JP4010905B2 - 杭の埋設工法及びそれに用いる装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、杭の埋設工法に関し、特に、スラグ、砂利、砕石等の充填材を、必要最低限の力で杭と孔壁の間に充填し、液状化しやすい地盤を圧縮して地盤を改良するとともに、特に、充填材に製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグを用い、このスラグによって杭の外周部を包むようにした状態で締め固め、スラグを膨張、固化させて、杭と一体化した杭体を築造できるようにした杭の埋設工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１１−２０９９７６号公報や特開平１１−２０９９７３号公報に示されるように、本願出願人は、周囲に充填材を充填した既成杭を、低振動・低騒音で埋設できる方法を開発しており、充填材を効率良く、確実に充填する方法の一つとして、内管と外管を有する二重管構造のケーシングを用い、内・外管ケーシングを引き上げる際に、内管ケーシングと杭の間隙から充填材を投入し、内管ケーシング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る方法を開示している。
【０００３】
この場合、埋設された既成杭の周囲の充填材が十分に締め固められることで、軟弱な地盤においても杭本来の周面支持力が得られ、また地震時には充填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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の杭の埋設工法では、二重管構造のケーシングを用い、内管ケーシングを上下させてスラグ、砂利、砕石等の充填材を締め固めることから、ケーシング全体に亘って充填材の摩擦が働くことになり、これにより、内管ケーシングの上下動に大きな力が必要になるという問題を有している。
また、内管ケーシングと杭の間隙から充填材を投入するので、充填材が内管ケーシングの途中で詰まり、内管ケーシングを上下させることによって杭が迫り上がって、杭の天端管理が難しくなるとともに、充填材が上下方向に動いて杭の芯決めが難しくなるという問題も有している。
【０００５】
本願発明は、上記従来の杭の埋設工法が有する問題点に鑑み、より簡単な構造で、充填材を効率良く締め固めるとともに、杭の天端管理や芯決めを容易にすることができる杭の埋設工法を提供することを目的とする。
また、本願発明は、掘削土を減らし、外管ケーシング周囲の地盤を締め固め、さらに、地盤中の掘削孔の曲がりを防止できる杭の埋設工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の杭の埋設工法は、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、該外管ケーシング及びオーガースクリューを回転させることにより掘削する第１工程と、所定深度まで掘削した後、外管ケーシングの回転を止めて、オーガースクリューを外管ケーシング内の掘削土と共に地上に引き上げる第２工程と、先端に押圧部を備えた内管ケーシング及び該内管ケーシングに嵌挿される杭を外管ケーシング内に挿入する第３工程と、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するとともに、前記外管ケーシングを逆回転して徐々に引き上げながら、内管ケーシングを回転させつつ押し下げて押圧部の斜面により投入した充填材を押し込み、徐々に引き上げる第４工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
この杭の埋設工法は、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、外管ケーシング及びオーガースクリューを同方向に回転させることにより掘削することから、掘削土は外管ケーシング内に入りにくく、外管ケーシング外に出ていくので排土量を少なくすることができるとともに、外管ケーシング周囲の地盤を締め固めることができ、さらに、掘削孔の曲がりを防止することができる。
そして、内管ケーシングを回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、押圧部の斜面により投入した充填材を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭の周囲にスラグ、砂利、砕石等の充填材を締め固めながら充填することができ、さらに、杭は、内管ケーシングに伴って回転する充填材により中心に移動する性質があるので杭芯精度をよくすることができる。
また、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するようにしているので、充填材を内管ケーシングの押圧部の位置に直接投入することができる。
また、この杭の埋設工法は、従来のように内管ケーシングを上下動させるが、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができ、さらに、内管ケーシングの回転速度により施工速度を管理することができ、さらに、簡単なメカニズムであるため、装置自体が簡単かつ軽量になり、汎用の杭打施工機に取り付けることができ、これにより、組立費用や搬送費用を低減することができる。
【０００８】
この場合において、前記第１工程で、オーガースクリューの先端を外管ケーシングの先端より一定間隔をおいて下方に位置させることができる。
【０００９】
これにより、オーガースクリューの掘削を優先し掘削を良好に行うとともに、掘削土を外管ケーシングの外に排出し、排土量を少なくすることができる。
【００１０】
また、前記第１工程で、外管ケーシングの回転を止めてオーガースクリューのみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリューの回転を止め、外管ケーシングのみ回転させて掘削することができる。
【００１１】
これにより、中間層に当たり掘削が難しくなっても、オーガースクリューの回転により掘進するとともに、外管ケーシングの回転時に、オーガースクリューに溜まった排土分が外管ケーシング内に入っていき、貫入が容易になる。
【００１２】
また、前記第３工程で、残置された外管ケーシング内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入することができる。
【００１３】
これにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
なお、この際、掘削孔の底部に残った掘削土と、スラグ、砂利、砕石等の充填材、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材とを、混合攪拌することもできる。
【００１４】
また、前記第３工程で、挿入した杭の杭頭を押圧し、杭の下端部を地盤中に圧入して定着することができる。
【００１５】
これにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の先端支持力を杭１本毎に確認することができ、また、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができる。
【００１６】
また、前記第４工程で、外管ケーシングの先端を内管ケーシングの先端より一定間隔をおいて上方に位置させることができる。
【００１７】
これにより、杭と孔壁の間に充填材を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
【００１８】
そして、充填材には、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグをいい、ここでは、特に、エージング処理を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
【００１９】
これにより、杭の外周部に充填した膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭を建て込む掘削杭と杭の間隙が狭い場合等でも、充填材を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭の周囲の地盤を容易に、静的に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
