JP5963301B2 - 鋼管杭用組立羽根部材、鋼管杭、複合杭及び複合杭の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、中低層の建築構造物の地盤改良に使用する鋼管杭に装着される部品化された組立羽根部材、これを装着した鋼管杭、該鋼管杭を備える地中に構築される鋼管ソイルセメント複合杭及び該複合杭の製造方法に関するものである。

中低層建築物の地盤改良に好適な鋼管杭工法として、スーパーミニドリル（ＳＭＤ）杭工法が知られている。ＳＭＤ杭工法は、くい先端部の外周に杭径の２倍から３倍程度の大きさの螺旋翼（外翼）を取り付けた鋼管杭を右回転により回転貫入させる工法である。鋼管杭の貫入は、杭頭部に回転トルクを与えることで、外翼が地盤から推進力を受けるため、地上部には無排土の状態で回転貫入されるものである。また、ＳＭＤ杭工法は、セメントミルクを使用しないという特徴を有する。

また、軟弱地盤中にセメント系固化材スラリ−と原位置土を処理機を用いて攪拌混合し、所定の強度に固化する深層混合処理（ＣＤＭ）工法が知られている。ＣＤＭ工法で形成された改良杭は、柱状固化処理杭あるいはソイルセメントコラム等と称され、各種構造物の基礎地盤改良として用いられる他、山留め壁、掘削時の地盤安定確保のような仮設構造物としての用途もある。

一方、鋼管杭は長い年月が経過するにつれ、鋼管表面に錆が発生し、初期の強度が維持できなくなるという問題がある。また、従来の鋼管杭は、先端の螺旋羽根が通過した軌道は空隙のままであり、杭径の周回りの摩擦力が低下すると共に、杭周辺地盤に空隙が発生するという問題がある。一方、柱状固化処理杭は、鋼管杭ほどの強度がなく、強度を付与するために、固化処理杭の杭径が大きくなってしまうという問題がある。このような問題を解決するものとして、鋼管杭の周りにソイルセメントを形成する鋼管ソイルセメント複合杭が知られている。複合杭は、鋼管の周りがアルカリセメントであるため、鋼管表面の錆を防止し、初期の杭強度を保持する。また、複合杭の芯材が鋼管であるため、全体の杭強度が高くなるため、全体の杭径を小さくできる。

このような鋼管ソイルセメント複合杭としては、ソイルセメント杭の芯材として鋼管の外周に一定間隔をもって縞をなす凹溝を形成した鋼管を使用してなる鋼管ソイルセメント複合杭が知られている（特開２００７−１９１９９０号公報）。特開２００７−１９１９９０号公報の複合杭の施工に際しては、掘削、撹拌ロッドにより、先端部よりセメントミルク等の固化剤を注入しながら掘孔し、土壌と固化剤とを混合撹拌してソイルセメント化し、次いで前記未硬化のソイルセメント中に鋼管を挿入、埋設するというものである。

特開２００７−１９１９９０号公報（請求項１、段落番号００１０） 特願２０１２−１０６４２９

しかしながら、特開２００７−１９１９９０号公報記載の複合杭の施工方法は、未硬化のソイルセメント中に鋼管を挿入、埋設するため、複合杭の中心に鋼管を設置することはほとんど不可能であるか、中心に設置するために多くの工程が必要となり、コストアップは避けられないという問題がある。また、中心部の鋼管は、複合杭の先端まで到達せず、途中で止まり埋没している。このため、従来の複合杭は、鋼管の硬質地盤への根入れができないため、支持杭としての機能はなく、摩擦杭として機能するのみであるという問題があった。このような問題を解決するものとして、特許出願人は先に新規な鋼管杭を開発した（特願２０１２−１０６４２９）。先願において、この鋼管杭の羽根は部品化できるとの記載はあるものの、具体的な部品化の形態やバンド状羽根部材については何ら開示されていない。

従って、本発明の目的は、支持杭として機能する複合杭に好適な部品化された組立羽根部材を提供すること、簡易な方法により、複合杭の中心に鋼管を正しく設置できる複合杭の施工方法を提供すること、及びそれに使用される新規な構造の鋼管杭を提供することにある。

かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、バンド状部材とこれとは別途の部材である特定形状の羽根部材とを組み合わせ、羽根部材の基部を鋼管とバンド間に介在させ、羽根本体部をバンドに設けた貫通孔から突出させるものであれば、既存の鋼管杭にボルト締め等で簡単に取り付けができ、また、該組立羽根部材を装着した鋼管杭であれば、硬質地盤への根入れ施工が可能になることで支持杭が得られること、固化材の重力流下という簡易な方法により、複合杭の中心に鋼管を正しく設置することができること等を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、鋼管杭用の中空の鋼管に巻着される本体部に貫通孔を形成させたバンド状部材と、基部から起立状に所定長さで延びる羽根本体部を有する羽根部材と、を組み付けて使用するものであって、該羽根部材を該鋼管に取り付ける際、該基部を該鋼管と該本体部間に位置させ、該羽根本体部を貫通孔から突出させることを特徴とする鋼管杭用組立羽根部材を提供するものである。

また、本発明は、前記鋼管杭用組立羽根部材を、鋼管に装着してなることを特徴とする鋼管杭を提供するものである。

また、本発明は、前記鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなることを特徴とする複合杭を提供するものである。

また、本発明は、前記鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程を有することを特徴とする複合杭の製造方法を提供するものである。

本発明の鋼管杭用組立羽根部材（以下、単に「組立羽根部材」とも言う。）は、例えば、公知の先端部に螺旋羽根を有する鋼管杭の外周面に２つの部材を組み込みボルト締め等により、簡単に装着できる。組立羽根部材が装着された鋼管杭は、先端羽根と装着羽根の傾斜角度を異にできるため、鋼管周りの地盤に対して、装着羽根の軌道が先端羽根と異なる多様な方向に入るため、当該地盤を大きく撹乱できる。

また、本発明の複合杭によれば、鋼管の先端を硬質地盤に根入れできるため、摩擦杭と支持杭の両機能を有する。また、鋼管杭が複合杭の中心に位置するため、安定した支持強度を発現できる。また、鋼管杭周りがアルカリ性のセメントであるため、鋼管の防食効果が高い。

また、本発明の複合杭の製造方法によれば、上記の鋼管杭と同様の効果を奏する他、鋼管周りに地表から固化材を投入しつつ、鋼管杭を回転させるという簡易な方法により、中心に鋼管が正しく配置された複合杭を製造することができる。

本発明の第１の実施の形態における組立羽根部材の組み付け後の斜視図である。 図１の組立羽根部材の平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿って見た断面図である。 羽根部材の他の例を示す斜視図である。 図４の羽根部材組み付け後の羽根を正面から見た部分拡大図である。 貫通孔の他の例を示す図である。 図４の羽根部材を図６の貫通孔を有するバンドに組み付けた後の羽根を正面から見た部分拡大図である。 図７と同様であり、他の組み付け例を示す部分拡大図である。 図７と同様であり、他の組み付け例を示す部分拡大図である。 （Ａ）が貫通孔の他の例を示す図であり、（Ｂ）が図４の羽根部材を（Ａ）の貫通孔を有するバンドに組み付けた後の羽根を正面から見た部分拡大図である。 他の羽根部材を他の貫通孔を有するバンドに組み付けた後の羽根を正面から見た部分拡大図である。 図１１と同様であり、他の羽根部材の他の組み付け例を示す部分拡大図である。 図１１と同様であり、他の羽根部材の他の組み付け例を示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施の形態における組立羽根部材の組み付け後の斜視図である。 図１の組立羽根部材を装着した鋼管杭の一例を示す簡略図である。 本発明の実施の形態における複合杭の製造方法を説明する図である。 図１３の工程に続く工程を説明する図である。 図１４の工程に続く工程を説明する図である。

（第１の実施の形態例の組立羽根部材）
次に、本発明の第１の実施の形態における組立羽根部材を図１〜図３を参照して説明する。組立羽根部材１０は、中空の鋼管２０に巻着される本体部１１に貫通孔１４が形成させたバンド状部材１と、基部３２から起立状に所定長さで延びる羽根本体部３１を有する羽根部材３と、を組み付けて使用するものであって、羽根部材３を鋼管２０に取り付ける際、基部３２を鋼管２０と本体部１１間に位置させ、羽根本体部３１を貫通孔１４から突出させるものである。

