JP4701373B2

JP4701373B2 - 先行先端支持体を有する基礎構造

Info

Publication number: JP4701373B2
Application number: JP2001176069A
Authority: JP
Inventors: 恒根本; 昌仁田村
Original assignee: 独立行政法人建築研究所
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2002363981A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は先行先端支持体を有する基礎構造に係り、特に先行先端支持体をあらかじめ地中の支持地盤まで回転貫入させて埋設し、その先行先端支持体に支持本体を連結するようにした先行先端支持体を有する基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、鋼管杭等の既製杭の先端にスクリュー状の先端翼を取り付け、この既製杭に所定の回転推進力を付与し、先端翼のネジ作用を利用して既製杭を埋設する回転貫入杭及びその打設方法が知られている。この種の回転貫入杭によれば、無排土、無騒音、無振動の杭施工が可能となる。また先端翼の投影面積が杭径より大きいため、この先端翼が先端支持力を負担する先端拡径杭構造となるため、杭設計上の効果も期待できる。
【０００３】
ところが、この回転貫入杭では地上から杭頭部に所定の回転トルクを作用させてねじ込む機構であるため、地盤状態によっては杭設計から定まる杭断面以上の断面積や肉厚の鋼管等を必要とする場合がある。特に大きな径の杭を打設する場合には一層不経済となることが知られている。
【０００４】
また、従来の既製杭の先端支持効果を高めた杭構造が要望されており、この場合、前述のように、回転貫入杭の先端翼を有する先端支持機構の構造がきわめて有効であることが確認されている。しかし、この先端支持機構は回転貫入杭の一部であるため、同様の構造を備えた独立した先端支持体を埋設することを実現したい。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、先端翼を備えた先行先端支持体を回転貫入杭機構で埋設し、その後、先行先端支持体を支持地盤位置に残置し、その先行先端支持体に所定の支持構造を接続して全体基礎構造とした先行先端支持体を有する基礎構造を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は先端翼を有する先端軸部を、脱着機構を介して切り離し可能に上部軸部の下端に取り付けて地盤内に回転貫入させて所定深度に到達させ、前記脱着機構で前記上部軸部を切り離して上部軸部のみを引き上げ、支持地盤位置に先行先端支持体として残置させた前記先端軸部の上部に、前記上部軸部を引き上げて形成された空孔内に設けた支持本体の下端を継いで前記先行先端支持体と支持本体とを一体基礎とした基礎構造であって、前記先端軸部と同形の中間軸部を、前記先端軸部と上部軸部との間に、脱着機構を介して切り離し可能に複数段配置し、前記先端支持体に加えて前記中間軸部を地盤内の所定深さ位置に残置し、前記支持本体の中間支持体を設けたことを特徴とする。
【０００６】
前記支持本体は、地盤内に残置された前記中間支持体を貫通し、前記先端支持体に下端が支持された既製杭であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の先行先端支持体を有する基礎構造の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１（ａ）には螺旋状の先端翼１２が取り付けられ支持地盤位置に残置されて先行先端支持体として機能する先端軸部と、この先端軸部１１と同径をなし先端翼１２と同一形状の上部翼２１を備えた上部軸部２０とが一体的に連結された先端埋設体が示されている。先端軸部１１は外周面にスクリュー状をなす鋼製の先端翼１２が固着された先端閉塞構造の短鋼管からなる。この鋼管は杭の設計上、必要な先端支持力を負担可能な断面を確保できる外径及び翼外径に設計されている。先端翼１２の翼体形状としては図示したように、１枚の螺旋翼としたり、複数枚の翼を螺旋状に配設してもよい。この場合、軸部のねじ込み推力及び方向支持性を考慮して所定リード角を設定することが好ましい。
