JP5202708B2 - 鋼管杭と、該鋼管杭を用いる杭基礎工法 - Google Patents
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Description
本発明は鋼管杭と、該鋼管杭を用いる杭基礎工法と、に関し、特に、横方向にある地盤との結合力が高くて且つ杭頭処理が不要な鋼管杭と、該鋼管杭を用いる杭基礎工法と、に関する。
構造物の基礎を構築するための杭基礎工法として、例えば非特許文献１に記載の方法がある。従来では、例えば図７における（ａ）〜（ｅ）の手順で行われる埋め込み杭工法がある。
手順（ａ）では、まず掘削機により地盤に竪穴２１を掘削する。それから手順（ｂ）にて掘削した竪穴２１に生コンクリート１００を注入した後、手順（ｃ）において竪穴２１の内径より細い鋼管杭１１を竪穴２１に押し込む。鋼管杭１１の押し込みにより、竪穴２１内にあった生コンクリート１００は、主に、鋼管杭１１の押し込みと共に鋼管杭１１の下端開口から鋼管杭内に流し込まれるが、一部が鋼管杭１１の外表面と竪穴２１の内壁との間にある隙間に沿って、地盤における竪穴２１の周囲にある土などの不純物と混ざり合いながら上昇し、鋼管杭１１の上端側から溢れ出して鋼管杭１１の上端開口から管内に流れ込んで貧配合コンクリート１０１となる。
それから１４日ほどの養生期を経て生コンクリート１００が凝固した後、手順（ｄ）において、杭頭処理を行い、即ち、鋼管杭１１の上端部分周辺の土や鋼管杭内外の貧配合コンクリート１０１などを取り除いてから、鋼管杭１１内に鉄筋籠２２を設置し、鋼管杭１１の上端面を横断するように置かれるサポータ２３で鉄筋籠２２の位置を仮固定する。
最後に、鉄筋籠２２が設置されている鋼管杭１１内に生コンクリート１０２を注入し、生コンクリート１０２が凝固すると、構造物の杭基礎は完成する。
蕭 文達、"土木施工学 第六章 基椿工程"、［online］、2007年10月12日、朝陽科技大学、［2011年9月29日検索］、インターネット〈URL：http://www.cyut.edu.tw/~wdshiau/teach/land/CH6.pdf〉
上記埋め込み杭工法では、使用される鋼管杭１１の上端１１１が開口しているため、鋼管杭１１の押し込みにより生コンクリート１００と地盤における竪穴２１の周囲の土とが混合してなった貧配合コンクリート１０１は、該上端開口から鋼管杭１１の管内に流れ込むので、手順（ｄ）にて管内に流れ込んだ貧配合コンクリート１０１を取り除く杭頭処理を行う必要がある。
また、このような埋め込み杭工法では、鉄筋籠２２は、該鉄筋籠を仮固定するためのサポータ２３にぶら下がるようになるので、重量がほぼ全て該サポータ２３により支持され、サポータ２３に相当なせん断応力がかかる上、最後の生コンクリート注入工程においても、位置が確実に制限されず、理想位置からずれる可能性が大きい。
更に、図８に示されているように、このような埋め込み杭工法に使用される鋼管杭１１は、真っ直ぐ延伸する鋼管杭１１が使用され、外表面に凹凸などがなく、地盤からの水平的支持力（即ち地盤からの固定力）が弱い。
本発明は上記問題点に鑑みて、施工の手間を減らし、鉄筋籠を支持してその位置固定を確実にする上、水平方向からより強い支持力を得ることができる鋼管杭と、該鋼管杭を用いる杭基礎工法と、の提供を目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、上下に垂直に延伸している中空管状体に、複数の連通孔が前記中空管状体の管内、管外を連通させるように開けられていると共に、前記中空管状体の上端は、キャップにより封止されていることを特徴とする鋼管杭を提供する。
上記鋼管杭において、前記中空管状体の管内を上部空間と下部空間とに仕切る仕切板を更に有し、すべての前記連通孔は、前記仕切板の下側に形成されていることが好ましい。
上記鋼管杭において、前記仕切板の上側に、２つの設置孔が互いに向き合うように開けられていることが好ましい。
