JP7472877B2 - 杭の施工方法及び該杭の施工方法に用いるほぐし部材保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、管状の杭を地盤に回転貫入する杭の施工方法及び該杭の施工方法に用いるほぐし部材保持機構に関する。

従来、先端ビットや螺旋状の羽根を有した鋼管を回転させつつ地盤に貫入することで構築される鋼管杭が知られている。
鋼管杭のような下端に開口部を有する管状の杭を地盤に貫入する施工では、杭内に取り込まれる掘削土砂が増えるにつれて、杭内周面と杭内の土砂との摩擦抵抗が増大し、杭内が土砂で閉塞する現象が生じる。掘削土砂による杭内閉塞は、施工中の施工抵抗を増大させるが、施工後の杭の支持力性能を向上させる。言い換えれば、杭内の土砂による閉塞は、施工性にはマイナスに影響し、杭の支持力性能にはプラスに影響する。
そこで、支持層の上部にあって支持層に到達するまでの地盤（以下、中間層という）の掘削時には杭内の土砂による閉塞を抑制し、支持層への貫入時には杭内の土砂による閉塞を促進させるようにした技術が、例えば特許文献１～３に開示されている。

特許文献１では、内面に螺旋上の突起を有する鋼管杭を使用し、中間層の掘削時には、螺旋突起の傾斜角度よりも施工角度が大きくなるように鋼管杭の回転速度および貫入速度を調節し、支持層への貫入時には、螺旋突起の傾斜角度よりも施工角度が小さくなるように鋼管杭の回転速度および貫入速度を調節している。
これにより、中間層では突起が杭内の土砂を上向きに押し上げて杭内の土砂閉塞が抑制され、支持層では突起が杭内の土砂を下向きに押し込んで杭内の土砂閉塞が促進されるようになっている。

特許文献２では、先端に所定の角度を設けて取り付けられたビットを有する鋼管杭を使用し、中間層の掘削時と支持層への貫入時において鋼管杭の回転方向を逆方向に変えるようにしている。
これにより、中間層ではビットによって土砂が杭外へ押し出されて杭内の土砂閉塞が抑制され、支持層ではビットによって土砂が杭内に取り込まれて杭内の土砂閉塞が促進されるようになっている。

特許文献３では、杭内に杭中心に対して点対称となるように設けられた掘削リブを有する鋼管杭を、中間層の掘削時には回転圧入して、支持層における打ち止め時には回転させずに圧入するようにしている。
これにより、中間層では掘削リブによって杭内に取り込まれた土砂が掘削、攪拌されて杭内の土砂閉塞が抑制され、支持層では掘削リブによって杭内に取り込まれた土砂が押さえ込まれて杭内の土砂閉塞が促進されるようになっている。

特開２０１１－１５７７８０号公報 特開２００９－２４９８９３号公報 特開２００７－２８４８６６号公報

特許文献１は、鋼管杭の内側に設けられた螺旋突起の傾斜角を基準に、回転速度と貫入速度を調整することで、杭内閉塞の抑制と促進をコントロールするものであるが、この螺旋突起は杭先端から杭径の５倍以上の範囲に連続して設置される必要がある。
また、掘削土砂の粒径に対して突起高さが小さいと、特許文献１に記載のような、掘削土砂を上に押し上げる力は発揮されず、施工中の杭内閉塞を抑制できないことが想定される。杭を施工する地盤は粒径20mm以上の礫が存在することも多く、このような地盤に対しては高さの大きな突起あるいは内側に張り出した螺旋翼のようなものが必要となるため、前述の螺旋突起の必要範囲を考慮すると、鋼管杭の加工コストが膨大となる。

特許文献２は、ビットの取付角度に応じて、鋼管杭の内部に流入する土砂量を調整することができるが、貫入に伴い杭内の土砂量が一定量を超えると杭内に土砂による閉塞が発生することが考えられるため、施工中の閉塞抑制効果は不十分である。

特許文献３は、鋼管杭内に取り付けられた掘削リブによって、杭内の土砂を掘削、攪拌するものであるが、例えば粘性が強い地盤や、硬い地盤を掘削する場合には、掘削リブによる掘削、攪拌が困難であり、逆に施工中の杭内閉塞を促進させてしまうリスクがある。