また、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができる。
【００２０】
また、上記杭の埋設工法に用いる装置において、オーガースクリューの先端部のスクリュー羽根の形状を、他の部分の形状と変えるようにすることができる。
【００２１】
これにより、オーガースクリューによる排土の際の内管先端の内部抵抗を高め、排土量を少なくすることができる。
【００２２】
また、同様に、杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの外周面に、スパイラル翼を設けるようにすることができる。
【００２３】
これにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材が、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材を均一に分散させながら放出することができる。
【００２４】
また、同様に、杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの先端部の外周面に、押圧板を設けるようにすることができる。
【００２５】
これにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
【００２６】
さらに、前記押圧板を透水性を有する材料で以て構成することができる。
【００２７】
これにより、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の杭の埋設工法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図２に、本発明の杭の埋設工法の一実施例を示す。
この杭の埋設工法は、まず、第１工程として、外周面にスパイラル翼１１が設けられた外管ケーシング１に、オーガースクリュー２を挿入して、外管ケーシング１及びオーガースクリュー２を回転させることにより掘削する。
この第１工程では、図１（ａ）に示すように、全周に亘ってスパイラル翼１１が設けられた外管ケーシング１にオーガースクリュー２を挿入し、杭芯位置を中心にして掘削を行う。この場合、外管ケーシング１のスパイラル翼１１の方向とオーガースクリュー２のスクリュー羽根２１の方向は同方向とし、外管ケーシング１とオーガースクリュー２は、同方向に同回転数で、又は回転数に差を持たせて、回転するようにする。
このように、外管ケーシング１とオーガースクリュー２を同方向に回転させるようにすることにより、オーガースクリュー２が蓋の役割をして、排土量を少なくすることができる。
【００３０】
また、この第１工程では、オーガースクリュー２の先端を外管ケーシング１の先端と同位置とするか、オーガースクリュー２の先端を外管ケーシング１の先端より一定間隔をおいて下方に位置させることもできる。
この場合、図１（ｂ）に示すように、外管ケーシング１の直径Ｄに対して、オーガースクリュー２の先端を、外管ケーシング１先端から０．５Ｄ〜３．０Ｄ、好ましくは、０．５Ｄ〜１．５Ｄの範囲で出すことができる。
これにより、掘削土Ａは外管ケーシング１内に入りにくく、外管ケーシング１外に出ていくので排土量を少なくすることができる。
【００３１】
また、中間層に当たり掘進が難しくなれば、図１（ｃ）に示すように、外管ケーシング１の回転を止めてオーガースクリュー２のみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリュー２の回転を止め、外管ケーシング１のみ回転させて掘削することができる。
このとき、オーガースクリュー２のスクリュー羽根２１に掘削土Ａが入ってくるため、一定距離掘進したら、オーガースクリュー２の回転を止め、次に、図１（ｄ）に示すように、外管ケーシング１のみ回転させて掘削し、最初に設定したオーガースクリュー２との位置関係になるまで掘進する。
これにより、オーガースクリュー２のスクリュー羽根２１に入っている掘削土Ａが外管ケーシング１内に入る。
そして、この工程を中間層が抜けるまで繰り返して続けることにより、掘削を容易に行うことができる。そして、その後は、再び外管ケーシング１とオーガースクリュー２を同時に回転させる。
【００３２】
次に、第２工程として、図１（ｅ）に示すように、所定深度まで掘削した後、外管ケーシング１の回転を止めて、オーガースクリュー２を外管ケーシング１内の掘削土と共に地上に上げ、図２（ａ）に示すように、外管ケーシング１のみを土中に残置する。
【００３３】
さらに、第３工程として、図２（ｂ）に示すように、残置された外管ケーシング１内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入するとともに、先端に鋸歯状押圧部４１を備えた内管ケーシング４及びこの内管ケーシング４に嵌挿される杭６を外管ケーシング１内に挿入する。
なお、この際、所定深度まで掘削した後、外管ケーシング１の直径Ｄに対して、１．０Ｄ〜３．０Ｄ程度さらに掘削を行い、スラグ、砂利、砕石等の充填材３、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材を投入し、内管ケーシング４により締め固めるようにしたり、これらの充填材を袋詰めしたものを投入することができる。
また、充填材３を投入した後、掘削孔の底部に残った掘削土と、スラグ、砂利、砕石等の充填材、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材とを、混合攪拌することもできる。
【００３４】
内管ケーシング４の鋸歯状押圧部４１は、図３に示すように、回転することにより、内管ケーシング４の下に流入した充填材３を下方に押圧する斜面４２を備えている。
【００３５】
ところで、内管ケーシング４は、図３に示すもののほか、図４（ａ）に示すように、外管ケーシング１と内管ケーシング４の間に投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材３が、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材３を均一に分散させながら放出することができるようにするために、内管ケーシング４の外周面に、スパイラル翼４３を設けるようにしたものや、図４（ｂ）に示すように、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができるようにするために、内管ケーシング４の先端部の外周面に、スパイラル状の押圧板４４を設けるようにしたものを採用することができる。なお、図４（ｂ）に示す実施例では、スパイラル翼４３と押圧板４４を連続して形成するようにしたが、スパイラル翼４３と押圧板４４を分離して形成することも、また、押圧板４４のみを設けるようにすることもできる。
また、図４（ｂ）に示す実施例のように、スパイラル翼４３と押圧板４４を設けるようにした場合、スパイラル翼４３と押圧板４４は、スパイラル翼４３のピッチを押圧板４４のピッチより大きくなるように設定することにより、充填材３の外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙内での滞留防止効果及び充填材３の締め固め効果を向上することができる。
また、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができるようにするために、押圧板４４を、水を通過させる（スラグ、砂利、砕石等の充填材３は通過させない）透水性を有する材料、具体的には、例えば、φ５ｍｍ程度の多数の透孔やスリットを形成した孔あき板、ポーラスメタル、格子板、網板等で以て構成することができる。
【００３６】
この場合、ホッパー５等により、外管ケーシング１の頭部又は外管ケーシング１の側方の窓から、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入する。
また、既製杭６（この実施例では節杭）を内管ケーシング４に挿入した状態で外管ケーシング１内に挿入する。
なお、先に既製杭６を挿入し、続いて、内管ケーシング４を挿入するようにすることもできる。