また、上記鋼管杭において、前記仕切板は水平に形成された板状体であり、前記仕切板から前記中空管状体の上端までの距離が、前記仕切板から前記中空管状体の下端までの距離よりも短くなるように設定することが好ましい。
上記鋼管杭において、前記仕切板から前記中空管状体の上端までの距離は略２０００ｍｍに設定することが好ましい。
また、本発明は、上記鋼管杭を用いる杭基礎工法をも提供する。
即ち、地面に開口をなす上、該開口から地中へ、上記本発明の鋼管杭の全長に対応する深さまで真っ直ぐに延伸する竪穴を掘削する掘削ステップと、
掘削した前記竪穴に生コンクリートを打設する第１コンクリート打設ステップと、
打設した生コンクリートが凝固する前に、前記鋼管杭の上端一部が露出するように、前記鋼管杭を前記竪穴内に挿し込む鋼管杭挿入ステップと、
打設した生コンクリートが凝固した後、前記鋼管杭のキャップを除去するキャップ除去ステップと、
前記キャップが除去された前記鋼管杭の上端一部の内側にある空間内に鉄筋籠を設置する鉄筋籠設置ステップと、
鉄筋籠を設置した前記空間内にコンクリートを打設して凝固させる第２コンクリート打設ステップと、を順番に実行する杭基礎工法をも提供する。
掘削した前記竪穴に生コンクリートを打設する第１コンクリート打設ステップと、
打設した生コンクリートが凝固する前に、前記鋼管杭の上端一部が露出するように、前記鋼管杭を前記竪穴内に挿し込む鋼管杭挿入ステップと、
打設した生コンクリートが凝固した後、前記鋼管杭のキャップを除去するキャップ除去ステップと、
前記キャップが除去された前記鋼管杭の上端一部の内側にある空間内に鉄筋籠を設置する鉄筋籠設置ステップと、
鉄筋籠を設置した前記空間内にコンクリートを打設して凝固させる第２コンクリート打設ステップと、を順番に実行する杭基礎工法をも提供する。
上記杭基礎工法において、前記鋼管杭が露出している上端一部の長さは、前記鋼管杭における上部空間の長さと一致し、また、前記鉄筋籠設置ステップは、前記鉄筋籠を下から前記仕切板に受けられるように前記上部空間内に設置してから、固定手段を前記中空管状体の外側から前記２つの設置孔における１つの設置孔を経由して前記中空管状体の内側へ挿し込み、前記鉄筋籠の隙間を通過して前記２つの設置孔における他の１つの設置孔を経由してまた前記中空管状体の外側に突出するように設置して、前記中空管状体及び前記鉄筋籠を共に貫通することにより、該鉄筋籠の位置を仮固定することが好ましい。
更に、前記コンクリートにおけるセメントとして膨張セメントを使用することが好ましい。
上記構成により、本発明の鋼管杭は、本発明の杭基礎工法において、コンクリートが注入された竪穴に押し込まれる時、該鋼管杭の外表面と前記竪穴の内表面との間の生コンクリートが地盤における竪穴の内表面にある土と混合して一体になり（以下土―コンクリート混合体と称す）、また該鋼管杭の下端開口より内側に押し込まれるコンクリートが連通孔を経由して該鋼管杭外の前記土―コンクリート混合体と連結することができるため、コンクリート全体が凝固すると、鋼管杭の内側にあるコンクリートと外側にある土―コンクリート混合体とは、各連通孔を経由して一体化するので、竪穴の周辺にある地盤からの水平支持力は、従来の方法より強くなる。
また、中空管状体の上端は、キャップにより封止されているので、鋼管杭の押し込みと共に鋼管杭の外表面と竪穴の内壁との間にある隙間に沿って、竪穴の周囲の土と混合しながら上昇するコンクリートの一部が鋼管杭の上端開口から鋼管杭内に流れ込んで貧配合コンクリートになることがないので、本発明の杭基礎工法では、該貧配合コンクリートを取り除く手間を省くことができる。
また、前記２つの設置孔の形成により、鉄筋籠を仮固定する固定手段を該２つの設置孔を経由して鋼管杭を横断させると共に鉄筋籠を保持させることができ、そして、前記第２コンクリート打設ステップで鋼管杭の管内にコンクリートが充満する時、注入されたコンクリートは該２つの設置孔にも浸入して凝固するので、鉄筋籠に対する支持力を高めることができる。
