JP4572292B2 - 先端シューを有する既製杭及び既製杭の埋設方法 - Google Patents

Description

この発明は、建築土木等の分野で、基礎杭工事において使用する既製杭の先端シューの改良、及びこの既製杭を使用した既製杭の埋設方法で、特に、地盤に礫が含まれている場合に有効な既製杭及び埋設工法である。

コンクリート製の既製杭では、先端形状は様々な形状が提案され（非特許文献１）、打撃により打ち込む工法では、主にペンシル型が使用されている（非特許文献１）。また、貫通した掘削ロッドで既製杭の直下で掘削しながら、その既製杭を埋設する中掘工法では、既製杭の外周側にフリクションカッターと称する部材が取り付けられていた。より小さな径の杭穴内に既製杭を埋設するため、フリクションカッターで、杭穴壁と既製杭の外周面との摩擦を軽減しながら、既製杭を埋設していた（特許文献１、２）。
実開平７−３４０４３ 特開２０００−９６５６１ 杭基礎の設計法との解説、社団法人土質工学会、１９８５年１２月２０日、ｐ．６２１−６２５

（１）既製杭の先端シューとして、フリクションカッターを用いた場合、通常の地盤では杭穴壁と既製杭の外周面の摩擦が軽減できるが、「礫」層地盤の場合には、既製杭の直下に礫が留まって、杭が所定の深度まで沈接できない場合があった。このようなとき、既製杭が所定深さまで入らず、地上に突出するいわゆる高止まりが生じたり、あるいは一旦、掘削ロッドを地上に引き上げたり、掘削ロッドを特別に操作してその礫を除去して掘削を再開する場合もあった。

いずれにして、礫が存在する場合には、杭穴掘削時間が余分にかかり所要工期が大幅に遅れ、工期が安定しない問題となっていた。即ち、掘削する予定の地盤に礫が含まれていることが予想させる場合でも、「礫」層の状況に応じて既製杭の先端シューの構造を地層に適合させさせる工夫はなかった。

（２）また、中掘用の既製杭で、先端シューとして、筒形状のフリクションカッターを用いた場合にも「礫」層地盤などでは、既製杭の外周側、中空部側へのセメントミルクを充填する際に、特別の配慮が必要であった。即ち、「礫」層地盤では、既製杭の外周面で主に発揮される摩擦力や、既製杭の下端部で発揮される鉛直支持力が、安定的に発現できるような工夫が求められていた。

然るにこの発明は、出現が予想されれる礫の外径Ｄ_０より長い縦先端シュー及び横先端シューを取り付けて既製杭を構成したので、前記問題点を解決した。尚、横先端シューは既製杭の外径より若干大径に形成し、即ち横先端シューの先端を既製杭の外周よりも外方に突出させた。

即ちこの発明は、中空部を有する既製杭本体の下端板に、水平棒状の横先端シューと垂直棒状の縦先端シューとを固定してなる既製杭であって、以下の構成としたことを特徴とする先端シューを有する既製杭である。
(1) 前記横先端シューは、基端を前記下端板の中心側、先端を前記下端板の外周側に向けて、複数個を前記既製杭の軸に対して等間隔に配置した。前記横先端シューの先端は、下端板の外周よりも外方に突出させた。
(2) 前記縦先端シューは、複数個を前記既製杭の軸に対して等間隔に配置した。
(3) 地盤データに基づき、予め予想される礫の最大外径に対して、前記縦先端シューは、前記既製杭本体の下面から前記縦先端シューの下端までの長さを、予め設定した地盤に含まれ得る礫の最大外径より長く設定し、かつ前記礫の最大外径は前記中空部内に取り込めることができる大きさとした。

また、前記において、横先端シューは、その基端を通る既製杭の軸を中心とする半径に対して、傾斜して配置し、かつ先端を前記既製杭の最大外径より外方に突出したことを特徴とする先端シューを有する既製杭である。

また、他の発明は、以下のように埋設することを特徴とした既製杭の埋設方法である。
(1) 中空部を有し、かつ下端に、水平放射状の横先端シューと垂直方向の縦先端シューを固定してなる既製杭であって、前記縦先端シューの長さを、地盤データに基づき、予め予想される礫の最大外径より長く形成し、かつ前記礫の最大外径は前記中空部内に取り込めることができる大きさとした。
(2) 所定の杭穴を掘削した後、あるいは杭穴を掘削しながら、前記既製杭を杭穴内に沈設する。
(3) 礫が存在した場合、既製杭を回転しながら、前記縦先端シューを杭穴底に定着させる。

