JP6449243B2 - 螺旋状羽根付鋼管杭及び合成杭並びに合成杭の造成方法 - Google Patents

Description

本発明は、螺旋状羽根付鋼管杭及び合成杭並びに合成杭の造成方法に関する。

現在、地盤を改良するための合成杭を造成する方法が種々提案され、実用化されている。例えば、セメントを主成分としたスラリーを地盤中に注入しながら撹拌混合装置で地盤とスラリーとを機械的に撹拌混合してソイルセメント柱体を造成し、硬化前のソイルセメント柱体に螺旋状羽根付鋼管杭を捩り込み貫入させて両者を一体化させることにより、合成杭を造成する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００１−３１７０５０号公報 特開２００３−９６７７１号公報

ところで、近年においては、東南アジア等の近隣諸国における地盤を改良するための技術の開発が進められている。

日本の地盤は、地域差はあるものの比較的堅い（例えば地表面下数ｍ程度の浅い位置に堅い支持層が存在している）ことが知られているが、東南アジア諸国（例えばベトナム）の地盤は、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層や砂質層が存在しており比較的軟弱である。このため、特許文献１及び２に記載されたような従来の合成杭造成技術が他国における軟弱地盤の改良には必ずしも有効ではないことが近年明らかとなっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層等が存在する比較的軟弱な地盤を効果的に改良することができる螺旋状羽根付鋼管杭と、その螺旋状羽根付鋼管杭を用いた合成杭と、を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭は、鋼管杭本体と、この鋼管杭本体に取り付けられた一つ以上の螺旋状羽根と、を備えるものであって、螺旋状羽根の直径（Ｄ）が鋼管杭本体の直径（ｄ）の３倍以上に設定されてなるものである。

かかる構成を採用すると、螺旋状羽根の直径（Ｄ）を、鋼管杭本体の直径（ｄ）の３倍以上に設定していることから、螺旋状羽根付鋼管杭を用いて造成した杭（合成杭）の周面積を大きくすることができる。従って、合成杭の支持力を向上させることができるので、軟弱地盤を効果的に改良することができる。従来の螺旋状羽根付鋼管杭においては、我が国の比較的堅い地盤に起因する貫入抵抗の大きさを考慮して螺旋状羽根の直径（Ｄ）の上限が定められており、また、耐震性の観点から水平荷重を受け持つ鋼管杭本体の直径（ｄ）の下限が定められていたため、螺旋状羽根の直径（Ｄ）が鋼管杭本体の直径（ｄ）の１．５倍〜２．５倍程度に設定されていた。これに対し、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層等が存在する他国の比較的軟弱な地盤の改良を想定した本鋼管杭においては、貫入抵抗や耐震性を考慮する必要がないため、螺旋状羽根の直径（Ｄ）を相対的に大きくし、鋼管杭本体の直径（ｄ）を相対的に小さくすることが可能となる。よって、鋼管杭本体の製造コスト（材料費等）を低減させることもできる。

本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭において、螺旋状羽根の直径（Ｄ）を、鋼管杭本体の直径（ｄ）の３倍以上４倍以下に設定するのが好ましい。

かかる構成を採用すると、鋼管杭本体の直径（ｄ）を相対的に小さくして製造コストを低減させつつ、適正な支持力を確保することができる。螺旋状羽根の直径（Ｄ）が鋼管杭本体の直径（ｄ）の４倍を超える（鋼管杭本体を細くし過ぎる）と適正な支持力を確保できない場合があり、好ましくない。

本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭において、鋼管杭本体の先端部に取り付けられた先端羽根と、鋼管杭本体の先端部を除く部分に取り付けられた中間羽根と、から螺旋状羽根を構成し、先端羽根と最下端にある中間羽根との間隔（Ｌ_１）を２．０ｍ以上に設定し、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）を３．０ｍ以上に設定し、最上端にある中間羽根と鋼管杭本体の杭頭部との間隔（Ｌ_２）を０．３ｍ以上０．５ｍ以下に設定することが好ましい。

かかる構成を採用すると、先端羽根と最下端中間羽根との間隔（Ｌ_１）と、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）と、の双方が比較的長く設定されるため、杭長に対する螺旋状羽根の枚数を少なくして施工性能を向上させる（貫入速度の上昇、最大施工長の拡大、工期の短縮等を実現させる）ことができることに加え、支持力性能に対する費用（材料費、溶接費、加工費等）を格段に低減させることができる。また、最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）が比較的短く設定されるため、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることができる。この結果、施工性能の向上と、支持力の維持と、の双方を実現させることが可能となる。さらに、螺旋状羽根の枚数低減に伴い、ソイルセメント柱体に占める鋼管杭の体積率が減少することから発生残土量が低減し、この結果、残土処理費を削減することが可能となる。