また、特許文献１～３の方法はいずれも、形状や取付角度に制限のある部材を杭の内側又は先端に取り付ける必要があるので、杭自体の製造コスト増加や製造工程の煩雑化が懸念される。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、杭の製造コスト増加や製造工程を煩雑化させることなく、土砂閉塞を抑制したい範囲（例えば中間層）の掘削時には杭内の土砂閉塞を抑制し、所定の深さに到達後（例えば支持層）には杭内の土砂閉塞を促進させることができる杭の施工方法を提供することを目的としている。
また、該杭の施工方法に用いるほぐし部材保持機構を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る杭の施工方法は、管状の杭を地盤に回転貫入する方法であって、前記杭の軸方向に延びるほぐし部材を、前記杭の内壁に沿って１本以上配し、前記ほぐし部材によって杭内の土砂をほぐしながら前記杭を回転貫入する第１貫入工程と、前記杭が所定の深さに到達後、前記ほぐし部材を前記杭の回転と同一軸で回転させながら、前記杭を回転貫入させる第２貫入工程と、を備えたものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記所定の深さをL(m)としたときに、下記式（１）を満たすものである。
H-10D_out≦L≦H-D_out ・・・（１）
ここで、H：杭の打ち止め深さ(m)
D_out：杭の外径(m)

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記第２貫入工程において、前記ほぐし部材の一部を前記杭に固定するものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記第１貫入工程において、前記ほぐし部材の下端又は側面に形成した吐出孔から流体を吐出させるものである。

（５）また、本発明に係るほぐし部材保持機構は、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の杭の施工方法において用いられ、前記ほぐし部材を前記杭の貫入方向の動きに連動させると共に前記杭の回転方向の動きには連動させないように保持するものであって、一端が前記ほぐし部材の上端部に接続され他端が前記杭の中心に向かって延出する径方向部材と、一端が前記径方向部材の他端に接続され他端が杭の回転軸方向に延出する接続部材と、該接続部材の他端を回転可能に保持するロータリージョイントと、該ロータリージョイントを前記杭の中央に保持するロータリージョイント保持部材とを備えたものである。

（６）また、本発明に係るほぐし部材保持機構は、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の杭の施工方法において用いられ、前記ほぐし部材を前記杭の貫入方向の動きに連動させると共に前記杭の回転方向の動きには連動させないように保持するものであって、一端が前記ほぐし部材の上端部に接続され他端が前記杭の中心に向かって延出する径方向部材と、該径方向部材の他端を保持する送りネジ機構とを備え、該送りネジ機構は、一端が前記径方向部材に接続され他端が杭の回転軸方向に延出する筒状部材と、該筒状部材の他端に取り付けられたナットと、前記杭の回転に連動して回転すると共に前記ナットに螺合して前記筒状部材に挿入される送りネジとを有するものである。

本発明においては、杭の軸方向に延びるほぐし部材を杭の内壁に沿って１本以上配し、ほぐし部材によって杭内の土砂をほぐしながら杭を回転貫入する第１貫入工程と、杭が所定の深さに到達後、ほぐし部材を、杭の回転と同一軸で回転させながら杭を回転貫入させる第２貫入工程とを備えたことにより、土砂閉塞を抑制したい範囲（例えば支持層の上部にある中間層）の掘削時には、ほぐし部材が杭内の土砂をほぐして土砂閉塞を抑制する。また、所定の深さに到達後（例えば支持層）の貫入時には積極的に土砂閉塞を生じさせることができる。
また、杭自体に特別な加工を施す必要がないので、杭の製造コストを増加させたり製造工程を煩雑化させたりすることがない。

本発明の一実施の形態に係る杭の施工方法の説明する図である。 第１貫入工程を実施する方法の一例を説明する図である。 杭内で土砂閉塞が生じるメカニズムを説明する図である。 本発明の一実施の形態に係る第１貫入工程において、土砂閉塞が抑制されるメカニズムを説明する図である。 第１貫入工程を実施する方法の他の例を説明する図である（その１）。 第１貫入工程を実施する方法の他の例を説明する図である（その２）。 第２貫入工程を実施する方法の一例を説明する図である。 実施例に係る施工抵抗の試算結果を示したグラフであり、発明例（ほぐし部材あり）と比較例（ほぐし部材なし）を３つの観点で比較したものである。

