JP4626916B2 - ソイルセメント合成杭の造成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木，建築構造物の基礎杭に関し、特に、ソイルセメント柱体の中にらせん状羽根を有する鋼管杭を挿入してなるソイルセメント合成杭の造成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤改良によって造成されたソイルセメント柱体の中に、補強部材として鋼管等を挿入し、杭とする工法がある。このような工法の代表的な例としては、特開昭60-238515号公報に開示された技術（第１公知例）や、特許第2731806号の技術（第２公知例）がある。
【０００３】
第１公知例の技術は、土質固化ミルクを充填しながら杭埋設孔を掘削し、杭埋設孔の下端部を拡大掘削した後、少なくとも下端部にらせん翼を設けた基礎杭を回転させながら貫入させるものである。
【０００４】
また第２公知例の技術は、地盤とセメントミルク等の固化材を攪拌して削孔内を所定深度までソイルセメント化し、削孔底部を、そこまで注入した固化材よりも固化後の圧縮強度が大きくなる固化材で充満させ、掘削・攪拌ロッドを引き上げて、内周面の下部に固化材との付着力を向上させるための突起を有し且つ少なくとも１枚のらせん翼が下端部に設けられている鋼管をソイルセメント化した削孔内に挿入するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１公知例の技術では、底部を拡大させた掘削孔に土質固化ミルクを充填して、下端部にらせん翼を有する基礎杭を回転させながら貫入させるので、拡大掘削するための機構を備える必要があり、通常の地盤改良工法と比較した場合に攪拌混合装置の構造が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また特開昭60-238515号公報の第９図に記載されているように、らせん翼の径は掘削孔の径と略同一であり、鋼管杭の周囲に設けた土質固化ミルクがらせん翼により分断されるため、らせん翼を境界として該らせん翼よりも上方の土質固化ミルクと下方の土質固化ミルクとが夫々独立して挙動し、鋼管との一体性が確保できずに支持力を充分に発揮できない虞がある。
【０００７】
また第２公知例の技術では、ソイルセメント化された地盤内に挿入する鋼管として、内周面の下部に付着力を向上させるための突起を有する特別な鋼管を用いる必要があり、簡単に実施できないという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法は、最下端部にらせん状羽根を有し、杭頭部近傍にらせん状羽根を有し、かつ先端部が閉塞されたらせん状羽根付鋼管杭を地盤中に造成されるソイルセメント柱体にねじり込み、鋼管杭がソイルセメント柱体に貫入するのに従って、鋼管杭によりソイルセメントを加圧することによって形成することを特徴とするものである。
【０００９】
また上記ソイルセメント合成杭の造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭本体の直径をｄとし、らせん状羽根の直径をＤとし、ソイルセメント柱体の直径をＤｃとしたとき、前記らせん状羽根の直径Ｄの範囲が鋼管杭本体の直径ｄの１．５倍乃至３．０倍であり、ソイルセメント柱体の直径Ｄｃの範囲がらせん状羽根の直径Ｄの１．２倍乃至２．５倍であることを特徴とするものである。
【００１０】
また上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭本体の中空部にセメントミルク又はモルタル或いはコンクリートを充填することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部外周のソイルセメント柱体中に補強鉄筋籠を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部近傍のらせん状羽根の間に、補強鉄筋籠を軸方向に配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
また更に、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を、その他の部分の直径よりも拡大したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭のソイルセメント柱体への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、らせん状羽根付鋼管杭のねじり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、Ｖｐの値をＲｐ×ｔｐの値に概略等しくすることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図により本発明の造成方法の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図であり、機械式深層混合処理工法によりソイルセメント柱体を造成する例である。先ず、同図（ａ）に示すように、地盤１に於ける目的の位置にソイルセメント柱体造成装置５を設置し、機械式深層混合処理工法によってソイルセメント柱体２を造成する。同図（ｂ）に示すように、ソイルセメント柱体２を造成した後であって、硬化前に位置出しを行い、同図（ｃ）に示すように、所定位置に複数のらせん状羽根４を設けたらせん状羽根付鋼管杭（以下、単に「鋼管杭」という）３を回転させつつソイルセメント柱体２にねじり込み貫入させる。鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させて両者を一体化することによって、同図（ｄ）に示すようなソイルセメント合成杭が造成される。
【００１７】
ここで、機械式深層混合処理工法とは、セメント或いはセメントを主成分とした固化材と水を混練して作成したスラリーを地盤中に注入しながら、掘削翼と攪拌翼を備えた攪拌混合装置により、地盤とスラリーを機械的に攪拌混合してソイルセメント柱体を造成する地盤改良工法のことをいうものである。
【００１８】
鋼管杭３の先端部は、底板により閉塞されている場合と、開端の場合があり、何れを採用しても良い。鋼管杭３は、最下端部の外周にらせん状羽根４が設けられている。また杭頭部３ｂの近傍の外周にもらせん状羽根４が設けられており、これらのらせん状羽根４を含んで、中間部に複数のらせん状羽根４が設けられている。従って、鋼管杭３には少なくとも２枚のらせん状羽根４が設けられることとなる。
【００１９】
尚、本実施例では、鋼管杭３の最下端部，杭頭部３ｂの近傍以外に２枚のらせん状羽根４が設けられており、全体では４枚のらせん状羽根４が設けられている。
【００２０】
上記鋼管杭３に於いて、底板３ａには図示しない掘削爪を装着することが可能であり、この掘削爪を装着することによって、ソイルセメント柱体２に対する貫入が容易になる。
【００２１】
また鋼管杭３は、単体で用いる場合もあるが、必ずしも単体での使用に限定するものではなく、長手方向に連続させて溶接或いはネジ込み等の手段によって複数本を接続した継杭として用いても良い。
【００２２】
上記の如く構成された鋼管杭３では、下端部が底板３ａによって閉塞されている閉端杭の場合は、鋼管杭３がソイルセメント柱体２に貫入するのに従って貫入した体積分のソイルセメントが加圧され、ソイルセメントの強度を増加させることが可能である。一方、鋼管杭３が大径になった場合には、鋼管杭３の下端部を開端とすることで、ソイルセメント柱体２への貫入を容易にすることが可能となる。
【００２３】
