JP4664157B2

JP4664157B2 - 羽根付き鋼管杭及びソイルセメント合成杭の造成方法

Info

Publication number: JP4664157B2
Application number: JP2005252936A
Authority: JP
Inventors: 浩村上; 京太郎富田; 栄二郎溝口; 浩二橋本
Original assignee: Tenox Corp; Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Tenox Corp; Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP2007063881A

Description

本発明は、羽根付き鋼管杭及びそれを用いたソイルセメント合成杭の造成方法に関するものである。

従来、ソイルセメント柱状体の中に、羽根付き鋼管杭を埋設してなる杭については、本出願人が既に出願している特許文献１に記載されている。この方法は、掘削に伴う排土が少なく、羽根付き鋼管杭とソイルセメント柱状体及び地盤が一体化するために、杭の鉛直耐力、水平耐力が大きくなることが特徴である。また、振動・騒音が少ないという特徴がある。

しかし、施工上の問題として次のような解決すべき課題が存在した。ソイルセメント柱状体の施工前に予め杭心位置にほぼ直角２方向に「逃げ心」を設置しておき、杭心位置と中心軸を合わせてソイルセメント柱状体の造成を行った後に、ソイルセメント柱状体に羽根付き鋼管を挿入するとき、改めて距離設定棒を用いて該逃げ心位置と羽根付き鋼管杭表面との距離を計測し、その距離が許容値に収まるようにするので、手間がかかり精度も悪い。

図８は従来の杭心合わせを説明する図であり、羽根付き鋼管杭１を設置すべき中心位置から等距離の位置に直角２方向に逃げ心51ａ，51ｂを設置し、距離設定棒52ａ，52ｂを用いて、鋼管杭１の外周表面の所定の位置に距離設定棒52ａ，52ｂが接触していることにより、杭心が所定の位置にあることを確認するものであった。

一方、羽根付き鋼管杭の先端部分の構造に関しては、特許文献２〜４に言及があるが、これらの特許文献２〜４に開示されている鋼管杭の先端部分の構造は、地盤を掘削する際の効率を向上させるための、いわゆる掘削刃に関するものである。

また、特許文献５に開示されている多翼円錐状鋼管杭の先端部は、最下端の羽根の下部に鋼管本体部を延長させた部分を設けたものであり、鋼管杭の実質的な先端部分の構造に関するものではない。

特開２００１−３１７０５０号公報特公平０７−０９９０２１号公報特許第２８４３５４２号公報特許第３４５０７７４号公報実用新案登録第２５９０１５７号公報

しかしながら、前述の従来例において、図８に示した逃げ心と距離設定棒を用いた杭心合わせ方法では、鋼管杭１が所定の位置からずれている場合は、該鋼管杭１を一度引抜いて再度逃げ心から距離設定棒を用いて杭心合わせをしてから鋼管杭１を杭心に合わせて施工し直し、逃げ心位置と羽根付き鋼管杭１の表面との距離を計測し、その距離が許容値に収まるようにする必要があるので、鋼管杭１の施工に手間がかかり、精度も必ずしも満足出来るものではなかった。

また、まだ固まらないソイルセメント柱状体の中に羽根付き鋼管杭１を挿入するので、杭回転時にブレが生じ、杭心ずれが発生し易い。特に、施工機械本体に装着された振れ止め装置を使用出来ない短い鋼管杭１の場合、羽根付き鋼管杭１埋設の初期に大きな心ずれが生じるという問題があった。

更に、鋼管杭１先端部の羽根が１枚の螺旋状板で構成されており、平面図形的に非対称であるため、羽根をソイルセメント中に回転挿入するときに羽根が一方向からのみ抵抗を受けて鋼管杭１が偏心しやすいという問題があった。

また、特許文献２〜５の技術を用いたとしても、鋼管杭１の杭心ずれを効果的に防止することが出来ないという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、ソイルセメント柱状体に羽根付き鋼管杭を挿入するにあたり、杭心位置に簡単正確に位置決め出来、回転埋設中にブレが生じず、偏心、杭心ずれが生じにくい羽根付き鋼管杭及びこれを用いたソイルセメント合成杭の造成方法を提供せんとするものである。

本発明者等は、前記課題を解決するために研究を行った結果、羽根付き鋼管杭の先端部に新たな構造を付加することによりその目的が達せられることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。

即ち、前記目的を達成するための本発明に係る羽根付き鋼管杭は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根を有し、杭心に沿って杭先端部より突出した円筒状の導入体を有することを特徴とする。