本発明の一実施の形態に係る杭の施工方法は、管状の杭を地盤の予め定められた所定の深さに回転貫入する杭の施工方法であって、図１に示すように、軸方向に延びたほぐし部材３を、杭１の内壁に沿って配する。その状態で、ほぐし部材３によって杭１内の土砂をほぐしながら杭１を回転貫入する第１貫入工程と、杭１が所定の深さに到達後、ほぐし部材３を杭１の回転と同一軸芯で回転させながら、杭１を回転貫入させる第２貫入工程と、を備えたものである。
ここで管状の杭とは、軸方向に長い、中空の円筒型の杭を指す。例えば「既成杭」が挙げられる。より具体的には、プレストレスト・コンクリート杭(ＰＣ杭)、プレテンション方式プレストレスト・コンクリート杭(ＰＨＣ杭)、コンクリート外周部に鋼管を巻いたＳＣ杭、高強度鉄筋を導入したコンクリートのＰＲＣ杭、または、鋼管杭が挙げられる。管径に対する管厚の比（径厚比）が小さく貫入抵抗が小さいことから、特に鋼管杭への適用が好ましい。以下、ほぐし部材３と各工程について詳細に説明する。
なお、図１の黒矢印は杭１の動き、白矢印はほぐし部材３の動きを示している。
また、本明細書において「土砂」とは、掘削した地盤の土砂、掘削時に破壊した地盤の岩または掘削時に破壊した構造物の破片等、をまとめたものである。

本発明では、軸方向に延びたほぐし部材３を杭１の内部に杭１の内壁に沿って配し、第１貫入工程と第２貫入工程の両工程を行う。
ほぐし部材３は、杭１とは別の独立した部材であり、例えば山形鋼、パイプ、溝形鋼、平鋼、棒鋼などが挙げられるが、特にその杭径方向にそった断面形状は限定されない。
但し、土砂の粒径によっては、ほぐし部材３の張り出し幅ａ（図１（ａ）参照）が小さすぎると、第１貫入工程における杭１内の土砂のほぐし効果が十分に発揮されない場合がある。そのため、張り出し幅ａは10mm以上であることが好ましい。
また、ほぐし部材３より深い位置で土砂閉塞が生じないように、ほぐし部材３の下端は杭１の先端部近傍に配置されるのが好ましい。具体的には、杭１の先端から杭直径の２倍以内の高さにほぐし部材３の下端を配置するのが好ましい。
なお、ほぐし部材３は、必ずしも杭１の内壁に接触している必要はなく、杭１の内壁付近に位置していればよい。
また、ほぐし部材は、合わせて使用する管状の杭１に対し、杭１の内壁に沿って軸方向に延びた形状をしている。さらに、杭１の軸方向にほぼ直線状に延びていれば、さらに好ましい。

＜第１貫入工程＞
第１貫入工程は、地表から地中に向かって、地盤９に杭１を回転貫入する工程である。図１（ａ）に示すように、杭１の回転貫入に伴って、杭１の内壁に沿って配したほぐし部材３を貫入する。そして、ほぐし部材３によって杭１内の土砂をほぐしながら杭１を回転貫入するものである。より具体的には、この第１貫入工程においては、ほぐし部材は杭１に対し相対的にほぼ回転させずに貫入する。

第１貫入工程では、杭１に回転力と圧入力を与えて地盤に回転貫入するのに対し、ほぐし部材３には、圧入力のみ与えて地盤に貫入する。このような第１貫入工程中においてほぐし部材３を保持する方法の例を図２に基づいて説明する。
なお、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線円で囲んだ部分の拡大図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ－Ａ矢視図（杭１の内側のみ図示）である。

第１貫入工程においては、例えば図２（ａ）に示すように、杭打機５のリーダー７で杭１の上端を把持して杭１を地盤９に回転貫入する。
このとき、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、杭１内にはほぐし部材保持機構１０によりほぐし部材３が保持されている。ほぐし部材保持機構１０は、つっぱり部材１１（本発明のロータリージョイント保持部材）、ロータリージョイント１３、径方向部材１５および接続部材１７を含む。

ロータリージョイント１３は上部と下部が独立して回転可能な構造になっており、ロータリージョイント１３上部には、つっぱり部材１１の一端が接続され、前記上部と共に回転可能になっている。一方、ロータリージョイント１３の下部には、接続部材１７が接続され、接続部材１７はロータリージョイント１３の下部と共に回転可能になっている。
つっぱり部材１１は杭の径方向に伸縮可能な２本以上の腕（図２（ｃ）では４本）を備えており、この腕の一端はロータリージョイント１３に接続され、他端は杭１の内壁に押し付けられている。また、杭１の内壁には、つっぱり部材１１の他端を上下に挟み込むような突起が取り付けられ、つっぱり部材１１の他端が杭１の上下動に追従して上下動するようになっている。

