JP4635725B2 - 杭の施工システム - Google Patents

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本発明は、地盤を掘削して鋼管を打設し、この鋼管を用いて杭を施工する杭の施工システムに関するものである。
例えば、特許文献1には、下端面に掘削ビットを有する鋼管と、鋼管の内部を掘削するために鋼管内部の下端位置に、脱着可能に配設される掘削部材と、鋼管を回転させ、地盤に圧入するための回転圧入機とを備えるコンクリート杭の掘削システムが開示されている。これは、回転圧入機にて鋼管を回転させることにより、鋼管と掘削部材とを回転させて地盤を掘削するとともに、鋼管を地盤内に圧入するものである。
特開2004−211500号公報
しかしながら、特許文献1に記載されている方法では、鋼管の径が大きくなり、あるいは鋼管が長くなると、鋼管の周面と地盤との間で生じる周面摩擦力が大きくなるために回転圧入機の回転力を十分に掘削部材に作用させることができず、硬質な地盤の掘削が困難になるという問題点があった。
また、硬質な地盤を掘削するための十分な回転力を鋼管を介して掘削部材に与える際に、この回転力に対抗するために必要な鋼管板厚が、杭としての必要な鋼管板厚よりも大きくなってしまう場合があるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼管の径及び長さに関わらず硬質の地盤に圧入可能で、かつ、経済性に優れた杭の施工システムを提供することである。
前記目的を達成するため、本発明は、地中に鋼管を設置し、この鋼管を用いて杭を施工する杭施工システムにおいて、地盤内に回転させて圧入する鋼管の下端部の下方位置に取り付けられる、前記鋼管の内部の下方位置に設けられる主掘削部と、前記鋼管の端面の下方位置に設けられる周縁掘削部とで構成した掘削部材と、前記鋼管を回転駆動する第1の駆動装置と、前記掘削部材を駆動する、前記第1の駆動装置とは別個の第2の駆動装置とを備え、前記周縁掘削部は、鋼管の内側へ回動可能に構成され、鋼管の内部から下方へ出た状態では。バネ力にて前記鋼管の下端まで拡径し、前記掘削部材が引き上げられると前記鋼管の下端面に当接して内側へ回動することを特徴とする。
本発明による杭の施工方法によれば、掘削部材と鋼管とを別個の駆動装置で回転駆動させるために、例えば、硬質の地盤を掘削する等の掘削部材の回転駆動に大きな回転力が必要な場合においても、必要な動力を確実に確保でき、効率的な施工が可能である。
また、掘削部材と鋼管とを別個の駆動装置で回転駆動するために、所定の深さまでは鋼管と掘削部材の双方を駆動して鋼管杭とし、所定の深さ以深は掘削部材のみを回転駆動して掘削し、鉄筋コンクリート杭とできる等、杭施工の自由度を高めることが可能である。
さらに、掘削部材と鋼管とを別個の駆動装置で回転駆動することにより、それぞれに必要な回転力を有する駆動装置とすればよいために、それぞれの駆動装置を小型化することが可能である。
そして、掘削部材が周縁掘削部を備えることにより、鋼管は地盤を掘削せず、地盤を掘削する際の回転力に対抗する必要が無いために、鋼管の板厚を杭として必要な最小限の厚さにすることが可能である。
また、掘削部材にて所定の深さまで掘削した後に、周縁掘削部は、鋼管内側へ回動可能な機構を有するために、鋼管内を挿通させる際の周縁掘削部と鋼管との干渉を防止し、掘削部材を円滑に回収することが可能である。
さらに、周縁掘削部は、鋼管内側へ回動可能な機構を有することにより、地上に回収され、周縁掘削部の端部に備えられる掘削ビットを再利用することができるために、コストを削減することが可能である。
地盤に圧入した鋼管内にコンクリートを打設して鋼管巻きコンクリート杭とすることにより、鋼管の局部座屈の発生がコンクリートにより阻止され、かつ、コンクリートが鋼管により側方圧縮拘束を受けるとともに、脆性崩壊や剥落が防止されるために、鋼管巻きコンクリートが破壊するまでの吸収エネルギー、靱性が大きくなり、耐震性が優れている。
