JP4346002B2 - 杭の埋設工法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンクリート等の中空パイルを、無排土で能率よく埋設する工法及びこれに使用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既製の杭を底騒音、底振動で地中に埋設するには、あらかじめ埋設孔を掘削し、この孔内にパイルを挿入するようにしたプレボーリング工法や、パイルの中空部内にアースオーガを挿入して地盤を掘削しながら、パイル中空部を通じて土砂を排土してパイルを埋設するようにした中堀工法が用いられている。しかし、これらいずれの工法でも、多くの掘削土砂が排土されるため、それを処理するための廃棄場所確保の問題や多額の運搬費を要するという問題をかかえている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記工法に代って、外周にらせん翼を設けたパイルを用い、これをネジ込むようにした工法が提案されている。しかし、この工法では、パイルを回転しながら地中に押し込んで行くので、パイルと土との摩擦力が大きく、短尺物では可能であるとしても、通常長さのパイルや長大なパイルでは、土の摩擦力によってパイル頭部に付与される回転力はパイル下端まで伝達されにくく、パイルに捩りモーメントが大きく作用してパイルが損傷したり切断するというおそれが生じることになる。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、埋設する中空パイルの下端部に、らせん翼と掘削刃を設けた推進ヘッドを、回動自在に設けて、パイル中空部に挿入した回転ロッドによって回転させ、パイルを非回転として地中に押し込むことによって、無排土でかつパイルに捩りモーメントの発生するおそれがなく、長尺物の埋設を可能とした、杭の埋設施工法及びそれに使用する装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための、本発明の構成について、添付の図面を参照して説明すると、請求項１の杭の埋設工法は、中空パイル１の下端に、外周にらせん翼12を突設するとともに、先端部に掘削刃17を設けた推進ヘッド10を回動自在に嵌め合わせ、中空パイル１の中空部に挿入した回転ロッド20を推進ヘッド10に係合して、地盤に推進ヘッド10をネジ込むように回転させながら中空パイル１を非回転で貫入させ無排土で埋設を行うことを特徴とするものである。
【０００６】
また、請求項２の杭の埋設工法は、ビット51とアースオーガ52とロッド53を備えた掘削攪拌ジグ（シャフト）50によって、地盤Ｃを所定の深度まで空掘り掘削して、該ジグ50を引き上げ、ついで、掘り出された土砂を掘削孔55に埋め戻した後、その掘削孔55に、中空パイル１の下端部に、外周にらせん翼12を突設するとともに、先端部に掘削刃17を設けた推進ヘッド10を回動自在に嵌め合わせ、パイル１の中空部に挿入した回転ロッド20を推進ヘッド10に係合して、地盤に推進ヘッド10をネジ込むように回転させながら中空パイル１を非回転で支持層Ｄに貫入させることを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項３の杭の埋設工法は、請求項２工法において、掘削攪拌ジグ50が、支持層Ｄに達したら根固め液ｄを注入して上記シャフト50を引き上げることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項４の杭の埋設装置は、中空パイル１の下端部に回動自在に嵌合して設けられる推進ヘッド10と、パイル１の中空部に挿入して推進ヘッド10を回転させる回転ロッド20からなり、推進ヘッド10が、中空パイル１の下端部に回動自在に嵌合する、環状底板27を有する円筒体11の外周にほぼ一巻きにわたりらせん翼12が突設されているとともに、上記円筒体11の下端には掘削刃17を突設した翼板16が設けられ、この翼板に、回転ロッド20と係脱自在かつ非回転に係合する切欠部28aが設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１〜図４は、本発明工法で使用される埋設装置の一実施態様を示し、図５、図６は、本発明工法で使用されるパイル吊持装置の一実施態様を示し、図７は、推進ヘッドとパイルとの嵌め合せ及びパイル吊持装置とパイルとの結合の態様を示し、また、図８は本発明工法の第１の実施態様を示し、図９は同第２の実施態様を示し、図10は同第３の実施態様を示したものである。
