JP6049070B2 - 掘削ロッド - Google Patents

Description

本発明は、掘削ロッド、特に、建物の基礎を構築する際に杭穴を掘削する掘削ロッドに関する。

建物を建造する際に地盤中に設けられる基礎としては、ベタ基礎、布基礎、杭基礎など種々のものがある。これらは、建物の種類、地盤の状況、必要な費用などの諸条件に適したものが選択されるが、軟弱な表層土の厚みが相対的に深い箇所については、杭基礎が採用されることが多い。そして、杭基礎に用いられる杭としては鋼管杭やコンクリート杭があり、その設置方法としては、前者では回転圧入工法、後者では現場打設工法が用いられる例が多い。

これらのうち、鋼管杭の回転圧入工法においては、施工中は回転による圧入を容易にし、施工後は地盤の支持力を高めるため、鋼管杭の地盤側端部にフィン（翼）を装着することが有効な手段として知られている。これは、施工中は回転モータの回転力がフィンによる推進力となること、施工後は地盤の支持力を鋼管杭の本体のみならずフィンにも受けることによる。結果として、工期の短縮や杭の数を減ずることができ、コストの低減化にとって有用な手段となっている。

しかし、施工後の所定の支持力を得られる範囲内で、鋼管杭として可能な限り細いものを採用してコストの低減化を図る場合、回転圧入工法においては、地盤からの反力を受けるため、一定以下の径の鋼管杭を使用すると、地盤の状況によっては、回転モータによる回転力と地盤からの反力によりひずみを生じ、最悪の場合には、ねじ切れてしまうことがある。本発明者らは、このような状況を解決するため、フィンをロッド側に着脱可能に設けておき、掘削後、径の細い鋼管杭をロッド内に挿入して地盤中においてフィンに係合せしめてフィン付き鋼管杭とし、ロッドを回収する手段を提案した経緯がある。

この提案において、その一例として、ロッドの外周にフィンとは別に連続する螺旋翼を設けておき、掘削時にはその効率を図るとともに、フィン付き鋼管杭が形成された後、ロッドを逆回転させつつ地上に引抜く際には、鋼管杭の周囲に掘削した土砂を締め固めて鋼管杭の支持力を向上させる役割を担わせるものがあった。しかし、掘削現場の地質などの条件によっては、掘削した土砂の締め固めが必ずしも十分でない場合も起こり得ることが判明し、本発明者は、その改善に鋭意取り組んできたところである。そして、以下に述べるように、ロッドの外周面に設けた螺旋翼に所定の切欠きを設けることによって、相応の効果を得ることができることを見出した。

ところで、鋼管杭については、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば特開平１１−１４０８６９号号公報（特許文献１）において、（１）翼を利用して大きな地盤支持力が得られること、（２）翼を鋼管に取付ける手間と費用が低減できること、（３）翼から伝達される曲げモーメントにより、鋼管杭に過大な応力を発生させないこと、及び（４）強固な地盤まで鋼管杭をねじ込みにより埋設できることを目的とした翼付きねじ込み式鋼管杭が開示されている。この鋼管杭は、図１５に示すように、鋼管２の外周面に取付けた翼を利用してねじ込みにより地中に埋設する鋼管杭１において、鋼管杭１を構成する鋼管２の外周面の仮想螺旋３に沿って、複数の鋼製翼１０ａ，１０ｂを所定の間隔を隔てて取付けたものである。なお、本段落及び図１５において各要素に付された符号は、特許文献１の図１及び図１６において記載されたものであり、本願明細書では本段落限りのものである。

しかしながら、特開平１１−１４０８６９号号公報（特許文献１）に記載の発明は、前述のとおり、ロッドではなく鋼管杭に関するものであり、本発明に係るロッドの外周面に設けた螺旋翼に関するものではない。すなわち、鋼管杭は地盤の掘削後、そのまま地盤中に残置され上部構造物を支持するものであるのに対し、ロッドは地盤の掘削後に地上に引き抜かれるものである。従って、このロッドを逆回転して引抜く際の土砂の鋼管杭周囲への締め固めを効果的に行うための螺旋翼への改善は、依然として望まれるところである。

本発明は、以上の経緯に鑑みてなされたものであり、ロッドを逆回転して引抜く際に、残置した鋼管杭の周りに掘削土をより堅固に締固めを行うことができ、所定の支持力を確保するロッドを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、以下のロッドを提供する。
中空のロッド本体と、
前記ロッド本体の外周面に所定の傾斜をもって取付けられた複数の羽根とを具備し、
前記複数の羽根は、略長方形、略半月形、または略扇形であり、当該羽根を連続したとき、前記ロッド本体の前記外周面に連続する仮想的な螺旋翼を形成するように配置された、地盤を掘削するためのロッドであって、
第１の蝶番を介し前記ロッド本体の地盤側に位置して固定され、折り畳まれ、または開いた状態に配置される第１のフィンと、第２の蝶番を介し前記ロッド本体に開いた状態または折り畳まれた状態に軸支される前記複数の羽根とを備え、
前記ロッド本体が正回転して土中に圧入されるとき、前記第１のフィンは、土砂の圧力を受けて固定されまたは上方向に折り畳まれ、前記複数の羽根は、前記ロッド本体に対し開いた状態または折り畳まれた状態になり、土砂の掘削は、前記ロッド本体の地盤側端部の底面にその開口を覆うようにフック機構により着脱可能に係合された、第２のフィンによって行われ、
所定の位置に達し回転圧入が止められた後、鋼管杭が前記ロッド本体の地上側端部の開口から挿入されて、前記鋼管杭が前記第２のフィンの突出部に当接するまで差し込まれ、前記第２のフィンを前記ロッド本体に着脱可能に係合する前記フック機構を解除することにより、前記第２のフィンを前記ロッド本体から解放し、
前記ロッド本体を逆回転させつつ前記土中から引き抜くとき、前記第１のフィン及び前記複数の羽根の双方が折り畳まれまたは開いた状態となり、掘削された土砂が下方に押し付けられ、前記土中に残置された前記第２のフィンや前記鋼管杭の周囲を締め固められる、ことを特徴とするロッド。

