JP6660446B1 - 鋼管杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い精度で施工を行うことのできる鋼管杭の施工方法を提供すること。【解決手段】地盤１００に鋼管杭１を貫入して支持層１０５まで到達させ、支持層１０５に到達した鋼管杭１が地盤１００に入り込んでいる深さに基づいて支持層１０５までの深さを導き出す手順と、鋼管杭１を引き上げて、導き出した支持層１０５までの深さに基づいて鋼管杭１の長さを調整する手順と、長さを調整した鋼管杭１を支持層１０５に貫入する手順と、を含む。【選択図】図１８

Description

本発明は、鋼管杭の施工方法に関し、特に、施工現場で長さを調節する鋼管杭の施工方法に関するものである。

地上に構造物を建造する際には、構造物の重量を支持するための基礎構造を地盤に構築する必要があり、基礎構造では、地盤中の支持層に達する杭が複数用いられる場合がある。例えば、特許文献１には、鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認したら、貫入方向と逆方向に回転させて所定量だけ上方に引き上げることにより杭先端地盤を緩めて鋼管杭の杭頭部に直接基礎の底版部を連結し、底版部の上側に構築される上部構造の荷重で鋼管杭が所定量だけ沈下することにより、上部構造の荷重を支持する基礎構造の施工方法が記載されている。また、特許文献２には、支持層の深さが予測よりも下部に位置し、搬入した既成杭では長さが足りない場合に、杭本体の下端部に補助杭を接続することにより、杭本体と補助杭とが一体となった既成杭の下端部を支持層に到達させる既成杭が記載されている。

特許第４９６０４９２号公報 特開２０１７−１０６２１４号公報

ここで、鋼管杭を用いた基礎構造を地盤に構築する際には、地質調査によって地表から支持層までの深さを想定し、想定した深さに基づいて鋼管杭の長さを設定するが、支持層までの実際の深さは、構造物を建造する土地の範囲内においても変化していることが多くなっている。このため、支持層の想定深さに基づいて長さを設定した鋼管杭を支持層まで打ち込んだ場合、打設後の鋼管杭は、杭頭の位置が、設計位置とは異なる位置になる虞がある。

つまり、地質調査は、構造物を建造する土地の数箇所の位置で行うが、鋼管杭は地質調査を行う位置の数以上の本数を打ち込むため、支持層の深さが場所によって連続的に変化している場合は、鋼管杭を打ち込む位置によっては、支持層の深さに対して鋼管杭の長さが長過ぎたり短過ぎたりする虞がある。これにより、鋼管杭を打ち込む位置の支持層の実際の深さが、想定深さと異なる場合は、支持層の位置まで打ち込んだ鋼管杭は、打ちこまれる位置が設計位置より深過ぎたり浅過ぎたりすることにより、杭頭の位置が設計位置とは異なる位置になる虞がある。この場合、鋼管杭を打ち込む工程の後の工程で鋼管杭ごとに、鋼管杭の状態に応じた対応をする必要がある。

例えば、鋼管杭の杭頭の位置が設計位置よりも高い場合は、鋼管杭を打ち込む工程の後の工程で鋼管杭を切る必要がある。反対に、鋼管杭の杭頭の位置が設計位置よりも低い場合は、鋼管杭を打ち込む工程の後の工程で鋼管杭を継ぎ足したり、または、鋼管杭の杭頭に接合される部材の形状を調節して鋼管杭の杭頭に接合できるようにしたりする必要がある。これらのように、鋼管杭を支持層まで打ち込んだ後、実際の鋼管杭の状態に応じて後の工程で対応を行った場合、設計に対して高い精度で施工を行うのが困難になり、鋼管杭の長さや鋼管杭に接合される部材の形状の精度が低下する虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度で施工を行うことのできる鋼管杭の施工方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼管杭の施工方法は、地盤に鋼管杭を貫入して支持層まで到達させ、前記支持層に到達した前記鋼管杭が前記地盤に入り込んでいる深さに基づいて前記支持層までの深さを導き出す手順と、前記鋼管杭を引き上げて、導き出した前記支持層までの深さに基づいて前記鋼管杭の長さを調整する手順と、長さを調整した前記鋼管杭を前記支持層に貫入する手順と、を含むことを特徴とする。

また、上記鋼管杭の施工方法において、前記鋼管杭の長さを調整する手順では、前記鋼管杭を前記支持層に貫入するのに適した前記鋼管杭の全長を導き出し、導き出した全長に対して前記鋼管杭の全長が長い場合は、前記鋼管杭における余剰分を切断し、導き出した全長に対して前記鋼管杭の全長が短い場合は、不足分の長さの鋼管を前記鋼管杭に接合することが好ましい。

また、上記鋼管杭の施工方法において、前記鋼管杭には、前記鋼管杭に接合する柱部材が有する結合プレートと結合する杭頭プレートが杭頭に配設されることが好ましい。

また、上記鋼管杭の施工方法において、前記杭頭プレートは、前記鋼管杭の一部を構成する上杭に配設され、前記支持層までの深さを導き出す手順では、前記鋼管杭における前記上杭以外の部材を前記地盤に貫入して前記支持層まで到達させることにより前記支持層までの深さを導き出し、前記鋼管杭の長さを調整する手順で、前記鋼管杭における前記上杭以外の部材と前記上杭とを接合することが好ましい。

