JP4114875B2 - 根固め杭及び既製杭 - Google Patents

Description

本発明は、既製杭及びそれを使用した根固め杭に関するものである。

既製杭の埋設工法として、施工時の騒音や振動を防止するため、地盤を掘削ビットと攪拌翼等とを有する掘削攪拌ジグを用いて掘削孔を形成し、かつ掘削孔内にセメントミルクを注入した後に、セメントミルクが固化する前に掘削孔内に既製杭を建込んで埋設し、根固め杭を築造するプレボーリング根固め工法が用いられている。また、このプレボーリング根固め工法において、根固め杭の支持力を増大するため、掘削孔の先端部（下端部）にセメントミルクからなる球根部を形成し、既製杭の先端部を球根部のセメントミルク中に定着させるようにした、プレボーリング拡大根固め工法も実施されている。さらに、プレボーリング拡大根固め工法において、根固め杭の支持力をより増大させるため、その先端部付近に螺旋翼を設けた既製杭を用いることも知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−９６７６９号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された既製杭は先端部付近に螺旋翼を設けたものであるため、構造が複雑であり、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、簡単な構造の既製杭により、根固め杭の支持力を増大させることである。

請求項１に係る発明は、球根部と、該球根部の上に形成された軸周固定部とからなる柱状体と、該柱状体に挿入された既製杭とからなる根固め杭であって、前記既製杭は、管と、該管の先端に設けられた環状の板とからなり、前記柱状体は、前記球根部の径が前記環状の板の外径の１．５倍以上、２倍以下であり、前記環状の板から前記球根部の底面迄の距離が前記環状の板の外径の０．５倍以上であることを特徴とする根固め杭である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の根固め杭において、前記管の外径が４００ｍｍ以上、７００ｍｍ以下の場合、前記環状の板から前記球根部の底面迄の距離が一定であることを特徴とする根固め杭である。
請求項３に係る発明は、管と、該管の先端に設けられた環状の板とからなる既製杭であって、前記環状の板は、前記管の外周面及び内周面から突出すると共に、前記内周面からの突出長が前記外周面からの突出長の０．６倍以上０．８倍以下であることを特徴とする既製杭である。
請求項４に係る発明は、請求項３記載の既製杭において、異なる外径の管に対し、前記内周面からの突出長が共通の範囲に設定されていることを特徴とする既製杭である。
請求項５に係る発明は、請求項３記載の既製杭において、前記環状の板の幅が９０ｍｍ以上、１２５ｍｍ以下であることを特徴とする既製杭である。
請求項６に係る発明は、請求項３記載の既製杭において、所定の範囲の外径の管に対し、前記環状の板の幅が一定であることを特徴とする既製杭である。
請求項７に係る発明は、請求項３記載の既製杭において、前記管の外周面及び内周面、並びに前記環状の板と管の内周面とのコーナーに環状のリブが形成されていることを特徴とする既製杭である。
請求項８に係る発明は、請求項３〜７のいずれかに記載の既製杭を用いた根固め杭である。

（作用）
請求項１、２に係る発明によれば、球根部から地盤へ伝達される荷重が一定値以内に抑えられ、かつ均等になる。
請求項３〜６に係る発明によれば、環状の板により根固め液の付着面積が増大するので、根固め杭の支持力が増大する。また、既製杭の先端付近の内部にも根固め液が充填されるので、既製杭はその内外から拘束されることになり、強固に支持される。さらに、環状の板は管の内外周面の両方から突出しているので、先端を円板で閉塞した既製杭と同程度の支持力が得られる。
請求項７に係る発明によれば、リブに根固め液が付着することにより、既製杭から球根部への荷重伝達を分担するので、環状の板に必要な支圧面積を低減できる。

本発明によれば、管と、環状の板とからなる簡単な構造の既製杭により、根固め杭の支持力を増大させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１、２、３、及び４はそれそれ本発明の第１の実施形態に係る既製杭の正面図、平面図、底面図、及び断面図であり、図５はその既製杭におけるディスクプレートの平面図である。