バンド状部材１は、例えば、高さＨ、所定長さ、所定厚みｔの帯状の鉄板２枚をそれぞれ丸めて半円筒形としたものであって、両側端部は外側に屈曲させて締付け部１２とした。締付け部１２は、組立羽根部材１０を鋼管２０に強く装着する機能と、第２羽根を挟持する支持機能を有する。締付け部１２において、本体部１１から外側に突出する長さ（Ｗ_２）は、出来る限り小さくすることが、羽根本体部３１の地盤撹乱効果を発揮させる点で好ましい。なお、締付け部１２は、半円筒形の本体部１１の両端に溶接により接合したものであってもよい。また、バンド状部材１は、図１のような２分割されたものに限定されず、締付け部１２が１箇所の分割なしのもの、３分割又は４分割されたものが使用できる。

締付け部１２（１２ａ、１２ｂ）は、本例ではボルト軸が通るボルト穴１３が形成されている。ボルト穴１３にボルト１８を通し、ナットで締め付けることで、締付け部１２ａ、１２ｂは、厚みが２ｔ＋βの板状体の一体物となると共に、本体部１１は鋼管２０に強く巻着される。なお、βは締代であり、数ｍｍ程度の隙間である。

バンド状部材１において、本体部１１に形成される貫通孔１４は、羽根部材３の羽根本体部３１を通すものであり、種々の形状のものでよく、本例では、軸方向と直交する方向に対する傾斜角がα_２の長細い略矩形状の孔である。貫通孔１４を傾斜角α_２の長細い略矩形状の孔とすることで、羽根本体部３１も同様の傾斜角に設置できる。この貫通孔１４は図１では表われないが、径方向の反対側にも対称形状のものが形成されている。また、貫通孔１４の形成位置は、締付け部１２を除く本体部１１の上下方向の中央部及び左右方向の中央部が羽根部材３の固定が強固となる点で好ましい。貫入孔１４の設置数は、１つ又は複数であり、本例では軸対称位置に２つである。

羽根部材３の基部３２は、羽根本体部３１を一体に支持し、且つ鋼管外周面とバンドの本体部１１間に挟持により支持されるものであり、好ましくは、貫通孔１４の孔面積より大の面積の板状物である。また、基部３２は、羽根部材３を鋼管２０に取り付ける際、鋼管２０と本体部１１間に挟み込まれるため、薄板で且つ鋼管の外周面に対応する形状のものが好ましく、やや湾曲した鉄板が使用できる。板状物の基部３２は、１枚ものの他、分離した複数枚のものであってもよい。分離した複数枚の板状物であっても、羽根本体部３１を十分支持できる。

羽根本体部３１の所定長さ（起立長さ）は、バンド状本体部１１から突出する長さ（Ｗ_１）＋バンド状本体部の厚みｔである（図３参照）。突出長さ（Ｗ_１）は、締付け部１２の突出長さ（Ｗ_２）より大であり、具体的には２０〜６０ｍｍが好ましい。（Ｗ_１）が２０ｍｍあれば、地中に形成される複合杭の径が、最小で鋼管径＋４ｃｍとなり、鋼管の腐食防止が十分であると共に、複合杭４０は、支持機能を有するため、杭径としては十分となる。すなわち、複合杭において、ソイルセメントの被覆の厚みは、少なくとも２ｃｍとなり、鋼管の腐食防止は十分である。

羽根本体部３１の厚み及び正面視における形状は、本体部１１の貫通孔１４を余裕を持って通るものが、組み付け易い点で好ましい。羽根本体部３１の形状は、鋼管杭の回転貫入又は上下直進移動により地盤を撹乱するものであれば特に制限されず、本例では略矩形状の板状体である。羽根本体部３１は基部３２に溶接により接合すればよい。なお、正面視とは、貫通孔を正面にして該貫通孔に対峙した位置から見たことを言う。

羽根部材３及び貫通孔１４を有する組立羽根部材１０であれば、鋼管２０に対して、ボルト締めにより簡単に取り付けることができる。また、組立羽根部材１０を装着した鋼管杭３０であれば、回転貫入又は上下直進移動の際、羽根本体部３１が水平羽根又は傾斜羽根となり、地盤の撹乱効率が向上する。水平羽根とは、軸方向と直交する方向に対する傾斜角がゼロのものを言う。

次に、羽根部材３及び貫通孔１４の変形例を図４〜図１３を参照して説明する。図４〜図１３において、図１と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図４の羽根部材３ａと図１の羽根部材３の異なる点は、羽根本体部の形状である。すなわち、図４の羽根部材３ａの羽根本体部３１ａは、正面視が細長い楕円形状である。また、図５の貫通孔１４ａにおいて、図１の貫通孔１４と異なる点は、貫通孔の形状である。すなわち、図５の貫通孔１４ａは、羽根本体部３１ａの形状に対応する羽根本体部３１ａの正面視形状よりやや大の細長い楕円形状としたものである。図４及び図５の羽根部材３ａ及び貫通孔１４ａを有する組立羽根部材についても、図１の羽根部材３及び貫通孔１４を有する組立羽根部材１０と同様の作用効果を奏する。