そして、外管ケーシング１から反力を取って、ジャッキ（図示省略）で既製杭６の頭部を押圧し、既製杭６の下端部を地盤中に圧入して定着することができ、これにより、既製杭６の先端支持力の発現を図れるとともに、既製杭６の先端支持力を杭１本毎に確認することができる。
これにより、既製杭６の先端支持力の発現を図れるとともに、既製杭６の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
この場合において、充填材３には、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張、固化成分を含有する膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理（具体的には、特に限定されるものではないが、例えば、約１００℃の蒸気中で１００時間程度保持したり、長期間屋外に野積みすることによる安定化処理）を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
このように、充填材３に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、後述のように、杭６の外周部に充填したスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭６を建て込む掘削杭と杭６の間隙が狭い場合等でも、充填材３を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭６の周囲の地盤を容易に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭６の支持力を高めることができるとともに、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができるものとなる。
【００３８】
膨張性及び固化性を有するスラグの特性を、製鋼スラグを例に説明する。
図６（Ａ）に、粒径５ｍｍアンダーのエージング処理を行っていない膨張性及び固化性を有する製鋼スラグを用いて、ＪＩＳ Ａ ５０１５に基づいて膨張試験を行った結果を示す。
図６（Ａ）からも明らかなように、エージング処理を行っていない製鋼スラグの膨張特性（膨張率）は、環境、温度、配合、化学組成等によって異なる。
図６（Ｂ）に、上記製鋼スラグと水砕スラグの混合物を水分（５％〜８％）の逸散がないようにビニール袋で密封貯蔵し、養生日数２８日及び９０日に取り出して、一軸圧縮強さを測定した結果を示す。
図６（Ｂ）から明らかなように、製鋼スラグの配合率が増大するほど、固化現象により一軸圧縮強さが増大し、支持力の向上に効果があることが判る。
【００３９】
そして、第４工程として、図２（ｃ）に示すように、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙に、さらに、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入するとともに、図２（ｄ）に示すように、外管ケーシング１を逆回転して徐々に引き上げながら、内管ケーシング４を回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、鋸歯状押圧部４１の斜面４２により投入した充填材３を押し込みながら徐々に引き上げる。
この場合、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙には、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を定量的に投入する一方、外管ケーシング１を逆回転で徐々に引き上げながら、内管ケーシング４は正回転させつつ押し下げて先端の鋸歯状押圧部４１の斜面４２で投入した充填材３を押し込んで締めながら徐々に引き上げていく。
そして、特に、内管ケーシング４の先端部の外周面に、スパイラル状の押圧板４４を設けるようにした場合には、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができ、さらに、押圧板４４を、水を通過させる（スラグ、砂利、砕石等の充填材３は通過させない）透水性を有する材料で構成した場合には、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、充填材の間隙に存在する地下水を抜くことができ、湧水の影響を受けることなく、充填材を確実に締め固めることができる。
また、この第４工程で、外管ケーシング１の先端を内管ケーシング４の先端より一定間隔をおいて上方に位置させることが望ましく、これにより、杭６と孔壁の間に充填材３を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材３を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
そして、このような工程を繰り返すことにより、図２（ｅ）に示すように、杭６の周囲に充填材３の層を造成する。造成が完了するときには、外管ケーシング１と内管ケーシング４は地上に出ている。
【００４０】
かくして、この実施例の杭の埋設工法は、内管ケーシング４を回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、鋸歯状押圧部４１の斜面４２により投入した充填材３を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭６の周囲にスラグ、砂利、砕石等の充填材３を締め固めながら充填することができる。
外管ケーシング１内に杭６とスラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入した直後の状態は、充填材３が緩く詰まったり、内部摩擦によって空隙が存在したりするが、この状態で、内管ケーシング４を回転させると、充填材３はケーシングの回転方向に剪断力を受けるため、充填材３が渦巻き状に動いて流動状態となり、内管ケーシング４の下方に重力で落下して、充填材３はある一定の密度に締まろうとする。
すなわち、内管ケーシング４先端の鋸歯状押圧部４１の斜面４２による支圧効果と、前記剪断力による流動効果とにより、充填材３がケーシング下端から押し出された時点で、締まった状態で圧密することができ、これにより、杭６と孔壁の間に密に充填材３が詰まった状態となる。
【００４１】
また、本実施例の杭の埋設工法では、埋設した外管ケーシング１内の残土を除いた後、この外管ケーシング１に挿入した内管ケーシング４を回転させて充填材３を締め固めることから、粘性土地盤においても、内管ケーシング４を孔壁に直接接触させながら回転させる他の工法に比較し、周囲地盤の剪断変形や緩みを防止することができる。
【００４２】
図５に、本実施例の杭の埋設工法に使用するオーガースクリューを示す。
これらのオーガースクリュー２では、排土量を少なくするために、先端部２ａのスクリュー羽根２１の形状を変えている。
具体的には、図５（ａ）に示すように、オーガースクリュー２の先端部２ａで、スクリュー羽根２１の角度を他の部分より小さくしたり、図５（ｂ）に示すように、スクリュー羽根２１の角度を他の部分より大きくしたりすることができる。
また、図５（ｃ）に示すように、オーガースクリュー２の先端部２ａで、スクリュー羽根２１を間欠的に形成することもできる。
なお、本実施例の杭の埋設工法では、スクリュー羽根のピッチが一定である通常のオーガースクリューも当然使用することができる。
【００４３】
以上、本発明の杭の埋設工法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の杭の埋設工法によれば、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、外管ケーシング及びオーガースクリューを同方向に回転させることにより掘削することから、掘削土は外管ケーシング内に入りにくく、外管ケーシング外に出ていくので排土量を少なくすることができるとともに、外管ケーシング周囲の地盤を締め固めることができ、さらに、掘削孔の曲がりを防止することができる。
そして、内管ケーシングを回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、押圧部の斜面により投入した充填材を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭の周囲にスラグ、砕石等の充填材を締め固めながら充填することができ、さらに、杭は、内管ケーシングに伴って回転する充填材により中心に移動する性質があるので杭芯精度をよくすることができる。
