JP5698316B2 - 基礎杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は構造物の基礎杭の施工方法に関するものである。

従来の基礎杭の施工方法として、中堀工法が広く知られている。例えば特許文献１には、鋼管杭などの管状の既製杭の内部にオーガーを設置し、杭内部の土砂を排出させつつ地盤に杭を圧入させていき、所定位置まで埋設した後に杭底部にセメントミルク等を注入して根固め部を形成することが記載されている。
また、特許文献２には、端を開放した鋼管杭の先端内部に気体導入管により気体を噴射して、鋼管杭内部の土砂を攪拌・分散して圧入抵抗を低減させつつ、鋼管杭を土中に圧入し、攪拌・分散された土砂を鋼管杭から吸い出して排出した後、鋼管杭の内部空間に硬化材を注入充填し、根固め部を形成することが記載されている。
このように、従来の中堀工法では、杭を地盤に定着させるための根固め部を形成するにあたり、杭内部の土砂を全て排除するようにしていたので、排土を減らすことが大きな課題となっている。排土を減らすことを目的とした発明としては、特許文献３に示すように、先端に掘削ヘッドを装着したケーシングとオーガーとを杭の埋設地点においてケーシングの内方にオーガーを挿入して配置し、同時に又は別々に起動してそれぞれ反対方向に回転させながら掘削を進め、掘削した土砂の一部を一時的に地上に上げて残置しておき、所定の深度まで掘削した後、オーガーを地上に引き揚げて杭を建て込み、ケーシングと杭の隙間を掘削した地中の土砂で埋め、次いでケーシングを地上に引き揚げて、地上に残置した土砂の全量をケーシングを引き揚げた空洞部分及び杭の内方へ埋め戻して地上に土砂を残さないようにしたものがある。

特開平１０−３０６４４１号公報 特開２００４−１７６３４９号公報 特開２００５−２４８４３９号公報

しかし、特許文献３のような方法では、土砂を埋め戻す作業に手間がかかるという問題点がある。
本願発明は、上記した従来技術を踏まえた上で、杭内部の土砂を極力排出することなく根固め部を形成することができる基礎杭の施工方法を提供することを目的とする。

本願発明の特徴点を図面に示した発明の実施の形態を用いて、以下に説明する。
なお、括弧内の符号は、発明の実施の形態において用いた符号を示し、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（第１の発明）
本願の第１の発明は、先端内周部及び先端部に掘削ビット１Ａを設けた円筒状の鋼管杭１を、回転圧入機１０により、杭内部に土砂を残したままの状態で地盤に圧入し、所定位置まで圧入した前記鋼管杭１の内部に残存している土砂に、ボーリングマシン２０を用いて鋼管杭１の直径よりも小径のボーリング孔Ｈを形成し、前記ボーリング孔Ｈに挿入された液送管（ボーリングロッド２）から根固め液Ｎを噴射して前記鋼管杭１の下端内部の土砂と混合撹拌し、前記鋼管杭１の下端内部に根固め部４を形成することを特徴とする基礎杭の施工方法である。
本発明によれば、鋼管杭の設置により発生する排土は、鋼管杭１を回転圧入する際に掘削ビット１Ａにより切削されるものと、ボーリング孔Ｈ及び根固め部４を形成する際に切削されるもののみとなる。これにより、根固め部を形成するために杭内部の土砂を全て排出させる場合と比べ、大幅に排土を減らすことができる。