本発明に係る鋼管杭の施工方法は、より高い精度で施工を行うことができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る鋼管杭の施工方法で用いる鋼管杭の模式図である。 図２は、図１に示す下杭の詳細図である。 図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。 図４は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。 図５は、図４のＣ−Ｃ矢視図である。 図６は、図１に示す中杭の詳細図である。 図７は、図１に示す上杭の詳細図である。 図８は、図７のＤ−Ｄ矢視図である。 図９は、鋼管杭の貫入に用いる杭打ち機の模式図である。 図１０は、図９のＥ部詳細図である。 図１１は、鋼管杭が支持層に到達した状態を示す説明図である。 図１２は、鋼管杭を引き上げて長さを調整する際における説明図であり、設定した鋼管杭の全長が長い場合の説明図である。 図１３は、鋼管杭を引き上げて長さを調整する際における説明図であり、設定した鋼管杭の全長が短い場合の説明図である。 図１４は、図１２に示す余剰分調整部を切断することによって長さを調整した中杭と下杭に上杭を接合した状態を示す説明図である。 図１５は、仮設治具の側面図である。 図１６は、図１５のＦ−Ｆ矢視図である。 図１７は、上杭に仮設治具を取り付けた状態を示す説明図である。 図１８は、鋼管杭が支持層に貫入した状態を示す説明図である。 図１９は、鋼管杭に柱部材が結合された状態の説明図である。 図２０は、実施形態２に係る鋼管杭の施工方法で埋設した鋼管杭とフーチングとが接合された状態を示す説明図である。

以下に、本発明に係る鋼管杭の施工方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易に想到できるもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法で用いる鋼管杭１の模式図である。なお、以下の説明では、鋼管杭１を地盤に埋設した状態における上方を、本実施形態１においても上方または上側として説明し、鋼管杭１を地盤に埋設した状態における下方を、本実施形態１においても下方または下側として説明する。

鋼管杭１は、直線状に延びる円筒形状の鋼管２により大部分が構成されている。実施形態１に係る鋼管杭１は、上杭５と中杭６と下杭７とを含み、上杭５と中杭６と下杭７とのそれぞれが、主に鋼管２により構成されている。上杭５と中杭６と下杭７とは、それぞれの鋼管２が直線状に連なる状態になる向きで接合されると共に、鋼管杭１を地盤１００（図１８参照）に埋設した状態では、上杭５が最も上側に位置し、下杭７が最も下側に位置し、中杭６が上杭５と下杭７との間に位置する位置関係で接合される。

図２は、図１に示す下杭７の詳細図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。下杭７は、下杭７を構成する鋼管２の一端に、掘削羽根１０が配設されている。掘削羽根１０は、２枚の羽根部材１１、１２を有しており、２枚の羽根部材１１、１２は、鋼管２の中心軸を中心とする略スクリュー状の形状で形成されて下杭７の一端に設けられている。即ち、２枚の羽根部材１１、１２は、鋼管２の延在方向に見た場合に、鋼管２の中心軸を中心とする点対称の形状で形成されると共に、鋼管２の円周方向に対して傾斜して配設されている。

図４は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。図５は、図４のＣ−Ｃ矢視図である。下杭７における掘削羽根１０が配設される側の端部の反対側の端部付近には、回転キー１５が設けられている。回転キー１５は、略直方体の形状で形成されており、直方体の長手方向が鋼管２の延在方向に沿った向きで、鋼管２の外周面に配設されている。このように形成される回転キー１５は、下杭７に２つが設けられており、２つの回転キー１５は、鋼管２の延在方向における位置が互いに同じ位置で、鋼管２の中心軸を中心として互いに反対側に配置されている。

図６は、図１に示す中杭６の詳細図である。中杭６は、中杭６を構成する鋼管２の一方の端部付近に、下杭７と同様に２つの回転キー１５が設けられている。一方で、中杭６には、掘削羽根１０が設けられておらず、中杭６は、鋼管２に２つの回転キー１５が設けられた形態になっている。

図７は、図１に示す上杭５の詳細図である。図８は、図７のＤ−Ｄ矢視図である。上杭５は、上杭５を構成する鋼管２の一端に、杭頭プレート２１が設けられている。なお、上杭５を構成する鋼管２と、中杭６を構成する鋼管２と、下杭７を構成する鋼管２とは、外径が実質的に同じ大きさになっている。一方で、上杭５を構成する鋼管２と、中杭６を構成する鋼管２と、下杭７を構成する鋼管２との板厚は、同じ厚さであってもよく、互いに異なる厚さであってもよい。鋼管２の板厚は、例えば、中杭６や下杭７を構成する鋼管２よりも、上杭５を構成する鋼管２の方が厚くてもよい。杭頭プレート２１は、鋼管杭１に接合する柱部材５０が有する結合プレート５１（図１９参照）と結合する部材になっている。上杭５における杭頭プレート２１が配設される側の端部は、鋼管杭１を地盤１００（図１８参照）に埋設した状態における鋼管杭１の上側の端部である杭頭２０になっている。即ち、杭頭プレート２１は、上杭５における杭頭２０となる端部に配設されている。杭頭プレート２１は、直径が鋼管２の直径よりも大きい円板状の形状で形成されており、鋼管２の端部を閉塞して端部に取り付けられている。つまり、杭頭プレート２１は、鋼管２の端部を閉塞したフランジ状の形状で形成されている。

このように形成される杭頭プレート２１には、杭頭プレート２１を貫通する孔である取付孔２２が複数形成されている。取付孔２２は、杭頭プレート２１における鋼管２の外側の位置に形成されており、杭頭プレート２１の外周部分の近傍に形成されている。本実施形態１では、取付孔２２は４つが形成されており、４つの取付孔２２は、鋼管２の中心軸を中心とする円周方向に等間隔で形成されている。

これらのように構成される鋼管杭１の長さは、地盤１００の支持層１０５（図１８参照）までの深さに基づいて設定される。ここでいう支持層１０５は、鋼管杭１を基礎構造に用いて地上に建造する構造物の鉛直荷重を鋼管杭１によって伝達することにより、鉛直荷重を支えることのできる地層になっている。支持層１０５までの深さは、鋼管杭１を埋設する作業よりも前に、鋼管杭１を埋設する地盤１００に対して行われるボーリング調査等の地質調査に基づいて仮定される。