伸縮可能なつっぱり部材１１によって、ロータリージョイント１３が杭１内のほぼ中央、すなわち杭１の回転の中心軸、に保持されている。ほぐし部材３の上端には、径方向部材１５の一端が接続されており、径方向部材１５の他端は杭１の中心に向かって延出している。径方向部材１５の他端には接続部材１７の一端が接続され、接続部材１７の他端は杭１の回転軸方向に延出し、ロータリージョイント１３に保持されている。これにより、径方向部材１５と接続部材１７を介してほぐし部材３がロータリージョイント１３に取り付けられている。

つっぱり部材１１の先端は杭１の内壁に押し付けられた状態であるため、杭１がリーダー７の回転に合わせて回転した際には、摩擦力によってつっぱり部材１１も回転する。しかし、ロータリージョイント１３の上部と下部は独立して回転することが可能な構造なため、つっぱり部材１１が接続されたロータリージョイント１３の上部が回転しても、ロータリージョイント１３の下部は回転することはほとんどない。なぜなら、杭１の回転は、ロータリージョイント１３により接続部材１７には伝達されないので、接続部材１７に取り付けられた径方向部材１５とほぐし部材３はほとんど回転しない。

一方、杭１の上下の動きに対しては、杭１の内壁の突起を介してつっぱり部材１１も同様に上下することで、ほぐし部材３も杭１の動きに連動して上下することができる。
上記のように、つっぱり部材１１とロータリージョイント１３を介してほぐし部材３を杭１に取り付けたことにより、ほぐし部材３は杭１の上下方向の移動には連動するが、杭１の回転には連動しない。
これにより、ほぐし部材保持機構１０により、ほぐし部材３を杭１の貫入方向の動きに連動させると共に杭１の回転方向の動きには連動させないように保持することができる（図１（ａ）参照）。

上記のようにすることで、第１貫入工程では、杭１内の土砂閉塞を抑制しながら杭１を回転貫入することができるが、この力学的メカニズムについて、図３と図４に基づき説明する。
管状の杭１を地盤９に貫入するときに杭内閉塞が促進されるか否かは、図３（ａ）に示すように、杭内の土砂１９のある区間（上下の破線で挟まれた部分）に作用する下向きの力と上向きの力のバランスによって決まる。
ここで、下向きの力とは、対象区間の上部の杭内の土砂１９から作用する押し込み力Ａと、対象区間の杭内の土砂１９の自重Ｂと、対象区間の杭内の土砂１９と杭内壁との摩擦力Ｃである。上向きの力とは、対象区間の下部の杭内の土砂１９の抵抗力（＝その場に留まろうとする力）Ｄである。

杭内の土砂１９の全長において、下向きの合力Ａ＋Ｂ＋Ｃを抵抗力Ｄが上回った場合（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＜Ｄ）、図３（ｂ）のように、杭内の土砂１９はその場に留まり続けた状態で杭１のみが貫入されるため、見かけ上は杭１に対して杭内の土砂１９が杭１内を上昇し、杭１を貫入した分だけ杭１内に土砂が取り込まれる。この状態では、杭内の土砂１９はほとんど圧縮されないため、杭内閉塞は促進されない。

一方、杭内の土砂１９の一部の区間において、下向きの合力Ａ＋Ｂ＋Ｃが抵抗力Ｄ以上となった場合（Ａ＋Ｂ＋Ｃ≧Ｄ）、対象区間の杭内の土砂１９は杭１の貫入と共に下方向に移動するため、図３（ｃ）のように、杭１内に土砂が取り込まれずに杭内の土砂１９の天端が下がる。この状態では、対象区間の杭内の土砂１９は下方向へ移動するとともに圧縮されて締め固まるので、更に下の区間の杭内の土砂１９への押し込み力Ａが増大する。

杭内の土砂１９と杭内壁との摩擦力Ｃは、杭内の土砂１９から杭内壁にかかる水平側圧および杭内の土砂１９と杭内壁の摩擦係数によって定まるが、杭内の土砂１９から杭内壁にかかる水平側圧は、上部の杭内の土砂１９から作用する押し込み力Ａの増大に伴って増加する。そのため、上部からの押し込み力Ａが増大すると摩擦力Ｃも増大する。したがって、下方にいくにつれて、下向きの合力Ａ＋Ｂ＋Ｃが大きくなっていき、杭１の下端では杭１内に土砂が取り込まれにくくなり、杭内閉塞が促進される。