また、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するようにしているので、充填材を内管ケーシングの押圧部の位置に直接投入することができる。
また、この杭の埋設工法は、従来のように内管ケーシングを上下動させるが、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができ、さらに、内管ケーシングの回転速度により施工速度を管理することができ、さらに、簡単なメカニズムであるため、装置自体が簡単かつ軽量になり、汎用の杭打施工機に取り付けることができ、これにより、組立費用や搬送費用を低減することができる。
さらに、この杭の埋設工法では、埋設した外管ケーシング内で、内管ケーシングを回転させて充填材を締め固めることから、粘性土地盤においても、内管ケーシングを孔壁に直接接触させながら回転させる他の工法に比較し、周囲地盤の剪断変形や緩みを防止することができる。
【００４５】
そして、第１工程で、オーガースクリューの先端を外管ケーシングの先端より一定間隔をおいて下方に位置させることにより、オーガースクリューの掘削を優先し掘削を良好に行うとともに、掘削土を外管ケーシングの外に排出し、排土量を少なくすることができる。
【００４６】
また、第１工程で、外管ケーシングの回転を止めてオーガースクリューのみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリューの回転を止め、外管ケーシングのみ回転させて掘削することにより、中間層に当たり掘削が難しくなっても、オーガースクリューの回転により掘進するとともに、外管ケーシングの回転時に、オーガースクリューに溜まった排土分が外管ケーシング内に入っていき、貫入が容易になる。
【００４７】
また、第３工程で、残置された外管ケーシング１内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入することにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、第３工程で、挿入した杭の杭頭を押圧し、杭の下端部を地盤中に圧入して定着することにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の先端支持力を杭１本毎に確認することができ、また、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができる。
【００４９】
また、第４工程で、外管ケーシングの先端を内管ケーシングの先端より一定間隔をおいて上方に位置させることにより、杭と孔壁の間に充填材を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
【００５０】
また、充填材に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、杭の外周部に充填した膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭を建て込む掘削杭と杭の間隙が狭い場合等でも、充填材を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭の周囲の地盤を容易に、静的に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができ、さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
また、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができる。
【００５１】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、オーガースクリューの先端部のスクリュー羽根の形状を、他の部分の形状と変えるようにすることにより、オーガースクリューによる排土の際の内管先端の内部抵抗を高め、排土量を少なくすることができる。
【００５２】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、内管ケーシングの外周面に、スパイラル翼を設けるようにすることにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材が、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材を均一に分散させながら放出することができる。
【００５３】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、内管ケーシングの先端部の外周面に、押圧板を設けるようにすることにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
【００５４】
さらに、押圧板を透水性を有する材料で以て構成することにより、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の杭の埋設工法の一実施例を示し、（ａ）〜（ｄ）は第１工程を示す断面図、（ｅ）は第２工程を示す断面図である。
【図２】本発明の杭の埋設工法の一実施例を示し、（ａ）は第２工程を示す断面図、（ｂ）は第３工程を示す断面図、（ｃ）〜（ｅ）は第４工程を示す断面図である。である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、内管ケーシングの例を示す正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）（（ｂ−１）及び（ｂ−２））は、内管ケーシングの例を示し、（ａ）及び（ｂ−１）は正面図、（ｂ−２）は（ｂ−１）の背面底面側から見た斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、オーガースクリュースクリュー羽根の例を示す正面図である。
【図６】（Ａ）は、エージング処理を行っていない製鋼スラグの膨張特性を示す説明図、（Ｂ）は、同製鋼スラグと水砕スラグを配合した材料の一軸圧縮強さの変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 外管ケーシング
１１ スパイラル翼
２ オーガースクリュー
２ａ 先端部
２１ スクリュー羽根
３ 充填材
４ 内管ケーシング
４１ 鋸歯状押圧部
４２ 斜面
４３ スパイラル翼
４４ 押圧板
５ ホッパー
６ 杭
Ａ 掘削土
【発明の属する技術分野】
本願発明は、杭の埋設工法に関し、特に、スラグ、砂利、砕石等の充填材を、必要最低限の力で杭と孔壁の間に充填し、液状化しやすい地盤を圧縮して地盤を改良するとともに、特に、充填材に製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグを用い、このスラグによって杭の外周部を包むようにした状態で締め固め、スラグを膨張、固化させて、杭と一体化した杭体を築造できるようにした杭の埋設工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１１−２０９９７６号公報や特開平１１−２０９９７３号公報に示されるように、本願出願人は、周囲に充填材を充填した既成杭を、低振動・低騒音で埋設できる方法を開発しており、充填材を効率良く、確実に充填する方法の一つとして、内管と外管を有する二重管構造のケーシングを用い、内・外管ケーシングを引き上げる際に、内管ケーシングと杭の間隙から充填材を投入し、内管ケーシング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る方法を開示している。
【０００３】
この場合、埋設された既成杭の周囲の充填材が十分に締め固められることで、軟弱な地盤においても杭本来の周面支持力が得られ、また地震時には充填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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の杭の埋設工法では、二重管構造のケーシングを用い、内管ケーシングを上下させてスラグ、砂利、砕石等の充填材を締め固めることから、ケーシング全体に亘って充填材の摩擦が働くことになり、これにより、内管ケーシングの上下動に大きな力が必要になるという問題を有している。