鋼管杭１は、上杭５と中杭６と下杭７とを足し合わせた長さが、地質調査に基づいて仮定された深さの支持層１０５に鋼管杭１を到達させて鋼管杭１を支持層１０５に貫入することができると想定される長さになるように設定する。その際に、鋼管杭１の上杭５と中杭６と下杭７とを足し合わせた長さ、即ち、鋼管杭１の全長は、想定長さに対して余裕を持って設定する。なお、本実施形態１では、上杭５は、予め定められた一定の長さになっている、このため、鋼管杭１の全長は、中杭６と下杭７とによって調整する。鋼管杭１の上杭５と中杭６と下杭７とは、このようにして設定した長さで製造する。

次に、本実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法について説明する。図９は、鋼管杭１の貫入に用いる杭打ち機１５０の模式図である。図１０は、図９のＥ部詳細図である。地盤１００への鋼管杭１の貫入は、杭打ち機１５０を用いて行う。杭打ち機１５０は、鋼管杭１に対して回転力を伝達する杭打ち駆動部１５５を有しており、杭打ち駆動部１５５は、上方に延びるリーダー１５４に沿って上下方向に移動することが可能になっている。地盤１００に対して鋼管杭１の貫入を行う際には、作業者は、杭打ち機１５０の運転室１５１に搭乗して運転操作を行うことにより、杭打ち駆動部１５５を駆動させ、鋼管杭１の貫入を行う。

杭打ち機１５０が有する杭打ち駆動部１５５には、杭把持部１６０が取り付けられる。杭打ち駆動部１５５は、杭把持部１６０によって鋼管杭１を把持することにより、鋼管杭１に対して回転力を伝達することが可能になっている。詳しくは、杭把持部１６０は、内径が鋼管杭１の外径よりも若干大きい円筒形の形状で形成されており、鋼管杭１の回転キー１５と係合する係合部１６１が形成されている。係合部１６１は、杭把持部１６０の２箇所に形成されており、２箇所の係合部１６１は、鋼管杭１の回転キー１５と同様に、杭把持部１６０の形状である円筒の中心軸を中心として互いに反対側となる位置関係で形成されている。

杭把持部１６０に形成される係合部１６１は、杭把持部１６０の形状である円筒の壁部を厚さ方向に貫通する、切欠き状の挿通部１６２と保持部１６３とを有している。このうち、挿通部１６２は、杭把持部１６０の下端側に位置して杭把持部１６０の下端に開口しており、円筒の円周方向における幅が、同方向における鋼管杭１の回転キー１５の幅よりも若干大きくなっている。

保持部１６３は、挿通部１６２の上方に位置して挿通部１６２に連通しており、円周方向における幅が、挿通部１６２や回転キー１５の幅よりも大幅に大きくなっている。また、杭把持部１６０の形状である円筒の中心軸が延びる方向における保持部１６３の長さは、同方向における回転キー１５の長さよりも長くなっている。

このため、杭把持部１６０で鋼管杭１を把持する際には、鋼管杭１における回転キー１５が配設される側の端部から鋼管杭１に杭把持部１６０を被せ、挿通部１６２に回転キー１５を通して、回転キー１５を保持部１６３まで入れる。回転キー１５を保持部１６３に入れたら、杭把持部１６０と鋼管杭１とを相対的に回転させることにより、回転キー１５は保持部１６３の内部で円周方向に移動し、回転キー１５は円周方向における位置が挿通部１６２からずれる。これにより、回転キー１５は挿通部１６２から抜けなくなるため、杭把持部１６０は係合部１６１が回転キー１５と係合する状態で鋼管杭１を把持することができる。

さらに、杭打ち機１５０には、杭打ち駆動部１５５の下方に、鋼管杭１が上下方向に移動可能な状態で鋼管杭１を支えるガイド１５６が配設されている。このため、杭打ち機１５０を用いて地盤１００に対して鋼管杭１を貫入する際には、鋼管杭１は、回転キー１５が配設される側の端部が上側になる向きにして上端側を杭把持部１６０によって把持し、鋼管杭１の杭把持部１６０の下方でガイド１５６よって支えながら貫入する。

鋼管杭１の貫入は、上杭５と中杭６と下杭７とが分離している状態で行い、まず、掘削羽根１０を有する下杭７から行う。下杭７は、掘削羽根１０が位置する側の端部が下端側になり、回転キー１５が位置する側の端部が上端側になる向きで、上端側を杭打ち機１５０に備えられる杭把持部１６０によって把持し、杭打ち機１５０によって貫入する。これにより、下杭７は、掘削羽根１０側から地盤１００に貫入する。

杭打ち機１５０によって下杭７を貫入する際には、下杭７を杭打ち駆動部１５５によって、下杭７の中心軸を中心として回転させながら、杭打ち駆動部１５５を下方に移動させる。これにより、下杭７は、回転しながら地盤１００に貫入する。下杭７を含む鋼管杭１を杭打ち機１５０によって地盤１００に貫入する際には、地表１０１から鋼管杭１の下端までの深度や、鋼管杭１が貫入する際の貫入速度、鋼管杭１を回転させるための回転トルク、鋼管杭１に付与する上下方向の荷重、鋼管杭１の一回転あたりの貫入量を検出しながら行う。これらの検出値のうち、上下方向の距離に関するものは、リーダー１５４に沿って移動する杭打ち駆動部１５５の移動量に基づいて検出する。回転トルクは、杭打ち駆動部１５５は油圧によって回転力を発生するため、鋼管杭１を回転させる際における油圧に基づいて回転トルクを検出する。

