JP6696232B2 - 回転圧入鋼管杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転圧入鋼管杭の施工方法に関する。

従来、鋼管杭の打設方法として、打撃やバイブロハンマにより地盤に鋼管杭を貫入させる方法があるが、騒音や振動が大きいことから市街地で適用しにくい欠点がある。そのため、低騒音で、かつ低振動で鋼管杭を打設する方法として、例えば特許文献１に示されるような、回転貫入させるドリル式の回転圧入により施工する方法が知られている。

特許文献１には、螺旋羽根を有する鋼管杭を使用し、鋼管杭の下端開口部内に締め固めた状態の土砂を詰めて施工し、杭先端が支持層に達するまでの施工中に軟弱層の土砂が杭内に進入することを抑制するようにした方法について記載されている。この場合、低騒音および低振動であるのに加え、回転圧入中の鋼管杭内への土砂の進入が抑制され、鋼管杭の打設後の土砂の除去量を減らすことができるので、市街地の施工に適した工法となっている。

特開２００２−１６７７６０号公報

しかしながら、従来の回転圧入鋼管杭の施工方法では、回転圧入による施工中において、鋼管杭内に進入した土砂が貫入抵抗となり、また地盤抵抗の大きな支持層においては回転圧入のみでは目標深度に到達させることができないおそれがあった。
また、特許文献１に示すように積極的に鋼管杭の開口部分に締め固めた土砂を詰めた状態とし、軟弱地盤の土砂の鋼管杭内への進入を抑制する方法があるが、この場合、鋼管杭の閉塞断面積が大きくなることから、貫入抵抗が大きくなる。そのため、施工性が低下するという問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、貫入抵抗を低減させることで施工性を向上させ、回転圧入により目標深度に確実に到達できるうえ、従来の回転圧入工法と同等以上の鋼管杭の支持力を得ることができる回転圧入鋼管杭の施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、鋼管杭を回転圧入させて地盤の支持層まで貫入させる回転圧入鋼管杭の施工方法であって、前記鋼管杭の内部に振動ロッドを挿入し、該振動ロッドを振動させた状態で前記鋼管杭を回転圧入させて地盤に貫入させる第１工程と、前記支持層において前記鋼管杭を該前記鋼管杭の杭到達目標深度に到達させる第２工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入させる際に、鋼管杭内に挿入させた振動ロッドを振動させながら同時に地盤に貫入させることができる。そのため、鋼管杭の先端周囲の地盤を振動ロッドの先端で緩めながら鋼管杭を回転圧入させることが可能となるので、鋼管杭の貫入抵抗を低減させて施工性を向上させることができる。
このように鋼管杭の貫入抵抗を低減することで、支持層において鋼管杭の杭到達目標深度に確実に到達させることが可能となる。さらに、鋼管杭の貫入抵抗を低減させることにより、圧入速度が増し、施工効率を向上させることができるうえ、回転圧入を行うための装置の小型化が可能となり、施工コストの低減を図ることができる。また、装置の小型化によって施工スペースを縮減することができ、狭隘地での施工も可能になる。

また、本発明では、鋼管杭の圧入に加え、振動ロッドによる振動を付与する構成であるが、振動する振動ロッドが鋼管杭内に位置し、鋼管杭の内部の地盤のみに振動を与えることから、鋼管杭自体を打撃やバイブロハンマで貫入する場合に比べて騒音や振動を小さく抑えることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記振動ロッドの先端の位置は、前記鋼管杭が前記杭到達目標深度に到達するまでは前記鋼管杭の先端よりも浅い深度に配置されていることが好ましい。

この場合には、振動ロッドによって鋼管杭の内部に進入する土砂のみが緩みの対象となるので、鋼管杭内の土砂による貫入抵抗を効果的に低減することができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記鋼管杭が前記杭到達目標深度に到達する前、到達時点、又は通過後において、前記鋼管杭を回転させた状態、又は回転させない状態で前記鋼管杭の押し込みと引き抜きとを繰り返しながら、徐々に前記鋼管杭の先端深度を深くすることと、浅くすることと、を適宜選択して行うことで前記杭到達目標深度に到達させることが好ましい。

この場合には、振動ロッドを使用して地盤抵抗を低減した施工後に、鋼管杭の押し込みと引き抜きとを繰り返しながら、徐々に鋼管杭の先端深度を深くしたり、浅くすることにより、杭先端部の地盤および管内土を効果的に締め固めることをができる。そのため、振動ロッドによって低減された地盤の支持力を回復することができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記振動ロッドがロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドを振動させたまま前記鋼管杭の内部から引き抜く第３工程を有することが好ましい。

この場合、振動ロッドを振動させたまま鋼管杭の内部から引き抜くことで、鋼管杭の直下の地盤および鋼管杭内の緩んだ土砂の密度を回復することができる。つまり、振動ロッドの貫入時に緩めた地盤および鋼管杭内の土砂の強度を振動ロッドのロッド最深目標深度に到達した後に回復することができるので、鋼管杭の圧入時に低下した地盤および鋼管杭内の土砂の支持力を高めることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記第３工程は、前記鋼管杭が前記支持層に到達する前のタイミングで行われるようにしてもよい。

