JP5649755B1

JP5649755B1 - 鋼管杭構造

Info

Publication number: JP5649755B1
Application number: JP2014122442A
Authority: JP
Inventors: 志行坂井
Original assignee: 有限会社坂井家起こし
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP2016003447A

Abstract

【課題】大径な鋼管杭であっても目標とする支持地盤に到達した時点で、内部で堆積した土砂を確実に固化させて支持地盤からの反力が得られるようにし、鋼管杭の支持力を拡大させて理想的な鋼管杭を得ることができる鋼管杭構造を提供する。【解決手段】鋼管杭１を、目標とする支持地盤Ｊに向けて圧入するようにした鋼管杭構造として、鋼管杭１の外径を、その内部に入り込む土砂Ｄによる鋼管杭１の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、支持地盤Ｊに到達した鋼管杭１の先端１１から地面Ｇまでの長さの１／１０に拡径するとともに、鋼管杭１に、当該鋼管杭１の内部を上下に区画する区画壁２を設ける。区画壁２を、支持地盤Ｊに到達した鋼管杭１の先端１１から地面Ｇまでの長さＬに対応する位置に設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、長尺円筒状でかつ先端が開口した鋼管杭を目標とする支持地盤に向かって圧入して支持力を向上させるようにした鋼管杭構造に関する。

一般に、この種の鋼管杭は、支持地盤に先端が到達するまでの地面からの深さや必要とされる支持荷重に応じて選定される。そして、鋼管杭は、例えば、特許文献１に示しように、作業機のクレーンなどの先端に取り付けられた鋼管杭打ち装置のハンマの振動や打撃による落下エネルギの反復によって地中に打ち込んで圧入するようにしたものが知られている。また、鋼管杭を土中に圧入するに当たり、架台に設けられた回転圧入装置の回転圧入部を鋼管杭の上端部に装着し、回転圧入部により鋼管杭を回転させながら土中に押し込んで圧入するようにしたものもある。更に、鋼管杭を土中に圧入するに当たり、建造物などの荷重を利用して鋼管杭を土中に圧入するようにしたものもある。

特許３７９８７５９号公報

ところで、土中に圧入される鋼管杭は、その先端が開口しているため、土中に圧入されるに従って、支持地盤に先端が到達するまでの間、先端から内部へと土砂が侵入して堆積する。

その場合、目標とする支持地盤に到達した時点で、鋼管杭の内部で堆積した土砂が固化すれば、支持地盤からの反力が得られて鋼管杭の支持力が拡大され、理想的な鋼管杭が得られる。

しかし、先端が開口する鋼管杭を目的とする支持地盤まで圧入する過程で、内部で堆積した土砂が内部摩擦抵抗などにより締め固められると、鋼管杭の先端が土砂により閉塞される。この圧入過程での鋼管杭の圧入荷重の変化は、圧入初期では鋼管杭先端のリングの表面積のみであるが、鋼管杭の先端が閉塞されるに従って鋼管杭の全径の表面積に変わる。そのため、目的とする支持地盤に鋼管杭を圧入する際に、鋼管杭の全径の表面積による圧入抵抗が発生した時点で大きな反力が発生し、この反力に抗して鋼管杭をさらに目標とする支持地盤まで圧入する際には、先端閉塞による反力に十分に抗する杭打ち能力を備えた杭打ち機を用意する必要があり、杭打ち機自体が非常に大きなものとなる。

前記目的を達成するため、本発明では、長尺円筒状でかつ先端が開口した鋼管杭を、目標とする支持地盤に向けて圧入するようにした鋼管杭構造を前提とする。更に、前記鋼管杭の外径を、その内部に入り込む土砂による鋼管杭の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さの１／７〜１／１４の範囲に設定するとともに、前記鋼管杭に、当該鋼管杭の内部を上下に区画する区画壁を設けている。そして、前記区画壁を、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さに対応する位置に設定する。更に、前記区画壁に、その中心付近を上下に貫通する貫通孔を設けることを特徴としている。

前記目的を達成するため、本発明では、長尺円筒状でかつ先端が開口した鋼管杭を、目標とする支持地盤に向けて圧入するようにした鋼管杭構造を前提とする。更に、前記鋼管杭の外径を、その内部に入り込む土砂による鋼管杭の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さの１／７〜１／１４の範囲に設定するとともに、前記鋼管杭に、当該鋼管杭の内部を上下に区画する区画壁を設けている。そして、前記区画壁を、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さに対応する位置に設定することを特徴としている。