本発明において対象とする羽根付き鋼管杭は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根を有していれば良く、杭頭部に螺旋状の羽根を更に有していても、中間部に螺旋状の羽根を更に有していても良い。従って、先端部のみに螺旋状の羽根を有したものでも、先端部と頭部に螺旋状の羽根を有したものでも、先端部と中間部に螺旋状の羽根を有したものでも、先端部と中間部と頭部に螺旋状の羽根を有したものでも、本発明の対象とする羽根付き鋼管杭である。

尚、導入体として好ましい構造は、杭径（羽根部を除く杭本体の軸径）よりも小さな幅を有するもので、代表的な形状としては円筒形、円柱形のものがあり、これらの形状で更に、先端部に行くに従って幅（或いは径）が小さくなるものや、杭先端の掘削刃よりも下方にその径よりも幅狭の板状突起物や棒状突起物が設けられている構造が適用可能である。

勿論、これらの突起物は、杭の軸心と一致するように設けられており、従って、先端部の杭心に沿って杭先端部から突出した構造となっている。また、これらの導入体は、杭径（羽根部を除く杭本体の軸径）よりも小さな幅や径を有しているために杭を挿入するための掘削刃の役目は有していない。それ故、掘削性能を有するねじ状態にする必要が無く、導入体は単に突出する構造であれば良いのであり、製作し易い構造である。

また、杭先端から直接突出する場合でも、掘削刃先端から突出する場合でも、導入体として特に好ましい突出長さは少なくとも５cm程度突出した構造である。

また、本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法は、予め地盤中に造成されたまだ固まらないソイルセメント柱状体内に羽根付き鋼管杭を回転挿入するソイルセメント合成杭の造成方法において、ソイルセメント柱状体の上端面または上方地表面に、羽根付き鋼管杭設置位置を示すための杭心表示物を設け、前記羽根付き鋼管杭の杭先端部から杭心に沿って突出する導入体の位置を、前記杭心表示物に一致させ、杭心表示物を導入体の中空部に収納するようにして該羽根付き鋼管杭を所定の位置に設置した後、該羽根付き鋼管杭を回転させながら前記ソイルセメント柱状体内に挿入することを特徴とする。

本発明に係る羽根付き鋼管杭の構成によれば、羽根付き鋼管杭の先端に円筒状の導入体が存在することにより、これを利用して杭心に容易に羽根付き鋼管杭をセットすることが出来る。しかも、羽根付き鋼管杭をソイルセメント柱状体内に挿入する場合は、地盤中に直接挿入されるのではなく、ソイルセメント柱状体がまだ固まらないうちに回転挿入するので、導入体が付いていない場合は羽根が存在しているが故に、地盤中に直接挿入する場合に比べて所定の杭心位置から偏心して挿入される確率が高くなるが、導入体が存在すると所定の杭心位置からの偏心やずれを抑えることが出来る。

また、本発明に係るソイルセメント合成杭の造成方法によれば、鋼管杭の先端部の軸心位置に導入体を突設している羽根付き鋼管杭を用い、ソイルセメント柱状体の上端面または上方地表面に羽根付き鋼管杭設置位置を示すための杭心表示物を設けることにより、杭心位置に素早く鋼管杭をセットすることが出来る。更に、導入体が鋼管杭本体の先導の役目を果たし、ソイルセメント柱状体がまだ固まらない状態においても鋼管杭の偏心やずれをおさえてソイルセメント合成杭を造成することが出来る。

図により本発明に係る羽根付き鋼管杭及びそれを用いたソイルセメント合成杭の造成方法の一実施形態を具体的に説明する。図１（ａ）は本発明に係る羽根付き鋼管杭の第１実施形態の構成を示す側面図及び裏面図、図１（ｂ）は羽根付き鋼管杭の第１参考例の構成を示す側面図及び裏面図、図２（ａ）は本発明に係る羽根付き鋼管杭の第２実施形態の構成を示す側面図及び裏面図、図２（ｂ）は羽根付き鋼管杭の第２参考例の構成を示す側面図及び裏面図、図３は第１実施形態の羽根付き鋼管杭を用いて杭心位置に鋼管杭をセットする様子を示す断面説明図、図４は試験を行った現場の土質柱状図および杭の深度方向位置を示した図、図５は試験に用いた羽根付き鋼管杭の形状やソイルセメント柱状体の形状等の各種条件の概要を示す図、図６は導入体有り／無しについて鋼管杭の軸心ずれを計測した結果を示す図、図７は導入体有り／無しについて鋼管杭のセット時間を計測した結果を示す図である。

図１（ａ）に示す第１実施形態の羽根付き鋼管杭１は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根２を有し、該鋼管杭１の先端部に設けられた底蓋１ａに掘削刃４が設けられている。掘削刃４の中央部には該鋼管杭１の杭心に沿って杭先端部より突出した導入体となる筒状部材５が溶接等により取り付けられている。筒状部材５の外径は鋼管杭１本体の軸径よりも小さい。３は鋼管杭１の中間部に設けられた螺旋状羽根である。