更に、杭穴底付近で、既製杭を回転して、横先端シューで礫を前記既製杭の中空部内に移動させることを特徴とした既製杭の埋設方法である。

前記において、水平棒状とは、略水平方向に長い部材で、中実、中空（パイプ状）のいずれでも可能であり、水平方向から多少ずれた場合も含む。垂直棒状も同様に略垂直方向に長い部材で、中実、中空（パイプ状）のいずれでも可能であり、垂直方向から多少ずれた場合も含む。尚、水平棒材、垂直棒材は、礫を含む土泥を撹拌して、礫を移動させるだけの強度を要し、強度及び調達の容易性から鋼材を使用する。

この発明は、水平棒状の横先端シューにより、杭穴底に留まった礫を既製杭の中空部側に押しやることができ、既製杭の端板の下方及び斜め外方から礫を除外することができる。従って、垂直荷重を受けた場合にせん断力が下方で斜め外方に向けて伝搬するが、この伝搬に影響を与えず、有効な支持力を確保できる。

また、縦下端シューの長さを礫より大きく設定したので、万一、下端板の下方に礫が位置している場合であっても、縦先端シューの下面が杭穴底、即ち支持地盤面に当接するので、既製杭に予期せぬ高止まりが生じるおそれがない。

また、縦先端シュー及び横先端シューは棒状であるので、各先端シューの間に、間隙が形成されるので、杭穴の底付近に注入されるセメントミルク等の固化剤が、もれなく充填され、高強度の根固め部を形成できる効果がある。従って、特に、根固め部を強化して、高先端支持力を発揮される構成の基礎杭の場合に有効である。また、横先端シューと縦先端シューにより、両先端シューが相互に作用して、礫を含む掘削土を撹拌して、更に既製杭の中空部に押し上げ、既製杭を確実に沈設できる。

この発明の既製杭２０は、既製杭本体１の下端板６の下面や側面に、水平棒状の横先端シュー１０、１０と垂直棒状の縦先端シュー１５、１５とを固定して構成する。ここで、横先端シュー１０は、基端１１を下端板６の中心側に向け、先端１２を下端板６の外周側に向けて配置すると共に複数個を既製杭２０の軸Ｏに対して等間隔に配置する。横先端シュー１０の先端１２は、下端板６の外周８よりも外方に突出させる（図１（ｂ））。また、横先端シュー１０は、その軸Ｓと基端１１を通る半径ＯＰとの成す角θを３０〜６０度程度に傾斜して配置する（図１（ｂ））。

また、縦先端シュー１５は、複数個を既製杭１の軸Ｏに対して等間隔に配置する。また、地盤データに基づき、予め予想される礫の最大外径を決定し、縦先端シュー１５の長さＨ_２（既製杭本体の下面から前記縦先端シューの下端までの長さ）を、その予め設定した地盤に含まれ得る礫の最大外径より大径に設定する（図１（ａ））。

図面に基づきこの発明の実施例を説明する。

［１］既製杭２０の構成

（１） 既製杭本体１は、軸部内径（中空部径）Ｄ_１１、軸部外径Ｄ_１２、少なくとも下端部に外径Ｄ_１３の環状突起５を有するコンクリート製の構成である。また、既製杭本体１は、下端に、内径Ｄ_１１、外径Ｄ_１２の鋼製の下端板６を取り付けてある。

（２） 既製杭本体１の下端板６の下面６ａで、四角柱（例えば、５０ｍｍの角材）を横設した形状（高さＨ_１）の横先端シュー１０、１０を、一端（基端）１１を下端板６の内周７に近接し、他端（先端）１２を下端板の外周８から外方に突出させて配置する。横先端シュー１０、１０は、既製杭本体１の軸Ｏに対して回転対称な位置に２つ配置し、即ち軸Ｏに対して等間隔に配置される。

また、各横先端シュー１０で、下端板６の一直径ＰＰ（半径ＯＰ）が、横先端シュー１０の一端１１を通過する位置に配置した場合、一端１１を通る横先端シュー１０の軸方向Ｓと直径ＰＰとが成す角θが、４５度程度となるように、配置される。従って、横先端シュー１０、１０は他の直径ＱＱと平行に配置され、横先端シュー１０の他端１２は、既製杭本体１の最大外径Ｄ_１３、即ち環状突起５の外周５ａより、長さＬ_１だけ外方に突出した位置に配置されている。