また、内管ケーシングと杭の間隙から充填材を投入するので、充填材が内管ケーシングの途中で詰まり、内管ケーシングを上下させることによって杭が迫り上がって、杭の天端管理が難しくなるとともに、充填材が上下方向に動いて杭の芯決めが難しくなるという問題も有している。
【０００５】
本願発明は、上記従来の杭の埋設工法が有する問題点に鑑み、より簡単な構造で、充填材を効率良く締め固めるとともに、杭の天端管理や芯決めを容易にすることができる杭の埋設工法を提供することを目的とする。
また、本願発明は、掘削土を減らし、外管ケーシング周囲の地盤を締め固め、さらに、地盤中の掘削孔の曲がりを防止できる杭の埋設工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の杭の埋設工法は、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、該外管ケーシング及びオーガースクリューを回転させることにより掘削する第１工程と、所定深度まで掘削した後、外管ケーシングの回転を止めて、オーガースクリューを外管ケーシング内の掘削土と共に地上に引き上げる第２工程と、先端に押圧部を備えた内管ケーシング及び該内管ケーシングに嵌挿される杭を外管ケーシング内に挿入する第３工程と、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するとともに、前記外管ケーシングを逆回転して徐々に引き上げながら、内管ケーシングを回転させつつ押し下げて押圧部の斜面により投入した充填材を押し込み、徐々に引き上げる第４工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
この杭の埋設工法は、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、外管ケーシング及びオーガースクリューを同方向に回転させることにより掘削することから、掘削土は外管ケーシング内に入りにくく、外管ケーシング外に出ていくので排土量を少なくすることができるとともに、外管ケーシング周囲の地盤を締め固めることができ、さらに、掘削孔の曲がりを防止することができる。
そして、内管ケーシングを回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、押圧部の斜面により投入した充填材を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭の周囲にスラグ、砂利、砕石等の充填材を締め固めながら充填することができ、さらに、杭は、内管ケーシングに伴って回転する充填材により中心に移動する性質があるので杭芯精度をよくすることができる。
また、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するようにしているので、充填材を内管ケーシングの押圧部の位置に直接投入することができる。
また、この杭の埋設工法は、従来のように内管ケーシングを上下動させるが、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができ、さらに、内管ケーシングの回転速度により施工速度を管理することができ、さらに、簡単なメカニズムであるため、装置自体が簡単かつ軽量になり、汎用の杭打施工機に取り付けることができ、これにより、組立費用や搬送費用を低減することができる。
【０００８】
この場合において、前記第１工程で、オーガースクリューの先端を外管ケーシングの先端より一定間隔をおいて下方に位置させることができる。
【０００９】
これにより、オーガースクリューの掘削を優先し掘削を良好に行うとともに、掘削土を外管ケーシングの外に排出し、排土量を少なくすることができる。
【００１０】
また、前記第１工程で、外管ケーシングの回転を止めてオーガースクリューのみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリューの回転を止め、外管ケーシングのみ回転させて掘削することができる。
【００１１】
これにより、中間層に当たり掘削が難しくなっても、オーガースクリューの回転により掘進するとともに、外管ケーシングの回転時に、オーガースクリューに溜まった排土分が外管ケーシング内に入っていき、貫入が容易になる。
【００１２】
また、前記第３工程で、残置された外管ケーシング内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入することができる。
【００１３】
これにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
なお、この際、掘削孔の底部に残った掘削土と、スラグ、砂利、砕石等の充填材、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材とを、混合攪拌することもできる。
【００１４】
また、前記第３工程で、挿入した杭の杭頭を押圧し、杭の下端部を地盤中に圧入して定着することができる。
【００１５】
これにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の先端支持力を杭１本毎に確認することができ、また、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができる。
【００１６】
また、前記第４工程で、外管ケーシングの先端を内管ケーシングの先端より一定間隔をおいて上方に位置させることができる。
【００１７】
これにより、杭と孔壁の間に充填材を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
【００１８】
そして、充填材には、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグをいい、ここでは、特に、エージング処理を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
【００１９】
これにより、杭の外周部に充填した膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭を建て込む掘削杭と杭の間隙が狭い場合等でも、充填材を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭の周囲の地盤を容易に、静的に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
また、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができる。
【００２０】
また、上記杭の埋設工法に用いる装置において、オーガースクリューの先端部のスクリュー羽根の形状を、他の部分の形状と変えるようにすることができる。
【００２１】
これにより、オーガースクリューによる排土の際の内管先端の内部抵抗を高め、排土量を少なくすることができる。
【００２２】
また、同様に、杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの外周面に、スパイラル翼を設けるようにすることができる。
【００２３】
これにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材が、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材を均一に分散させながら放出することができる。
【００２４】
また、同様に、杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの先端部の外周面に、押圧板を設けるようにすることができる。
【００２５】
これにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
【００２６】
さらに、前記押圧板を透水性を有する材料で以て構成することができる。
【００２７】
これにより、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の杭の埋設工法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図２に、本発明の杭の埋設工法の一実施例を示す。