図１（ｂ）に示す第１参考例の羽根付き鋼管杭１は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根２を有し、該鋼管杭１の先端部に設けられた底蓋１ａに掘削刃４が設けられている。掘削刃４の中央部には該鋼管杭１の杭心に沿って杭先端部より突出した導入体となる中実円柱状の棒状部材６が溶接等により取り付けられている。棒状部材６の外径は鋼管杭１本体の軸径よりも小さい。３は鋼管杭１の中間部に設けられた螺旋状羽根である。

図２（ａ）に示す第２実施形態の羽根付き鋼管杭１は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根２を有し、該鋼管杭１の先端部に設けられた底蓋１ａの中央部には該鋼管杭１の杭心に沿って杭先端部より突出した導入体となる筒状部材５が溶接等により取り付けられている。尚、導入体としては、筒状部材５の代わりに図１（ｂ）に示す第１参考例のように底蓋１ａの中央部に鋼管杭１の杭心に沿って杭先端部より突出した導入体となる中実円柱状の棒状部材６を溶接等により取り付けることでも良い。筒状部材５或いは棒状部材６の外径は鋼管杭１本体の軸径よりも小さい。３は鋼管杭１の中間部に設けられた螺旋状羽根である。

図２（ｂ）に示す第２参考例の羽根付き鋼管杭１は、少なくとも先端部に螺旋状の羽根２を有し、該鋼管杭１の先端部に設けられた底蓋１ａの中央部には該鋼管杭１の杭心に沿って杭先端部より突出した導入体となる断面十字形状で先端部に行くに従って幅が小さくなる構造部材７が溶接等により取り付けられている。本参考例の構造部材７は導入体として細長い台形状の板を組み合わせることによって構成した一例である。尚、この場合、先端が尖っている三角形状の板を組み合わせたように先端が幅狭になって杭心位置と一致させ易い形状であることが特に好ましい。構造部材７の外径は鋼管杭１本体の軸径よりも小さい。３は鋼管杭１の中間部に設けられた螺旋状羽根である。

尚、導入体としては、図２（ｂ）に示す４片が断面十字形状で構成された構造部材７の他にも３片以上が略等分の角度で配置され、先端部に行くに従って幅が小さくなる他の構造部材とすることも出来る。

前記各実施形態及び参考例において、導入体として特に好ましい突出長さは少なくとも５cm程度突出した構造であるが、１０cm以上、且つ３０cm以下の長さであると、杭心合わせの作業時に導入体の先端部が視認し易くなる。また、導入体の突出長さが余り長すぎると鋼管杭１の位置合わせ開始時から該鋼管杭１がソイルセメント柱状体９内に入るまでの時間が長くなる。

尚、実際に最も好ましい導入体の長さは、１５cm以上且つ３０cm以下程度であり、この長さとすると鋼管杭１本体の外径（羽根２，３部を除く杭の軸径）や先端部の螺旋状の羽根２の外径を大きくした場合でも、鋼管杭１の先端面よりも高い視点で導入体の先端位置を視認し易くなる。

図３により予め地盤10中に造成されたソイルセメント柱状体９内に羽根付き鋼管杭１を回転挿入するソイルセメント合成杭の造成方法を説明する。ソイルセメント柱状体９の上方地表面で該ソイルセメント柱状体９の中心位置に羽根付き鋼管杭１の設置位置を示すための杭心表示物８を設ける。尚、ソイルセメント柱状体９が地盤10表面に露出する場合には、ソイルセメント柱状体９の上端面に鋼管杭１の設置位置を示す杭心表示物８を設けることでも良い。

そして、前述した各実施形態及び参考例の鋼管杭１の杭先端部から杭心に沿って突出する導入体の位置を杭心表示物８に一致させて鋼管杭１を所定の杭心位置に設置し、該鋼管杭１を回転させながらソイルセメント柱状体９内に挿入する。

杭心表示物８は、一般的には鉄筋等の小径棒状物を用いることが出来、築造されたソイルセメント柱状体９の中心に差し込み直立させて使用される。図３に示すように、杭心表示物８の外径は、図１（ａ）に示す第１実施形態や図２（ａ）に示す第２実施形態の導入体のように筒状部材５を採用した場合には、該筒状部材５の中空部内に収納可能な外径とする。

そして、杭心表示物８を筒状部材５の中空部内に収納する状態で羽根付き鋼管杭１を下降するようにすれば、自動的に鋼管杭１を杭心位置に設置することが出来る。尚、図３においては導入体を筒状部材５で示したが、導入体の他の例として板状物の中心部に切り欠きを設け、この切り欠きの中に杭心表示物８が挿入されるように構成することも出来る。導入体を筒状部材５で構成した場合には杭心位置を最も合わせ易いので最も好ましい例である。