尚、通常杭穴２５（掘削径Ｄ_２）の側壁と、既製杭本体１の最大外径Ｄ_１３部分との間隔は、３０〜５０ｍｍ程度に形成してあるので、前記長さＬ_１は、杭穴２５の側壁に当たらないように、この範囲で調節する。

（３） また、下端板６の下面６ａに、下端板６の直径ＲＲ（半径ＯＲ）に沿って、高さＨ_２の四角柱状の２つの縦先端シュー１５、１５を下方に向けて突設する。一方の縦先端シュー１５は、下端板６の内周７に接する位置に配置し、他方の縦先端シュー１５は、下端板６の外周８に接する位置に配置する。また、直径ＲＲは、両横先端シュー１０、１０と平行な直径ＱＱに対して、直交するように配置される。このように配置することにより既製杭の下側での掘削土及び礫の撹拌・移動が全面で円滑に行われる。

また、地盤調査（地質調査）等により、掘削位置で出現が予定される礫３０の最大外径Ｄ_０に対して、
Ｈ_２＝２×Ｄ_０
となるように、Ｈ_２を設定する。例えば、礫の最大外径Ｄ_０＝１０ｃｍ であるときは、高さＨ_２＝２０ｃｍ に設定する。

（４） 以上のようにして、既製杭２０を構成する（図１（ａ）（ｂ））。

［２］既製杭２０の埋設方法

（１） 地盤調査等で、予め出現が予想される礫３０の外径Ｄ_０とした場合、
Ｈ_２＝２×Ｄ_０
となるように設定した縦下端シュー１５、１５を取付けて、既製杭２０を構成する。

（２） 既製杭２０は、予め形成した杭穴２５（穴径Ｄ_２）内に、あるいは、中掘工法で既製杭２０を埋設しながらその直下で形成した杭穴２５（穴径Ｄ_２）内に、埋設する。

（３） 少なくとも杭穴底２６付近で、既製杭２０を回転する。傾斜して配置した横先端シューにより、杭穴底（支持地盤面）に残っている礫は、中心Ｏ側に移動させることができる。即ち、横先端シュー１０は回転方向２８に対して、他端１２が先行し一端１１が遅れるように傾斜しているので、礫３０は横先端シュー１０に当たり、一端１１側に移動することになる。

従って、既製杭２０の下方に位置する礫３０、３０は、杭穴底２６を転がりながら既製杭２０の中心Ｏ側（中空部３側）に移動する。従って、既製杭２０の下面から斜め外方に向けてせん断力が伝搬するような支持力の発現に支障が無い。

（４） また、予め、縦先端シュー１５の高さＨ_２を想定して、杭穴２５の掘削深さ（杭穴２５の穴底２６の位置）を定めているので、既製杭２０の長さを選択すれば、縦先端シュー１５の下面１６が杭穴底２６に位置するので、礫３０は、高さＨ_２の間（既製杭２０の下端板６の下面６ａと縦先端シュー１５の下面１６との間）に位置するので、既製杭２０に予期せぬ高止まりが生じるおそれが無い。

（５） 以上のようにして、既製杭２０の埋設が完了し、既製杭２０の埋設前、埋設中又は埋設後に杭穴２５内に注入したセメントミルク等の固化剤が固化したならば基礎杭の構築が完了する。

［３］既製杭２０の他の実施例

（１） 前記実施例において、角度θは４５度程度に設定したが、３０〜６０度となるように設定することが望ましい。この角度以下では既製杭を回転して沈設する際に掘削土や礫の回転抵抗が大きくなり、またこの角度以上では、礫等を中空部側に移動させて取り込む機能が円滑にできなくなる。

（２） また、前記実施例において、横先端シューは、回転対称に２個設置したが、等間隔に設置されていれば、３個以上でも可能である（図２）。この場合も、各横先端シューは、一端を通り、等間隔（角度１２０度）で配置した半径ＯＰ、ＯＰに対して、角度θで配置されている。また、縦先端シューも、軸Ｏに対して等間隔に配置され、即ち等間隔（角度１２０度）で配置した半径ＯＲ、ＯＲに沿って配置される。

（３） また、前記実施例において、横先端シューの突出長さＬ_１は長い方が望ましいが、埋設時に杭穴壁を乱さないように、杭穴径Ｄ_２に対して、
Ｄ_２＞Ｄ_１３＋２×Ｌ_１
となるように設定する。