本発明によれば、ロッドを逆回転して引抜く際に、残置した鋼管杭の周りに掘削土をより堅固に締固めを行うことができ、所定の支持力を確保するロッドを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に用いるロッドの正面図である。（ａ）は略長方形の羽根を、（ｂ）は略半月形の羽根を有するものである。 本発明の第２の実施形態に用いるロッドの正面図である。（ａ）は略長方形の羽根を、（ｂ）は略半月形の羽根を有するものである。 本発明の第３の実施形態に用いるロッドが連結される状態を示す正面図である。 本発明の第４の実施形態に用いるロッドの正面図である。（ａ）はフック機構が第１のフィンの表面下部に設けられている第一例を、（ｂ）はフック機構がロッド本体の内部から外部へ延在して設けられている第二例を示す。 本発明の第４の実施形態に用いるロッドの先端の拡大斜視図である。（ａ）及び（ｂ）はフック機構が第１のフィンの表面下部に設けられている第一例を、（ｃ）及び（ｄ）はフック機構がロッド本体の内部から外部へ延在して設けられている第二例を示す。（ａ）及び（ｃ）はそれぞれのフック機構が解除される前の状態、（ｂ）及び（ｄ）はそれぞれのフック機構が解除された後の状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する方法であって、フィン及びロッドの羽根が下向きに開閉する態様を示す断面図である。（ａ）がロッドを所定の位置まで回転圧入した状態を示す図、（ｂ）がロッドを逆回転させて引き抜いている状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する方法であって、フィン及びロッドの羽根が上向きに開閉する態様を示す断面図である。（ａ）がロッドを所定の位置まで回転圧入した状態を示す図、（ｂ）がロッドを逆回転させて引き抜いている状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第三例に用いるロッドの正面図である。 本発明の第４の実施形態の第四例に係るロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する方法を示す概念図であって、（ａ）が掘削中の状態を示す図、（ｂ）がロッドを逆回転させて引き抜いている状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第四例に係る第２のフィンの斜視図である。 本発明の第４の実施形態の第五例に係るロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する方法を示す概念図であって、掘削中の状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第六例に係るロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する方法を示す概念図であって、掘削中の状態を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第七例に係るロッドを用いて第２のフィンを引き抜いている状態を示す図である。 本発明の第四ないし六の実施形態に係る第２のフィンの斜視図である。 従来技術の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。

１．第１の実施形態
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る第１の実施形態を示している。ロッド１は、中空のロッド本体２と、ロッド本体の外周面に所定の傾斜をもって取付けられた複数の羽根８１とを備えている。複数の羽根８１は、それらを連接したときに、ロッド本体２の外周面に連続する仮想的な螺旋翼８２が形成されるように配置されている。ここで、羽根８１は、ロッド本体２に固定されており、掘削対象の地盤の土質やロッド１の製造条件などに応じて任意の形状とすることができる。例えば、図１（ａ）に示すような略長方形のものであってもよいし、図１（ｂ）に示すような略半月形のものであってもよい。図には記載していないが、切り欠いた略扇形などのものでも差し支えない。また、羽根が取付けられている傾斜も、特に限定されない。掘削対象の地盤の土質やロッド１の製造条件などに応じて任意の傾斜とすることができる。

さらには、複数の羽根８１を取り付ける間隔についても、種々の変形が可能である。図１（ａ）及び（ｂ）では、個々の羽根８１は、仮想的な螺旋翼８２をロッド本体２の長手方向に沿って周回ごとに一定の箇所を切り欠くことによって形成されているが、これに対し、例えば切り欠く箇所を周回ごとにずらすようにしてもよい。

複数の羽根８１は、連続する仮想的な螺旋翼８２を形成しているが、その長手方向のピッチは任意に設定してよい。図１（ａ）及び（ｂ）では、螺旋翼の長手方向のピッチはロッド本体２の全長にわたって均一の場合を示しているが、これに限定される必要はなく、不均一とすることもできる。例えば、ピッチが相対的に密になっている区間と相対的に疎になっている区間が混在していてもよいし、また、第１の端部２ａから第２の端部２ｂへ向かう方向に、ピッチが相対的に疎から密へ変化するようにしてもよい。

また、仮想的な螺旋翼８２の外周縁をロッド本体２の長手方向に結んでできる仮想的な立体形状は、ロッド１を用いる地盤などの条件に従って、好適なものを選択することができる。図１（ａ）及び（ｂ）では、仮想的な立体形状が円柱を形成する場合を示しているが、例えば、ロッド本体２から仮想的な螺旋翼８２の外周縁までの直線距離を徐々に変化させることによって、円錐を形成するようにしもよい。

以上のように、仮想的な螺旋翼８２を切り欠いて形成した複数の羽根８１を有することによって、ロッド１を地中に正回転しながら挿入する際には、複数の羽根８１による土砂の掘削が円滑に行われるとともに、逆回転して引き抜く際には、羽根８１同士の間に設けられた空間から掘削された土砂が地中に落下し、土砂が地上に掻き出されてしまうことを軽減することができる。連続する螺旋翼８２の場合、掘削された土砂が付着する螺旋翼の面積が広いこと、あるいはピッチを隔てて隣り合う螺旋翼同士の間に掘削された土砂が挟まれた状態となることなどから、掘削された土砂の少なからぬ量がロッド１の引き抜きとともに地上に掻き出されてしまうが、第１の実施形態に係るロッド１は、このような問題を軽減することができる。

２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態について、図２に基づいて第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図２では、複数の羽根８１がロッド本体２の外周面に蝶番８３を介して取り付けられている。蝶番８３は、羽根８１がロッド本体２の外周面に所定の傾斜をもって取り付けられるようにその外周面に固定されている。そして、その開度はいわゆる半開きのものであり、羽根８１は、その傾斜軸に沿った平面と、その平面に直交する平面であって第１の端部２ａ又は第２の端部２ｂのいずれかの側（地盤を掘削する際の地中側）との間で自由に折り畳み可能となるように軸支されている。

