JP4244320B2 - 基礎杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭の下端もしくは中間部に杭径より大きな拡大部を設ける基礎杭の施工方法に関するものである。

従来より、杭の支持力及び引き抜き抵抗を増加させるための手段として、杭の下端に拡底部を設ける拡底杭が広く知られている。この場合、拡底杭としては、現場打ち杭の下端に拡底部を設けるものと、既製杭の下端に拡底部を設けるものとがあり、いずれも予め杭孔の底部に杭径よりも大径な孔底拡開部を掘削してから、この孔底拡開部内にセメントミルクあるいはコンクリート等を打設して拡底部を設けるものである。

孔底拡開部を掘削する装置としては、拡大羽根を逆転により地盤の抵抗を利用して開翼し、正転によって閉翼する機構を有するもの（例えば、特許文献１参照）、拡大ビットの昇降により拡大させる構造を有するもの（例えば、特許文献２参照）等が知られている。

上記のような拡底杭において、杭の下端に設けるコンクリート拡底部が無鉄筋の状態で単に杭径よりも拡大されているだけでは、杭の限界支持力には対応できず、かつ引き抜き抵抗にも十分に対応できないという問題がある。そのため従来より、孔底拡開部内で鉄筋もしくは鉄筋に代わる補強材を杭径よりも大きくなるように拡大させてからセメントミルクあるいはコンクリート等を打設して、鉄筋等の補強材により補強された杭径よりも大きい拡底部を設ける手段が提唱されている。

孔底拡開部内で上記の補強材を杭径よりも大きくなるように拡大させる手段として、孔内に挿入した既製杭を孔内で回転することで杭の下端に設けられた補強材を拡開する方式（例えば、特許文献３参照）、鉄筋篭もしくは既製杭あるいはロッド等を押し下げることで補強材を拡開する方式（例えば、特許文献４乃至７参照）等が知られている。

また、例えば軟弱地盤や盛土埋め立て地などの地盤条件の悪い敷地に建築物等の構造物を構築する際、周面摩擦力による支持力の増大を図るために、杭軸方向、即ち深度方向に複数の拡径部を所要間隔毎に設けた突起付き既製杭（節杭等）を埋設する工法がある。

特開平９−２５７７９号公報 特開平１１−６３８２号公報 特開平１１−６１８１１号公報 特開平５−３３９９４１号公報 特開平７−３７８３号公報 特開平８−２４６４４５号公報 特開平８−２４６４４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の掘削装置は、正転で閉翼するためには、ある程度の孔壁又は掘削土との摩擦力が必要であり、ゆるい地盤では閉翼できない場合がある。また、拡翼機構が複雑なため、拡翼機構の付け根に粘土等が詰まり、あるいは共回りして、完全には閉翼できない場合もある。

また、特許文献２に記載の掘削装置は、昇降のタイミングはクラッチの移動で行うが、実際は共回りを起こし、クラッチが移動しない場合がある。

上記のような従来の掘削装置は掘削終了後に回収し繰り返し使用されるものであるが、拡大羽根（拡大ビット）が閉翼できなくなると回収できず、最悪の場合は掘削装置をロッドより切り離して土中に放置せざるを得ない場合が生じる等の問題があった。

一方、特許文献３乃至７に記載された補強材を拡開させるいずれの方式においても、補強材は機械的なヒンジ構造（ピン接合）を介して回動可能に構成されているため、各杭毎に多数のヒンジ構造を設ける必要があり、構造が複雑で且つ多数の部品を用いるために製作コストが高いという問題がある。

また、前述の突起付き既製杭は、節のある型枠を用いてコンクリートで製作しており、型枠製作など大きな設備投資を必要としていた。また、従来は鋼管杭の節杭は製作できなかったため、鋼管杭の節杭は施工されていないのが現状である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、杭の拡大部の補強材を兼ねる簡易な構成の掘削装置を用いて、杭の下端もしくは中間部に杭径より大きな鉄骨補強型の拡大部を有する基礎杭を作業性良く施工できるようにすることを目的とするものである。

上記の目的を達成すべく成された本発明は、
杭の底部又は／及び中間部に杭径よりも大きい鉄骨補強型の拡大部を設ける基礎杭の施工方法であって、
既製杭の下端又は／及び中間部に、鉛直方向に作用する圧縮力により拡開される構造を有する筒状の鉄骨補強体を固定し、所定の深度において前記鉄骨補強体を拡開させつつ、該鉄骨補強体を回転させて拡大部の掘削を行い、掘削後には該鉄骨補強体をそのまま拡大部の補強材とすることを特徴とする。