図２は地盤中にソイルセメントを造成する方法の他の例を示すものである。同図（ａ）に示すように、長手方向に所定の間隔を持って複数の攪拌部材15を設けると共に先端部に掘削ビット16を設けた中空状の掘削ロッド17によって地盤１の掘削を開始し、同図（ｂ）に示すように、所定の掘削深さになるまで掘削する。その後、セメントミルクと掘削土を攪拌混合し、同図（ｃ）に示すように掘削ロッド17を引き抜くことで、同図（ｄ）のソイルセメント柱体２が造成される。
【００２４】
上記の如くして造成されたソイルセメント柱体２に対し位置出しを行い、同図（ｅ）に示すように、鋼管杭３を回転させつつソイルセメント柱体２にねじり込み貫入させることによって、同図（ｆ）に示すようなソイルセメント合成杭が造成される。
【００２５】
図３は、ソイルセメント合成杭に於けるソイルセメント柱体２と鋼管杭３との関係を説明する図である。ソイルセメント柱体２と鋼管杭３との一体性や、鉛直荷重の分散性を効率的にするためには、図に示すように、鋼管杭３の本体の直径をｄとし、らせん状羽根４の直径をＤとし、ソイルセメント柱体２の直径をＤｃとしたとき、らせん状羽根４の直径Ｄは鋼管杭３の直径ｄの１．５倍〜３．０倍の範囲に設定されている。
【００２６】
らせん状羽根４の直径Ｄが鋼管杭３の直径ｄの１．５倍未満の場合、荷重は鋼管杭３かららせん状羽根４を介してソイルセメント柱体２に分散されるが、その効果は小さい。特に、らせん状羽根４とソイルセメント柱体２との付着面積が少なくなるため、鋼管杭３とソイルセメント柱体２の一体効果が減少することになる。
【００２７】
またらせん状羽根４の直径Ｄが鋼管杭３の直径ｄの３．０倍を超えてしまうと、らせん状羽根４に発生する曲げ応力が大きくなり、この大きな曲げ応力を鋼管杭３の本体に伝達させるために、らせん状羽根４の厚さを厚くする必要が生じる。更に、らせん状羽根４と鋼管杭３の本体との溶接部分の性能を確保するために、充分な溶接を行なうことが必要となり高価になる。
【００２８】
ソイルセメント柱体２と鋼管杭３との一体性や鉛直荷重の分散性を更に効率的にするために、ソイルセメント柱体２の直径Ｄｃは、らせん状羽根４の直径Ｄの１．２倍〜２．５倍の範囲に設定されている。
【００２９】
ソイルセメント柱体２の直径Ｄｃをらせん状羽根４の直径Ｄの１．２倍未満に設定した場合、ソイルセメント柱体２の周面積が小さくなり、地盤１との摩擦力が小さくなるため、ソイルセメント合成杭の支持力が減少する方向となる。またソイルセメント柱体２の直径Ｄｃをらせん状羽根４の直径Ｄの２．５倍を超えて設定した場合、不必要に広い範囲の地盤１を改良することになり、効果は上記範囲のものと変わらずに材料を多く使うという不経済な結果となる。
【００３０】
図４に示すように、鋼管杭３の内部に形成された中空部には、セメントミルクやモルタル或いはコンクリート等の中から選択された充填物６が充填されている。このように、鋼管杭３の内部に充填物６を充填することで、鋼管杭３の有効断面積を大きくすると共に断面形状の変形を防止することが可能である。この結果、ソイルセメント合成杭が負担し得る鉛直荷重や水平荷重を大きくすることが可能となる。
【００３１】
特に、鋼管杭３の下端部が底板３ａによって閉塞されており、該鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させても鋼管杭３の内部にソイルセメントが入り込むことがない。このため、鋼管杭３の内部は完全に空洞状態にあり、良質なセメントミルク、モルタル、コンクリートを充填することが可能である。
【００３２】
このことから、鋼管杭３の下端部は底板３ａによって閉塞されている構造が好ましい。鋼管杭３の下端部が開端の場合でも杭下端からソイルセメントが鋼管杭３の内部全長にわたって上昇するとは限らない。このような場合に、鋼管杭３の中空部にセメントミルクやモルタル或いはコンクリート等を充填することにより、杭下端部が閉塞された杭の場合と同様に良質な充填物とすることが可能である。従って、本発明は先端が開放された杭にも適用することが可能である。
【００３３】
尚、図に於いて、７は上部建築物の基礎となるフーチングである。
【００３４】
一般に土木・建築構造物の基礎杭には、杭頭部に於いて最も大きな鉛直荷重が作用する。このため、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を有していると、らせん状羽根４の押さえ効果により該らせん状羽根４の下方のソイルセメント柱体２が圧縮され、鉛直荷重に対して鋼管杭３のみならず、ソイルセメント柱体２と共に抵抗することが可能となる。更に、水平荷重に対しても、らせん状羽根４の押さえ効果と、ソイルセメント柱体２による拘束効果とにより水平剛性を高めることが可能となる。
【００３５】
図５（ａ）に示すように鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けた場合と、同図（ｂ）に示すように鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けていない場合について比較する。ここで、杭頭部３ｂの近傍とは、鋼管杭３が接続されているフーチング７、或いは布基礎の底面からおおよそソイルセメント柱体２の直径Ｄｃと等しい範囲内をいうものとする。
【００３６】
同図（ａ）に示すように、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けた場合では、このらせん状羽根４の押さえ効果によって鉛直荷重が滑らかに分散されてソイルセメント柱体２と鋼管杭３が一体となって挙動することが可能である。
【００３７】
これに対し、同図（ｂ）に示すように、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けていない場合では、杭頭部３ａと該杭頭部３ａから見て一番目のらせん状羽根４との間の付着力が切れ、該らせん状羽根４直上のソイルセメント柱体２に輪切り状のきれつ８が生じ、この間の摩擦力が低下することがある。
【００３８】
従って、同図（ａ）に示すように、本実施例に係るソイルセメント合成杭にあっては、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍及び最下端部に夫々らせん状羽根４を設けると共に、両者の間にも複数のらせん状羽根４を設けているため、荷重が各らせん状羽根４から分散し、全体の鉛直支持荷重を大きくすることが可能である。
【００３９】
尚、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍及び最下端部に設けたらせん状羽根４の間に於けるらせん状羽根４の設置間隔は特に限定するものではなく、１ｍ〜３ｍ程度で適宜設定することが可能である。らせん状羽根４の設置間隔を１ｍよりも短くしても摩擦力は増加せず、かえってらせん状羽根４を多く設置することにより高価になる。一方、らせん状羽根４の設置間隔を３ｍよりも長くすると、らせん状羽根４個々の部分でソイルセメント柱体２の圧縮破壊が生じ、支持力を大きくとることができない。
【００４０】
鉛直荷重や水平荷重を支持する場合、鋼管杭３の杭頭部３ｂの周囲に鉄筋籠９を配置してソイルセメント柱体２と一体化させることで、杭頭部３ｂの付近を補強することが可能である。
【００４１】
鉄筋籠９は、図６に示すように、鋼管杭３の軸方向に対し平行に配置された複数の軸方向鉄筋（縦筋）９ａと、鋼管杭３の周方向に配置され縦筋９ａを接続するらせん筋９ｂとによって構成され、縦筋９ａとらせん筋９ｂとの交点は溶接等の手段により接続されている。
【００４２】
上記鉄筋籠９は、予め工場段階で作製しておき、ソイルセメント柱体２に鋼管杭３を貫入させた後、鉄筋籠９をソイルセメント柱体２に挿入し、或いは鋼管杭３を貫入させるのに先立って鉄筋籠９をソイルセメント柱体２に挿入することで、挿入された鉄筋籠９によって鋼管杭３の杭頭部３ｂの付近を補強することが可能である。
【００４３】
鋼管杭３の杭頭部３ｂを補強するに当たり、必ずしも鉄筋籠９を単体として取り扱う必要はなく、予め鋼管杭３を一体化させて構成しても良い。