これらのように、鋼管杭１を貫入する際には、貫入中における各値を検出しながら行い、貫入する鋼管杭１が地盤１００の支持層１０５（図１１参照）に到達したか否かを、検出値に基づいて随時確認しながら鋼管杭１を貫入する。鋼管杭１の貫入中に検出する各値に基づいて、鋼管杭１が支持層１０５に到達していないと判断できる場合は、鋼管杭１の貫入を継続する。即ち、鋼管杭１の貫入は、鋼管杭１の貫入中に検出する各値に基づいて、鋼管杭１が支持層１０５に到達したと判断できる状態になるまで行う。

鋼管杭１の貫入を継続することにより、下杭７が地盤１００に対してある程度貫入したら、下杭７に中杭６を接合する。下杭７に中杭６を接合する際には、下杭７から杭把持部１６０を取り外し、下杭７の上端側に中杭６を接合する。中杭６の向きは、中杭６における回転キー１５が設けられる側の端部の反対側の端部を、下杭７に接合する。即ち、中杭６は、回転キー１５が位置する側の端部が上端側になる向きで、下端側を下杭７の上端側に接合する。この場合における接合は、例えば、溶接によって行う。

中杭６を下杭７に接合したら、杭打ち機１５０に備えられる杭把持部１６０によって下杭７を把持する場合と同様に、中杭６の上端側を杭把持部１６０によって把持する。この状態で、杭打ち駆動部１５５によって中杭６を回転させることにより、下杭７は中杭６と共に回転するため、中杭６と下杭７とは、一体となって回転しながら地盤１００に貫入する。

図１１は、鋼管杭１が支持層１０５に到達した状態を示す説明図である。中杭６と下杭７とが一体となった鋼管杭１を地盤１００に貫入し、貫入中に検出する検出値に基づいて鋼管杭１が支持層１０５に到達したと判断できる状態になったら、鋼管杭１が地盤１００に入り込んでいる深さに基づいて地表１０１から支持層１０５までの深さを導き出す。つまり、本実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法は、鋼管杭１を埋設する際に、地盤１００に鋼管杭１を貫入して支持層１０５まで到達させ、支持層１０５に到達した鋼管杭１が地盤１００に入り込んでいる深さに基づいて支持層１０５までの深さを導き出す手順を有している。

地表１０１から支持層１０５までの深さは、地質調査に基づいて仮定されるが、鋼管杭１を埋設する位置と地質調査を行った位置とが異なる場合には、支持層１０５までの実際の深さは、地質調査に基づいて仮定された深さとは異なる場合がある。このため、本実施形態１では、鋼管杭１が支持層１０５に到達したと判断できる状態になったら、その状態における鋼管杭１が地盤１００に入り込んでいる深さに基づいて、地表１０１から支持層１０５までの深さを導き出す。即ち、鋼管杭１が支持層１０５に到達したと判断できる状態における、地表１０１から鋼管杭１の下端までの深度を、地表１０１から支持層１０５までの深さとして導き出す。支持層１０５までの深さを導き出す手順では、このように、鋼管杭１における上杭５以外の部材を地盤１００に貫入して支持層１０５まで到達させることにより、支持層１０５までの深さを導き出す。

なお、このように鋼管杭１を地盤１００に貫入して鋼管杭１を支持層１０５まで到達させることによって支持層１０５までの深さを導き出す手順では、鋼管杭１を把持する杭把持部１６０も地盤１００に貫入してもよい。例えば、長さが比較的長めの杭把持部１６０を用いて鋼管杭１を把持し、鋼管杭１の貫入と共に杭把持部１６０も貫入させることにより、鋼管杭１を支持層１０５まで到達させてもよい。

支持層１０５までの深さを導き出したら、次に、鋼管杭１を引き上げて、導き出した支持層１０５までの深さに基づいて鋼管杭１の長さを調整する。図１２は、鋼管杭１を引き上げて長さを調整する際における説明図であり、設定した鋼管杭１の全長が長い場合の説明図である。鋼管杭１を引き上げる際には、鋼管杭１を貫入する際に回転させる方向と逆方向に鋼管杭１を回転させる。下杭７の下端に設けられる掘削羽根１０は、略スクリュー状の形状で形成されているため、鋼管杭１は、貫入時の回転方向に対して逆回転させることにより引き上げることができる。

鋼管杭１をある程度引き上げたら、鋼管杭１の長さを調整する。鋼管杭１の長さを調整する手順では、まず、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した鋼管杭１の全長を導き出す。鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した鋼管杭１の全長は、具体的には、支持層１０５に到達した鋼管杭１に基づいて導き出した支持層１０５までの深さに、支持層１０５に対して鋼管杭１を貫入する所定の深さを足すことによって導き出す。支持層１０５に対して鋼管杭１を貫入する深さは、例えば、鋼管杭１を構成する鋼管２の直径程度で、且つ、直径以上の深さが挙げられる。即ち、支持層１０５に対して鋼管杭１を貫入する深さは、一例として、鋼管２の直径＋αの深さが挙げられる。

鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した鋼管杭１の全長を導き出したら、導き出した全長と、地質調査に基づいて仮定された支持層１０５の深さに基づいて設定された鋼管杭１の全長とを比較する。導き出した全長に対して鋼管杭１の全長が長い場合は、鋼管杭１における余剰分の長さの部分である余剰分調整部２ａを切断する。

鋼管杭１の余剰分調整部２ａは、その時点での鋼管杭１の上端から、余剰分の長さの位置で切断をする。本実施形態１では、余剰分調整部２ａは、中杭６の上端から余剰分の長さの位置で切断をする。これにより、地質調査に基づいて設定された鋼管杭１の全長が、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長よりも長い場合は、実際の鋼管杭１の全長が、設定された全長よりも短くなるようにし、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長と同等の長さになるようにする。

