JP6247065B2 - 現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管および現場打ちコンクリート系杭の築造方法 - Google Patents

Description

この発明は、建物の基礎を支えるために地中に現場打ちで築造されるコンクリート系杭の築造に用いる現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管、および現場打ちコンクリート系杭の築造方法に関する。

軟弱な地盤の上に建物を建てる場合、柱状改良工法、小口径鋼管杭を埋設する工法等により地盤を補強することが行われている。柱状改良工法は、地盤に杭孔を掘削しながら、掘削した土に固化材を混入して撹拌することにより、土を固化材で固めた柱状改良杭を築造する工法である。

上記柱状改良工法に代わるものとして、特許文献１に、先端に掘削爪を有する掘削オーガにより地盤に杭孔を掘削し、その杭孔にセメント等からなる水硬性固化材液を充填しつつ、掘削オーガを地盤から引き上げることにより、水硬性固化材液が固化した置換コラムを築造する工法が提案されている。

また、特許文献２には、鋼管等からなる筒状のケーシングの下端に掘削刃を有する先端ヘッドを着脱可能に装着し、前記ケーシングおよび先端ヘッドを回転させつつ地中に貫入し、ケーシング内にセメントミルク等を充填し、その後、ケーシングから先端ヘッドを切り離してケーシングのみを地中から引き抜くことにより、コンクリート系杭を築造する工法が提案されている。

特開２０１１−１０６２５３号公報 特開２００６−７７３８８号公報 特開２０１０−５９６０３号公報 特開２００４−１２４３９８号公報

前記従来の柱状改良工法は、次のような問題がある。
・現場の土と固化材を現場で混合撹拌するため、現場の土質、攪拌方法等により、築造された柱状改良杭の品質にばらつきが生じる。
・固化不良や撹拌不良による強度不足を回避するために、多量の固化材スラリーを注入する必要がある場合があり、環境への負荷が大きい。
・土質によっては、六価クロム等の有害な物質が溶出する可能性がある。事前に六価クロム等が溶出するか否かを試験して、溶出が無いことを確認することは可能であるが、それには費用と期間を要する。

小口径鋼管杭を埋設する工法は、次のような問題がある。
・小口径鋼管杭の先端を比較的硬い地盤（一般的にＮ値＞１０）に支持させる必要があるため、地盤によっては適用できない場合がある。
・小口径鋼管杭の腐食による劣化が懸念される。そのため、予め腐食しろを見込んで設計している。

特許文献１の工法は、現場の土を固化材と混合させないので、従来の柱状改良工法の各問題が生じない。しかし、特許文献１の方法は、掘削オーガを地盤から引き上げるときに杭孔の内周面の一部が崩落して、水硬性固化材液に土が混じり込み、良好な置換コラムが形成されない可能性がある。

特許文献２の工法は、筒状のケーシング内にセメントミルク等を充填した後、ケーシングを地中から引き抜くため、杭孔の内周面が崩落する心配がない。この工法では、ケーシングに対して先端ヘッドが着脱可能に装着され、ケーシングを地中から引き抜く際にケーシングから先端ヘッドが切り離されて、先端ヘッドは杭孔の底に残される。そのため、ケーシングへの先端ヘッドの装着が容易で、かつケーシングから先端ヘッドが確実に分離されることが求められる。

特許文献２には、ケーシングに対する先端ヘッドの着脱構造の具体例が、同文献の段落００３２〜００３６、および図１〜図３に示されている。すなわち、ケーシングの下端内周面に形成された切欠部に、先端ヘッドの本体周壁部に設けられた凸部を挿入・脱出させることで、ケーシングに対して先端ヘッドを着脱する。切欠部に凸部が挿入された状態でケーシングを所定方向に回転させると、切欠部に凸部が係止して、ケーシングに先端ヘッドがつれ回りする。ケーシングの回転を停止しても、切欠部のフック部により凸部が下から受けられるため、ケーシングから先端ヘッドが分離しない。ケーシングを逆方向に回転させると、上記切欠部のフック部から凸部が外れるため、ケーシングから先端ヘッドを分離することが可能となる。