また、コンクリートを打設するとともに、地盤に圧入した鋼管を引き抜くことにより、一般的な場所打ちコンクリート杭となるために、特別な機材や技量を必要としない。
杭を地盤内に設ける工法は、杭を地表から軟質な地層を貫通して硬質な地層まで到達させることにより強固な支持力を得る方法であり、以下、本発明に係る杭の施工方法及び施工システムの好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るコンクリート杭の施工システムを示す図であり、図2は、本実施形態に係る掘削部材を示す図である。図1に示すように、コンクリート杭の施工システム2は、鋼管4の下端部の下方位置に取り付けられる掘削部材6と、鋼管4を回転駆動する第1の駆動装置としての全旋回圧入機8と、掘削部材6を駆動する第2の駆動装置としてのリバース掘削機14とを備える。
全旋回圧入機8は、鋼管4を回転させるとともに地盤E内に圧入するための装置であって、鋼管4を握持し、回転させるための回転部10と、鋼管4を圧入させるための圧入部12とを備える。圧入部12は、複数のパワージャッキを有し、すべてのパワージャッキの伸縮動作を制御する。
リバース掘削機14は、クローラ走行式のベースマシン16と、このベースマシンに対して可倒式に支持されたアーム部18と、このアーム部18に対して昇降可能に設置される回転圧入部20とを備える。回転圧入部20は、掘削部材6を回転させるとともに地盤E内に圧入するための装置であって、掘削部材6に接続されるロッド22を介して掘削部材6を回転させるための油圧ポンプ24と、ロッド22を介して掘削部材6を地盤E内に圧入させるためのテレスコジャッキ26とを備える。
掘削部材6は、図2に示すように、鋼管4の内部の下方位置に設けられる主掘削部としての掘削翼28と、鋼管4の端面の下方位置に設けられる周縁掘削部としてのリバースヘッド30とにより構成され、掘削翼28はリバースヘッド30の下端側に脱着可能に連結される。
掘削翼28は、掘削により生じるズリを吸い込むための吸い込み口32と、吸い込んだズリを挿通させるための円筒部34と、円筒部34の中心から等間隔の角度で放射状に配設される複数の翼部36と、各翼部36の下端部に脱着可能に取り付けられる複数の掘削ビット38とを備え、鋼管4の内側部分の地盤E1を掘削する。
リバースヘッド30は、円筒部34の上端に接続され、掘削翼28にて吸い込まれたズリを挿通させるための円筒部40と、円筒部40の中心から等間隔の角度で放射状に配設される3本の腕部42と、各腕部42の先端部に鋼管4の内側へ回動可能に設置される回動部44と、この回動部44の下端部に脱着可能に取り付けられる複数の掘削ビット46とを備え、鋼管4の下端面の下方部分の地盤E2を掘削する。回動部44は、バネ等の弾性力を利用して鋼管4の内側へ回動可能に構成され、掘削の際は、バネの引張力にて鋼管の下端面の下方まで拡径しているが、掘削部材6が引き上げられる際は、鋼管4の下端面に当接し、鋼管4の内側へ回動して鋼管4の内部へ縮径する。
また、掘削部材6はロッド22を介してリバース掘削機14の油圧ポンプ24に接続されており、この油圧ポンプ24を駆動させてロッド22を回転させることにより回転力を掘削部材6の掘削翼28及びリバースヘッド30に伝達する。さらに、リバース掘削機14のテレスコジャッキ26を伸張させることにより掘削翼28及びリバースヘッド30を地盤Eに押し付けて掘削を行う。掘削翼28が鋼管4の内側部分となる地盤E1を掘削し、リバースヘッド30が鋼管4の端面下方部分となる地盤E2を掘削し、互いに深度の異なる地盤Eを掘削する。
さらに、ロッド22の上端はスイベル48を介して吸引ポンプ50に接続されており、掘削により生じるズリを掘削翼28の吸い込み口32から吸引し、掘削翼28及びリバースヘッド30の各円筒部34、40内部とロッド22内部とを挿通させ、杭孔52外に排出する。