【００１２】
まず、本発明工法において使用する埋設装置Ａについて説明する。図１〜図４において、１は埋設するコンクリート製の中空パイル（以下パイルという）で、従来公知のように、その下端と上端には環状の端板２，３が設けられている。なお、パイル１はコンクリート製に限ることはなく、鋼管製であってもよい。鋼管製の場合は、少なくとも下端に環状の端板２を設ける必要がある。また、10は上記パイルの下端部に嵌め合せして設けられ、ネジ込むように回転しながら地中に貫入する推進ヘッド、20は、パイル１の中空部に挿入されて推進ヘッド10と係合して推進ヘッド10を回転させる回転ロッドである。
【００１３】
推進ヘッド10は、パイル１の下端部に回転自在に外嵌できる程度の径に形成された円筒体11の外周に、ネジ込み用のらせん翼12がほぼ一巻きにわたり突設され、円筒体11の下端には、中心部に、後述する回転ロッド20と係合する平面ほぼ長方形等の係合孔14が貫通して形成された底板13が設けられ、底板13の上面には、パイル１の下端と中敷板25を介して転接するローラ15が設けられている。そして、円筒体の下端の底板13の下面には、翼板16が突設され、その翼板16に複数本の掘削刃17が突設されているとともに、翼板16の中心部には、係合孔14に続く切欠凹部18が設けられている。
【００１４】
回転ロッド20は図３にも示すように、有底の中空管でパイル１より十分長く形成されており、その下端部には、上記係合孔14に係合される、係合孔14とほぼ同形とした係合片21が設けられている。また、その上端部は、図示を略したが、後述するオーガー駆動装置30に結合できるようになっている。また、中敷板25は、図４にも示すように、円筒体11内に収まる径を有し、中心部に回転ロッド20の挿通孔26が設けられて環状に形成されている。
【００１５】
上記の推進ヘッド10は、パイル１の下端部に嵌合して使用される。推進ヘッド10とパイル１とを嵌合するには、図７（イ）に示すように、推進ヘッド10を地盤上に載置し、ローラ15と中敷板25を挿嵌させ、パイル１の中空部に回転ロッド20を挿通させておき、同図（ロ）に示すように、推進ヘッド10にパイル１の下端部を嵌め合せる。それにより、パイル１の下端面は中敷板25に接し、中敷板25はローラ15を介して推進ヘッド10の底板13と接することになる。そして、回転ロッド20をオーガー駆動装置30に結合することになる。
【００１６】
ついで、本発明工法において使用するパイル吊持装置Ｂについて説明する。図５、図６において、30は、施工機のヤグラ（図示を略す）に設けられたリーダー45に係合して、ワイヤー46により昇降自在に吊設されたオーガー駆動装置で、その下部には支持杆31の一対が対向して外方に突出して設けられ、それら支持杆31には、パイル１の貫入深さ調整用油圧シリンダ32が垂設されている。そして、両油圧シリンダ32のロッド33に結合して、パイル１の挟持体35が吊持されている。
【００１７】
パイル挟持体35は、ケーシング36の中央部に上下に貫通してパイル１の上部を遊通できる挿入管37が設けられており、その挿入管37の下部には、少なくとも一対の窓孔38が対向して開設されている。そして、ケーシング36内にはパイル締め付け用の油圧シリンダ39が垂設され、そのロッド40に、リンク41を介して、パイル１の挟持板42が設けられ、油圧シリンダ39の作動により窓孔38に出入りできるようになっている。
【００１８】
このパイル吊持装置Ｂは、図７（ハ）のように、立設された推進ヘッド10に嵌め合せて立設されたパイル１の上端部に係合される。すなわち、ワイヤー46を伸ばして装置Ｂを降下させ、パイル１の上端部を挿入管37に入れるとともに、回転ロッド20をオーガー駆動装置30と結合する。そして、油圧シリンダ39を作動させて、挟持板42をパイル１の外面に圧接させる。それにより、パイルの埋設施工中におけるパイル１の回転を防止できることになる。また、油圧シリンダ32を作動して、オーガー駆動装置30に対する、パイル１を挟持した挟持体35の上下位置を調整することにより、パイル１と回転ロッド20との相対上下位置が調節でき、それにより、推進ヘッド10とパイル１との接触圧が調節できることになる。