更に、前記仕切板の形成により、前記鉄筋籠設置ステップにおいて、鉄筋籠を下から該仕切板に受けられるように前記上部空間内に設置してから、固定手段を挿し込むことができるので、鉄筋籠は、その重量がせん断応力になって固定手段にかからない上、前記第２コンクリート打設ステップにおいても、生コンクリートの注入に移動されず、正当な位置に保持することができる。
以下では各図面を参照しながら、本発明の鋼管杭及び該鋼管杭を用いる杭基礎工法について詳しく説明する。
図１は、本発明の鋼管杭の第１の好ましい実施形態の断面図であり、図２は、該鋼管杭の一部拡大断面図である。
図示されているように、本発明の鋼管杭の第１の好ましい実施形態は、上下に垂直に延伸する管状壁３２を有する中空管状体３に、該管状壁３２を貫通する複数の連通孔３５が中空管状体３の管内、管外を連通させるように開けられていると共に、該中空管状体３の上端は、キャップ３１により封止されるように構成されている。
また、該中空管状体３は、その管内空間３６を上部空間３６１と下部空間３６３とに仕切る仕切板３３を更に有しており、すべての連通孔３５は、仕切板３３より下側に形成されている。
更に、仕切板３３より上側に、２つの設置孔３４が互いに向き合うように開けられている。
この第１の実施形態において、仕切板３３は水平に形成された板状体であると共に、仕切板３３から中空管状体３の上端までの距離が、仕切板３３から中空管状体３の下端までの距離よりも短くなるように配置されている。即ち、仕切板３３は、上部空間３６１の上下方向での長さが、下部空間３６３の上下方向での長さより短くなるように中空管状体３の管内に配置されている。ちなみに、この第１の実施形態において、仕切板３３から中空管状体３の上端までの距離は、略２０００ｍｍに設定されている。
続いて、図３〜図５を用いて、本発明の鋼管杭を用いる杭基礎工法について詳しく説明する。上記本発明の鋼管杭の各構成の効果については、杭基礎工法の説明と共に説明する。
図３は、本発明の鋼管杭を用いる杭基礎工法のフローチャートであり、図４Ａ〜図４Ｆには各手順に対応する説明図が示されており、図５は、鉄筋籠５３及びその固定手段５４（後述参照）の設置状態が示されている拡大断面図である。
図３のフローチャートに示されているように、本発明の鋼管杭を用いる杭基礎工法は、掘削ステップ４１と、第１コンクリート打設ステップ４２と、鋼管杭挿入ステップ４３と、キャップ除去ステップ４４と、鉄筋籠設置ステップ４５と、第２コンクリート打設ステップ４６と、に分けることができる。
図４Ａは、掘削ステップ４１に対応しており、この掘削ステップ４１では地面から地中へ真っ直ぐに延伸する竪穴５１を掘削する。竪穴５１の長さは、上記本発明の鋼管杭の全長に対応して仕切板３３より下側の下部空間３６３の長さと一致すると共に、内径が鋼管杭の外径より少し大きくなるように掘削される。
図４Ｂは、第１コンクリート打設ステップ４２に対応しており、図示されているように、この第１コンクリート打設ステップ４２では掘削した竪穴５１に、膨張セメントを使用する生コンクリート５２を打設する。竪穴５１に打設される生コンクリート５２の量は竪穴５１内の空間の容積より少なく、地面にある竪穴５１の開口から溢れ出さないように制御することによって、生コンクリート５２のコストを抑えることができる。このステップにおいて使用する生コンクリート５２は、例えば水とセメントとが１：１の比で混合されたもの、または更に砂や砂利を加えたものを使用することができる。
図４Ｃは、鋼管杭挿入ステップ４３に対応しており、この鋼管杭挿入ステップ４３では、第１コンクリート打設ステップ４２において打設した生コンクリート５２が凝固する前に、上記鋼管杭を竪穴５１内に挿し込む、または押し込む工程である。