反対に、導き出した全長に対して鋼管杭１の全長が短い場合は、不足分の長さの鋼管２である不足分調整鋼管２ｂを鋼管杭１に接合して継ぎ足す。図１３は、鋼管杭１を引き上げて長さを調整する際における説明図であり、設定した鋼管杭１の全長が短い場合の説明図である。不足分調整鋼管２ｂは、その時点での鋼管杭１の上端に溶接等により接合する。本実施形態１では、不足分調整鋼管２ｂは、中杭６の上端に接合する。これにより、地質調査に基づいて設定された鋼管杭１の全長が、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長よりも短い場合は、実際の鋼管杭１の全長が、設定された全長よりも長くなるようにし、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに必要な全長と同等の長さになるようにする。

余剰分調整部２ａを切断したり、不足分調整鋼管２ｂを接合したりすることにより、鋼管杭１の長さを調整したら、鋼管杭１における上杭５以外の部材と上杭５とを接合する。図１４は、図１２に示す余剰分調整部２ａを切断することによって長さを調整した中杭６と下杭７に上杭５を接合した状態を示す説明図である。上杭５は、杭頭プレート２１が位置する側の端部の反対側の端部を、その時点での鋼管杭１における上杭５以外の部材の上端に溶接等により接合する。即ち、上杭５は、中杭６における余剰分調整部２ａを切断した部分に接合する。これにより、上杭５を接合した鋼管杭１の全長は、鋼管杭１を打設している地点において、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長になる。

なお、図１４では、余剰分調整部２ａを切断することによって長さを調整した、鋼管杭１における上杭５以外の部材に上杭５を接合する形態について説明したが、不足分調整鋼管２ｂを用いて長さを調整した場合でも、同様に上杭５を接合する。つまり、中杭６の上端に不足分調整鋼管２ｂを接合することにより鋼管杭１の長さを調整した場合は、上杭５は、不足分調整鋼管２ｂの上端に接合する。この場合も、上杭５の接合後の鋼管杭１の全長は、鋼管杭１を打設している地点において、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長になる。

鋼管杭１における上杭５以外の長さを調節した後に上杭５を接合することにより、鋼管杭１の全長を、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長にしたら、長さを調整した鋼管杭１を支持層１０５に貫入する。上杭５を接合し、杭頭２０に杭頭プレート２１が位置する状態の鋼管杭１を杭打ち機１５０によって貫入する場合は、仮設治具３０（図１５参照）を用いて貫入する。

図１５は、仮設治具３０の側面図である。図１６は、図１５のＦ−Ｆ矢視図である。仮設治具３０は、治具プレート３１と、鋼管３３と、回転キー３４とを有している。鋼管３３は、直径が鋼管杭１を構成する鋼管２の直径と同程度になっており、杭把持部１６０（図９、図１０参照）で把持をすることができる程度の長さで形成されている。治具プレート３１は、円板状の形状で形成されて鋼管３３の一端に配設されており、直径が、上杭５の杭頭プレート２１の直径と同程度の大きさになっている。

治具プレート３１には、治具プレート３１を貫通する孔である取付孔３２が複数形成されている。治具プレート３１に形成される取付孔３２は、杭頭プレート２１に形成される取付孔２２と同程度の大きさになっており、取付孔３２の数や相対的な位置関係も、杭頭プレート２１に形成される取付孔２２の数や相対的な位置関係と同等になっている。回転キー３４は、鋼管２に設けられる回転キー１５と同等の大きさや形状になっており、鋼管３３における治具プレート３１が配設されている側の端部の反対側の端部寄りに位置に、２つが配設されている。

図１７は、上杭５に仮設治具３０を取り付けた状態を示す説明図である。上杭５を接合した鋼管杭１を貫入する際には、上杭５に仮設治具３０を取り付ける。具体的には、上杭５の杭頭プレート２１に対して仮設治具３０の治具プレート３１を対向させ、杭頭プレート２１に治具プレート３１を重ねた状態で取付ボルト３５を杭頭プレート２１の取付孔２２と治具プレート３１の取付孔３２とに通し、ナット３６と螺合させる。これにより、仮設治具３０は、回転キー３４が近傍に位置する側の端部が上端側に位置する向きで、上杭５に取り付けられる。

鋼管杭１の貫入は、上杭５に取り付けた仮設治具３０を、杭打ち機１５０が有する杭打ち駆動部１５５に取り付けられる杭把持部１６０で把持することにより行う。即ち、仮設治具３０は、直径が鋼管杭１を構成する鋼管２と同程度の直径の鋼管３３を有し、鋼管３３には回転キー３４が設けられているため、仮設治具３０は、鋼管杭１を把持する杭把持部１６０と同じ杭把持部１６０によって把持することができる。また、仮設治具３０は、取付ボルト３５とナット３６により、上杭５の杭頭プレート２１に取り付けられるため、杭把持部１６０で仮設治具３０を把持した状態で杭打ち駆動部１５５によって仮設治具３０を回転させた際には、仮設治具３０と共に鋼管杭１も回転する。これにより、鋼管杭１は地盤１００に貫入する。上杭５を接合した鋼管杭１の貫入は、このように上杭５に仮設治具３０を取り付けることよって行う。

図１８は、鋼管杭１が支持層１０５に貫入した状態を示す説明図である。仮設治具３０を取り付けた鋼管杭１を地盤１００に貫入する場合も、杭打ち機１５０によって貫入中のおける各値を検出しながら貫入する。貫入中のおける各値を検出しながら貫入し、鋼管杭１が支持層１０５に到達したことを、検出した値に基づいて判断できる状態になったら、その状態から、支持層１０５に対して鋼管杭１を貫入する所定の深さまで、鋼管杭１をさらに貫入する。これにより、長さを調整した鋼管杭１を、支持層１０５に対して貫入する所定の深さまで、支持層１０５に貫入する。鋼管杭１は、支持層１０５に貫入するのに適した全長になるように長さが調整されているため、支持層１０５に対して貫入する所定の深さで支持層１０５に貫入した鋼管杭１は、杭頭２０に設けられる杭頭プレート２１の地表１０１に対する位置が、概ね設計時に設定した位置になる。