次に、掘削部材6を用いたコンクリート杭の施工方法について施工手順にしたがって説明する。なお、発明の理解の便宜上、本実施形態においては、線路の高架下におけるコンクリート杭の施工方法について説明するが、本発明の適用対象は線路の高架下に限定されるものではなく、コンクリート杭を設置する工事一般に広く適用が可能である。
図3〜7は、本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。図3に示すように、鋼管4を埋設する位置の地盤Eを平坦にして作業ステージ54を形成し、この作業ステージ54の側壁の崩落を防ぐために土留め壁56を設け、さらに、作業ステージ54の崩落を防ぐために口元管58を打設する。
そして、図4に示すように、ロッド22が接続された掘削部材6を門形クレーン60等により吊り下げながら全旋回圧入機8の内側を挿通させて口元管58内に挿入し、杭孔52の孔底に掘削翼28を着底させる。次に、鋼管4を門形クレーン60等により起立させた状態にて吊り下げながら鋼管4の内部にロッド22を挿通させるとともに、鋼管4を全旋回圧入機8の内側を挿通させて口元管58内に挿入する。鋼管4を挿入する際は、鋼管4の下端面が掘削部材6のリバースヘッド30よりもやや浅い深度に達したら挿入を停止し、鋼管4の外周を全旋回圧入機8にて握持する。そして、ロッド22の上部付近をリバース掘削機14の油圧ポンプ24に接続し、ロッド22の上端をスイベル48を介して吸引ポンプ50に接続する。
地盤Eを掘削する際は、リバース掘削機14にてロッド22を介して掘削翼28及びリバースヘッド30を回転させて地盤Eを掘削するとともに、全旋回圧入機8にて鋼管4を回転させ、掘削部材6の掘進速度に追随させながら圧入する。この時、掘削翼28の先端部の吸い込み口32からズリを含む泥水を地上に設けた吸引ポンプ50にて吸引し、掘削翼28及びリバースヘッド30の各円筒部34、40とロッド22内部とを通過させ、地上の泥水処理装置(図示せず)に搬出する。ここで、ズリの吸引を容易にするために鋼管4内に水を注入し、泥水として吸引する。
掘削が進行して鋼管4が地盤内に埋設されると、ロッド22の上端に新たなロッド22を連結するとともに、新たな鋼管4を門形クレーン60等により吊り下げながら起立させてロッド22を鋼管4内に挿通させ、埋設された鋼管4の上端面に新たな鋼管4の下端面を突き当て、溶接して接続する。
埋設された鋼管4の上部に新たな鋼管を連結した後は、再び掘削を開始し、図5に示すように、鋼管4の下端面が所定の深度に達するまで繰り返す。鋼管4の下端面が所定の深度まで到達したら、掘削部材6の回転を停止し、鋼管4に押圧を加えて鋼管4の下端面が確実に着座していることを確認する。そして、リバース掘削機14のテレスコジャッキ26を収縮し、掘削部材6を地上に向かって移動させると、リバースヘッド30の回動部44が鋼管4の下端面に当接して鋼管4の内側へ回動し、リバースヘッド30が縮径される。この状態で連結されたロッド22を順次取り外して掘削部材6を鋼管4内部を挿通させ、地上に引き上げる。
次に、中空状態となった杭孔52の底部に貯留するスライムを除去し、図6に示すように、鋼管4内にコンクリート打設用のトレミー管62を杭孔52の孔底まで挿入し、孔底からコンクリートを打設するとともに、トレミー管62を引き抜き、図7に示すように、杭孔52の孔口までコンクリートCを打設する。杭孔52の孔口付近に打設されたコンクリートCは、硬化する前にコンクリートCの上部分をバキューム等で吸い取り、ブリージング対策を行う。
なお、本実施形態において、鋼管4内に鉄筋籠を設置せずにコンクリートCを打設する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、鋼管4内部に鉄筋籠を挿入し、その後にコンクリートを打設する方法を用いてもよい。
本実施形態におけるコンクリート杭の施工方法によれば、掘削部材6及び鋼管4はそれぞれリバース掘削機14及び全旋回圧入機8の別個の駆動装置で回転駆動させるために、掘削部材6の回転駆動に大きな回転力が必要な場合においても、必要な動力を確保でき、効率的な施工が可能である。また、掘削部材6と鋼管4とを別個の駆動装置で回転駆動することにより、それぞれに必要な回転力用の駆動装置とすればよいために、それぞれの駆動装置を小型化して高架橋の下等の狭い場所でもコンクリート杭を設置することが可能である。