【００４４】
例えば図７は、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍に設けたらせん状羽根４とこのらせん状羽根４に隣接したらせん状羽根４とに縦筋９ａを差し渡すと共に、これらのらせん状羽根４に溶接等の手段で固着させたものである。また図８は、らせん状羽根４に縦筋９ａを貫通させる孔を形成し、この孔に縦筋９ａを貫通させると共に溶接等の手段で固着させたものである。また図９は、縦筋９ａを取り付けるらせん状羽根４（４ａ）の直径を、縦筋９ａを取り付けることのないらせん状羽根４（４ｂ）の直径よりも大きく設定し、直径の大きいらせん状羽根４ａに縦筋９ａを取り付けたものである。この場合、鉄筋籠９による補強効果をより大きなものとすることが可能である。
【００４５】
図10は、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍に於けるソイルセメント柱体２の直径をそれ以外の部分（鋼管杭３の中間部分から先端部にかけての部分及びより下側の部分）の直径よりも大きくしたものである。このように、杭頭部３ｂの近傍のソイルセメント柱体２の直径を他の部分の直径よりも大きく形成することによって、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることが可能である。
【００４６】
上記の如く構成された鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる際の方法について図11により説明する。
【００４７】
鋼管杭３のソイルセメント柱体２への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、鋼管杭３のねじり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根４のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる方法としては鋼管杭３が１回転する間に概略らせん状羽根４のピッチ分だけ貫入させる方法、即ち、鋼管杭３のソイルセメント柱体２への貫入速度Ｖｐを概略（Ｒｐ×ｔｐ）とすることが望ましい。ここでいう概略とは、±10％程度の範囲を見込んでおけば良い。鋼管杭３の貫入速度を前記の如く設定することで、鋼管杭３とソイルセメント柱体２との一体性を確保することが可能である。
【００４８】
上記のような適正な貫入速度で貫入させる場合に於いては、らせん状羽根４の効果により鋼管杭３を回転させるだけで、鋼管杭３が抵抗なくソイルセメント柱体２の中に貫入する。しかし、速く貫入させるとソイルセメントを下に押し込むため、抵抗が強くなって貫入しにくくなる。また遅く貫入させると、ソイルセメントを上方へ排出する現象が生じる。これら何れの場合も、良い施工状態とはいえない。
【００４９】
鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる場合、ソイルセメント柱体２を造成した際に用いたソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11を用いる場合と、このソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11とは異なる専用の施工機械を用いる場合とがある。
【００５０】
図12はソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11によって、鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる手順を示すものである。ここで、ソイルセメント柱体造成装置５は、オーガモータ11ａと、該オーガモータ11ａの回転を伝達する回転軸11ｂとからなる駆動装置11と、回転軸11ｂに接続した攪拌混合装置12とによって構成されている。
【００５１】
そして、同図（ａ），（ｂ）に示すように、駆動装置11に攪拌混合装置12を接続して地盤１にソイルセメント柱体２を造成した後、同図（ｃ）に示すように、駆動装置11から攪拌混合装置12を取り外すと共に、該駆動装置11に鋼管杭３を回転圧入させる治具13を取り付け、更に、同図（ｄ）に示すように、治具13に鋼管杭３を取り付ける。次いで、同図（ｅ），（ｆ）に示すように、駆動装置11を駆動して鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させ、その後、鋼管杭３から治具13を切り離すことで、地盤１にソイルセメント合成杭を造成することが可能である。
【００５２】
図13はソイルセメント柱体造成装置５によってソイルセメント柱体２を造成した後、該ソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11とは異なる駆動装置を用いて鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる場合の手順を示すものである。
【００５３】
同図（ａ），（ｂ）に示すように、ソイルセメント柱体造成装置５によって地盤１にソイルセメント柱体２を造成した後、ソイルセメント柱体造成装置５を撤去し、同図（ｃ）に示すように、駆動装置としてのオーガモータ14に治具13を取り付けてソイルセメント柱体２に対向させて設置する。その後、同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、鋼管杭３を治具13に取り付けると共にオーガモータ14を駆動して鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させ、更に、治具13を鋼管杭３から切り離すことで、地盤１にソイルセメント合成杭を造成することが可能である。
【００５４】
機械式深層混合処理工法の場合、地盤１にソイルセメント柱体２を造成する際に用いるソイルセメント柱体造成装置５は、オーガモータ11ａと該オーガモータ11ａの回転力を伝達する回転軸11ｂとからなる駆動装置11を有し、前記回転軸11ｂに攪拌混合装置12を接続して構成されている。
【００５５】
ここで、攪拌混合装置12について図14により説明する。同図（ａ）に示すように、ソイルセメント柱体の造成に用いる攪拌混合装置12は、掘削翼12ａと、攪拌翼12ｂと、攪拌軸12ｃとを有して構成されており、該攪拌軸12ｃが駆動装置11の回転軸11ｂに接続されている。従って、掘削翼12ａを地盤１に圧接させてオーガモータ11ａを駆動することで地盤１を掘削することが可能であり、且つ掘削した地盤１にセメント或いはセメントを主成分とする固化材と水を混練したスラリーを注入して地盤とスラリーを機械的に攪拌混合してソイルセメント柱体２を造成することが可能である。
【００５６】
尚、攪拌混合装置12としては、掘削翼12ａ，攪拌翼12ｂ，攪拌軸12ｃに加えて、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、掘削径よりも大きい径を持った供回り防止翼12ｄを装着することが好ましく、このような供回り防止翼12ｄを装着することによって、攪拌混合装置12によって合理的に地盤とスラリーを攪拌混合することが可能である。また攪拌混合装置12としては、攪拌軸12ｃを正転，逆転させる正逆転機構を備えることが好ましい。
【００５７】
次に、地盤中にソイルセメント柱体２を造成する他の方法（図２に示す方法）を実施する際に用いる装置について図２により説明する。掘削ロッド17は中空のパイプ状に形成されており、外周面の長手方向に所定の間隔を持って複数の攪拌部材15が取り付けられている。また掘削ロッド17の先端部には地盤を掘削する掘削ビット16が設けられている。
【００５８】
