JP4599508B2 - 中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法及び基礎杭構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法における突起付きの既製杭の埋設方法及び基礎杭構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、突起付きの既製杭（例えば節杭等）の施工に関しては、所定の杭穴を掘削完了し、セメントミルク等を充填した後に、その杭を埋設する、いわゆるプレボーリング工法が採用されている。
【０００３】
一方、中掘工法においては、円筒状の既製杭（ストレート杭）を用いたものしか施工されておらず、既製杭の外周面に突起を有する杭の施工は行われていなかった。更に、中掘拡大根固め工法においても、同様に外周面に突起を有する既製杭を使用することはなく、ストレート杭しか実施されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術が採用していた背景として、節杭を埋設する工法は、比較的軟弱な地盤での周面摩擦力による支持力を目的とした工法であり、中掘工法は、既製杭の下端を支持地盤に到達させて支持させることを目的とし、周面摩擦力は先端支持力に比較して小さく、一般に両工法は全く別の工法として取り扱われていた。
【０００５】
また、中掘工法によって既製杭を沈設するには、既製杭の中空部内に掘削手段の取付けられたスパイラルロッドを挿通させ、掘削と同時に既製杭を順次埋設していた。従って、中掘工法に突起付き既製杭を使用した場合、ほぼ突起部外径の寸法で杭穴を掘削していかなければならない。従って、既製杭の突起部外径の寸法で杭穴の掘削を行うと、突起付き既製杭の突起部は所定間隔ごとに配置されているため、突起と突起との間のストレート部分で外径が小さくなるので、杭穴壁と突起付き既製杭との間に大きな間隙が生じることになる。そのため、突起部分の外周壁と杭穴壁との間でしか周面摩擦力が生じないので、既製杭の周面支持力が低下し、地震時等に過大に発生する曲げモーメントに耐えることができず、また総体的な基礎杭構造としての支持力の低下を招くことになる問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、下端部に突起を有する既製杭を使用し、突起の外径より大径の杭穴を掘削し、突起が前記根固め部内に位置するように、既製杭を埋設して基礎杭構造を構築するので、前記問題点を解決した。
【０００７】
即ち、この発明は、中空の既製杭の中空部を挿通した掘削ロッドで、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中堀工法において、前記既製杭を少なくとも下端部に突起を有し、かつ該突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造とし、前記突起の外径より大径の杭穴を中間深さまで掘削しつつ前記既製杭を埋設し、前記既製杭を中間位置に保持して、所定杭穴を掘削した後に、または杭穴を掘削しながら、前記杭穴の下端部に、セメントミルク等を注入して所定高さの根固め部を形成し、前記既製杭を下降して、前記突起のうち少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、前記既製杭を埋設することを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【０００８】
また、前記において、既製杭を杭穴の中間位置に保持して、前記杭穴の下端部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成した後、前記杭穴の根固め部の上方にセメントミルク等を注入して、杭周固定液部を形成し、その後、既製杭を下降して、根固め部の上方の既製杭の中空部及び既製杭と杭穴壁との間の間隙に、前記杭周固定液部に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めることを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【０００９】
また、前記において、杭穴の下端部の径を軸部より大きく形成し拡底部として、該拡底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成することを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１０】
また、前記において、既製杭を所定位置に埋設した状態で、杭周固定液が杭穴の根固め部の上縁から既製杭の杭頭付近まで充填される体積量の杭周固定液部を形成する中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１１】
また、前記において、杭穴内へのセメントミルク等の注入は、掘削ロッドの下端部に設けた吐出口から、あるいは地上から掘削ロッドとは別体の注入管を既製杭と杭穴壁との間の間隙に挿入して行う中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１２】
また、この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を少なくとも下端部に複数の突起を有する下杭と、突起付き又は円筒状の上杭とを連結して形成し、前記杭穴を前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削すると共に、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成し、前記既製杭を、前記下杭の少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１３】
また、この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を上杭と下杭とから構成し、該下杭を、下部軸部に複数の突起を形成し、最上に位置する突起に連続して前記下部軸部より大径の上部軸部を形成して構成し、前記上杭を円筒状に形成して構成し、前記杭穴を、前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削し、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成して構成し、前記既製杭を、前記下杭の突起の内少なくとも２つが前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１４】
また、前記において、杭穴軸部の内壁を均すと共に、前記杭穴の軸部内壁と既製杭との間の間隙内、及び前記既製杭の中空部内に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１５】
前記各発明における突起付きの既製杭とは、いわゆる節杭の他、突起の形状は環状リブ、螺旋状リブ、縦横又は斜め方向のリブ状、部分的な凸状など、表面に突起物が形成されれば可能である。
【００１６】
また、前記におけるセメントミルク等とは、セメントミルクに限らず類似の水硬性材料のいずれも含む意味である。また、セメントミルク等の注入とは、セメントミルクを注入するのみ場合の他、セメントミルク等を注入して掘削泥土と撹拌混合してソイルセメントとする場合、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換する場合、及びこれらの組合せの場合をも指す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
１．既製杭の構成
この実施例に使用する既製杭１は、節部（環状リブ）を下端部に形成した下杭２と、下杭２の上方に連結される１つ又は複数の上杭８とから構成される（図２（ａ））。
【００１８】
下杭２は、所定外径Ｄ１の下部軸部３の外周に２つの環状リブ（外径Ｄ３）４、４が形成され、上側の環状リブ４に連続して、外径Ｄ２の上部軸部５が連設された構造である。「環状リブ外径Ｄ３」＞「上部軸部の外径Ｄ２」＞「下部軸部の外径Ｄ１」となっている（図２（ａ））。