また、図６〜図９において、図４及び図５と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図６〜図９の貫通孔１４ｂと図５の貫通孔１４ａの異なる点は、貫通孔の形状である。すなわち、図６〜図９の貫通孔１４ｂは、開き角度が鋭角の扇形形状としたものである。そして、この扇形形状の貫通孔１４ｂに対して、図７は羽根本体部３１ａを扇形の下方の辺に平行となるように組み付け水平羽根としたものであり、図８は羽根本体部３１ａを扇形形状の中央となるように組み付け傾斜羽根としたものであり、図９は羽根本体部３１ａを扇形の上方の辺に平行となるように組み付け傾斜羽根としたものである。図６〜図９の羽根部材３ａ及び貫通孔１４ｂを有する組立羽根部材についても、図４及び図５の羽根部材３ａ及び貫通孔１４ａを有する組立羽根部材と同様の作用効果を奏する。なお、図６〜図９の貫通孔１４ｂには、いずれも基部３２ａ及び鋼管１１が表われるが、地盤の撹乱効果への影響はほとんどない。なお、貫通孔１４ｂ内における羽根部材３ａの位置は、上記の形態例に限定されず、種々の位置を採ることができる。また、貫通孔１４ｂの扇形形状は、開き角度が鈍化の形状であってもよく、また、扇形形状以外の例えば四角形、三角形等の定形形状あるいはそれ以外の不定形状であってもよい。

また、図１０（Ａ）、（Ｂ）において、図４及び図５と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１０（Ａ）、（Ｂ）の貫通孔１４ｃと図５の貫通孔１４ａの異なる点は、貫通孔の形状である。すなわち、図１０（Ａ）、（Ｂ）の貫通孔１４ｃは、２つの細長い楕円形状の孔を一端部で所定の角度で交差させて横Ｖ字形状としたものである。そして、この横Ｖ字形状の貫通孔１４ｃに対して、図１０（Ｂ）は羽根部本体部３１ａを横Ｖ字形状を構成する上方の孔１４２ｃに通して傾斜羽根としたものである。また、この横Ｖ字形状の貫通孔１４ｃに対して、羽根部本体部３１ａを横Ｖ字形状を構成する下方の孔１４１ｃに通して水平羽根とすることもできる（不図示）。図１０（Ａ）、（Ｂ）の羽根部材３ａ及び貫通孔１４ｃを有する組立羽根部材についても、図４及び図５の羽根部材３ａ及び貫通孔１４ａを有する組立羽根部材と同様の作用効果を奏する。また、貫通孔１４ｃの横Ｖ字形状の開き角度は種々のものが採り得る。また、貫通孔１４ｃは、上記形状以外の例えば３つの細長い楕円形状の孔を一端部で所定角度で交差させて３方向の孔形状としたものであってもよい。

また、図１１において、図１と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１１の羽根部材３ｂと図１の羽根部材３の異なる点は、羽根部材の形状である。すなわち、図１１の羽根部材３ｂの羽根本体部３１ｂは、より細長い楕円形状とし、基部の長さもこれに対応してより長いものにした点にある。また、図１１の貫通孔１４ｄと図１の貫通孔１４の異なる点は、貫通孔の形状である。すなわち、図１１の貫通孔１４ｄは、３つの細長い楕円形状の孔を中央部で所定角度で交差させて３方向の孔形状としたものである。この貫通孔１４ｄは、中央を孔中心として見ると、右側へ３方向、左側へ３方向、都合６方向の傾斜孔を有することになる。そして、この６方向傾斜形状の貫通孔１４ｄに対して、図１１は羽根本体部３１ｂを右側の中央の孔と左側の中央の孔に通して直線状の傾斜羽根としたものである。図１１の羽根部材３ｂ及び貫通孔１４ｄを有する組立羽根部材についても、図１の羽根部材３及び貫通孔１４を有する組立羽根部材と同様の作用効果を奏する。なお、図１１の貫通孔１４ｄには、いずれも基部３２ｂ及び鋼管１１が表われるが、地盤の撹乱効果への影響はほとんどない。