図１９は、鋼管杭１に柱部材５０が結合された状態の説明図である。支持層１０５に所定の深さで貫入し、杭頭プレート２１の位置が設計時に設定した位置になるように地盤１００に鋼管杭１を埋設したら、鋼管杭１に柱部材５０を接合する。柱部材５０は、地上に建造する構造物側の部材であり、構造物の鉛直荷重を鋼管杭１に伝えるために、鋼管杭１に接合する部材になっている。鋼管杭１への柱部材５０の接合は、柱部材５０に設けられる結合プレート５１を杭頭プレート２１に結合することにより行う。

詳しくは、結合プレート５１は、柱部材５０の下端に配設され、杭頭プレート２１の形状に対応して杭頭プレート２１に結合することが可能なプレートになっている。柱部材５０は、杭頭プレート２１の上側から杭頭プレート２１に結合プレート５１を重ねて、取付ボルト５５とナット５６とによって杭頭プレート２１に結合プレート５１を結合することにより、鋼管杭１に接合する。その際に、鋼管杭１は、杭頭プレート２１の位置が設計時に設定した位置になっているため、柱部材５０は、位置を調整することなく、鋼管杭１に接合することができる。

なお、結合プレート５１に対する杭頭プレート２１の水平方向の位置調整は、例えば、特許第５７０２４１０号に記載された羽根付鋼管杭の回転圧入施工方法を適用することができる。即ち、杭頭プレート２１に形成する、結合プレート５１との結合に用いる取付ボルト５５用の孔は、鋼管杭１が支持層１０５に貫入した後に、結合プレート５１に形成されている取付ボルト５５用の孔の位置に合わせて、杭頭プレート２１に形成する。これにより、上下方向における位置が設計時に設定した位置となって配置される杭頭プレート２１に、結合プレート５１との結合に用いる取付ボルト５５用の孔を、結合プレート５１側の孔の位置に対して適切な位置にあけることができる。従って、結合プレート５１と杭頭プレート２１との結合を行う位置の位置合わせを、上下方向と水平方向とのいずれの方向においても高い精度で行うことができるため、杭頭プレート２１に結合プレート５１を確実に結合することができる。

鋼管杭１に柱部材５０を接合したら、地表１０１にコンクリート１１０を打ち込むことにより、鋼管杭１と柱部材５０との接合部分を含めて地表１０１をコンクリート１１０で覆うか、または、溶融亜鉛めっきに代表される防錆措置を講じることにより、接合部の耐久性を確保する。

以上の実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法は、鋼管杭１を支持層１０５まで到達させて支持層１０５までの深さを導き出した後に、鋼管杭１を引き上げて鋼管杭１の長さを調整し、長さを調整した鋼管杭１を支持層１０５に貫入するため、支持層１０５の杭頭２０の位置を、設計時の位置に高い精度で近付けることができる。これにより、鋼管杭１を支持層１０５に貫入した段階で、杭頭２０の位置を設計時の位置に合わせることができるため、鋼管杭１を埋設する工程の後の工程で鋼管杭１の長さを調整する作業を行うことなく、基礎構造の施工作業を進めることができる。この結果、より高い精度で施工を行うことができる。

また、鋼管杭１の長さを調整する手順では、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長を導き出し、実際の鋼管杭１の全長が長い場合は余剰分調整部２ａを切断し、実際の鋼管杭１の全長が短い場合は不足分調整鋼管２ｂを接合するため、実際の鋼管杭１の全長を、より確実に、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長にすることができる。これにより、杭頭２０の位置を、鋼管杭１を支持層１０５に貫入した段階でより確実に設計時の位置に合わせることができる。この結果、より確実に高い精度で施工を行うことができる。

また、鋼管杭１には、地上に建造する構造物の柱部材５０が有する結合プレート５１と結合する杭頭プレート２１が杭頭２０に配設されるため、鋼管杭１に柱部材５０を直接接合する場合でも、鋼管杭１や柱部材５０の長さを調整することなく接合することができる。この結果、より確実に高い精度で施工を行うことができる。

また、杭頭プレート２１は上杭５に配設され、鋼管杭１における上杭５以外の部材によって支持層１０５までの深さを導き出した後、上杭５以外の部材の長さを調整して上杭５を接合するため、杭頭２０に杭頭プレート２１を配設する場合でも、実際の鋼管杭１の全長を、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長にすることができる。これにより、柱部材５０を接合させる杭頭プレート２１の位置を、鋼管杭１を支持層１０５に貫入した段階でより確実に設計時の位置に合わせることができる。この結果、より確実に高い精度で施工を行うことができる。

また、地上に建造する構造物の柱部材５０が有する結合プレート５１と結合する杭頭プレート２１が杭頭２０に配設される鋼管杭１では、最終的な鋼管杭１の杭頭２０に杭頭プレート２１が位置することが必須の構成になる。このため、杭頭２０に杭頭プレート２１が配設される鋼管杭１を打ち込んだ後の工程では、余剰分調整部２ａを切断したり、不足分調整鋼管２ｂを接合したりすることができないため、鋼管杭１の長さの調整するのは不可能になっている。これに対し、本実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法では、杭頭プレート２１が設けられる上杭５以外の部材の長さを調整することにより、鋼管杭１の全長を調整することができるため、杭頭２０に杭頭プレート２１が配設される鋼管杭１においても、鋼管杭１の全長を容易に調整することができる。これにより、鋼管杭１の杭頭２０に杭頭プレート２１を配設することによって、鋼管杭１と柱部材５０との結合を容易に行う構成である場合でも、鋼管杭１の全長の調整を可能にすることができる、この結果、鋼管杭１と柱部材５０とを、より確実に容易に結合することができる。