この場合、振動ロッドの引抜き後に鋼管杭の回転圧入のみとなり、振動ロッドによって地盤を緩ませることなく杭到達目標深度に到達させることができる。つまり、振動ロッドを引き抜いた後は、鋼管杭の圧入に伴って鋼管杭内に進入する土砂によって、管内が閉塞された状態で前記鋼管杭が杭到達目標深度に到達されることになる。この場合、管内に閉塞された土砂の抵抗力が付加された、支持力を得ることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、地盤中の地下水を前記振動ロッドの先端から吸水することが好ましい。

この場合、振動ロッドを振動させたまま引き抜く際に、振動ロッドの先端から吸水することによって振動ロッドの先端付近の地盤の間隙水圧が低下し、締め固めを促進させることができるので、鋼管杭の支持力をより向上させることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドの先端から地盤中および前記鋼管杭内に進入した土砂に向けて砂を投入することが好ましい。

この場合、振動ロッドを振動させたまま引き抜く際に、振動ロッドの先端から砂を投入することによって振動ロッドの先端付近の地盤中および鋼管杭内に進入した土砂の密度が高まり、締め固めを促進させることができるので、鋼管杭の支持力をより向上させることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドを前記鋼管杭の内部から引き抜く工程と、引き抜いた前記振動ロッドよりも接地面積がより大きい先端部を有する第２振動ロッドを前記鋼管杭に挿入する工程と、前記第２振動ロッドの前記先端部から流体を噴射させながら、前記先端部を前記鋼管杭の先端よりも深い位置まで貫入させる工程と、前記第２振動ロッドを振動させたまま前記鋼管杭の内部から引き抜く工程と、を有することが好ましい。

本発明では、鋼管杭の回転圧入時に地盤を緩ませる際に使用する振動ロッドを第２振動ロッドに交換し、第２振動ロッドをその先端部が鋼管杭の先端よりも深い位置となるまで貫入させる際に、第２振動ロッドの先端部から流体を噴射させることから、鋼管杭の内部に進入して詰まっている土砂を流体の噴射により緩めながら容易に到達位置まで貫入させることができる。接地面積の大きな先端部を有する第２振動ロッドを鋼管杭の内部から振動させたまま引き抜くことで、交換前の前記振動ロッドの場合に比べて振動による締め固めの促進効率を向上させることができる。
また、接地面積の大きな先端部を有する第２振動ロッドを鋼管杭の内部から振動させたまま引き抜くことで、交換前の前記振動ロッドの場合に比べて振動による締め固めの促進効率を向上させることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記振動ロッドを引き抜いた後、さらに前記鋼管杭の内部における複数箇所に前記振動ロッドを振動させながら所定深度まで挿入し、振動させたまま引き抜くようにしてもよい。

この場合には、振動ロッドによって緩んだ土砂の密度を鋼管杭の断面内の複数箇所において回復することができるので、鋼管杭の断面内における回復状態がばらつきが無く均一になる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記鋼管杭の先端には、地盤掘削用の切削ビットが設けられていることが好ましい。

この場合には、鋼管杭は回転に伴って切削ビットが地盤を切削しながら圧入されるので、礫などの硬い地盤であっても、切削ビットで砕きながら圧入することができ、施工効率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記鋼管杭の先端には、径方向の外側に突出する羽根が設けられていることが好ましい。

本発明では、鋼管杭は回転に伴って羽根が地盤を切削、かつ撹拌しながら圧入されるので、圧入方向の推進力（トルク）が付与され圧入速度を速くすることができ、施工効率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記鋼管杭の先端内面には、管径方向の内側に向けて突出するとともに、開口部の投影面積を縮小する板部材が設けられていることが好ましい。

このような構成とすることで、鋼管杭内に進入する土砂が板部材によって押さえつけられるので、締め固めを促進することができる。

また、本発明に係る回転圧入鋼管杭の施工方法は、前記振動ロッドは、外管と、該外管より先端が下方に突出する内管と、からなる二重管構造になっており、前記内管のみを振動させるようにしてもよい。

本発明では、振動する内管が外管より下方に突出する部分の周囲のみの地盤（鋼管杭内の土砂）を緩め、かつ締め固めることができる。この場合、内管の外管からの突出長さを適宜設定することで、地盤の緩み領域や締め固め領域を調整することができる。

本発明の回転圧入鋼管杭の施工方法によれば、貫入抵抗を低減させることで施工性を向上させ、回転圧入により目標深度に確実に到達できるうえ、従来の回転圧入工法と同等以上の鋼管杭の支持力を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態による鋼管杭の施工方法を示す一部破断した側面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、鋼管杭の施工手順を示す説明図である。 振動ロッドの先端の位置を説明するための縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態による鋼管杭の施工方法を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態による鋼管杭の施工方法を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第４の実施の形態による鋼管杭の施工手順を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６（ｄ）に続く鋼管杭の施工手順を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第５の実施の形態による鋼管杭の施工手順を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第６の実施の形態による鋼管杭の施工方法を示す縦断面図である。 図９（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図であって、鋼管杭の水平断面図である。 第７の実施の形態による第１施工方法を模式的に示した図である。 第７の実施の形態による第２施工方法を模式的に示した図である。 第７の実施の形態による第３施工方法を模式的に示した図である。 第７の実施の形態による第４施工方法を模式的に示した図である。 実施例による実験の結果を示す図であって、貫入抵抗比と支持力比との関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、第１変形例による鋼管杭内の振動ロッドの構成を示す水平断面図である。 第２変形例による鋼管杭の構成を示す縦断面図である。 第３変形例による振動ロッドの構成を示す縦断面図である。 第４変形例による鋼管杭の構成を示す縦断面図である。 第５変形例による鋼管杭の構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法は、鋼管杭１（回転圧入鋼管杭）を回転圧入装置１０を用いて圧入する施工において、この施工時に鋼管杭１内に加振装置２０によって振動ロッド２を挿入し、振動ロッド２を振動させながら鋼管杭１を支持層Ｇ１に貫入するまで圧入させる方法である。
ここで、図１の符号Ｇ０は地盤における軟弱層を示し、符号Ｇ１は中間層Ｇ０の下層に位置する支持層を示している。また、鋼管杭１及び振動ロッド２において、それぞれ下端を先端１ａ、２ａという。