また、図１２において、図１１と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１２の羽根部材３ｃと図１１の羽根部材３ｂの異なる点は、羽根部材の形状である。すなわち、図１２の羽根部材３ｃの羽根本体部３１ｃは、正面視が細長い楕円形状物を中央のやや右端側において右側を上方に屈曲させた屈曲羽根とし、基部３２ｃも羽根本体部３１ｃの形状に対応するように屈曲させた点にある。羽根本体部３１ｃの右側の羽根長さは左側の羽根長さより小である。そして、この６方向傾斜形状の貫通孔１４ｄに対して、図１２は羽根本体部３１ｃを左側の上方の孔と右側の上方の孔に通して水平羽根と傾斜羽根の複合一体羽根としたものである。図１２の羽根部材３ｃの形状は上記形状に限定されず、右側の羽根長さを左側の羽根長さと同じにしてもよい。図１２の羽根部材３ｃ及び貫通孔１４ｄを有する組立羽根部材についても、図１１の羽根部材３ｂ及び貫通孔１４ｄを有する組立羽根部材と同様の作用効果を奏する。

また、図１３において、図１１と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１３の羽根部材３ｄと図１１の羽根部材３ｂの異なる点は、羽根部材の形状である。すなわち、図１３の羽根部材３ｄの羽根本体部３１ｄは、正面視が細長い楕円形状物を中央部において右側を下方に屈曲させた屈曲羽根とし、基部３２ｄも羽根本体部３１ｄの形状に対応するように同様に屈曲させた点にある。そして、この６方向傾斜形状の貫通孔１４ｄに対して、図１３は羽根本体部３１ｄを左側の下方の孔と右側の下方の孔に通して水平羽根と傾斜羽根の複合一体羽根としたものである。図１３の羽根部材３ｄの形状は上記形状に限定されず、右側の羽根長さや左側の羽根長さは適宜短くしてもよい。図１３の羽根部材３ｄ及び貫通孔１４ｄを有する組立羽根部材についても、図１１の羽根部材３ｂ及び貫通孔１４ｄを有する組立羽根部材と同様の作用効果を奏する。

次に、本発明の第２の実施の形態における組立羽根部材を図１４を参照して説明する。図１４において、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１４の組立羽根部材１０ａにおいて、組立羽根部材１０と異なる点は、締付け部１２に第２羽根を挟持により設置した点にある。すなわち、組立羽根部材１０ａは、一対の締付け部１２ａ、１２ｂ間に挟持される第２羽根１６を、更に有するものである。これにより、締付け部１２に羽根機能を付与できる。第２羽根１６は一方の締付け部１２には、締付け部１２の長手方向の上方に、他方の締付け部１２には、締付け部１２の長手方向の下方に、付設されるものであり、それぞれ板状の羽根に捻じり１６１を付けたものである。これにより、第２羽根１６を傾斜羽根とすることができる。また、一対の第２羽根１６で形成される羽根径と一対の羽根部材３で形成される羽根径とは同一にすることが、地盤の撹乱効果を高めることができる点で好ましい。

第２の実施の形態における組立羽根部材１０ａであれば、第１の実施の形態における組立羽根部材１０と同様の効果を奏する他、地盤の撹乱効果が向上する。また、羽根部材３の羽根形状と異なる傾斜羽根を容易に作成することができる。

（鋼管杭の説明）
鋼管杭３０は、組立羽根部材１０、１０ａ（以下、単に「組立羽根部材１０」とも言う。）を鋼管２０に装着してなるものであり、図１５に示すように、先端部に螺旋羽根２を有する鋼管に、先端の螺旋羽根２から上方の鋼管表面に装着してなるものが好ましい。ハンド状本体部１１の締付けは、ボルト締めが好ましい。鋼管杭３０は、先端部の羽根を螺旋状とすることで、地盤への食い込みが可能となり、鋼管杭の地盤への貫入を容易にする。また、鋼管杭３０において、組立羽根部材１０の羽根本体部３１の鋼管軸方向と直交する方向に対する傾斜角度α_１は、装着される鋼管２０の先端部の螺旋羽根２の傾斜角α_０と異なるものであればよい。羽根本体部３１の傾斜角度α_１を、先端部の螺旋羽根２の傾斜角α_０と異なる（本例ではα_０＜α_１）ものとすることで、地盤の撹乱効果を大きくすることができる。また、先端部の螺旋羽根２の羽根径と羽根本体部３１で形成される羽根径とは同じが好ましい。