本発明において、前記鉄骨補強体に鉛直方向の圧縮力を作用させる方法としては、例えば、（１）既製杭の押し込み力、（２）鉄骨補強体先端を持ち上げる引っ張り力、（３）前記押し込み力と前記引っ張り力の併用、（４）鉄骨補強体に直接作用させる圧縮力、等が適用可能である。

本発明においては、鉛直方向に作用する圧縮力により拡開される構造を有する鉄骨補強体を拡大部の掘削装置として用い、掘削後にはこの鉄骨補強体をそのまま拡大部の補強材として基礎杭の施工を行うため、鉄骨補強体を拡開させる方法が簡単で、且つ、従来のように掘削後に掘削装置を閉翼させて回収する必要が無く、簡易な構造且つ簡単な手順で杭の下端もしくは中間部に杭の外径よりも大きな鉄骨補強型の拡大部を有する基礎杭を施工することができる。
また、鉄骨補強体として、複数の小さい剛性の部位を具備し、鉛直方向に作用する圧縮力により該部位が曲げられることで拡開される構造を有するもの、特に、上下一対の環状部材を掘削刃となる複数の棒状部材で連結した構造を有し、環状部材と棒状部材の連結部分および棒状部材に小さい剛性の部位が形成されているものを用いることにより、鉄骨補強体の製作コストを削減し、極めて簡易な構造によって所望の拡大部の掘削及び補強を行うことができる。

以下、本発明の実施形態例を説明するが、本発明はこれらの形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で適宜変更を加えることができる。

（第１の実施形態例）
本例は、孔底拡開部内に杭径よりも大きな鉄骨補強型の拡大部（拡底部）を設けた基礎杭構造の施工方法に関するものである。

本例に係る鉄骨補強体を図１に示す。図１は鉄骨補強体の拡開後の状態を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図中、１０は鉄骨補強体、１１ａ，１１ｂは環状部材、１２は掘削刃となる棒状部材、１３ａ〜１３ｃは小さい剛性の部位である。

本例の鉄骨補強体１０は、図２に示すように鋼板をカッター等で所定の形状に加工したものを両側のＡ−Ａ’を重ねて円筒状に丸めて一体的に形成したものである。尚、符号１４は切り込みラインである。

この鉄骨補強体１０は、上下一対の環状部材１１ａ，１１ｂを複数の棒状部材１２で連結した構造を有しており、環状部材１１ａ，１１ｂと棒状部材１２の連結部分および棒状部材１２の所定の箇所には、小さい剛性の部位１３ａ〜１３ｃが設けられている。

小さい剛性の部位１３ａ〜１３ｃは、他の部位よりも剛性を小さくして折曲部となるように設計された部位であり、端的に言えば塑性変形を起こしやすい部位であって、従来のような機械的なヒンジ構造（ピン接合）によらず、鉄骨補強体に鉛直方向に作用する圧縮力により塑性変形することで、鉄骨補強体を拡開させる部位である。この小さい剛性の部位は、具体的には、切り欠き加工等によって他の部位に比べて細く（もしくは薄く）形成したり、予め所定の形状に曲げておく、もしくは所定の方向に曲げぐせを付けておくなどして形成することができる。

鉄骨補強体１０は、図３に示すように既製杭１００の下端付近に一体的に固定される。この時、図４に示すように予め小さい剛性の部位１３ａ〜１３ｃにおいて山折り（もしくは谷折り）を若干行っておくのが好ましい。これにより、鉛直方向に圧縮力を作用させることによって確実に所望の拡開状態を形成することができる。

鉄骨補強体１０の既製杭１００への固定方法としては、既製杭１００の下端外周に上側の環状部材１１ａを巻き付けて締付バンド等で締付け固定するのが簡単である。また、締付バンド等と接着剤等を併用したり、上側の環状部材１１ａ自体を締付バンド状に加工することもできる。尚、下側の環状部材１１ｂは、既製杭１００に装着される上側の環状部材１１ａとは異なり、溶接等により完全なリング状に形成しておくのが好ましい。