本実施形態に係る既製杭１は、鋼管２と、鋼管２の先端（図１では下端）に固定された鋼製で環状のディスクプレート３とからなる。ディスクプレート３は、鋼管２の外周面及び内周面から突出している。ディスクプレート３は、鋼管２の下端に溶接される。環状のリブ３ｂが鋼管２の下端の内周面に溶接されることもある。一例としてディスクプレート３の外径Ｄd は鋼管２の外径Ｄpの１．３倍である。また、鋼管２の軸心からディスクプレート３の内周縁までの距離はＤp／２−５０（ｍｍ）であり、ディスクプレート３の幅（外径と内径との差の１／２）は１００ｍｍであるから。既製杭１の下端には口径がＤp−１００（ｍｍ）の開口３ａが形成されている。さらに、鋼管２の肉厚は、鋼管２の外径にかかわらず一例として９〜１９ｍｍである。

図６は本実施形態に係る既製杭１を埋設して形成した根固め杭の断面図である。なお、この図においてリブ３ｂは省略した。この根固め杭は、既製杭１と、球根部４及び軸周固定部５からなる柱状体とからなる。一例として、球根部４の径Ｄb は鋼管２の外径Ｄpの１．８４倍である。軸周固定部５の径Ｄoはディスクプレート３の外径Ｄd＋１００（ｍｍ）である。球根部４は支持地盤８中に形成し、軸周固定部５は球根部４の上から地表７迄形成する。球根部４を構成するセメントミルクは水セメント比（Ｗ／Ｃ）が６０％のものであり、軸周固定部５を構成するセメントミルクはＷ／Ｃが１８０％のものである。

図７は図６に示す根固め杭の支持力を説明するための図である。地盤から根固め杭の下端に加わる単位面積当たりの支持力度ｑb は２００Ｎ（≦１２，０００ｋＮ／ｍ²）程度であることが推奨されている。ディスクプレート３の下面及びその内周側の部分の単位面積当たりの支持力度ｑdは約４００Ｎ（≦２４，０００ｋＮ／ｍ²）である。

図８は図７に示す根固め杭を施工する方法を示す図である。まず、縦孔を掘削するための掘削攪拌装置１２について説明する。掘削攪拌装置１２の掘削回転軸（オーガロッド）１３の先端（下端）部にはオーガヘッド１４が設けられている。オーガヘッド１４は、先端に掘削ビットを有し、その上方に拡縮可能な拡大翼１６を有する。掘削回転軸１３の基端（上端）からオーガヘッド１４までの間には、適宜間隔で攪拌羽根１５が設けられている。

以上の構成を有する掘削攪拌装置１２を用いて、図８（ａ）に示すように、杭心位置の精度を確保するために、杭心より逃げ芯（図示せず）を直交２方向に打ち込み、掘削攪拌装置１２の位置を確認するため定尺棒（図示せず）を用いて、オーガヘッド１４の中心を杭芯に合わせる。

次に、同図（ｂ）〜（ｃ）に示すように、掘削攪拌装置１２の鉛直性を確認し、オーガヘッド１４の先端の吐出口（図示せず）からベントナイト安定液を含む掘削液を吐出することで、地盤の掘削抵抗を減少させると共に掘削孔内を泥土化し、孔壁の崩壊を防止しながら、掘削回転軸１３を正転させ、地盤に応じた速度で掘削し、掘削孔を築造する。

次いで、同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、支持地盤の所定の深度まで掘削した後に、掘削回転軸１３を逆回転させてオーガヘッド１４の拡大翼１６を開き、図６の球根部４を形成する範囲である拡径掘削下限位置１０から上限位置８迄の拡径掘削を行う。

拡径掘削後、オーガヘッド１４の吐出口から吐出する液を掘削液から根固め液（Ｗ／Ｃ＝６０％のセメントミルク等）に切り換え、掘削回転軸１３を回転させながら、拡径掘削した部分に注入する。そして、オーガヘッド１４を繰り返し上下させながら、根固め液を注入することにより、球根部４を築造する。

球根部４の築造終了後、同図（ｈ）〜（ｊ）に示すように、オーガヘッド１４の吐出口から吐出する液を杭周固定液（Ｗ／Ｃ＝１８０％のセメントミルク等）に切り換え、拡大翼１６を閉じ、図６の軸周固定部５に相当する部分に杭周固定液を注入する。そして、オーガヘッド１４を繰り返し上下させながら杭周固定液を注入し、徐々に引き上げることで、軸周固定部５を築造する。このように、根固め液と杭周固定液とは共にセメントミルクでよいが、根固め液の方が高濃度のセメントミルクとした。

