JP5901957B2 - コンクリート杭 - Google Patents

Description

本発明は、鉛直荷重に対する支持力を向上させたコンクリート杭に関する。

従来、少ない労力とコストで地盤の保持力を著しく増大させることができる施工性と経済性に優れたコンクリート杭として、例えば、略円錐状に形成されたコンクリート杭の外周面に断面が半円状や三角形状でねじ状（螺旋状）の突起を設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２７４７１号公報

しかし、上述の特許文献１に記載された従来のコンクリート杭では、断面が半円形状や三角形状のねじ状（螺旋状）の突起が設けられており、地盤との摩擦力が増大しているものの、円錐状の外周面や、断面が半円状や三角形状のねじ状の突起によりこの杭にかかる鉛直荷重を支えるため、支持力が弱いという欠点がある。特に、この杭が埋設される地層が液状化層等の軟弱層の場合、支持力が弱いと、この杭にかかる基礎や建物の荷重なども支持できない虞がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、従来の円錐状の杭よりも鉛直荷重に対する支持力を向上させることができるコンクリート杭を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係るコンクリート杭は、先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面と段差底面とを有し、外周面は当該コンクリート杭の軸心方向に対し平行であり、前記段差底面は当該段差底面の後端側に位置する前記外周面に対し９０度以下であり、螺旋状に連続する外周面に、さらに、前記段差底面と当該段差底面の後端側に位置する前記外周面との境である螺旋状の角部に沿って前記外周面から突出して螺旋状に連続する連続突起部が前記段差底面と一体的に設けられていることを特徴とする。これにより、このコンクリート杭では、この杭にかかる基礎や建物の重量等の鉛直荷重を、外周面に対し９０度以下の角度をなす螺旋状に連続した段差底面が支持するので、鉛直荷重に対する支持力を向上させることができる。
また、段差底面と一体的に設けられている連続突起部によっても基礎や建物の重量等の鉛直荷重を支えるので、鉛直荷重に対する支持力がより向上すると共に、外周面から螺旋状に突出する連続突起部により地盤との摩擦力が強くなり、地盤中に埋設し易くなる。
また、請求項２に記載の発明に係るコンクリート杭は、請求項１記載のコンクリート杭において、先端部には、切刃の方向が当該コンクリート杭の径方向からオフセットした方向を向く先端ビットが設けられていることを特徴とする。そのため、先端ビットの切刃が先端杭の中心からオフセットすることで、このコンクリート杭を回転させて地盤中に埋設する際に発生したスライムを外側に効率良く押し出すことができる。

本発明のコンクリート杭によれば、この杭にかかる基礎や建物の重量等の鉛直荷重を、外周面に対し９０度以下の角度をなす螺旋状に連続した段差底面が支持するので、従来の円錐状の杭よりも鉛直荷重に対する支持力を向上させることができる。また、先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面は、軸心方向に対し平行であるため、この杭の打設時および打設後における周囲の地盤に対していわゆる楔効果を発揮して、周囲の地盤を圧密して締め固める効果も得られる。
また、段差底面と一体的に設けられた連続突起部によって、本発明のコンクリート杭を回転させて打ち込む際に、連続突起部が孔の内壁に食い込み、連続突起部により地盤との間の摩擦力が増大するので、杭が挿入し易くなると共に、杭の引抜き力に対し抵抗する効果が得られる。また、段差底面だけでなく連続突起部によってもこのコンクリート杭にかかる鉛直荷重を支えることになるので、連続突起部の分だけ鉛直荷重に対する支持力が向上する。

本発明に係るコンクリート杭の一例を正面図である。 このコンクリート杭の先端杭の一部を拡大して示す図である。 このコンクリート杭の先端杭と接続杭との接合部分を拡大して示す部分断面図である。 このコンクリート杭の接続杭側の接合部分を拡大して示す図である。 このコンクリート杭の先端杭側の接合部分を拡大して示す図である。 このコンクリート杭の打設方法の一例を示す図である。 このコンクリート杭を用いた建物の補強方法の一例を示す図である。 本発明に係るコンクリート杭の他の例を正面図である。 このコンクリート杭の先端に装着する先導孔拡径ガイドの一例を示す図である。 このコンクリート杭の補強方法の一例を示す図である。 このコンクリート杭の先端に装着する先端ビットの一例を示す図である。