鉄骨補強体１０を固定する既製杭１００は特に限定されるものではなく、コンクリート杭（いわゆるＰＨＣ杭、ＰＲＣ杭等）や鋼管杭、ＳＣ杭等のいずれであってもかまわない。

次に、本実施形態例における基礎杭の具体的な施工方法を図５を用いて説明する。

本実施形態例は中掘工法によるものであり、先ず、図５（ａ）に示すように、鉄骨補強体１０を装着した既製杭１００の中空部にスパイラルオーガ１０１を挿入し、杭先端を先行掘りしながら圧入により所定の深度に既製杭１００を立て込む。所定深度に到達後、スパイラルオーガの先端からセメントミルク、セメントモルタル等を充填する。

次に、スパイラルオーガ１０１を地上に引き上げた後、既製杭１００に鉛直方向の押し込み力を加える。これにより、鉄骨補強体１０は小さい剛性の部位１３ａ〜１３ｃに鉛直方向の大きな圧縮応力が作用することによって、この部位１３ａ〜１３ｃにおいて棒状部材１２が外側に曲げられ、図５（ｂ）に示すように既製杭１００よりも外側に放射状に拡大する。このようにして鉄骨補強体１０を徐々に拡開させながら回転させて拡底部の掘削を行う。

最終的には、既製杭１００の下端が鉄骨補強体１０の下端に到達した状態で鉄骨補強体１０の拡開は止まる。したがって、図３中のＬ寸法を調節することによって、拡開後の最終的な鉄骨補強体１０の径を簡単に調節することができ、所望の拡底部を形成することができる。

そして、図５（ｃ）に示すような所定の拡底部１０２の掘削を終えた後は、杭孔内に空間が残存する場合等、必要に応じてセメントミルクあるいはセメントモルタル等を打設することにより、鉄骨補強体１０で補強された拡底部を有する基礎杭構造が形成される。

このように本実施形態によれば、鉛直方向に作用する圧縮力により拡開される構造を有する鉄骨補強体１０を拡底部の掘削装置として用い、この鉄骨補強体をそのまま拡底部の補強材として基礎杭の施工を行うため、従来のように拡底部の掘削後に掘削装置を閉翼させて回収する必要が無く、極めて簡単な手順で杭の下端に杭径よりも大きい鉄骨補強型の拡底部を設けることができる。

また、鉄骨補強体１０は、上下一対の環状部材１１ａ，１１ｂを掘削刃となる複数の棒状部材１２で連結した極めて簡易な構造であり、従来の多数のヒンジ構造（ピン接合）を有するものに比べて低コストで製造することができる。

また、本例の鉄骨補強体１０では、拡開状態において掘削刃となる隣接する棒状部材１２の山折り部の位置が互いにずれているため、これを回転させることによって効率良く拡底部の掘削を行うことができる。

尚、上記の例では鉄骨補強体１０の下端が完全に孔底に接した状態の基礎杭構造を説明したが、拡底部１０２の掘削を終えた後、杭全体を少し持ち上げて孔底から浮かす場合もある。このように杭全体を孔底から浮かすことにより、鉄骨補強体１０の下側に硬化材（セメントミルク、セメントモルタル等の充填材）が十分に廻り込み、杭に加わる荷重をより効果的に拡底部を介して孔底に伝達することができると共に、既製杭１００が孔底に食い込む現象（パンチング）を効果的に防止することができる。

また、所定深度に到達する前に鉄骨補強体が開くのを防止する必要がある場合には、例えば鋼管等のリング状部材を鉄骨補強体の外側にセットし、所定の深度に到達した後にリング状部材を取り外したり、鉄骨補強体を中空既製杭の内側に入れ、所定の深度に到達した後に中空既製杭から鉄骨補強体を押し出して使用することができる。

（第２の実施形態例）
本例は、杭の中間部に杭径よりも大きな鉄骨補強型の拡大部（節部）を設けた基礎杭構造の施工方法に関するものである。

先ず、図６（ａ）に示すように、鉄骨補強体１０を装着した既製杭２００の中空部にスパイラルオーガ（不図示）を挿入し、杭先端を先行掘りしながら圧入により所定の深度に既製杭２００を立て込み、杭孔内にセメントミルク、セメントモルタル等を充填する。この鉄骨補強体１０は第１の実施形態例の鉄骨補強体１０と同じものであるが、下側の環状部材１１ｂのみが既製杭２００に固定され、上側の環状部材１１ａは固定されていない。

