JP7299482B2 - 既製杭の埋設方法及び既製杭を用いた基礎杭 - Google Patents

Description

本開示は既製杭の埋設方法及び既製杭を用いた基礎杭に関する。

基礎杭には、杭穴の掘削後、杭穴にセメントミルクを注入し、更に既製杭を沈設するプレボーリング工法によって構築されるものがある。
一般的に、杭穴の掘削には、オーガドリルを取り付けた杭打ち機が用いられるが、オーガドリルには、特許文献１が開示するように、杭穴の底部に拡大根固め部を形成するために拡大掘削可能な掘削ドリルを取り付けることがある。

特許５２５９６８９号公報

従来のプレボーリング工法では、杭穴の穴径（杭穴の軸部の径）は、既製杭の外径＋１００ｍｍ程度に設定されていた。そして、杭穴の掘削には、杭打ち機が用いられるが、杭穴の穴径は、杭打ち機におけるオーガドリルの掘削中心とガイドパイプの中心との距離（芯間距離）によって制約を受けていた。例えば、芯間距離が１０００ｍｍの場合、杭穴の穴径は１５００ｍｍ以下に設定されていた。

これに対し、本出願人は、プレボーリング工法において、従来よりも大径の杭穴に既製杭を埋設する工法を開発した。大径の杭穴は、従来よりも大型の杭打ち機を用意すれば掘削可能であるが、コスト増加を招いてしまう。このため、杭打ち機の大型化を招くことなく、従来よりも大径の杭穴を掘削可能な方法の開発が求められている。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、杭打ち機の大型化を招くことなく、より大径の杭穴を掘削する既製杭の埋設方法、及び既製杭を用いた基礎杭を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る既製杭の埋設方法は、
ガイドパイプを有するリーダ、前記ガイドパイプに上下動可能に取り付けられたオーガモータ、及び前記オーガモータに連結されたオーガドリルを具備する杭打ち機を用いて杭穴を掘削する杭穴掘削工程と、
前記杭穴に固化材を注入する固化材注入工程と、
前記固化材注入工程後に前記杭穴内に既製杭を埋設する埋設工程と、
を備え、
前記オーガドリルは、拡大掘削可能な拡大掘削ヘッドを有し、
前記杭穴掘削工程において、前記杭穴の入口から前記杭穴の底部まで、前記拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削を行い、
前記拡大掘削による前記杭穴の穴径は、前記オーガドリルの掘削中心から前記ガイドパイプの中心までの距離の１．５倍超である。

上記構成（１）によれば、杭穴の入口から底部まで拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削を行うことで、杭打ち機の大型化を招くことなく従来よりも大径の杭穴を掘削することができる。

また上記構成（１）によれば、オーガドリルの掘削中心からガイドパイプの中心までの距離（芯間距離）の１．５倍超の穴径を有する杭穴を掘削可能である。

（２）本発明の少なくとも一実施形態に係る基礎杭は、
ガイドパイプを有するリーダ、前記ガイドパイプに上下動可能に取り付けられたオーガモータ、及び前記オーガモータに連結されたオーガドリルを具備する杭打ち機を用いて掘削された杭穴と、
前記杭穴に注入されて固化した固化材と、
前記杭穴に固化材が注入されてから固化するまでの間に前記杭穴に埋設された既製杭と、を備え、
前記オーガドリルは、拡大掘削可能な拡大掘削ヘッドを有し、
前記杭穴は、前記杭穴の入口から前記杭穴の底部まで、前記拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削されたものであり、
前記拡大掘削による前記杭穴の穴径は、前記オーガドリルの掘削中心から前記ガイドパイプの中心までの距離の１．５倍超である。

上記構成（２）によれば、杭穴の入口から底部まで拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削を行うことで、杭打ち機の大型化を招くことなく従来よりも大径の杭穴を掘削し、杭穴に既製杭を埋設することができる。

また上記構成（２）によれば、オーガドリルの掘削中心からガイドパイプの中心までの距離（芯間距離）の１．５倍超の穴径を有する杭穴を掘削可能である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、杭打ち機の大型化を招くことなく、より大径の杭穴を掘削する既製杭の埋設方法、及び既製杭を用いた基礎杭が提供される。