羽根８１を折り畳む方向は、上方向であってもよいし、下方向であってもよい。掘削現場の地質構造に合わせて、いずれかを採用することができる。例えば、羽根８１を上方向に折り畳み可能に取り付けた場合には、掘削を終わってロッド本体２を逆回転させて引き抜く際、羽根８１が開いた状態となり、掘削した土砂を地中に締め固めることに貢献できる。この場合、羽根８１は、掘削時には、土砂の圧力を受けて上方向に折り畳まれた状態となる。他方、羽根８１を下方向に折り畳み可能に取り付けた場合には、羽根８１は、ロッド１を地中に挿入する際、羽根８１が開いた状態となり、地盤の掘削に貢献する。この場合、羽根８１は、掘削を終了してロッド１を逆回転させながら引抜く際には、地盤の圧力から解放され、下方向に折り畳まれた状態となる。これにより、掘削された土が羽根８１に付着して地上に掻き出されてしまうことを軽減する。

３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態について、図３に基づいて第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図３では、ロッド本体２は、その第１の端部２ａの内側にロッド本体２の長手方向と直交する方向に付勢された連結ピン２３ａを有する雄部２３を、第１の端部２ａとは反対側の第２の端部２ｂの内側に連結ピン２３ａの挿通孔２４ｂを有する雌部２４とを有している。あるロッド本体２の雌部２４に他のロッド本体の雄部２３を嵌合して連結ピン２３ａを挿通孔２４ｂに係合することにより、それらのロッド本体２同士が互いに連結される。

連結ピン２３ａは、図示していない付勢部材によってロッド本体２の長手方向と直交する方向であって外側に付勢されており、雌部２４の外縁すなわちロッド本体２の外縁の範囲内で雄部２３より突出するところでロックされるように形成されている。連結ピン２３ａは、雄部２３を雌部２４に嵌合すると雌部２４の外縁によって内側に押込まれ、雌部２４に設けられた挿通孔２４ｂの位置に達したときに付勢部材によって外側に突出復帰し、挿通孔２４ｂに係合する。

このように構成することにより、あるロッド本体２が地中に存在する状態であっても、次のロッド本体２を地中に挿入することにより、深度に応じて、ロッド１の長さを調整することができる。

４．第４の実施形態
上記した第１ないし第３の実施形態に係るロッド１に、地盤を掘削するための種々のフィンを取り付けた場合の形態について、以下、説明する。

（第一例及び第二例）
図４及び図５に示すように、第４の実施形態に係るロッド１は、中空の管であるロッド本体２と、ロッド本体２の地盤側端部の外周に固定して取り付けられた第１のフィン３と、ロッド本体の地盤側端部の底面にその開口を覆うように着脱可能に係合された第２のフィン４と、第２のフィン４をロッド本体２に着脱可能に係合するための少なくとも1つのフック機構５とから構成されている。フック機構５の詳細は後述するが、図４（ａ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）は、フック機構５が第１のフィン３の表面下部に設けられている第一例を、図４（ｂ）並びに図５（ｃ）及び（ｄ）は、フック機構５がロッド本体２の内部から外部に延在して設けられている第二例を示している。なお、図４（ａ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）では、煩雑さを避けるためフック機構５を可視できる手前側のみを図示しているが、反対側の第１のフィン３にも同様のフック機構５を対に設けている。また、仮想的な螺旋翼８２を形成する複数の羽根８１として、ここでは略長方形の形状をした羽根であって蝶番８３を介してロッド本体２の外周面に取付けられているものを図示しているが、このタイプのものに限定されることを意味するものではない。ロッド本体２の外周面に固定されたものや半月形や扇形の形状のものであってもよい。この点、後記する第三例ないし第八例を説明する各図においても、図示したものに限定されないという点で同様である。

ここでは、ロッド本体２は円筒形状をなしているが、中空の筒状をなしている限り、ロッド本体２の横断面は円形には限定されない。例えば、丸角の正方形などであってもよい。また、ロッド本体２を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製であってもよい。塩化ビニル製のロッド本体２の強度は、例えば鋼管からなるロッド本体２の強度よりも若干低いが、工事現場の地盤の状況などに適応したものを選択すればよい。

第１のフィン３は、ロッド本体２の地盤側端部の外周に２葉の略扇形状の翼状部３１，３２が所定の角度をもってロッド本体２を中心として対称的に配置されている。第１のフィン３の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、１葉の環形状のものを螺旋に設けてもよい。さらに、上下に複数の段にわたって設けてもよい。また、第１のフィン３を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製などであってもよく、ロッド本体２の材質を勘案して適切なものを選択すればよい。さらにまた、図４及び図５に示すように、第１のフィン３はロッド本体２の地盤側端部の外周に蝶番３５を介して折畳み可能に取付けられていてもよいし（図４（ａ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）参照）、固定されていてもよい（図４（ｂ）並びに図５（ｃ）及び（ｄ）参照）。掘削している地盤の状況に応じて、より適した態様を採用することができるが、折畳み可能に設けた場合には、前述したロッド本体２の周囲に設けられた折畳み可能な羽根８１と協働して、掘削現場の地質条件に応じて、より好ましい効果を得ることができる。第１のフィン３を折り畳む方向は、上方向であってもよいし、下方向であってもよい。掘削現場の地質構造に合わせて、いずれかを採用することができる。例えば、第１のフィン３を上方向に折り畳み可能に取り付けた場合には、掘削を終わってロッド本体２を逆回転させて引き抜く際、第１のフィン３が開いた状態となり、掘削した土砂を地中に締め固めることに貢献できる。この場合、第１のフィン３は、掘削時には、土砂の圧力を受けて上方向に折り畳まれた状態となる。他方、第１のフィン３を下方向に折り畳み可能に取り付けた場合には、ロッド１を地中に挿入する際、第１のフィン３が開いた状態となり、地盤の掘削に貢献する。この場合、第１のフィン３は、掘削を終了してロッド１を逆回転させながら引抜く際には、地盤の圧力から解放され、下方向に折り畳まれた状態となる。これにより、掘削された土が羽根８１に付着して地上に掻き出されてしまうことを軽減する。なお、蝶番３５を介した第１のフィン３を第一例に係る図４（ａ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）に図示し、第二例に係る図４（ｂ）並びに図５（ｃ）及び（ｄ）に図示していないが、これは種々の態様が可能であることを示す趣旨であって、それぞれ図示されている態様に限定する趣旨ではない。この点、後記する第三例ないし第八例における第１のフィン３、３’、３３において、固定されたものを図示のうえ説明しているが、これらについても、蝶番３５を介して取り付けたものを採用できることはもちろんである。

