JP6050112B2 - 熱交換用のパイプの埋設方法及び台座 - Google Patents

Description

この発明は、複数本の既製杭の中空部に熱交換用のパイプを設置して、熱交換用のパイプを地中に設置する熱交換用のパイプの埋設方法及びこの埋設方法に使用する台座に関する。

従来、地中の熱を利用するために、熱交換用のパイプを埋設して、地上に熱を取り出すシステムにおいて、地中深く掘削して形成する杭穴を利用する提案が多々なされている。例えば、地盤改良用その他の鋼管杭の中に、熱交換用のパイプを埋設する提案があった（特許文献１、２）。しかし、一般に、杭を埋設する杭穴内は掘削用の水や泥土で満たされており、事後的にパイプを埋設する場合には、浮力に抗して埋設する必要があった。◎
そこで、浮力を考慮して、既製杭の中空部に予め熱交換用のパイプを配置して既製杭に固定しておく提案もなされている（特許文献３）。また、既製杭を使用しない場合には、Ｕ字状に配置した熱交換用のパイプの下端部に錘を付けて沈める提案もされていた。

特開２００８−２６１５３５ 特開２００４−２３３０３１ 特開２００８−９６０６３

前記従来の場合、通常既製杭は１０ｍ程度の長さしかなく、例えば、５０ｍの深さに埋設する場合には、既製杭を連結しながら埋設する必要があった。従って、予め既製杭に熱交換用のパイプを固定した場合には、既製杭の施工の際に、既製杭の連結作業に加え、パイプの連結作業を要し、作業が繁雑となる問題点があった。
また、杭穴内に比重が高い泥水が満たされている場合や泥水内に泥塊があった場合には、熱交換用のパイプを沈めることができなかった。とりわけ、５０ｍなどの深い位置までパイプの下端部を位置させる場合には、とりわけ顕著であった。

そこでこの発明では、切り欠き部を有する台座を下方に位置する既製杭に載せて、台座に上方に位置する既製杭を載せたので、あるいは下端パイプ保持具でパイプの下端部をまとめ、下端パイプ保持具を既製杭の内壁（中空部）に取り付けしたので前記問題点を解決した。

すなわち、方法の発明は、中空部を有する既製杭の該中空部に、流体を循環させて熱交換ができるパイプを配置して、前記既製杭の複数本を地中に埋設することにより既製杭をパイプを埋設する方法であって、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用パイプの埋設方法である。
(1) 「最下端の既製杭」の中空部に、略Ｕ字状に折り曲げて形成したパイプの１つ又は複数を、２つの開口を上に向けて設置し、下端部の折り曲げ部を「最下端の既製杭」の下端部に上昇を規制して取り付ける。前記各パイプの上端を前記既製杭の上端付近に位置させる。
(2) 最下端以外に位置する「他の既製杭」の中空部に、前記最下端の既製杭と同じ位置に熱交換用のパイプを配置し、前記各パイプを前記既製杭の中空部内で所定位置に保つように、前記既製杭に設けた中間保持具に係止する。
(3) 上下で同一位置に切り欠き部を有する部分ドーナツ状に形成する上支持板と下支持板とを、前記上支持板と下支持板の切り欠き部と上下で同一位置に切り欠き部を形成した中間支持材で一体に固定して台座を構成する。
(4) 地上から形成された杭穴内に、「最下端の既製杭」を下降して、「最下端の既製杭」の上端部を地上付近で保持する。
(5) 「最下端の既製杭」に台座を載置し、「最下端の既製杭」の上方から「他の既製杭」を下降して前記台座に載置する。
(6) 続いて、前記台座の切り欠き部から作業をして、前記「最下端の既製杭」のパイプの上端と「他の既製杭」パイプの下端を連結する。
(7) 続いて、「他の既製杭」を一旦上昇させると共に、前記台座を取り外し、「他の既製杭」を「最下端の既製杭」に載せて、「他の既製杭」を「最下端の既製杭」とを通常の手段により連結する。
(8) 連結した「他の既製杭」と「最下端の既製杭」を下降して、必要ならば、前記「他の既製杭」の上端に、さらに別の「他の既製杭」を連結すると共に両既製杭のパイプを連結して、必要数の「他の既製杭」及び「最下端の既製杭」とを前記杭穴内に埋設する。
(9) 最上に位置する「他の既製杭」のパイプの上端に、地上に設置した熱交換用に必要なパイプを連結する。