本発明の一実施形態に係る既製杭の埋設方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 掘削工程を説明するための概略的な図である。 拡大掘削ヘッドの構成を概略的に示す正面図である。 図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。 芯間距離を説明するための図であり、図２中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図である。 上述した埋設方法によって構築された基礎杭の概略的な構成を示す図である。 他の拡大掘削ヘッドの構成を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態に係る既製杭の埋設方法（以下、単に埋設方法ともいう）の概略的な手順を示すフローチャートである。図１に示したように、埋設方法は、杭穴掘削工程Ｓ１と、固化材注入工程Ｓ３と、埋設工程Ｓ５と、を備えている。
図２は杭穴掘削工程Ｓ１を説明するための概略的な図である。杭穴掘削工程Ｓ１では、杭打ち機１を用いて地盤に杭穴３を掘削する。杭打ち機１はガイドパイプ５を有するリーダ７と、ガイドパイプ５に上下動可能に取り付けられたオーガモータ９と、オーガモータ９に連結されたオーガドリル１１とを備えている。杭打ち機１によれば、オーガモータ９によってオーガドリル１１を回転させながら下降させることで、地盤に杭穴３を掘削することができる。

固化材注入工程Ｓ３では、杭穴３にセメントミルク等の固化材を注入し、杭穴３の底部に根固め液を形成し、杭穴３の底部よりも上方に杭周液を形成する。固化材注入工程Ｓ２は、杭穴３の掘削と並行して行ってもよい。
埋設工程Ｓ５では、固化材注入工程Ｓ３後に杭穴３内に既製杭を埋設する。

ここで、オーガドリル１１は、一般的に、ロッド部１３と、ロッド部１３の周囲に一体に設けられたスパイラル部１５と、ロッド部１３の下端に連結される拡大掘削可能な拡大掘削ヘッド１７とを有する。図３は、拡大掘削ヘッド１７の構成を概略的に示す正面図である。図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。

図３及び図４に示したように、拡大掘削ヘッド１７は、軸部１９と、軸部１９の周りに一体に設けられた螺旋部２１と、杭穴３の底を掘削するための掘削ビット２３と、螺旋部２１に一体に設けられた拡大掘削ビット２５とを有する。拡大掘削ビット２５は、オーガドリル１１の回転方向に応じて拡開可能であり、拡大掘削ビット２５が拡大掘削ヘッド１７の径方向外側にて螺旋部２１よりも外側に突出することで、杭穴３の壁面を掘削して拡大掘削可能である。なお、オーガモータ９は、オーガドリル１１を左右両方向に選択的に回転させることができる。

そして、本実施形態では、杭穴掘削工程Ｓ１において、杭穴３の入口から杭穴３の底部まで、上から下に向かって、拡大掘削ヘッド１７の拡大掘削ビット２５を用いて拡大掘削を行う。換言すれば、杭穴３の掘削開始から掘削終了まで拡大掘削を行う。従って、杭穴３は、穴径（以下、拡大掘削径Ｄｅともいう）が入口から底部まで同一のストレート穴である。

上記構成によれば、杭穴３の入口から底部まで拡大掘削ヘッド１７を用いて拡大掘削を行うことで、杭打ち機１の大型化を招くことなく従来よりも大径の杭穴３を掘削することができる。

また、拡大掘削ヘッド１７の拡大掘削ビット２５を用いて杭穴３の入口から掘削すれば、拡大掘削ビット２５が突出しているか否かを地上で確認することができ、所望の穴径で拡大掘削を確実に行うことができる。
なお、掘削に先立って、拡大掘削ビット２５を溶接等によって固定してもよい。また、拡大掘削ビット２５の突出量を、杭穴３の穴径に応じて適宜調節してもよい。