また、前記区画壁に、その中心付近を上下に貫通する貫通孔を設けることが好ましい。

また、前記貫通孔に、前記鋼管杭内をその先端まで掘削するボーリングロッドを挿通可能とし、このボーリングロッドを介して前記鋼管杭の先端まで地盤改良材を送給することが好ましい。

更に、前記ボーリングロッドを、前記鋼管杭の先端と前記区画壁の貫通孔との間で進退自在に構成し、その進退移動に伴って前記鋼管杭の先端から前記区画壁の貫通孔までの間で地盤改良材を送給してもよい。

以上、要するに、土砂による鋼管杭の内周面での摩擦抵抗を低下させるように拡径した鋼管杭の内部を上下に区画する区画壁を、支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さに対応する位置に設定することで、支持地盤に先端が到達するまでの間、先端から内部へと侵入した土砂が内周面との摩擦により十分に締め固められずに内周面に沿って堆積してきても、支持地盤に鋼管杭の先端が到達した際に区画壁との間で押し潰されて確実に固化し、支持地盤からの反力が得られる。これにより、支持地盤に鋼管杭の先端が到達した時点で鋼管杭の支持力を拡大させて理想的な鋼管杭を得ることができる。

しかも、支持地盤に鋼管杭の先端が到達した際に区画壁との間で押し潰された土砂の固化が不十分であれば、杭打ち機の余力によって鋼管杭の先端を支持地盤へ根入れすることが可能となり、この根入れによって鋼管杭の内部の土砂が区画壁との間で押し潰されて確実に固化し、支持地盤からの反力が得られる。これにより、支持地盤に鋼管杭の先端を根入れした時点で鋼管杭の支持力を拡大させて理想的な鋼管杭を得ることができる。

また、区画壁の中心付近を上下に貫通する貫通孔を設けることで、区画壁との間での土砂の固化状態を確認することができる上、土砂の固化時に発生する水分を排出することもできる。

また、貫通孔にボーリングロッドを挿通可能とし、このボーリングロッドを介して鋼管杭の先端まで地盤改良材を送給することで、鋼管杭の先端での地盤改良材による増大補強や、鋼管杭の内部での地盤改良材による土砂のより確実な固化によって、鋼管杭の支持力をより一層向上させることができる。

更に、ボーリングロッドの進退移動に伴って鋼管杭の先端から区画壁の貫通孔までの間で地盤改良材を送給することで、鋼管杭の先端から区画壁までの間の土砂を地盤改良材によってより強固に固定することができ、鋼管杭の支持力を飛躍的に向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る鋼管杭構造を用いた鋼管杭の圧入現場での作業状態を示す説明図である。図１の鋼管杭の平面図である。図１の鋼管杭の拡大断面図である。図１の鋼管杭の杭打ち工法を示す説明図であって、（ａ）は鋼管杭の杭打ち前の状態、（ｂ）は鋼管杭を土中に１／４程度圧入した状態、（ｃ）は鋼管杭を土中に１／２程度圧入した状態、（ｄ）は鋼管杭を土中に３／４程度圧入した状態、（ｅ）は鋼管杭の先端が地盤に到達する直前の状態、（ｆ）は鋼管杭の先端が支持地盤に到達した状態、（ｇ）は鋼管杭の内部をその先端までボーリングロッドで掘削した状態、（ｈ）はボーリングロッドの先端より地盤改良材を送給した状態をそれぞれ示している。本発明の第２の実施の形態に係る鋼管杭構造を用いた鋼管杭の杭打ち工法を示す説明図であって、（ａ）は鋼管杭の杭打ち前の状態、（ｂ）は鋼管杭を土中に１／４程度圧入した状態、（ｃ）は鋼管杭を土中に１／２程度圧入した状態、（ｄ）は鋼管杭を土中に３／４程度圧入した状態、（ｅ）は鋼管杭の先端が地盤に到達した状態、（ｆ）は鋼管杭の先端を支持地盤に根入れした状態、（ｇ）は鋼管杭の内部をその先端までボーリングロッドで掘削した状態、（ｈ）はボーリングロッドの先端より地盤改良材を送給した状態をそれぞれ示している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は本発明の実施の形態に係る鋼管杭構造を用いた鋼管杭の圧入現場での作業状態を示す説明図を示している。

この図１において、１は鋼管杭であって、この鋼管杭１は、長尺円筒状でかつ先端１１が開口し、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により土中に打ち込んで目標とする支持地盤Ｊに先端１１が食い込むまで圧入される。この支持地盤Ｊは、地面Ｇの表層よりも下方において礫質土などが固結してなる強固なものである。鋼管杭打ち装置Ｋとしては、車載クレーンに装着された油圧ハンマータイプのものが用いられる。