先端羽根と最下端中間羽根との間隔（Ｌ_１）が２．０ｍ未満であり、かつ、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）が３．０ｍ未満であると、杭長に対する螺旋状羽根の枚数が増大するため、好ましくない。最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）が０．３ｍ未満であると、最上端中間羽根と鋼管杭本体の杭頭部との間にパイルキャップ等の部材を取り付け難くなるため、好ましくない。一方、最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）が０．５ｍを超えると、水平荷重に対する抵抗力を充分に確保することができないため、好ましくない。

本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭において、先端羽根と最下端にある中間羽根との間隔（Ｌ_１）を、最上端にある中間羽根と鋼管杭本体の杭頭部との間隔（Ｌ_２）の２倍以上に設定し、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）を、最上端にある中間羽根と鋼管杭本体の杭頭部との間隔（Ｌ_２）の３倍以上に設定することが好ましい。

かかる構成を採用すると、先端羽根と最下端中間羽根との間隔（Ｌ_１）と、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）と、の双方が比較的長く設定されるため、杭長に対する螺旋状羽根の枚数を少なくして施工性能を向上させることができる。また、最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）が比較的短く設定されるため、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることができる。

先端羽根と最下端中間羽根との間隔（Ｌ_１）最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）２倍未満であり、かつ、中間羽根同士の間隔（Ｌ_ｍ）が最上端中間羽根と杭頭部との間隔（Ｌ_２）の３倍未満であると、杭長に対する螺旋状羽根の枚数が増大するため、好ましくない。

本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭において、螺旋状羽根の上面に鋼管杭本体を中心として放射状に複数設けられた板状の補強リブを備えることができる。

かかる構成を採用すると、螺旋状羽根付鋼管杭をソイルセメント柱体の内部に捩り込む際にセメント等から作用する反力（曲げモーメント）に耐えることができるようになるため、螺旋状羽根の肉厚を低減させることができ、また、撹拌効果を得ることができる。

本発明に係る螺旋状羽根付鋼管杭において、平面視略台形状を呈する補強リブを採用し、その長辺としての第一辺を鋼管杭本体の外周面に当接するように配置し、その短辺としての第二辺を鋼管杭本体から離隔するように配置し、第一辺及び第二辺に対して直角な第三辺を螺旋状羽根の上面に当接するように配置し、第一辺と第三辺とから形成される角部に切欠部を形成することができる。

かかる構成を採用すると、補強リブの第一辺と第三辺とから形成される角部に切欠部を形成しているため、螺旋状羽根付鋼管杭をソイルセメント柱体の内部に捩り込む際に補強リブの第一辺と第三辺とから形成される角部にセメント等が滞留するのを抑制することができ、貫入抵抗を低減させることができる。

また、本発明に係る合成杭の造成方法は、前記螺旋状羽根付鋼管杭を、地盤中に造成されるソイルセメント柱体に挿入する工程を備えるものである。

また、本発明に係る合成杭は、前記螺旋状羽根付鋼管杭を、地盤中に造成されるソイルセメント柱体に挿入することにより形成したものである。

本発明に係る合成杭において、ソイルセメント柱体の最深位置から螺旋状羽根付鋼管杭の先端位置までの間隔を０．２ｍ以上に設定することが好ましい。

かかる構成を採用すると、ソイルセメント柱体の最深位置から螺旋状羽根付鋼管杭の先端位置までの間隔（コラム余長）を０．２ｍ以上に設定しているため、合成杭の先端支持力を充分に確保することができる。コラム余長が０．２ｍ未満となると充分な先端支持力を確保することができなくなるため、好ましくない。

