JP5304762B2 - 杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、無排土の杭の施工方法関する。

無排土での杭施工方法として、特許文献１には、「少なくとも１つの螺旋翼が先端付近の外周に螺旋状に突設され、少なくとも１つの突出部が先端に設けられた鋼管製の軸管と、この軸管の内径より外径が少し小さい鋼管製で、底板が先端に固着され、前記軸管内に前記底板を軸管の先端側に向けて挿入された内管とを備えた鋼管杭」が提案されている（特許文献１の請求項１参照）。
特許文献１に記載の鋼管杭の施工方法は、軸管の切欠部より上方に内管を引き込んだ状態で鋼管杭を地盤の所定深さまで回転貫入し、鋼管杭を回転させながら上下に移動させ、鋼管杭の先端付近の地盤を砕くことによって砕土部を設ける。そして、この砕土部内の所定高さに鋼管杭の先端を位置させた状態で内管を圧下することによって砕土部を締め固めた後、内管を軸管に固定するものである（特許文献１の［００１３］参照）。

また、無排土の杭施工方法の他の例として、螺旋翼を備えたケーシングを地盤に沈降させ、場所打ち杭を構築する場所打ち杭の構築方法が特許文献２に提案されている。
特許文献２に記載の場所打ち杭の構築方法は、「先端近傍の外周に沿って螺旋羽根を設けた鋼管の先端に、該鋼管に対して上方への移動と回動とを拘束して、掘削刃を備えた底板を装着し、該鋼管内に該底板への荷重伝達軸を挿入し、該荷重伝達軸により該底板を係止して該底板の該荷重伝達軸からの離脱を防止し、次いで該鋼管に回転力を付与して該鋼管を該底板と該荷重伝達軸の下降を伴って支持層まで沈降させて後、該底板への該荷重伝達軸による係止を解除し、該荷重伝達軸により該底板に押圧力を付与し、次いで該荷重伝達軸を引き上げて後、該鋼管内に鋼製芯材を降下させてコンクリートを打設し、ケーシングとして使用した該鋼管を撤去することを特徴とする」ものである。

特開２００３−１７６５３４号公報 特開Ｈ０９−２４２０６８号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されたものは、共に以下に示すような種々の課題が残されている。
＜先端支持力確保に関する課題＞
特許文献１においては、先端支持力を確保するために、底板を有する内管を地盤に圧下するようにしているが、設計上必要とされる先端支持力を得ることができているかどうかは不明である。
この点、特許文献２においては、荷重伝達軸によって底板に押圧力を付与するとしているが、こちらの場合についても設計上必要とされる先端支持力を得ることができているかどうかは不明である。
杭施工後において、所定の先端支持力が得られていなかった場合、一旦施工された杭の支持力を向上させることはできないため、設計変更により杭径を増加させるか、増し杭のように杭の本数を増やすことによって対処せざるを得なくなる。
このように、杭施工時において、先端支持力が得られているか否かということは重要なことであるにも関わらず、従来例において、杭施工時に設計上必要とされる先端支持力が得られているかどうかを確認し、先端支持力不足の場合には、設計上必要とされる先端支持力を得るために必要とされる支持力を考慮しつつそれを増大させるという考えのものはない。

＜底板の保持に関する課題＞
特許文献１、２共に、螺旋翼を有する鋼管を回転させて地盤に貫入させるため、回転貫入時に土砂が鋼管内に入らないようにする目的で、底板を必要としている。また、特許文献１、２共に、先端支持力を増すために杭先端の地盤を押し固めるという作業を行うため、上記の底板が螺旋翼を備えた鋼管と分離できる構造になっている必要がある。つまり、回転貫入時に鋼管の先端を塞ぎ、かつ貫入後には鋼管と分離できる構造の底板が必要なのである。