上記例の着脱構造は、ケーシングに先端ヘッドを装着する際、ケーシングと先端ヘッドの軸心を揃え、かつ切欠部と凸部の円周方向位相を揃えた状態で、ケーシングに対して先端ヘッドを軸方向に相対移動させなければならないため、先端ヘッドの装着が面倒である。また、ケーシング内への土の侵入を防ぐために、ケーシングに先端ヘッドを装着した状態において、ケーシングの内周に先端ヘッドの本体周壁部の外周全体が嵌る構成であるので、ケーシングを前記逆方向に回転させても、ケーシングの内周面と先端ヘッドの本体周壁部の外周面との摩擦抵抗によりケーシングに対して先端ヘッドがつれ回りして、切欠部のフック部から凸部が外れなかったり、外れてもケーシングの内周面から先端ヘッドの本体周壁部が抜けなかったりして、先端ヘッドが分離しない可能性がある。先端ヘッドが分離しないと、ケーシング内に充填されたセメントミルク等がケーシングと共に持ち上がってしまう。

この発明の目的は、現場の土の状態に影響されることなく品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができ、かつ先端掘削刃の取付時における位相合わせ等が不要であり、現場での施工が容易で確実にコンクリート系杭を築造することができる現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管を提供することである。
この発明の他の目的は、現場の土の状態に影響されることなく品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができ、かつ先端掘削刃の取付時における位相合わせ等が不要であり、現場での施工が容易で確実にコンクリート系杭を築造することができる現場打ちコンクリート系杭の築造方法を提供することである。

この発明の現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管は、鋼管と、この鋼管の先端に着脱可能に取り付けられて先端面に掘削用刃体を有する先端掘削刃とでなり、前記鋼管の先端の内周面に内径側へ突出する突起が設けられると共に、前記先端掘削刃に、前記鋼管が地盤に貫入する回転方向に回転するとき前記突起に当接して前記先端掘削刃を前記鋼管と一体に回転させる回転受け部が、前記鋼管側へ軸方向に突出させて設けられている。

この構成の現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管を使用した現場打ちコンクリート系杭の築造は、以下のように行う。
まず、鋼管の先端に先端掘削刃を着脱可能に取り付けて、掘削刃取付け鋼管を準備する。鋼管への先端掘削刃の取付けは、鋼管と先端掘削刃の軸心を揃えた状態で、鋼管内に先端掘削刃を進入させることで行う。鋼管と先端掘削刃の円周方向位置を合わせる必要はない。このため、従来のように、ケーシングと先端ヘッドの軸心を揃え、かつ切欠部と凸部の円周方向位相を揃えた状態で、ケーシングに対して先端ヘッドを軸方向に相対移動させるのに比べて、位相合わせの必要がなく、取付けが容易である。

このようにして準備された掘削刃取付け鋼管を、先端掘削刃が下側となるように支持する。そして、掘削刃取付け鋼管を、突起に対して回転受け部が当接する方向に回転させつつ押し下げることによって、先端掘削刃により下方に掘削しながら地盤に貫入する。次いで、地盤に貫入された掘削刃取付け鋼管の鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填する。

その後、突起から回転受け部が離れる方向に鋼管を回転させつつ引き上げて、鋼管から先端掘削刃を分離させる。杭孔の掘削が完了した時点では鋼管と、後で説明する固定手段または分離規制部による先端掘削刃の固定が解除されているため、鋼管から先端掘削刃が確実に分離可能である。そして、鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、鋼管の抜き跡となる杭孔に鋼管内のモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを流し込む。モルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクが硬化することで、コンクリート系杭が現場打ちで築造される。

この掘削刃取付け鋼管を使用して現場打ちコンクリート系杭を築造すると、従来の柱状改良工法のように、現場の土と固化材を混合撹拌することがないので、現場の土の状態に影響されることなく、常に品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができる。また、土質によって六価クロム等の有害な物質が溶出する心配がない。さらに、杭孔の周囲の土が鋼管によって周囲に押しやられて地盤が締め固められる。このため、コンクリート系杭の杭周面抵抗力が大きくとれる。
なお、先端掘削刃が地盤に接するまでは、鋼管から先端掘削刃が外れることがあるため、鋼管と先端掘削刃を仮の固定手段により固定しておくか、または次のよう分離規制部で先端掘削刃が外れることを規制する。