鋼管杭１は、断面円環状に形成され、地面Ｇから支持地盤Ｊまでの距離に応じて設定される。この場合、鋼管杭の長さＬは、支持地盤Ｊへの先端１１の食い込みと、地面Ｇでの上端１２での露出量とを考慮して、地面Ｇから支持地盤Ｊまでの距離よりも若干長く設定されるが、便宜上、地面Ｇから支持地盤Ｊまでの距離と同じ長さとして説明する。

鋼管杭打ち装置Ｋは、その下端部より突出するハンマＫ１を鋼管杭１の上端１２に取り付けられたキャップＣの凹部Ｃ１に嵌合された状態で付与された衝撃を先端１１まで伝達する。なお、鋼管杭打ち装置Ｋは、これ自体が公知であるから内部構造の詳細については省略する。

図２は鋼管杭１の平面図、図３は鋼管杭１の区画壁付近の断面図をそれぞれ示している。

鋼管杭１には、当該鋼管杭１の内部を上下に区画する区画壁２が設けられている。この区画壁２は、支持地盤Ｊに到達した鋼管杭１の先端１１から地面Ｇまでの長さＬに対応する位置に設定されている。

また、鋼管杭１としては、その先端１１から内部に入り込む土砂Ｄによる鋼管杭１の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、支持地盤Ｊに到達するまでの先端１１から地面Ｇまでの長さに応じて選定される通常の鋼管杭よりも大径のものが適用されている。具体的には、鋼管杭１の外径Ｓは、その内部に入り込む土砂Ｄによる鋼管杭１の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、支持地盤Ｊに到達した鋼管杭１の先端１１から地面Ｇまでの長さＬの１／１０に設定されている。この場合、鋼管杭１の内径は、剛性を確保する上で長さに応じた管厚に形成されているため、外径Ｓに応じて管厚を加味して設定される。

更に、区画壁２には、その中心付近を上下に貫通する貫通孔３が設けられている。この貫通孔３は、鋼管杭１の圧入時に先端から内部に侵入して区画壁２との間での固化する土砂の固化状態の観察や、土砂の固化時に発生する水分の排出に供される。また、貫通孔３には、鋼管杭１内をその先端まで掘削するボーリングロッド４が挿通可能とされている。ボーリングロッド４は、管状のものであり、その基端（上端）に地盤改良材Ａ（例えば、グラウトや地盤改良用薬液など）を高圧で注入する注入装置（図示せず）が接続される。そして、地盤改良材Ａは、注入装置からボーリングロッド４を介して鋼管杭１の先端に送給される。この場合、ボーリングロッド４は、図示しないクレーンの先端に設けられ、クレーンの昇降によって鋼管杭１の先端１１から上端１２までの間で上下方向へ進退自在とされている。また、ボーリングロッド４は、そのまま注入管として用いられて地盤改良材Ａが注入可能とされている。

ここで、鋼管杭１を鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１により支持地盤Ｊまで圧入して支持力を得るまでの手順を図４に基づいて説明する。図４は鋼管杭１の杭打ち工法を示す説明図であって、（ａ）は鋼管杭１の杭打ち前の状態、（ｂ）は鋼管杭１を土中に１／４程度圧入した状態、（ｃ）は鋼管杭１を土中に１／２程度圧入した状態、（ｄ）は鋼管杭１を土中に３／４程度圧入した状態、（ｅ）は鋼管杭１の先端１１が支持地盤Ｊに到達する直前の状態、（ｆ）は鋼管杭１の先端１１が支持地盤Ｊに到達した状態、（ｇ）は鋼管杭１の内部をその先端１１までボーリングロッド４で掘削した状態、（ｈ）はボーリングロッド４の先端よりグラウトや地盤改良用薬液を送給した状態をそれぞれ示している。

先ず、図４の（ａ）に示すように、鋼管杭１を地面Ｇに対し立設させ、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１の圧入を開始する。

次いで、図４の（ｂ）に示すように、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１を土中に１／４程度圧入する。このとき、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは、内周面に対してほとんど摩擦が発生しないために未だ固化せず、地面Ｇとほぼ同じ高さである。

その後、図４の（ｃ）〜（ｅ）に示すように、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１を土中に１／２圧入した状態から先端１１が支持地盤Ｊに到達する直前まで圧入する。このとき、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは、内周面に対して発生し始める摩擦により徐々に固化し始める。

そして、図４の（ｆ）に示すように、鋼管杭１の先端１１が支持地盤Ｊに到達するまで圧入されると、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは区画壁２との間で押し潰されて固化する。このとき、支持地盤Ｊからの反力が得られる。