次に、例えば既製杭２００の外側に通した外管（不図示）によって既製杭２００に固定されていない上側の環状部材１１ａを下側に押し込み、鉄骨補強体１０に直接圧縮力を作用させる。すると、鉄骨補強体１０は、小さい剛性の部位に鉛直方向の大きな圧縮応力が作用することによって、既製杭２００よりも外側に放射状に拡大する。このようにして鉄骨補強体１０を徐々に拡開させながら回転させて拡大部（節部）の掘削を行う。

そして、図６（ｂ）に示すような所定の拡大部２０２の掘削を終えた後は、杭孔内に空間が残存する場合等、必要に応じてセメントミルクあるいはセメントモルタル等を打設することにより、鉄骨補強体１０で補強された拡大部（節部）を有する基礎杭構造が形成される。

このように本実施形態によれば、型枠製作などの設備投資を必要とせず、コンクリート杭のみならず鋼管杭においても中間部に鉄骨を介して的確に補強された拡大部（節部）を有する基礎杭構造を、作業性良く構築できる。

また、本例のように杭の中間部に拡大部（節部）を設ける場合、拡大部（節部）は適宜の場所に複数設けることができる。

尚、上記の説明では、鉄骨補強体１０の上側の環状部材１１ａをフリーにしているが、逆に下側の環状部材１１ｂをフリーにしても良い。この場合には、例えば環状部材１１ｂに複数のフック等を引っ掛け、これに繋がるワイヤーを上方に引っ張る力を利用して鉄骨補強体１０を拡開状態とすることができる。

（第３の実施形態例）
本例は、上杭（鋼管杭）と下杭（鋼管杭）の連結部に杭径よりも大きな鉄骨補強型の拡大部（節部）を設けた基礎杭構造の施工方法に関するものである。

図７は上杭の下端部を示す側面図であり、上杭３００には下端部近傍に複数のボルト穴３０１が設けられている。

図８は上杭と下杭を接続するための接続管を示す斜視図である。この接続管３１０の上部には、上下方向に所定の間隔（図中の寸法Ｌ）を有する２つボルト穴３１１ａ，３１１ｂとこれらを連通せしめる連通溝３１１ｃからなる移動用溝３１１が複数組設けられている。接続管３１０としては短尺の鋼管等を用いることができるが必要な曲げ剛性を備えたものであれば特に限定されない。

本実施形態例における基礎杭構造の施工方法を図９を用いて説明する。

先ず、図９（ａ）に示すように、下杭３２０と上杭３００の間隔が前記寸法Ｌとなるように上記接続管３１０を用いて接続する。下杭３２０と接続管３１０はボルト止めもしくは溶接等によって固定する。上杭３００と接続管３１０は、接続管３１０の上側のボルト穴３１１ａと上杭３００のボルト穴３０１を介してボルト３１２により接続するが、このボルト３１２は移動用溝３１１を上下に移動可能になっている。つまり、上杭３００は、図９（ａ）の状態から前記寸法Ｌだけ下方に移動させることができる。

次に、図９（ｂ）に示すように、接続管３１０を跨いで鉄骨補強体１０を上杭３００と下杭３２０に固定する。この鉄骨補強体１０は第１の実施形態例の鉄骨補強体１０と同じものであるが、鉄骨補強体１０の上側の環状部材と接続管３１０の上端部との間隔を前記寸法Ｌ以上確保する。

次に、鉄骨補強体１０を装着した連結杭の中空部にスパイラルオーガ（不図示）を挿入し、杭先端を先行掘りしながら圧入により所定の深度に連結杭を立て込み、杭孔内にセメントミルク、セメントモルタル等を充填する。

次に、上杭３００に鉛直方向の押し込み力を加えることによって、上杭３００を接続管３１０の中に押し込む。すると、鉄骨補強体１０は、小さい剛性の部位に鉛直方向の大きな圧縮応力が作用することによって、所定の形状に拡大する。このようにして鉄骨補強体１０を徐々に拡開させながら回転させて拡大部（節部）の掘削を行う。

最終的には、図９（ｃ）に示すように、ボルト３１２が接続管３１０の下側のボルト穴３１１ｂの部分に位置し、上杭と下杭が当接した状態で鉄骨補強体１０の拡開は止まる。したがって、図９（ａ）中のＬ寸法（もしくは上杭３００と下杭３２０の間隔）を調節することによって、拡開後の最終的な鉄骨補強体１０の径を簡単に調節することができ、所望の拡大部を形成することができる。