鋼管杭１は、例えば直径１０００ｍｍで上下端が開口する筒状の鋼管からなり、溶接により接合され同軸線上に複数本が継ぎ足されることにより施工される。
回転圧入装置１０は、鋼管杭１を外周側から把持するジャッキ（不図示）を備え、ジャッキで把持した鋼管杭１を管軸を中心にして回転させ、かつ下方に向けて押圧する機能を有している。

加振装置２０は、例えば鋼矢板の打設等に使用される周知のバイブロハンマ等を採用することができ、図示しないクレーンによって吊り下げられるとともに、先端２ａ（下端）が円錐形状をなす振動ロッド２の上端２ｂを把持して上下方向に振動可能となっている。振動ロッド２は、例えば外径寸法１００ｍｍの鋼製管状のものが使用され、水平断面視で鋼管杭１の略中心部に位置している。

次に、具体的な鋼管杭１の施工方法について説明する。
先ず、図１に示すように、回転圧入装置１０を鋼管杭１の打設位置となる地盤上に設置し、最初に打設する鋼管杭１をセットする。続いて、振動ロッド２を装着した加振装置２０をクレーンによって吊り下げ、振動ロッド２の先端２ａが鋼管杭１の先端１ａに対して所定の位置（ここでは、振動ロッド２の先端２ａが鋼管杭１の先端１ａより深い位置）になるように鋼管杭１内に挿入して圧入準備が完了となる。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１工程では、鋼管杭１の回転圧入を開始し、同時に鋼管杭１内で振動ロッド２に振動を付与して地盤に貫入させ、第２工程において支持層Ｇ１における鋼管杭１の杭到達目標深度Ｐ１まで打設し到達させる。ここで、杭到達目標深度Ｐ１とは、支持層Ｇ１において鋼管杭１の先端１ａを到達させる深度を意味する。このとき、振動ロッド２の先端２ａを鋼管杭１の先端１ａよりも深い位置にしながら加振装置２０により振動させることで、鋼管杭１内に進入する土砂（符号Ｇａ）及び鋼管杭１の直下の地盤（符号Ｇｂ）を緩めることができる。そのため、回転圧入される鋼管杭１に作用する鉛直方向の貫入抵抗を小さくすることができる。なお、杭到達目標深度Ｐ１は支持層Ｇ１の深度や土質条件によるが、例えば支持層Ｇ１の深度が３０ｍで、鋼管杭１の杭径が１ｍの場合、杭到達目標深度Ｐ１は３０．５〜３５ｍで、鋼管杭１の外形寸法Ｄの０．５〜５倍を支持層Ｇ１に貫入させる。

ここで、振動ロッド２は、鋼管杭１の圧入とともに、鋼管杭１内に貫入させていく。振動ロッド２の先端２ａの位置は、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように鋼管杭１の先端１ａよりも下方に突出させた位置であっても良いし、好ましくは図３に示すように鋼管杭１が杭到達目標深度Ｐ１に到達するまでは鋼管杭１の先端１ａよりも浅い深度に配置されていることが良い。さらに具体的に振動ロッド２の先端２ａの位置は、図３に示すように、鋼管杭１の先端１ａに極力近く、上限値は鋼管杭１の先端１ａから鋼管杭１の外形寸法Ｄの２倍（２Ｄ）だけ離れた位置であることが効果的である。

なお、本実施の形態では、振動ロッド２が振動停止位置（到達するロッド最深目標深度Ｐ２）に到達するタイミングは、鋼管杭１の圧入を停止させて到達位置（鋼管杭１の先端１ａが到達する杭到達目標深度Ｐ１）に到達するタイミングと同じになる。つまり、鋼管杭１の杭到達目標深度Ｐ１と振動ロッド２のロッド最深目標深度Ｐ２はそれぞれ同時に到達することになる。ここで、ロッド最深目標深度Ｐ２とは、施工中に振動ロッド２が到達する最も深い深度を意味する。ロッド最深目標深度Ｐ２は杭到達目標深度Ｐ１によるが、例えば杭到達目標深度Ｐ１が３１ｍで、鋼管杭１の杭径が１ｍの場合、ロッド最深目標深度Ｐ２は２８〜３２ｍの範囲である。