次いで、同図（ｋ）に示すように、既製杭１の鉛直性を保持しながら、掘削孔の中心部に建て込み、挿入する。最後に、回転キャップを杭頭にセットして自沈又は回転挿入により、同図（ｌ）に示すように、既製杭１の先端を拡径掘削下限位置１０と上限位置８との間の所定の位置９に設定して柱状体中に定着させる。

〔第２の実施形態〕
図９は本発明の第２の実施形態に係る根固め杭の先端付近の構成を示す断面図、図１０はその寸法を説明するための断面図、図１１はその施工方法を示す図である。本実施形態に係る根固め杭は、既製杭２１と、球根部４及び軸周固定部５からなる柱状体とからなる。

既製杭２１は、鋼管２２と、鋼管２２の先端（図９では下端）に固定された鋼製で環状のディスクプレート２３とを備えている。ディスクプレート２３は、鋼管２２の下端に溶接される。環状のリブが鋼管２２の下端の内周面に溶接されることもある。鋼管２２の先端付近の内周面及び外周面には、一例としてそれぞれ外径１３ｍｍの異形鉄筋からなるリブ２４及び２５がそれぞれｍ本及びｎ本固定されている（図ではｍ＝４、ｎ＝３）。また、鋼管２２の外周面におけるリブ２５の上方には軸心を確保するためのスペーサ２６が取り付けてある。

本実施形態に係る根固め杭における鋼管２２の外径（鋼管径）Ｄp 、ディスクプレート２３の外径Ｄd、幅（外径と内径との差の１／２）Ｂd、厚みｔd、外周側突出部の半径方向の長さＬα、内周側突出部の半径方向の長さＬβ、リブ２４及び２５の段数及びピッチ（配置間隔）、球根部４の径（根固め径）Ｄb、軸周固定部５の径（軸部掘削径）Ｄo、球根部４の下端からディスクプレート２３の下面までの距離（根固め高さ）Ｈd、球根部４の上端からディスクプレート２３の上面までの距離（根固め高さ）Ｈuの関係を下記の表１に示す。

この表１を参照しながら、本実施形態に係る既製杭及び根固め杭の特徴について説明する。まず、既製杭自体の特徴の一つは、鋼管径Ｄpが４００〜１２００ｍｍに亘って変化しても、ディスクプレート２３の幅Ｂdは略一定（１００〜１１５ｍｍ）であり、Ｄpが５００〜７００ｍｍについては１１０ｍｍの一定値であり、Ｄpが８００〜１２００ｍｍについても１１５ｍｍの一定値である。幅Ｂdは９０ｍｍ以上、１２５ｍｍ以下にすることが好適である。その理由は、幅Ｂdを９０ｍｍ未満にするとディスクプレート２３が柱状体にめり込む。また、１２５ｍｍ以上にしてもめり込み防止効果の向上はなく、鋼材費用がかさみ、かつ柱状体に既製杭を挿入する際の抵抗力が増すからである。
また、ディスクプレート２３は、鋼管２２の外周面及び内周面の双方から突出しており、内周面からの突出量Ｌβは外周面からの突出量Ｌαの約０．６〜０．８倍である。この比率は０．４倍以上１．０倍以下にすることが好適である。その理由は、鋼管２２の内面のセメントによる拘束力のため、内周側の突起は外周側程には支圧には貢献しないので、０．４倍以上で良いが、１．０倍より大きくしても実質的な効果はなく、鋼材費用がかさみ、かつ柱状体に既製杭を挿入する際の抵抗力が増すからである。
さらに、ディスクプレート２３の外径Ｄdが鋼管径Ｄpよりも１００〜１３０ｍｍ大きくなっている。この径差は１５０ｍｍ以下にすることが好適である。その理由は、１５０ｍｍより大きくすると、柱状体からディスクプレート２３に加わるモーメントの増大により強度不足になるためである。また、根固め杭の支持力はディスクプレート２３が大きい程増大する。ディスクプレート２３の外径Ｄdと鋼管径Ｄpとの径差は９０ｍｍ以上が好適であり、９０ｍｍ未満であると支持力向上の効果がない。
既製杭と柱状体との関係については、軸周固定部５の径Ｄoはディスクプレート２３の外径よりも１００ｍｍ大きくなっている。この数値は９０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下にすることが好適である。その理由は、既製杭２１を挿入しやすくするためである。即ち、掘削孔の精度上の制約から最低９０ｍｍは必要であり、１５０ｍｍより大きくしても実質的な効果はなく、鋼材費用がかさむだけになるからである。