【００１９】
上杭８は、前記下杭２の上部軸部５の外径と同じ外径Ｄ２で形成され、下杭２と連結可能となっている（図２（ａ））。
【００２０】
２.掘削ロッドの構成
【００２１】
掘削ロッドは、スパイラルロッド１１の下端部に掘削ヘッド１３を連結した構成である（図１（ａ）、図６（ａ））。
【００２２】
掘削ヘッド１３は、スパイラルロッド１１の下端と連結できる連結部１５を有するヘッド本体１４と該ヘッド本体１４に揺動可能に２本の掘削アーム２０、２０を取付けて構成する。掘削アーム２０は、先端に掘削刃２１を有し、３段階に掘削径が可変できる構造となっている。即ち、第１段階として、杭中空部内に挿通時のニュートラル状態（図６（ａ））、第２段階として、スパイラルロッド１１を正回転して杭穴軸部３１を掘削する通常掘削状態（図６（ｂ））、第３段階として、スパイラルロッド１１を逆回転して杭穴拡底部３２を掘削する拡底掘削状態（図６（ｃ））、と可変できるように形成されている。前記における「ニュートラル状態」とは、掘削アーム２０、２０が下方に垂れた状態をいう。
【００２３】
また、掘削アーム２０には、第２段階で、杭穴軸部３１を掘削しながら、掘削した杭穴壁を均すことができるように、練付棒２３が連結されている。
【００２４】
また、前記ヘッド本体１４には、セメントミルクなどの吐出口１８、１９が形成され、該吐出口１８、１９はスパイラルロッド１１内の送水パイプ（図示していない）に連通している。またヘッド本体１４の下端には固定掘削刃２８、２８が下方に向けて突設されている。
【００２５】
３．既製杭の埋設方法
【００２６】
（１） スパイラルロッド１１の先端に掘削ヘッド１３を取付け、スパイラルロッド１１を下杭（突起付き杭）２の中空部６に挿通する。次に、クレーン等でスパイラルロッド１１が挿通された下杭２を杭埋設地点まで運び、杭打機に取付ける。取りつけ作業は、杭打ち機に取り付けられているアースオーガーにスパイラルロッド１１を接続し、排土ホッパー下部の杭支持装置に突起付き杭の上部杭端板に取付けられた杭頭治具を把持させる（図示していない）。
【００２７】
（２） 次に、スパイラルロッド１１を正回転（時計回り）させ、掘削ヘッド１３の吐出口（先端）１９から空気を吐出しつつ、掘削土に空気を混ぜた状態で、掘削土をスパイラルロッド１１を介して排土ホッパー内へ揚土しつつ、杭穴軸部３１を掘削する。
【００２８】
このとき、掘削径は下杭２の突起部径Ｄ３と同等又は若干大きめの径Ｄ１１で掘削する。こうして、掘削を進めながら下杭２（突起付き杭）を挿入する（図１（ａ））。
【００２９】
（３） 下杭２を所定深さ（上端部が地上に突出した状態）まで下降した段階で、下杭２を保持し、下杭２の上端に、下杭２と同様にスパイラルロッド１１が挿通された上杭８を連結する。
【００３０】
（４） 次に、所定深度掘削後、下杭２（突起付き杭）をその高さで保持した状態で、掘削ヘッド１３から吐出している圧縮空気を水に切替え、掘削ヘッド１３の掘削アーム２０に取付けられた練付棒２３、２３によって掘削土を杭穴壁に練り付けながら杭穴壁を均しながらスパイラルロッド１１（掘削ヘッド１３）の昇降を繰り返し、さらに杭穴軸部３１を掘削する（図１（ｂ））。前記における所定深度とは、杭穴拡底部３２上端から杭周固定液を注入する区間の最上位置である。
【００３１】
（５） 次に、支持層付近まで杭穴軸部を形成した後（図１鎖線図示３１ａ）、スパイラルロッド１１を逆回転（反時計回り）させて、掘削ヘッド１３を拡底掘削状態にし、杭穴軸部３１の下端部（３１ａ）を拡大すると共に掘削した軸部３１ａの下方を杭穴底３３まで拡大して、杭穴拡底部３２を形成する（図１（ｂ）鎖線図示３２、３３）。尚、このとき、支持層の所定位置（形成予定の杭穴の穴底３３付近）まで杭穴軸部３１の径で掘削を行い、その後スパイラルロッド１１を逆回転させて、杭穴軸部３１の下端部を拡大して、杭穴拡底部３２を形成することもできる（図示していない）。
【００３２】
（６） 所定の杭穴拡底部（長さ・外径）３２の掘削を完了後、掘削ヘッド１３の吐出口１９より杭穴拡底部３２内に所定固化強度の根固め液（セメントミルク）を注入し、杭穴拡底部３２内に残存する礫等と撹拌混合し、杭穴拡底部３２内にソイルセメント層（根固め部）を形成する（図１（ｃ））。このとき、ソイルセメント層の形成方法としては、品質のバラツキが少ない良質のソイルセメント層を形成するために、以下のようにすることが望ましい。
【００３３】
即ち、杭穴掘削完了後、掘削ヘッド１３を杭穴拡底部３２の最下部（穴底３３付近）に保持した状態で掘削ヘッド１３で撹拌しながら、掘削ヘッド１３下端の吐出口１９から全セメントミルク量の約３分の１のセメントミルクを吐出する。続いて、掘削ヘッド１３で撹拌しながら、スパイラルロッド１１を杭穴拡底部３２上端３２ａ付近まで上昇させながら全セメントミルク量の３分の１を吐出する。次に、掘削ヘッド１３を杭穴拡底部３２内で複数回昇降させながら、残りのセメントミルクの３分の１を吐出して、撹拌及び混合を行いスパイラルロッド１１を引上げて杭穴拡底部３２内にソイルセメント層を形成する（第１の方法）。
【００３４】
また、他の望ましいセメントミルクの注入方法（第２の方法）は、先ず、掘削ヘッド１３の吐出口１９を杭穴拡底部３２の最下位置（穴底３３付近）のほぼ中央に設置し、撹拌しつつ吐出口１９からセメントミルクを吐出しながら、杭穴拡底部３２内を上下２往復させて、杭穴拡底部３２上端３２ａで注入を完了させる。
【００３５】
また、他の望ましいセメントミルクの注入方法（第３の方法）として、杭穴拡底部３２の最下位置（穴底３３付近）で掘削ヘッド１３の吐出口１９からセメントミルクを注入して、杭穴拡底部３２内の掘削泥土を押し上げて、注入したセメントミルクと置換してセメントミルク層を形成することもできる。
【００３６】
（７） 杭穴拡底部３２内にソイルセメント層（又はセメントミルク層）を形成後、スパイラルロッド１１を正回転させて掘削ヘッド１３を通常掘削状態に戻し、杭穴軸部３１の杭周固定液注入区間に、掘削ヘッド１３の吐出口１９から所定固化強度の杭周固定液（セメントミルク）を吐出注入し、掘削泥土と撹拌・混合し、杭周固定液層（ソイルセメント）を形成する。
【００３７】
このとき充填する杭周固定液は、既製杭１（上杭８、下杭２）を杭穴３０内に沈設完了した際に、杭穴充填物（ソイルセメントなど）が既製杭１により押し上げられた状態で、杭周固定液が沈設後の杭頭付近まで満たされる量を注入する。
【００３８】
ここで、杭穴軸部３１に位置する部分（下杭２上部軸部５及び上杭８）は突起部外径Ｄ３よりも小さい外径Ｄ２の円筒杭であるため、杭穴壁と既製杭１との間の間隙３９内を杭周固定液が上昇し易い。
【００３９】
また、杭穴軸部３１に位置する既製杭１と杭穴壁との間の間隙を利用して杭周固定液が上昇し易いように、下杭軸部径及び上杭外径を適宜選択して、この間隙を調整することができる。
【００４０】
また、杭穴軸部３１において、杭周固定液が上昇し易い形状・寸法、あるいは既製杭１埋設後にトレミー管４１等を使用する場合（図５（ａ））には、杭穴軸部３１に位置する既製杭１の形状・寸法は問わない。
【００４１】
（８） その後、掘削ヘッド１３をニュートラル状態にして、スパイラルロッド１１に回転を与えず、所定深度に保持していた既製杭１の中空部６、９内に、スパイラルロッド１１、掘削ヘッド１３を収納する。既製杭１を加圧し、杭穴拡底部３２内に下杭２の環状リブ（突起）４、４が２つ納まる深さまで、沈設する（図１（ｅ））。尚、ここで、環状リブ（突起）４の２つを杭穴拡底部３２内に収容したので望ましいが、少なくとも１つの環状リブ（突起）４が杭穴拡底部３２内に位置すれば可能である。
【００４２】
また、既製杭１の沈設により、ソイルセメント層及び杭周固定液層から押し上げられたソイルセメントが既製杭１の上杭８の中空部６上端から溢れ、既製杭１外壁と杭穴壁との間隙３９の上端からもセメントミルクが溢れる。これにより、既製杭１の外壁と杭穴壁の外壁との間の間隙３９にセメントミルクが充填されることが確認できる。
【００４３】