次に、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すように、第３工程において、振動ロッド２がロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後、及び鋼管杭１が支持層Ｇ１における杭到達目標深度Ｐ１に到達した後に、振動ロッド２を振動させた状態のまま鋼管杭１の内部から引き抜く。振動ロッド２を引抜くと空隙ができ、周辺の地盤が落ち込む。その地盤を振動ロッド２の振動によって突き固めることで、前記第１工程及び第２工程で緩まった地盤中の密度が回復し、鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内に進入した土砂Ｇａの強度を回復することができる。ここで、図２（ａ）〜（ｅ）における鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａは、ドットの少ない部分（例えば図２（ｃ）の鋼管杭１内の土砂Ｇａ）が振動ロッド２によって緩んだ状態を示し、ドットの多い部分（例えば図２（ｅ）の鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂ）が振動ロッド２によって密度が回復した状態を示している。
そして、振動ロッド２を鋼管杭１から完全に引き上げることで、施工が完了となる。

なお、締め固めの施工管理方法としては、地盤の締め固めの分野で一般的に利用されている手法（例えば、非特許文献「土の締固め」、地盤工学・実務シリーズ３０、公益社団法人地盤工学会）を用い、振動ロッド２の応答加速度を測定して、その周波数分布が所定の状態になったときに所定の締め固め強度となったものと判断する方法などを採用することができる。

以上説明した回転圧入鋼管杭の施工方法によれば、図１及び図２に示すように、鋼管杭１を回転圧入により地盤に貫入させる際に、鋼管杭１内に挿入させた振動ロッド２を振動させながら同時に地盤に貫入させることができる。そのため、鋼管杭１の先端１ａ周囲の地盤を振動ロッド２の先端２ａで緩めながら鋼管杭１を回転圧入させることが可能となるので、鋼管杭１の貫入抵抗を低減させて施工性を向上させることができる。
このように鋼管杭１の貫入抵抗を低減することで、支持層Ｇ１において鋼管杭１の杭到達目標深度Ｐ１に確実に到達させることが可能となる。さらに、鋼管杭１の貫入抵抗を低減させることにより、圧入速度が増し、施工効率を向上させることができるうえ、回転圧入装置１０の小型化が可能となり、施工コストの低減を図ることができる。また、回転圧入装置１０の小型化によって施工スペースを縮減することができ、狭隘地での施工も可能になる。

また、この場合、振動ロッド２を振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜くことで、鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内の緩んだ土砂Ｇａの密度を回復することができる。つまり、振動ロッド２の貫入時に緩めた地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内の土砂Ｇａの強度を振動ロッド２のロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後に回復することができるので、鋼管杭１の圧入時に低下した地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内の土砂Ｇａの支持力を高めることができる。

さらに、本実施の形態では、鋼管杭１の圧入に加え、振動ロッド２による振動を付与する構成であるが、振動する振動ロッド２が鋼管杭１内に位置し、鋼管杭１の内部の地盤のみに振動を与えることから、必要エネルギーが小さく、鋼管杭１自体を打撃やバイブロハンマで貫入する場合に比べて騒音や振動を小さく抑えることができる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、振動ロッド２の先端２ａの位置は、鋼管杭１が杭到達目標深度Ｐ１に到達するまでは鋼管杭１の先端１ａよりも浅い深度に配置することができる。
この場合には、振動ロッド２によって鋼管杭１の内部に進入する土砂Ｇａのみが緩みの対象となるので、鋼管杭１内の土砂Ｇａによる貫入抵抗を効果的に低減することができる。また、鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａの貫入抵抗は、鋼管先端と、この先端から上方に前記２Ｄだけ離れた位置との間で卓越することが知られており、振動ロッド２の先端２ａの上限値は鋼管杭１の先端１ａから鋼管杭１の外形寸法Ｄの２倍（２Ｄ）だけ離れた位置とされることが効果的である。

上述のように本実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法では、貫入抵抗を低減させることで施工性を向上させ、回転圧入により目標深度に確実に到達できるうえ、従来の回転圧入工法と同等以上の鋼管杭１の支持力を得ることができる。

次に、本発明の回転圧入鋼管杭の施工方法による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法は、上述した第３工程において、振動ロッド２がロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後に、図４（ａ）に示すように地盤中の地下水Ｗを振動ロッド２の先端２ａから吸水しながら振動を加えつつ、図４（ｂ）に示すように鋼管杭１内から引き抜く方法となっている。この場合には、振動ロッド２の先端２ａに吸水用の孔（不図示）が形成されるとともに、吸い上げ用のパイプが振動ロッド２の内側又は外側に設けられている。
本第２の実施の形態では、振動ロッド２を振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜く際に、振動ロッド２の先端２ａから地下水Ｗを吸水することによって振動ロッド２の先端２ａ付近の地盤の間隙水圧が低下し、締め固めを促進させることができる。そのため、鋼管杭１の支持力をより向上させることができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法は、上述した第３工程において、振動ロッド２がロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後に、図５（ａ）に示すように振動ロッド２の先端２ａから地盤中および鋼管杭１内に進入した土砂に向けて砂Ｓを投入しながら振動を加えつつ、図５（ｂ）に示すように鋼管杭１内から引き抜く方法となっている。この場合には、振動ロッド２の先端２ａに砂噴射孔（不図示）が設けられ、鋼管杭１の外方から前記砂噴射孔に向けて砂Ｓを高圧で送るパイプが振動ロッド２の内側又は外側に設けられている。
第３の実施の形態では、振動ロッド２を振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜く際に、振動ロッド２の先端２ａから砂Ｓを投入することによって振動ロッド２の先端２ａ付近の地盤中および鋼管杭１内に進入した土砂Ｇａの密度が高まり、締め固めを促進させることができる。そのため、鋼管杭１の支持力をより向上させることができる。