本発明によれば、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層等が存在する比較的軟弱な地盤を効果的に改良することができる螺旋状羽根付鋼管杭と、当該鋼管杭を用いた合成杭と、を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭の構成を説明するための説明図である。 従来の螺旋状羽根付鋼管杭の構成を説明するための説明図である。 図１に示す螺旋状羽根付鋼管杭における螺旋状羽根の取付位置を説明するための説明図である。 螺旋状羽根の取付位置の変更例を説明するための説明図である。 螺旋状羽根に取り付けられる補強リブを示すものであり、（Ａ）は補強リブの正面図、（Ｂ）は補強リブを長辺側から見た側面図、（Ｃ）は補強リブを短辺側から見た側面図である。 図５に示す補強リブを螺旋状羽根に取り付けた状態を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭を用いて合成杭を造成する方法を説明するための説明図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る合成杭の造成方法で使用される撹拌混合装置の構成を示す構成図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は撹拌混合装置の変形例を示す構成図である。 本発明の第一実施例に係る合成杭及び従来の合成杭の鉛直載荷試験の結果を示すグラフである。 本発明の第二実施例に係る合成杭の鉛直載荷試験の結果を示すグラフである。 本発明の第三実施例に係る合成杭の鉛直載荷試験のＦＥＭ解析結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態はあくまでも好適な適用例であって、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではない。

まず、図１〜図６を用いて、本実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭（以下、「本鋼管杭」という）１の構成について説明する。本鋼管杭１は、図１に示すように、金属製の中空管である鋼管杭本体１０と、鋼管杭本体１０に取り付けられた複数の螺旋状羽根２０と、を備えている。

鋼管杭本体１０は、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）の五元素（普通元素）を含有する鉄鋼で構成することができる。また、耐候性及び耐酸性を向上させる目的で、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の特殊元素を添加した鉄鋼で鋼管杭本体１０を構成してもよい。このとき添加される特殊元素の割合（重量）としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）を各々０．４０％程度に設定し、モリブデン（Ｍｏ）を０．１５％程度に設定することができる。

螺旋状羽根２０は、図１に示すように、鋼管杭本体１０の先端部１１に取り付けられた先端羽根２１と、鋼管杭本体１０の先端部１１を除く部分に取り付けられた中間羽根２２と、から構成されている。螺旋状羽根２０は、鋼管杭本体１０と同じ材料で構成することができる。本実施形態においては、図３に示すように、隣接する螺旋状羽根２０を１８０°回転させた状態で鋼管杭本体１０に取り付けている。このように螺旋状羽根２０を取り付けることにより、後述するソイルセメント柱体２（図７）の内部に本鋼管杭１をバランス良く捩り込むことができる。なお、図４に示すように、隣接する螺旋状羽根２０を９０°回転させた状態で鋼管杭本体１０に取り付けることもできる。

本実施形態においては、螺旋状羽根２０の直径Ｄを、鋼管杭本体１０の直径ｄの３倍以上に設定している。このようにすることにより、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭の周面積を大きくすることができる。従来の螺旋状羽根付鋼管杭（以下、「従来杭」という）１００においては、図２に示すように、耐震性及び貫入抵抗を考慮して螺旋状羽根１２０の直径Ｄの上限値と鋼管杭本体１１０の直径ｄの下限値とが規定されており、螺旋状羽根１２０の直径Ｄが鋼管杭本体１１０の直径ｄの１．５倍〜２．５倍程度になるように制限されていた。これに対し、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層等が存在する他国（例えばベトナム）の比較的軟弱な地盤の改良を想定した本鋼管杭１においては、耐震性や貫入抵抗を考慮する必要がないことから、螺旋状羽根２０の直径Ｄを相対的に大きくし、鋼管杭本体１０の直径ｄを相対的に小さくすることが可能となる。よって、鋼管杭本体１０の製造コスト（材料費等）を低減させることもできる。

螺旋状羽根２０の直径Ｄは、鋼管杭本体１０の直径ｄの３倍以上４倍以下に設定されるのが好ましい。このようにすると、鋼管杭本体１０の直径ｄを相対的に小さくして製造コストを低減させつつ、適正な支持力を確保することができる。螺旋状羽根２０の直径Ｄが鋼管杭本体１０の直径ｄの４倍を超える（鋼管杭本体１０を細くし過ぎる）と適正な支持力を確保できない場合があり、好ましくない。