次に、回転貫入される杭１と杭内の土砂１９の関係について図４に基づいて説明する。
なお、図４の実線矢印は杭１の動き、破線矢印は杭内の土砂１９の動きを示している。
杭内の土砂１９の全長においてＡ＋Ｂ＋Ｃ＜Ｄの場合、図３（ｂ）と同様に、杭内の土砂１９は杭１に追従して回転することなくその場に留まり続けた状態で杭１が貫入される（図４（ａ）参照）。
一方、杭内の土砂１９の一部の区間においてＡ＋Ｂ＋Ｃ≧Ｄとなった場合、当該区間から下方では杭内の土砂１９と杭内壁との摩擦力が増大するので、杭１の回転貫入に伴って、杭内の土砂１９も杭１と一体となって回転しながら下方に移動する（図４（ｂ）参照）。したがって前述のように杭１内の土砂閉塞が促進される。

この点、本実施の形態の第１貫入工程では、杭内壁の近傍にほぐし部材３を配した状態で杭１だけを回転させているので、杭内の土砂１９が杭１とともに回転しようとしても、第１貫入工程においてほぐし部材３は回転しないので、ほぐし部材３によって杭内の土砂１９の回転が阻害され（図４（ｃ）参照）、杭内壁近傍の杭内の土砂１９が破壊される（＝ほぐされる）。これによって、摩擦力Ｃが急減に低下し、その結果、下向きの合力Ａ＋Ｂ＋Ｃが低減されて、土砂を杭１内に取り込みながら杭１を貫入でき、土砂閉塞が抑制される。

なお、図２で説明した方法の場合、杭１と共に回転する杭内の土砂１９に押圧されてもほぐし部材３が回転することなく杭内の土砂１９をほぐせるように、一定以上の重量を有するほぐし部材３を用いるのが好ましい。また、硬い地盤に施工する場合などは、ほぐし部材３の回転を防止する手段を講じるのがより好ましい。
そこで、第１貫入工程中においてほぐし部材３を保持する方法の他の例として、特に硬い地盤に対しても好適な例を、図５に示す。なお、先に説明した「杭打機５のリーダー７で杭１の上端を把持して杭１を地盤９に回転貫入する」場合と共通の部材については、詳細な説明を省略する。

図５に示す例は、ほぐし部材保持機構として回転力を推力に変換する送りネジ機構を利用したものであり、杭１内にはほぐし部材保持機構１８によりほぐし部材３が保持されている。
ほぐし部材保持機構１８は、ほぐし部材３の上端部に接続され他端が杭１の中心に向かって延出する径方向部材１５と、径方向部材１５の他端を保持する送りネジ機構２０とを備えている。
そして、送りネジ機構２０は、一端が径方向部材１５に接続され他端が杭１の回転軸方向に延出する筒状の筒状部材２５と、筒状部材２５の他端に取り付けられたナット２３と、杭１の回転に連動して回転すると共にナット２３に螺合して筒状部材２５に挿入される送りネジ２１とを有している。なお、図５の送りネジ２１は杭打機５のリーダー７に固定されているものとする。

筒状部材２５の外径はナット２３の径よりも小さく、筒状部材２５の内径は送りネジ２１が挿入可能な大きさである。そして、送りネジ２１、ナット２３および筒状部材２５は、杭１内のほぼ中央、すなわち杭１の回転の中心軸、に保持されている。
上記の送りネジ機構２０においては、リーダー７の回転に連動して送りネジ２１が回転するが、ナット２３と筒状部材２５は回転しない。同時に、リーダー７の下方への移動に連動して送りネジ２１が下方に移動した場合は、ナット２３と共に筒状部材２５も下方に移動する。その結果、筒状部材２５に径方向部材１５を介して連結しているほぐし部材３も下方に移動する。しかし、送りネジ２１の回転は、ナット２３があるために筒状部材２５には伝達されないので、杭１の回転合わせて筒状部材２５に取り付けられた径方向部材１５とほぐし部材３はほとんど回転しない。

前述したように、杭１内に土砂閉塞が生じ始めると杭内の土砂が杭と共に回転しはじめてほぐし部材３に回転方向の力がかかる。このほぐし部材３を回転させる力は送りネジ機構２０によって送りネジ２１を上下に動かす力に変換されるが、送りネジ２１はリーダー７に固定されていて上下には動かないため、結果としてほぐし部材３は回転しない。