（第４の実施の形態）
図６及び図７に示す第４の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法は、上述した第３工程において、図６（ａ）、（ｂ）に示すように振動ロッド２がロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後に、図６（ｃ）に示すように振動ロッド２を鋼管杭１の内部から引き抜く。次に、図６（ｄ）に示すように、引き抜いた振動ロッド２よりも接地面積がより大きい先端部２１を有する第２振動ロッド２Ａを鋼管杭１に挿入する。
そして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２振動ロッド２Ａの先端部２１から水などの流体Ｅを噴射させながら、先端部２１を鋼管杭１の先端１ａよりも深い位置まで貫入させる。その後、図７（ｃ）に示すように、第２振動ロッド２Ａを振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜く方法となっている。

本第４の実施の形態では、鋼管杭１の回転圧入時に地盤を緩ませる際に使用する振動ロッド２を第２振動ロッド２Ａに交換し、接地面積の大きな先端部２１を有する第２振動ロッド２Ａを鋼管杭１の内部から振動させたまま引き抜くことで、交換前の振動ロッド２の場合に比べて振動による締め固めの促進効率を向上させることができる。

また、第２振動ロッド２Ａをその先端部２１が鋼管杭１の先端１ａよりも深い位置となるまで貫入させる際に、第２振動ロッド２Ａの先端部２１から流体Ｅを噴射させることから、鋼管杭１の内部に進入して詰まっている土砂Ｇａを流体Ｅの噴射により緩めながら容易に到達位置まで貫入させることができる。

（第５の実施の形態）
図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、第５の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法では、図８（ａ）に示す振動ロッド２のロッド最深目標深度Ｐ２に到達して引き抜くタイミングは鋼管杭１が支持層Ｇ１に到達する前であって、図８（ｂ）に示すように、振動ロッド２を鋼管杭１が杭到達目標深度Ｐ１に到達する時点よりも先に引き抜く方法である。この場合、ロッド最深目標深度Ｐ２は、図８（ｂ）に示すように施工途中の鋼管杭１の先端１ａより浅い位置であってもよいし、鋼管杭１の先端１ａよりも深い位置であってもよい。振動ロッド２を引抜くタイミングは、例えば鋼管杭１の先端１ａが支持層Ｇ１に到達する１〜２Ｄ手前であり、その深度がロッド最深目標深度Ｐ２になる。

この第５の実施の形態の場合には、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように振動ロッド２の引抜き後に鋼管杭１の回転圧入のみとなり、振動ロッド２によって地盤を緩ませることなく杭到達目標深度Ｐ１に到達させることができる。つまり、振動ロッド２を引き抜いた後は、鋼管杭１の圧入に伴って鋼管杭内に進入する土砂Ｇａによって、管内が閉塞された状態で鋼管杭１が杭到達目標深度Ｐ１に到達されることになる。この場合、管内に閉塞された土砂の抵抗力が付加された、支持力を得ることができる。

（第６の実施の形態）
図９（ａ）、（ｂ）および図１０に示すように、第６の実施の形態による回転圧入鋼管杭の施工方法では、鋼管杭１の先端１ａ内面において、管径方向の内側に向けて突出するとともに、開口部の投影面積を縮小する板部材１２が設けられている。本実施の形態では、板部材１２は、周方向の全周にわたってリング状に設けられている。

本実施の形態のように板部材１２を設ける場合には、図９（ａ）に示す第１工程において振動ロッド２が板部材１２の中空部１２ｂを貫通した状態で、鋼管杭１の先端１ａ周囲の地盤Ｇｂを緩め、貫入抵抗を低減させることができる。また、図９（ｂ）に示す第２工程および第３工程においては、板部材１２がその下面１２ａ側で鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａを押え込み、締め固めを促進することができる。なお、板部材１２の設置位置は、鋼管杭１の先端１ａから１〜２Ｄ上方であることが好ましい。
また、板部材１２は、本実施の形態のように全周にわたって設けられることに限定されることはなく、周方向に部分的に配置されていてもよい。

（第７の実施の形態）
図１１〜図１４に示す第７の実施の形態による第１〜第４施工方法は、上述した施工中において、杭到達目標深度に到達する前まで振動ロッドを使用した補助施工を行い、振動ロッドを引き抜き（又は、引き抜かず）、鋼管杭を回転させた状態（又は、回転させない状態）で鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返しながら、徐々に鋼管杭の先端深度を深くしていき（又は、浅くしていき、又は深くしたのちに浅くし）、杭到達目標深度Ｐ１に到達させるようにした施工方法であって、鋼管杭の先端（下端）の位置を示している。なお、振動ロッドを引き抜いた場合には、圧入のみで鋼管杭を一定の深度を施工した後に、鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返し行うこともある。なお、押し込みと引き抜き量としては、例えば杭径の１０〜２０％とされる。