また、本実施形態においては、先端羽根２１と最下端にある中間羽根２２との間隔Ｌ_１を２．０ｍ以上（例えば２．５ｍ）に設定し、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍを３．０ｍ以上（例えば３．０ｍ）に設定し、最上端にある中間羽根２２と鋼管杭本体１０の杭頭部１２との間隔Ｌ_２を０．３ｍ以上０．５ｍ以下（例えば０．５ｍ）に設定している。従来杭１００においては、図２に示すように、先端羽根１２１と最下端中間羽根１２２との間隔が約１．５ｍ、中間羽根１２２同士の間隔が約２．０ｍに設定されていた。これに対し、本鋼管杭１においては、先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１と、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍと、の双方を比較的長く設定することにより、杭長に対する螺旋状羽根２０の枚数を少なくすることができる。また、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２が比較的短く設定されるため、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることができる。

先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１が２．０ｍ未満であり、かつ、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍが３．０ｍ未満であると、杭長に対する螺旋状羽根２０の枚数が増大するため、好ましくない。最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２が０．３ｍ未満であると、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間にパイルキャップ等の部材を取り付け難くなるため、好ましくない。一方、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２が０．５ｍを超えると、水平荷重に対する抵抗力を充分に確保することができないため、好ましくない。

先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１は、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の２倍以上（例えば５倍）に設定されるのが好ましい。また、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍは、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の３倍以上（例えば６倍）に設定されるのが好ましい。このようにすると、先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１と、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍと、の双方が比較的長く設定されるため、杭長に対する螺旋状羽根２０の枚数を少なくして施工性能を向上させることができる。また、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２が比較的短く設定されるため、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることができる。

先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１が最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の２倍未満であり、かつ、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍが最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の３倍未満であると、杭長に対する螺旋状羽根２０の枚数が増大するため、好ましくない。

本実施形態においては、先端が尖った掘削用の補助金具に代えて、鋼管杭本体１０の先端部１１に（図示していない）平滑な底蓋を取り付けている。このように掘削用の補助金具を省くことにより、杭の先端部１１より深い位置の地盤やソイルセメント柱体２（図７）に緩みが発生することを防ぐことができ、充分な先端支持力を確保することができる。なお、鋼管杭本体１０の先端部１１に平滑な底蓋を取り付けずに開放状態とすることもできる。

また、本実施形態においては、螺旋状羽根２０（先端羽根２１及び中間羽根２２）の上面に、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すような補強リブ７０を取り付けている。補強リブ７０は、図５（Ａ）に示すように平面視略台形状を呈する板状部材であって、図６に示すように鋼管杭本体１０を中心として放射状に複数（例えば７枚）取り付けられる。この際、図５（Ｂ）に示す長辺（第一辺）７１は鋼管杭本体１０の外周面に当接するように配置され、図５（Ｃ）に示す短辺（第二辺）７２は鋼管杭本体１０から離隔するように配置され、図５（Ａ）に示す第一辺７１及び第二辺７２に対して直角な辺（第三辺）７３は螺旋状羽根２０の上面に当接するように配置される。このような補強リブ７０を設けることにより、本鋼管杭１をソイルセメント柱体２（図７）の内部に捩り込む際にセメント等から作用する反力（曲げモーメント）に耐えることができるようになるため、螺旋状羽根２０の肉厚を低減させることができ、また、撹拌効果を得ることができる。

ところで、補強リブ７０を鋼管杭本体１０及び螺旋状羽根２０に取り付ける際に、第一辺７１を鋼管杭本体１０に当接させ、第三辺７３を螺旋状羽根２０に当接させると、本鋼管杭１をソイルセメント柱体２の内部に捩り込む際に、補強リブ７０の第一辺７１と第三辺７３とから形成される角部にセメント等が滞留して、貫入抵抗が増大することが懸念される。そこで、本実施形態においては、補強リブ７０の第一辺７１と第三辺７３とから形成される角部に切欠部７４を形成している。このような切欠部７４を形成することにより、本鋼管杭１を捩り込む際に補強リブ７０の第一辺７１と第三辺７３とから形成される角部にセメント等が滞留するのを抑制することができ、貫入抵抗を低減させることができる。

次に、図７及び図８を用いて、本鋼管杭１を用いて合成杭を造成する方法について説明する。

まず、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、地盤Ｇの改良対象位置に造成装置３０を設置し、機械式深層混合処理工法によってソイルセメント柱体２を造成する（柱体造成工程）。造成装置３０としては、オーガモータ４１とオーガモータ４１の回転を伝達する回転軸４２とを有する駆動装置４０と、回転軸４２に接続した撹拌混合装置５０と、を備えるものを採用することができる。撹拌混合装置５０としては、図８（Ａ）に示すように、掘削翼５１と、撹拌翼５２と、駆動装置４０の回転軸４２に接続される撹拌軸５３と、を有するものを採用することができる。なお、機械式深層混合処理工法とは、セメント（又はセメントを主成分とした固化材）と水とを混練して作成したスラリーを地盤Ｇ中に注入しながら、掘削翼５１及び撹拌翼５２を有する撹拌混合装置５０により、地盤Ｇとスラリーとを機械的に撹拌混合してソイルセメント柱体２を造成する地盤改良工法のことをいう。