上記のように、送りネジ機構２０を介してほぐし部材３と杭打ち機５のリーダー７が接続しているので、ほぐし部材３はリーダー７の上下方向の移動には連動するが、リーダー７の回転には連動しない。そして、送りネジ機構２０がほぐし部材３の回転を防止するので、硬い地盤などに適用する場合に好適である。

なお、送りネジ２１の回転が続くと、ナット２３が送りネジ２１の下端に到達して送りネジ２１から外れてしまうことが考えられる。そこで、送りネジ２１のピッチを小さくし、１回転あたりのナット２３の移動量を小さくする（例えば１回転あたりを移動量を1mm以下にする）ことで、第１貫入工程におけるリーダー７の回転数ではナット２３が外れないようにするとよい。
また、図５の方法では、ほぐし部材３の先端位置は、ナット２３の移動量の分だけ初期位置よりも下方に移動するため、ほぐし部材３の先端位置が杭１の先端位置に近く、かつ、杭１の回転数が多いと、理論上はほぐし部材３が杭１の先端から突出することになる。しかし、実際は、杭１を連続して貫入できる長さは最大でも12m程度であり、それ以上の杭長の場合は、杭１の縦継ぎ工程が発生する。前述のように、杭１内の土砂はほぐされており、杭１の縦継ぎ時にほぐし部材３を引き抜いて先端位置を調整することは容易にできる。12mを貫入するために必要な杭１の回転数は多くとも300回転程度であるため、1回転あたりのナット２３の移動量を1mmとすると、ほぐし部材３の先端位置は300mmしか下方に移動することはない。そのため、ほぐし部材３の初期先端位置を、例えば杭１の先端から杭直径の２倍上方に設定しておけば、施工中にほぐし部材３が杭１の先端から突出することはない。

上記は杭打機５を用いて施工する場合を例に挙げたものであるが、杭打機５以外の方法で杭１を施工する場合に、第１貫入工程中にほぐし部材３を保持する方法について説明する。
図６に、全回転チュービング装置２７を使用して杭１を施工する例を示す。全回転チュービング装置２７は、杭１の上端を塞ぐことなく、杭１を回転貫入することができる。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ－Ｂ矢視図である。なお、先に説明した「杭打機５のリーダー７で杭１の上端を把持して杭１を地盤９に回転貫入する」場合と共通の部材については、詳細な説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、杭１内には保持部材によりほぐし部材３が保持されている。保持部材は、つっぱり部材１１、ロータリージョイント１３、径方向部材１５および接続部材２９を含む。杭１内には、伸縮可能なつっぱり部材１１によってロータリージョイント１３が杭１内のほぼ中央、すなわち杭１の回転の中心軸、に保持されている。ほぐし部材３の上端には杭中央に延びた径方向部材１５が設けられ、この径方向部材１５の先にはロータリージョイント１３を貫通して杭１の上端に延びた接続部材２９が設けられている。接続部材２９は、全回転チュービング装置２７の上に組まれたフレーム３１に上下方向の移動が可能な状態で回転が制限されるように保持されている。具体的には、接続部材２９の断面を、楕円形状あるいは四角形状として、フレーム３１には接続部材２９の断面と同形状の貫通孔を設ければ、回転のみを制限するようにできる。

上記は、図２（ｂ）の例と同様に、つっぱり部材１１とロータリージョイント１３を介してほぐし部材３と杭１が接続しているので、ほぐし部材３は杭１の上下方向の移動には連動するが、杭１の回転には連動しない。そして、フレーム３１がほぐし部材３の回転を抑制するので、硬い地盤などに適用する場合に好適である。

＜第２貫入工程＞
第２貫入工程は、杭１が所定の深さに到達後、図１（ｂ）に示すように、ほぐし部材３を杭１の回転と同一軸芯で回転させながら、杭１を回転貫入するものである。このときほぐし部材３は、杭１と共に貫入させながら回転させてもよいし、貫入は行わずに回転させるだけでもよい。