尚、図１(ｂ）の第１参考例や図２(ｂ）の第２参考例のように、導入体を中実円柱の棒状部材６や板で作製した構造部材７等の場合は、各導入体の先端部と杭心表示物８とを当接させて（上下方向に重ね合わせて）その各導入体の先端部で杭心表示物８をソイルセメント柱状体９内に押し込むようにすれば良い。

尚、このように杭心表示物８を各導入体の先端部で押し込むようにする場合は、その各導入体の先端部が平端であることが最も好ましい形態である。

ソイルセメント柱状体９がまだ固まらないうちに鋼管杭１を埋設しても、導入体があたかも鋼管杭１本体を先導し、かつ先端部の螺旋状羽根２の回転挿入によって生じる偏心しようとする力に対して十分な水平抵抗を発揮するので、埋設中の杭心ずれを小さく抑えることが出来る。

図３は、ソイルセメント柱状体９の上端面が地表面よりも下端にある場合の一例であるが、ソイルセメント柱状体９が地表面まで造成してある場合においても同様に本発明を適用することが出来る。

〔施工試験例〕
実際の施工現場において、導入体の有無が杭心に対する鋼管杭１の設置精度及び鋼管杭１のセット時間に与える影響を調査した。

図４は、当該現場の土質柱状図及び鋼管杭１の深度方向位置を示した図である。図５は、試験に用いた羽根付き鋼管杭１の形状やソイルセメント柱状体９の形状等の条件についての概要を示したものである。導入体としては、外径４８mm、長さ３００mmの鋼管を用い、溶接によって鋼管杭１の先端部に取り付けたものである。

図６は、鋼管杭１の杭心ずれを計測した結果であり、鋼管杭１の埋設深度が０．５ｍと１．０ｍのときの直角２方向の杭心ずれ量を示したものである。図６に示すように、導入体を有する鋼管杭１の方が杭心ずれ量の平均値が導入体を有さない従来の２．７cmから０．６cmへと４．５分の１に大きく減少していることが分かる。

また、図７に示すように、杭心に鋼管杭１をセットする作業時間も導入体を有さない場合が平均で約３分間要したのに対し、導入体を有する場合は、平均で１分間以下と作業能率が大幅に改善されていることが分かる。

このように、ソイルセメント柱状体９がまだ固まらないうちに羽根付き鋼管杭１を回転挿入するのであるが、本発明によれば回転挿入埋設時に羽根付き鋼管杭１が偏心せず、杭心ずれが発生しないものである。

本発明の活用例として、土木、建築分野でソイルセメント柱状体内に羽根付き鋼管杭を埋設してなる基礎杭を造成する際に好適に利用出来る。

（ａ）は本発明に係る羽根付き鋼管杭の第１実施形態の構成を示す側面図及び裏面図、（ｂ）は羽根付き鋼管杭の第１参考例の構成を示す側面図及び裏面図である。（ａ）は本発明に係る羽根付き鋼管杭の第２実施形態の構成を示す側面図及び裏面図、（ｂ）は羽根付き鋼管杭の第２参考例の構成を示す側面図及び裏面図である。第１実施形態の羽根付き鋼管杭を用いて杭心位置に鋼管杭をセットする様子を示す断面説明図である。試験を行った現場の土質柱状図および杭の深度方向位置を示した図である。試験に用いた羽根付き鋼管杭の形状やソイルセメント柱状体の形状等の各種条件の概要を示す図である。導入体有り／無しについて鋼管杭の軸心ずれを計測した結果を示す図である。導入体有り／無しについて鋼管杭のセット時間を計測した結果を示す図である。従来例を説明する図である。

１…鋼管杭
１ａ…底蓋
２，３…羽根
４…掘削刃
５…筒状部材
６…棒状部材
７…構造部材
８…杭心表示物
９…ソイルセメント柱状体
10…地盤

Claims

少なくとも先端部に螺旋状の羽根を有し、杭心に沿って杭先端部より突出した円筒状の導入体を有することを特徴とする羽根付き鋼管杭。
予め地盤中に造成されたまだ固まらないソイルセメント柱状体内に羽根付き鋼管杭を回転挿入するソイルセメント合成杭の造成方法において、
ソイルセメント柱状体の上端面または上方地表面に、羽根付き鋼管杭設置位置を示すための杭心表示物を設け、請求項１に記載の羽根付き鋼管杭の杭先端部から杭心に沿って突出する導入体の位置を、前記杭心表示物に一致させ、杭心表示物を導入体の中空部に収納するようにして該羽根付き鋼管杭を所定の位置に設置した後、該羽根付き鋼管杭を回転させながら前記ソイルセメント柱状体内に挿入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。