（９） 既製杭１の埋設が完了した後に、スパイラルロッド１１（掘削ヘッド１３）を引き上げ、施工完了とする。セメントミルクが固化した後、この発明の基礎杭構造３６が完了する（図２（ｂ））。
【００４４】
【実施例１】
図面に基づきこの発明の実施例を以下に示す。
【００４５】
（１） 施工に関して、以下の仕様で実施する。
【００４６】
掘削長 ：２１．５ｍ
拡底部長さ ： ２．５ｍ
拡底部径 ： １．１ｍ
杭頭位置 ：現状地盤から−１ｍ
杭先端位置 ：２１ｍ
杭長 ：２０ｍ（下杭１０ｍ＋上杭１０ｍ）
【００４７】
（２） 既製杭１は、突起付きの下杭２とストレート状の上杭８とからなる（図２（ａ））。下杭２は、中空部６を有し、小径の下部軸部３と大径の上部軸部５とからなり環状リブ（突起）４、４を形成してある。下部軸部３の下端３ａから上方に距離Ｌ１（５００ｍｍ）、Ｌ２（１５００ｍｍ）の位置に環状リブ（突起）４、４が２つ設けられており、上部軸部５は下部軸部３の最上の環状リブ４の上面から連続して形成されている。
【００４８】
下杭２の寸法は、
下部軸部３の径Ｄ１（６００ｍｍ）
上部軸部５の径Ｄ２（７００ｍｍ）
環状リブ４の径Ｄ３（７５０ｍｍ）
杭内径Ｄ０１（４２０ｍｍ）
で形成されている（図２（ａ））。
【００４９】
上杭８は、上部軸部５の外径Ｄ２と同径の中空部９を有する円筒杭（杭外径Ｄ２＝７００ｍｍ、杭内径Ｄ０２＝５００ｍｍ）から構成される（図２（ａ））。上杭８の内径（Ｄ０２）と下杭２の内径（Ｄ０１）とは、上記のように一致させていないが、一致させることもできる（図示していない）。
【００５０】
（２） また、掘削ロッドは、螺旋翼（外径３８０ｍｍ）１２の取付けられたスパイラルロッド１１を使用する。このスパイラルロッド１１の先端には３段階可変型の掘削ヘッド１３が取付けられている。掘削ヘッド１３は、上端部にスパイラルロッド１１との連結部１５を有するヘッド本体１４と、揺動自在の掘削アーム２０、２０とからなる（図６）。
【００５１】
前記ヘッド本体１４の下端には固定掘削刃２８、２８が取り付けてある。前記ヘッド本体１４は、下端部を幅広とし、水平膨出部１６、１６が形成されている。また、側面視では、上端部が最も幅広で、中間部から下端部に掛けて徐々に幅を狭く形成し、最下端が最も狭くなるように形成されている。
【００５２】
また、前記ヘッド本体１４の上端部に、掘削土を上方に排土できるように傾斜した排土翼１７、１７を突設する。また、ヘッド本体１４内に、スパイラルロッド１１の中空部に連通する中空部が形成され、前記ヘッド本体１４の中間部（水平膨出部１６の上方）及び下端面に、吐出口１８、１９を夫々設ける。前記吐出口１８、１９は、ヘッド本体１４内に設けたヘッド弁（図示していない）を地上から操作することにより、夫々独立に吐出口１８、１９の開閉と開口量とを調節できるようになっている。
【００５３】
前記ヘッド本体１４に揺動軸２２、２２を設け、先端部に掘削刃２１、２１を有する掘削アーム２０、２０の基端部を夫々軸止する。また、掘削アーム２０は、中間部及び先端部がヘッド本体１４側に凸となるように屈曲形成されている。前記掘削アーム２０の一側面に「く」字状に屈曲した棒状の練付棒２３を取付ける。
【００５４】
また、前記ヘッド本体１４に、スパイラルロッド１１の正回転により揺動する掘削アーム２０の揺動角度を規制するストッパー２４、２４（図６（ａ）（ｂ））を、また、スパイラルロッド１１の逆回転により揺動する掘削アーム２０、２０の揺動角度を規制するストッパー２５、２５を（図６（ａ）（ｃ））、夫々設ける。また、スパイラルロッド１１の逆回転（拡大掘削状態）により揺動する掘削アーム２０の揺動角度を保持するため、互いに係合する係合部２６、２７を、ヘッド本体１４及び掘削アーム２０に夫々設ける（図６（ａ）（ｃ））。
【００５５】
（３） 先ず、先端に掘削ヘッド１３が取り付けたスパイラルロッド１１を、下杭２の中空部６内に挿通させ、杭打機にセットし、杭芯位置にてスパイラルロッド１１を正回転させて杭穴２９の杭穴軸部３０（掘削径Ｄ１１＝７８０ｍｍ）を掘削しながら下杭２を埋設する（図１（ａ）、図６（ｂ））。
【００５６】
掘削の際、掘削土は、掘削ヘッド１３の排土翼１７、１７からスパイラルロッド１１の螺旋翼１２に上げられ、螺旋翼１２を介して地上に移送される。この際、掘削ヘッド１３の先端の吐出口１９から圧縮空気を吐出すれば、掘削刃２１、２８の周辺に空気が吹き付けられ、掘削が補助される。同時に掘削ヘッド１３の掘削アーム２０、２０に取付けられた練付棒２３によって掘削土を杭穴軸部３１壁に押し付け、杭穴壁が大まかに均される。
【００５７】
また、この際、掘削刃２１、２８の周辺に圧縮空気が吹き付けられるので、掘削効率が良いと共に、空気を混入した掘削土をスパイラルロッド１１で揚土するので、スパイラルロッド１１の螺旋翼１２の表面に、掘削土が付着して揚土不能に陥ることを防止できる。
【００５８】
こうして、掘削を進めながら下杭２を挿入する。このスパイラルロッド１１による揚土作用と、練付棒２３による押圧作用を併用することによって、下杭２の中空部６よりも格段に大きい径の杭穴３０を掘削することができる。
【００５９】
また、この際、必要に応じて、適時掘削ヘッド１３の吐出口１９から吐出する圧縮空気に代えて水を吐出することによって、掘削土を効率的に杭穴壁への練り付けることができる。従って、吐出口１８、１９からの吐出物を圧縮空気又は水とを適宜切り替えながら掘削をすることにより、掘削土の揚土と杭穴壁の練付けとを効率良く進めることができる。
【００６０】
（４） 下杭２の埋設を進め、現状地盤３４より深さ約１ｍ上方に下杭２の上部を残した状態で、継ぎ足用のスパイラルロッド１１を挿通した上杭８を、下杭２上端に接続し、上杭２内のスパイラルロッド１１を、掘削に使用中のスパイラルロッド１１に介装して継ぎ足す。
【００６１】
（５） 続いて、同様に、杭穴軸部３１の掘削及び既製杭１（下杭２と上杭８との接続した状態）の沈設を続行し、下杭２の下端３ａが杭周固定液注入区間の上部（この場合、現状地盤３４から深さ約１２ｍ）に至ったところで、既製杭１をその位置で保持した状態で、掘削ヘッド１３の吐出口１８、１９から吐出している圧縮空気を水に切り替え、スパイラルロッド１１を正回転して、練付棒２３で掘削土を杭穴壁へ練り付けながら、杭穴軸部３１の掘削のみ先行させる。
【００６２】
（６） 現状地盤３４から深さ１９ｍの位置まで杭周固定液注入区間を形成した後（図２（ｂ））、スパイラルロッド１１を逆回転させて掘削ヘッド１３を拡底掘削状態にし（図６（ｃ））、杭穴拡底部３２を形成する。
【００６３】
杭穴拡底部３２を形成した後、該杭穴拡底部３２内に根固め液（固化強度約２０Ｎ／ｍｍ２のセメントミルク）を約２．４ｍ３注入し、杭穴拡底部３２内に残存する礫等と撹拌・混合し、ソイルセメント化（固化強度約２０Ｎ／ｍｍ２以上）して、拡底根固め部を形成する。
【００６４】
（７） 続いて、スパイラルロッド１１を正回転に戻し、掘削ヘッド１３を通常掘削状態とし、杭周固定液注入区間内（杭穴拡底部３２の上方）に杭周固定液（固化強度約２０／ｍｍ２のセメントミルク）を１．５ｍ３注入し、掘削土と撹拌・混合し、固化強度約２Ｎ／ｍｍ２のソイルセメントを生成する。
【００６５】
（８） スパイラルロッド１１を引き上げ、既製杭１の中空部６（中空部９）内に掘削ヘッド１３を収納した後、既製杭１を加圧し、下杭２の下部軸部３の最上の環状リブ４が杭穴拡底部３２内に位置するように埋設する（図１（ｅ））。このとき、下部軸部３の最上の環状リブ４から拡底部上面までＬ１１（＝５００ｍｍ）の間隔を設け、また下部軸部３の下端３ａから拡底部３２の底面３３までＬ１２（＝５００ｍｍ）の間隔を設ける（図２（ｂ））。
【００６６】
（９） 既製杭１からスパイラルロッド１１（含む掘削ヘッド１３）を地上まで引き上げ、根固め液及び杭周固定液が固化した後、この発明の基礎杭構造３６を構成する（図２（ｂ））。
【００６７】
基礎杭構造３６は、従来の円筒杭のみ使用していた中掘工法で構築した基礎杭構造と比較して、杭径を同等とした場合、約２倍の鉛直荷重及び引抜き力に耐えることができる。
【００６８】
また、杭穴軸部３１において、既製杭１の外面と杭穴内壁との間にソイルセメントが充填されているため、従来の前記中掘工法と同等以上の曲げモーメントに耐えることができる。