第２のフィン４は、ロッド本体２の地盤側端部の底面に当接してその開口を覆う略正方形をなす中央部４１と、中央部４１の４つの辺の各々から外側に延びる４個の翼状部４２とから構成されている。中央部４１のロッド本体側の面の中央には略三角形の突出部４３が突設されている。後述するように、突出部４３は、小さい径の鋼管杭６をロッド本体２の中に挿入する際のガイドとなるものである。

４個の翼状部４２の各々は中央部４１に対して交互に上方及び下方に曲折されているが、やや詳しく説明すると、第１の翼状部４２ａは中央部４１に対して上方に、第１の翼状部４２ａに隣接する第２の翼状部４２ｂは中央部４１に対して下方に、第２の翼状部４２ｂに対向する第３の翼状部４２ｃは中央部４１に対して上方に、第３の翼状部４２ｃに対向する第４の翼状部４２ｄは中央部４１に対して下方に、それぞれ曲折されている。換言すると、対角線上に位置する翼状部４２が同じ方向に、すなわち、第１及び第３の翼状部４２ａ、４２ｃはともに中央部４１に対して上方に、第２及び第４の翼状部４２ｂ、４２ｄはともに中央部４１に対して下方に、それぞれ曲折されている。

発明者が行った実験によれば、翼状部４２が中央部４１に対して曲折する角度は１５度乃至４５度の範囲内にあることが好ましく、１５度乃至３０度の範囲内にあることがより好ましい。なお、第２のフィン４の形状はここで述べた形状に限定されるものではなく、例えば、中央部４１は正方形でなくても、ロッド本体２の開口を覆うことができれば、任意の形状で差し支えない。翼状部４２についても、長方形を斜めに曲折した形状でなくても、扇形状や環形状であってもよく、翼状部の枚数も適宜とすることができる。また、第２のフィン４を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製などであってもよく、ロッド本体２の材質を勘案して適切なものを選択すればよい。

フック機構５は、ロッド本体２と第２のフィン４を着脱可能に係合するためのものであって、前述したとおり、ここでは２つの例を記載している。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）は、フック機構５が第１のフィン３の表面下部に設けられている第一例を、図５（ｃ）及び（ｄ）は、フック機構５がロッド本体２の内部から外部に延在して設けられている第二例を示している。

第一例は、フック機構５が、第１のフィン３の表面下部に取付けられた基体部５５と、基体部５５の先端に設けられ第２のフィン４を係合する爪部５６とから構成されている。ロッド１が回転圧入工法によって地盤中に回転圧入する際には、その正回転によって爪部５６は自動的に第２のフィン４に係合し、ロッド１が地上に引き抜かれるため逆回転する際には、爪部５６は自動的に第２のフィン４から離脱する。

これに対し、第二例は、ロッド本体２の内部の支点５４に垂直方向に回動可能に軸支された第１の腕部５１と、第１の腕部の外側の端部５１ａに関節結合されロッド本体の外側に延伸する第２の腕部５２と、第２の腕部の先端に設けられ第２のフィンを係合する爪部５３とから構成されている。ロッド１を回転圧入工法によって地盤中に回転圧入する際、及び、何らかの理由により中途でロッド１を逆回転させて引き抜く際には、このフック機構５によって係合された第２のフィン４はロッド本体２とともに同一方向に回転することとなる。

第二例では、第１の腕部５１の内側の端部５１ｂは、小さい径の鋼管杭６が第２のフィン４の中央部４１に突設された突出部４３にガイドされた際に、鋼管杭６の円周部が接触するように位置決めされている。従って、ロッド１が地盤中の所定の位置に達し、鋼管杭６がロッド本体２の中空部分に挿入されると、鋼管杭６の円周部が第１の腕部５１の内側の端部５１ｂを押し込むことにより、第２の腕部５２が持ち上がり、爪部５３が第２のフィン４から離脱することとなる。

ここでは、第一例及び第二例いずれの場合もフック機構５が２つある例を示しているが、地盤の状況、第２のフィン４の形状などを勘案して、フック機構５を１つ又は３つ以上としてもよい。

次に、本実施形態に係るフィン付きロッド１を用いてフィン付き鋼管杭を設置し、地盤を改良する工法を説明する。

先ず、ロッド本体２の地盤側端部の外周に第１のフィン３を蝶番３５を介して取り付けた又は固定したロッド１を用意する。固定にあたっては、ロッド本体２及び第１のフィン３の材料に応じ、溶接等の方法を適宜に選択できる。

次いで、ロッド本体２の地盤側端部の底面に第２のフィン４をその中央部４１がロッド本体２の開口を覆うように当接させる。そして、フック機構５の爪部５３を第２のフィン４の翼状部４２に係合させる。

次に、重機Ａ（図示せず）に搭載された回転圧入装置Ｂ（図示せず）にロッド１の杭頭部を連結する。ここまでが、準備行為である。

以上の構成及び準備行為を踏まえて、以下の方法により、フィン付きロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する。図６及び図７を参照しつつ、フック機構５が第二例の場合について説明する。図６及び図７では、図４及び図５とは異なり、羽根８１及び第１のフィン３の双方がそれぞれ蝶番８３及び蝶番３５を介してロッド本体２に取付けられている例を示している。
ここで、まず、図６(ａ)について説明する。中空の管であるロッド本体２と、ロッド本体２の地盤側端部の所定の位置に蝶番３５を介して取り付けられ固定された第１のフィン３と、ロッド 本体２の地盤側端部の底面にその開口を覆うように着脱可能に係合された第２のフィン４ と、第２のフィン４をロッド本体２に着脱可能に係合するための少なくとも１つのフック機構５とを、備えるロッド１を地盤中に回転圧入する（ステップ（ａ））。このときの状態 を図６（ａ）に示す。ねじ込みに際しては、第２のフィン４の中央部４１によってロッド 本体２の地盤側端部の底面は覆われているため、土砂はロッド本体２の中空部分にほとんど侵入することはない。また、この際、ロッド本体２の外周面には、複数の羽根８１が仮想的な螺旋翼８２を形成され開いた状態で設けられていることから、掘削する土砂を切込みなが ら正回転するため、掘削を効果的に行うことができる。この点、羽根８１は、蝶番８３によって軸支され、下方からの土砂の圧力によりロッド本体に開いた状態で軸支され、蝶番８３の開度の限界に達した 時点で所定の傾斜の状態に維持され、これにより、掘削を効果的に進行させることができる。