また、前記において、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用パイプの埋設方法である。
(1) 「最下端の既製杭」の下端部に、略Ｕ字状の中空の下端パイプ保持具の１つ又は複数を、２つの開口を上に向けて、上昇を規制して取り付ける。
「最下端の既製杭」の中空部に、前記下端保持具に対応して、２本の熱交換用のパイプを配置し、各パイプの下端を前記下端パイプ保持具の開口にそれぞれ連結する。

また、台座の発明は、下方に位置する既製杭の上面に載置できる下支持板と上方に位置する既製杭の下面に対応した上支持板とを中間支持材で連結固定した台座であって、以下のように構成したことを特徴とする台座である。
(1) 前記上支持板と下支持板は、上下で同一位置に切り欠き部を有する部分ドーナツ状に形成する。
(2) 前記中間支持材は、前記上支持板と下支持板の切り欠き部と上下で同一位置に切り欠き部を形成する。
(3) 前記上支持板の上面と、前記下支持板の下面に、既製杭の上端部側面に当接するストッパー片を設ける。

前記における既製杭はコンクリート系、鋼管系など中空部を有する構造であれば、任意である。
また、前記におけるパイプは、行き帰りで１組必要で、既製杭内に複数組を配置することもできる。

この発明は、下端パイプ保持具を使用したので、熱交換用のパイプの自重や錘を使用することなく、杭穴内の内容物の比重が高い掘削土やセメントミルクなどにかかわらず、熱交換用のパイプの浮力に抗して、熱交換用のパイプを埋設できる。
また、切り欠き部を設けた台座を下方に位置する既製杭に載せ、台座に上側の既製杭を載せたので、作業者は切り欠きから手を入れて、効率的でかつ安全に、上下のパイプの連結作業ができる。

図１（ａ）〜（ｅ）はこの発明の埋設方法を説明する縦断面図である。 図２（ａ）（ｂ）はこの発明の埋設方法を説明する縦断面図で、最上の既製杭の設置完了の手順を表す。 図３（ａ）〜（ｅ）はこの発明の他の埋設方法を説明する縦断面図である。 図４（ａ）（ｂ）はこの発明の他の埋設方法を説明する縦断面図で、最上の既製杭の設置完了の手順を表す。 図５はこの発明の埋設方法に使用する治具であって、下端パイプ保持具で、（ａ）は拡大底面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 図６はこの発明の埋設方法に使用する台座で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を表す。 図７は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

１．既製杭１の構成

（１） この発明で使用する既製杭１は、コンクリート系の中空杭で、上下に連結用の端版を有する。また、既製杭１は鋼管杭とすることもでき、さらに鋼管杭とコンクリート系杭と混在させることもできる。

２．パイプ保持用治具１０、１７、台座２０

（１） 水平中空管１１の両端部に垂直中空管１２、１２を連通して連設して、略Ｕ字状の下端パイプ保持具１０として、２つの下端パイプ保持具１０、１０を並列させ、両下端パイプ保持具１０、１０の水平中空管１１、１１を接合杆１３で連結する（図５）。