図１１に示す第１施工方法は、杭到達目標深度Ｐ１の未達点から鋼管杭を押し引きしながら打ち下げを行う方法である。
先ず、振動ロッドを使用した補助施工によって地表面から中間層の途中まで、すなわち支持層に到達する前まで施工する。これにより図２（ａ）、（ｂ）に示すように鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂが緩んだ状態となる。その後、振動ロッドを引き抜き（又は、引き抜かず）、鋼管杭を回転させた状態（又は、回転させない状態）で鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返しながら（以下、押し引き工程という）、徐々に鋼管杭の先端深度を深くしていき、杭到達目標深度Ｐ１に到達させる。このとき、鋼管杭の押し引きによって、補助施工によって緩んだ鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂの圧縮が蓄積されて、締め固めることができる。
このように、第１施工方法では、中間層の途中までは補助施工により貫入抵抗を低減して効率的に施工することができ、この区間で緩んだ鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂを押し引き工程において締め固め支持力を高めることができる。また、押し引き工程における施工機械の負荷は補助工程より大きくなるため、施工機械に余力がある場合に好適である。

図１２に示す第２施工方法は、杭到達目標深度Ｐ１を通過した適宜な位置の通過点から鋼管杭を押し引きしながら引き上げを行う方法である。
先ず、補助施工によって地表面から支持層に到達させ、さらに杭到達目標深度Ｐ１よりも深い所定停止位置Ｐ３まで施工する。その後、振動ロッドを引き抜き（又は、引き抜かず）、鋼管杭を回転させた状態（又は、回転させない状態）で鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返しながら押し引き工程を行い、徐々に鋼管杭の先端深度を浅くしていく。これにより、上述した所定停止位置Ｐ３よりも浅い範囲で緩んだ鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂを締め固めることができる。
このように、第２施工方法では、上述した第１施工方法に比べて支持力は小さくなるが、補助施工で杭到達目標深度Ｐ１よりも深く貫入させるので、杭到達目標深度Ｐ１まで確実に施工することができる。従って、支持層の地盤抵抗が高い場合や、中間層の層厚が厚く途中で管内閉塞が生じてしまい施工性が悪化する場合など、従来の回転圧入鋼管杭の施工方法では貫入が困難な場合に好適である。

図１３に示す第３施工方法は、杭到達目標深度Ｐ１から押し引きしながら打ち下げた後に、さらに引き上げを行う方法である。
先ず、補助施工によって地表面から支持層に到達させ、さらに杭到達目標深度Ｐ１に到達するまで施工する。その後、振動ロッドを引き抜き（又は、引き抜かず）、鋼管杭を回転させた状態（又は、回転させない状態）で鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返す押し引き工程を行いながら、徐々に鋼管杭の先端深度を深くしていき、所定の深さ位置Ｐ４に達した後に浅くしていく。これにより、補助施工によって緩んだ鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂを締め固めるとともに、杭先端よりも深い範囲で緩んでいない地盤をさらに締め固めることができる。
このように、第３施工方法では、杭到達目標深度Ｐ１まで確実に到達でき、かつ杭先端より深い範囲まで締め固めることができるので従来の回転圧入鋼管杭の施工方法では貫入が困難な場合においても大きな支持力を得ることができる。

図１４に示す第４施工方法は、支持層に達しない所定の深度Ｐ５から押し引きしながら打ち下げと引き上げを繰り返し行う方法である。
先ず、補助施工によって地表面から前記所定の深度Ｐ５まで施工する。その後、振動ロッドを引き抜き（又は、引き抜かず）、鋼管杭を回転させた状態（又は、回転させない状態）で鋼管杭の押し込みと引き抜きを繰り返す押し引き工程を行いながら、鋼管杭の先端深度を深くする打ち下げと、浅くしていく引き上げを繰り返し行う。このように、第４施工方法では、鋼管杭の押し込みと引き抜きの反復回数を増やすことで、補助施工によって緩んだ鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａ及び鋼管杭１の直下の地盤Ｇｂを復元するうえに、より一層締め固めることができる。

（実施例）
次に、本第７の実施の形態の効果を裏付けるための実験について詳細に説明する。
本実験では、表１に示すように、上述した第３施工方法に相当する実施例と、比較例を実施した。本実験では、鋼管外径で、実物の約１／１０の寸法の鋼管杭を使用し、地盤に対して回転圧入し、補助工法の振動ロッド（バイブロ補助）の代わりにバイブレータを採用した実験を行い、補助施工による貫入抵抗の低減の度合い、及び締め固めによる支持力回復の度合いについて確認した。

表１に示すように、実施例は、バイブロ補助と押し引き工程（引き抜き＋押し引き）とを行い、押し引き工程の前にバイブロを撤去するケースである。比較例は、バイブロ補助を用いない、従来の回転圧入工法のケースである。
押し引き工程を有する実施例では、杭到達目標深度から載荷最終深度まで押し込みと引き抜きを繰り返しながら貫入させた後、載荷最終深度から杭到達目標深度まで引き抜きと押し込みを繰り返しながら杭到達目標深度の位置まで引き上げた。杭到達目標深度から載荷最終深度までの距離は杭径の５０％であり、それぞれの押し込み量と引き抜き量は杭径の１０％〜２０％とした。バイブレータの径は鋼管外径の約２７％とし、バイブレータの先端は鋼管先端から杭頭側に鋼管外径の約５０％の位置とした。

実験における地盤は、飯豊珪砂７号（Ｄ_５００．２６ｍｍ）、Ｄｒ７０％目標で気中落下させて造成した。また、試験杭は、外径φが１０１．６ｍｍ、長さＬが５４８ｍｍで、試験杭の内部にバイブレータを設置した。また、実験において、施工時の圧入速度は５０ｍｍ／ｍｉｎ、回転速度は４ｒｐｍで制御し、載荷時の圧入速度を２ｍｍ／ｍｉｎで制御した。