図１は、本発明に係る実施形態のコンクリート杭（以下、単に杭と略する場合もある。）１の正面図、図２は、この杭１の先端杭１１の一部を拡大して示す図であって、（ａ）は先端杭１１の部分正面図、（ｂ）はＡ部分の拡大断面図、（ｃ）は先端杭１１の底面図である。図１に示すように、この杭１は、コンクリート製のもので、先端方向に向かうに従い全体として縮径する先端杭１１と、その軸線方向にほぼ平行な外周面を有する接続杭１２とが連結されて構成されている。なお、１３は、接続杭１２の外周面から突出して螺旋状に連続する連続突起部であり、図１では、接続杭１２に設けているが、省略することもできる。

先端杭１１は、先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面１１ａと段差底面１１ｂとを有し、外周面１１ａは、軸心方向に対し平行であり、段差底面１１ｂは、外周面１１ａに対し９０度以下（ここでは、９０度の垂直とする。）である。また、この先端杭１１では、外周面１１ａと段差底面１１ｂとの間も螺旋状に連続する角部１１ｃとしている。ただし、外周面１１ａと段差底面１１ｂとの間を角部１１ｃにすることは任意であり、面取りすることもできる。そのため、この杭１を軸心方向に対し垂直方向から見た場合には、外周面１１ａは、図１および図２（ａ）等に示すように軸心方向に対し平行であるものの、全体としては、先端方向に向かって段差状に縮径している。一方、段差底面１１ｂは、図２（ｂ）に示すように軸心方向と平行な外周面１１ａの方向に対し垂直であるものの、全体としては、図２（ｃ）に示すように先端方向に向かって段差状に縮径している。従って、この杭１では、鉛直方向の荷重を軸心方向に対し垂直な段差底面１１ｂが支持することになるので、円錐状の傾斜面を有する従来の杭よりも鉛直荷重に対する支持力が向上する。その結果、この杭１が埋設される地盤２が液状化層等の軟弱層の場合でも、鉛直方向に対し垂直な段差底面１１ｂにより、この杭１にかかる基礎や建物の荷重などの鉛直荷重を効果的に支持できる。

図３は、この杭１の先端杭１１と接続杭１２との接合部分を拡大して示す部分断面図、図４は、この杭１の接続杭１２側の接合部分を拡大して示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその部分断面図である。また、図５は、この杭１の先端杭１１側の接合部分を拡大して示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその部分断面図である。

図４に示すように、接続杭１２の接合部には連結鋼鈑１２ａが取付けられており、この連結鋼鈑１２ａを介して、中央には先端杭１１の中心と合わせるための芯出ボルト１２ｂが設けられている。また、芯出ボルト１２ａの周囲には、所定間隔で複数の連結ボルト１２ｃが埋設されていると共に、その連結ボルト１２ｃの間に、先端杭１１側の連結ボルト１１ｆの頭部が挿入される複数のボルト挿入穴１２ｄが設けられている。そして、連結鋼鈑１２ａには、ボルト挿入穴１２ｄの位置に、先端杭１１側の連結ボルト１１ｆの頭部を挿入し回転させると、その孔周縁に当り抜け止めを行うカギ状孔１２ａ１が形成されている。

また、図５に示すように、先端杭１１の接合部には連結鋼鈑１１ｄが取付けられており、この連結鋼鈑１１ｄを介して、中央には連結杭１２の芯出ボルト１２ｂが挿入される凹部１１ｅが設けられている一方、凹部１１ｅの周囲には所定間隔で複数の連結ボルト１１ｆが埋設されていると共に、その連結ボルト１１ｆの間に、接続杭１２側の連結ボルト１２ｃの頭部が挿入される複数のボルト挿入穴１１ｇが設けられている。なお、連結鋼鈑１１ｄには、ボルト挿入穴１１ｇの位置に、接続杭１２側の連結ボルト１２ｃが挿入されるボルト挿入孔１１ｄ１が形成されている。

そのため、図３に示すように接続杭１２の連結鋼鈑１２ａと、先端杭１１の連結鋼鈑１１ｄとを突き合せ、芯出ボルト１２ａを凹部１１ｅに挿入して中心を合わせ、接続杭１２の連結ボルト１２ｃを先端杭１１のボルト挿入穴１１ｇに挿入する一方、先端杭１１の連結ボルト１１ｆを接続杭１２のボルト挿入穴１２ｄに挿入して回転させると、連結ボルト１１ｆの頭部がカギ状孔１２ａ１に掛止されるので、接続杭１２と先端杭１１とを連結および脱落防止できる。また、カギ状孔１２ａ１の形状により先端杭１１と接続杭１２とを逆回転させても、連結ボルト１１ｆの頭部がカギ状孔１２ａ１の内周縁に掛止され、脱落防止効果があるため、杭１の引抜きも容易に行うことができる。