次いで、所定の位置に達して回転圧入を止めた後、鋼管杭６をロッド本体２の地上側端部の開口から挿入し、第２のフィン４に当接するまで、第２のフィン４のロッド本体側の面の中央に突設されロッド本体の内部に貫入された突出部４３に差し込む（ステップ（ｂ））。鋼管杭としては、ロッドの中に挿入できる径を有し、施工後の強度を保てるものであれば特に限定はないが、例えば、単管パイプを好適な一例として使用することができる。そして、ステップ（ｂ）の過程において、鋼管杭６がフック機構５を解除することにより、第２のフィン４をロッド本体２から解放する（ステップ（ｃ））。

次に、第２のフィン４とそれに当接した鋼管杭６を残置したまま、ロッド本体２を逆回転させつつ引き抜く（ステップ（ｄ））。ステップ（ｄ）の過程において、ロッド本体２と鋼管杭６の間の空間に土砂を埋戻す（ステップ（ｅ））。このときの状態を図６（ｂ）に示す。引抜いたロッド１は再使用することができる。また、この際、ロッド本体２の外周面には複数の羽根８１が仮想的な螺旋翼８２を切り欠いた状態で設けられていることから、掘削された土砂を羽根８１の間の空間から下方に落下させながら逆回転するため、地上に排出される土砂の量を軽減することができる。さらに、羽根８１は、蝶番８３によって軸支されており、この過程において、土砂からの圧力から解放され自重によって下方に折り畳まれている状態となるため、より一層の効果を発揮できる。さらにまた、第１のフィン３も、同様に、自重によって下方に折り畳まれることから、掘削した土砂が地中に容易に落下していくこととなる。

ここで、フック機構５が解除されるプロセスは次のとおりである。鋼管杭６が、突出部４３に差し込まれる過程で、突出部４３の近傍に位置決めされた第１の腕部５１の内側の端部５１ｂをその円周部によって押し込むことにより、第２の腕部５２が持ち上がり、爪部５３が第２のフィン４から離脱する。

図６では、フック機構５が前述した第二例の場合を図示したが、第一例の場合も、前述したフック機構５と第２のフィン４との係合及び離脱に係る具体的構成を除き、ロッド１を回転圧入及び引き抜いている状態は同様である。すなわち、フック機構５が第一例の場合にあっては、ロッド本体２が逆回転することにより爪部５６は第２のフィン４から自動的に離脱してフック機構５が解除されることにより、第２のフィン４をロッド本体２から解放する（ステップ（ｃ））。

これにより、地中に残置された第２のフィン４とそれに当接した小さい径の鋼管杭６は、フィン付き鋼管杭として作用することとなる。

次に、図７について説明する。図７(ａ)は、前述のとおり、第１のフィン３は上方向に折り畳まれ、羽根８１はロッド本体に折り畳まれた状態に設けられている場合を示している。この場合、図７（ａ）に示すように、ロッド本体２が正回転して土中に侵入していく際には、第１のフィン３及び羽根８１がともに土砂の圧力を受けて折り畳まれている（ステップ（ａ）)。従って、土 砂の掘削は、この場合、第２のフィン４によって行われることとなる。次いで、所定の位置に達して 回転圧入を止めた後、鋼管杭６をロッド本体２の地上側端部の開口から挿入し、第２のフィン４に当接するまで、第２のフィン４のロッド本体側の面の中央に突設されロッド本体 の内部に貫入された突出部４３に差し込み（ステップ（ｂ））、鋼管杭６がフック機構５を解除することにより、第２のフィン４をロッド本体２から解放され（ステップ（ｃ））、第２のフィン４とそれに当接した鋼管杭６を残置したまま、ロッド本体２を逆回転させつつ引き抜く（ステップ（ｄ））。図７（ｂ）は、このステップ（ｄ）の過程において、ロッド本体２と鋼管杭６の間の空間に土砂を埋戻す（ステップ（ｅ））ときの状態を示すものである。

図７（ｂ）に示すように、この場合には、ロッド本体２を逆回転して引き抜く際に、第１のフィン３及びロッド本体２の外周に設けられている羽根８１の双方が開いた状態となる。土中においてはロッド本体２の周囲に掘削された土砂が存在しているが、開いた状態の第１のフィン３と羽根８１の作用により、掘削された土砂が下方に押し付けられ、土中に残置した第２のフィン４や鋼管杭６の周囲に締め固められていくこととなる。掘削現場の地質が相対的に支持力が低いような場合であっても、このような手段により支持力の改善を図ることができる。

（第三例）
上述の第４の実施形態において、第１のフィン３を、ロッド本体２の地盤側端部の底面に固定されており、ロッド本体２の開口のうち中央の所定の範囲に対応する貫通口３ａを有する第１のフィン３’としたこと以外は、第４の実施形態と同じである。以下に、第４の実施形態と異なる点のみを説明する。

この形態では、第１のフィン３’を現場でロッド本体２に固定できる。例えば、図８に示すように、ロッド本体２の地盤側端部の底面にボルト２１を取り付けておき、ボルト２１を貫通させる孔３４を予め設けてある第１のフィン３’をボルト２１に貫通させ、反対側をナット２２で締め付けることにより固定することができる。