この点、特許文献１においては、螺旋翼を備えた軸管に挿入される内管の先端に底板を設け、内管を軸管内に挿入した状態で軸管を回転貫入するようにしている。しかしながら、内管を挿入した状態で軸管を回転貫入させなければならず、施工性が悪いという問題がある。
この点、特許文献２においては、螺旋翼を備えた鋼管に底板を装着し、該底板を荷重伝達軸で保持した状態で鋼管を回転貫入させるようにしている。このように、特許文献２では、底板を鋼管側に装着しているものの、鋼管の回転貫入時に底板が離脱するのを防ぐために、荷重伝達軸を鋼管に挿入した状態で回転貫入させねばならず、特許文献１と同様に施工性が悪いという問題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、所定の先端支持力を確実に得ることができる杭の施工方法を得ることを目的としている。さらに、前記目的に加えて施工性にも優れる杭の施工方法を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る杭の施工方法は、先端近傍に螺旋翼を備えたケーシングを用いて無排土で杭を施工する杭の施工方法であって、前記ケーシングの先端を塞ぐ底板を保持した状態で前記ケーシングを地盤に回転貫入する回転貫入工程と、前記ケーシングを所定深さまで貫入した後、ケーシング内に既製杭を建て込む既製杭建込み工程と、既製杭によって前記底板を前記ケーシングから離脱させる底板離脱工程と、底板を離脱させた状態で既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧して所定の先端支持力を有しているかどうかを確認すると共に杭先端に先端支持力を付与する先端支持力確認付与工程と、前記ケーシングを引抜くケーシング引抜工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記先端支持力確認付与工程は、既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧したときの底板の沈下量が底板直径の０．１倍以下であれば所定の先端支持力を有しているとすることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記先端支持力確認付与工程は、ジャッキによってケーシングに反力を取りながら所定押圧力を前記既製杭に付与することを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）に記載のものにおいて、前記螺旋翼の投影面積が、前記底板の面積の３倍以上になるように設定したことを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のものにおいて、前記底板は、前記ケーシングに保持構造によって保持されており、該保持構造は、水平方向の貫通孔を有する係止部をケーシングの外周又は内周の少なくとも２箇所に設け、水平方向の貫通孔を有する係止片を前記底板の上面側の周縁の少なくとも２箇所に設け、前記係止部と前記係止片が回転方向で当接するように配置すると共に前記係止部と前記係止片の貫通孔を共に挿通するようにピンを挿入してなることを特徴とするものである。

本発明においては、先端近傍に螺旋翼を備えたケーシングを用いて無排土で杭を施工する杭の施工方法であって、前記ケーシングの先端を塞ぐ底板を保持した状態で前記ケーシングを地盤に回転貫入する回転貫入工程と、前記ケーシングを所定深さまで貫入した後、ケーシング内に既製杭を建て込む既製杭建込み工程と、既製杭によって前記底板を前記ケーシングから離脱させる底板離脱工程と、底板を離脱させた状態で既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧して所定の先端支持力を有しているかどうかを確認すると共に杭先端に先端支持力を付与する先端支持力確認付与工程と、前記ケーシングを引抜くケーシング引抜工程とを備えたことにより、杭の施工完了時には、所定の先端支持力を確実に得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る杭施工方法に用いる部材の説明図である。 図１に示した部材の一つであるケーシングの一部拡大図であり、中心線の左半分を断面で示し、右半分を側面図で示している。 図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の丸で囲んだＡ部を拡大すると共に分解して示す図である。 図３の丸で囲んだＢ部を拡大すると共に分解して示す図である。 底板の保持構造の他の態様の説明図である。 図６の丸で囲んだＣ部を拡大すると共に分解して示す図である。 本発明の一実施の形態に係る杭施工方法の説明図である。

本発明の一実施の形態に係る杭の施工方法に用いる部材について、図１〜図７に基づいて説明する。
本実施の形態の杭の施工方法に用いる部材は、図１に示すように、下端部近傍に螺旋翼１を備えた鋼製のケーシング３と、該ケーシング３の下端面を塞ぐ底板５と、ケーシング３内に立て込まれる既製杭７とを備えている。
以下、各部材を詳細に説明する。

＜ケーシング＞
ケーシング３は、先端近傍に螺旋翼１が溶接された鋼管よって形成されており、その外径は例えば、φ400〜φ600である。また、ケーシング３の上端には、回転力を伝達するための突部９が設置されている。
ケーシング３の先端には底板５が、ケーシング３の回転貫入中はケーシング３に保持されると共に既製杭７によって押圧されることでケーシング３から離脱するように保持されている。底板５のケーシング３に対する保持構造１０については後述する。