なお、本発明の鋼管杭においては、図１５の鋼管杭で使用する鋼管に限定されず、先端部の螺旋羽根は無くてもよい。この場合、羽根本体部３１の傾斜角度α_１が異なる２以上の組立羽根部材１０を鋼管に取り付けることが好ましい。すなわち、羽根本体部３の傾斜角度α_１が異なる２以上の組立羽根部材１０の中、ひとつの組立羽根部材１０を先端羽根として使用する。なお、例え先端羽根の傾斜角度が大きくなった場合、地盤への食い込みが悪くなるものの、地盤の撹拌効果は十分である。

また、先端羽根２と羽根本体部３１との間隔又は複数の組立羽根部材１０における羽根本体部３１間（上方羽根と下方羽根間）との間隔は、羽根の設置個数、鋼管杭長さ及び土質などにより適宜決定されるが、概ね０〜３Ｈ_ｙ（Ｈ_ｙは当該間隔を形成する下方羽根の鉛直方向長さを言う）、好ましくは０〜２Ｈ_ｙである。また、鋼管の先端と先端側の最初のバンド状羽根部材１０との間隔を大きく採れば、地表近くの地盤に対して複合杭の作製が可能となり、例えば、深さ方向に塩分濃度の高い地下水等が存在する場合に好適な方法となる。

先端部に螺旋羽根を有する鋼管としては、従来のＳＭＤ杭が使用できる。螺旋羽根としては、正規螺旋状羽根及び非正規螺旋状羽根が挙げられる。正規螺旋状の羽根とは、１周巻き又は２周巻き以上の螺旋羽根であって、螺旋羽根の全ての位置において、同じ傾斜角度を有するものである。非正規螺旋状の羽根とは、螺旋状の全ての位置において、同じ傾斜角度を有するものではなく、一部に水平部や緩傾斜部を含む羽根を言う。

（複合杭の製造方法の説明）
本発明の複合杭の製造方法は、前記鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程（Ｉ工程）を有する。固化材の鋼管杭周りの供給方法は、固化材貯留槽からの重力流下によるものが好ましい。固化材としては、粉末状固化材またはセメントミルクが挙げられる。

次いで、本発明の複合杭の製造方法の一例を図１６〜図１８を参照して説明する。図１６中、符号７１は軟弱地盤、符号７２は硬質地盤（支持地盤）である。鋼管杭３０を貫入するに先立ち、貫入箇所を含んで上下が貫通した円筒缶（固化材貯留槽）４を地表面に設置する。円筒缶４は地表面に単に置くだけでよい。その円筒缶４内に鋼管杭３０を立て（図１６）、設計量の固化材５を円筒缶４内に投入する。本例では、固化材５はセメントミルクである。次いで、杭頭部に回転トルクを与えて、鋼管杭３０を地盤７中に正回転で貫入させる。

鋼管杭３０における羽根の地盤撹乱作用は、次の通りである。鋼管杭３０は正回転しながら、地中へ貫入される。先端羽根２は螺旋羽根であり、鋼管の１回転で地中に深さＨ_０分貫入する。組立羽根部材１０の羽根部材３の羽根本体部３１（以下、「第２の羽根」と言う。）が地中に入るまで、地中には先端羽根２の螺旋形状の軌道が切られ、当該軌道部分を空洞化する。次いで、第２の羽根が地中に入り込む。第２の羽根３１が通る地盤は先端羽根２が通過した地盤であるため、処女地盤ではない。このため、先端羽根２の軌道が律速となり、第２の羽根は、それ単独羽根なら１回転でＨ_１分進むところがＨ_０分しか進まない。すなわち、第２の羽根は、螺旋形状通りには回転せず、横方向にずれながら進行することになる。この際、第２の羽根は、通過地盤を削ることになり、当該地盤を撹乱できる。第２の羽根は、更に下方と横方向に押圧力が作用するため、下部地盤及び周辺地盤への圧密効果が発現する。

鋼管杭３０を地盤７中に正回転で貫入させ、上記の地盤撹乱作用により、鋼管杭３０の貫入と共に、第２の羽根は周辺地盤を圧密しながら、鋼管２０回りで且つ羽根径内の地盤を撹乱し、当該地盤中に空隙を形成していくことになる。撹乱中の地盤中には、円筒缶４内のセメントミルク５が重力流下する。すなわち、セメントミルク５は、鋼管杭３０の貫入と共に、鋼管１１周りの地盤中に充填される（Ｉ工程）。セメントミルク５は、鋼管杭３０の貫入と同期して充填されるため、撹乱された土砂と十分に混合される（図１７）。