次に、この杭１の打設方法の一例を説明する。図６は、この杭１を打設する際の各工程を示している。まず、地盤２中に、この杭１の接続杭２０の外径より小さい内径の先導孔２１を穿孔する。例えば、杭１の最大径を２００ｍｍとした場合、先導孔２１の内径は１００ｍｍ程度にする。次いで、図６（ａ）に示すようにその先導孔２１の上方からこの杭１を挿入し、その杭１を杭打機（図示せず。）等により回転させながら挿入する。すると、図６（ｂ）に示すように杭１の先端杭１１が先導孔２１の内周面を削り、その内径を拡げながら先導孔２１にこの杭１を挿入していき、最終的には、図６（ｃ）に示すように地盤２中にこの杭１が埋設される。

つまり、この杭１は、回転しながら、先端杭１１の外周面１１ａが先導孔２１を外側に押し固めながら拡げて進み、地盤２に埋設される。その際、杭１の外周面１１ａは、軸心方向に対し平行であって、かつ、螺旋状で連続して縮径しているため、先導孔２１の内壁を杭１の軸心方向に対し垂直方向に押し固めて圧密しながら地盤２中を進むので、この杭１が埋設される地盤２が液状化層等の軟弱層の場合でも、杭１の周囲を効果的に押し固めて、杭１を強固に埋設できる。

そして、以上のようにして地盤２中に多数の杭１を埋設後、各杭１の上に、例えば、図７（ａ）に示すような杭１の外径程度の内径を有する筒部３１と、筒部３１の上に設けられた天板３２とからなる鋼製蓋３を被せて、図７（ｂ）に示すようにその鋼製蓋３の上に基礎４を打設し、建物５を建設する。そのため、この杭１を用いれば、簡易且つ安価な方法で容易に施工できると共に、液状化層で液状化現象が生じた場合でも、杭１の頭部の破壊や破損を発生させることなく基礎４や建物５を安定的に支持して、基礎４や建物５の液状化対策構造を提供できる。

以上のように、この杭１の先端杭１１は、先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面１１ａと段差底面１１ｂとを有し、外周面１１ａは軸心方向に対し平行であり、段差底面１１ｂは外周面１１ａに対し垂直であるため、この杭１にかかる基礎４や建物５の重量等の鉛直荷重を、軸心方向に対し垂直で螺旋状に連続した段差底面１１ｂが支持することになり、従来の円錐状の杭よりも鉛直荷重に対する支持力が向上する。また、先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面１１ａは、軸心方向に対し平行であるため、この杭１の打設時および打設後における周囲の地盤２に対していわゆる楔効果を発揮して、周囲の地盤２を圧密して締め固める効果も得られる。

なお、本実施形態では、上述のように先端杭１１と接続杭１２とからなる別体成型で連結構造としているが、本発明では、これに限らず、一体成型としても良いし、また、杭１全体の形状を上述の先端杭１１の形状にすることもできる。また、本実施形態では、段差底面１１ｂは、外周面１１ａに対し垂直の９０度をなすものとして説明したが、後端側に向けて傾斜するような９０度よりも小さい角度であれば良い。

また、本発明では、先端杭１１の外周面１１ａにも、図８に示すように外周面１１ａと段差底面１１ｂとの境である螺旋状の角部１１ｃに沿って外周面１１ａから突出して螺旋状に連続する連続突起部１３を追加して設ける。このようにすると、この杭１を回転させて打ち込む際に、連続突起部１３が先導孔２１の内壁に食い込み、連続突起部１３により地盤２との間の摩擦力が増大するので、杭１が挿入し易くなると共に、杭１の引抜き力に対し抵抗する効果が得られる。また、段差底面１１ｂだけでなく連続突起部１３によってもこの杭１にかかる鉛直荷重を支えることになるので、連続突起部１３の分だけ鉛直荷重に対する支持力が向上する。なお、この連続突起部１３は、先端杭１１の外周面１１ａ全体ではなく、先端杭１１の外周面１１ａの下端部のみや、中間部のみ、上端部のみというように部分的に設けるようにして良く、いずれの場合も同様の効果が得られる。