そして、掘削ロッド17の中空部を通して適宜掘削水を吐出しつつ、同図（ｂ）に示すように所定の深さまで掘削し、次いで、同図（ｃ）に示すように掘削ロッド17の中空部からセメントミルクを吐出しつつ掘削ロッド17を回転させると共に上下動させることで、攪拌部材15によって既に掘削された地盤と吐出されたセメントミルクを攪拌混合し、これにより、掘削孔内をソイルセメントとする。従って、同図（ｄ）は掘削孔の全長にわたってソイルセメント化されることで造成されたソイルセメント柱体２を示している。
【００５９】
図15は、機械式深層混合処理工法により造成したソイルセメント合成杭を水平載荷試験した結果得られた水平荷重に対する水平変位量を示すものである。図に於いて、20はソイルセメント柱体２に最下端部及び杭頭部近傍３ｂと該杭頭部近傍３ｂを含む複数の位置にらせん状羽根４を設けた鋼管杭３を貫入させて構成したソイルセメント合成杭の水平荷重に対する水平変位量を示し、21は鋼管杭３の杭頭部３ｂに鉄筋籠９を配置して補強したソイルセメント合成杭の水平荷重に対する水平変位量を示すものである。また、22は鋼管杭３のみの水平荷重に対する水平変位量を示すものである。
【００６０】
図に示すように、本実施例に係るソイルセメント合成杭では、鉄筋籠９がなくとも充分に水平耐力を向上させることが可能であり、鉄筋籠９を配置することによって更に水平耐力を向上させることが可能である。
【００６１】
図16は、機械式深層混合処理工法により造成したソイルセメント合成杭を鉛直載荷試験した結果得られた鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。図に於いて、23はソイルセメント柱体２に最下端部及び杭頭部近傍３ｂと該杭頭部近傍３ｂを含む複数の位置にらせん状羽根４を設けた鋼管杭３を貫入させて構成したソイルセメント合成杭の鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。また、24は鋼管杭３のみの鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。
【００６２】
同図から明らかなように、本実施例に係るソイルセメント合成杭では、鋼管杭３のみの場合に比べて鉛直支持力を大きくとることが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法では、ソイルセメント柱体と鋼管杭とが一体化し、らせん状羽根から滑らかに荷重が伝達されるため、地盤との間で大きな摩擦力を発揮することが出来る。特に、鋼管杭の杭頭部の近傍にらせん状羽根を設けることにより、前記杭頭部の近傍に設けたらせん状羽根に隣接したらせん状羽根の直上のソイルセメント柱体に輪切り状のきれつが生じることがない。
【００６４】
またソイルセメント柱体に貫入される鋼管杭は、下端部が底板によって閉塞されている場合には、該鋼管杭がソイルセメント柱体に貫入した体積分、ソイルセメントを加圧し、これにより、ソイルセメントの強度を向上させることが出来る。
【００６５】
また鋼管杭の径が大径となった場合、下端部を開端とすることにより、ソイルセメント柱体への貫入を容易に行なうことが出来る。
【００６６】
また鋼管杭の内部に形成された中空部にセメントミルク，モルタル，コンクリートを選択的に充填することで、鉛直耐力のみならず、水平耐力も向上させることが出来る。
【００６７】
鋼管杭の杭頭部に補強鉄筋籠を設けることで、水平力が作用したときにソイルセメントが拘束されて鋼管杭と一体化し、水平耐力を向上させることが出来る。
【００６８】
更に、杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を、それ以外の部分の直径よりも大きく形成することによって、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることが出来る。
【００６９】
更に、鋼管杭のソイルセメント柱体への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、鋼管杭の捩じり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、Ｖｐの値をＲｐ×ｔｐの値に概略等しくすることにより、鋼管杭を滑らかにソイルセメント柱体中に貫入させ、一体化させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図である。
【図２】他の実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図である。
【図３】ソイルセメント合成杭に於けるソイルセメント柱体２と鋼管杭３との関係を説明する図である。
【図４】鋼管杭の中空部にセメントミルクやモルタル或いはコンクリートを充填した状態を説明する図である。
【図５】鋼管杭の杭頭部近傍に設けたらせん状羽根の作用を説明する図である
【図６】鉄筋杭の杭頭部に設けた鉄筋籠を説明する図である。
【図７】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図８】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図９】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図１０】杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を他の部分よりも大きくした例を示す図である。
【図１１】鋼管杭をソイルセメント柱体に貫入させる際の貫入速度と回転数の関係を説明する図である。
【図１２】ソイルセメント柱体を造成する装置によって鋼管杭を貫入させる手順を説明する図である。
【図１３】ソイルセメント柱体を造成する装置とは異なる装置によって鋼管杭を嵌入させる手順を説明する図である。
【図１４】攪拌混合装置の例を説明する図である。
【図１５】水平載荷試験の結果を示す図である。
【図１６】鉛直載荷試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ らせん状羽根４の直径
ｄ 鋼管杭の本体の直径
Ｄｃ ソイルセメント柱体の直径
１ 地盤
２ ソイルセメント柱体
３ 鋼管杭
３ａ 底板
３ｂ 杭頭部
４，４ａ，４ｂ らせん状羽根
５ ソイルセメント柱体造成装置
６ 充填物
７ フーチング
８ きれつ
９ 鉄筋籠
９ａ 軸方向鉄筋（縦筋）
９ｂ らせん筋
11 駆動装置
11ａ オーガモータ
11ｂ 回転軸
12 攪拌混合装置
12ａ 掘削翼
12ｂ 攪拌翼
12ｃ 攪拌軸
12ｄ 共回り防止翼
13 治具
14 オーガモータ
15 攪拌部材
16 掘削ビット
17 掘削ロッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木，建築構造物の基礎杭に関し、特に、ソイルセメント柱体の中にらせん状羽根を有する鋼管杭を挿入してなるソイルセメント合成杭の造成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤改良によって造成されたソイルセメント柱体の中に、補強部材として鋼管等を挿入し、杭とする工法がある。このような工法の代表的な例としては、特開昭60-238515号公報に開示された技術（第１公知例）や、特許第2731806号の技術（第２公知例）がある。
【０００３】
第１公知例の技術は、土質固化ミルクを充填しながら杭埋設孔を掘削し、杭埋設孔の下端部を拡大掘削した後、少なくとも下端部にらせん翼を設けた基礎杭を回転させながら貫入させるものである。
【０００４】