Ｉ工程を実施する途中に、地盤の撹乱を更に加速するために、羽根の軌道を修正する貫入始点変更工程（ＩＩ工程）を実施してもよい。ＩＩ工程は、次のように実施される。すなわち、Ｉ工程を実施する途中において、鋼管杭３０の貫入を停止する。鋼管杭３０を停止させたままの状態で、所定の長さ分上方に引き上げ、その後、鋼管杭３０を回転させながら、再貫入を行う。引き上げる長さは、例えば、先端羽根２の鉛直方向長さＨ_０以下の適宜の長さが好ましい。特に好ましくは、１/３Ｈ_０〜１/５Ｈ_０である。停止した鋼管杭３０を所定の長さを引き上げることで、先端羽根２の貫入の始点が変更される。すなわち、再貫入においては、最初の螺旋軌道とは異なる螺旋軌道をとることになり、地盤の撹乱が促進される。引き上げ長さがＨ_０と同じでは、再貫入において、最初の螺旋軌道と同じ螺旋軌道となってしまい、地盤の撹乱の促進とはならない。また、鋼管杭３０を所定長さ引き上げる際、先端羽根２と第２の羽根で更に地盤を撹乱すると共に、地盤とセメントミルクを混合できる。ＩＩ工程は、Ｉ工程の途中、１回以上、好ましくは２回〜５回程度行うことができる。

Ｉ工程を実施する途中に、地盤の撹乱を強制的に行うために、鋼管杭３０の上下運動工程（ＩＩＩ工程）を実施してもよい。ＩＩＩ工程は、Ｉ工程を実施する途中において、鋼管杭３０の貫入を停止し、鋼管杭３０を停止させたままの状態で、大きなストロークで鋼管杭３０を上下運動させるものである。引き上げるストロークは、鋼管杭３０の先端から最上の羽根までの長さが好ましい。鋼管杭３０を上下運動させて地盤を撹拌することで、当該撹拌地盤へのセメントミルクの流下が容易となる。鋼管杭３０の再貫入は、いずれの地点から実施してもよい。ＩＩＩ工程は、Ｉ工程の途中、１回以上、好ましくは２回〜５回程度行うことができる。

本発明の製造方法において、先端羽根２は、硬質地盤層７２に根入れしてもよい。硬質地盤層７２に貫入する根入れ部９を設けることで、鋼管杭３０の先端支持力が向上する。なお、根入れ部９には固化材５が浸透するものの、根入れ部９には、固化材５が浸透していなくてもよい。また、鋼管杭３０の根入れ工程は、任意の工程であり、省略してもよい。鋼管杭３０の設計長さまでの貫入と、セメントミルク５の供給が終了することで、Ｉ工程は終了する。なお、セメントミルク５が十分に供給されているか否かは、鋼管杭３０の貫入途中において、円筒缶４内のセメントミルク５の減り具合を観察することで判断できる。セメントミルク５の供給が不十分の場合、Ｉ工程の途中で、ＩＩ工程又はＩＩＩ工程を実施すればよい。鋼管杭３０の貫入が完了し、鋼管２０の回りに未硬化のソイルセメントが形成され、未硬化ソイルセメントが硬化して鋼管ソイルセメント複合杭４０となる（図１８）。なお、円筒缶４は地表面に置かれているだけであり、容易に撤去できる。本発明の複合杭４０の製造方法によれば、鋼管２０周りに地表から固化材を重力流下しつつ、鋼管杭３０を回転させるという簡易な方法により、中心に鋼管２０を正しく配置することができる。

本発明の鋼管杭は、上記実施の形態例に限定されず、鋼管杭３０のように、上方に行くにつれて、傾斜角度が漸次、大となる形態の他、その逆の、傾斜角度が漸次、小となる形態や、傾斜角度の異なる羽根が交互またはランダムに形成される規則性のないものでもよい。また、第２の羽根が複数の場合、隣接する羽根間の距離（ピッチ）は、全ての羽根間で同じであっても、異なるものでもよい。