そして、リバースヘッド30を備えることにより、鋼管4は地盤Eを掘削せず、地盤Eを掘削する際の回転力に対抗する必要が無いために、鋼管4の板厚は、杭として必要な最小限の厚さとすることが可能である。また、リバースヘッド30は、鋼管4内側へ回動可能な回動部44を有するために、鋼管4内を挿通させる際のリバースヘッド30と鋼管4との干渉を防止して掘削部材6を円滑に回収することが可能である。また、リバースヘッド30は、鋼管4内側へ回動可能な機構を有するために、地上に回収され、回動部44に備えられる掘削ビット46を再利用することができるために、コストを削減することが可能である。
さらに、地盤Eに圧入した鋼管4内にコンクリートCを打設して鋼管巻きコンクリート杭とすることにより、鋼管4の局部座屈の発生がコンクリートCにより阻止され、かつ、コンクリートCが鋼管4により側方圧縮拘束を受けるとともに、脆性崩壊や剥落が防止されるために、鋼管巻きコンクリートが破壊するまでの吸収エネルギー、靱性が大きくなり、耐震性が優れている。
次に、本発明におけるコンクリート杭の施工方法及び掘削部材の参考例について説明する。下記に示す説明において、上記実施形態と同様の技術を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して、説明を省略する。
図8は、本発明の第一参考例に係る掘削部材の概略図である。本参考例におけるコンクリート杭施工システム63は、鋼管4の下端部の下方位置に取り付けられる掘削部材64と、全旋回圧入機8と、リバース掘削機14とを備える。掘削部材64は、図8に示すように、掘削翼28と、鋼管4の端面の下方位置に設けられる周縁掘削部としてのリバースヘッド66とにより構成され、掘削翼28はリバースヘッド66の下端側に脱着可能に連結される。
リバースヘッド66は、円筒部40と、3本の腕部42と、外形がテーパー形状を有し、各腕部42の先端部に鋼管4の内側へ回動可能に設置される回動ビット68とを備え、鋼管4の端面の下方部分の地盤E2を掘削する。回動ビット68は、バネ等の弾性力を利用して鋼管4の内側へ回動可能に構成され、掘削の際は、バネの引張力にて鋼管の下端面の下方まで拡径している。そして、掘削部材6が引き上げられる際は、まず、リバースヘッド66を掘削回転方向に対して反対方向に回転させることにより回動ビット68を内側へ略回動させ、次に、掘削部材64を引き上げて回動ビット68のテーパー形状部分を鋼管4の下端面に当接し、さらに、掘削部材64を引き上げるとともに、このテーパー形状を利用して回動ビット68を鋼管4内に介挿して鋼管4の内部へ縮径する。
掘削部材64は、第一実施形態と同様に、ロッド22を介してリバース掘削機14に接続されており、このリバース掘削機14の油圧ポンプ24を駆動させてロッド22を介して回転力を掘削部材64の掘削翼28及びリバースヘッド66に伝達する。さらに、リバース掘削機14のテレスコジャッキ26を伸張させることにより掘削翼28及びリバースヘッド66を地盤Eに押し付けて掘削を行う。掘削翼28が鋼管4の内側部分となる地盤E1を掘削し、リバースヘッド66が鋼管4の端面下方部分となる地盤E2を掘削し、互いに深度の異なる地盤Eを掘削する。
次に、掘削部材64を用いたコンクリート杭の施工方法について施工手順にしたがって説明する。
参考例においても、上記実施形態と同様に、鋼管4を圧入する位置に口元管58を打設し、ロッド22が接続された掘削部材64を門形クレーン60等により吊り下げながら全旋回圧入機8の内側を挿通させて口元管58内に挿入し、杭孔52の孔底に掘削翼28を着底させる。次に、鋼管4を門形クレーン60等により起立させた状態にて吊り下げながら鋼管4の内部にロッド22を挿通させるとともに、鋼管4を全旋回圧入機8の内側を挿通させて口元管58内に挿入し、所定の深度まで挿入したら挿入を停止し、鋼管4の外周を全旋回圧入機8にて握持する。そして、ロッド22の上端をスイベル48を介して吸引ポンプ50に接続する。