撹拌混合装置５０には、掘削翼５１、撹拌翼５２及び撹拌軸５３に加えて、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、掘削径よりも大きい径を持った共回り防止翼５４を装着することが好ましく、このような共回り防止翼５４を装着することにより、撹拌混合装置５０を用いて効率良く地盤Ｇとスラリーを撹拌混合することが可能である。また、撹拌混合装置５０には、撹拌軸５３を正転・逆転させる正逆転機構を備えることが好ましい。また、撹拌混合装置５０の各撹拌翼５２には、図８（Ｃ）に示すように、軸方向（貫入方向）に平行な掘削刃５２ａを複数設けることが好ましい。このように掘削刃５２ａを各撹拌翼５２に設けることにより、撹拌混合の処理を向上させ、高速施工を実現させて施工費を低減させることができる。

柱体造成工程を経た後、図７（Ｃ）に示すように駆動装置４０から撹拌混合装置５０を取り外すとともに駆動装置４０に本鋼管杭１を回転圧入させる治具６０を取り付け、その後、図７（Ｄ）に示すように治具６０に本鋼管杭１を取り付ける（鋼管杭取付工程）。次いで、図７（Ｅ）に示すように駆動装置４０を駆動して本鋼管杭１を回転させつつソイルセメント柱体２に捩り込み貫入させる（杭貫入工程）。続いて、図７（Ｆ）に示すように本鋼管杭１から治具６０を切り離し、本鋼管杭１とソイルセメント柱体２とを一体化させることによって、地盤Ｇにソイルセメント合成杭を造成する（合成杭造成工程）。

本実施形態においては、造成された合成杭におけるソイルセメント柱体２の最深位置から本鋼管杭１の先端位置までの間隔（コラム余長）を０．２ｍ以上に設定している。このため、合成杭の先端支持力を充分に確保することができる。コラム余長が０．２ｍ未満となると充分な先端支持力を確保することができなくなるため、好ましくない。

＜第一実施例＞
続いて、図９を用いて、本鋼管杭１及び従来杭１００を各々用いて造成した合成杭の鉛直載荷試験の結果（第一実施例）について説明する。なお、本試験は、地表面下約２０ｍの深さまで粘土層、シルト層、砂質層が混在するベトナムの地盤で実施したものである。

本試験で採用した本鋼管杭１は、鋼管杭本体１０の直径ｄを１６５．２ｍｍ、螺旋状羽根２０の直径Ｄを５００ｍｍ（Ｄ＝３．０２７ｄ）、杭長を６０００ｍｍに設定したものである。一方、本試験で採用した従来杭１００は、鋼管杭本体１１０の直径ｄを２１６．３ｍｍ、螺旋状羽根１２０の直径Ｄを５００ｍｍ（Ｄ＝２．３１２ｄ）、杭長を６０００ｍｍに設定したものである。これら本鋼管杭１及び従来杭１００を各々採用してコラム径７００ｍｍの合成杭を造成し、鉛直載荷試験を実施した。

図９のグラフにおける縦軸は、鋼管杭本体の杭頭部に加えられた鉛直荷重（杭頭荷重）Ｐｏを示すものであり、図９のグラフにおける横軸は、鋼管杭本体の先端部の変位量（先端変位量）Ｓｐを示すものである。また、図９における点●は、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係をプロットしたものであり、図９における点〇は、従来杭１００を用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係をプロットしたものである。

先端変位量Ｓｐが螺旋状羽根の直径Ｄ（５００ｍｍ）の１０％（５０ｍｍ）に達するときの杭頭荷重Ｐｏｕは、図９に示すように、従来杭１００を用いて造成した合成杭においては５０９ｋＮであったのに対し、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭においては５４８ｋＮであった。このように、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭の鉛直支持力は、従来杭１００を用いて造成した合成杭の鉛直支持力とほぼ同等である（ないし若干上回る）ことが本試験によって明らかとなった。