幾つかの実施形態では、杭穴３の拡大掘削径Ｄｅは、オーガドリル１１の掘削中心からガイドパイプの中心までの距離（芯間距離）の１．５倍超である。なお、芯間距離は、杭打ち機１を側方から見たときの平面視での距離である。
ここで、図５は芯間距離を説明するための図であり、図２中のＶ－Ｖ線に沿う概略的な断面図である。従来、杭穴３の穴径（杭穴の軸部の穴径）は、オーガドリル１１の直径、すなわちオーガドリル１１のスパイラル部１５の外径によって規定されており、スパイラル部１５とガイドパイプ５との取り合いを考慮して、芯間距離の１．５倍以下に設定されていた。これに対し、上記構成によれば、拡大掘削ヘッド１７を用いて拡大掘削することにより、芯間距離の１．５倍超の拡大掘削径Ｄｅを有する杭穴３を掘削可能である。なお、杭穴３の拡大掘削径Ｄｅは、最大でも芯間距離の２倍以下である。

図６は、上述した埋設方法によって構築された基礎杭３０の概略的な構成を示す図である。図６に示したように、基礎杭３０は、杭穴３と、固化材３３と、既製杭３５とを備えている。

杭穴３は、ガイドパイプ５を有するリーダ７、ガイドパイプ５に上下動可能に取り付けられたオーガモータ９、及びオーガモータ９に連結されたオーガドリル１１を具備する杭打ち機１を用いて掘削されたものである。そして、オーガドリル１１は、拡大掘削可能な拡大掘削ヘッド１７を有し、杭穴３は、杭穴３の入口から杭穴３の底部まで、拡大掘削ヘッド１７を用いて拡大掘削されたものである。

固化材３３は、杭穴３に注入されて固化したものであり、本実施形態では、杭穴３の底部に位置する根固め液３３ａと、杭穴３の底部よりも上方に位置する杭周液３３ｂとによって構成されている。根固め液３３ａや杭周液３３ｂは、例えば、セメントミルクや、セメントミルクと掘削土とを混合したソイルセメントによって構成される。

既製杭３５は、杭穴３に固化材３３が注入されてから固化するまでの間に杭穴３に埋設（沈設）される。既製杭３５の下端部は、根固め液３３ａによって囲まれ、既製杭３５の下端部よりも上方は未固化の杭周液３３ｂによって囲まれる。その後、根固め液３３ａ及び杭周液３３ｂは固化して根固め部３７ａ及び杭周面部３７ｂをそれぞれ構成し、全体として基礎杭３０を構成する。

なお、既製杭３５は単杭であっても連結杭であってもよい。また、既製杭３５の種類も特に限定されることはなく、ＰＣ杭（プレストレストコンクリート杭）、ＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）あるいは鋼管杭等であってもよい。連結杭の場合、上杭として拡頭杭を用いてもよい。

上記構成によれば、杭穴３の入口から底部まで拡大掘削ヘッド１７を用いて拡大掘削を行うことで、杭打ち機１の大型化を招くことなく従来よりも大径の杭穴３を掘削し、杭穴３に既製杭３５を埋設することができる。

幾つかの実施形態では、図６に示したように、杭穴３の拡大掘削径Ｄｅは、杭穴３の入口から杭穴３の底部まで一定であって、既製杭３５の外径に応じて設定される基準掘削径Ｄｓの１倍以上２倍以下である。
上記構成によれば、既製杭３５の外径に応じて設定される基準掘削径Ｄｓの１倍以上２倍以下の拡大掘削径Ｄｅを有する杭穴３を掘削可能である。換言すれば、拡大掘削径Ｄｅは、基礎杭３０に求められる支持力に応じて、基準掘削径Ｄｓの１倍以上２倍以下に設定される。
なお、基準掘削径Ｄｓは、既製杭３５が軸部３５ａ及び軸部３５ａから径方向に突出する節部３５ｂとを有する節杭の場合、根固め部３７ａ内に位置する節部３５ｂの外径Ｄｏｎに０．０５ｍ加算した値であるが（Ｄｓ＝Ｄｏｎ＋０．０５）、外径Ｄｏｎが０．４４ｍの場合には、基準掘削径Ｄｓを０．５ｍとする（Ｄｓ＝０．５）。一方、既製杭３５がストレート杭の場合、基準掘削径Ｄｓは、ストレート杭の外径に０．０５ｍ加算した値である。