【００１９】
本発明の工法は、上記の埋設装置Ａ及びパイル吊持装置Ｂを使用して行われる。まず、同工法の第１の実施態様について説明すると、さきに述べたように、地盤上に載置した推進ヘッド10にパイル１と回転ロッド20を嵌め合せて直立させ、その基端部にパイル吊持装置Ｂを装嵌し、油圧シリンダ39を作動して、挟持板42を窓孔38に押し入れてパイル１の上部を回転不能に挟持する。
【００２０】
その状態でオーガー駆動装置30を起動させて回転ロッド20を回転させれば、その回転力は推進ヘッド10に伝達され、その先端にある掘削刃17によって地盤Ｃが掘削されながら、らせん翼12の地中へのネジ込みによる推進作用で、推進ヘッド10は図８（イ）のように地中に貫入して行くことになる。その際、推進ヘッド10の貫入に追随させて、ワイヤー46を伸長し、パイル吊持装置Ｂを降下させると、パイル１は非回転で推進ヘッド10とともに地中に貫入されて行く。この場合、掘削刃17により掘削、流動化した土砂は、推進ヘッド10の貫入につれて推進ヘッド10の外周方向に押しやられ、周辺地盤へと圧密されて行くことになる。
【００２１】
この貫入施工においては、推進ヘッド10の貫入に合せてパイル１が推進ヘッド10から離脱しないようにワイヤー46を繰り出すようにするが、推進ヘッド10に対し、パイル１の重量をある程度かけた状態にしてやれば、らせん翼12による推進効果が良好となるが、重量をかける程度が大きくなると、パイル１の下端面と推進ヘッド10との摩擦が大となって、多くの回転動力を要することになる。また、推進ヘッド10の貫入速度は土質の変化に対応して微細に変化するので、ワイヤー46の繰り出し度合の調整だけではパイル１の推進ヘッド10への追随が円滑に行えないようになる。そうした場合、パイル挟持体35を吊持している油圧シリンダ32の操作で、パイル挟持体35の吊持位置を調整することにより追随の円滑化が図れることになる。
【００２２】
パイル1の貫入は、図８（ロ）のように、推進ヘッド10が支持層Ｄに充分貫入されるまで行われるが、その貫入深さがパイル１の長さより深い場合は、従来の施工におけると同様に、パイル１の継ぎ足し及び回転ロッド20の継ぎ足しを行う。また、貫入施工の終わりの段階では、従来の施工におけると同様に、パイル１の上端にヤットコ杭47を取り付けて貫入を進め、パイル１の上端を所定位置に合致させる。そして、貫入を終えた後は、ヤットコ杭47の接続を解くとともに、油圧シリンダ39を作動してパイル１の挟着を解除し、ついで、推進ヘッド10から回転ロッド20を離脱させ、パイル吊持装置Ｂを引き上げ、図８（ハ）のように回転ロッド20をパイル１の中空部から引き抜いて、パイルの埋設施工を終了することになる。
【００２３】
なお、回転ロッド20を、その先端部に噴出孔を設けたものとしておき、パイル１の貫入中に、必要に応じて、水、空気、セメントミルク等を適宜注入してやることができる。水や空気を注入すれば、貫入時の摩擦抵抗が軽減され、貫入の促進が図れ、特に長尺杭の貫入において効果的である。また、パイル１が貫入途中で硬い地層や粘性の高い地層に当ったときに注入することも可能である。また、セメントミルクを注入した場合は、施工後にパイルと地盤との摩擦力が増加し、大きな支持力が得られる。
【００２４】
次に、本発明工法の第２の実施態様について説明する。この工法は、特に、比較的硬質な地盤や貫入抵抗の大きな地盤に対する施工に好適である。まず、図９(イ)のように、杭打ヤグラに支持した、ビット51、アースオーガ52及びロッド53を備えた掘削攪拌ジグ（以下ジグという）50によって地盤Ｃを、必要深度まで掘削した後、ジグ50を逆回転して引き上げ、同図(ロ)のように、埋設するパイル１とほぼ同径の空掘孔（掘削孔）55を形成する。この施工では、掘削した土砂の一部は排出土（搬出土）ａとして地上に留められ、一部は空掘孔55内への残土ｂとなる。ついで、搬出土ａ及びジグ50に附着した土砂を空掘孔55に埋め戻す。