＜螺旋翼＞
ケーシングに備えた螺旋翼１はケーシング３に与えた回転力を地盤に伝え貫入推進力を与えると共に先端支持力の確認および付与の際の押圧力に対する反力を地盤に伝える役割を果たす。従って、翼設置位置近傍の地盤の強度に応じ、反力をとるために充分な翼径（受圧面積）および板厚を予め設定する。
ここで、ケーシングで反力をとって先端支持力の確認および付与を行うためには螺旋翼１の投影面積が、底板の面積の３倍以上になるように設定するのが好ましい。この理由は以下の通りである。

押込み支持力は、下式（１）で求められる。
押込み支持力＝150（支持力係数）×Ｎ（Ｎ値）×Ap（底板の面積）・・・・（１）
他方、螺旋翼による引抜き抵抗は、下式（２）で求められる。
引抜き抵抗＝50（係数）×Ｎ（Ｎ値）×Apw（螺旋翼の投影面積）・・・・（２）
ケーシングで反力をとって先端支持力の確認および付与を行うためには、引抜き抵抗＞押込み支持力の関係が必要である。
したがって、（１）（２）式から、Apw＞３Apとなる。つまり、螺旋翼の投影面積が底板の面積の３倍より大きくなることである。
なお、引抜き抵抗としては、螺旋翼による抵抗以外にケーシング３の周面抵抗が付加されるので、Apw＝３Apの場合であっても引抜き抵抗＞押込み支持力の関係が成立する。そこで、Apw≧３Apすなわち螺旋翼１の投影面積が、底板の面積の３倍以上になるように設定した。

＜底板＞
底板５はケーシング３の下端面に保持されており、ケーシング３の回転貫入中は土砂がケーシング３内に侵入するのを防止し、既製杭の建て込みに際して下方の地盤を押圧して先端支持力を得る機能を有する。

＜底板の保持構造＞
底板５の保持構造１０は、図３、図４に示すように、ケーシング３の下端部の外周に形成した矩形状でかつ貫通孔１１を有する係止部１３を、底板５に形成した２枚の係止片１５（貫通孔１７あり）の隙間に挿入し、係止片１５と係止部１３にピン１９を挿入することで、ケーシング３と底板５を連結するというものである。
この保持構造１０をより詳細に説明する。

ケーシング３の下端部の外周には、周方向４箇所に矩形状の係止部１３が設けられている（図３参照）。そして、係止部１３には水平方向の貫通孔１１が形成されている（図４参照）。
他方、底板５における係止部１３に対応する位置には、係止部１３が挿入可能な隙間を形成するように係止片１５が２枚設置されており、係止片１５にも貫通孔１７が形成されている（図３、図４参照）。
ケーシング３の係止部１３を底板５の係止片１５の隙間に挿入して、係止部１３と係止片１５の貫通孔１７にピン１９を挿入することで、ケーシング３と底板５をピン１９によって連結している。

上記のように構成された、ケーシング３と底板５の保持構造１０の作用を説明する。底板５がケーシング３に保持された状態で、ケーシング３を地盤２１に回転貫入する際に、ケーシング３を回転すると、ケーシング３に設けた係止部１３が底板５の係止片１５に当接するので、両者は離れることなく共に回転して両者が分離することはない。
また、ケーシング３が下方に移動するときは、底板５がケーシング３の先端に押し付けられるので、底板５がケーシング３から分離することはない。さらに、回転貫入中には、ケーシング３を上下方向に移動させることもあるが、その際、上方向に移動させたときに、底板５がケーシング３と離れようとする力が作用するが、その動きはピン１９によって規制され、両者が分離することはない。しかも、ケーシング３が上方向に移動する際、底板５とケーシング３が離れようとする力は小さいので、ピン１９はこの小さい力に抵抗できる程度の強度であれば足りる。
以上のように、ケーシング３と底板５とを上記のような保持構造１０にしたので、ケーシング３の回転貫入の際に、特許文献２の例のようにケーシング３の内部に荷重伝達軸を挿入して底板５を保持しなくても、両者を離れることがない構造になっている。
しかも、ケーシング３と底板５を繋ぐピン１９は弱い力で破壊するので、ケーシング３と底板５を容易に分離させることもできる。