【００６９】
（１０）他の実施例
【００７０】
前記実施例において、杭周固定液は、掘削ヘッド１３の吐出口１８、１９から杭穴３０内に吐出したが、吐出口１８、１９からの吐出に代えて、あるいは吐出口１８、１９からの吐出に加えて、既製杭１を所定位置（環状リブ４、４を杭穴拡底部３２内に位置させた状態）まで下降させた後、杭穴３０の穴壁と既製杭１との間隙３９にトレミー管４１を挿入して、間隙３９内に杭周固定液を充填することもできる（図５（ａ））。
【００７１】
また、前記実施例において、杭穴拡底部３２内にのみ環状リブ４、４が配置されるように、下杭２の下端部に環状リブ４、４を形成した既製杭１を構成したが、下杭２の上部及び上杭８に環状リブ４３、４３を全長に亘り形成して既製杭１とし、杭穴軸部３１にも、環状リブ４３、４３が位置するように、既製杭１を埋設して基礎杭構造３６を構成することもできる（図４（ｃ））。この場合、杭穴軸部３１においても環状リブ４３、４３による摩擦力が働き、さらに基礎杭構造３６全体として支持力を向上させることができる。尚、この実施例では、杭穴内に充填された杭周固定液が上昇し易いように、環状リブ４３の外径を環状リブ４よりも小径とすることが望ましい。
【００７２】
また、環状リブ４は、縦方向に溝（切欠部）３９を設けて、杭周固定液が上昇し易いようにしてもよい（図３）。この場合、溝３９に代えて、環状リブ４に縦方向の貫通孔を形成することもできる（図示していない）。
【００７３】
また、前記実施例において、突起として、環状リブ４を形成したが、既製杭１の軸部外周に突起物が形成されれば、突起物の構造は任意である。また、突起物は、１つの既製杭（上杭８又は下杭２）で、異なる構造の突起物を、複数箇所に形成することもできる（いずれも図示していない）。
【００７４】
また、前記実施例において、下杭２は上部軸部５の外径を、環状リブ４を形成した下部軸部３の外径より大きく形成したが、同一の外径とすることもできる（図４（ａ））。この場合、上杭８の外径も同一となる。
【００７５】
また、上杭８の下端部を下杭の軸部外径Ｄ１と同一とし、上杭８の中間部及び上部の外径Ｄ４と大径に形成することもできる（図４（ｂ））。この場合、Ｄ１＜Ｄ４＜Ｄ３ とすることが望ましい。
【００７６】
また、前記実施例において、既製杭１は上杭８と下杭２とを接合した構造としたが、構築予定の基礎杭構造３６の深さ等に応じて、単一の杭から構成することもできる（図示していない）。
【００７７】
また、前記実施例において、既製杭１は上下のみ開放した構造としたが、杭穴軸部３１に位置する既製杭１（上杭８、下杭２）の杭壁に中空部６、９と挿通する貫通孔３８、３８を設けることもできる（図５（ｂ））。この場合、既製杭１の中空部６、９から上昇してきた杭周固定液が、既製杭１の外壁と杭穴壁との間隙３９に、より確実に充填される。とりわけ、杭穴軸部３１に対応させて、既製杭１に多数環状リブを形成した場合（図４（ｃ））に特に有効である。また、この場合、貫通孔３８、３８を介して、中空部６、９の杭周固定液と、間隙３９の杭周固定液とを一体化できる。
【００７８】
また、前記実施例において、杭穴３０の下端部に杭穴拡底部３２を形成したが、根固め液を注入して根固め液部が形成できれば、杭穴３０の下端部を杭穴軸部３１と同じ径Ｄ１１で掘削することもできる（図示していない）。
【００７９】
【発明の効果】
この発明は、突起付き既製杭の突起の外径より大径の杭穴を掘削するので、中掘工法により、突起付きの既製杭を埋設でき、杭穴の根固め部内に既製杭の突起が位置するので、突起付き既製杭の先端面からだけでなく、杭穴根固め部内に位置する突起による支圧力が付加され、根固め部内での支持力を増強することができ、また引抜き力については突起の上面から斜め上方に支圧力が働くため、従来工法に比べ、格段に引抜き力を向上できる。
【００８０】
また、杭穴の根固め部の上方に杭周固定液部を形成し、既製杭を下降して、根固め部の上方の既製杭の中空部及び既製杭と杭穴壁との間の間隙に、杭周固定液を充填するので、少なくとも杭頭部付近まで杭周固定液が満たされているため、突起部間の間隙、杭外周面と杭穴内壁の間隙を埋めることができ、さらに杭周面からの周面摩擦力が得られる効果がある。
【００８１】
杭穴内へのセメントミルクの充填を、掘削ロッドの下端部に設けた吐出口から行えば掘削の一連の作業の中で施工できるので、施工効率が良いが、掘削ロッドによるものに換え、あるいは掘削ロッドの充填に加えて、別体の注入管を既製杭と杭穴壁との間の間隙に挿入して行えば、確実に充填できる効果がある。
【００８２】
従って、基礎杭構造全体として、従来の中掘工法に比べて高鉛直荷重及び高曲げモーメントに耐えることができ、総体的な支持力を大幅に向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、この発明の実施例の施工方法を説明する縦断面図である。
【図２】（ａ）はこの発明の実施例に使用する既製杭の正面図、（ｂ）は構築した基礎杭構造の縦断面図である。
【図３】他の既製杭の実施例の正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、他の既製杭により施工した基礎杭構造の正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、同じく他の施工方法を説明する正面図である。
【図６】この発明の実施例に使用する掘削ヘッドの正面図で、（ａ）はニュートラル状態、（ｂ）は軸部掘削状態、（ｃ）は拡底部掘削状態である。
【符号の説明】
１ 既製杭
２ 下杭
３ 下部軸部
３ａ 下部軸部下端（下杭の下端）
４、４３ 環状リブ（突起）
５ 上部軸部
６ 中空部
８ 上杭
９ 中空部
１１ スパイラルロッド
１２ 螺旋翼
１３ 掘削ヘッド
１４ ヘッド本体
１８ 吐出口（中間部）
１９ 吐出口（下端部）
２０ 掘削アーム
２１ 掘削刃
２２ 揺動軸
２３ 練付棒
３０ 杭穴
３１ 杭穴軸部
３２ 杭穴拡底部
３２ａ 杭穴拡底部の上端
３３ 杭穴底
３４ 現状地盤
３６ 基礎杭構造
３９ 間隙（既製杭外壁と杭穴内壁との間）
４１ トレミー管
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法における突起付きの既製杭の埋設方法及び基礎杭構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、突起付きの既製杭（例えば節杭等）の施工に関しては、所定の杭穴を掘削完了し、セメントミルク等を充填した後に、その杭を埋設する、いわゆるプレボーリング工法が採用されている。
【０００３】
一方、中掘工法においては、円筒状の既製杭（ストレート杭）を用いたものしか施工されておらず、既製杭の外周面に突起を有する杭の施工は行われていなかった。更に、中掘拡大根固め工法においても、同様に外周面に突起を有する既製杭を使用することはなく、ストレート杭しか実施されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術が採用していた背景として、節杭を埋設する工法は、比較的軟弱な地盤での周面摩擦力による支持力を目的とした工法であり、中掘工法は、既製杭の下端を支持地盤に到達させて支持させることを目的とし、周面摩擦力は先端支持力に比較して小さく、一般に両工法は全く別の工法として取り扱われていた。
【０００５】
また、中掘工法によって既製杭を沈設するには、既製杭の中空部内に掘削手段の取付けられたスパイラルロッドを挿通させ、掘削と同時に既製杭を順次埋設していた。従って、中掘工法に突起付き既製杭を使用した場合、ほぼ突起部外径の寸法で杭穴を掘削していかなければならない。従って、既製杭の突起部外径の寸法で杭穴の掘削を行うと、突起付き既製杭の突起部は所定間隔ごとに配置されているため、突起と突起との間のストレート部分で外径が小さくなるので、杭穴壁と突起付き既製杭との間に大きな間隙が生じることになる。そのため、突起部分の外周壁と杭穴壁との間でしか周面摩擦力が生じないので、既製杭の周面支持力が低下し、地震時等に過大に発生する曲げモーメントに耐えることができず、また総体的な基礎杭構造としての支持力の低下を招くことになる問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、下端部に突起を有する既製杭を使用し、突起の外径より大径の杭穴を掘削し、突起が前記根固め部内に位置するように、既製杭を埋設して基礎杭構造を構築するので、前記問題点を解決した。