先端軸部１１には同径の上部軸部２０が脱着機構（図示せず）を介して連結されている。上部軸部２０には先端翼１２と同形状の上部翼２１が取り付けられている。上部軸部２０の長さは先端軸部１１が支持地盤に到達し、所定の根入れまで埋め込まれた際に、その上端が所定量だけ地表面から突出するように設定されている。
【０００９】
上部軸部２０と先端軸部１１とで構成された先端埋設体１は、図１（ａ）に示したように、上部軸部２０と先端軸部１１とが埋設時に脱着機構を介して一体的に連結され、図示しない公知の杭打設装置のタワーのリーダーにセットされた状態で、時計回りの回転推力が付与され、地盤内に圧入される。この時先端埋設体１は無排土機構により埋設されるため、この先端埋設体１の周辺地盤の締め固めが起こり、周辺地盤の強度が増大する。さらにこの先端軸部１１が支持地盤に到達した段階で上部軸部２０と先端軸部１１とは、後述する脱着機構の動作によって切り離される。先端軸部１１と上部軸部２０との切り離し後、図１（ｂ）に示したように、上部軸部２０を反時計回りに回転しながら引き上げることにより、先端軸部１１のみが先行先端支持体１０として支持地盤位置に残置され、上部軸部２０が引き上げられた部分には上部軸部２０にほぼ等しい容積の空孔２が形成され、この部分に後述する既製杭等の各種の支持本体が設けられる。なお、上部軸部２０の引き上げの際、上部翼２１が孔壁３を攪乱するので、孔壁３の崩壊防止のために、空孔２内をベントナイト等の安定液や、硬化速度を制御したセメントミルク等で満たすことが好ましい。
【００１０】
次に、空孔２（図１）の孔底部に残置された先行先端支持体１０上に据え付けられ、空孔内に設けられた支持本体について、図２を参照して説明する。
図２（ａ）は支持本体として鋼管杭５が先行先端支持体１０の上端に連結された状態を示している。この鋼管杭５は基礎杭として求められている所定の設計断面及び肉厚のものを採用すればよい。なお、鋼管杭５のほかプレストレストコンクリート（ＰＣ）杭、高強度プレストレストコンクリート（ＰＨＣ）杭等も同様に適用なことはいうまでもない。図２（ｂ）は節杭形状のコンクリート杭６を支持本体として用いた例を示している。この節６ａの外径を上部翼２１で乱された孔壁部分の範囲としたので、杭頭を軽打するだけで杭全体を地盤内に埋設することができる。この既製杭５，６の打設手順については図１０で詳述する。図２（ｃ）は先行先端支持体１０をアンカー体としたグラウンドアンカー（地盤アンカー）引張材７とした例を示している。アンカー引張材７としてのＰＣ鋼線、鋼棒はあらかじめ上部軸部２０内に挿通しておき、下端を先行先端支持体１０に連結しておけばよい。また上部軸部２０を引き上げた後に安定液内にＰＣ鋼線等を沈降させて先行先端支持体１０の定着部に連結してもよい。この場合、連結機構にはＰＣ鋼線の下端が先行先端支持体１０位置に到達した段階で連結治具同士が確実に締結できるワンタッチ機構を採用することが好ましい。図２（ｄ）は安定液で満たされた空孔２内に鉄筋かご８を埋設し、トレミー管（図示せず）を用いてコンクリートを打設して造成した場所打ちコンクリート杭９の例を示している。このコンクリート打設では、杭底部に先行先端支持体１０が位置しているので、孔底部処理を行わなくても先端支持力が確実に得られる。
【００１１】