＜第二実施例＞
続いて、図１０を用いて、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭の鉛直載荷試験の結果（第二実施例）を、理想的な支持力を有する合成杭と比較して説明する。本試験もまた、地表面下約２０ｍの深さまで粘土層、シルト層、砂質層が混在するベトナムの地盤で実施したものである。

本試験で採用した本鋼管杭１は、鋼管杭本体１０の直径ｄを２１９．１ｍｍ、螺旋状羽根２０の直径Ｄを７００ｍｍ（Ｄ＝３．１９５ｄ）、杭長を６０００ｍｍに設定したものである。本試験では、本鋼管杭１を採用してコラム径１０００ｍｍの合成杭を造成し、鉛直載荷試験を実施した。

図１０のグラフにおける縦軸は、鋼管杭本体の杭頭部に加えられた鉛直荷重（杭頭荷重）Ｐｏを示すものであり、図１０のグラフにおける横軸は、鋼管杭本体の先端部の変位量（先端変位量）Ｓｐを示すものである。また、図１０における点■は、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係をプロットしたものであり、図１０における点□を結んだ曲線は、理想的な支持力を有する合成杭のＳｐ−Ｐｏ近似曲線（理想曲線）である。なお、本試験では、仮想極限支持力（先端変位量Ｓｐが螺旋状羽根の直径Ｄの１０％（７０ｍｍ）に達するときの杭頭荷重５８６０ｋＮ）に基づいて理想曲線を設定した。

本鋼管杭１を用いて造成した合成杭のＳｐ−Ｐｏ曲線は、（仮想極限支持力５８６０ｋＮの１／３に設定した）仮想長期支持力を大きく上回る値（約３０００ｋＮ）まで理想曲線にほぼ重なっていることが明らかとなった。さらに、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭は、採用設計支持力（１３５０ｋＮ）においても、仮想長期支持力（１９５０ｋＮ）に対して３０％程度の余裕率を有していることが明らかとなり、先端変位量Ｓｐが理想的な支持力を有する合成杭と同等であることが本試験によって明らかとなった。

＜第三実施例＞
続いて、図１１を用いて、本鋼管杭１（二種類）を用いて造成した合成杭の鉛直載荷試験のＦＥＭ解析結果（第三実施例）について説明する。なお、本試験は、地表面下約２０ｍの深さまで粘土層、シルト層、砂質層が混在するベトナムの地盤で実施したことを想定したものである。

本解析で採用した第一の本鋼管杭（第一鋼管杭）１Ａは、鋼管杭本体１０の直径ｄを１７５．０ｍｍ、螺旋状羽根２０の直径Ｄを７００ｍｍ（Ｄ＝４．０ｄ）、杭長を６０００ｍｍに設定したものである。一方、本解析で採用した第二の本鋼管杭（第二鋼管杭）１Ｂは、鋼管杭本体１０の直径ｄを１４０．０ｍｍ、螺旋状羽根２０の直径Ｄを７００ｍｍ（Ｄ＝５．０ｄ）、杭長を６０００ｍｍに設定したものである。これら二種類の鋼管杭（第一鋼管杭１Ａ及び第二鋼管杭１Ｂ）を各々採用してコラム径１０００ｍｍの合成杭を造成した場合の鉛直載荷試験のＦＥＭ解析を実施した。

図１１のグラフにおける縦軸は、鋼管杭本体の杭頭部に加えられた鉛直荷重（杭頭荷重）Ｐｏを示すものであり、図１１のグラフにおける横軸は、鋼管杭本体の先端部の変位量（先端変位量）Ｓｐを示すものである。また、図１１における点■は、第二実施例の本鋼管杭１を用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係（実験結果）をプロットしたものであり、図１１における点〇を結んだ曲線は、本実施例の第一鋼管杭１Ａを用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係（ＦＥＭ解析結果）をプロットしたものであり、図１１における点△を結んだ曲線は、本実施例の第二鋼管杭１Ｂを用いて造成した合成杭における杭頭荷重Ｐｏと先端変位量Ｓｐとの関係（ＦＥＭ解析結果）をプロットしたものである。