幾つかの実施形態では、既製杭３５の下端から根固め部３７ａの上端までの長さ（杭上根固め部長さ）は約２ｍである。
幾つかの実施形態では、拡大掘削径Ｄｅは、基準掘削径Ｄｓの１．５倍以上２倍以下に設定されるのが好ましい。
幾つかの実施形では、既製杭３５の下端から杭穴３の底までの距離（杭下根固め部長さ）Ｌ_Ｌは０ｍ以上２ｍ以下に設定され、好ましくは０．５ｍ以上２ｍ以下に設定され、より好ましくは１ｍ以上２ｍ以下に設定される。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、拡大掘削ヘッドの構成は上述したものに限定されることはない。図７は、他の拡大掘削ヘッド４０の構成を概略的に示す図である。拡大掘削ヘッド１７は、軸部４２、螺旋部４４、掘削ビット４６、拡大掘削ビット４８を有している。拡大掘削ビット４８は、軸部４２に揺動可能に取り付けられた可動翼５０を有しており、可動翼５０に拡大掘削ビット４８が取り付けられている。可動翼５０は、油圧制御により揺動可能である。拡大掘削ヘッド４０によれば、油圧制御により可動翼５０を揺動させて拡開することにより、拡大掘削ビット４８を螺旋部４４よりも径方向外側に突出させ、所望の穴径で拡大掘削可能である。
また、拡大掘削ヘッド１７では、螺旋部２１の構成からみてオーガドリル１１を逆転させたときに拡大掘削ビット２３が突出するように構成されているが、オーガドリル１１を正転させたときに拡大掘削ビット２３が突出するように構成されていてもよい。

１ 杭打ち機
３ 杭穴
５ ガイドパイプ
７ リーダ
９ オーガモータ
１１ オーガドリル
１３ ロッド部
１５ スパイラル部
１７,４０ 拡大掘削ヘッド
１９,４２ 軸部
２１,４４ 螺旋部
２３,４６ 掘削ビット
２５,４８ 拡大掘削ビット
３０ 基礎杭
３３ 固化材
３３ａ 根固め液
３３ｂ 杭周液
３５ 既製杭
３５ａ 軸部
３５ｂ 節部
３７ａ 根固め部
３７ｂ 杭周面部
５０ 可動翼

Claims (2)

1. ガイドパイプを有するリーダ、前記ガイドパイプに上下動可能に取り付けられたオーガモータ、及び前記オーガモータに連結されたオーガドリルを具備する杭打ち機を用いて杭穴を掘削する杭穴掘削工程と、
   前記杭穴に固化材を注入する固化材注入工程と、
   前記固化材注入工程後に前記杭穴内に既製杭を埋設する埋設工程と、
   を備え、
   前記オーガドリルは、拡大掘削可能な拡大掘削ヘッドを有し、
   前記杭穴掘削工程において、前記杭穴の入口から前記杭穴の底部まで、前記拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削を行い、
   前記拡大掘削による前記杭穴の穴径は、前記オーガドリルの掘削中心から前記ガイドパイプの中心までの距離の１．５倍超である
   ことを特徴とする既製杭の埋設方法。
2. ガイドパイプを有するリーダ、前記ガイドパイプに上下動可能に取り付けられたオーガモータ、及び前記オーガモータに連結されたオーガドリルを具備する杭打ち機を用いて掘削された杭穴と、
   前記杭穴に注入されて固化した固化材と、
   前記杭穴に固化材が注入されてから固化するまでの間に前記杭穴に埋設された既製杭と、を備え、
   前記オーガドリルは、拡大掘削可能な拡大掘削ヘッドを有し、
   前記杭穴は、前記杭穴の入口から前記杭穴の底部まで、前記拡大掘削ヘッドを用いて拡大掘削されたものであり、
   前記拡大掘削による前記杭穴の穴径は、前記オーガドリルの掘削中心から前記ガイドパイプの中心までの距離の１．５倍超である
   ことを特徴とする基礎杭。

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