【０００７】
即ち、この発明は、中空の既製杭の中空部を挿通した掘削ロッドで、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中堀工法において、前記既製杭を少なくとも下端部に突起を有し、かつ該突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造とし、前記突起の外径より大径の杭穴を中間深さまで掘削しつつ前記既製杭を埋設し、前記既製杭を中間位置に保持して、所定杭穴を掘削した後に、または杭穴を掘削しながら、前記杭穴の下端部に、セメントミルク等を注入して所定高さの根固め部を形成し、前記既製杭を下降して、前記突起のうち少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、前記既製杭を埋設することを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【０００８】
また、前記において、既製杭を杭穴の中間位置に保持して、前記杭穴の下端部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成した後、前記杭穴の根固め部の上方にセメントミルク等を注入して、杭周固定液部を形成し、その後、既製杭を下降して、根固め部の上方の既製杭の中空部及び既製杭と杭穴壁との間の間隙に、前記杭周固定液部に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めることを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【０００９】
また、前記において、杭穴の下端部の径を軸部より大きく形成し拡底部として、該拡底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成することを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１０】
また、前記において、既製杭を所定位置に埋設した状態で、杭周固定液が杭穴の根固め部の上縁から既製杭の杭頭付近まで充填される体積量の杭周固定液部を形成する中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１１】
また、前記において、杭穴内へのセメントミルク等の注入は、掘削ロッドの下端部に設けた吐出口から、あるいは地上から掘削ロッドとは別体の注入管を既製杭と杭穴壁との間の間隙に挿入して行う中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法である。
【００１２】
また、この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を少なくとも下端部に複数の突起を有する下杭と、突起付き又は円筒状の上杭とを連結して形成し、前記杭穴を前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削すると共に、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成し、前記既製杭を、前記下杭の少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１３】
また、この発明は、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を上杭と下杭とから構成し、該下杭を、下部軸部に複数の突起を形成し、最上に位置する突起に連続して前記下部軸部より大径の上部軸部を形成して構成し、前記上杭を円筒状に形成して構成し、前記杭穴を、前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削し、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成して構成し、前記既製杭を、前記下杭の突起の内少なくとも２つが前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１４】
また、前記において、杭穴軸部の内壁を均すと共に、前記杭穴の軸部内壁と既製杭との間の間隙内、及び前記既製杭の中空部内に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１５】
前記各発明における突起付きの既製杭とは、いわゆる節杭の他、突起の形状は環状リブ、螺旋状リブ、縦横又は斜め方向のリブ状、部分的な凸状など、表面に突起物が形成されれば可能である。
【００１６】
また、前記におけるセメントミルク等とは、セメントミルクに限らず類似の水硬性材料のいずれも含む意味である。また、セメントミルク等の注入とは、セメントミルクを注入するのみ場合の他、セメントミルク等を注入して掘削泥土と撹拌混合してソイルセメントとする場合、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換する場合、及びこれらの組合せの場合をも指す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
１．既製杭の構成
この実施例に使用する既製杭１は、節部（環状リブ）を下端部に形成した下杭２と、下杭２の上方に連結される１つ又は複数の上杭８とから構成される（図２（ａ））。
【００１８】
下杭２は、所定外径Ｄ１の下部軸部３の外周に２つの環状リブ（外径Ｄ３）４、４が形成され、上側の環状リブ４に連続して、外径Ｄ２の上部軸部５が連設された構造である。「環状リブ外径Ｄ３」＞「上部軸部の外径Ｄ２」＞「下部軸部の外径Ｄ１」となっている（図２（ａ））。
【００１９】
上杭８は、前記下杭２の上部軸部５の外径と同じ外径Ｄ２で形成され、下杭２と連結可能となっている（図２（ａ））。
【００２０】
２.掘削ロッドの構成
【００２１】
掘削ロッドは、スパイラルロッド１１の下端部に掘削ヘッド１３を連結した構成である（図１（ａ）、図６（ａ））。
【００２２】
掘削ヘッド１３は、スパイラルロッド１１の下端と連結できる連結部１５を有するヘッド本体１４と該ヘッド本体１４に揺動可能に２本の掘削アーム２０、２０を取付けて構成する。掘削アーム２０は、先端に掘削刃２１を有し、３段階に掘削径が可変できる構造となっている。即ち、第１段階として、杭中空部内に挿通時のニュートラル状態（図６（ａ））、第２段階として、スパイラルロッド１１を正回転して杭穴軸部３１を掘削する通常掘削状態（図６（ｂ））、第３段階として、スパイラルロッド１１を逆回転して杭穴拡底部３２を掘削する拡底掘削状態（図６（ｃ））、と可変できるように形成されている。前記における「ニュートラル状態」とは、掘削アーム２０、２０が下方に垂れた状態をいう。
【００２３】
また、掘削アーム２０には、第２段階で、杭穴軸部３１を掘削しながら、掘削した杭穴壁を均すことができるように、練付棒２３が連結されている。
【００２４】
また、前記ヘッド本体１４には、セメントミルクなどの吐出口１８、１９が形成され、該吐出口１８、１９はスパイラルロッド１１内の送水パイプ（図示していない）に連通している。またヘッド本体１４の下端には固定掘削刃２８、２８が下方に向けて突設されている。
【００２５】
３．既製杭の埋設方法
【００２６】
（１） スパイラルロッド１１の先端に掘削ヘッド１３を取付け、スパイラルロッド１１を下杭（突起付き杭）２の中空部６に挿通する。次に、クレーン等でスパイラルロッド１１が挿通された下杭２を杭埋設地点まで運び、杭打機に取付ける。取りつけ作業は、杭打ち機に取り付けられているアースオーガーにスパイラルロッド１１を接続し、排土ホッパー下部の杭支持装置に突起付き杭の上部杭端板に取付けられた杭頭治具を把持させる（図示していない）。
【００２７】