この発明は前記構成において、前記先端掘削刃に、前記回転受け部が前記突起と当接した状態にあるとき、前記突起の鋼管反先端側の面に係止して前記鋼管と前記先端掘削刃とが軸方向に分離することを規制する分離規制部が設けられていることを基本構成とする。 この構成であると、先端掘削刃の回転受け部が鋼管の突起と当接した状態にあるときは、突起の鋼管反先端側の面に先端掘削刃の分離規制部が係止して、鋼管と先端掘削刃とが軸方向に分離することを規制する。突起から回転受け部が離れると、突起に対する分離規制部の係止が解除され、鋼管から先端掘削刃が分離可能となる。よって、先端掘削刃が分離規制部を有していると、鋼管と先端掘削刃とを固定する固定手段を別途設けなくてもよく、構成が簡単になると共に、鋼管から先端掘削刃を取り外す手間が不要となる。

この発明における第１のコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管は、前記基本構成において、前記回転受け部の前記突起に対向する面は、前記鋼管に前記先端掘削刃が取り付けられた状態における前記先端掘削刃の回転軸心と平行であり、かつ前記分離規制部の前記突起に対向する面は、前記回転受け部の前記突起に対向する面に対して鈍角を成している。
回転受け部の突起に対向する面が先端掘削刃の回転軸心と平行であると、鋼管の回転が先端掘削刃に円滑に伝達される。また、分離規制部の突起に対向する面が回転受け部の突起に対向する面に対して鈍角を成していると、鋼管の突起から先端掘削刃の回転受け部が離れる方向に鋼管を回転させることによって、突起の鋼管反先端側の面に対する分離規制部の係止が簡単に外れる。そのため、鋼管に対する先端掘削刃の分離が確実に行われる。 この発明における第２のコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管は、前記基本構成において、前記分離規制部の前記突起に対向する面は、前記回転受け部の前記突起に対向する面に対して鈍角を成している。

この発明において、前記先端掘削刃に、前記鋼管に前記先端掘削刃が取り付けられた状態において前記鋼管の内部に挿入されて前記鋼管と前記先端掘削刃との隙間を塞ぐ立ち上がり部を設けても良い。
立ち上がり部が設けられていると、鋼管内に土が侵入することを防止でき、良好な現場打ちコンクリート系杭を築造することができる。

この発明において、前記鋼管の下端に、この鋼管の外周面よりも外周側に突出した螺旋状溝形成用刃体を設けても良い。
螺旋状溝形成用刃体が設けられていると、掘削刃取付け鋼管を用いて杭孔を掘削することにより、杭孔の外周に螺旋状の溝が形成される。鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填して鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、杭孔だけでなく螺旋状の溝にもモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクが流し込まれて、螺旋状の節付きコンクリート系杭が築造される。コンクリート系杭が螺旋状の節付きであると、杭周面のせん断抵抗が大きい。そのため、コンクリート系杭の杭周面抵抗力がより一層大きくとれる。杭周面抵抗力が大きいと、以下の利点がある。
・杭径を小さくすることが可能となり、材料費の削減を図ることができる。
・コンクリート系杭の材料が少なくて済み、環境負荷を低減することができる。
・杭先端をＮ値が比較的小さな地盤に支持させることができるため、杭長を短くすることができる。

この発明の現場打ちコンクリート系杭の築造方法は、前記掘削刃取付け鋼管を、前記先端掘削刃が下側となるように支持した状態で、前記突起に対して前記回転受け部が当接する方向に回転させつつ押し下げることによって、前記先端掘削刃により下方に掘削しながら地盤に挿入する過程と、前記鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填する過程と、前記突起から前記回転受け部が離れる方向に前記鋼管を回転させつつ引き上げて、前記鋼管から前記先端掘削刃を分離させた後、前記鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、前記鋼管の抜き跡となる杭孔に前記鋼管内のモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを流し込む過程とを含む。
このように、地盤に挿入された掘削刃取付け鋼管の鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填した後、鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、鋼管の抜き跡となる杭孔に鋼管内のモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを流し込む。モルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクが硬化することで、コンクリート系杭が現場打ちで築造される。