ボルト２１に対するナット２２の締め付けは、溶接と比較して、作業としてははるかに容易であり、かつ、より短い時間で行うことが可能である。本願発明に係るロッド１そのものは鋼管杭として地盤中に残置されるものではなく、原則として何回も使用可能なものであり、現場あたり必要となるその本数は鋼管杭よりも少なくて済む。しかし、多くのロッドが必要となるような工事現場であるときには、外周にあらかじめフィンが固定されたロッドよりも、本実施形態ではロッド本体２と第１のフィン３’をそれぞれ別個に運搬できることから、運搬効率の向上を図ることができる。

第１のフィン３’に設けられた貫通口３ａは、第２のフィン４の突出部４３をロッド本体２の中空部分へ挿入するのに妨げとならないようにするため設けられているものである。

第１のフィン３’の形状は所望のものとすることができ、特に限定されない。例えば、上述の第２のフィン４と同じ形状のものであっても差し支えない。また、第１のフィン３’をロッド本体２に固定する手段も、回転圧入する際や逆回転させて引き抜く際にロッド本体２から脱落しない手段であれば、特に限定されることはなく、上述のボルト・ナットによる締め付けのほか、適切なオス・メスを設けて嵌合させてもよい。

（第四例）
次に第四例について説明する。第四例は、上述の第４の実施形態において、第２のフィン４を略長方形の平板である第２のフィン４’とし、さらに第１のフィン３に蝶番７１を介して回動可能に軸支された第３のフィン７を配置したものである。以下に、第４の実施形態と異なる点のみを説明する。

この形態では、第３のフィン７が第２のフィン４’に代えて又は加えてその他のフィンと協調して土を掘削していくものである。すなわち、図９（ａ）に示すように、第３のフィン７は、その第１の端部７ａが蝶番７１を介して回動可能に第１のフィン３に取り付けられており、反対側の第２の端部７ｂの先端が第２のフィン４’よりも下方に位置するように配置されている。後述するように、第２のフィン４’は第３のフィン７に係合されており、ロッド１が回転すると、第３のフィン７に押されて第２のフィン４’も一緒に回転する。第３のフィン７の取付け角度は掘削する場所の地質条件などを考慮して設定することができるが、水平方向に対し概ね６０度の設定が好適である。第３のフィン７の所定の位置には、第２のフィン４’を係合するための凸部７２が設けられており、この形態のフック機構を構成している。

図９（ｂ）は、ロッド１を逆回転させて引抜いている状態を示している。逆回転することによって第２のフィン４’は第３のフィン７から離脱し、挿入された鋼管杭６とともに土中に残留する。引抜いていく状態では、蝶番７１が回動可能なことにより第３のフィン７はほぼ水平位置をとる。この際、第１のフィン３は鋼管杭６の周辺の土を下方に締め固める働きをする。

第２のフィン４’は、図１０に示すように、その中央部４４に突出部４５を有している。突出部４５はロッド１の開口内に挿入されるが、本形態の突出部４５は、小さい径の鋼管杭６がロッド１に上方から差し込まれた際に、鋼管杭６を係止するための逆Ｌ字型の係止部４５ａが設けられている。鋼管杭６として、その内部の所定の位置に内径方向に跨るピンが設けられているものを用いれば、当該ピンをこの係止部４５ａに嵌合させることができる。当該ピンを設けている鋼管杭６は図示されていないが、一般的に知られているものを使用すればよい。この嵌合により、所定の深度まで掘削した後、鋼管杭６をロッド１内に挿入させ、鋼管杭６を土中に残留させたままロッド１を掘削時とは逆回転させて引抜く際、逆Ｌ字の横辺の延長方向と同じ方向に逆回転させることにより、鋼管杭６は突出部４５から外れることはない。

また、第２のフィン４’には、所定の方向に延伸部４６が設けられている。この延伸部４６を第３のフィン７の凸部７２に係合させることにより、第２のフィン４’はロッド１から脱落せずに一緒に回転していく。図１０では、底面側の短辺方向に棒状のものを差し渡して延伸部４６を設けているが、その形成方法はこれに限るものではない。例えば、第２のフィン４’の一部を一体成型して同様の延伸部４６を設けてもよい。また、図１０では、延伸部４６に水平方向に対し傾きを設けているが、これは、逆回転させたときに延伸部４６が第３のフィン７の凸部７２から外れやすくするためである。傾きを設けなくても外れるが、掘削対象の地質状況などに応じて設定すればよい。

（第五例）
次に第五例について説明する。第五例は、図１１及び図１４に示すように、上述の第四例において、略長方形の平板である第２のフィン４’の下面の長手方向に、第２のフィン４’との交差状態を略Ｔ字状となるようにして縦板４７を配置したものである。以下に、第四例と異なる点のみを説明する。

この形態でも、第四例と同じように、第３のフィン７が第２のフィン４’に代えて又は加えてその他のフィンと協調して土を掘削していくのであるが、掘削する地層の土質によっては第２のフィン４’が撓んでしまうことがある。すなわち、第２のフィン４’の短辺周辺が土の圧力に負けて塑性変形し、めくれ上がるような状態を呈することがある。そのようになると、第２のフィン４’の短辺によって土を掻くことが困難となり、掘削効率に悪影響を与えるばかりでなく、掘削終了後の第２のフィン４’による支持力にもマイナスの要因となる。

そこで、図１１及び図１４に示すように、第２のフィン４’の撓みを防止又は抑制するため、その下面の長手方向に、第２のフィン４’との交差状態を略Ｔ字状となるようにして縦板４７を配置したものである。図１１では、縦板４７は、第２のフィン４’の長手方向の中心線に沿って２つの短辺に接するように配置されている。その形状は略長方形であり、第２のフィン４’に接する上部端面の中央部は切欠けとなっており、第２のフィン４’の延伸部４６を跨いでいる。図１４に縦板４７を配置した第２のフィン４’の斜視図を示した。