（第２の発明）
第２の発明は、先端内周部及び先端部に掘削ビット１Ａを設けた円筒状の鋼管杭１を、回転圧入機１０により、杭内部に土砂を残したままの状態で地盤に圧入し、所定位置まで圧入した前記鋼管杭１の内部に残存している土砂に、ボーリングマシン２０を用いて鋼管杭１の直径よりも小径のボーリング孔Ｈを形成し、前記ボーリング孔Ｈに挿入した液送管２を前記鋼管杭１の下端部よりも下方に突出させ、前記液送管２の例えば側面開口２Ｂから根固め液Ｎを噴射して前記鋼管杭１の下方にある土砂と混合撹拌し、前記鋼管杭１の直径よりも大きい領域を前記根固め液Ｎと土砂の混合状態とし、前記根固め液Ｎが硬化する前に、回転圧入機１０を用いて前記鋼管杭１をさらに圧入することにより前記鋼管杭１の下端部を前記根固め液Ｎと土砂の混合状態の内部に没入させて、前記鋼管杭１の下部に拡大根固め部４’を形成することを特徴とする基礎杭の施工方法である。
本発明によれば、拡大根固め部を形成するために杭内部の土砂を全て排出させる場合と比べ、大幅に排土を減らすことができる。

本願発明は、以上のように形成されているので、杭内部の土砂を極力排出することなく根固め部を形成可能な基礎杭の施工方法を提供することができる。

本発明の第一の実施の形態であって、（Ａ）回転圧入機に鋼管杭をセットする工程、及び（Ｂ）鋼管杭を回転圧入する工程を示す説明図である。 図１（Ｂ）の杭先端拡大図である。 本発明の第一の実施の形態であって、（Ｃ）ヤットコにより鋼管杭を地中に圧入する工程、（Ｄ）ボーリングマシンを用いて下端部まで掘削する工程、及び（Ｅ）根固め部を形成する工程を示す説明図である。 根固め部を形成する工程を示す拡大図である。 本発明の第二の実施の形態であって、（Ｆ）ボーリングマシンを用いて下端部まで掘削する工程、（Ｇ）拡大根固め部となる領域を形成する工程、及び（Ｈ）拡大根固め部となる領域に鋼管杭の先端を回転圧入する工程を示す説明図である。

本発明の実施の形態を、第一の参考形態及び第二の実施の形態に分けて、図面に基づき説明する。

（第一の参考形態）
図１及び図２は、第一の参考形態における基礎杭Ｐの施工方法を示す。
ここで、基礎杭Ｐには、１本又は２本以上の鋼管杭１を用いる。鋼管杭１のうち、最初に地中に埋設する鋼管杭１の先端部には、掘削ビット１Ａが設けられている。掘削ビット１Ａは、図２に示すように、鋼管杭１の下端内周部及び先端部に固定された超硬チップであり、回転圧入機１０によって鋼管杭１を回転させつつ圧入することにより、掘削ビット１Ａが地盤を掘削して、鋼管杭１が埋め込まれていく。

回転圧入機１０は、台車に昇降自在に支持されており、図１（Ａ）に示すように、鋼管杭１を掴持して全周回転させるための回転圧入部１５と、回転圧入部１５を昇降可能に支持する支持部１３を備えている。そして、回転圧入部１５により鋼管杭１を掴持して回転させながら地盤中に圧入するようになっている。本実施の形態では、鋼管杭１の内部にある土砂を外部に排出させることなく、そのまま掘進させる。
そして、鋼管杭１の先端が所定の深度に達したところで、鋼管杭１の先端部に根固め部４を形成することにより、基礎杭Ｐが形成されるものとなる。なお、根固め部の形成方法については後述する。
なお、鋼管杭１を複数用いる場合には、各鋼管杭１どうしを溶接によって連結する。すなわち、先に地盤中に所定位置まで圧入された鋼管杭１の上端に後続の鋼管杭１の下端を突き合わせて、その突き合わせ端面に沿って周方向に溶接することによって先の鋼管杭１と後の鋼管杭１とを接合する。