図１５は、上述した実験の結果を示し、比較例の最大施工荷重、及び０．１Ｄ（杭径１０％変位）支持力をそれぞれ１．０としたときの、実施例の比を示している。すなわち、図１５は、横軸を貫入抵抗比、縦軸を支持力比とし、点線状の勾配は貫入抵抗に対する支持力の大きさである。図１５において、実施例の貫入抵抗比は比較例よりも小さく、上述した第７の実施の形態で貫入抵抗が低減されていることを実証していることがわかる。
また、実施例の支持力比は比較例より小さくなっているが、実施例の勾配は比較例より急勾配になっている。この場合、急勾配であるほど性能が良い（すなわち、少ない貫入抵抗で大きな支持力が得られる）ことを意味することから、実施例は比較例よりに性能が向上されていることを確認することができる。

以上、本発明による回転圧入鋼管杭の施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、振動ロッド２のロッド最深目標深度Ｐ２に到達した後に、振動ロッド２を振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜く第３工程を有する方法としているが、この第３工程を省略した施工方法であってもかまわない。すなわち、振動ロッド２は、鋼管杭１の回転圧入時に地盤Ｇｂおよび鋼管杭１内の土砂Ｇａを緩ませる際に用いる施工のみに採用されてもかまわない。
また、振動ロッド２は土砂に対して振動を与えるだけではなく、鋼管杭１内で上下動させるようにしてもよい。このように振動ロッド２を上下動させることにより、鋼管杭１内の土砂をより広範囲で緩めることができる。

また、他の実施の形態（第１変形例）として、図１６（ａ）に示すように鋼管杭１の中心軸線Ｏ上に挿入される振動ロッド２を引き抜いた後、さらに図１６（ｂ）に示すような鋼管杭１の内部における複数箇所において複数（図１６（ｂ）では３本）の振動ロッド２を振動させながら所定深度まで挿入し、振動させたまま引き抜くようにしてもよい。また、再挿入される振動ロッド２は、３本同時でも良いし、１本ずつ順次交換しても良い。さらに、再挿入される振動ロッド２の本数や断面中の位置については、図１６（ｂ）に示す形態に限定されることはなく、適宜変更することができる。
この場合には、鋼管杭１の断面内の複数箇所において振動ロッド２による締め固めを行うことができるので、鋼管杭１の断面における締め固め状態がばらつきが無く均一になり、支持力の向上を図ることができる。

また、鋼管杭１の先端１ａに地盤掘削用の切削ビットを設けるようにしてもよい。この場合には、鋼管杭１は回転に伴って切削ビットが地盤を切削しながら圧入されるので、礫などの硬い地盤であっても、切削ビットで砕きながら圧入することができ、施工効率の向上を図ることができる。

さらに、図１７に示す第２変形例のように、鋼管杭１の先端１ａに径方向の外側に突出する羽根１１が設けられていてもよい。このような羽根１１を設けることにより、鋼管杭１は回転に伴って羽根１１が地盤を切削、かつ撹拌しながら圧入されるので、圧入方向の推進力（トルク）が付与され圧入速度を速くすることができ、施工効率の向上を図ることができる。
なお、図１７に示す羽根１１は、鋼管杭１の先端１ａより上方に配置されているが、羽根１１が先端１ａの位置に設けられていて、羽根１１の内周縁が鋼管杭１の内周側に張り出していてもよい。また、羽根は鋼管杭１の外周に螺旋状に取り付けられており、１枚の羽根が外周のほぼ全周に渡って取り付けられていてもよく、また周方向に複数枚に分割されていてもよい。複数枚に分割される場合、鋼管杭１の先端１ａの端面に対して、やや傾斜させた状態で羽根が取り付けられ、隣り合う羽根の始端と終端が異なる高さで設けられていてもよい。

また、図１８に示す第３変形例のように、外管２２と、外管２２の先端２２ａより先端２３ａが下方に突出する内管２３と、からなる二重管構造の振動ロッド２Ｂを設け、内管２３のみを振動させることも可能である。
この場合には、振動する内管２３が外管２２より下方に突出する部分の周囲のみの地盤（鋼管杭１内の土砂Ｇａ）を緩め、かつ締め固めることができる。この場合、内管２３の外管２２からの突出長さを適宜設定することで、地盤の緩み領域や締め固め領域を調整することができる。

また、図１９に示す第４変形例のように、上述した第２の実施の形態の吸水と、第３の実施の形態の砂投入と、の両方の機能を振動ロッド２に備えるようにしてもよい。すなわち、振動ロッド２は外管２２と内管２３とからなる二重管構造となっている。図１９では、外管２２が振動ロッド２の先端から吸水される地下水Ｗを排水するための排水管をなしており、内管２３が砂Ｓの投入に使用され、振動ロッド２の先端２ａに設けられた砂噴射孔より高圧で地盤Ｇｂに向けて噴射させる。この場合も、振動ロッド２を振動させつつ引き抜きながら吸水および砂投入を行うことで、それぞれ単独で行う場合（第２の実施の形態、第３の実施の形態）よりも振動ロッド２の先端２ａ付近の地盤中および鋼管杭１内に進入した土砂Ｇａの密度が高まり、より効果的に締め固めを促進させることができる。