根固め高さＨdの寸法については、図１０において、杭頭に加える荷重を増大させていくと、ディスクプレート２３の下方の球根部４内に発生する剪断応力が、ディスクプレート２３の外径を直径とする半球２７の表面で最大となり、球根部４内には半球２７のすべり線が発生・伸展することを実験で確認した。球根部４が所定の圧縮耐力を満足するためには、このすべり線の全長を球根部４の範囲内にする必要がある。従って、根固め高さＨdはディスクプレート２３の外径Ｄdの少なくとも１／２以上にする必要がある。表１における全ての外径の鋼管に対応する根固め杭がこの条件を満足するものである。

根固め径Ｄbの寸法については、拡大根固め球根部４の下の単位面積当たりの地盤耐力を２００Ｎとすると、拡大根固め球根部４の支持力は（２００Ｎ×拡大根固め球根部４の下端の面積）であるから、
２００Ｎ×π×（Ｄb）²／４・・・式［１］
となる。

ディスクプレート２３の支持力は、拡大根固め球根部４の単位面積当たりの耐力を４５０Ｎとすると、（４５０Ｎ×ディスクプレート２３の下面及びその内周側の面積）であるから、
４５０Ｎ×π×（Ｄd）²／４・・・式［２］
となる。

式［１］＝式［２］より、
（Ｄb）²／（Ｄd）²＝２．２５・・・式［３］
であるから、
Ｄb＝１．５Ｄd
となる。表１における全ての径の鋼管に対応する根固め杭がこの条件を満たしている。

Ｄbの上限値は、図１０においてディスクプレート２３の外周縁から斜め４５°下方に向かう線２８の外側にはディスクプレート２３からの荷重が伝わらないため、Ｈdが下限値Ｄd／２の場合、
Ｄd＋Ｄd／２＋Ｄd／２＝２Ｄd
がＤbの上限値となる。

図１１は図１０に示す根固め杭を施工する方法を示す図である。この図において図８と同一又は対応する部分には図８で使用した符号を付した。本実施形態における掘削攪拌装置１２′は、拡大翼１６の上方にスクリュー１７を有する点が図８の掘削攪拌装置と相違する。また、本実施形態における施工方法は、支持地盤の手前迄掘削した後、支持地盤を掘削する前に、掘削孔内にセメントミルクを注入し、オーガヘッド１４を繰り返し上下させて攪拌することにより、縦孔の軸部に残存している未攪拌土等の不純物が球根部に押し込まれないようにした点が図８の施工法との相違点である。以下、これらの相違点を中心に説明する。

まず、図１１（ａ）に示すように、オーガヘッド１４の中心を杭心に合わせ、掘削を開始する。次に、同図（ｂ）に示すように、掘削攪拌装置１２′の鉛直性を確認し、オーガヘッド１４の先端の吐出口（図示せず）から掘削液を吐出することで、孔内を泥土化し、掘削回転軸１３を正転させ、地盤に応じた速度で掘削し、掘削孔を築造していく。そして、支持地盤よりも浅い所定位置１１迄掘削した後に、オーガヘッド１４の先端の吐出口から杭周固定液（Ｗ／Ｃ＝１８０％のセメントミルク等）を吐出し、掘削回転軸１３を正転させつつ、オーガヘッド１４の先端を所定位置１１と拡径掘削上限位置８との間で繰り返し上下させ、掘削・攪拌する。次いで、同図（ｃ）に示すように支持地盤の所定の深度まで掘削・攪拌する。