（複合杭の説明）
本発明の複合杭は、鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなる。ソイルセメントは、鋼管周りの原地盤土と固化材の混合物が硬化したものである。また、図１８に示すように、ソイルセメント６中には、鋼管杭３０の先端羽根２及び組立羽根部材の羽根本体部である第２の羽根が埋まっており、鋼管杭３０とソイルセメント６の密着性を高めている。また、複合杭４０は、図１８に示すような硬質地盤層７２に根入れ部９を有するものの他、先端が硬質地盤層７２に未到達で根入れ部９を有さないものであってもよい。硬質地盤層７２に根入れ部９を有する複合杭３０は、摩擦杭のみならず、支持杭として機能する。

複合杭４０の杭径は、先端羽根又は組立羽根部材の羽根径と概ね同じであり、具体的には、最大で鋼管径の４倍、最小で鋼管径＋（４ｃｍ）が好ましい。ソイルセメント６の被覆の厚みが、２ｃｍもあれば、鋼管の腐食防止は十分であると共に、支持機能があるため、複合杭４０の杭径としては、十分である。また、複合杭４０は、その周辺地盤が圧密されており、摩擦杭として高い支持力を有する。

本発明の組立羽根部材において、本体部に形成される貫通孔や羽根本体部の形状は、上記実施の形態例のものに限定されず、種々の変形例を採ることができる。また、本発明の組立羽根部材において、第２羽根の先端部を鋸刃状や波形状にすると、地盤の撹乱効果が向上すると共に、複合杭の表面積が向上し、地盤支持機能が向上する点で好ましい。また、羽根部材の羽根本体部や第２羽根の本体部には、貫通穴を形成してもよい。これにより、掘進撹拌に伴う上方への反力を緩和して撹拌力の高いものとすることができる。

本発明の組立羽根部材は、鋼管杭用の一部品であり、これまでにない斬新な構造であるにも拘わらず、従来のＳＭＤ杭に新たに取り付けるだけで鋼管杭を製作できる。また、複合杭は、鋼管杭を貫入しつつ、その鋼管周りに固化材を重力流下で供給すればよく、固化材供給手段はドラムの半切りもので足りる。このため、極めて簡易な方法により、中心に鋼管が正しく配置された複合杭を安価で製造できる。また、鋼管周りにアルカリ性のセメントが被覆されており、鋼管の防食効果が高い。また、支持杭として機能する複合杭は、長期間に亘り安定した支持力を提供できる。

１ バンド状部材
２ 先端羽根
３ 羽根部材
４ 円筒缶（固化材貯留槽）
５ 固化材（セメントミルク）
６ ソイルセメント
７ 地盤
９ 根入れ部
１０、１０ａ 鋼管杭用組立羽根部材
１１ 本体部
１２ 締付け部
１４ 貫通孔
１６ 第２羽根
１８ ボルト
２０ 鋼管
３０ 鋼管杭
３１ 羽根本体部
３２ 基部
４０ 複合杭

Claims (8)

1. 鋼管杭用の中空の鋼管に巻着される本体部に貫通孔を形成させたバンド状部材と、
   基部から起立状に所定長さで延びる羽根本体部を有する羽根部材と、
   を組み付けて使用するものであって、
   該羽根部材を該鋼管に取り付ける際、該基部を該鋼管と該本体部間に位置させ、該羽根本体部を貫通孔から突出させることを特徴とする鋼管杭用組立羽根部材。
2. 巻着される本体部の両端が該鋼管の外側に所定長さで延出する一対の締付け部を有することを特徴とする請求項１記載の鋼管杭用組立羽根部材。
3. 該貫通孔は、扁平状楕円形状、扇形形状、略Ｖ字形状又は複数の扁平状楕円形状の孔が中央で異なる角度で交差する孔形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管杭用組立羽根部材。
4. 該一対の締付け部間に挟持される第２羽根を、更に有することを特徴とする請求項２記載の鋼管杭用組立羽根部材。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼管杭用組立羽根部材を、鋼管に装着してなることを特徴とする鋼管杭。
6. 請求項５記載の鋼管杭と、該鋼管杭の鋼管の外周面周りに形成されるソイルセメントからなることを特徴とする複合杭。
7. 請求項５記載の鋼管杭を地中に正回転で貫入させながら、固化材を該鋼管杭の鋼管周りに供給する工程を有することを特徴とする複合杭の製造方法。
8. 固化材の鋼管杭周りの供給方法は、固化材貯留槽からの重力流下によるものであることを特徴とする請求項７記載の複合杭の製造方法。

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