（２） 既製杭１の内壁に固定できる支持部と、パイプ３０に嵌装着脱できる部分環状又は環状のパイプ保持部とから、中間パイプ保持具１７を形成する。

（３） ドーナツ状の基材から約９０°部分を切り取った部分ドーナッツ状の上支持板２１と上支持板２４と間に、中間支持材２７を挿入して、上支持板２１と上支持板２４及び中間支持材２７を一体に連結固定して、台座２０を構成する（図６）。上支持板２１と上支持板２４で、約９０°部分を切り取った部分を切り欠き部２３、２６とする。
上支持板２４の上面２５、下支持版２１の下面２２ａに、使用する既製杭１の外周位置に沿って配置されるストッパー片２９、２９を固定する。
中間支持材２７は、上支持板２１（下支持板２４）に対して４５°づつ放射状に配置した板材２８、２８から構成する。したがって、板材２８、２８間から内側が目視できる。上支持板２１及び下支持板２４の切り欠き部２３、２６に対応する位置には当然に板材２８は配置されない（図７）。

３．既製杭１への熱交換用のパイプ３０の取り付け

（１） 最下端に位置する既製杭１Ａは、既製杭１の下端部に直径方向の取付杆１５を固定する。各下端パイプ保持具１０、１０の垂直中空管１２、１２に熱交換用のパイプ３０の下端をそれぞれ連結する。この場合、２組の熱交換用のパイプ３０で合計４本配置される。また、パイプ３０を連結した下端パイプ保持具１０、１０を既製杭１Ａの中空部２内に配置して、下端パイプ保持具１０、１０を既製杭１Ａの下端部に位置させ、下端パイプ保持具１０の接合杆１３と取付杆１５とをワイヤー１６その他の手段で連結する。この場合、既製杭１Ａ内で、下端パイプ保持具１０、１０が上方に移動することを規制できていれば良い。
また、パイプ３０の上端は既製杭１Ａの上端付近又は多少突出した位置に配置してある。

（２） 最下端の既製杭１Ａ以外の既製杭（他の既製杭）、即ち、最上端に位置する既製杭１Ｂ又は中間に位置する既製杭１Ｃは、中空部２に４本のパイプ３０、３０を配置し、各パイプ３０の上端を既製杭１の上端付近又は上方に突出した位置に配置し、パイプ３０の下端を既製杭１の下端付近の位置に配置する。
既製杭１Ｂ、１Ｃの内壁に適宜中間パイプ保持具２７、２７を取り付けし、既製杭１Ｂ、１Ｃの中空部２内でパイプ３０、３０が水平方向の移動が規制する。しかし、中間パイプ保持具２７を使用してもパイプ３０、３０の垂直方向の移動は許容される。

４．パイプ３０、３０を取り付けた既製杭１の埋設（その１）

（１） 通常の掘削手段で、地上３２から地盤を掘削して杭穴３３を形成する（図３（ａ）（ｂ））。この場合、杭穴３３内の掘削土を排土せず、掘削土が杭穴３３内に満された状態とするが、排土しても良い。

（２） 続いて、杭穴３３に最下端の既製杭１Ａを埋設し、最下端の既製杭１Ａの上端を地上から出した状態で、掘削ロッド３５で通常の方法により既製杭１Ａの上端部を地上３２で保持する（図３（ｃ））。

（３） 続いて、既製杭１Ａの上面に台座２０を載せると共に、上方から次の既製杭１Ｃを下降させる（図３（ｃ））。台座２０の上に既製杭１Ｃを載せ、台座２０切り欠き部から作業をして、上側の既製杭１Ｃからパイプ３０Ｃ、３０Ｃを引き出し、下側の既製杭１Ａのパイプ３０Ａ、３０Ａに、通常の手段で、連通するように連結する（図３（ｄ））。
続いて、台座２０を取り外し、既製杭１Ｃを既製杭１Ａの上に載せて通常の方法で、既製杭１Ａ、１Ｃを連結する（図３（ｅ））。

（４） 同様に、必要な既製杭及び最上の既製杭１Ｂを連結すると共に各パイプ３０Ｂを連通連結する（（図４（ａ））。続いて、水などの流体を純化させる装置（図示していない）からのパイプ３１、３１を、既製杭１Ｂの上端付近又は上端から突出したパイプ３０Ｂ、３０Ｂに連通連結してパイプの埋設は完了する（図４（ｂ））。

