JP6413126B2 - 鉄筋コンクリート充填四角形鋼管杭柱 - Google Patents

Description

この発明は、軟弱な地盤等で構造物を建設するのに必要な基礎となる杭柱の設置において、鋼管オーガー杭設置工法は簡易な工法で、広く一般に使用されている。従来の鋼管オーガー杭設置工法はφ１００ミリからφ２００ミリ程度の円形の鋼管パイプの先端にオーガー羽を取り付けて、建柱機等で地盤に回転させながら掘進する工法である。２ｍから８ｍの鋼管パイプを使用し、フーチングや布基礎の土台として、主に住宅や中小規模の構造物の基礎杭として使用されている。

しかしながら、杭柱工事の必要な地盤の多くは軟弱地盤で腐植土のフェミン酸等の酸性や緩い砂層が多い。鋼管は中空で掘進土砂が一部入り込んだ状態や地下水や空気層等で地盤の状態を反映した状態である。鋼管杭の周囲は、杭柱建て込み時のオーガー掘進で乱された地盤状態そのままである。回転による先端部のオーガー羽の芯のブレで、オーガー径よりも乱された地盤の孔壁は大きくなる。そのような軟弱地盤中さらに緩んだ地盤に鋼管杭柱が存在する。

緩い地盤中は空気や水が存在し腐食環境であるので、杭柱の耐久性に問題があった。
また杭柱の設置時にオーガー羽で地盤を乱してしまい杭柱の周囲は乱された軟弱地盤になるので、鋼管杭に乱された軟弱地盤により、負の土圧が掛かると言う問題が懸念された。また杭柱の周囲が乱された軟弱地盤であることから、曲げ応力に弱い中空の鋼管杭柱は、地震時の水平力に対して十分な機能を果たせないと言う問題があり、一箇所に杭柱数本配置する必要があった。

鋼管杭柱を現場接合する場合には、溶接等により接合するしか無く、品質管理上の問題があり、簡易工法では、杭柱の継足し接合は実施されていなかった。地盤に関係なく所定の長さの杭柱を設置し、支持地盤と思われるところで切断する方法が取られ、品質管理の問題があった。

上記目的を達成するために、軟弱な地盤等で構造物を建設するのに必要な基礎となる杭基礎の設置において、鉄筋とコンクリートと数本の注入パイプ等を四角形鋼管に事前に充填して高品質な四角形鋼管杭を工場製作とする。この鉄筋とコンクリートを充填製作した杭柱を地盤中にオーガー掘進で設置する。オーガー羽の回転によって乱した地盤にセメントミルク等の改良材を充填注入する。乱した地盤にセメントミルク等を充填注入するときに四角形鋼管杭柱が回転することで、四角形の角が乱した地盤の土質とセメントミルク等を撹拌し、杭柱と元の地盤の間に、均一な改良体を形成されることを見出した。

また杭柱先端部のオーガーがセメントミルク等の改良体と一体化することで、より強固な沈下防止になる。

従来の円形の鋼管パイプの先端にオーガー羽を取り付けて、建柱機等で地盤中に回転させながら押し込んで、注入の設備を設けても杭柱廻りに均一に充填することはできなかった。
しかし四角形鋼管を回転させることで、充填注入しながらオーガー掘進すると、乱された地盤がセメントミルク等の改良材と撹拌混合される。セメントミルク等の改良材は比重が大きいので、杭柱周囲に均一な改良地盤を形成することができる。
鋼管杭柱を円形から四角形にすることで、杭柱先端部のオーガー羽の回転によって乱した地盤にセメントミルク等を充填注入施工する際に、四角形の尖端部により乱した地盤とセメントミルク等を撹拌することが可能となり、均一な改良体を形成する。オーガー掘進で緩んだ地盤がセメントミルク等の改良材で改良され、地盤と四角形鋼管杭柱が一体となり、乱された軟弱地盤による負の土圧が掛かるという問題が改善された。

さらに注入管と別に空気管を設備すると、空気のリフトアップ効果により、乱された土砂が排出され、セメントミルク等の改良材の置換率が上がり、より強度な改良体を形成することも可能である。

セメントミルク等の強アルカリで、腐食環境は改善される。また防錆材をセメントミルク等に添加し、さらに腐食環境を改善することも可能となった。

セメントミルク等の改良材の注入は、注入直後は地盤に浸透するが、スラーリー状になり孔壁の維持を改善し、掘進時の摩擦抵抗を低下させるので掘進能力を向上させる。そのスラーリー状撹拌混合されたセメントミルク等の改良材が硬化し改良地盤を形成する。