また第２公知例の技術は、地盤とセメントミルク等の固化材を攪拌して削孔内を所定深度までソイルセメント化し、削孔底部を、そこまで注入した固化材よりも固化後の圧縮強度が大きくなる固化材で充満させ、掘削・攪拌ロッドを引き上げて、内周面の下部に固化材との付着力を向上させるための突起を有し且つ少なくとも１枚のらせん翼が下端部に設けられている鋼管をソイルセメント化した削孔内に挿入するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１公知例の技術では、底部を拡大させた掘削孔に土質固化ミルクを充填して、下端部にらせん翼を有する基礎杭を回転させながら貫入させるので、拡大掘削するための機構を備える必要があり、通常の地盤改良工法と比較した場合に攪拌混合装置の構造が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また特開昭60-238515号公報の第９図に記載されているように、らせん翼の径は掘削孔の径と略同一であり、鋼管杭の周囲に設けた土質固化ミルクがらせん翼により分断されるため、らせん翼を境界として該らせん翼よりも上方の土質固化ミルクと下方の土質固化ミルクとが夫々独立して挙動し、鋼管との一体性が確保できずに支持力を充分に発揮できない虞がある。
【０００７】
また第２公知例の技術では、ソイルセメント化された地盤内に挿入する鋼管として、内周面の下部に付着力を向上させるための突起を有する特別な鋼管を用いる必要があり、簡単に実施できないという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法は、最下端部にらせん状羽根を有し、杭頭部近傍にらせん状羽根を有し、かつ先端部が閉塞されたらせん状羽根付鋼管杭を地盤中に造成されるソイルセメント柱体にねじり込み、鋼管杭がソイルセメント柱体に貫入するのに従って、鋼管杭によりソイルセメントを加圧することによって形成することを特徴とするものである。
【０００９】
また上記ソイルセメント合成杭の造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭本体の直径をｄとし、らせん状羽根の直径をＤとし、ソイルセメント柱体の直径をＤｃとしたとき、前記らせん状羽根の直径Ｄの範囲が鋼管杭本体の直径ｄの１．５倍乃至３．０倍であり、ソイルセメント柱体の直径Ｄｃの範囲がらせん状羽根の直径Ｄの１．２倍乃至２．５倍であることを特徴とするものである。
【００１０】
また上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭本体の中空部にセメントミルク又はモルタル或いはコンクリートを充填することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部外周のソイルセメント柱体中に補強鉄筋籠を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部近傍のらせん状羽根の間に、補強鉄筋籠を軸方向に配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
また更に、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭の杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を、その他の部分の直径よりも拡大したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記造成方法に於いて、らせん状羽根付鋼管杭のソイルセメント柱体への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、らせん状羽根付鋼管杭のねじり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、Ｖｐの値をＲｐ×ｔｐの値に概略等しくすることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図により本発明の造成方法の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図であり、機械式深層混合処理工法によりソイルセメント柱体を造成する例である。先ず、同図（ａ）に示すように、地盤１に於ける目的の位置にソイルセメント柱体造成装置５を設置し、機械式深層混合処理工法によってソイルセメント柱体２を造成する。同図（ｂ）に示すように、ソイルセメント柱体２を造成した後であって、硬化前に位置出しを行い、同図（ｃ）に示すように、所定位置に複数のらせん状羽根４を設けたらせん状羽根付鋼管杭（以下、単に「鋼管杭」という）３を回転させつつソイルセメント柱体２にねじり込み貫入させる。鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させて両者を一体化することによって、同図（ｄ）に示すようなソイルセメント合成杭が造成される。
【００１７】
ここで、機械式深層混合処理工法とは、セメント或いはセメントを主成分とした固化材と水を混練して作成したスラリーを地盤中に注入しながら、掘削翼と攪拌翼を備えた攪拌混合装置により、地盤とスラリーを機械的に攪拌混合してソイルセメント柱体を造成する地盤改良工法のことをいうものである。
【００１８】
鋼管杭３の先端部は、底板により閉塞されている場合と、開端の場合があり、何れを採用しても良い。鋼管杭３は、最下端部の外周にらせん状羽根４が設けられている。また杭頭部３ｂの近傍の外周にもらせん状羽根４が設けられており、これらのらせん状羽根４を含んで、中間部に複数のらせん状羽根４が設けられている。従って、鋼管杭３には少なくとも２枚のらせん状羽根４が設けられることとなる。
【００１９】
尚、本実施例では、鋼管杭３の最下端部，杭頭部３ｂの近傍以外に２枚のらせん状羽根４が設けられており、全体では４枚のらせん状羽根４が設けられている。
【００２０】
上記鋼管杭３に於いて、底板３ａには図示しない掘削爪を装着することが可能であり、この掘削爪を装着することによって、ソイルセメント柱体２に対する貫入が容易になる。
【００２１】
また鋼管杭３は、単体で用いる場合もあるが、必ずしも単体での使用に限定するものではなく、長手方向に連続させて溶接或いはネジ込み等の手段によって複数本を接続した継杭として用いても良い。
【００２２】
上記の如く構成された鋼管杭３では、下端部が底板３ａによって閉塞されている閉端杭の場合は、鋼管杭３がソイルセメント柱体２に貫入するのに従って貫入した体積分のソイルセメントが加圧され、ソイルセメントの強度を増加させることが可能である。一方、鋼管杭３が大径になった場合には、鋼管杭３の下端部を開端とすることで、ソイルセメント柱体２への貫入を容易にすることが可能となる。
【００２３】
図２は地盤中にソイルセメントを造成する方法の他の例を示すものである。同図（ａ）に示すように、長手方向に所定の間隔を持って複数の攪拌部材15を設けると共に先端部に掘削ビット16を設けた中空状の掘削ロッド17によって地盤１の掘削を開始し、同図（ｂ）に示すように、所定の掘削深さになるまで掘削する。その後、セメントミルクと掘削土を攪拌混合し、同図（ｃ）に示すように掘削ロッド17を引き抜くことで、同図（ｄ）のソイルセメント柱体２が造成される。
【００２４】
上記の如くして造成されたソイルセメント柱体２に対し位置出しを行い、同図（ｅ）に示すように、鋼管杭３を回転させつつソイルセメント柱体２にねじり込み貫入させることによって、同図（ｆ）に示すようなソイルセメント合成杭が造成される。
【００２５】
図３は、ソイルセメント合成杭に於けるソイルセメント柱体２と鋼管杭３との関係を説明する図である。ソイルセメント柱体２と鋼管杭３との一体性や、鉛直荷重の分散性を効率的にするためには、図に示すように、鋼管杭３の本体の直径をｄとし、らせん状羽根４の直径をＤとし、ソイルセメント柱体２の直径をＤｃとしたとき、らせん状羽根４の直径Ｄは鋼管杭３の直径ｄの１．５倍〜３．０倍の範囲に設定されている。