拡大部の掘削を終えた後は、杭孔内に空間が残存する場合等、必要に応じてセメントミルクあるいはセメントモルタル等を打設することにより、杭の連結部に鉄骨補強体１０で補強された拡大部（節部）を有する基礎杭構造が形成される。

このように本実施形態によれば、円筒状の単純な形状の接続管を用いて簡単に杭を連結できると共に、型枠製作などの設備投資を必要とせずにコンクリート杭のみならず鋼管杭においても杭連結部に鉄骨を介して的確に補強された拡大部（節部）を有する基礎杭構造を、作業性良く構築できる。

（他の実施形態例）
本発明の施工方法は、先に説明した実施形態例を適宜組み合わせて実施することにより、基礎杭の底部及び中間部に鉄骨補強型の拡大部を設けることもできる。

また、先の実施形態例では中掘り工法によるものとして説明したが、あらかじめオーガで所定の深さまで掘削した杭孔内に鉄骨補強体を装着した杭を挿入して行う先掘工法（プレボーリング工法）によるものであってもよい。この先掘工法においても、先の実施形態例と同様、所定の深度で鉄骨補強体を拡開させつつ回転させて拡大部の掘削を行い、掘削後には鉄骨補強体をそのまま拡大部の補強材とする。また、軟弱地盤においては、拡大部のみならず杭孔全体を鉄骨補強体で掘削することもできる。

また、本発明に用いられる鉄骨補強体は、鉛直方向に作用する圧縮力により拡開される簡易な構造を有し、所望の拡大部の掘削を行うことができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば鉄板、鉄筋、鋼管、鉄骨などを適宜組み合わせて溶接等によって組み立てることが可能である。

鋼管を加工することによって構成した鉄骨補強体の一例を図１０及び図１１に示す。図１０は鉄骨補強体１０Ａの拡開後の状態を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図１１は鉄骨補強体１０Ａの展開図である。これらの図において、図１の鉄骨補強体１０と同一の部材には同一の符号を付しており、符号１５は切欠部である。

図１の鉄骨補強体１０では、拡開状態において隣接する棒状部材１２の山折り部の位置が互いにずれているが、上記の鉄骨補強体１０Ａでは棒状部材１２は全て同じ形状に折り曲げられる。このため、棒状部材と棒状部材の間に切欠部１５を設け、効率良く掘削を行えるようにしているものである。

本発明の第１の実施形態例に係る鉄骨補強体の拡開後の状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態例に係る鉄骨補強体の加工形状を示す展開図である。 本発明の第１の実施形態例に係る鉄骨補強体を既製杭に固定した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態例に係る鉄骨補強体を僅かに拡開させた状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態例における基礎杭の施工方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態例における基礎杭の施工方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態例における上杭の下端部の構造を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態例における上杭と下杭を接続するための接続管を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態例における基礎杭の施工方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態例に係る鉄骨補強体の拡開後の状態を示す図である。 本発明の他の実施形態例に係る鉄骨補強体の加工形状を示す展開図である。

符号の説明

１０、１０Ａ 鉄骨補強体
１１ａ、１１ｂ 環状部材
１２ 棒状部材
１３ａ〜１３ｄ 小さい剛性の部位
１４ 切り込みライン
１５ 切欠部（開口部）
１００、２００ 既製杭
１０１ スパイラルオーガ
１０２ 拡底部
２０２ 拡大部
３００ 上杭
３０１ ボルト穴
３１０ 接続管
３１１ 移動用溝
３１１ａ，３１１ｂ ボルト穴
３１１ｃ 連通溝
３１２ ボルト
３２０ 下杭

Claims (1)

1. 杭の底部又は／及び中間部に杭径よりも大きい鉄骨補強型の拡大部を設ける基礎杭の施工方法であって、
   既製杭の下端又は／及び中間部に、鉛直方向に作用する圧縮力により拡開される構造を有する筒状の鉄骨補強体を固定し、所定の深度において前記鉄骨補強体を拡開させつつ、該鉄骨補強体を回転させて拡大部の掘削を行い、掘削後には該鉄骨補強体をそのまま拡大部の補強材とすることを特徴とする基礎杭の施工方法。

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