縦板４７の上部端面を第２のフィン４’の下面に固定する手段としては溶接が好適であるが、実施にあたっては溶接に限る必要はなく、例えば縦板４７をフランジ付きのものとし、フランジを第２のフィン４’にボルトによって取り付けてもよい。また、縦板４７の形状や数量はそれぞれ略長方形や１枚に限るものではなく、第２のフィン４’の撓みを防止するに十分な形状や数量を掘削現場の状況に応じて適宜選択することができる。さらに、ここでは、第２のフィン４’の延伸部４６を跨ぐために縦板４７の上部端面に切欠けを設けているが、延伸部４６が第２のフィン４’と一体成形され、その下面に張出していないような場合には、縦板に切欠けを設ける必要はない。

（第六例）
次に第六例について説明する。第六例は、図１２に示すように、上述の第五例において、複数の別々の螺旋片で構成されている第１のフィン３を１枚の連続する螺旋形状の第１のフィン３３とし、その下部端を複数ある第３のフィン７の少なくとも１つに当接して配置したものである。以下に、第五例と異なる点のみを説明する。

この形態でも、第五例と同じように、第３のフィン７が第２のフィン４’に代えて又は加えてその他のフィンと協調して土を掘削していくのであるが、掘削する地層の土質によっては掘削の速度が低下することがある。

そこで、図１２に示すように、地層の土質に応じて第１のフィン３３と第３のフィン７との協調を促進させるため、第１のフィン３３を第五例に比して大きな１枚の連続する螺旋形状としたものである。このように構成することにより、第五例では相対的に困難な掘削現場であっても、第１のフィン３３の螺旋形状によってロッド本体２を下端方向へ押し込む力が強化され、ひいては第３のフィン７の掘削力も強化されることとなる。第１のフィン３３の最終的な大きさや螺旋の角度などは掘削現場の状況に対し適宜対応することができるが、大きさはロッド本体２を一周する程度、その螺旋角度は４０°ないし５０°が好ましい。

以上の構成を踏まえて、以下の方法により、フィン付きロッドを用いてフィン付き鋼管杭を設置する。図９を参照しつつ、説明する。中空の管であるロッド本体２と、ロッド本体２の地盤側端部の所定の位置に固定された第１のフィン３と、ロッド本体２の地盤側端部の底面にその開口を覆うように着脱可能に係合された第２のフィン４’と、第１の端部が第１のフィン３に蝶番７１を介して回動可能に軸支され、反対側の第２の端部の先端が第２のフィン４’よりも下方に位置するように配置された第３のフィン７と、第２のフィン４’をロッド本体２に着脱可能に係合するための少なくとも１つのフック機構とを備えるロッドを地盤中に回転圧入する（ステップ（ｆ））。ねじ込みに際しては、第２のフィン４’の中央部４４によってロッド本体２の地盤側端部の底面は覆われているため、土砂はロッド本体２の中空部分にほとんど侵入することはない。また、この際、ロッド本体２の外周面には複数の羽根８１が仮想的な螺旋翼８２を切り欠いた状態で設けられていることから、掘削する土砂を切込みながら正回転するため、掘削を効果的に行うことができる。この点、羽根８１は、ロッド本体２の外周面に固定して設けられている場合はもちろんのこと、蝶番８３によって軸支されている場合も、下方からの土砂の圧力により上方に開き、蝶番８３の開度の限界に達した時点で所定の傾斜の状態に維持され、これにより、掘削を効果的に進行させることができる。

次いで、所定の位置に達して回転圧入を止めた後、鋼管杭６をロッド本体２の地上側端部の開口から挿入し、第２のフィン４’に当接するまで、第２のフィン４’のロッド本体２側の面の中央に突設されロッド本体２の内部に貫入された突出部４５に差し込み、突出部４５に設けられた係止部４５ａに鋼管杭６を嵌合させる（ステップ（ｇ））。鋼管杭６としては、ロッドの中に挿入できる径を有し、施工後の強度を保てるものであれば特に限定はないが、例えば、単管パイプを好適な一例として使用することができる。

次に、フック機構を解除することにより第２のフィン４’を前記ロッド本体２から解放し、第２のフィン４’とそれに当接した鋼管杭６を残置したまま、ロッド本体２を逆回転させつつ引き抜く（ステップ（ｈ））。ステップ（ｈ）の過程において、ロッド本体２と鋼管杭６の間の空間に土砂を埋戻す（ステップ（ｉ））。この際、第３のフィン７は、フック機構が解除されることにより、蝶番７１の働きによってほぼ水平の位置をとる。また、この際、ロッド本体２の外周面には複数の羽根８１が仮想的な螺旋翼８２を切り欠いた状態で設けられていることから、掘削された土砂を羽根８１の間の空間から下方に落下させながら逆回転するため、地上に排出される土砂の量を軽減することができる。さらに、羽根８１は、蝶番８３によって軸支されている場合にあっては、この過程において、土砂からの圧力から解放され自重によって下方に折り畳まれている状態となるため、より一層の効果を発揮できる。

フック機構が解除されるプロセスは次のとおりである。フック機構が、第２のフィン４’の所定の位置に水平方向に延伸させた延伸部４６と、延伸部４６を係合するため第３のフィン７の所定の位置に設けられた凸部７２を備えており、ロッドが逆回転することにより延伸部４６と凸部７２が離脱する。

これにより、地中に残置された第２のフィン４’とそれに当接した小さい径の鋼管杭６は、フィン付き鋼管杭として作用することとなる。

（第七例）
地中に残置された第２のフィン４’は、前述のとおり、建物等の基礎として支持力を提供するものであるが、地盤の状況の変化に伴い設置場所を変更したり、不要となったものを再利用したりするなどのため、回収の必要が生じることがある。このような場合、図１３に示すように、地中の第２のフィン４’の下面に差し込めるように構成した遠位端部９２を有する脚部９１を備えたロッド本体９を活用することができる。第２のフィン４’は地上と鋼管杭６を介して地上と繋がっており、ロッド本体９をこの鋼管杭６に被せるように地中に回転しながら挿入し、脚部９１の遠位端部９２が第２のフィン４’の下面に差し込まれた後も引き続き回転を加えることにより、第２のフィン４’を回収することができる。