【００２６】
らせん状羽根４の直径Ｄが鋼管杭３の直径ｄの１．５倍未満の場合、荷重は鋼管杭３かららせん状羽根４を介してソイルセメント柱体２に分散されるが、その効果は小さい。特に、らせん状羽根４とソイルセメント柱体２との付着面積が少なくなるため、鋼管杭３とソイルセメント柱体２の一体効果が減少することになる。
【００２７】
またらせん状羽根４の直径Ｄが鋼管杭３の直径ｄの３．０倍を超えてしまうと、らせん状羽根４に発生する曲げ応力が大きくなり、この大きな曲げ応力を鋼管杭３の本体に伝達させるために、らせん状羽根４の厚さを厚くする必要が生じる。更に、らせん状羽根４と鋼管杭３の本体との溶接部分の性能を確保するために、充分な溶接を行なうことが必要となり高価になる。
【００２８】
ソイルセメント柱体２と鋼管杭３との一体性や鉛直荷重の分散性を更に効率的にするために、ソイルセメント柱体２の直径Ｄｃは、らせん状羽根４の直径Ｄの１．２倍〜２．５倍の範囲に設定されている。
【００２９】
ソイルセメント柱体２の直径Ｄｃをらせん状羽根４の直径Ｄの１．２倍未満に設定した場合、ソイルセメント柱体２の周面積が小さくなり、地盤１との摩擦力が小さくなるため、ソイルセメント合成杭の支持力が減少する方向となる。またソイルセメント柱体２の直径Ｄｃをらせん状羽根４の直径Ｄの２．５倍を超えて設定した場合、不必要に広い範囲の地盤１を改良することになり、効果は上記範囲のものと変わらずに材料を多く使うという不経済な結果となる。
【００３０】
図４に示すように、鋼管杭３の内部に形成された中空部には、セメントミルクやモルタル或いはコンクリート等の中から選択された充填物６が充填されている。このように、鋼管杭３の内部に充填物６を充填することで、鋼管杭３の有効断面積を大きくすると共に断面形状の変形を防止することが可能である。この結果、ソイルセメント合成杭が負担し得る鉛直荷重や水平荷重を大きくすることが可能となる。
【００３１】
特に、鋼管杭３の下端部が底板３ａによって閉塞されており、該鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させても鋼管杭３の内部にソイルセメントが入り込むことがない。このため、鋼管杭３の内部は完全に空洞状態にあり、良質なセメントミルク、モルタル、コンクリートを充填することが可能である。
【００３２】
このことから、鋼管杭３の下端部は底板３ａによって閉塞されている構造が好ましい。鋼管杭３の下端部が開端の場合でも杭下端からソイルセメントが鋼管杭３の内部全長にわたって上昇するとは限らない。このような場合に、鋼管杭３の中空部にセメントミルクやモルタル或いはコンクリート等を充填することにより、杭下端部が閉塞された杭の場合と同様に良質な充填物とすることが可能である。従って、本発明は先端が開放された杭にも適用することが可能である。
【００３３】
尚、図に於いて、７は上部建築物の基礎となるフーチングである。
【００３４】
一般に土木・建築構造物の基礎杭には、杭頭部に於いて最も大きな鉛直荷重が作用する。このため、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を有していると、らせん状羽根４の押さえ効果により該らせん状羽根４の下方のソイルセメント柱体２が圧縮され、鉛直荷重に対して鋼管杭３のみならず、ソイルセメント柱体２と共に抵抗することが可能となる。更に、水平荷重に対しても、らせん状羽根４の押さえ効果と、ソイルセメント柱体２による拘束効果とにより水平剛性を高めることが可能となる。
【００３５】
図５（ａ）に示すように鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けた場合と、同図（ｂ）に示すように鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けていない場合について比較する。ここで、杭頭部３ｂの近傍とは、鋼管杭３が接続されているフーチング７、或いは布基礎の底面からおおよそソイルセメント柱体２の直径Ｄｃと等しい範囲内をいうものとする。
【００３６】
同図（ａ）に示すように、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けた場合では、このらせん状羽根４の押さえ効果によって鉛直荷重が滑らかに分散されてソイルセメント柱体２と鋼管杭３が一体となって挙動することが可能である。
【００３７】
これに対し、同図（ｂ）に示すように、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍にらせん状羽根４を設けていない場合では、杭頭部３ａと該杭頭部３ａから見て一番目のらせん状羽根４との間の付着力が切れ、該らせん状羽根４直上のソイルセメント柱体２に輪切り状のきれつ８が生じ、この間の摩擦力が低下することがある。
【００３８】
従って、同図（ａ）に示すように、本実施例に係るソイルセメント合成杭にあっては、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍及び最下端部に夫々らせん状羽根４を設けると共に、両者の間にも複数のらせん状羽根４を設けているため、荷重が各らせん状羽根４から分散し、全体の鉛直支持荷重を大きくすることが可能である。
【００３９】
尚、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍及び最下端部に設けたらせん状羽根４の間に於けるらせん状羽根４の設置間隔は特に限定するものではなく、１ｍ〜３ｍ程度で適宜設定することが可能である。らせん状羽根４の設置間隔を１ｍよりも短くしても摩擦力は増加せず、かえってらせん状羽根４を多く設置することにより高価になる。一方、らせん状羽根４の設置間隔を３ｍよりも長くすると、らせん状羽根４個々の部分でソイルセメント柱体２の圧縮破壊が生じ、支持力を大きくとることができない。
【００４０】
鉛直荷重や水平荷重を支持する場合、鋼管杭３の杭頭部３ｂの周囲に鉄筋籠９を配置してソイルセメント柱体２と一体化させることで、杭頭部３ｂの付近を補強することが可能である。
【００４１】
鉄筋籠９は、図６に示すように、鋼管杭３の軸方向に対し平行に配置された複数の軸方向鉄筋（縦筋）９ａと、鋼管杭３の周方向に配置され縦筋９ａを接続するらせん筋９ｂとによって構成され、縦筋９ａとらせん筋９ｂとの交点は溶接等の手段により接続されている。
【００４２】
上記鉄筋籠９は、予め工場段階で作製しておき、ソイルセメント柱体２に鋼管杭３を貫入させた後、鉄筋籠９をソイルセメント柱体２に挿入し、或いは鋼管杭３を貫入させるのに先立って鉄筋籠９をソイルセメント柱体２に挿入することで、挿入された鉄筋籠９によって鋼管杭３の杭頭部３ｂの付近を補強することが可能である。
【００４３】
鋼管杭３の杭頭部３ｂを補強するに当たり、必ずしも鉄筋籠９を単体として取り扱う必要はなく、予め鋼管杭３を一体化させて構成しても良い。
【００４４】
例えば図７は、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍に設けたらせん状羽根４とこのらせん状羽根４に隣接したらせん状羽根４とに縦筋９ａを差し渡すと共に、これらのらせん状羽根４に溶接等の手段で固着させたものである。また図８は、らせん状羽根４に縦筋９ａを貫通させる孔を形成し、この孔に縦筋９ａを貫通させると共に溶接等の手段で固着させたものである。また図９は、縦筋９ａを取り付けるらせん状羽根４（４ａ）の直径を、縦筋９ａを取り付けることのないらせん状羽根４（４ｂ）の直径よりも大きく設定し、直径の大きいらせん状羽根４ａに縦筋９ａを取り付けたものである。この場合、鉄筋籠９による補強効果をより大きなものとすることが可能である。
【００４５】