（５） このように埋設したパイプ３０、３０内に水などの流体を充填すれば、既製杭１、１内で安全に保たれた下端パイプ保持具１０で折り返して、地中の熱を回収できる。

（６） また、前記実施例において、下端パイプ保持具１０を省略して、Ｕ字状に折り曲げたパイプの下端の折り曲げ部を直接に取付杆１５に固定する（図示していない）。
また、前記実施態様において、台座の切り欠き部は１ヶ所に設けたが、２ヶ所以上設けることもできる（図示していない）。また、切り欠き部２３、２６の角度は９０°としたが、少なくとも作業者の手が入れば良いので、上方の既製杭１を保持できる強度を有せば、３０〜１２０°程度の範囲で適宜変更できる（図示していない）。また、台座の高さは、少なくとも作業者の手が入れば良いので通常は３０〜１００ｃｍとする。

５．パイプ３０を取り付けた既製杭１の埋設（その２）

この実施態様では、パイプ３０の種類によっては、上下のパイプ３０、３０の連結作業で上方のパイプ３０を引き出すとパイプ３０がたるむ場合があり、そのたるんだパイプ３０を修正する実施態様である。この実施態様では、最上端に位置する既製杭１Ｂは、パイプ３０Ｂの上端に仮パイプ４０を連結してある。仮パイプ４０は、仮パイプ４０を掴んでパイプ３０Ｂを引き出すことができるある程度硬さと強度を有する構造とし、また、仮パイプの長さは、５〜２０ｃｍ程度とする。

（１） 通常の掘削手段で、地上３２から地盤を掘削して杭穴３３を形成する（図１（ａ）（ｂ））。この場合、杭穴３３内の掘削土を排土せず、掘削土が杭穴３３内に満された状態とするが、排土しても良い。

（２） 続いて、杭穴３３に最下端の既製杭１Ａを埋設し、最下端の既製杭１Ａの上端を地上から出した状態で、掘削ロッド３５で通常の方法により既製杭１Ａの上端部を地上３２で保持する（図１（ｃ））。

（３） 続いて、既製杭１Ａの上面に台座２０を載せると共に、上方から次の既製杭１Ｃを下降させる（図１（ｃ））。台座２０の上に既製杭１Ｃを載せ、台座２０切り欠き部から作業をして、上側の既製杭１Ｃからパイプ３０Ｃ、３０Ｃを引き出し、下側の既製杭１Ａのパイプ３０Ａ、３０Ａに、通常の手段で、連通するように連結する（図１（ｄ））。
続いて、台座２０を取り外し、既製杭１Ｃを既製杭１Ａの上に載せて通常の方法で、既製杭１Ａ、１Ｃを連結する（図１（ｅ））。この場合、一旦引き出した上側のパイプ３０Ｃを戻すので、パイプ３０Ｃがたるむ場合がある。

（４） 同様に、必要な既製杭及び最上の既製杭１Ｂを連結すると共に各パイプ３０Ｂを連通連結する（（図２（ａ））。この場合、パイプ３０Ｂ、３０Ｂはたるんでいるので、仮パイプと共にパイプ３０Ｂを引き上げたるみを修正する（図２（ｂ））。
続いて、仮パイプを取り外し、（図２（ｃ））、水などの流体を純化させる装置（図示していない）からのパイプ３１、３１を、既製杭１Ｂの上端付近又は上端から突出したパイプ３０Ｂ、３０Ｂに連通連結してパイプの埋設は完了する（図２（ｄ））。