この杭の埋設工法は、まず、第１工程として、外周面にスパイラル翼１１が設けられた外管ケーシング１に、オーガースクリュー２を挿入して、外管ケーシング１及びオーガースクリュー２を回転させることにより掘削する。
この第１工程では、図１（ａ）に示すように、全周に亘ってスパイラル翼１１が設けられた外管ケーシング１にオーガースクリュー２を挿入し、杭芯位置を中心にして掘削を行う。この場合、外管ケーシング１のスパイラル翼１１の方向とオーガースクリュー２のスクリュー羽根２１の方向は同方向とし、外管ケーシング１とオーガースクリュー２は、同方向に同回転数で、又は回転数に差を持たせて、回転するようにする。
このように、外管ケーシング１とオーガースクリュー２を同方向に回転させるようにすることにより、オーガースクリュー２が蓋の役割をして、排土量を少なくすることができる。
【００３０】
また、この第１工程では、オーガースクリュー２の先端を外管ケーシング１の先端と同位置とするか、オーガースクリュー２の先端を外管ケーシング１の先端より一定間隔をおいて下方に位置させることもできる。
この場合、図１（ｂ）に示すように、外管ケーシング１の直径Ｄに対して、オーガースクリュー２の先端を、外管ケーシング１先端から０．５Ｄ〜３．０Ｄ、好ましくは、０．５Ｄ〜１．５Ｄの範囲で出すことができる。
これにより、掘削土Ａは外管ケーシング１内に入りにくく、外管ケーシング１外に出ていくので排土量を少なくすることができる。
【００３１】
また、中間層に当たり掘進が難しくなれば、図１（ｃ）に示すように、外管ケーシング１の回転を止めてオーガースクリュー２のみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリュー２の回転を止め、外管ケーシング１のみ回転させて掘削することができる。
このとき、オーガースクリュー２のスクリュー羽根２１に掘削土Ａが入ってくるため、一定距離掘進したら、オーガースクリュー２の回転を止め、次に、図１（ｄ）に示すように、外管ケーシング１のみ回転させて掘削し、最初に設定したオーガースクリュー２との位置関係になるまで掘進する。
これにより、オーガースクリュー２のスクリュー羽根２１に入っている掘削土Ａが外管ケーシング１内に入る。
そして、この工程を中間層が抜けるまで繰り返して続けることにより、掘削を容易に行うことができる。そして、その後は、再び外管ケーシング１とオーガースクリュー２を同時に回転させる。
【００３２】
次に、第２工程として、図１（ｅ）に示すように、所定深度まで掘削した後、外管ケーシング１の回転を止めて、オーガースクリュー２を外管ケーシング１内の掘削土と共に地上に上げ、図２（ａ）に示すように、外管ケーシング１のみを土中に残置する。
【００３３】
さらに、第３工程として、図２（ｂ）に示すように、残置された外管ケーシング１内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入するとともに、先端に鋸歯状押圧部４１を備えた内管ケーシング４及びこの内管ケーシング４に嵌挿される杭６を外管ケーシング１内に挿入する。
なお、この際、所定深度まで掘削した後、外管ケーシング１の直径Ｄに対して、１．０Ｄ〜３．０Ｄ程度さらに掘削を行い、スラグ、砂利、砕石等の充填材３、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材を投入し、内管ケーシング４により締め固めるようにしたり、これらの充填材を袋詰めしたものを投入することができる。
また、充填材３を投入した後、掘削孔の底部に残った掘削土と、スラグ、砂利、砕石等の充填材、好ましくは、スラグ、セメント、石膏等の固化性の充填材とを、混合攪拌することもできる。
【００３４】
内管ケーシング４の鋸歯状押圧部４１は、図３に示すように、回転することにより、内管ケーシング４の下に流入した充填材３を下方に押圧する斜面４２を備えている。
【００３５】
ところで、内管ケーシング４は、図３に示すもののほか、図４（ａ）に示すように、外管ケーシング１と内管ケーシング４の間に投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材３が、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材３を均一に分散させながら放出することができるようにするために、内管ケーシング４の外周面に、スパイラル翼４３を設けるようにしたものや、図４（ｂ）に示すように、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができるようにするために、内管ケーシング４の先端部の外周面に、スパイラル状の押圧板４４を設けるようにしたものを採用することができる。なお、図４（ｂ）に示す実施例では、スパイラル翼４３と押圧板４４を連続して形成するようにしたが、スパイラル翼４３と押圧板４４を分離して形成することも、また、押圧板４４のみを設けるようにすることもできる。
また、図４（ｂ）に示す実施例のように、スパイラル翼４３と押圧板４４を設けるようにした場合、スパイラル翼４３と押圧板４４は、スパイラル翼４３のピッチを押圧板４４のピッチより大きくなるように設定することにより、充填材３の外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙内での滞留防止効果及び充填材３の締め固め効果を向上することができる。
また、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができるようにするために、押圧板４４を、水を通過させる（スラグ、砂利、砕石等の充填材３は通過させない）透水性を有する材料、具体的には、例えば、φ５ｍｍ程度の多数の透孔やスリットを形成した孔あき板、ポーラスメタル、格子板、網板等で以て構成することができる。
【００３６】
この場合、ホッパー５等により、外管ケーシング１の頭部又は外管ケーシング１の側方の窓から、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入する。
また、既製杭６（この実施例では節杭）を内管ケーシング４に挿入した状態で外管ケーシング１内に挿入する。
なお、先に既製杭６を挿入し、続いて、内管ケーシング４を挿入するようにすることもできる。
そして、外管ケーシング１から反力を取って、ジャッキ（図示省略）で既製杭６の頭部を押圧し、既製杭６の下端部を地盤中に圧入して定着することができ、これにより、既製杭６の先端支持力の発現を図れるとともに、既製杭６の先端支持力を杭１本毎に確認することができる。
これにより、既製杭６の先端支持力の発現を図れるとともに、既製杭６の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
この場合において、充填材３には、ＣａＯやＭｇＯ等の膨張、固化成分を含有する膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理（具体的には、特に限定されるものではないが、例えば、約１００℃の蒸気中で１００時間程度保持したり、長期間屋外に野積みすることによる安定化処理）を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
このように、充填材３に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、後述のように、杭６の外周部に充填したスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭６を建て込む掘削杭と杭６の間隙が狭い場合等でも、充填材３を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭６の周囲の地盤を容易に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭６の支持力を高めることができるとともに、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができるものとなる。
【００３８】
膨張性及び固化性を有するスラグの特性を、製鋼スラグを例に説明する。