（２） 次に、スパイラルロッド１１を正回転（時計回り）させ、掘削ヘッド１３の吐出口（先端）１９から空気を吐出しつつ、掘削土に空気を混ぜた状態で、掘削土をスパイラルロッド１１を介して排土ホッパー内へ揚土しつつ、杭穴軸部３１を掘削する。
【００２８】
このとき、掘削径は下杭２の突起部径Ｄ３と同等又は若干大きめの径Ｄ１１で掘削する。こうして、掘削を進めながら下杭２（突起付き杭）を挿入する（図１（ａ））。
【００２９】
（３） 下杭２を所定深さ（上端部が地上に突出した状態）まで下降した段階で、下杭２を保持し、下杭２の上端に、下杭２と同様にスパイラルロッド１１が挿通された上杭８を連結する。
【００３０】
（４） 次に、所定深度掘削後、下杭２（突起付き杭）をその高さで保持した状態で、掘削ヘッド１３から吐出している圧縮空気を水に切替え、掘削ヘッド１３の掘削アーム２０に取付けられた練付棒２３、２３によって掘削土を杭穴壁に練り付けながら杭穴壁を均しながらスパイラルロッド１１（掘削ヘッド１３）の昇降を繰り返し、さらに杭穴軸部３１を掘削する（図１（ｂ））。前記における所定深度とは、杭穴拡底部３２上端から杭周固定液を注入する区間の最上位置である。
【００３１】
（５） 次に、支持層付近まで杭穴軸部を形成した後（図１鎖線図示３１ａ）、スパイラルロッド１１を逆回転（反時計回り）させて、掘削ヘッド１３を拡底掘削状態にし、杭穴軸部３１の下端部（３１ａ）を拡大すると共に掘削した軸部３１ａの下方を杭穴底３３まで拡大して、杭穴拡底部３２を形成する（図１（ｂ）鎖線図示３２、３３）。尚、このとき、支持層の所定位置（形成予定の杭穴の穴底３３付近）まで杭穴軸部３１の径で掘削を行い、その後スパイラルロッド１１を逆回転させて、杭穴軸部３１の下端部を拡大して、杭穴拡底部３２を形成することもできる（図示していない）。
【００３２】
（６） 所定の杭穴拡底部（長さ・外径）３２の掘削を完了後、掘削ヘッド１３の吐出口１９より杭穴拡底部３２内に所定固化強度の根固め液（セメントミルク）を注入し、杭穴拡底部３２内に残存する礫等と撹拌混合し、杭穴拡底部３２内にソイルセメント層（根固め部）を形成する（図１（ｃ））。このとき、ソイルセメント層の形成方法としては、品質のバラツキが少ない良質のソイルセメント層を形成するために、以下のようにすることが望ましい。
【００３３】
即ち、杭穴掘削完了後、掘削ヘッド１３を杭穴拡底部３２の最下部（穴底３３付近）に保持した状態で掘削ヘッド１３で撹拌しながら、掘削ヘッド１３下端の吐出口１９から全セメントミルク量の約３分の１のセメントミルクを吐出する。続いて、掘削ヘッド１３で撹拌しながら、スパイラルロッド１１を杭穴拡底部３２上端３２ａ付近まで上昇させながら全セメントミルク量の３分の１を吐出する。次に、掘削ヘッド１３を杭穴拡底部３２内で複数回昇降させながら、残りのセメントミルクの３分の１を吐出して、撹拌及び混合を行いスパイラルロッド１１を引上げて杭穴拡底部３２内にソイルセメント層を形成する（第１の方法）。
【００３４】
また、他の望ましいセメントミルクの注入方法（第２の方法）は、先ず、掘削ヘッド１３の吐出口１９を杭穴拡底部３２の最下位置（穴底３３付近）のほぼ中央に設置し、撹拌しつつ吐出口１９からセメントミルクを吐出しながら、杭穴拡底部３２内を上下２往復させて、杭穴拡底部３２上端３２ａで注入を完了させる。
【００３５】
また、他の望ましいセメントミルクの注入方法（第３の方法）として、杭穴拡底部３２の最下位置（穴底３３付近）で掘削ヘッド１３の吐出口１９からセメントミルクを注入して、杭穴拡底部３２内の掘削泥土を押し上げて、注入したセメントミルクと置換してセメントミルク層を形成することもできる。
【００３６】
（７） 杭穴拡底部３２内にソイルセメント層（又はセメントミルク層）を形成後、スパイラルロッド１１を正回転させて掘削ヘッド１３を通常掘削状態に戻し、杭穴軸部３１の杭周固定液注入区間に、掘削ヘッド１３の吐出口１９から所定固化強度の杭周固定液（セメントミルク）を吐出注入し、掘削泥土と撹拌・混合し、杭周固定液層（ソイルセメント）を形成する。
【００３７】
このとき充填する杭周固定液は、既製杭１（上杭８、下杭２）を杭穴３０内に沈設完了した際に、杭穴充填物（ソイルセメントなど）が既製杭１により押し上げられた状態で、杭周固定液が沈設後の杭頭付近まで満たされる量を注入する。
【００３８】
ここで、杭穴軸部３１に位置する部分（下杭２上部軸部５及び上杭８）は突起部外径Ｄ３よりも小さい外径Ｄ２の円筒杭であるため、杭穴壁と既製杭１との間の間隙３９内を杭周固定液が上昇し易い。
【００３９】
また、杭穴軸部３１に位置する既製杭１と杭穴壁との間の間隙を利用して杭周固定液が上昇し易いように、下杭軸部径及び上杭外径を適宜選択して、この間隙を調整することができる。
【００４０】
また、杭穴軸部３１において、杭周固定液が上昇し易い形状・寸法、あるいは既製杭１埋設後にトレミー管４１等を使用する場合（図５（ａ））には、杭穴軸部３１に位置する既製杭１の形状・寸法は問わない。
【００４１】
（８） その後、掘削ヘッド１３をニュートラル状態にして、スパイラルロッド１１に回転を与えず、所定深度に保持していた既製杭１の中空部６、９内に、スパイラルロッド１１、掘削ヘッド１３を収納する。既製杭１を加圧し、杭穴拡底部３２内に下杭２の環状リブ（突起）４、４が２つ納まる深さまで、沈設する（図１（ｅ））。尚、ここで、環状リブ（突起）４の２つを杭穴拡底部３２内に収容したので望ましいが、少なくとも１つの環状リブ（突起）４が杭穴拡底部３２内に位置すれば可能である。
【００４２】
また、既製杭１の沈設により、ソイルセメント層及び杭周固定液層から押し上げられたソイルセメントが既製杭１の上杭８の中空部６上端から溢れ、既製杭１外壁と杭穴壁との間隙３９の上端からもセメントミルクが溢れる。これにより、既製杭１の外壁と杭穴壁の外壁との間の間隙３９にセメントミルクが充填されることが確認できる。
【００４３】
（９） 既製杭１の埋設が完了した後に、スパイラルロッド１１（掘削ヘッド１３）を引き上げ、施工完了とする。セメントミルクが固化した後、この発明の基礎杭構造３６が完了する（図２（ｂ））。
【００４４】
【実施例１】
図面に基づきこの発明の実施例を以下に示す。
【００４５】
（１） 施工に関して、以下の仕様で実施する。
【００４６】
掘削長 ：２１．５ｍ
拡底部長さ ： ２．５ｍ
拡底部径 ： １．１ｍ
杭頭位置 ：現状地盤から−１ｍ
杭先端位置 ：２１ｍ
杭長 ：２０ｍ（下杭１０ｍ＋上杭１０ｍ）
【００４７】
（２） 既製杭１は、突起付きの下杭２とストレート状の上杭８とからなる（図２（ａ））。下杭２は、中空部６を有し、小径の下部軸部３と大径の上部軸部５とからなり環状リブ（突起）４、４を形成してある。下部軸部３の下端３ａから上方に距離Ｌ１（５００ｍｍ）、Ｌ２（１５００ｍｍ）の位置に環状リブ（突起）４、４が２つ設けられており、上部軸部５は下部軸部３の最上の環状リブ４の上面から連続して形成されている。
【００４８】
下杭２の寸法は、
下部軸部３の径Ｄ１（６００ｍｍ）
上部軸部５の径Ｄ２（７００ｍｍ）
環状リブ４の径Ｄ３（７５０ｍｍ）
杭内径Ｄ０１（４２０ｍｍ）
で形成されている（図２（ａ））。
【００４９】
上杭８は、上部軸部５の外径Ｄ２と同径の中空部９を有する円筒杭（杭外径Ｄ２＝７００ｍｍ、杭内径Ｄ０２＝５００ｍｍ）から構成される（図２（ａ））。上杭８の内径（Ｄ０２）と下杭２の内径（Ｄ０１）とは、上記のように一致させていないが、一致させることもできる（図示していない）。
【００５０】
（２） また、掘削ロッドは、螺旋翼（外径３８０ｍｍ）１２の取付けられたスパイラルロッド１１を使用する。このスパイラルロッド１１の先端には３段階可変型の掘削ヘッド１３が取付けられている。掘削ヘッド１３は、上端部にスパイラルロッド１１との連結部１５を有するヘッド本体１４と、揺動自在の掘削アーム２０、２０とからなる（図６）。
【００５１】
前記ヘッド本体１４の下端には固定掘削刃２８、２８が取り付けてある。前記ヘッド本体１４は、下端部を幅広とし、水平膨出部１６、１６が形成されている。また、側面視では、上端部が最も幅広で、中間部から下端部に掛けて徐々に幅を狭く形成し、最下端が最も狭くなるように形成されている。