なお、上記の例では係止部１３をケーシング３に設け、係止片１５を底板５側に設けたが、図６、図７に示すように、係止部１３を底板５に設けて係止片１５をケーシング３側に設けるようにしてもよい。
また、ケーシング３側に設ける係止部１３あるいは係止片１５はケーシング３の外周面ではなく、内周面に設けるようにしてもよい。

＜既製杭＞
既製杭７は、ケーシング３内に立て込まれる杭であって、例えば鋼管杭、ＰＨＣ杭、ＲＣ杭などがあるが、これに限定されるものではない。既製杭７の外径は、既製杭７のケーシング３内への建て込みおよびその後のケーシング引き抜きに支障がないようケーシング内径より余裕を持って小さいサイズとするのが好ましい。例えば、ケーシング３の径をφ400〜φ600としている本例においては、既製杭の外径は例えばφ300〜φ500とするのが好ましい。

次に、上記のような構成部材による杭の施工方法を図８に基づいて説明する。本実施の形態の杭の施工方法は、ケーシング３の先端を塞ぐ底板５を保持した状態でケーシング３を地盤２１に回転貫入する回転貫入工程と（図８（ａ）参照）、ケーシング３を支持層２３のある所定深さまで貫入した後、ケーシング３内に既製杭７を建て込む既製杭建込み工程と（図８（ｂ）参照）、既製杭７によって前記底板５を前記ケーシング３から離脱させる底板離脱工程と（図８（ｃ）参照）、底板５を離脱させた状態で既製杭７を設計先端支持力相当の圧力で押圧して所定の先端支持力を有しているかどうかを確認すると共に杭先端に先端支持力を付与する先端支持力確認付与工程（図８（ｃ）参照）と、ケーシング３を引抜くケーシング引抜工程と（図８（ｄ）参照）を備えている。
各工程について、さらに詳細に説明する。

＜回転貫入工程＞
回転貫入工程は、ケーシング３の先端に底板５を保持させた状態でケーシング３を地盤２１に回転貫入して、支持層２３のある所定深さまで貫入させる工程である。回転貫入中は、底板５がケーシング３に保持されており、回転貫入時の回転方向の動きや、上下動によっても底板５がケーシング３から外れることはない。したがって、土砂がケーシング３内に侵入することはない。
このように、ケーシング３を回転貫入させることで、無排土で地盤２１に貫入させることができる。

＜既製杭建込み工程＞
既製杭建込み工程は、先端が支持層２３まで貫入されたケーシング３内に既製杭７を建て込む工程である。

＜底板離脱工程＞
底板離脱工程は、既製杭７によって底板５をケーシング３から離脱させる工程である。具体的には、既製杭７の頭部を、図８（ｃ）に示すように、ジャッキ２５によってケーシング３に反力を取りながら押圧することにより、既製杭７を下方に押し込むことで、底板５とケーシング３下端を連結していたピン１９を破壊あるいは変形させることで、底板５とケーシング３のピン１９による連結を切離す。前述したように、ピン１９は容易に破壊されるので、底板離脱工程におけるジャッキ２５の押圧力は小さくてよい。

＜先端支持力確認付与工程＞
先端支持力確認付与工程は、底板５を離脱させた状態で既製杭７をジャッキ２５によって所定の圧力で押圧して所定の先端支持力を有しているかどうかを確認すると共に杭先端に必要な先端支持力を付与する工程である。
ケーシング３で反力をとりながら、ジャッキ２５によって既製杭７を設計先端支持力相当の圧力で押圧することで、ケーシング３と離脱した底板５が下方の地盤を押圧する。ジャッキ２５の押圧力を図示しない圧力計で計測しながらジャッキ２５を作動させ、圧力計の表示が設計先端支持力相当の圧力に達するまで押圧を行う。