図６（Ａ）に、粒径５ｍｍアンダーのエージング処理を行っていない膨張性及び固化性を有する製鋼スラグを用いて、ＪＩＳ Ａ ５０１５に基づいて膨張試験を行った結果を示す。
図６（Ａ）からも明らかなように、エージング処理を行っていない製鋼スラグの膨張特性（膨張率）は、環境、温度、配合、化学組成等によって異なる。
図６（Ｂ）に、上記製鋼スラグと水砕スラグの混合物を水分（５％〜８％）の逸散がないようにビニール袋で密封貯蔵し、養生日数２８日及び９０日に取り出して、一軸圧縮強さを測定した結果を示す。
図６（Ｂ）から明らかなように、製鋼スラグの配合率が増大するほど、固化現象により一軸圧縮強さが増大し、支持力の向上に効果があることが判る。
【００３９】
そして、第４工程として、図２（ｃ）に示すように、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙に、さらに、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入するとともに、図２（ｄ）に示すように、外管ケーシング１を逆回転して徐々に引き上げながら、内管ケーシング４を回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、鋸歯状押圧部４１の斜面４２により投入した充填材３を押し込みながら徐々に引き上げる。
この場合、外管ケーシング１と内管ケーシング４との間隙には、スラグ、砂利、砕石等の充填材３を定量的に投入する一方、外管ケーシング１を逆回転で徐々に引き上げながら、内管ケーシング４は正回転させつつ押し下げて先端の鋸歯状押圧部４１の斜面４２で投入した充填材３を押し込んで締めながら徐々に引き上げていく。
そして、特に、内管ケーシング４の先端部の外周面に、スパイラル状の押圧板４４を設けるようにした場合には、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができ、さらに、押圧板４４を、水を通過させる（スラグ、砂利、砕石等の充填材３は通過させない）透水性を有する材料で構成した場合には、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、充填材の間隙に存在する地下水を抜くことができ、湧水の影響を受けることなく、充填材を確実に締め固めることができる。
また、この第４工程で、外管ケーシング１の先端を内管ケーシング４の先端より一定間隔をおいて上方に位置させることが望ましく、これにより、杭６と孔壁の間に充填材３を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材３を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
そして、このような工程を繰り返すことにより、図２（ｅ）に示すように、杭６の周囲に充填材３の層を造成する。造成が完了するときには、外管ケーシング１と内管ケーシング４は地上に出ている。
【００４０】
かくして、この実施例の杭の埋設工法は、内管ケーシング４を回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、鋸歯状押圧部４１の斜面４２により投入した充填材３を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭６の周囲にスラグ、砂利、砕石等の充填材３を締め固めながら充填することができる。
外管ケーシング１内に杭６とスラグ、砂利、砕石等の充填材３を投入した直後の状態は、充填材３が緩く詰まったり、内部摩擦によって空隙が存在したりするが、この状態で、内管ケーシング４を回転させると、充填材３はケーシングの回転方向に剪断力を受けるため、充填材３が渦巻き状に動いて流動状態となり、内管ケーシング４の下方に重力で落下して、充填材３はある一定の密度に締まろうとする。
すなわち、内管ケーシング４先端の鋸歯状押圧部４１の斜面４２による支圧効果と、前記剪断力による流動効果とにより、充填材３がケーシング下端から押し出された時点で、締まった状態で圧密することができ、これにより、杭６と孔壁の間に密に充填材３が詰まった状態となる。
【００４１】
また、本実施例の杭の埋設工法では、埋設した外管ケーシング１内の残土を除いた後、この外管ケーシング１に挿入した内管ケーシング４を回転させて充填材３を締め固めることから、粘性土地盤においても、内管ケーシング４を孔壁に直接接触させながら回転させる他の工法に比較し、周囲地盤の剪断変形や緩みを防止することができる。
【００４２】
図５に、本実施例の杭の埋設工法に使用するオーガースクリューを示す。
これらのオーガースクリュー２では、排土量を少なくするために、先端部２ａのスクリュー羽根２１の形状を変えている。
具体的には、図５（ａ）に示すように、オーガースクリュー２の先端部２ａで、スクリュー羽根２１の角度を他の部分より小さくしたり、図５（ｂ）に示すように、スクリュー羽根２１の角度を他の部分より大きくしたりすることができる。
また、図５（ｃ）に示すように、オーガースクリュー２の先端部２ａで、スクリュー羽根２１を間欠的に形成することもできる。
なお、本実施例の杭の埋設工法では、スクリュー羽根のピッチが一定である通常のオーガースクリューも当然使用することができる。
【００４３】
以上、本発明の杭の埋設工法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の杭の埋設工法によれば、外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、外管ケーシング及びオーガースクリューを同方向に回転させることにより掘削することから、掘削土は外管ケーシング内に入りにくく、外管ケーシング外に出ていくので排土量を少なくすることができるとともに、外管ケーシング周囲の地盤を締め固めることができ、さらに、掘削孔の曲がりを防止することができる。
そして、内管ケーシングを回転させつつ所定の抵抗値となるまで押し下げて、押圧部の斜面により投入した充填材を押し込んで締めながら徐々に引き上げることにより、杭の周囲にスラグ、砕石等の充填材を締め固めながら充填することができ、さらに、杭は、内管ケーシングに伴って回転する充填材により中心に移動する性質があるので杭芯精度をよくすることができる。
また、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙にスラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するようにしているので、充填材を内管ケーシングの押圧部の位置に直接投入することができる。
また、この杭の埋設工法は、従来のように内管ケーシングを上下動させるが、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができ、さらに、内管ケーシングの回転速度により施工速度を管理することができ、さらに、簡単なメカニズムであるため、装置自体が簡単かつ軽量になり、汎用の杭打施工機に取り付けることができ、これにより、組立費用や搬送費用を低減することができる。
さらに、この杭の埋設工法では、埋設した外管ケーシング内で、内管ケーシングを回転させて充填材を締め固めることから、粘性土地盤においても、内管ケーシングを孔壁に直接接触させながら回転させる他の工法に比較し、周囲地盤の剪断変形や緩みを防止することができる。
【００４５】
そして、第１工程で、オーガースクリューの先端を外管ケーシングの先端より一定間隔をおいて下方に位置させることにより、オーガースクリューの掘削を優先し掘削を良好に行うとともに、掘削土を外管ケーシングの外に排出し、排土量を少なくすることができる。
【００４６】
また、第１工程で、外管ケーシングの回転を止めてオーガースクリューのみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリューの回転を止め、外管ケーシングのみ回転させて掘削することにより、中間層に当たり掘削が難しくなっても、オーガースクリューの回転により掘進するとともに、外管ケーシングの回転時に、オーガースクリューに溜まった排土分が外管ケーシング内に入っていき、貫入が容易になる。
【００４７】