この工程において、竪穴５１に打設された生コンクリート５２は、主に、鋼管杭の挿入と共に連通孔３５の下開口から下部空間３６３に浸入し、下部空間３６３内にあった空気を連通孔３５を経由して外部に逃がしてから、一部が連通孔３５から押し出されて鋼管杭外の生コンクリート５２と合流する。従って、中空管状体３の管内、管外にある生コンクリート５２は、連通孔３５を経由して繋がるようになっており、凝固して一体化するようになる。また、鋼管杭外の生コンクリート５２は、この工程において地盤におけるこの竪穴５１の内周面にある土とも若干混合して土―コンクリート混合体になるので、生コンクリート５２が凝固した後の鋼管杭は、中空管状体３の内外にそれぞれあるコンクリートの強い結合によって地盤に強く固定されるようになる。
また、本発明の鋼管杭は、中空管状体３の上端を封止するキャップ３１を備えているので、鋼管杭の挿し込み／押し込みにより生コンクリート５２と竪穴５１の周囲の土とが混合してなった貧配合コンクリートが中空管状体３の上方から浸入するのを防ぐことができ、杭頭処理を行う必要がなくなる。
更に、上記のように、竪穴５１の長さは、本発明の鋼管杭の全長に対応して仕切板３３より下側の下部空間３６３の長さと一致しているので、仕切板３３の位置は、地面と略一致するようになり、そして上部空間３６１に対応する部分はすべて地面から露出するようになる。即ち、本発明の鋼管杭が露出している上端一部の長さは、上部空間３６１の長さと一致している。
図４Ｄは、キャップ除去ステップ４４に対応しており、このキャップ除去ステップ４４は、打設した生コンクリート５２が凝固した後に行われ、鋼管杭のキャップ３１を除去する工程である。
図４Ｅは、鉄筋籠設置ステップ４５に対応しており、この鉄筋籠設置ステップ４５では鉄筋籠５３及びその固定手段５４が設置される。
図５は、図４Ｅにおける鋼管杭の上部空間３６１周辺の拡大図であり、図示されているように、キャップ３１が除去された鋼管杭の上部空間３６１に、仕切板３３の上面に置くように鉄筋籠５３を設置してから、固定手段５４としての横方向鉄筋を中空管状体３の外側から２つの設置孔３４における１つの設置孔３４ａを経由して中空管状体３の内側へ挿し込み、鉄筋籠５３の内部を通過して２つの設置孔３４における他の１つの設置孔３４ｂを経由してまた中空管状体３の外側に突出するように設置して、中空管状体３及び鉄筋籠５３を共に貫通することにより、下記の第２コンクリート打設ステップ４６において生コンクリート５５の注入によって該鉄筋籠５３の位置が動かされないように仮固定する。
ちなみに、この鉄筋籠設置ステップ４５において設置される鉄筋籠５３は、地面に建築予定の構造物と繋がるための複数の鉄筋を中空管状体３の上端開口から上方へ突出するように有している。
図４Ｆは、第２コンクリート打設ステップ４６に対応しており、この第２コンクリート打設ステップ４６では、鉄筋籠５３の設置が完了した上部空間３６１を充満するように生コンクリート５５を打設して凝固させる工程である。
このように、本発明の鋼管杭は、複数の連通孔３５を有しているので、中空管状体３の管内、管外にある生コンクリート５２は、連通孔３５を経由して繋がるようになって、凝固して一体化するようになり、横方向にある土との結合力、摩擦力を強めることができる。
また、本発明の鋼管杭を用いることにより、本発明の杭基礎工法は、中空管状体３の上端を封止するキャップ３１が貧配合コンクリートの浸入を防ぐことができるので、杭頭処理を行う必要がなくなる。
更に、本発明の杭基礎工法において用いられる鉄筋籠５３は、２つの設置孔３４を通過する固定手段５４により仮固定される上、下からも仕切板３３に受けられるので、鉄筋籠５３乃至固定手段５４の位置ずれを防ぐことができる。
図６は、本発明の鋼管杭の第２の好ましい実施形態の一部拡大断面図である。図示されているように、本発明の鋼管杭は、更に２つの設置孔３４をそれぞれ封止するプラグ３７を更に備えることができる。プラグ３７を備えることによって、貧配合コンクリートが２つの設置孔３４を経由して上部空間３６１に浸入することを防ぐことができる。
上記構成により、本発明の鋼管杭及び該鋼管杭を用いる杭基礎工法は、連通孔３５を利用して鋼管杭内側と外側とのコンクリートを一体化して横方向にある地盤の土との結合力、摩擦力を高めることができる上、キャップ３１を利用して上方から貧配合コンクリートの浸入を防いで杭頭処理を行う必要もなくすことができるので、杭基礎の構築コストを減らすと共に高性能な鋼管杭を提供することができる。