地盤Eを掘削する際は、リバース掘削機14にてロッド22を介して掘削翼28及びリバースヘッド66を回転させて地盤Eを掘削するとともに、全旋回圧入機8にて鋼管4を回転させ、掘削部材64の掘進速度に追随させながら圧入する。
掘削部材64にて地盤Eを掘削するとともに、鋼管4を圧入し、鋼管4の下端面が所定の深度に到達するまで掘削する。
なお、本参考例においては、まず、掘削部材64を口元管58内に挿入し、次に、鋼管4を口元管58内に挿入する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、口元管58に挿入する順番を逆にして、まず、鋼管4を口元管58内に挿入し、次に、掘削部材64の回動ビット68を鋼管の内側に回動させてリバースヘッド66を縮径させ、掘削部材64を鋼管4内に挿通させてもよい。
そして、所定の深度まで掘削した後は、リバースヘッド66を掘削回転方向に対して反対方向に回転させ、回動ビット68を内側へ回動させてリバースヘッド66を縮径し、この状態でリバース掘削機14のテレスコジャッキ26を収縮し、鋼管4内部を挿通させて地上へ引き上げる。
図9、10は、本参考例に係る掘削部材を杭孔内から搬出した後のコンクリート杭の施工手順を示す図である。
杭孔52の底部に貯留するスライムを除去した後に、図9に示すように、鋼管4の内径より略小さい外径を有する円筒形状の鉄筋籠70を全深度わたって鋼管4内に挿入する。
そして、図10に示すように、鋼管4内にコンクリート打設用のトレミー管62を杭孔52の孔底まで挿入し、鋼管4の下端部からコンクリートを打設するとともに、鋼管4及びトレミー管62を引き抜き、杭孔52の孔口までコンクリートCを打設する。
参考例におけるコンクリート杭の施工方法によれば、コンクリートCを打設するとともに、地盤Eに圧入した鋼管4を引き抜くことにより、一般的な場所打ちコンクリート杭となるために、特別な機材や技量を必要としない。
図11は、本発明の第二参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。本参考例においても、第一及び第一参考例と同様に、掘削部材6(64)にて地盤Eを掘削するとともに、鋼管4を圧入し、鋼管4の下端面が所定の深度に到達するまで掘削する。鋼管4の下端面が所定の深度に到達したら掘削部材6(64)の回転を停止する。そして、リバース掘削機14のテレスコジャッキ26を収縮し、リバースヘッド30(66)を縮径させ、掘削部材6を、鋼管4内を挿通させて地上へ引き上げる。
地上にて掘削部材6(64)からリバースヘッド30(66)を取り外して、今度は掘削翼28とロッド22とを接続し、再び鋼管4内部を挿通させ、杭孔52の孔底まで挿入する。
図12に示すように、リバース掘削機14にてロッド22を介して掘削翼28を回転させて鋼管4の内側部分となる地盤E1を掘削する。掘削翼28が所定の深度に到達したら、掘削翼28の回転を停止し、掘削を終了する。そして、前記と同様に、リバース掘削機14のテレスコジャッキ26を収縮し、掘削翼28を、鋼管4内部を挿通させて地上へ引き上げる。
杭孔52の底部に貯留するスライムを除去した後に、図13に示すように、掘削翼28の内径より略小さい外径を有する円筒形状で、杭孔52の孔底から鋼管4の下端部の一部が重なる程度までの長さの鉄筋籠72を挿入する。
そして、コンクリート打設用のトレミー管62を杭孔52の孔底まで挿入し、杭孔52の孔底部からコンクリートCを打設するとともに、トレミー管62を引き抜き、図14に示すように、杭孔52の孔口までコンクリートCを打設する。
なお、本参考例において、杭孔52の孔底から鋼管4の下端部の一部が重なる程度までの長さの鉄筋籠72を挿入する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、杭孔52の孔底から鋼管4の上端部までの長さの鉄筋籠72を挿入する方法を用いてもよい。