図３は先端軸部１１を埋設用のキャニスター４０（缶容器）として利用した例を示した斜視図である。図３（ａ）は先端軸部１１内に空洞４１を設け、全体を高い密閉性を有する筒状のキャニスター４０として仕上げ、この先端軸部１１と上部軸部２０とを連結して先端埋設体１としたものである。このキャニスター４０内に、対象地盤内に埋設処分可能な廃棄物、たとえば固化、不溶化あるいは還元処理済みの重金属廃棄物、有機塩素系化合物、低レベル放射性廃棄物等を収容し、地盤の所定深さまで埋設させ、上部軸部２０を引き上げた後の空孔２を埋め戻すことでキャニスター４０を地中埋設することができる。また、空洞４１に貯留した土壌浄化処理用薬剤を、周辺地盤に一定量ずつ供給可能な装置（図示せず）をキャニスター４０に設け、このキャニスター４０を土壌汚染地域の地盤内に埋設設置し、汚染地盤の浄化を行うような適用例もある。
【００１２】
図４〜図９を参照して先端埋設体１を構成する各部構成について説明する。図４（ａ）は先端軸部１１と上部軸部２０とに固着された先端翼１２、上部翼２１の翼体部分を示している。翼体は１枚の円環状の板材を所定のリード角が確保されるように螺旋状に軸部外周面に固着して製作するが、略三日月状等の翼体ピースを複数枚用いて１組の翼体部分を構成するようにしてもよい。図４（ｂ）は上部軸部２０の上部翼２１の大きさを先端軸部１１の先端翼１２より小さくした例を示している。同図に示した構成にすることにより、上部軸部２０の引き上げ時の孔壁３の乱れを抑えることができる。また、必要な先端支持力に応じて先端翼１２の外径を大きくできることはいうまでもない。
【００１３】
図５〜図７は先端軸部１１と上部軸部２０との脱着機構３０の各種例を示している。図５，図６に例示したように、先端埋設体１は地上からの時計回りの回転力と下方向への押し込み力とにより地盤内に埋設されるが、先端軸部１１が支持地盤に到達したら、上部軸部２０を切り離す必要がある。このときの両者の脱着機構３０としては、図５に示したネジタイプと、図６，図７に示したメカニカルタイプとに大別できる。
【００１４】
図５に示した脱着機構３０では、先端軸部１１上端に雄ねじ部３１を形成し、上部軸部２０下端の雌ねじ部３２と螺合させるようになっている。このネジ部での螺合は先端埋設体１としての全体を埋設する際に回転に伴う締め付け力が作用した場合にも緩い螺合が実現する程度のネジ山形状からなっている。このため、切り離し時に、上部軸部２０を反時計回りに回転すれば両者の螺合は容易に解け、先端軸部１１が支持地盤位置に残置された状態で上部軸部２０のみを引き上げることができる。図５（ｂ）は、簡易な構造の脱着機構３０として、先端軸部１１の外周面に鋼材を加工してネジ山３３を形成するとともに、このネジ山３３に螺合する筒状カバー３４を上部軸部２０の下端に固着した例を示している。このネジ連結では先端埋設体１の埋設時の回転推力に抵抗できないので、先端埋設体１は、アースオーガー等を用いてあらかじめ掘削された孔内に埋設することが好ましい。
【００１５】
図６（ａ）は、上部軸部２０内に組み込んだラッチ機構により両者の連結及び切り離しを行う脱着機構３０の内部構成例を示している。同図に示したラッチ機構はバネ３５で係止方向に付勢されたラッチ爪３６を先端軸部１１の係止開口１３に係止することで両者を連結でき、またラッチ爪３６に取り付けられた解除リンク３７を操作ワイヤＷ等で地上から操作することでラッチ爪３６を矢印方向に回動させて、その係止を解除することができる。このラッチ解除は遠隔操作される電磁バルブ等の動作によっても実現することができる。なお、このラッチ爪３６が先端軸部１１の回転トルクを負担するので、図６（ｂ）に示したように、先端軸部１１の全周に４〜６箇所を配設することが好ましい。
【００１６】
図７（ａ）は、上部軸部２０下端から伸縮自在な複動機構のラム３９を有する油圧ジャッキ３８を先端軸部１１内に配備し、ラム３９の伸縮切替によって先端軸部１１と上部軸部２０との連結及び切り離しを行う例を示している。油圧ジャッキ３８の動作により伸長したラム３９は先端軸部１１の内面に形成された凹所１４に係合され、先端軸部１１は上部軸部２０に連結される。また、地上の圧源での油圧操作により油圧ジャッキ３８を動作させ、対象となるラム３９を縮退させることで、先端軸部１１の切り離しが行える。本例においても先端軸部１１の回転トルクを負担するために、図７（ｂ）に示したように、ラム３９を全周に６箇所配設している。なお、図７ではラム３９の伸縮動作を説明するために、伸長、縮退状態を同時に表示している。