図１３では、第三ないし第六例に採用している第２のフィン４’を回収するためのものとして図示しているが、第七例は第一及び第三例に採用している第２のフィン４を回収するためにも適用できることはもちろんである。すなわち、第一及び第三例に係るステップ（ｅ）又は第三ないし第六例に係るステップ（ｉ）の次に、第七例に係るロッド本体９を用いた第２のフィン４又は４’を回収するステップ（ｊ）を行うことができる。

（第八例）
以上述べた第一ないし第七例では、第２のフィン４又は４’とともに鋼管杭６が地中に残置されることにより、基礎地盤が改良されることとなる。ところで、このためには、ロッド本体２を逆回転させて地中から引き抜く際に、例えば、異物の混入などの理由により鋼管杭６が第２のフィン４又は４’から離脱してしまい、ロッド本体２とともに地上に回収されてしまうような事態は避けねばならない。地盤改良の意味がなく、また第２のフィン４又は４’も無駄になってしまうからである。鋼管杭６が第２のフィン４又は４’から離脱していないことを確認するためには、例えばその内部にＣＣＤカメラを挿入して確認することなどが考えられるが、そのコストや手間を考えると、工事現場でそのような手段を採用することは現実的でない。

そこで、例えば図５(ｂ)及び（ｄ）に模式的に図示したように、鋼管杭６の地上側端面に確認棒６１をロッド本体２の内部を介して載置し、鋼管杭６が第２のフィン４又は４’から離脱してロッド本体２の逆回転に伴い回転すると確認棒６１も合わせて回転するようにすれば、地上にいる作業員が鋼管杭６と第２のフィン４又は４’との離脱の有無を容易に視認できることとなる。確認棒６１が回転していないときは、鋼管杭６も回転しておらず第２のフィン４又は４’から離脱していないと判定することができる。このようにすれば、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示したように、鋼管杭６の地上側端面と地盤の表面とがほぼ面一な関係にあるためロッド本体２に遮られて視認できない鋼管杭６の動きを確認棒６１を通じて確認でき、ロッド本体２が引き抜かれた後に鋼管杭６も回収されてしまっていたことが判明するような事態を予め避けることができる。確認棒６１は、鋼管杭６と同じ材質や径のものを採用することができるが、それに限定される必要はなく、鋼管杭６に同調して回転するように構成されたものであればよい。確認棒６１の頭部には、作業員が視認しやすいように、例えば色違い及び／又は大きさ・形状違いのキャップ６１ａを被せればより好ましい。なお、ここでは図５(ｂ)及び（ｄ）のみに確認棒６１を図示して説明したが、前述のとおり、確認棒６１はすべての実施形態に適用できることは当然である。

本発明に係るロッドは、建物、特に、一般家屋や比較的小規模の建築物の基礎地盤を改良するため、小さい径のフィン付き鋼管杭の設置に利用することができる。ひいては、低廉なコストで安全な住環境を提供することができる。

１ ロッド
２ ロッド本体
２ａ 第１の端部
２ｂ 第２の端部
２１ ボルト
２２ ナット
２３ 雄部
２３ａ 連結ピン
２４ 雌部
２４ａ 挿通孔
３ 第１のフィン
３１，３２ 第１のフィン３の翼状部
３’ 第１のフィン
３ａ 第１のフィン３’の貫通口
３３ 第１のフィン
３５ 第１のフィン３の蝶番
４ 第２のフィン
４１ 第２のフィン４の中央部
４２ 第２のフィン４の翼状部
４３ 第２のフィン４の突出部
４’ 第２のフィン
４４ 第２のフィン４’の中央部
４５ 第２のフィン４’の突出部
４６ 第２のフィン４’の延伸部
５ フック機構
５１ フック機構５の第１の腕部
５１ａ フック機構５の第１の腕部の外側の端部
５１ｂ フック機構５の第１の腕部の内側の端部
５２ フック機構５の第２の腕部
５３ フック機構５の爪部
５４ フック機構５の支点
５５ フック機構５の基体部
５６ フック機構５の爪部
６ 小さい径の鋼管杭
６１ 確認棒
６１ａ キャップ
７ 第３のフィン
７１ 第３のフィン７の蝶番
７２ 第３のフィン７の凸部
８１ 羽根
８２ 仮想的な螺旋翼
８３ 蝶番
９ ロッド本体
９１ ロッド本体９の脚部
９２ 脚部９１の遠位端部
Ａ 重機
Ｂ 回転圧入装置

特開平１１−１４０８６９号号公報

Claims (1)

1. 中空のロッド本体と、
   前記ロッド本体の外周面に所定の傾斜をもって取付けられた複数の羽根とを具備し、
   前記複数の羽根は、略長方形、略半月形、または略扇形であり、当該羽根を連続したとき、前記ロッド本体の前記外周面に連続する仮想的な螺旋翼を形成するように配置された、地盤を掘削するためのロッドであって、
   第１の蝶番を介し前記ロッド本体の地盤側に位置して固定され、折り畳まれ、または開いた状態に配置される第１のフィンと、第２の蝶番を介し前記ロッド本体に開いた状態または折り畳まれた状態に軸支される前記複数の羽根とを備え、
   前記ロッド本体が正回転して土中に圧入されるとき、前記第１のフィンは、土砂の圧力を受けて固定されまたは上方向に折り畳まれ、前記複数の羽根は、前記ロッド本体に対し開いた状態または折り畳まれた状態になり、土砂の掘削は、前記ロッド本体の地盤側端部の底面にその開口を覆うようにフック機構により着脱可能に係合された、第２のフィンによって行われ、
   所定の位置に達し回転圧入が止められた後、鋼管杭が前記ロッド本体の地上側端部の開口から挿入されて、前記鋼管杭が前記第２のフィンの突出部に当接するまで差し込まれ、前記第２のフィンを前記ロッド本体に着脱可能に係合する前記フック機構を解除することにより、前記第２のフィンを前記ロッド本体から解放し、
   前記ロッド本体を逆回転させつつ前記土中から引き抜くとき、前記第１のフィン及び前記複数の羽根の双方が折り畳まれまたは開いた状態となり、掘削された土砂が下方に押し付けられ、前記土中に残置された前記第２のフィンや前記鋼管杭の周囲を締め固められる、ことを特徴とするロッド。

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