、オーガー掘削機用駆動モータの動力が効果的に使用でき、またオーガー掘削機の施工性が改善できるため、杭施工時間を短縮できる。また、本発明の杭頭部伸縮回転装置によれば接続状態と接続解除状態との切換作業を簡単にかつ短時間に行なうことができ、一段と管杭施工時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る杭頭部伸縮回転装置の概略分解斜視図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、杭頭部伸縮回転装置のそれぞれ連結解除状態、連結状態を示す要部断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る管杭の施工方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、従来の管杭の施工方法を説明する模式図である。
【図５】図５は、従来の管杭の施工方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ 内筒
２ 外筒
３ 鋼管杭（管杭）
3A 翼
４ オーガー掘削機用駆動モータ（杭−オーガー・駆動モータ）
4A 杭把持部
4B オーガーロッド接続部
4C セメントミルク供給ホース
５ オーガーロッド
5A スパイラル羽根
６ オーガーヘッド
７ 地盤
８ 矩形板状突起
９ Ｌ字状係止部
11、13、14 フランジ
11A ボルト孔
12 杭把持部
15 締結ボルト

Claims (3)

1. オーガー掘削機による地盤掘削作用を利用し、管杭を地盤中に回転貫入させるに当たり、オーガー掘削機用駆動モータの動力を管杭に伝達せず、オーガーロッドに全て伝達し、オーガーロッドを回転させつつ所定深さだけ下降させ、地盤を掘削するオーガー先行掘削工程と、前記オーガーロッドを上昇させ、先端のオーガーヘッドを管杭先端部内に引き上げるオーガー引き上げ工程と、前記駆動モータの動力を管杭とオーガーロッドの両方に伝達し、管杭とオーガーロッドを互いに反対方向に回転させ、前記先行掘削工程で掘削した深さを超えない深さ位置にまで両方を回転貫入させる杭−オーガー回転貫入工程とをこの順に繰り返すことを特徴とする杭の施工方法。
2. 上端部にオーガー掘削機用駆動モータを取り付け、下端部に管杭頭部を取り付け、その内部にオーガーロッドを挿入する杭頭部伸縮回転装置であって、該杭頭部伸縮回転装置は一対の円筒を有し、一方の円筒の外側に他方の円筒を装着することにより、一対の円筒の上下方向長さが伸縮するように構成されているとともに、
   一対の円筒の長さを伸長し、上下方向長さを一定とした状態で一対の円筒が互いに接続でき、前記管杭にトルクおよび押し込み力を伝達可能なように構成されている一方、一対の円筒の接続を解除した接続解除状態では一対の円筒の長さが所定長さ縮小可能なように構成されているうえさらに、前記オーガーロッドの長さは、一対の円筒が互いに接続された接続状態では先端のオーガーヘッドが管杭先端部内に位置し、一方、接続解除状態では前記オーガーヘッドが管杭先端から突出する寸法とされていることを特徴とする杭頭部伸縮回転装置。
3. 前記円筒の一方の上端部にフランジを設け、他方の下端部に杭把持部を取り付けるフランジを設けたことを特徴とする請求項２に記載の杭頭部伸縮回転装置。

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