（４） また、横先端シュー１０の長さは、一端１１が下端板の内周７付近に位置し、他端１２が外周８から突出し、Ｌ_１を有する長さに設定することが望ましいが、一端１１の位置は、下端板の中間（内周７、外周８の中間）付近に位置させることもできる（図示していない）。一端１１が下端板の内周７付近に位置させれば、確実に礫２０を中空部３に案内させることができる。

また、中掘工法以外の場合には、横先端シュー１０の一端１１を中空部３側（下端板６の内周７）より内側に突出させることもできる（図示していない）。

（５） また、前記実施例において、縦先端シュー１５の長さＨ_２は、礫３０の最大径Ｄ_０に対して、「Ｈ_２≧２×Ｄ_０」とすることが望ましいが、少なくとも、
Ｈ_２＞Ｄ_０
とすることが必要である。

（６） また、前記実施例において、縦先端シュー１５は、一方を下端板６の内周７に接するように配置し、他方を外周８に接するように配置したので、既製杭２０の下端板６の下方に位置する掘削土や礫に関して全面に亘り効率良く撹拌して、礫を中心側に移動させることができるので、好ましい。しかし、内周７又は外周８から、多少離れた位置に配置することも可能であり、更に内周７側又は外周８側のいずれか一方に配置することも可能である（図示していない）。

（７） また、前記実施例において、横先端シュー１０は四角柱状、即ち断面を正方形状としたが、断面は円形、半円形、三角形など任意である（図示していない）。同様に。縦先端先端シューの田面形状も円形、半円形、三角形など任意である（図示していない）。

（８） また、前記実施例において、既製杭本体は、環状突起を形成したが、通常の円筒杭とすることもできる（図示していない）。また、既製杭本体の下面に縦下端シュー、横下端シューを取付けできれば、既製杭本体は、鋼管杭、あるいは鋼管を被覆したコンクリート杭等構造は任意である（図示していない）。

この発明の実施例の既製杭で、（ａ）は下端部のみを表した正面図で、（ｂ）は底面図である。 同じく他の実施例の底面図である。

符号の説明

１ 既製杭本体
２ 既製杭本体の外周部
３ 既製杭本体の中空部
５ 既製杭本体の環状突起
６ 既製杭本体の下端板
７ 下端板の外周
８ 下端板の内周
１０ 横先端シュー
１１ 横先端シューの一端（基端）
１２ 横先端シューの他端（先端）
１４ 縦先端シュー
１５ 縦先端シューの下面
２０ 既製杭
２５ 杭穴
２６ 杭穴の穴底
３０ 礫

Claims (4)

1. 中空部を有する既製杭本体の下端板に、水平棒状の横先端シューと垂直棒状の縦先端シューとを固定してなる既製杭であって、以下の構成としたことを特徴とする先端シューを有する既製杭。
   (1) 前記横先端シューは、基端を前記下端板の中心側、先端を前記下端板の外周側に向けて、複数個を前記既製杭の軸に対して等間隔に配置した。前記横先端シューの先端は、下端板の外周よりも外方に突出させた。
   (2) 前記縦先端シューは、複数個を前記既製杭の軸に対して等間隔に配置した。
   (3) 地盤データに基づき、予め予想される礫の最大外径に対して、前記縦先端シューは、前記既製杭本体の下面から前記縦先端シューの下端までの長さを、予め設定した地盤に含まれ得る礫の最大外径より長く設定し、かつ前記礫の最大外径は前記中空部内に取り込めることができる大きさとした。
2. 横先端シューは、その基端を通る既製杭の軸を中心とする半径に対して、傾斜して配置し、かつ先端を前記既製杭の最大外径より外方に突出したことを特徴とする請求項１記載の先端シューを有する既製杭。
3. 以下のように埋設することを特徴とした既製杭の埋設方法。
   (1) 中空部を有し、かつ下端に、水平放射状の横先端シューと垂直方向の縦先端シューを固定してなる既製杭であって、前記縦先端シューの長さを、地盤データに基づき、予め予想される礫の最大外径より長く形成し、かつ前記礫の最大外径は前記中空部内に取り込めることができる大きさとした。
   (2) 所定の杭穴を掘削した後、あるいは杭穴を掘削しながら、前記既製杭を杭穴内に沈設する。
   (3) 礫が存在した場合、既製杭を回転しながら、前記縦先端シューを杭穴底に定着させる。
4. 杭穴底付近で、既製杭を回転して、横先端シューで礫を前記既製杭の中空部内に移動させることを特徴とした請求項３記載の既製杭の埋設方法。

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