この発明の節付き現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管は、鋼管と、この鋼管の先端に着脱可能に取り付けられて先端面に掘削用刃体を有する先端掘削刃とでなり、前記鋼管の先端の内周面に内径側へ突出する突起が設けられると共に、前記先端掘削刃に、前記鋼管が地盤に貫入する回転方向に回転するとき前記突起に当接して前記先端掘削刃を前記鋼管と一体に回転させる回転受け部が、前記鋼管側へ軸方向に突出して設けられ、前記回転受け部の先端に、この回転受け部が前記突起と当接した状態にあるとき、前記突起の鋼管反先端側の面に係止して前記鋼管と前記先端掘削刃とが軸方向に分離することを規制する分離規制部が設けられ、前記分離規制部の前記突起に対向する面は、前記回転受け部の前記突起に対向する面に対して鈍角を成すため、現場の土の状態に影響されることなく品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができ、かつ先端掘削刃の取付時における位相合わせ等が不要であり、現場での施工が容易で確実にコンクリート系杭を築造することができる。

この発明の現場打ちコンクリート系杭の築造方法は、前記掘削刃取付け鋼管を、前記先端掘削刃が下側となるように支持した状態で、前記突起に対して前記回転受け部が当接する方向に回転させつつ押し下げることによって、前記先端掘削刃により下方に掘削しながら地盤に挿入する過程と、前記鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填する過程と、前記突起から前記回転受け部が離れる方向に前記鋼管を回転させつつ引き上げて、前記鋼管から前記先端掘削刃を分離させた後、前記鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、前記鋼管の抜き跡となる杭孔に前記鋼管内のモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを流し込む過程とを含むため、現場の土の状態に影響されることなく品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができ、かつ先端掘削刃の取付時における位相合わせ等が不要であり、現場での施工が容易で確実にコンクリート系杭を築造することができる

この発明の一実施形態にかかる現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管の正面図である。 （Ａ）は同掘削刃取付け鋼管の鋼管の先端部の断面図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は同掘削刃取付け鋼管の先端掘削刃の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はその底面図である。 同先端掘削刃の斜視図である。 （Ａ）は図１のＶＡ−ＶＡ断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図である。 図１ないし図５に示す掘削刃取付け鋼管を用いて行う現場打ちコンクリート系杭の築造方法の各過程の説明図である。 同掘削刃取付け鋼管を地盤に回転貫入するときの初期段階の各過程を示す説明図である。 異なる先端掘削刃の斜視図である。 （Ａ）は同先端掘削刃と取り付けた掘削刃取付け鋼管の水平断面図、（Ｂ）はそのIXＢ−IXＢ断面図である。

この発明の一実施形態にかかる現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管について図面と共に説明する。図１に示すように、この掘削刃取付け鋼管１は、鋼管１０と、この鋼管１０の先端（図１では下端）に着脱可能に取り付けられる先端掘削刃２０とでなる。

図２に示すように、鋼管１０の先端には、この鋼管１０の外周面よりも外周側に突出した複数個（例えば２個）の螺旋状溝形成用刃体１１が設けられている。螺旋状溝形成用刃１１は、鋼管１０が軸心Ｏ１回りに所定の掘削回転方向（Ａ方向）に回転するとき先端側が先行するように傾斜角度が付けられている。掘削回転方向は、掘削刃取付け鋼管１を地盤に貫入する過程における鋼管１０の回転方向である。この例の場合、掘削回転方向は、上から見て右回転方向である。鋼管１０の先端内周面の円周方向複数箇所（例えば２箇所）に、内径側へ突出するブロック状の突起１３が設けられている。図示の例では、ブロック状の突起１３の軸方向位置は、前記螺旋状溝形成用刃体１１とほぼ同じとされている。

図３、図４に示すように、先端掘削刃２０は、全体が鋳造または鍛造による鋼製の一体成形品からなる。先端掘削刃２０は、外径寸法が鋼管１０とほぼ同じで、反先端側に鋼管１０の先端部に嵌り込み可能な円筒状の立ち上がり部２１ａが形成された掘削刃本体２１を有する。立ち上がり部２１ａの高さは、例えば１ｃｍ程度である。鋼管１０の先端部に立ち上がり部２１ａが嵌り込んだ状態では、図５（Ｂ）のように、鋼管１０の先端面１４が掘削刃本体２１の立ち上がり部２１ａに隣接する段面２１ｂに当接する。このように、鋼管１０の中に先端掘削刃２０の立ち上がり部２１ａが入り込んで連結され、鋼管１０とと立ち上がり部２１ａの外周面との間にほとんど隙間が生じない。