３ 中空管状体
３１ キャップ
３２ 管状壁
３３ 仕切板
３４ 設置孔
３４ａ 設置孔
３４ｂ 設置孔
３５ 連通孔
３６ 管内空間
３６１ 上部空間
３６３ 下部空間
３７ プラグ
４１ 掘削ステップ
４２ 第１コンクリート打設ステップ
４３ 鋼管杭挿入ステップ
４４ キャップ除去ステップ
４５ 鉄筋籠設置ステップ
４６ 第２コンクリート打設ステップ
５１ 竪穴
５２ 生コンクリート
５３ 鉄筋籠
５４ 固定手段
５５ 生コンクリート
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５１ 竪穴
５２ 生コンクリート
５３ 鉄筋籠
５４ 固定手段
５５ 生コンクリート
Claims (7)
- 上下に垂直に延伸している中空管状体に、複数の連通孔が前記中空管状体の管内、管外を連通させるように開けられていると共に、
前記中空管状体の上端は、キャップにより封止され、
前記中空管状体の管内を上部空間と下部空間とに仕切る仕切板を更に有し、すべての前記連通孔は、前記仕切板の下側に形成されていることを特徴とする鋼管杭。 - 前記仕切板の上側に、２つの設置孔が互いに向き合うように開けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
- 前記仕切板は、水平に形成された板状体であり、前記仕切板から前記中空管状体の上端までの距離が、前記仕切板から前記中空管状体の下端までの距離よりも短くなっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼管杭。
- 前記仕切板から前記中空管状体の上端までの距離は略２０００ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の鋼管杭。
- 地面から地中へ、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鋼管杭の全長に対応する深さまで真っ直ぐに延伸する竪穴を掘削する掘削ステップと、
掘削した前記竪穴に生コンクリートを打設する第１コンクリート打設ステップと、
打設したコンクリートが凝固する前に、前記鋼管杭の上端一部が露出するように、前記鋼管杭を前記竪穴内に挿し込む鋼管杭挿入ステップと、
打設したコンクリートが凝固した後、前記鋼管杭のキャップを除去するキャップ除去ステップと、
前記キャップが除去された前記鋼管杭の上端一部の内側にある空間内に鉄筋籠を設置する鉄筋籠設置ステップと、
鉄筋籠を設置した前記空間内にコンクリートを打設して凝固させる第２コンクリート打設ステップと、を順番に実行する杭基礎工法。 - 前記鋼管杭として請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の鋼管杭を使用し、前記鋼管杭が露出している上端一部の長さは、前記鋼管杭における上部空間の長さと一致し、また、前記鉄筋籠設置ステップは、前記鉄筋籠を下から前記仕切板に受けられるように前記上部空間内に設置してから、固定手段を前記中空管状体の外側から前記２つの設置孔における１つの設置孔を経由して前記中空管状体の内側へ挿し込み、前記鉄筋籠の内部を通過して前記２つの設置孔における他の１つの設置孔を経由してまた前記中空管状体の外側に突出するように設置して、前記中空管状体及び前記鉄筋籠を共に貫通することにより、該鉄筋籠の位置を仮固定することを特徴とする請求項５に記載の杭基礎工法。
- 前記コンクリートにおけるセメントとして膨張セメントを使用することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の杭基礎工法。
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