【００５２】
また、前記ヘッド本体１４の上端部に、掘削土を上方に排土できるように傾斜した排土翼１７、１７を突設する。また、ヘッド本体１４内に、スパイラルロッド１１の中空部に連通する中空部が形成され、前記ヘッド本体１４の中間部（水平膨出部１６の上方）及び下端面に、吐出口１８、１９を夫々設ける。前記吐出口１８、１９は、ヘッド本体１４内に設けたヘッド弁（図示していない）を地上から操作することにより、夫々独立に吐出口１８、１９の開閉と開口量とを調節できるようになっている。
【００５３】
前記ヘッド本体１４に揺動軸２２、２２を設け、先端部に掘削刃２１、２１を有する掘削アーム２０、２０の基端部を夫々軸止する。また、掘削アーム２０は、中間部及び先端部がヘッド本体１４側に凸となるように屈曲形成されている。前記掘削アーム２０の一側面に「く」字状に屈曲した棒状の練付棒２３を取付ける。
【００５４】
また、前記ヘッド本体１４に、スパイラルロッド１１の正回転により揺動する掘削アーム２０の揺動角度を規制するストッパー２４、２４（図６（ａ）（ｂ））を、また、スパイラルロッド１１の逆回転により揺動する掘削アーム２０、２０の揺動角度を規制するストッパー２５、２５を（図６（ａ）（ｃ））、夫々設ける。また、スパイラルロッド１１の逆回転（拡大掘削状態）により揺動する掘削アーム２０の揺動角度を保持するため、互いに係合する係合部２６、２７を、ヘッド本体１４及び掘削アーム２０に夫々設ける（図６（ａ）（ｃ））。
【００５５】
（３） 先ず、先端に掘削ヘッド１３が取り付けたスパイラルロッド１１を、下杭２の中空部６内に挿通させ、杭打機にセットし、杭芯位置にてスパイラルロッド１１を正回転させて杭穴２９の杭穴軸部３０（掘削径Ｄ１１＝７８０ｍｍ）を掘削しながら下杭２を埋設する（図１（ａ）、図６（ｂ））。
【００５６】
掘削の際、掘削土は、掘削ヘッド１３の排土翼１７、１７からスパイラルロッド１１の螺旋翼１２に上げられ、螺旋翼１２を介して地上に移送される。この際、掘削ヘッド１３の先端の吐出口１９から圧縮空気を吐出すれば、掘削刃２１、２８の周辺に空気が吹き付けられ、掘削が補助される。同時に掘削ヘッド１３の掘削アーム２０、２０に取付けられた練付棒２３によって掘削土を杭穴軸部３１壁に押し付け、杭穴壁が大まかに均される。
【００５７】
また、この際、掘削刃２１、２８の周辺に圧縮空気が吹き付けられるので、掘削効率が良いと共に、空気を混入した掘削土をスパイラルロッド１１で揚土するので、スパイラルロッド１１の螺旋翼１２の表面に、掘削土が付着して揚土不能に陥ることを防止できる。
【００５８】
こうして、掘削を進めながら下杭２を挿入する。このスパイラルロッド１１による揚土作用と、練付棒２３による押圧作用を併用することによって、下杭２の中空部６よりも格段に大きい径の杭穴３０を掘削することができる。
【００５９】
また、この際、必要に応じて、適時掘削ヘッド１３の吐出口１９から吐出する圧縮空気に代えて水を吐出することによって、掘削土を効率的に杭穴壁への練り付けることができる。従って、吐出口１８、１９からの吐出物を圧縮空気又は水とを適宜切り替えながら掘削をすることにより、掘削土の揚土と杭穴壁の練付けとを効率良く進めることができる。
【００６０】
（４） 下杭２の埋設を進め、現状地盤３４より深さ約１ｍ上方に下杭２の上部を残した状態で、継ぎ足用のスパイラルロッド１１を挿通した上杭８を、下杭２上端に接続し、上杭２内のスパイラルロッド１１を、掘削に使用中のスパイラルロッド１１に介装して継ぎ足す。
【００６１】
（５） 続いて、同様に、杭穴軸部３１の掘削及び既製杭１（下杭２と上杭８との接続した状態）の沈設を続行し、下杭２の下端３ａが杭周固定液注入区間の上部（この場合、現状地盤３４から深さ約１２ｍ）に至ったところで、既製杭１をその位置で保持した状態で、掘削ヘッド１３の吐出口１８、１９から吐出している圧縮空気を水に切り替え、スパイラルロッド１１を正回転して、練付棒２３で掘削土を杭穴壁へ練り付けながら、杭穴軸部３１の掘削のみ先行させる。
【００６２】
（６） 現状地盤３４から深さ１９ｍの位置まで杭周固定液注入区間を形成した後（図２（ｂ））、スパイラルロッド１１を逆回転させて掘削ヘッド１３を拡底掘削状態にし（図６（ｃ））、杭穴拡底部３２を形成する。
【００６３】
杭穴拡底部３２を形成した後、該杭穴拡底部３２内に根固め液（固化強度約２０Ｎ／ｍｍ２のセメントミルク）を約２．４ｍ３注入し、杭穴拡底部３２内に残存する礫等と撹拌・混合し、ソイルセメント化（固化強度約２０Ｎ／ｍｍ２以上）して、拡底根固め部を形成する。
【００６４】
（７） 続いて、スパイラルロッド１１を正回転に戻し、掘削ヘッド１３を通常掘削状態とし、杭周固定液注入区間内（杭穴拡底部３２の上方）に杭周固定液（固化強度約２０／ｍｍ２のセメントミルク）を１．５ｍ３注入し、掘削土と撹拌・混合し、固化強度約２Ｎ／ｍｍ２のソイルセメントを生成する。
【００６５】
（８） スパイラルロッド１１を引き上げ、既製杭１の中空部６（中空部９）内に掘削ヘッド１３を収納した後、既製杭１を加圧し、下杭２の下部軸部３の最上の環状リブ４が杭穴拡底部３２内に位置するように埋設する（図１（ｅ））。このとき、下部軸部３の最上の環状リブ４から拡底部上面までＬ１１（＝５００ｍｍ）の間隔を設け、また下部軸部３の下端３ａから拡底部３２の底面３３までＬ１２（＝５００ｍｍ）の間隔を設ける（図２（ｂ））。
【００６６】
（９） 既製杭１からスパイラルロッド１１（含む掘削ヘッド１３）を地上まで引き上げ、根固め液及び杭周固定液が固化した後、この発明の基礎杭構造３６を構成する（図２（ｂ））。
【００６７】
基礎杭構造３６は、従来の円筒杭のみ使用していた中掘工法で構築した基礎杭構造と比較して、杭径を同等とした場合、約２倍の鉛直荷重及び引抜き力に耐えることができる。
【００６８】
また、杭穴軸部３１において、既製杭１の外面と杭穴内壁との間にソイルセメントが充填されているため、従来の前記中掘工法と同等以上の曲げモーメントに耐えることができる。
【００６９】
（１０）他の実施例
【００７０】
前記実施例において、杭周固定液は、掘削ヘッド１３の吐出口１８、１９から杭穴３０内に吐出したが、吐出口１８、１９からの吐出に代えて、あるいは吐出口１８、１９からの吐出に加えて、既製杭１を所定位置（環状リブ４、４を杭穴拡底部３２内に位置させた状態）まで下降させた後、杭穴３０の穴壁と既製杭１との間隙３９にトレミー管４１を挿入して、間隙３９内に杭周固定液を充填することもできる（図５（ａ））。
【００７１】
また、前記実施例において、杭穴拡底部３２内にのみ環状リブ４、４が配置されるように、下杭２の下端部に環状リブ４、４を形成した既製杭１を構成したが、下杭２の上部及び上杭８に環状リブ４３、４３を全長に亘り形成して既製杭１とし、杭穴軸部３１にも、環状リブ４３、４３が位置するように、既製杭１を埋設して基礎杭構造３６を構成することもできる（図４（ｃ））。この場合、杭穴軸部３１においても環状リブ４３、４３による摩擦力が働き、さらに基礎杭構造３６全体として支持力を向上させることができる。尚、この実施例では、杭穴内に充填された杭周固定液が上昇し易いように、環状リブ４３の外径を環状リブ４よりも小径とすることが望ましい。
【００７２】
また、環状リブ４は、縦方向に溝（切欠部）３９を設けて、杭周固定液が上昇し易いようにしてもよい（図３）。この場合、溝３９に代えて、環状リブ４に縦方向の貫通孔を形成することもできる（図示していない）。
【００７３】
また、前記実施例において、突起として、環状リブ４を形成したが、既製杭１の軸部外周に突起物が形成されれば、突起物の構造は任意である。また、突起物は、１つの既製杭（上杭８又は下杭２）で、異なる構造の突起物を、複数箇所に形成することもできる（いずれも図示していない）。
【００７４】
また、前記実施例において、下杭２は上部軸部５の外径を、環状リブ４を形成した下部軸部３の外径より大きく形成したが、同一の外径とすることもできる（図４（ａ））。この場合、上杭８の外径も同一となる。
【００７５】
また、上杭８の下端部を下杭の軸部外径Ｄ１と同一とし、上杭８の中間部及び上部の外径Ｄ４と大径に形成することもできる（図４（ｂ））。この場合、Ｄ１＜Ｄ４＜Ｄ３ とすることが望ましい。