［実施形態２］
実施形態２に係る鋼管杭１の施工方法は、実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法と略同様の構成であるが、鋼管杭１の杭頭２０に杭頭プレート２１が設けられない点に特徴がある。他の構成は実施形態１と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。

図２０は、実施形態２に係る鋼管杭１の施工方法で埋設した鋼管杭１とフーチング１２０とが接合された状態を示す説明図である。実施形態２に係る鋼管杭１は、実施形態１に係る鋼管杭１とは異なり、杭頭２０には杭頭プレート２１が配設されていない。このため、実施形態２に係る鋼管杭１は、上杭５に杭頭プレート２１が配設されず、上杭５は中杭６と同様に鋼管２に２つの回転キー１５が設けられる形態で構成される。また、鋼管２の板厚は、上杭５を構成する鋼管２の板厚が、中杭６や下杭７を構成する鋼管２の板厚よりも厚くなっている。

このように構成される実施形態２に係る鋼管杭１の施工方法は、実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法と同様に、鋼管杭１を地盤１００に埋設する際には、まず、地質調査より仮定した支持層１０５までの深さに基づいて、鋼管杭１の全長を設定し、設定した全長の鋼管杭１を製造する。

次に、製造した鋼管杭１を地盤１００に貫入して支持層１０５まで到達させ、支持層１０５に到達した鋼管杭１が地盤１００に入り込んでいる深さに基づいて、支持層１０５までの深さを導き出す。支持層１０５までの深さを導き出したら、鋼管杭１を引き上げて、導き出した支持層１０５までの深さに基づいて、上杭５以外の部材で鋼管杭１の長さを調整する。つまり、導き出した支持層１０５までの深さに基づいて、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した鋼管杭１の全長を導き出し、この全長に対して、実際の鋼管杭１の全長が長い場合は上杭５以外の部材の余剰分を切断し、鋼管杭１の全長が短い場合は上杭５以外の部材に対して不足分の長さの鋼管２を接合して継ぎ足す。上杭５以外の部材で鋼管杭１の長さを調整したら、長さを調整した部材に対して上杭５を接合する。

このようにして、鋼管杭１の全長が、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長になるように調整したら、長さを調整した鋼管杭１を再度地盤１００に貫入し、鋼管杭１を支持層１０５に貫入する。これにより、支持層１０５に鋼管杭１が貫入した後、鋼管杭１の長さを調整することなく、地盤１００或いは地表１０１に対する杭頭２０の位置が、設計時の位置に合うようにする。鋼管杭１が、支持層１０５に貫入することにより、杭頭２０の位置が設計時の位置になったら、水等が杭頭２０から鋼管２の内部に浸入しないように、鋼管杭１の内部に、杭頭２０側を閉塞するための蓋（図示省略）を設置する。鋼管杭１の杭頭２０側の閉塞は、杭頭２０から鋼管杭１の長さ方向における所定の範囲まで、後述するコンクリート１２１を入り込ませることにより行う。鋼管杭１の内部に設置する蓋は、杭頭２０から入り込むコンクリート１２１を受けるための部材になっており、杭頭２０からの深さが、コンクリート１２１を入り込ませる深さとして設定される位置に設置する。この蓋は、例えば、杭頭２０からの深さが、鋼管杭１の直径の２倍程度の位置に設置する。

その後、鋼管杭１の杭頭２０の上部に鉄筋１２２を配設し、杭頭２０と鉄筋１２２をまとめて覆うようにコンクリート１２１を打ち込むことにより、フーチング１２０を形成する。その際に、鋼管杭１は、杭頭２０側の端部付近が所定の長さで、コンクリート１２１の下端からコンクリート１２１内に入り込むようにする。鋼管杭１は、例えば、鋼管杭１の直径の大きさと同程度の長さで、コンクリート１２１の下端からコンクリート１２１内に入り込むようにする。また、コンクリート１２１を打ち込んだ際には、鋼管杭１の内部には、鋼管杭１内に設置した蓋の位置まで、杭頭２０からコンクリート１２１が入り込む。即ち、鋼管杭１の内部には、杭頭２０から鋼管杭１の直径の２倍程度の深さの位置まで、コンクリート１２１が入り込む。これらにより、鋼管杭１の杭頭２０とフーチング１２０とを接合する。また、フーチング１２０を形成する際には、フーチング１２０にアンカーボルト１２６を配設し、地上に建造する構造物側の柱部材１２５とアンカーボルト１２６とをナット１２７で結合した状態で行う。これにより、構造物の鉛直荷重は、柱部材１２５からフーチング１２０を介して鋼管杭１で受け、鋼管杭１が貫入する支持層１０５で受けることができる。

これらのように、鋼管杭１の杭頭２０に杭頭プレート２１が設けられず、柱部材１２５からの荷重がフーチング１２０を介して鋼管杭１に伝達される形態であっても、鋼管杭１を用いて支持層１０５までの深さを導き出した後、鋼管杭１を引き上げて鋼管杭１の長さを調整し、再び鋼管杭１を支持層１０５に貫入することにより、杭頭２０の位置を設計時の位置に合わせることができる。これにより、フーチング１２０の施工時に、フーチング１２０の形態を杭頭２０の位置に合わせて調整することなく、施工作業を進めることができる。この結果、より高い精度で施工を行うことができる。

また、鋼管杭１の全長を調整する際に、上杭５以外の部材で調整するため、鋼管杭１の強度性能を損なうことなく全長を調整することができる。つまり、鋼管杭１を構成する鋼管２の板厚は、鋼管杭１に求められる強度に基づいて設定され、本実施形態２では、中杭６や下杭７を構成する鋼管２よりも、上杭５を構成する鋼管２の方が板厚が厚くなっている。このように構成される鋼管杭１において、全長を調整する際に、鋼管杭１全体の上端側で余剰分調整部２ａを切断する場合、鋼管２の板厚が厚い部分の長さが短くなるため、鋼管杭１の強度が設計時の強度より低下する虞がある。また、鋼管杭１の全長を調整するために、鋼管杭１全体の上端に不足分調整鋼管２ｂを接合する場合、不足分調整鋼管２ｂに板厚が上杭５を構成する鋼管２の板厚より薄い鋼管２を用いてしまうと、鋼管杭１の強度が設計時の強度よりも低くなる虞がある。