しかる後、図４の（ｇ）に示すように、鋼管杭１の内部で固化した土砂をボーリングロッド４で掘削し、区画壁２の貫通孔３を通って鋼管杭１の先端１１までボーリングロッド４を進める。

その後、ボーリングロッド４の基端に注入装置を接続し、図４の（ｈ）に示すように、注入装置からボーリングロッド４を介して地盤改良材Ａを鋼管杭１の先端１１まで送給する。

それから、先端より地盤改良材Ａを鋼管杭１の内部に注入しながらボーリングロッド４をゆっくりと引き上げ、地盤改良材Ａを鋼管杭１の内部で固化した土砂Ｄにも浸透させ、土砂Ｄの固化をより確実なものとする。その後、鋼管杭１の内部からボーリングロッド４を抜き取り、鋼管杭１の杭頭（上端１２）からグラウトやコンクリートなどの充填材（図示せず）を鋼管杭１の内部に充填し、区画壁２の上側において充填材を固化する。

このように、土砂による鋼管杭の内周面での摩擦抵抗を低下させるように外径Ｓを先端１１から地面Ｇまでの長さＬの１／１０に拡径した鋼管杭１の内部を上下に区画する区画壁２が、長さＬに対応する位置に設定されているので、支持地盤Ｊに先端１１が到達するまでの間、先端１１から内部へと侵入した土砂Ｄが内周面との摩擦により十分に締め固められずに内周面に沿って堆積してきても、支持地盤Ｊに鋼管杭１の先端１１が到達した際に区画壁２との間で押し潰されて確実に固化し、支持地盤Ｊからの反力が得られる。これにより、支持地盤Ｊに鋼管杭１の先端１１が到達した時点で鋼管杭１の支持力を拡大させて理想的な鋼管杭１を得ることができる。

また、区画壁２の中心付近を上下に貫通する貫通孔３が設けられているので、区画壁２との間での土砂の固化状態を確認することができる上、土砂の固化時に発生する水分を排出することもできる。

また、貫通孔３にボーリングロッド４を挿通し、このボーリングロッド４を介して鋼管杭１の先端まで地盤改良材Ａを送給しているので、鋼管杭１の先端での地盤改良材Ａによる増大補強や、鋼管杭１の内部での地盤改良材Ａによる土砂のさらなる固化によって、鋼管杭１の支持力をさらに拡大させることができる。

更に、ボーリングロッド４の進退移動に伴って鋼管杭１の先端１１から区画壁２の貫通孔３までの間で地盤改良材Ａが送給されるので、鋼管杭１の先端１１から区画壁２までの間の土砂Ｄを地盤改良材Ａによってより強固に固定することができ、鋼管杭１の支持力を飛躍的に向上させることができる。

しかも、鋼管杭１は区画壁２の上側においても充填材で固化されているので、鋼管杭１の全長に亘って剛性を高めることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図５に基づいて説明する。この実施の形態では、鋼管杭１の先端１１を支持地盤Ｊに対して根入れしている。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る鋼管杭構造を用いた鋼管杭１の杭打ち工法を示す説明図であって、（ａ）は鋼管杭１の杭打ち前の状態、（ｂ）は鋼管杭１を土中に１／４程度圧入した状態、（ｃ）は鋼管杭１を土中に１／２程度圧入した状態、（ｄ）は鋼管杭１を土中に３／４程度圧入した状態、（ｅ）は鋼管杭１の先端１１が地盤Ｊに到達した状態、（ｆ）は鋼管杭１の先端１１を支持地盤Ｊに根入れした状態、（ｇ）は鋼管杭１の内部をその先端１１までボーリングロッド４で掘削した状態、（ｈ）はボーリングロッド４の先端より地盤改良材Ａを送給した状態をそれぞれ示している。

すなわち、本実施の形態では、鋼管杭１を鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１により支持地盤Ｊに根入れして支持力を得るようにしている。この手順を図５に基づいて説明する。

先ず、図５の（ａ）に示すように、鋼管杭１を地面Ｇに対し立設させ、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１の圧入を開始する。

次いで、図５の（ｂ）に示すように、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１を土中に１／４程度圧入する。このとき、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは、内周面に対してほとんど摩擦が発生しないために未だ固化せず、地面Ｇとほぼ同じ高さである。

その後、図５の（ｃ）〜（ｅ）に示すように、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１を土中に１／２圧入した状態から先端１１が支持地盤Ｊに到達するまで圧入する。このとき、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは、内周面に対して発生し始める摩擦により徐々に固化し始めているものの、支持地盤Ｊからの反力は発生していない。