図３（Ｂ），（Ｃ）において、掘削刃本体２１の先端面は円すい状面２１ｃとされ、この円すい状面２１ｃに２条の掘削用刃体２２が設けられている。２条の掘削用刃体２２は、それぞれ先端掘削刃２０の軸心Ｏ２を通る直径線Ｌを挟む両側に隣接して同直径線Ｌと平行に設けられている。詳しくは、一方の掘削用刃体２２は、直径線方向の一方の外周側の位置から、軸心Ｏ２を越えて、軸心Ｏ２ともう一方の外周側の位置との間の中間位置まで延びている。もう一方の掘削用刃体２２は、直径線方向のもう一方の外周側の位置から、軸心Ｏ２を越えて、軸心Ｏ２と前記一方の外周側の位置との間の中間位置まで延びている。

各掘削用刃体２２の直径線方向外周側端は、先端側に突出した外刃部２２ａとされ、他端は外刃部２２ａよりも先端側に突出した内刃部２２ｂとされている。外刃部２２ａの直径線方向外側面２２ａａおよび内刃部２２ｂの直径線方向外側面２２ｂａは、いずれも軸心Ｏ２に沿う面である。よって、外刃部２２ａおよび内刃部２２ｂの先端は正面視で鋭角に形成され、地中に食い込み易くなっている。各掘削用刃体２２は、直径線Ｌと直交する方向に一定の幅を有し、直径線Ｌと直交する方向のどの箇所でも掘削刃本体２０に対する高さは同じである。

また、図３（Ａ），（Ｂ）、図４に示すように、掘削刃本体２１には、前記立ち上がり部２１ａよりも反先端側に突出した複数（例えば２つ）のフック状体２３が設けられている。フック状体２３は、掘削刃本体２１の立ち上がり部２１ａよりも内周側の位置から立ち上がり部２１ａよりも反先端側、すなわち鋼管１０に先端掘削刃２０を取り付けたときに鋼管側へ突出する回転受け部２３ａと、この回転受け部２３ａの反先端側端から円周方向に屈曲した分離規制部２３ｂとからなる。回転受け部２３ａの円周方向一方の面Ｆ１は、鋼管１０に先端掘削刃２０を取り付けた状態において鋼管１０の前記突起１３の側面に対向する面であって、この面Ｆ１は、先端掘削刃２０の軸心Ｏ２と平行である。また、分離規制部２３ｂの先端側の面Ｆ２は、鋼管１０に先端掘削刃２０を取り付けた状態において鋼管１０の前記突起１３の反先端面に対向する面であって、この面Ｆ２は、前記面Ｆ１に対して鈍角を成す。軸心Ｏ２と垂直な面に対する面Ｆ２の仰角αは、例えば５°程度とする。

図５は、鋼管１０と先端掘削刃２０の取付部の断面図である。鋼管１０への先端掘削刃２０の取付けは、次のように行う。すなわち、鋼管１０の先端側に先端掘削刃２０を配置し、かつ鋼管１０と先端掘削刃２０の各軸心Ｏ１，Ｏ２を揃えた状態で、先端掘削刃２０を鋼管１０の側へ相対移動させて、鋼管１０の先端部に先端掘削刃２０の立ち上がり部２１ａを嵌め込む。このとき、鋼管１０の突起１３と、先端掘削刃２０のフック状体２３の回転受け部２３ａとは、互いに軸方向位置が合っている。この状態で、鋼管１０に対して先端掘削刃２０を反掘削回転方向（反Ａ方向）に回転させることで、突起１３の側面に回転受け部２３ａの面Ｆ１が当接すると共に、突起１３の反先端面に分離規制部２３ｂの面Ｆ２が係止する。これで取付け完了である。鋼管１０の先端部に先端掘削刃２０の立ち上がり部２１ａを嵌め込まれているので、先端掘削刃２０をぐらつくことなく安定して取り付けることができる。この取付け作業は、鋼管１０の先端部に先端掘削刃２０の掘削刃本体立ち上がり部２１ａを嵌め込む際に、突起１３とフック状体２３の円周方向位相を揃える必要がないので、容易に行うことができる。

この構成の現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管を使用した現場打ちコンクリート系杭の築造方法を、図６、図７と共に説明する。

まず、図６（Ａ）のように、自走可能な作業車両２等に搭載された回転機構付きの杭打ち装置３に、掘削刃取付け鋼管１を先端掘削刃２０が下側となるように支持させる。掘削刃取付け鋼管１の鋼管１０は、上端を杭打ち装置３の昇降ヘッド４に固定して取り付けておいても良い。その場合、現場打ちコンクリート系杭を築造するごとに、杭打ち装置３により吊り上げた状態の鋼管１０の先端に、前記取付け作業により先端掘削刃２０を取り付ける。