【００１７】
図８各図は、孔底に残置された先行先端支持体１０としての先端軸部１１に杭体等の支持本体の下端を載置するための構造を示している。図８（ａ）には上端に杭下端収容座１５が形成された先端軸部１１と、杭下端収容座１５にはめ込まれた既製杭５の下端の一部が示されている。同図に示したように、既製杭５の下端には所定のテーパ５ａが形成されており、安定液で満たされた空孔２内に既製杭５を沈設し先端が杭下端収容座１５に接する深さになると、収容座１５の溝内に案内されはめ込まれる。図８（ｂ）には既製杭５の内径に一致する凸状ガイド１６が上端に形成された先端軸部１１が示されている。この場合も既製杭５の下端に凸状ガイド１６に案内できるためのテーパ５ａが形成されている。図８（ｃ）にはアンカーケーブル７が定着された先行先端支持体１０としての先端軸部１１が示されている。この定着部１７ではあらかじめ先端軸部１１の上端にケーブル端がスイベルを介して定着され、この状態で先端埋設体１の埋設が行われるようになっているが、アンカーケーブル７を後工程で先端軸部１１に定着させることもできる。
【００１８】
図９（ａ）は先端軸部１１Ａと複数段の中間軸部１１Ｂとを直列に連結した先端埋設体１を示した変形例を示している。この先端埋設体１では、各中間軸部１１Ｂ間の切り離しのための脱着機構３０の作動タイミングを個々に調整できる。このため、先端軸部１１Ａを残置してそれより上側の中間軸部１１Ｂと上端軸部２０とを引き上げ、地盤内の所定深さに達した所で次段の中間軸部１１Ｂを切り離し、中間軸部１１Ｂを地盤内の中間位置に残置することができる。そして最終的に各中間軸部１１Ｂの中空部を貫通可能な直径の既製杭５を、各中間軸部１１Ｂを貫通するように埋設することで節杭機能を有する杭を施工できる。
【００１９】
次に、先行先端支持体１０の上部に連結する支持構造としての既製杭、場所打ち杭の施工手順について図１０，図１１の各図を参照して説明する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、先端埋設体１の埋設状態を示している。各図に示したように先端埋設体１は地上の図示しない公知の杭打設装置を利用して回転押し込み力を付与され、地盤内へ埋設される。先端軸部１１が支持地盤（図示せず）に到達し、所定の根入れが確保された状態で上部軸部２０に反時計回りの回転力を付与し、脱着機構３０部分で上部軸部２０を先端軸部１１から切り離す（図１０（ｄ））。上部軸部２０は切り離された後、引き続き反時計回りの回転力を付与することでその全体を地盤内から引き上げることができる。このとき上部軸部２０の引き上げに伴って現れる空孔２の孔壁３の崩壊を防止するために、ベントナイト液等の安定液を空孔２内に満たすことが好ましい（図１０（ｅ）〜（ｆ））。さらに鋼管杭等の既製杭５を空孔２内に沈設し、杭下端を先行先端支持体１０上に支持させる（図１０（ｇ）〜（ｉ））。なお、図１０（ｊ）には杭周辺に充填された固化材４５が固化して杭の周面摩擦が増大した状態が示されている。
【００２０】
ここで、既製杭５の沈設と、上部軸部２０の引き上げ工程とを入れ替えた施工手順について説明する。上部軸部２０を中空管とし、先端軸部１１を支持地盤に到達させた後に、この上部軸部２０内に既製杭５を建て込む。既製杭５の下端を先端支持体１０としての先端軸部１０上に固定した後に、上部軸部２０の引き上げを行うこともできる。このとき上部軸部２０内を安定液で満たしておくことにより周辺地盤の土砂を遮断した状態でのオールケーシング工法と同様の施工状況とすることができる。その後、上部軸部２０の引き上げを行うとともに杭周辺をセメントミルク等の固化材で充填して支持構造を完成させることができる。上部軸部２０を設置した状態で、支持本体としての既製杭５に代えて場所打ちコンクリート杭、アンカー引張材を同様に施工することもできる。その後上部軸部２０の引き上げを行うことにより孔壁の崩壊を最小限にすることができる。