【００７６】
また、前記実施例において、既製杭１は上杭８と下杭２とを接合した構造としたが、構築予定の基礎杭構造３６の深さ等に応じて、単一の杭から構成することもできる（図示していない）。
【００７７】
また、前記実施例において、既製杭１は上下のみ開放した構造としたが、杭穴軸部３１に位置する既製杭１（上杭８、下杭２）の杭壁に中空部６、９と挿通する貫通孔３８、３８を設けることもできる（図５（ｂ））。この場合、既製杭１の中空部６、９から上昇してきた杭周固定液が、既製杭１の外壁と杭穴壁との間隙３９に、より確実に充填される。とりわけ、杭穴軸部３１に対応させて、既製杭１に多数環状リブを形成した場合（図４（ｃ））に特に有効である。また、この場合、貫通孔３８、３８を介して、中空部６、９の杭周固定液と、間隙３９の杭周固定液とを一体化できる。
【００７８】
また、前記実施例において、杭穴３０の下端部に杭穴拡底部３２を形成したが、根固め液を注入して根固め液部が形成できれば、杭穴３０の下端部を杭穴軸部３１と同じ径Ｄ１１で掘削することもできる（図示していない）。
【００７９】
【発明の効果】
この発明は、突起付き既製杭の突起の外径より大径の杭穴を掘削するので、中掘工法により、突起付きの既製杭を埋設でき、杭穴の根固め部内に既製杭の突起が位置するので、突起付き既製杭の先端面からだけでなく、杭穴根固め部内に位置する突起による支圧力が付加され、根固め部内での支持力を増強することができ、また引抜き力については突起の上面から斜め上方に支圧力が働くため、従来工法に比べ、格段に引抜き力を向上できる。
【００８０】
また、杭穴の根固め部の上方に杭周固定液部を形成し、既製杭を下降して、根固め部の上方の既製杭の中空部及び既製杭と杭穴壁との間の間隙に、杭周固定液を充填するので、少なくとも杭頭部付近まで杭周固定液が満たされているため、突起部間の間隙、杭外周面と杭穴内壁の間隙を埋めることができ、さらに杭周面からの周面摩擦力が得られる効果がある。
【００８１】
杭穴内へのセメントミルクの充填を、掘削ロッドの下端部に設けた吐出口から行えば掘削の一連の作業の中で施工できるので、施工効率が良いが、掘削ロッドによるものに換え、あるいは掘削ロッドの充填に加えて、別体の注入管を既製杭と杭穴壁との間の間隙に挿入して行えば、確実に充填できる効果がある。
【００８２】
従って、基礎杭構造全体として、従来の中掘工法に比べて高鉛直荷重及び高曲げモーメントに耐えることができ、総体的な支持力を大幅に向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、この発明の実施例の施工方法を説明する縦断面図である。
【図２】（ａ）はこの発明の実施例に使用する既製杭の正面図、（ｂ）は構築した基礎杭構造の縦断面図である。
【図３】他の既製杭の実施例の正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、他の既製杭により施工した基礎杭構造の正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、同じく他の施工方法を説明する正面図である。
【図６】この発明の実施例に使用する掘削ヘッドの正面図で、（ａ）はニュートラル状態、（ｂ）は軸部掘削状態、（ｃ）は拡底部掘削状態である。
【符号の説明】
１ 既製杭
２ 下杭
３ 下部軸部
３ａ 下部軸部下端（下杭の下端）
４、４３ 環状リブ（突起）
５ 上部軸部
６ 中空部
８ 上杭
９ 中空部
１１ スパイラルロッド
１２ 螺旋翼
１３ 掘削ヘッド
１４ ヘッド本体
１８ 吐出口（中間部）
１９ 吐出口（下端部）
２０ 掘削アーム
２１ 掘削刃
２２ 揺動軸
２３ 練付棒
３０ 杭穴
３１ 杭穴軸部
３２ 杭穴拡底部
３２ａ 杭穴拡底部の上端
３３ 杭穴底
３４ 現状地盤
３６ 基礎杭構造
３９ 間隙（既製杭外壁と杭穴内壁との間）
４１ トレミー管
Claims (8)
- 中空の既製杭の中空部を挿通した掘削ロッドで、杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中堀工法において、前記既製杭を少なくとも下端部に突起を有し、かつ該突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造とし、前記突起の外径より大径の杭穴を中間深さまで掘削しつつ前記既製杭を埋設し、前記既製杭を中間位置に保持して、所定杭穴を掘削した後に、または杭穴を掘削しながら、前記杭穴の下端部に、セメントミルク等を注入して所定高さの根固め部を形成し、前記既製杭を下降して、前記突起のうち少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、前記既製杭を埋設することを特徴とする中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法。
- 既製杭を杭穴の中間位置に保持して、前記杭穴の下端部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成した後、前記杭穴の根固め部の上方にセメントミルク等を注入して、杭周固定液部を形成し、その後、既製杭を下降して、根固め部の上方の既製杭の中空部及び既製杭と杭穴壁との間の間隙に、前記杭周固定液部に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めることを特徴とする請求項１記載の中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法。
- 杭穴の下端部の径を軸部より大きく形成し拡底部として、該拡底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法。
- 既製杭を所定位置に埋設した状態で、杭周固定液が杭穴の根固め部の上縁から既製杭の杭頭付近まで充填される体積量の杭周固定液部を形成する請求項１又は２記載の中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法。
- 杭穴内へのセメントミルク等の注入は、掘削ロッドの下端部に設けた吐出口から、あるいは地上から掘削ロッドとは別体の注入管を既製杭と杭穴壁との間の間隙に挿入して行う請求項１又は２記載の中堀工法における突起付き既製杭の埋設方法。
- 杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を少なくとも下端部に複数の突起を有する下杭と、突起付き又は円筒状の上杭とを連結して形成し、前記杭穴を前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削すると共に、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成し、前記既製杭を、前記下杭の少なくとも２つの突起が前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造。
- 杭穴を掘削しつつ既製杭を埋設する中掘工法により構築した基礎杭構造において、前記既製杭を上杭と下杭とから構成し、該下杭を、下部軸部に複数の突起を形成し、最上に位置する突起に連続して前記下部軸部より大径の上部軸部を形成して構成し、前記上杭を円筒状に形成して構成し、前記杭穴を、前記突起の外径より大径の杭穴軸部を掘削し、前記杭穴の底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成して構成し、前記既製杭を、前記下杭の突起の内少なくとも２つが前記根固め部内に位置するように、埋設し、かつ前記突起は根固め部内で下方に向けた支圧力と上方向けた支圧力を発揮できる構造としたことを特徴とする基礎杭構造。
- 杭穴軸部の内壁を均すと共に、前記杭穴の軸部内壁と既製杭との間の間隙内、及び前記既製杭の中空部内に杭周固定液を充填して、前記突起間の間隙及び既製杭の外周面と杭穴内壁の間隙を埋めたことを特徴とする請求項６又は７記載の基礎杭構造。
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