【００２５】
そして、同図(ハ)のように、空掘孔55に対し、さきの実施態様（図８参照）におけると同様に、推進ヘッド10にパイル１を嵌め合せるとともにパイル１の上端部にパイル吊持装置Ｂを結合し、推進ヘッド10を回転させて、パイル貫入を進めて行く。この施工では、土砂の埋め戻しによって空掘孔55の崩壊が防がれるとともに、パイル貫入が円滑に能率よくでき、しかも、埋め戻し土砂の周辺への圧密によって地盤の強化が図れ、かつ残土の搬出処理の手間が省けることになる。同図（ニ）に示すように、支持層に充分貫入したら、回転ロッド20を引上げて施工を終えることになる。
【００２６】
次に、本発明工法の第３の実施態様について説明する。この工法は、さきの第２の実施態様の工法のジグ50による施工手順を若干変えたものである。まず、図10(イ)のように、ジグ50によって地盤Ｃを掘削して空掘孔55を形成して行く。この点はさきの実施態様と同様であるが、ジグ50が支持層Ｄの所定深度に達したら、図10（ロ）のようにジグ50の先端部よりセメントミルク等の根固め液ｄを注入した後、矢印のように、ジグ50を逆回転させながら引き上げ、ついで、同図(ハ)のように、地上の搬出土ａ及びジグ50に附着した土砂を空掘孔55に埋め戻す。あとは、さきの実施態様におけると同様で、図９（ニ）のように、推進ヘッド10を回転させ、パイル貫入を進め、所定深度に達したら、同図(ホ)のように、回転ロッド20を引き上げて施工を終えるのである。
【００２７】
なお、上記各実施態様では、パイル１としてコンクリート製のパイルを用いているが、パイル１は、鋼管パイル或いは鋼管とコンクリートとの複合パイルでもよく、また、その形状は例えば節付きのものや下部が拡径のものなど、各種のものが適用できる。
【００２８】
図11、図12は、埋設装置の他の実施態様を示したものである。この装置は、さきの実施態様の装置に対し、推進ヘッド10の円筒体11の下端にある底板13に代え、内径をパイル１の内径とほぼ一致させた環状底板27を設けている。そして、この環状底板27の下端に突設した翼板16の上端中心部に、回転ロッド20の下端部の係合片21の突出していない部分を受け入れる係合切欠部28aを設け、その両内部に、突出した係合片21との当て受け面28が形成されている。
【００２９】
この場合、回転ロッド20を、その係合片21を翼板16に対して直交する方向にして係合切欠部28aに挿入する。そして、回転ロッド20を回転させれば、図12（ロ）の鎖線で示すように、係合片21が当て受け面28に当接して推進ヘッド10が回転することになる。掘削された土砂は、その一部が環状底板27の内周と翼板16との間隙29からパイル１の中へと流れ込むようになる。そのため、推進による貫入では困難な地層においても施工が能率よく行えるようになる。なお、上記説明以外の部分はさきの実施態様におけると同様であるから、その説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の工法では、中空パイルの下端部にらせん翼と掘削刃を設けた推進ヘッドを嵌め合せるとともに、パイルの上端部に、オーガー駆動装置とパイルを非回転とする挟持体とによるパイル吊持装置を装着し、推進ヘッドを回転させてパイルを非回転で貫入をするようにしたので、推進ヘッドによる掘削と進行によって、パイルを地中に底騒音、底振動、無排土で埋設することができる。そして、パイルには回転を付与せず推進ヘッドに調整追随させるようにしたので、パイルへは捩りモーメントが作用せず、パイルを損傷するおそれがなくなり、長大なパイルの埋設も容易に能率よく行なうことができる。また、残土の搬出手間が省かれ、杭の埋設に優れた効果を発揮するものである。
【００３１】
特に、請求項１の工法は、比較的軟弱な地盤を対象とするのに好適であり、請求項２の工法は比較的硬い地盤を対象とするのに好適であるとともに、埋め戻した土砂の圧密によって地盤改良の効果もある。また、請求項３の工法では、埋設した杭の支持力の増大が図れる。
【００３２】