本実施例の第一鋼管杭１Ａ（Ｄ＝４．０ｄ）を用いて造成した合成杭のＳｐ−Ｐｏ曲線は、第二実施例の本鋼管杭１を用いて造成した合成杭のＳｐ−Ｐｏ曲線にほぼ重なっていることが明らかとなった。すなわち、第一鋼管杭１Ａ（Ｄ＝４．０ｄ）を用いて造成した合成杭は、採用設計支持力（１３５０ｋＮ）において、先端変位量Ｓｐが第二実施例の本鋼管杭１と同等である（ないし若干小さい）ことが本解析によって明らかとなった。

本実施例の第二鋼管杭１Ｂ（Ｄ＝５．０ｄ）を用いて造成した合成杭のＳｐ−Ｐｏ曲線もまた、第二実施例の本鋼管杭１を用いて造成した合成杭のＳｐ−Ｐｏ曲線に近いものとなった。但し、第二鋼管杭１Ｂ（Ｄ＝５．０ｄ）を用いて造成した合成杭は、採用設計支持力（１３５０ｋＮ）において、先端変位量Ｓｐが第二実施例の本鋼管杭１よりも若干大きいことが本解析によって明らかとなった。すなわち、本実施例の第一鋼管杭１Ａ（Ｄ＝４．０ｄ）の方が第二鋼管杭１Ｂ（Ｄ＝５．０ｄ）よりも高い支持力を有していることがわかる。

以上説明した実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭（本鋼管杭）１においては、螺旋状羽根２０の直径Ｄを、鋼管杭本体１０の直径ｄの３倍以上に設定していることから、本鋼管杭１を用いて造成した合成杭の周面積を大きくすることができる。従って、合成杭の支持力を向上させることができるので、軟弱地盤を効果的に改良することができる。従来の螺旋状羽根付鋼管杭（従来杭）１００においては、我が国の比較的堅い地盤に起因する貫入抵抗の大きさを考慮して螺旋状羽根１２０の直径Ｄの上限が定められており、また、耐震性の観点から水平荷重を受け持つ鋼管杭本体１１０の直径ｄの下限が定められていたため、螺旋状羽根１２０の直径Ｄが鋼管杭本体１１０の直径ｄの１．５倍〜２．５倍程度に設定されていた。これに対し、地表面下数十ｍの深い位置まで粘土層等が存在する他国の比較的軟弱な地盤の改良を想定した本鋼管杭１においては、貫入抵抗や耐震性を考慮する必要がないため、螺旋状羽根２０の直径Ｄを相対的に大きくし、鋼管杭本体１０の直径ｄを相対的に小さくすることが可能となる。よって、鋼管杭本体１０の製造コスト（材料費等）を低減させることもできる。

また、以上説明した実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭（本鋼管杭）１においては、先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１を２．０ｍ以上に設定し、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍを３．０ｍ以上に設定している（先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１を最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の２倍以上に設定し、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍを最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２の３倍以上に設定している）。このように、先端羽根２１と最下端中間羽根２２との間隔Ｌ_１と、中間羽根２２同士の間隔Ｌ_ｍと、の双方が比較的長く設定されるため、杭長に対する螺旋状羽根２０の枚数を少なくして施工性能を向上させる（貫入速度の上昇、最大施工長の拡大、工期の短縮等を実現させる）ことができることに加え、支持力性能に対する費用（材料費、溶接費、加工費等）を格段に低減させることができる。また、最上端中間羽根２２と杭頭部１２との間隔Ｌ_２が比較的短く設定されるため、水平荷重に対する抵抗力を大きくすることができる。この結果、施工性能の向上と、支持力の維持と、の双方を実現させることが可能となる。さらに、螺旋状羽根２０の枚数低減に伴い、ソイルセメント柱体２に占める鋼管杭の体積率が減少することから発生残土量が低減し、この結果、残土処理費を削減することが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭（本鋼管杭）１においては、螺旋状羽根２０の上面に鋼管杭本体１０を中心として放射状に複数設けられた板状の補強リブ７０を備えることから、本鋼管杭１をソイルセメント柱体２の内部に捩り込む際にセメント等から作用する反力（曲げモーメント）に耐えることができるようになるため、螺旋状羽根２０の肉厚を低減させることができ、また、撹拌効果を得ることができる。

また、以上説明した実施形態に係る螺旋状羽根付鋼管杭（本鋼管杭）１においては、補強リブ７０の第一辺７１と第三辺７３とから形成される角部に切欠部７４を形成しているため、本鋼管杭１をソイルセメント柱体２の内部に捩り込む際に補強リブ７０の第一辺７１と第三辺７２とから形成される角部にセメント等が滞留するのを抑制することができ、貫入抵抗を低減させることができる。