さらに、図２０に示す第５変形例のように、上述した第４の実施の形態の第２振動ロッド２Ａを使用し、流体Ｅではなく砂Ｓを地盤Ｇｂに向けて投入するようにしてもよい。具体的には、振動ロッド２がロッド最深目標深度に到達して鋼管杭１の内部から引き抜かれた後に、引き抜いた振動ロッド２よりも接地面積がより大きい先端部２１を有する第２振動ロッド２Ａを鋼管杭１に挿入する。そして、第２振動ロッド２Ａの先端部２１から砂Ｓを噴射させながら、先端部２１を鋼管杭１の先端１ａよりも深い位置まで貫入させる。その後、第２振動ロッド２Ａを振動させたまま鋼管杭１の内部から引き抜く方法である。この場合、接地面積の大きな先端部２１を有する第２振動ロッド２Ａを鋼管杭１の内部から振動させたまま引き抜くとともに、砂Ｓが投入されるので、締め固めの促進効率をさらに向上させることができる。

さらにまた、鋼管杭１の先端１ａの、内周面側あるいは外周面側の少なくとも一方に周方向に沿って延びる突起を設けるようにしてもよい。これにより鋼管杭１内に進入する土砂と突起との付着力が得られ、支持力をさらに増大させることができる。しかも、前記突起が鋼管杭１の周方向に設けられているので鋼管杭１内に進入する土砂Ｇａの閉塞を促進する効果を有する。

また、加振装置として、鋼管杭頭部の内面に収め、油圧などで鋼管杭に押圧される構成であってもよい。この場合には、加振装置が鋼管杭の内部に収まることから、鋼管杭が防音の役目を果たし、加振装置から生じる騒音を小さくできる。

なお、鋼管杭１、振動ロッド２の長さ、径寸法などの構成についても適宜設定することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 鋼管杭（回転圧入鋼管杭）
１ａ 先端
２、２Ｂ 振動ロッド
２Ａ 第２振動ロッド
２ａ 先端
１０ 回転圧入装置
１１ 羽根
１２ 板部材
２０ 加振装置
２１ 先端部
２２ 外管
２３ 内管
Ｐ１ 杭到達目標深度
Ｐ２ ロッド最深目標深度
Ｇ０ 軟弱層
Ｇ１ 支持層
Ｇａ 鋼管杭内の土砂
Ｇｂ 鋼管杭直下の地盤
Ｅ 流体
Ｓ 砂
Ｗ 地下水

Claims (13)

1. 鋼管杭を回転圧入させて地盤の支持層まで貫入させる回転圧入鋼管杭の施工方法であって、
   前記鋼管杭の内部に振動ロッドを挿入し、該振動ロッドを振動させた状態で前記鋼管杭を回転圧入させて地盤に貫入させる第１工程と、
   前記支持層において前記鋼管杭を該鋼管杭の杭到達目標深度に到達させる第２工程と、
   を有することを特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法。
2. 前記振動ロッドの先端の位置は、前記鋼管杭が前記杭到達目標深度に到達するまでは前記鋼管杭の先端よりも浅い深度に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
3. 前記鋼管杭が前記杭到達目標深度に到達する前、到達時点、又は通過後において、前記鋼管杭を回転させた状態、又は回転させない状態で前記鋼管杭の押し込みと引き抜きとを繰り返しながら、徐々に前記鋼管杭の先端深度を深くすることと、浅くすることと、を適宜選択して行うことで前記杭到達目標深度に到達させることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
4. 前記振動ロッドがロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドを振動させたまま前記鋼管杭の内部から引き抜く第３工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
5. 前記第３工程は、前記鋼管杭が前記支持層に到達する前のタイミングで行われることを特徴とする請求項４に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
6. 前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、地盤中の地下水を前記振動ロッドの先端から吸水し、前記鋼管杭内に進入した土砂を締め固めることを特徴とする請求項４又は５に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
7. 前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドの先端から地盤中および前記鋼管杭内に進入した土砂に向けて砂を投入し、前記鋼管杭内に進入した土砂を締め固めることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
8. 前記第３工程において、前記振動ロッドが前記ロッド最深目標深度に到達した後に、前記振動ロッドを前記鋼管杭の内部から引き抜く工程と、
   引き抜いた前記振動ロッドよりも接地面積がより大きい先端部を有する第２振動ロッドを前記鋼管杭に挿入する工程と、
   前記第２振動ロッドの前記先端部から流体を噴射させながら、前記先端部を前記鋼管杭の先端よりも深い位置まで貫入させる工程と、
   前記第２振動ロッドを振動させたまま前記鋼管杭の内部から引き抜く工程と、
   を有することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
9. 前記振動ロッドを引き抜いた後、さらに前記鋼管杭の内部における複数箇所に前記振動ロッドを振動させながら所定深度まで挿入し、振動させたまま引き抜くことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
10. 前記鋼管杭の先端には、地盤掘削用の切削ビットが設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
11. 前記鋼管杭の先端には、径方向の外側に突出する羽根が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
12. 前記鋼管杭の先端内面には、管径方向の内側に向けて突出するとともに、開口部の投影面積を縮小する板部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。
13. 前記振動ロッドは、外管と、該外管より先端が下方に突出する内管と、からなる二重管構造になっており、
    前記内管のみを振動させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回転圧入鋼管杭の施工方法。

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