そして、図５の（ｆ）に示すように、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１の先端１１を支持地盤Ｊに根入れすると、鋼管杭１の内部に侵入した土砂Ｄは区画壁２との間で押し潰されて確実に固化し、支持地盤Ｊからの反力が得られる。

しかる後、図５の（ｇ）に示すように、鋼管杭１の内部で固化した土砂をボーリングロッド４で掘削し、区画壁２の貫通孔３を通って鋼管杭１の先端１１までボーリングロッド４を進める。

その後、ボーリングロッド４の基端に注入装置を接続し、図５の（ｈ）に示すように、注入装置からボーリングロッド４を介して地盤改良材Ａを鋼管杭１の先端１１まで送給する。

このように、支持地盤Ｊに鋼管杭１の先端１１が到達した際に区画壁２との間で押し潰された土砂Ｄの固化が不十分であれば、鋼管杭打ち装置Ｋの余力によって鋼管杭１の先端１１を支持地盤Ｊへ根入れすることが可能となる。この支持地盤Ｊへの根入れによって鋼管杭１の内部の土砂Ｄが区画壁２との間で押し潰されて確実に固化し、支持地盤Ｊからの反力が得られる。これにより、支持地盤Ｊに鋼管杭１の先端１１を根入れした時点で鋼管杭１の支持力を拡大させて理想的な鋼管杭１を得ることができる。

なお、本発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、前記各実施の形態では、支持地盤Ｊに到達した鋼管杭１の先端１１から地面Ｇまでの長さＬの１／１０に鋼管杭１の外径Ｓを設定したが、鋼管杭の外径はこれに限定されるものではなく、支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さの１／７〜１／１４の範囲に拡径されていればよい。

また、前記各実施の形態では、鋼管杭打ち装置ＫのハンマＫ１の打撃により鋼管杭１を土中に打ち込む場合について述べたが、鋼管杭の上端部に対しハンマから振動を加える鋼管杭打ち装置、又は架台に設けられかつ鋼管杭の上端部に装着した回転圧入部により鋼管杭を回転させながら土中に押し込んで圧入するようにした回転圧入装置が適用されていてもよい。

また、前記各実施の形態では、車載クレーンに装着した油圧ハンマータイプの鋼管杭打ち装置Ｋを用いたが、車載タイプの大きな鋼管杭打ち装置が進入不能な狭い圧入現場であれば、携帯可能なハンドタイプの鋼管杭打ち装置が用いられていてもよい。更に、アンダーピニング工法のように建物と鋼管杭との間にジャッキを介在させ、このジャッキの伸長により圧入される鋼管杭に適用してもよい。

更に、前記各実施の形態では、鋼管杭１内をその先端まで掘削するボーリングロッド４を貫通孔３に挿通し、このボーリングロッド４をそのまま注入管として用いて地盤改良材Ａを注入可能としたが、ボーリングロッドに限らず、振動や回転により圧入される注入管ロッドが用いられていてもよい。また、鋼管杭内の土砂の種類によっては、注入管がそのまま圧入されていてもよい。

１鋼管杭
１１先端
２区画壁
３貫通孔
４ボーリングロッド
Ａ地盤改良材
Ｇ地面
Ｊ支持地盤
Ｌ鋼管杭の先端から地面までの長さ
Ｓ鋼管杭の外径

Claims

長尺円筒状でかつ先端が開口した鋼管杭を、目標とする支持地盤に向けて圧入するようにした鋼管杭構造であって、
前記鋼管杭の外径は、その内部に入り込む土砂による鋼管杭の内周面での摩擦抵抗を低下させるように、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さの１／７〜１／１４の範囲に拡径されているとともに、
前記鋼管杭には、当該鋼管杭の内部を上下に区画する区画壁が設けられ、
この区画壁は、前記支持地盤に到達した鋼管杭の先端から地面までの長さに対応する位置に設定されており、
前記区画壁には、その中心付近を上下に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする鋼管杭構造。
前記貫通孔には、前記鋼管杭内をその先端まで掘削するボーリングロッドが挿通可能とされ、このボーリングロッドを介して前記鋼管杭の先端まで地盤改良材が送給されている請求項１に記載の鋼管杭構造。
前記ボーリングロッドは、前記鋼管杭の先端と前記区画壁の貫通孔との間で進退自在に構成され、その進退移動に伴って前記鋼管杭の先端から前記区画壁の貫通孔までの間で地盤改良材を送給している請求項２に記載の鋼管杭構造。