【００２１】
図１１各図は孔底部に先行先端支持体１０が位置するように施工された場所打ちコンクリート杭９の施工手順を示している。
図１１（ａ）〜（ｃ）は先端埋設体１の埋設から引き上げ工程を示しており、図１０（ａ）〜（ｆ）と同一工程を簡略化して示している。次いで場所打ちコンクリート杭用の鉄筋かご８を、図示しないクレーン等の揚重機によって地上から吊り込んで安定液で満たされた空孔２内に沈設する（図１１（ｄ），（ｅ））。トレミー管Ｔを孔内に設置してコンクリートを打設する（図１１（ｆ），（ｇ））。以上の手順により孔底部に先行先端支持体１０を有する場所打ちコンクリート杭を造成することができる。
【００２２】
なお、以上に述べたように先行先端支持体１０は、その上に連結される主として各種杭基礎としての支持本体を先端支持するように適用されるが、地盤アンカーのアンカーケーブルの引張定着端、地表残土を空孔内に投入して撹拌混合して固化させた地盤改良コラム等の地盤改良体、地下埋設貯蔵容器本体等、多用な構造体として機能させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、先端埋設体によって先行先端支持体をあらかじめ埋設し、さらに空孔を利用して所望の支持本体を実現することができ、この結果、より効率的な地盤支持構造を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による先行先端支持体を有する基礎構造の一実施の形態としての施工態様を示した全体斜視図。
【図２】本発明の先行先端支持体を有する基礎構造の各種例を示した概略全体図。
【図３】基礎構造を貯蔵容器構造として適用した変形例を示した概略斜視図。
【図４】先行先端支持体としての先端軸部及び上部軸部に形成された翼体の形状の例を示した部分斜視図。
【図５】先端軸部及び上部軸部の脱着機構の例（ネジ機構）を示した部分断面図。
【図６】先端軸部及び上部軸部の脱着機構の例（ラッチ機構）を示した部分断面図。
【図７】先端軸部及び上部軸部の脱着機構の例（油圧機構）を示した部分断面図。
【図８】先行先端支持体としての上部支持構造の支持状態を示した部分断面図。
【図９】先端軸部、中間軸部及び上部軸部とを直列に連結して、中間軸部を地盤内の所定位置に残置するようにした杭基礎構造の例を示した正面図。
【図１０】先行先端支持体上に既製鋼管杭を埋設した例の施工手順を示した作業フロー説明図。
【図１１】先行先端支持体上に場所打ちコンクリート杭を造成した例の施工手順を示した作業フロー説明図。
【符号の説明】
１先端埋設体
２空孔
３孔壁
５既製杭
７グラウンドアンカー引張材
１０先行先端支持体
１１，１１Ａ先端軸部
１１Ｂ中間軸部
１２先端翼
２０上部軸部
２１上部翼
３０脱着機構

Claims

先端翼を有する先端軸部を、脱着機構を介して切り離し可能に上部軸部の下端に取り付けて地盤内に回転貫入させて所定深度に到達させ、前記脱着機構で前記上部軸部を切り離して上部軸部のみを引き上げ、支持地盤位置に先行先端支持体として残置させた前記先端軸部の上部に、前記上部軸部を引き上げて形成された空孔内に設けた支持本体の下端を継いで前記先行先端支持体と支持本体とを一体基礎とした基礎構造であって、前記先端軸部と同形の中間軸部を、前記先端軸部と上部軸部との間に、脱着機構を介して切り離し可能に複数段配置し、前記先端支持体に加えて前記中間軸部を地盤内の所定深さ位置に残置し、前記支持本体の中間支持体を設けたことを特徴とする先行先端支持体を有する基礎構造。
前記支持本体は、地盤内に残置された前記中間支持体を貫通し、前記先端支持体に下端が支持された既製杭であることを特徴とする請求項１に記載の先行先端支持体を有する基礎構造。