参考例におけるコンクリート杭の施工方法によれば、掘削部材6(64)と鋼管4とを別個の駆動装置で回転駆動することにより、所定の深さまでは鋼管4と掘削部材6(64)の双方を駆動して鋼管4巻きコンクリート杭とし、所定の深さ以深は掘削部材6(64)のみを回転駆動して掘削し、鉄筋コンクリート杭とできる等、杭施工の自由度を高めることが可能である。
なお、上述した実施形態及び参考例において、鋼管4を回転させる方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、軟質な地層を掘削する際に、鋼管4を回転させなくても圧入するだけで地盤E内に挿入することが可能である場合等においては、回転させなくてもよい。
本発明の一実施形態に係るコンクリート杭の施工システムを示す図である。 本実施形態に係る掘削部材の概略図である。 本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。 本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。 本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。 本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。 本実施形態に係る鋼管巻コンクリート杭の施工手順を示す図である。 本発明の第一参考例に係る掘削部材の概略図である。 参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。 参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。 本発明の第二参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。 本発明の第二参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。 本発明の第二参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。 本発明の第二参考例に係るコンクリート杭の施工手順を示す図である。
符号の説明
2 コンクリート杭の施工システム 4 鋼管
6 掘削部材 8 全旋回圧入機
10 回転部 12 圧入部
14 リバース掘削機 16 ベースマシン
18 アーム部 20 回転圧入部
22 ロッド 24 油圧ポンプ
26 テレスコジャッキ 28 掘削翼
30 リバースヘッド 32 吸い込み口
34 円筒部 36 翼部
38 掘削ビット 40 円筒部
42 腕部 44 回動部
46 掘削ビット 48 スイベル
50 吸引ポンプ 52 杭孔
54 作業ステージ 56 土留め壁
58 口元管 60 門形クレーン
62 トレミー管 63 コンクリート杭の施工システム
64 掘削部材 66 リバースヘッド
68 回動ビット 70 鉄筋籠
72 鉄筋籠
C コンクリート E 地盤
E1 鋼管の内側部分となる地盤 E2 鋼管の端面下方部分となる地盤

Claims (1)

  1. 地中に鋼管を設置し、この鋼管を用いて杭を施工する杭の施工システムにおいて、
    地盤内に回転させて圧入する鋼管の下端部の下方位置に取り付けられる、前記鋼管の内部の下方位置に設けられる主掘削部と、前記鋼管の端面の下方位置に設けられる周縁掘削部とで構成した掘削部材と、
    前記鋼管を回転駆動する第1の駆動装置と、
    前記掘削部材を駆動する、前記第1の駆動装置とは別個の第2の駆動装置とを備え
    前記周縁掘削部は、鋼管の内側へ回動可能に構成され、鋼管の内部から下方へ出た状態ではバネ力にて前記鋼管の下端まで拡径し、前記掘削部材が引き上げられると前記鋼管の下端面に当接して内側へ回動することを特徴とする杭の施工システム。
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