次いで、同図（ｄ）に示すように、支持地盤の所定の深度まで掘削した後に、掘削回転軸１３を回転させてオーガヘッド１４の拡大翼１６を開き、吐出口から根固め液（Ｗ／Ｃ＝６０％のセメントミルク等）を吐出し、拡径掘削下限位置１０から上限位置８迄オーガヘッド１４を引き上げながら拡径掘削を行い、さらに、同図（ｅ）に示すように、上限位置８から下限位置１０迄オーガヘッド１４を下げながら再度掘削する。次に、同図（ｆ）に示すように、掘削回転軸１３を回転させながら、オーガヘッド１４を繰り返し上下させ、根固め液を注入することにより、球根部４を築造する。ここで、拡大翼は機械式で拡大するものに限らず、水圧などで拡大するものであっても良い。

球根部４の築造終了後、同図（ｇ）〜（ｈ）に示すように、オーガヘッド１４の吐出口から吐出する液をセメントミルク等の杭周固定液（Ｗ／Ｃ＝１８０％）に切り換え、拡大翼１６を閉じ、図９の軸周固定部５に相当する部分に杭周固定液を注入する。そして、オーガヘッド１４を徐々に引き上げながら杭周固定液を注入し、軸周固定部５を築造する。

最後に、鋼管２２の鉛直性を保持しながら、掘削孔の中心部に建て込み、回転キャップを杭頭にセットして自沈又は回転圧入により、同図（ｉ）に示すように、鋼管２２の先端のディスクプレート２３を拡径掘削下限位置１０と上限位置８との間の所定の位置９に設定して柱状体中に定着させる。

このように本実施形態に係る施工方法によれば、所定位置１１迄掘削した後に、オーガヘッド１４の先端を所定位置１１と拡径掘削上限位置８との間で繰り返し上下させて掘削・攪拌した後に、拡大根固め球根部４を形成する部分を掘削したので、軸周固定部５を形成する部分に残存している未攪拌土等の不純物が球根部４を形成する部分に押し込まれることを防止できる。

なお、以上の実施形態は、本発明を鋼管を用いた既製杭に適用したものであるが、本発明は鋳鉄管或いは鋳鋼管を用いた既製杭及び既製コンクリート杭にも適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る既製杭の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る既製杭の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る既製杭の底面図である。 本発明の第１の実施形態に係る既製杭の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る既製杭におけるディスクプレートの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る根固め杭の断面図である。 図６に示す根固め杭の支持力を説明するための図である。 図７に示す根固め杭を施工する方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る根固め杭の先端付近の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る根固め杭の先端付近の寸法を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る根固め杭を施工する方法を示す図である。

符号の説明

１、２１・・・既製杭、２、２２・・・鋼管、３、２３・・・ディスクプレート、３ｂ・、２４、２５・・リブ、４・・球根部、５・・・軸周固定部。

Claims (8)

1. 球根部と、該球根部の上に形成された軸周固定部とからなる柱状体と、該柱状体に挿入された既製杭とからなる根固め杭であって、前記既製杭は、管と、該管の先端に設けられた環状の板とからなり、前記柱状体は、前記球根部の径が前記環状の板の外径の１．５倍以上、２倍以下であり、前記環状の板から前記球根部の底面迄の距離が前記環状の板の外径の０．５倍以上であることを特徴とする根固め杭。
2. 請求項１記載の根固め杭において、前記管の外径が４００ｍｍ以上、７００ｍｍ以下の場合、前記環状の板から前記球根部の底面迄の距離が一定であることを特徴とする根固め杭。
3. 管と、該管の先端に設けられた環状の板とからなる既製杭であって、前記環状の板は、前記管の外周面及び内周面から突出すると共に、前記内周面からの突出長が前記外周面からの突出長の０．６倍以上、０．８倍以下であることを特徴とする既製杭。
4. 請求項３記載の既製杭において、異なる外径の管に対し、前記内周面からの突出長が共通の範囲に設定されていることを特徴とする既製杭。
5. 請求項３記載の既製杭において、前記環状の板の幅が９０ｍｍ以上、１２５ｍｍ以下であることを特徴とする既製杭。
6. 請求項３記載の既製杭において、所定の範囲の外径の管に対し、前記環状の板の幅が一定であることを特徴とする既製杭。
7. 請求項３記載の既製杭において、前記管の外周面及び内周面、並びに前記環状の板と管の内周面とのコーナーに環状のリブが形成されていることを特徴とする既製杭。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載の既製杭を用いた根固め杭。

Images