次に、本発明に係る基礎杭の施工方法について図１及び図２を参照しながら説明する。鋼管杭１の直径は、例えば５００mmとする。
まず、図１（Ａ）に示すように、回転圧入機に鋼管杭１をセットする。具体的には、鋼管杭１を図示しないクレーンによって回転圧入機１０の真上に吊り上げ、その位置で鋼管杭１を下降させて回転圧入部１５に吊り込み掴持させる。
続いて、図１（Ｂ）に示すように、エアジェットカッター３０に接続されたホース３１を鋼管杭１の内周壁に沿わせて配置し、回転圧入機１０を作動させ、鋼管杭１を全周回転させながら地中に圧入する。鋼管杭１の回転に伴い、掘削ビット１Ａが地盤を掘削し、図２に示すように、鋼管杭１の内周と地盤との間に、３０〜５０mmの間隙Ｃが形成される。またこの際、間隙Ｃに位置しているホース３１からエアジェットを噴射して、間隙Ｃが土砂で埋まるのを防止する。このため、鋼管杭１が受ける地盤の圧力は、従来工法と同様に鋼管杭１の外周からのものだけとなり、管内部の土砂との摩擦による回転トルクの低下を防ぐことができる。なお、掘削された土は間隙Ｃから排出されるが、鋼管杭１の内部全体の土砂の１０〜２０パーセント程度である。

最初の鋼管杭１（下段にある鋼管杭１）を所定位置まで圧入掘進したら、次の鋼管杭１をクレーンにより吊り込んで、下段にある鋼管杭１の上端と次の鋼管杭１（上段にある鋼管杭１）の下端を溶接により接続し、上段にある鋼管杭１を回転圧入機１０で掴持して、上段にある鋼管杭１と下段にある鋼管杭１を一体に回転させながら圧入掘進していく。これを、最初の鋼管杭１が所定の深度に達するまで繰り返す。
そして、最上段に位置する鋼管杭１を回転圧入機１０の掴み代いっぱいのところまで圧入したら、鋼管杭１と同径のヤットコ３を離脱可能に接続し、図３（Ｃ）に示すように、ヤットコ３を回転圧入機１０で掴持して鋼管杭１を一体に回転させながら圧入掘進していく。鋼管杭１の上端を適位置まで圧入したところで、ヤットコ３を回転圧入機１０から取り外す。

次に、図３（Ｄ）に示すように、ボーリングマシン２０を用いて、土砂が充填されたままの鋼管杭１の中央部に、ボーリングロッド２を挿入していく。ボーリングロッド２の直径は、例えば４０mmであり、先端部にロッド径より大径の掘削ビット（図示せず）が設けられ、例えば直径１００mmのボーリング孔Ｈ（図４参照）を形成する。掘削時には、ボーリングマシン２０に取り付けられたポンプ（図示せず）によりボーリングロッド２の内部に水などの掘削液を送り込み、ボーリングロッド２の先端から掘削土とともにボーリング孔Ｈの孔口に排出させる。ボーリングロッド２の先端が最下段の鋼管杭１の下端部まで達したら、掘削液の噴射、吸い込みを繰り返し鋼管杭１の下端部の内部の土砂を切削し排出する。この工程において、鋼管杭１の内部全体の土砂の１０パーセント程度の土砂が排出される。その後、ボーリングロッド２により供給される掘削液をセメントミルク等の根固め液Ｎに切り替え、図４に示すように、ボーリングロッド２の先端２Ａから噴射させる。そして、ボーリングロッド２を回転させつつ鋼管杭１内部の土砂と根固め液Ｎを混合撹拌しながら引き上げ、図３（Ｅ）に示すように、鋼管杭１の下端から所定の高さ、例えば２ｍの位置までの内部領域を、根固め液と土砂の混合状態とする。混合された根固め液Ｎが硬化すると根固め部４が形成され、地盤中に定着された基礎杭Ｐが完成する。
以上のようにして、排出される土砂の量を、全体で７０〜８０パーセント削減することができる。