次いで、図６（Ｂ）のように、鋼管１０を掘削回転方向（Ａ方向）、すなわち突起１３（図５）に対してフック状体２３（図５）の回転受け部２３ａが当接する方向に回転させつつ押し下げる。これにより、先端掘削刃２０の各掘削用刃体２２により地盤３０を下方に掘削し、かつ鋼管１０に設けられた螺旋状溝形成用刃１１により鋼管１０の外周の土に螺旋状の溝３１を形成しながら、掘削刃取付け鋼管１を地盤３０に貫入する。鋼管１０から先端掘削刃２０へ突起１３およびフック状体２３を介して回転力が伝達されるが、フック状体２３の回転受け部２３ａの突起１３に対向する面Ｆ１が鋼管１０および先端掘削刃２０の回転軸心Ｏ１，Ｏ２と平行であるため、鋼管１０の回転が先端掘削刃２０に円滑に伝達される。鋼管１０の先端部に先端掘削刃２０の立ち上がり部２１ａを嵌め込まれて、鋼管１０と先端掘削刃２０の隙間を塞いでいるので、鋼管１０の中に土が入り込まない。

各掘削用刃体２２により地盤３０を掘削する際、図７（Ａ），（Ｂ）のように、先に内刃部２２ｂが地盤３０に食い込み、その後で、図７（Ｃ）のように、外刃部２２ａが地盤３０に食い込む。このように先端掘削刃２０の軸心Ｏ２に近い内刃部２２ｂが先に地盤３０に食い込むため、掘削刃取付け鋼管１の先端部を側方に振れ動かす力が小さい。外刃部２２ａが地盤３０に食い込むときに、掘削刃取付け鋼管１の先端部を側方に振れ動かす力が作用するが、内刃部２２ｂの軸心Ｏ２に沿う直径線方向外側面２２ｂａが地盤３０の掘削済み周面Ｈ１と水平方向においてしっかりと係合し、この係合作用によって、掘削刃取付け鋼管１の先端部の振れ動きが防がれる。また、外刃部２２ａの直径線方向外側面２２ａａも軸心Ｏ２に沿う面であるので、図７（Ｄ）のように、外刃面２２ａが一旦地盤に食い込んでしまえば、外刃部２２ａの直径線方向外側面２２ａａが掘削済み周面Ｈ２と係合して、掘削刃取付け鋼管１の先端部が側方に振れ動くのが防がれる。こうして、掘削刃取付け鋼管１の回転貫入初期段階において、掘削刃取付け鋼管１の先端部が側方に振れ動くことが防がれ、掘削刃取付け鋼管１を安定して地盤３０に貫入させることができる。

また、螺旋状溝形成用刃１１に前記傾斜角度が付けられているため、螺旋状溝形成用刃１１が回転することにより、掘削刃取付け鋼管１全体に対して下向きへの推進力が働く。このため、間隔が一定した規則的な形状の螺旋状の溝３１が形成され易い。

さらに、この実施形態では、掘削刃本体２１の先端面が円すい状面２１ｃとされているため、掘削された土が円すい状面２１ｃに沿って先端掘削刃２０の外周側へ案内される。これにより、掘削刃取付け鋼管１が回転貫入により地盤３０にスムーズに貫入されてゆく。しかも、掘削用刃体２２で掘削された土が先端掘削刃２０の外周側へ案内されることで、掘削刃付き鋼管１の外周側の土が掘削刃付き鋼管１の外周部で密に圧縮されて、地盤３０が締め固められる。

次いで、図６（Ｃ）のように、地盤３０に貫入された掘削刃取付け鋼管１の鋼管１０内に、セメントミルクＳを充填する。セメントミルクＳの代わりに、モルタルまたは生コンクリートを充填しても良い。