従来工法では、オーガー径よりも孔壁は大きくなるが、掘進時に剛性の強い杭柱を使用するので、回転による先端部のオーガー羽の芯のブレは小さくなる。

事前に鉄筋とコンクリートを四角形鋼管に充填する工場製作をすることで、ボルト締付け連結とアンカー筋を無収縮モルタル等の定着材で定着することで、鋼管杭柱を継足し接合することが可能となった。

本発明の部材は、運搬時に重量などの効率で、一辺が１００ミリから３００ミリ程度の四角形鋼管パイプが適用され、これより大きくても良いが、部材長さが短くなり経済効率が良くない。事前に四角形鋼管に鉄筋を配筋し、コンクリートを充填して工場で製作するとき、一方をアンカー筋の挿入に必要な１０Ｄ〜３５Ｄの凹みとし、一方を必要なアンカー筋が１０Ｄ〜３５Ｄが出た状態にする。鋼管柱の長さは、現場に適した長さを運搬などの都合に合わせて製作すれば良い。

事前に鉄筋を配筋し、コンクリートを四角形鋼管に充填することで、アンカー筋が一般的なコンクリートと同じ要領で施行可能となり、地上部分に於ける接続も同じ要領で施行可能となる。
凹み側に無収縮モルタルやアンカー筋定着材を充填し、アンカー筋の突き出した部分をそこに挿入し、杭柱と継足した杭柱をボルトで連結する。

図（３）の四角形鋼管杭柱を接合する凹み側は１０Ｄ〜３５Ｄ程コンクリートの無充填部であっても、図（４）の孔状の穴構造であっても良い。

図（５）注入時に使用するスイベルは、分岐バンドでも良いが、建柱機や杭打ち機や削孔機の種類により使用を選択すれば良い。パイプに横穴開きゴムリングで挟み込むようにして、鋼製のカバーで覆いボルトでカバーを閉じることでスイベル機能する。建柱機や杭打ち機や削孔機の種類によっては、従来の穿孔機などで使用されるウオータースイベルの使用が可能である。

図（１１〜１３）に使用する建柱機やアースオーガーや削孔機の種類は、四角形のパイプを回転させる機能があればよく、ヘッドの交換等で従来の機種を使用できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図７を除く図１〜図１３は本発明の第一実施例を示す断面図である。

四角形鋼管に鉄筋の配筋挿入を行う。 四角形鋼管に鉄筋の配筋挿入し、コンクリート充填を行う。 四角形鋼管に鉄筋の配筋挿入し、接続アンカー長を除きコンクリート充填した杭柱。 上記、杭柱で未充填部をアンカー孔とした杭柱。 分岐バンド（スイベル） 杭柱先端部のオーガー羽 杭柱連結用フラットバーや注入管や空気管等の配置平面図 杭柱先端部のオーガー部と杭柱の連結 杭柱先端部のオーガー部と杭柱の連結手順 連結した四角形鋼管杭柱図 オーガーの回転による掘進図 オーガーの回転による掘進後セメントミルク等の地盤改良材充填状況図 オーガーの回転による掘進後セメントミルク等の地盤改良材充填完了状況図 主鉄筋・帯金・注入管・空気管等の配置と回転外周のイメージ平面図 四角形鋼管杭柱の外周とオーガーの回転外周と孔壁の位置関係を示す平面図

１ 主鉄筋
２ 帯鉄筋
３ 注入管
４ 四角形鋼管
５ 配鉄筋挿入状況
６ オーガー減速機
７ 分岐バンド（スイベル）
８ 杭柱ヘッド
９ 連結板
１０ 空気管
１１ オーガー軸
１２ オーガー羽
１３ 四角形鋼管の回転外周
１４ オーガー回転外周
１５ 穴開きフラットバー
１６ 四角形鋼管杭柱
１７ オーガー部改良球根
１８ 孔壁（地盤改良外周壁）
１９ アンカー筋

Claims (1)

1. 構造物の基礎となる杭柱を地盤中に設置時に、杭柱先端部にオーガーを装置し、回転力で挿入設置する工法で、鉄筋とコンクリートと数本の注入パイプ等を四角形鋼管に事前に配置充填した四角形鋼管杭柱で、四角形鋼管杭柱の吐出口を杭柱先端部のオーガー羽付近に装備し、上記杭柱の設置時に杭柱の先端部分にオーガー羽を装備し、オーガー羽の回転掘進とセメントミルク等を杭柱廻りの乱した地盤に充填注入を同時に可能とし、オーガー羽の回転により乱した地盤の改良を可能とし、事前に鉄筋とコンクリートを四角形鋼管に充填することにより、四角形鋼管杭柱の接続を、四角形鋼管杭柱に内装したアンカー筋を、連結する四角形鋼管杭柱に挿入し、注入管より無収縮モルタル等を導入して、無収縮モルタル等の定着とボルト締め接合で、連結を可能とする鉄筋コンクリート充填四角形鋼管杭柱。

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