また、先導孔２１の内径は、杭１の外径より小さいので、杭１を先導孔２１に挿入していく際に大きな抵抗力が生じ、挿入が困難となる場合がある。このような場合には、先端杭１１に先導孔拡径ガイド１４を取り付けると良い。図９（ａ），（ｂ）は、図８に示すように外周面１１ａに連続突起部１３を追加している先端杭１１に好適な先導孔拡径ガイド１４の一例を示しており、（ａ）は先導孔拡径ガイド１４を先端杭１１の先端に取り付けた状態、（ｂ）は先導孔拡径ガイド１４の斜視図である。図９（ｂ）に示すように、先導孔拡径ガイド１４は、先端杭１１の先端の外周面１１ａが嵌まる円環部１４ａと、この円環部１４ａの外周面に突出して取付けられ先導孔２１の孔壁に切り込みを入れる棒状部１４ｂとから構成されている。そして、この円環部１４ａには、先端杭１１先端の連続突起部１３に嵌まる切欠部１４ｃを設けており、先導孔２１の拡径時に先導孔拡径ガイド１４が脱落しないようにしている。これにより、先端杭１１の先端が先導孔２１に接触する直前に、先導孔拡径ガイド１４の棒状部１４ｂが先導孔２１の孔壁に切り込みを入れるため、先導孔２１が硬い地盤２を通過していても、容易にその先導孔２１を拡径することができる。なお、棒状部１４ｂの代わりに、板状の切刃等を設けるようにしても良い。

また、以上の説明では、この杭１の先端杭１１は、コンクリート製としか説明していないが、先端杭１１の内部に、例えば、図１０（ａ）に示すように芯材として鋼管１５を挿入しても良いし、図１０（ｂ）に示すように鉄筋１６を配設するようにしても良い。図１０（ａ）に示すように芯材に鋼管１５を使用した場合、コンクリートの量を減らし軽量化できる。また、図１０（ｂ）に示すように鉄筋１６を配置した場合、回転によるせん断強度等が向上する。なお、図１０（ａ）に示す先端杭１１は、図１等に示す連続突起部１３が無い場合の先端杭１１であり、図１０（ｂ）に示す先端杭１１は、図８に示す連続突起部１３が有る場合の先端杭１１である。

また、以上の説明では、図示しない掘削装置により先導孔２１を開設した後、この杭１を挿入するように説明したが、例えば、この杭１の先端杭１１の先端に、図１１に示すような先端ビット１７を装着すると共に、この杭１を回転削孔機（図示せず。）等に取付けて、先導孔２１を開設せず、地盤２に対し直接この杭１を打設するようにしても良い。なお、図１１（ａ）は、先端杭１１の先端に先端ビット１７を取り付ける際の状態を示す正面図、図１１（ｂ）は、先端ビット１７の底面図である。この先端ビット１７は、図１１（ｂ）に示すように、円錐状のビット本体１７ａと、この先端杭１１の軸心、すなわちビット本体１７ａの中心１７ｃからオフセットした方向を向く２枚の切刃１７ｂと、装着部１７ｄとを有しており、その装着部１７ｄを先端杭１１の被装着穴１１ｈに挿入して装着する。そのため、この先端ビット１７では、先端杭１１と共に回転させると、切刃１７ｂが先端ビット１７の中心１７ｃを回転軸として回転して穿孔を行うが、切刃１７ｂの方向は、その回転方向に対し垂直方向ではなく、外側に開いた方向を向いているので、切刃１７ｂが切削したスライムを、外側に効率良く押し出しながら穿孔することができる。

１…コンクリート杭、１１…先端杭、１１ａ…外周面、１１ｂ…段差底面、１１ｃ…角部、１１ｄ…被装着部、１２…接続杭、１３…連続突起部、１４…先導孔拡径ガイド、１５…鋼管、１６…鉄筋、１７…先端ビット、１７ａ…ビット本体、１７ｂ…切刃、１７ｄ…装着部、２…地盤、３…鋼製蓋、４…基礎、５…建物。

Claims (2)

1. 先端に向かうに従い螺旋状に縮径する外周面と段差底面とを有し、外周面は当該コンクリート杭の軸心方向に対し平行であり、前記段差底面は当該段差底面の後端側に位置する前記外周面に対し９０度以下であり、
   螺旋状に連続する外周面に、さらに、前記段差底面と当該段差底面の後端側に位置する前記外周面との境である螺旋状の角部に沿って前記外周面から突出して螺旋状に連続する連続突起部が前記段差底面と一体的に設けられていることを特徴とするコンクリート杭。
2. 請求項１記載のコンクリート杭において、先端部には、切刃の方向が当該コンクリート杭の径方向からオフセットした方向を向く先端ビットが設けられていることを特徴とするコンクリート杭。

Images