セメントミルクＳの充填が完了したら、鋼管１０を反掘削回転方向（反Ａ方向）、すなわち突起１３（図５）からフック状体２３（図５）の回転受け部２３ａが離れる方向に回転させつつ引き上げて、鋼管１０から先端掘削刃２０を分離させる。フック状体２３の分離規制部２３ｂの前記面Ｆ２が回転受け部２３ａの前記面Ｆ１に対して鈍角を成しているため、鋼管１０を反掘削回転方向に回転させることによって、突起１３に対するフック状体２３の分離規制部２３ｂの係止が簡単に外れる。突起１３の鋼管反先端側の面にフック状体２３の分離規制部２３ｂが互いに係止することによってのみ鋼管１０と先端掘削刃２０とが軸方向に分離しないようになっているため、前記係止が外れれば、鋼管１０から先端掘削刃２０が確実に分離可能となる。

そして、鋼管１０を反掘削回転方向に回転させながら鋼管１０のみを地盤３０から引き抜くことによって、図６（Ｄ）のように、鋼管１０の抜き跡となる杭孔３２および螺旋状の溝３１に鋼管１０内のセメントミルクＳを流し込む。鋼管１０から分離された先端掘削刃２０は、杭孔３２の底に残される。杭孔３２内のセメントミルクＳを、バイブレーター等を用いて締め固めても良い。鋼管１０を完全に引き抜いたなら、セメントミルクＳの杭頭部Ｓａを平滑に均す。これにより施工が完了する。セメントミルクＳが硬化することで、現場打ちコンクリート系杭３３となる。

この現場打ちコンクリート系杭３３は、円柱状の杭本体の外周に螺旋状の節を有し、この螺旋状の節が地盤３０に食い込んでいる。また、掘削刃取付け鋼管１を地盤３０に貫入する過程において、杭孔４３となる部分の土が鋼管１０によって周囲に押しやられて地盤１５が締め固められる。そのため、杭周面のせん断抵抗が大きい。

現場打ちコンクリート系杭３３の杭周面抵抗力が大きいと、以下の利点がある。
・杭径を小さくすることが可能となり、材料費の削減を図ることができる。
・現場打ちコンクリート系杭３３の材料が少なくて済み、環境負荷を低減することができる。
・杭先端をＮ値が比較的小さな地盤に支持させることができるため、杭長を短くすることができる。

この掘削刃取付け鋼管１を使用した現場打ちコンクリート系杭の築造方法は、従来の柱状改良工法のように、現場の土と固化材を混合撹拌することがないので、現場の土の状態に影響されることなく、常に品質の安定した地盤補強用のコンクリート系杭を築造することができる。また、土質によって六価クロム等の有害な物質が溶出する心配がない。さらに、杭孔の周囲の土が鋼管によって周囲に押しやられて地盤が締め固められるため、コンクリート系杭の杭周面抵抗力が大きくとれる。

まとめると、この掘削刃取付け鋼管１は、鋼管１０の先端に上記構成の先端掘削刃２０を着脱可能に取り付けたことにより、以下の効果が得られる。
・先端掘削刃２０により、所定の杭径を確保することができる。
・先端掘削刃２０により、先端支持力を確保できる。
・フック状体２３の分離規制部２３ｂの角度を工夫したことで、鋼管１０に対して先端掘削刃２０をスムーズに脱着することができる。
・鋼管１０の先端に嵌め込まれる立ち上がり部２１ａを先端掘削刃２０に設けたことにより、回転貫入時における鋼管１０内への土の侵入を防止できる。
・上記立ち上がり部２１ａを設けたことにより、鋼管１０に対して先端掘削刃２０を安定して取り付けることができる。

前記実施形態の先端掘削刃２０は、回転受け部２３ａと分離規制部２３ｂとからなるフック状体２３が設けられているが、このフック状体２３に代えて、図８、図９に示すように、分離規制部２３ｂは有さず回転受け部２３ａのみからなるものを設けても良い。これ以外の構成は、前記実施形態と同じである。この構成の場合も、前記実施形態と同様に、鋼管１０への先端掘削刃２０の取付けが容易で、かつ鋼管引き抜き時に鋼管１０から先端掘削刃２０を確実に分離することができる。