図10は、鋼管杭３の杭頭部３ｂの近傍に於けるソイルセメント柱体２の直径をそれ以外の部分（鋼管杭３の中間部分から先端部にかけての部分及びより下側の部分）の直径よりも大きくしたものである。このように、杭頭部３ｂの近傍のソイルセメント柱体２の直径を他の部分の直径よりも大きく形成することによって、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることが可能である。
【００４６】
上記の如く構成された鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる際の方法について図11により説明する。
【００４７】
鋼管杭３のソイルセメント柱体２への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、鋼管杭３のねじり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根４のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる方法としては鋼管杭３が１回転する間に概略らせん状羽根４のピッチ分だけ貫入させる方法、即ち、鋼管杭３のソイルセメント柱体２への貫入速度Ｖｐを概略（Ｒｐ×ｔｐ）とすることが望ましい。ここでいう概略とは、±10％程度の範囲を見込んでおけば良い。鋼管杭３の貫入速度を前記の如く設定することで、鋼管杭３とソイルセメント柱体２との一体性を確保することが可能である。
【００４８】
上記のような適正な貫入速度で貫入させる場合に於いては、らせん状羽根４の効果により鋼管杭３を回転させるだけで、鋼管杭３が抵抗なくソイルセメント柱体２の中に貫入する。しかし、速く貫入させるとソイルセメントを下に押し込むため、抵抗が強くなって貫入しにくくなる。また遅く貫入させると、ソイルセメントを上方へ排出する現象が生じる。これら何れの場合も、良い施工状態とはいえない。
【００４９】
鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる場合、ソイルセメント柱体２を造成した際に用いたソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11を用いる場合と、このソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11とは異なる専用の施工機械を用いる場合とがある。
【００５０】
図12はソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11によって、鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる手順を示すものである。ここで、ソイルセメント柱体造成装置５は、オーガモータ11ａと、該オーガモータ11ａの回転を伝達する回転軸11ｂとからなる駆動装置11と、回転軸11ｂに接続した攪拌混合装置12とによって構成されている。
【００５１】
そして、同図（ａ），（ｂ）に示すように、駆動装置11に攪拌混合装置12を接続して地盤１にソイルセメント柱体２を造成した後、同図（ｃ）に示すように、駆動装置11から攪拌混合装置12を取り外すと共に、該駆動装置11に鋼管杭３を回転圧入させる治具13を取り付け、更に、同図（ｄ）に示すように、治具13に鋼管杭３を取り付ける。次いで、同図（ｅ），（ｆ）に示すように、駆動装置11を駆動して鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させ、その後、鋼管杭３から治具13を切り離すことで、地盤１にソイルセメント合成杭を造成することが可能である。
【００５２】
図13はソイルセメント柱体造成装置５によってソイルセメント柱体２を造成した後、該ソイルセメント柱体造成装置５の駆動装置11とは異なる駆動装置を用いて鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させる場合の手順を示すものである。
【００５３】
同図（ａ），（ｂ）に示すように、ソイルセメント柱体造成装置５によって地盤１にソイルセメント柱体２を造成した後、ソイルセメント柱体造成装置５を撤去し、同図（ｃ）に示すように、駆動装置としてのオーガモータ14に治具13を取り付けてソイルセメント柱体２に対向させて設置する。その後、同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、鋼管杭３を治具13に取り付けると共にオーガモータ14を駆動して鋼管杭３をソイルセメント柱体２に貫入させ、更に、治具13を鋼管杭３から切り離すことで、地盤１にソイルセメント合成杭を造成することが可能である。
【００５４】
機械式深層混合処理工法の場合、地盤１にソイルセメント柱体２を造成する際に用いるソイルセメント柱体造成装置５は、オーガモータ11ａと該オーガモータ11ａの回転力を伝達する回転軸11ｂとからなる駆動装置11を有し、前記回転軸11ｂに攪拌混合装置12を接続して構成されている。
【００５５】
ここで、攪拌混合装置12について図14により説明する。同図（ａ）に示すように、ソイルセメント柱体の造成に用いる攪拌混合装置12は、掘削翼12ａと、攪拌翼12ｂと、攪拌軸12ｃとを有して構成されており、該攪拌軸12ｃが駆動装置11の回転軸11ｂに接続されている。従って、掘削翼12ａを地盤１に圧接させてオーガモータ11ａを駆動することで地盤１を掘削することが可能であり、且つ掘削した地盤１にセメント或いはセメントを主成分とする固化材と水を混練したスラリーを注入して地盤とスラリーを機械的に攪拌混合してソイルセメント柱体２を造成することが可能である。
【００５６】
尚、攪拌混合装置12としては、掘削翼12ａ，攪拌翼12ｂ，攪拌軸12ｃに加えて、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、掘削径よりも大きい径を持った供回り防止翼12ｄを装着することが好ましく、このような供回り防止翼12ｄを装着することによって、攪拌混合装置12によって合理的に地盤とスラリーを攪拌混合することが可能である。また攪拌混合装置12としては、攪拌軸12ｃを正転，逆転させる正逆転機構を備えることが好ましい。
【００５７】
次に、地盤中にソイルセメント柱体２を造成する他の方法（図２に示す方法）を実施する際に用いる装置について図２により説明する。掘削ロッド17は中空のパイプ状に形成されており、外周面の長手方向に所定の間隔を持って複数の攪拌部材15が取り付けられている。また掘削ロッド17の先端部には地盤を掘削する掘削ビット16が設けられている。
【００５８】
そして、掘削ロッド17の中空部を通して適宜掘削水を吐出しつつ、同図（ｂ）に示すように所定の深さまで掘削し、次いで、同図（ｃ）に示すように掘削ロッド17の中空部からセメントミルクを吐出しつつ掘削ロッド17を回転させると共に上下動させることで、攪拌部材15によって既に掘削された地盤と吐出されたセメントミルクを攪拌混合し、これにより、掘削孔内をソイルセメントとする。従って、同図（ｄ）は掘削孔の全長にわたってソイルセメント化されることで造成されたソイルセメント柱体２を示している。
【００５９】
図15は、機械式深層混合処理工法により造成したソイルセメント合成杭を水平載荷試験した結果得られた水平荷重に対する水平変位量を示すものである。図に於いて、20はソイルセメント柱体２に最下端部及び杭頭部近傍３ｂと該杭頭部近傍３ｂを含む複数の位置にらせん状羽根４を設けた鋼管杭３を貫入させて構成したソイルセメント合成杭の水平荷重に対する水平変位量を示し、21は鋼管杭３の杭頭部３ｂに鉄筋籠９を配置して補強したソイルセメント合成杭の水平荷重に対する水平変位量を示すものである。また、22は鋼管杭３のみの水平荷重に対する水平変位量を示すものである。
【００６０】
図に示すように、本実施例に係るソイルセメント合成杭では、鉄筋籠９がなくとも充分に水平耐力を向上させることが可能であり、鉄筋籠９を配置することによって更に水平耐力を向上させることが可能である。