（第二の実施の形態）
図５は、本発明の第二の実施の形態を示す。第二の実施の形態は、埋設した鋼管杭１の先端部に、拡大根固め部４’を形成するものである。以下、第一の実施の形態と共通する部分は説明を省略し、本実施の形態の特徴点のみを説明する。
第二の実施の形態においては、回転圧入機１０の回転圧入部１５の高さ位置を、第一の実施の形態よりも高く設定する。そして、図５（Ｆ）に示すように、ヤットコ３を回転圧入機１０から取り外したときに、鋼管杭１の上端が地面よりも突出した位置となるように設定されている。このため、ボーリングロッド２を挿入を挿入する際には、ボーリングマシン２０を架台４０に載置する。

第二の実施の形態では、鋼管杭１を適位置に埋設した後、図５（Ｇ）に示すように、ボーリングロッド２の先端２Ａを鋼管杭１の下端部より突出させるとともに、ボーリングロッド２の先端部側面に設けられた吹出孔２Ｂから掘削液の噴射、吸い込みを繰り返し鋼管杭１の下方の土砂を切削し排出させる。その後、ボーリングロッド２により供給される掘削液を根固め液Ｎに切り替え、吹出孔２Ｂから根固め液Ｎを噴射させる。そして、ボーリングロッド２を回転させつつ鋼管杭１内部の土砂と根固め液Ｎを混合撹拌しながら引き上げ、鋼管杭１の下方の、鋼管杭１の直径よりも大きい領域（例えば深さ２ｍ直径２ｍ）を、根固め液Ｎと土砂の混合状態とする。

次に、混合された根固め液Ｎが硬化する前に、図５（Ｈ）に示すように、ヤットコ３を回転圧入機１０で掴持して鋼管杭１を一体に回転させながら圧入掘進していく。鋼管杭１の上端が適位置となるまで圧入すると、鋼管杭１の下端部が根固め液Ｎの注入範囲に没入した位置となる。つまり、鋼管杭１の上端部の突出長さは、鋼管杭１の下端部の没入長さに設定しておく。鋼管杭１の圧入後は、ヤットコ３を回転圧入機１０から取り外す。そして、根固め液が硬化すると、拡大根固め部４’が形成され、地盤中に、より強固に定着された基礎杭Ｐが完成する。

（まとめ）
以上説明したような基礎杭Ｐの施工方法によれば、オーガーを用いず鋼管杭１の内部の土砂を最小限の排出量にとどめて鋼管杭１を埋設した後、鋼管杭１よりも小径のボーリングロッド２から根固め液Ｎを噴射して根固め部４、４’を形成するようにしたので、通常の中堀り工法に比して排土量を大幅に減らすことができる。また、特殊な形状の杭や特殊な装置を用いることなく、簡易かつ低コストで、排土の削減を図ることができる。

Ｐ 基礎杭 １ 鋼管杭
１Ａ 掘削ビット ２ ボーリングロッド（液送管）
３ ヤットコ ４ 根固め部
４’ 拡大根固め部 Ｎ 根固め液
１０ 回転圧入機 １３ 支持体
１５ 回転圧入部 ２０ ボーリングマシン
３０ エアジェットカッター ３１ ホース
４０ 架台

Claims (1)

1. 先端内周部及び先端部に掘削ビットを設けた円筒状の鋼管杭を、回転圧入機により、杭内部に土砂を残したままの状態で地盤に圧入し、
   所定位置まで圧入した前記鋼管杭の内部に残存している土砂に、ボーリングマシンを用いて鋼管杭の直径よりも小径のボーリング孔を形成し、
   前記ボーリング孔に挿入した液送管を前記鋼管杭の下端部よりも下方に突出させ、前記液送管から根固め液を噴射して前記鋼管杭の下方にある土砂と混合撹拌し、前記鋼管杭の直径よりも大きい領域を前記根固め液と土砂の混合状態とし、
   前記根固め液が硬化する前に、回転圧入機を用いて前記鋼管杭をさらに圧入することにより、前記鋼管杭の下端部を前記根固め液と土砂の混合状態の内部に没入させて、前記鋼管杭の下部に拡大根固め部を形成することを特徴とする基礎杭の施工方法。

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