また、以上説明した実施形態に係る合成杭においては、ソイルセメント柱体２の最深位置から本鋼管杭１の先端位置までの間隔（コラム余長）を０．２ｍ以上に設定しているため、合成杭の先端支持力を充分に確保することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる（例えば、雌雄のスプライン継手を上下入れ替えることができる）。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…螺旋状羽根付鋼管杭
２…ソイルセメント柱体
１０…鋼管杭本体
１１…先端部
１２…杭頭部
２０…螺旋状羽根
２１…先端羽根
２２…中間羽根
７０…補強リブ
７１…第一辺
７２…第二辺
７３…第三辺
７４…切欠部
ｄ…鋼管杭本体の直径
Ｄ…螺旋状羽根の直径
Ｇ…地盤
Ｌ_１…先端羽根と最下端中間羽根との間隔
Ｌ_２…最上端中間羽根と杭頭部との間隔
Ｌ_ｍ…中間羽根同士の間隔

Claims (7)

1. 鋼管杭本体と、前記鋼管杭本体に取り付けられた一つ以上の螺旋状羽根と、を備える螺旋状羽根付鋼管杭を、地表面下２０ｍの深さまで粘土層が存在する地盤中に造成されるソイルセメント柱体に挿入することにより形成した合成杭であって、
   前記螺旋状羽根は、前記鋼管杭本体の先端部に取り付けられた先端羽根と、前記鋼管杭本体の先端部を除く部分に取り付けられた中間羽根と、から構成され、
   前記螺旋状羽根の直径が前記鋼管杭本体の直径の３倍以上に設定され、
   前記先端羽根と最下端にある前記中間羽根との間隔が２．０ｍ以上に設定され、
   前記中間羽根同士の間隔が３．０ｍ以上に設定され、
   最上端にある前記中間羽根と前記鋼管杭本体の杭頭部との間隔が０．３ｍ以上０．５ｍ以下に設定されてなる、合成杭。
2. 前記ソイルセメント柱体の最深位置から前記螺旋状羽根付鋼管杭の先端位置までの間隔が０．２ｍ以上に設定されてなる、請求項１に記載の合成杭。
3. 前記螺旋状羽根の直径が前記鋼管杭本体の直径の３倍以上４倍以下に設定されてなる、請求項１又は２に記載の合成杭。
4. 前記先端羽根と最下端にある前記中間羽根との間隔が、最上端にある前記中間羽根と前記鋼管杭本体の杭頭部との間隔の２倍以上に設定され、
   前記中間羽根同士の間隔が、最上端にある前記中間羽根と前記鋼管杭本体の杭頭部との間隔の３倍以上に設定されてなる、請求項１から３の何れか一項に記載の合成杭。
5. 前記螺旋状羽根の上面に前記鋼管杭本体を中心として放射状に複数設けられた板状の補強リブを備える、請求項１から４の何れか一項に記載の合成杭。
6. 前記補強リブは、平面視略台形状を呈し、その長辺としての第一辺は前記鋼管杭本体の外周面に当接するように配置され、その短辺としての第二辺は前記鋼管杭本体から離隔するように配置され、前記第一辺及び前記第二辺に対して直角な第三辺は前記螺旋状羽根の上面に当接するように配置されており、
   前記第一辺と前記第三辺とから形成される角部に切欠部が形成されている、請求項５に記載の合成杭。
7. 鋼管杭本体と、前記鋼管杭本体に取り付けられた一つ以上の螺旋状羽根と、を備える螺旋状羽根付鋼管杭を、地表面下２０ｍの深さまで粘土層が存在する地盤中に造成されるソイルセメント柱体に挿入する工程を備える合成杭の造成方法であって、
   前記螺旋状羽根の直径を、前記鋼管杭本体の直径の３倍以上に設定し、
   前記螺旋状羽根を、前記鋼管杭本体の先端部に取り付けられた先端羽根と、前記鋼管杭本体の先端部を除く部分に取り付けられた中間羽根と、から構成し、
   前記先端羽根と最下端にある前記中間羽根との間隔を、２．０ｍ以上に設定し、
   前記中間羽根同士の間隔を、３．０ｍ以上に設定し、
   最上端にある前記中間羽根と前記鋼管杭本体の杭頭部との間隔を、０．３ｍ以上０．５ｍ以下に設定する、合成杭の造成方法。
   
   

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