【００６１】
図16は、機械式深層混合処理工法により造成したソイルセメント合成杭を鉛直載荷試験した結果得られた鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。図に於いて、23はソイルセメント柱体２に最下端部及び杭頭部近傍３ｂと該杭頭部近傍３ｂを含む複数の位置にらせん状羽根４を設けた鋼管杭３を貫入させて構成したソイルセメント合成杭の鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。また、24は鋼管杭３のみの鉛直荷重に対する杭頭の鉛直変位量を示すものである。
【００６２】
同図から明らかなように、本実施例に係るソイルセメント合成杭では、鋼管杭３のみの場合に比べて鉛直支持力を大きくとることが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法では、ソイルセメント柱体と鋼管杭とが一体化し、らせん状羽根から滑らかに荷重が伝達されるため、地盤との間で大きな摩擦力を発揮することが出来る。特に、鋼管杭の杭頭部の近傍にらせん状羽根を設けることにより、前記杭頭部の近傍に設けたらせん状羽根に隣接したらせん状羽根の直上のソイルセメント柱体に輪切り状のきれつが生じることがない。
【００６４】
またソイルセメント柱体に貫入される鋼管杭は、下端部が底板によって閉塞されている場合には、該鋼管杭がソイルセメント柱体に貫入した体積分、ソイルセメントを加圧し、これにより、ソイルセメントの強度を向上させることが出来る。
【００６５】
また鋼管杭の径が大径となった場合、下端部を開端とすることにより、ソイルセメント柱体への貫入を容易に行なうことが出来る。
【００６６】
また鋼管杭の内部に形成された中空部にセメントミルク，モルタル，コンクリートを選択的に充填することで、鉛直耐力のみならず、水平耐力も向上させることが出来る。
【００６７】
鋼管杭の杭頭部に補強鉄筋籠を設けることで、水平力が作用したときにソイルセメントが拘束されて鋼管杭と一体化し、水平耐力を向上させることが出来る。
【００６８】
更に、杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を、それ以外の部分の直径よりも大きく形成することによって、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることが出来る。
【００６９】
更に、鋼管杭のソイルセメント柱体への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、鋼管杭の捩じり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、らせん状羽根のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、Ｖｐの値をＲｐ×ｔｐの値に概略等しくすることにより、鋼管杭を滑らかにソイルセメント柱体中に貫入させ、一体化させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図である。
【図２】他の実施例に係る造成方法の施工工程の概要を示す地盤の断面図である。
【図３】ソイルセメント合成杭に於けるソイルセメント柱体２と鋼管杭３との関係を説明する図である。
【図４】鋼管杭の中空部にセメントミルクやモルタル或いはコンクリートを充填した状態を説明する図である。
【図５】鋼管杭の杭頭部近傍に設けたらせん状羽根の作用を説明する図である
【図６】鉄筋杭の杭頭部に設けた鉄筋籠を説明する図である。
【図７】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図８】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図９】鉄筋籠の他の例を説明する図である。
【図１０】杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を他の部分よりも大きくした例を示す図である。
【図１１】鋼管杭をソイルセメント柱体に貫入させる際の貫入速度と回転数の関係を説明する図である。
【図１２】ソイルセメント柱体を造成する装置によって鋼管杭を貫入させる手順を説明する図である。
【図１３】ソイルセメント柱体を造成する装置とは異なる装置によって鋼管杭を嵌入させる手順を説明する図である。
【図１４】攪拌混合装置の例を説明する図である。
【図１５】水平載荷試験の結果を示す図である。
【図１６】鉛直載荷試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ らせん状羽根４の直径
ｄ 鋼管杭の本体の直径
Ｄｃ ソイルセメント柱体の直径
１ 地盤
２ ソイルセメント柱体
３ 鋼管杭
３ａ 底板
３ｂ 杭頭部
４，４ａ，４ｂ らせん状羽根
５ ソイルセメント柱体造成装置
６ 充填物
７ フーチング
８ きれつ
９ 鉄筋籠
９ａ 軸方向鉄筋（縦筋）
９ｂ らせん筋
11 駆動装置
11ａ オーガモータ
11ｂ 回転軸
12 攪拌混合装置
12ａ 掘削翼
12ｂ 攪拌翼
12ｃ 攪拌軸
12ｄ 共回り防止翼
13 治具
14 オーガモータ
15 攪拌部材
16 掘削ビット
17 掘削ロッド
Claims (8)
- 最下端部にらせん状羽根を有し、杭頭部近傍にらせん状羽根を有し、かつ先端部が閉塞されたらせん状羽根付鋼管杭を地盤中に造成されるソイルセメント柱体にねじり込み、鋼管杭がソイルセメント柱体に貫入するのに従って、鋼管杭によりソイルセメントを加圧することによって形成することを特徴とするソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭は、中間部に前記らせん状羽根を有することを特徴とする請求項１に記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭本体の直径をｄとし、前記らせん状羽根の直径をＤとし、前記ソイルセメント柱体の直径をＤｃとしたとき、前記らせん状羽根の直径Ｄの範囲が前記らせん状羽根付鋼管杭本体の直径ｄの１．５倍乃至３．０倍であり、ソイルセメント柱体の直径Ｄｃの範囲がら前記せん状羽根の直径Ｄの１．２倍乃至２．５倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭本体の中空部にセメントミルク又はモルタル或いはコンクリートを充填することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭の前記杭頭部外周のソイルセメント中に補強鉄筋籠を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭の前記杭頭部近傍の前記らせん状羽根の間に、補強鉄筋を軸方向に配置したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭の前記杭頭部近傍のソイルセメント柱体の直径を、その他の部分の直径よりも拡大したことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
- 前記らせん状羽根付鋼管杭のソイルセメント柱体への貫入速度をＶｐ（ｍ／分）、前記らせん状羽根付鋼管杭のねじり込み時の回転数をＲｐ（回／分）、前記らせん状羽根のらせんピッチをｔｐ（ｍ）としたとき、Ｖｐの値をＲｐ×ｔｐの値に概略等しくすることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載したソイルセメント合成杭の造成方法。
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