ケーシング３で反力を取りながら既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧するとき、ケーシング３が地盤２１から引き抜かれないように抵抗する必要があるが、本実施の形態では、螺旋翼１の投影面積が、底板の面積の３倍以上になるように設定されているので、前述のように、ケーシングで反力をとった場合、引抜き抵抗＞押込み支持力となり、ケーシング３で反力をとりながら先端支持力確認付与工程を実施できる。
ケーシング３を地盤２１に回転貫入した時点ですでに先端支持力が得られていたのか、それともジャッキ２５による押圧力によって地盤が底板５によって押圧されて先端支持力が得られたのかの区別は難しいので、この点は特に問題としない。

なお、先端支持力確認付与工程においては、既製杭７を設計先端支持力相当の圧力で押圧したときの底板５の沈下量が底板５の直径の０．１倍以下であれば所定の先端支持力を有していると判定するものとする。先端支持力が不足している場合はジャッキでさらに押圧し沈下量が０．１倍以下になるように除荷および載荷を繰り返し行い所定の先端支持力が得られるようにする。一般的に繰り返し載荷を行うことにより、沈下量は小さくなり所定の支持力が得られる。

＜ケーシング引抜工程＞
ケーシング引抜工程は、ケーシング３を貫入時と逆回転させながら地中から引抜く工程である。
ケーシング３を引く抜くことで、図８（ｅ）に示すように、既製杭７が先端支持力を得て状態で地中に設置され、杭の施工が完了する。

以上のように、本実施の形態の杭の施工方法によれば、先端支持力を確実に得られる既製杭７を簡易に施工することができる。また、底板５とケーシング３とをケーシング３の施工中には両者が離脱せず、既製杭７の押込みによって底板５がケーシング３から容易に離脱するようにしたので、ケーシング３の回転貫入作業中にはケーシング３内に軸部材を挿入する必要がなく施工性にも優れている。

なお、上記の実施の形態では、既製杭７をケーシング３の回転貫入後にケーシング３内に建て込むようにしたので、回転貫入中の施工が容易であるという効果がえられている。しかし、施工の容易性を特に問題視しないのであれば、ケーシング３の回転貫入前に既製杭７をケーシング３内に挿入しておいてもよい。

１ 螺旋翼
３ ケーシング
５ 底板
７ 既製杭
９ 突部
１１ 貫通孔（係止部）
１３ 係止部
１５ 係止片
１７ 貫通孔（係止片）
１９ ピン
２１ 地盤
２３ 支持層
２５ ジャッキ

Claims (5)

1. 先端近傍に螺旋翼を備えたケーシングを用いて無排土で杭を施工する杭の施工方法であって、前記ケーシングの先端を塞ぐ底板を保持した状態で前記ケーシングを地盤に回転貫入する回転貫入工程と、前記ケーシングを所定深さまで貫入した後、ケーシング内に既製杭を建て込む既製杭建込み工程と、既製杭によって前記底板を前記ケーシングから離脱させる底板離脱工程と、底板を離脱させた状態で既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧して所定の先端支持力を有しているかどうかを確認すると共に杭先端に先端支持力を付与する先端支持力確認付与工程と、前記ケーシングを引抜くケーシング引抜工程とを備えたことを特徴とする杭の施工方法。
2. 前記先端支持力確認付与工程は、既製杭を設計先端支持力相当の圧力で押圧したときの底板の沈下量が底板直径の０．１倍以下であれば所定の先端支持力を有しているとすることを特徴とする請求項１記載の杭の施工方法。
3. 前記先端支持力確認付与工程は、ジャッキによってケーシングに反力を取りながら所定押圧力を前記既製杭に付与することを特徴とする請求項１又は２記載の杭の施工方法。
4. 前記螺旋翼の投影面積が、前記底板の面積の３倍以上になるように設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の杭の施工方法。
5. 前記底板は、前記ケーシングに保持構造によって保持されており、該保持構造は、水平方向の貫通孔を有する係止部をケーシングの外周又は内周の少なくとも２箇所に設け、水平方向の貫通孔を有する係止片を前記底板の上面側の周縁の少なくとも２箇所に設け、前記係止部と前記係止片が回転方向で当接するように配置すると共に前記係止部と前記係止片の貫通孔を共に挿通するようにピンを挿入してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の杭の施工方法。