（５） このように埋設したパイプ３０、３０内に水などの流体を充填すれば、既製杭１、１内で安全に保たれた下端パイプ保持具１０で折り返して、地中の熱を回収できる。

１ 既製杭
１Ａ 最下端の既製杭
１Ｂ 最上の既製杭
１Ｃ 中間の既製杭
２ 既製杭の中空部
１０ 下端パイプ保持具
１１ 水平中空管
１２ 垂直中空管
１３ 接合杆
１５ 取付杆
１６ ワイヤー
１７ 中間パイプ保持具
２０ 台座
２１ 下支持板
２３ 下支持板の切り欠き部
２４ 上支持板
２６ 上支持板の切り欠き部
２７ 中間支持材
２８ 板材
２９ ストッパー片
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ パイプ
３１ パイプ
３２ 地上
３３ 杭穴
４０ 仮パイプ

Claims (3)

1. 中空部を有する既製杭の該中空部に、流体を循環させて熱交換ができるパイプを配置して、前記既製杭の複数本を地中に埋設することにより既製杭をパイプを埋設する方法であって、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用パイプの埋設方法。
   (1) 「最下端の既製杭」の中空部に、略Ｕ字状に折り曲げて形成したパイプの１つ又は複数を、２つの開口を上に向けて設置し、下端部の折り曲げ部を「最下端の既製杭」の下端部に上昇を規制して取り付ける。前記各パイプの上端を前記既製杭の上端付近に位置させる。
   (2) 最下端以外に位置する「他の既製杭」の中空部に、前記最下端の既製杭と同じ位置に熱交換用のパイプを配置し、前記各パイプを前記既製杭の中空部内で所定位置に保つように、前記既製杭に設けた中間保持具に係止する。
   (3) 上下で同一位置に切り欠き部を有する部分ドーナツ状に形成する上支持板と下支持板とを、前記上支持板と下支持板の切り欠き部と上下で同一位置に切り欠き部を形成した中間支持材で一体に固定して台座を構成する。
   (4) 地上から形成された杭穴内に、「最下端の既製杭」を下降して、「最下端の既製杭」の上端部を地上付近で保持する。
   (5) 「最下端の既製杭」に台座を載置し、「最下端の既製杭」の上方から「他の既製杭」を下降して前記台座に載置する。
   (6) 続いて、前記台座の切り欠き部から作業をして、前記「最下端の既製杭」のパイプの上端と「他の既製杭」パイプの下端を連結する。
   (7) 続いて、「他の既製杭」を一旦上昇させると共に、前記台座を取り外し、「他の既製杭」を「最下端の既製杭」に載せて、「他の既製杭」を「最下端の既製杭」とを通常の手段により連結する。
   (8) 連結した「他の既製杭」と「最下端の既製杭」を下降して、必要ならば、前記「他の既製杭」の上端に、さらに別の「他の既製杭」を連結すると共に両既製杭のパイプを連結して、必要数の「他の既製杭」及び「最下端の既製杭」とを前記杭穴内に埋設する。
   (9) 最上に位置する「他の既製杭」のパイプの上端に、地上に設置した熱交換用に必要なパイプを連結する。
2. 以下のように構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換用パイプの埋設方法。
   (1) 「最下端の既製杭」の下端部に、略Ｕ字状の中空の下端パイプ保持具の１つ又は複数を、２つの開口を上に向けて、上昇を規制して取り付ける。
   「最下端の既製杭」の中空部に、前記下端保持具に対応して、２本の熱交換用のパイプを配置し、各パイプの下端を前記下端パイプ保持具の開口にそれぞれ連結する。
3. 下方に位置する既製杭の上面に載置できる下支持板と上方に位置する既製杭の下面に対応した上支持板とを中間支持材で連結固定した台座であって、以下のように構成したことを特徴とする台座。
   (1) 前記上支持板と下支持板は、上下で同一位置に切り欠き部を有する部分ドーナツ状に形成する。
   (2) 前記中間支持材は、前記上支持板と下支持板の切り欠き部と上下で同一位置に切り欠き部を形成する。
   (3) 前記上支持板の上面と、前記下支持板の下面に、既製杭の上端部側面に当接するストッパー片を設ける。

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