ただし、図８、図９のように分離規制部２３ｂを有しない場合、杭打ち装置３（図６）に掘削刃取付け鋼管１を設置してから、施工時に先端掘削刃２０が接地するまでの間、鋼管１０から先端掘削刃２０が抜けないように両者を固定しておく固定手段（図示せず）を設ける必要がある。固定手段は、鋼管１０と先端掘削刃２０を一時的に固定するものであり、鋼管１０が地盤へ進入すると次のように外されていて、地盤への進入の邪魔にならないため、鋼管１０の外周に大きく突出するものであっても良く、例えば磁石、ピン、ベルト等を用いた簡易な構成とすることができる。また、固定手段は、その固定および解除操作を人手等により容易に行えることが望ましい。コンクリート系杭の築造時に、掘削刃取付け鋼管１を下降させて先端掘削刃２０が地表に当接したなら、鋼管１０から先端掘削刃２０が抜けることがなくなるので、固定手段による鋼管１０と先端掘削刃２０の固定を解除する。

１…掘削刃取付け鋼管
１０…鋼管
１１…螺旋状溝形成用刃体
１３…突起
２０…先端掘削刃
２１ａ…立ち上がり部
２２…掘削用刃体
２３…フック状体
２３ａ…回転受け部
２３ｂ…分離規制部
３０…地盤
３１…螺旋状の溝
３２…杭孔
３３…現場打ちコンクリート系杭
Ｆ１…回転受け部の突起に対向する面
Ｆ２…分離規制部の突起に対向する面
Ｏ１…鋼管の軸心
Ｏ２…先端掘削刃の軸心
Ｓ…セメントミルク

Claims (5)

1. 鋼管と、この鋼管の先端に着脱可能に取り付けられて先端面に掘削用刃体を有する先端掘削刃とでなり、前記鋼管の先端の内周面に内径側へ突出する突起が設けられると共に、前記先端掘削刃に、前記鋼管が地盤に貫入する回転方向に回転するとき前記突起に当接して前記先端掘削刃を前記鋼管と一体に回転させる回転受け部が、前記鋼管側へ軸方向に突出して設けられ、前記回転受け部の先端に、この回転受け部が前記突起と当接した状態にあるとき、前記突起の鋼管反先端側の面に係止して前記鋼管と前記先端掘削刃とが軸方向に分離することを規制する分離規制部が設けられ、前記回転受け部の前記突起に対向する面は、前記鋼管に前記先端掘削刃が取り付けられた状態における前記先端掘削刃の回転軸心と平行であり、かつ前記分離規制部の前記突起に対向する面は、前記回転受け部の前記突起に対向する面に対して鈍角を成すコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管。
2. 鋼管と、この鋼管の先端に着脱可能に取り付けられて先端面に掘削用刃体を有する先端掘削刃とでなり、前記鋼管の先端の内周面に内径側へ突出する突起が設けられると共に、前記先端掘削刃に、前記鋼管が地盤に貫入する回転方向に回転するとき前記突起に当接して前記先端掘削刃を前記鋼管と一体に回転させる回転受け部が、前記鋼管側へ軸方向に突出して設けられ、前記回転受け部の先端に、この回転受け部が前記突起と当接した状態にあるとき、前記突起の鋼管反先端側の面に係止して前記鋼管と前記先端掘削刃とが軸方向に分離することを規制する分離規制部が設けられ、前記分離規制部の前記突起に対向する面は、前記回転受け部の前記突起に対向する面に対して鈍角を成すコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管。
3. 請求項１または請求項２に記載の現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管において、前記先端掘削刃に、前記鋼管に前記先端掘削刃が取り付けられた状態において前記鋼管の内部に挿入されて前記鋼管と前記先端掘削刃との隙間を塞ぐ立ち上がり部が設けられたコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の現場打ちコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管において、前記鋼管の下端に、この鋼管の外周面よりも外周側に突出した螺旋状溝形成用刃体が設けられたコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコンクリート系杭築造用の掘削刃取付け鋼管を使用する現場打ちコンクリート系杭の築造方法であって、
   前記掘削刃取付け鋼管を、前記先端掘削刃が下側となるように支持した状態で、前記突起に対して前記回転受け部が当接する方向に回転させつつ押し下げることによって、前記先端掘削刃により下方に掘削しながら地盤に挿入する過程と、
   前記鋼管内にモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを充填する過程と、 前記突起から前記回転受け部が離れる方向に前記鋼管を回転させつつ引き上げて、前記鋼管から前記先端掘削刃を分離させた後、前記鋼管のみを地盤から引き抜くことによって、前記鋼管の抜き跡となる杭孔に前記鋼管内のモルタルまたは生コンクリートまたはセメントミルクを流し込む過程と、
   を含む現場打ちコンクリート系杭の築造方法。

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