また、第３工程で、残置された外管ケーシング１内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入することにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の天端精度及び深層の施工の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、第３工程で、挿入した杭の杭頭を押圧し、杭の下端部を地盤中に圧入して定着することにより、杭の先端支持力の発現を図れるとともに、杭の先端支持力を杭１本毎に確認することができ、また、杭が迫り上がることがなく、杭の天端の管理を簡単にすることができる。
【００４９】
また、第４工程で、外管ケーシングの先端を内管ケーシングの先端より一定間隔をおいて上方に位置させることにより、杭と孔壁の間に充填材を良好に締め固めながら充填するとともに、充填材を孔壁側に押し出すことにより、周辺地盤も締め固めることができる。
【００５０】
また、充填材に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、杭の外周部に充填した膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張、固化することによって、杭を建て込む掘削杭と杭の間隙が狭い場合等でも、充填材を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、杭の周囲の地盤を容易に、静的に、かつ確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができ、さらに、膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
また、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができる。
【００５１】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、オーガースクリューの先端部のスクリュー羽根の形状を、他の部分の形状と変えるようにすることにより、オーガースクリューによる排土の際の内管先端の内部抵抗を高め、排土量を少なくすることができる。
【００５２】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、内管ケーシングの外周面に、スパイラル翼を設けるようにすることにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材が、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙内で滞留することを防止するとともに、充填材を均一に分散させながら放出することができる。
【００５３】
また、本発明の杭の埋設工法に用いる装置によれば、内管ケーシングの先端部の外周面に、押圧板を設けるようにすることにより、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができ、地盤の支持力を高め、これによって、杭の支持力を高めることができる。
【００５４】
さらに、押圧板を透水性を有する材料で以て構成することにより、含水率が高く、湧水が生じる地盤でも、湧水の影響を受けることなく、投入したスラグ、砂利、砕石等の充填材を、確実に締め固めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の杭の埋設工法の一実施例を示し、（ａ）〜（ｄ）は第１工程を示す断面図、（ｅ）は第２工程を示す断面図である。
【図２】本発明の杭の埋設工法の一実施例を示し、（ａ）は第２工程を示す断面図、（ｂ）は第３工程を示す断面図、（ｃ）〜（ｅ）は第４工程を示す断面図である。である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、内管ケーシングの例を示す正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）（（ｂ−１）及び（ｂ−２））は、内管ケーシングの例を示し、（ａ）及び（ｂ−１）は正面図、（ｂ−２）は（ｂ−１）の背面底面側から見た斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、オーガースクリュースクリュー羽根の例を示す正面図である。
【図６】（Ａ）は、エージング処理を行っていない製鋼スラグの膨張特性を示す説明図、（Ｂ）は、同製鋼スラグと水砕スラグを配合した材料の一軸圧縮強さの変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 外管ケーシング
１１ スパイラル翼
２ オーガースクリュー
２ａ 先端部
２１ スクリュー羽根
３ 充填材
４ 内管ケーシング
４１ 鋸歯状押圧部
４２ 斜面
４３ スパイラル翼
４４ 押圧板
５ ホッパー
６ 杭
Ａ 掘削土
Claims (13)
- 外周面にスパイラル翼が設けられた外管ケーシングに、オーガースクリューを挿入して、該外管ケーシング及びオーガースクリューを回転させることにより掘削する第１工程と、所定深度まで掘削した後、外管ケーシングの回転を止めて、オーガースクリューを外管ケーシング内の掘削土と共に地上に引き上げる第２工程と、先端に押圧部を備えた内管ケーシング及び該内管ケーシングに嵌挿される杭を外管ケーシング内に挿入する第３工程と、外管ケーシングと内管ケーシングとの間隙に、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入するとともに、前記外管ケーシングを逆回転して徐々に引き上げながら、内管ケーシングを回転させつつ押し下げて押圧部の斜面により投入した充填材を押し込み、徐々に引き上げる第４工程とからなることを特徴とする杭の埋設工法。
- 前記第１工程で、オーガースクリューの先端を外管ケーシングの先端より一定間隔をおいて下方に位置させることを特徴とする請求項１記載の杭の埋設工法。
- 前記第１工程で、外管ケーシングの回転を止めてオーガースクリューのみ回転させて掘削し、所定距離掘削した後、オーガースクリューの回転を止め、外管ケーシングのみ回転させて掘削することを特徴とする請求項１又は２記載の杭の埋設工法。
- 前記第３工程で、残置された外管ケーシング１内に、まず、スラグ、砂利、砕石等の充填材を投入することを特徴とする請求項１、２又は３記載の杭の埋設工法。
- 前記第３工程で、挿入した杭の杭頭を押圧し、杭の下端部を地盤中に圧入して定着することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の杭の埋設工法。
- 前記第４工程で、外管ケーシングの先端を内管ケーシングの先端より一定間隔をおいて上方に位置させることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の杭の埋設工法。
- 充填材に膨張性及び固化性を有するスラグを用いることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の杭の埋設工法。
- 膨張性及び固化性を有するスラグが、製鋼スラグ、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項７記載の杭の埋設工法。
- 膨張性及び固化性を有するスラグに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものであることを特徴とする請求項７又は８記載の杭の埋設工法。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の杭の埋設工法に用いる装置において、オーガースクリューの先端部のスクリュー羽根の形状を、他の部分の形状と変えるようにしたことを特徴とする杭の埋設工法に用いる装置。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの外周面に、スパイラル翼を設けるようにしたことを特徴とする杭の埋設工法に用いる装置。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の杭の埋設工法に用いる装置において、内管ケーシングの先端部の外周面に、押圧板を設けるようにしたことを特徴とする杭の埋設工法に用いる装置。
- 前記押圧板が透水性を有することを特徴とする請求項１２記載の杭の埋設工法に用いる装置。
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