また、請求項４の装置は、中空パイルの下端部に、嵌め合せできるようにした、らせん翼体と掘削刃を突設するとともに、回転ロッドと係脱自在とした構造であるから、推進ヘッドによる地中への推進貫入により、パイルを地中に底騒音、底振動、無排土で埋設することができる。しかも、パイルには回転を付与せず行えるようにしたので、パイルへは捩りモーメントが作用せず、パイルを損傷するおそれがなく、施工できる。また、装置は構造が簡単で安価に製作できるとともに、推進、貫入に優れた機能を発揮することができる。また、掘削した土砂の一部はパイル内に流入されるので、硬質な地盤の掘削推進も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】杭埋設装置の一実施態様を示す半部截断正面図である。
【図２】推進ヘッドの一実施態様を示したもので、（イ）は半部截断正面図、（ロ）は平面図、（ハ）は底面図である。
【図３】回転ロッドの一実施態様を示したもので、（イ）は正面図、（ロ）は平面図である。
【図４】中敷板を示したもので、(イ)は半部截断正面図、(ロ)は同平面図である。
【図５】パイル吊持装置の一実施態様を示す一部切截正面図である。
【図６】同側断面図である。
【図７】（イ）、（ロ）、（ハ）は、推進ヘッドとパイル吊持装置との装着過程を準じ示した説明図である。
【図８】（イ）、（ロ）、（ハ）は、本発明工法の第１の実施態様を工程順に示したものである。
【図９】（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）は、同第２の実施態様を工程順に示したものである。
【図１０】（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）は、同第３の実施態様を工程順に示したものである。
【図１１】杭埋設装置の他の実施態様を示す半部截断正面図である。
【図１２】同装置における推進ヘッドを示したもので、（イ）は半部截断正面図、（ロ）は平面図、（ハ）は底面図である。
【符号の説明】
Ａ 埋設装置
Ｂ パイル吊持装置
Ｃ 地盤
Ｄ 支持層
１ 中空パイル
２，３ 端板
10 推進ヘッド
11 円筒体
12 らせん翼
13 底板
14 係合孔
15 ローラ
16 翼板
17 掘削刃
18 切欠凹部
20 回転ロッド
21 係合片
25 中敷板
26 挿通孔
27 環状底板
28a 係合切欠部
28 当て受け面
29 間隙
30 オーガー駆動装置
32 油圧シリンダ
35 挟持体
37 挿入管
38 窓孔
39 油圧シリンダ
42 挟持板
45 リーダー
46 ワイヤー
47 ヤットコ杭
50 掘削攪拌ジグ（シャフト）
51 ビット
52 アースオーガ
53 ロッド
55 空掘孔（掘削孔）
ａ，ｂ 土砂
ｄ 根固め液

Claims (4)

1. 中空パイルの下端部に、外周にらせん翼を突設するとともに、先端部に掘削刃を設けた推進ヘッドを回動自在に嵌め合わせ、パイル中空部に挿入した回転ロッドを推進ヘッドに係合して、地盤に推進ヘッドをネジ込むように回転させながら中空パイルを非回転で貫入させ無排土で埋設を行うことを特徴とする、杭の埋設工法。
2. ビットとアースオーガとロッドを備えた掘削攪拌ジグによって、地盤を空掘り掘削して、該ジグを引き上げ、ついで、掘り出された土砂を掘削孔に埋め戻した後、その掘削孔に、中空パイルの下端部に、外周にらせん翼を突設するとともに、先端部に掘削刃を設けた推進ヘッドを回動自在に嵌め合わせ、パイルの中空部に挿入した回転ロッドを推進ヘッドに係合して、地盤に推進ヘッドをネジ込むように回転させながら中空パイルを非回転で支持層に貫入させることを特徴とする、杭の埋設工法。
3. 掘削攪拌ジグが、支持層に達したら根固め液を注入して上記ジグを引き上げることを特徴とする、請求項２記載の杭の埋設工法。
4. 中空パイルの下端部に回動自在に嵌合して設けられる推進ヘッドと、パイルの中空部に挿入して推進ヘッドを回転させる回転ロッドからなり、推進ヘッドが、中空パイルの下端部に回動自在に嵌合する、環状底板を有する円筒体の外周にほぼ一巻きにわたりらせん翼が突設されているとともに、上記円筒体の下端には掘削刃を突設した翼板が設けられ、この翼板に、回転ロッドと係脱自在かつ非回転に係合する切欠部が設けられていることを特徴とする、杭の埋設装置。

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