これに対し、本実施形態２では、鋼管杭１の全長を調整する際に、上杭５以外の部材で調整するため、鋼管２の板厚が厚い上杭５の長さが短くなったり、鋼管杭１の杭頭２０付近が、上杭５を構成する鋼管２の板厚よりも板厚が薄い鋼管２によって構成されることを抑制したりすることができる。これにより、全長の調整後の鋼管杭１の強度を確保することができ、即ち、設計時の強度を確保しつつ、鋼管杭１の全長を調整することができる。この結果、鋼管杭１の強度性能を損なうことなく、鋼管杭１を高い精度で施工することができる。

［変形例］
なお、実施形態１、２に係る鋼管杭１の施工方法では、鋼管杭１は、上杭５と中杭６と下杭７とにより構成されているが、鋼管杭１の構成は、これ以外であってもよい。鋼管杭１の構成は、例えば、中杭６を複数用いてもよく、または、中杭６を用いずに、上杭５と下杭７とのみによって構成されていてもよい。実施形態１、２に係る鋼管杭１は、地質調査より仮定した支持層１０５までの深さと、鋼管杭１の貫入に使用する杭打ち機１５０等に基づいて、一本の鋼管杭１に使用する鋼管２の数を適宜設定するのが好ましい。

また、上述した実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法では、上杭５と中杭６との接合や、中杭６と下杭７との接合を、溶接によって行っているが、これらの接合は、溶接以外によって行ってもよい。上杭５と中杭６との接合や、中杭６と下杭７との接合は、例えば、機械式継手によって行ってもよい。それぞれを構成する鋼管２同士の接合は、接合後の強度を確保することのできる手法であれば、その手法は問わない。

また、上述した実施形態１に係る鋼管杭１の施工方法では、鋼管杭１を支持層１０５に貫入する深さの一例として、鋼管２の直径＋αの深さを挙げているが、鋼管杭１を支持層１０５に貫入する深さは、これ以外の深さであってもよい。鋼管杭１は、例えば、鋼管杭１が支持層１０５に到達した後の、鋼管杭１の一回転あたりの貫入量が所定値以下である場合や、杭打ち駆動部１５５で鋼管杭１を回転させる際における回転トルクが所定値以上である場合は、鋼管杭１は、鉛直荷重を支持層１０５に伝達できる深さで支持層１０５に貫入したとみなしてもよい。この場合、鋼管杭１は、支持層１０５に対する貫入量が、鋼管杭１を支持層１０５に貫入するのに適した全長を導き出す際の貫入量より小さくなるため、杭頭２０の位置が設計時の位置よりも高くなる虞があるが、この場合における差は、地質調査に基づいて仮定する支持層１０５の深さと実際の支持層１０５の深さとの差よりも、概ね小さくなる。このため、鋼管杭１を地盤１００に埋設した後の工程でも容易に調整することができ、後の工程に対する影響を低減することができる。

１ 鋼管杭
２、３３ 鋼管
２ａ 余剰分調整部
２ｂ 不足分調整鋼管
５ 上杭
６ 中杭
７ 下杭
１０ 掘削羽根
１１、１２ 羽根部材
１５、３４ 回転キー
２０ 杭頭
２１ 杭頭プレート
２２、３２ 取付孔
３０ 仮設治具
３１ 治具プレート
３５、５５ 取付ボルト
３６、５６ ナット
５０、１２５ 柱部材
５１ 結合プレート
１００ 地盤
１０１ 地表
１０５ 支持層
１１０、１２１ コンクリート
１２０ フーチング
１２２ 鉄筋
１２６ アンカーボルト
１５０ 杭打ち機
１５１ 運転室
１５４ リーダー
１５５ 杭打ち駆動部
１５６ ガイド
１６０ 杭把持部
１６１ 係合部
１６２ 挿通部
１６３ 保持部

Claims (1)

1. 地盤に鋼管杭を貫入して支持層まで到達させ、前記支持層に到達した前記鋼管杭が前記地盤に入り込んでいる深さに基づいて前記支持層までの深さを導き出す手順と、
   前記鋼管杭を引き上げて、導き出した前記支持層までの深さに基づいて前記鋼管杭の長さを調整する手順と、
   長さを調整した前記鋼管杭を前記支持層に貫入する手順と、
   を含み、
   前記鋼管杭には、前記鋼管杭に接合する柱部材が有する結合プレートと結合する杭頭プレートが杭頭に配設され、
   前記杭頭プレートは、前記鋼管杭の一部を構成する上杭に配設され、
   前記支持層までの深さを導き出す手順では、前記鋼管杭における前記上杭以外の部材を前記地盤に貫入して前記支持層まで到達させることにより前記支持層までの深さを導き出し、
   前記鋼管杭の長さを調整する手順では、前記鋼管杭を前記支持層に貫入するのに適した前記鋼管杭の全長を導き出し、
   導き出した全長に対して前記鋼管杭の全長が長い場合は、前記鋼管杭における前記上杭以外の部材の余剰分を切断し、
   導き出した全長に対して前記鋼管杭の全長が短い場合は、不足分の長さの鋼管を前記鋼管杭における前記上杭以外の部材に接合することにより、前記鋼管杭における前記上杭以外の部材の長さを調整し、
   前記鋼管杭における前記上杭以外の部材の長さを調整した後に前記上杭以外の部材と前記上杭とを接合することにより、前記鋼管杭の長さを調整することを特徴とする鋼管杭の施工方法。

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