ほぐし部材３を杭１の回転と同一軸芯で回転させることで、摩擦力Ｃが大きくなる。そのため、杭内の土砂１９が杭１と共に回転しようとしたときに、ほぐし部材３がこれを阻害する（図４（ｃ）参照）ことがなくなる。その結果、杭１の回転貫入に伴って土砂閉塞が促進される。したがって、所定の深さからさらに深い位置に積極的に土砂閉塞を生じさせることができ、杭１の支持力性能を向上させることができる。ここで、ほぐし部材３を、杭１の回転と同程度の速度で回転させれば、土砂閉塞はより促進され、好ましい。

なお、第２貫入工程における貫入長が短すぎると、十分な土砂閉塞効果を得られない可能性がある。そこで、杭１を打ち止める深さよりもある程度手前の深さから、第２貫入工程を実施することが好ましい。どの程度の深さまで杭１が到達したときに第２貫入工程を実施するかについて、以下に説明する。

杭１内を十分に閉塞させる貫入長（第２貫入工程での貫入長）は、杭１内に取り込まれる土砂の性状や杭１の外径によって変化する。通常は、短い場合で杭１の外径の１倍程度の長さが、長い場合で杭１の外径の１０倍程度の長さとなる。
上記のことから、本実施の形態における第２貫入工程を開始する所定の深さL(m)は、下記式（１）を満たすことが好ましい。
H-10D_out≦L≦H-D_out ・・・（１）
ここで、H：杭の打ち止め深さ(m)
D_out：杭の外径(m)
なお、第２貫入工程を地盤９中の支持層で行う場合においては、所定の深さLに「支持層の上端までの深さ（ｍ）」を設定するのが好ましい。

次に第２貫入工程を実施する方法を図７に基づいて説明する。
図７は、図２で説明した方法で第１貫入工程を実施したあとに第２貫入工程を実施する場合の例を示したものある。
第２貫入工程においては、図７に示すように、第１貫入工程で用いたつっぱり部材１１とロータリージョイント１３を杭１内から取り外し、ほぐし部材３と杭１を例えば図中黒丸で示す溶接部で溶接する。このようにすることで、ほぐし部材３が杭１に固定され、杭１の回転に伴ってほぐし部材３も杭１と同一軸芯で回転させることができる。

なお、ほぐし部材３の上部の一部分が杭１に固定されていれば、下部は固定されていなくてもよい。これは、杭内の土砂が杭１と一体となって回転するため、杭内の土砂に拘束されたほぐし部材３の下部も、杭１と一体となって回転するためである。
また、杭１の施工完了後にほぐし部材３を杭内部に残置しても、杭１の鉛直支持力や水平抵抗力に影響は生じない。

上記のように本実施の形態によれば、ほぐし部材３によって杭内の土砂をほぐしながら杭１を回転貫入する第１貫入工程と、所定の深さに到達後、ほぐし部材３を杭１の回転と同一軸芯で杭１と共に回転させながら、杭１を回転貫入させる第２貫入工程とを備えたことにより、所定の深さまでは第１貫入工程によって杭１内の土砂閉塞を抑制し、所定の深さ以降は第２貫入工程によって積極的に杭１内に土砂閉塞を生じさせることができる。したがって、所定の深さまで（例えば、支持層の上部にある中間層）の掘削時には貫入抵抗を抑制して作業性を向上し、所定の深さに到達後（例えば支持層）の貫入時には積極的に土砂閉塞を生じさせ、杭１の支持力性能を向上させることができる。
また、杭本体に特別な加工を施す必要がないので、杭１の製造コストを増加させたり製造工程を煩雑化させたりすることがない。

なお、上記実施の形態は、ほぐし部材３を杭１内に１本配したものであったが、ほぐし部材３は２本以上配してもよい。

また、本実施の形態では杭１を回転貫入する動力を用いてほぐし部材３を杭１と共に貫入させたり（第１貫入工程）、杭１と共に回転させたり（第２貫入工程）するものであったが、杭１を回転貫入する動力とは別の動力を用いるようにしてもよい。

さらに、パイプ等の流路を形成できる部材によってほぐし部材３を構成すれば、ほぐし部材３の内部に流体を通流させることができる。第１貫入工程において、ほぐし部材３の上部からエアー、水、掘削液などの流体を供給し、ほぐし部材３の下端及び／又は側面に設けた吐出口から流体を吐出するようにすれば、杭内閉塞の抑制効果をより高めることができる。このとき、ほぐし部材３の下端だけでなく側面にも吐出口を備えることで、杭１内の広い区間に流体を吐出することができ、杭内の土砂のほぐし効果がさらに向上するので好ましい。

本発明の第１貫入工程における効果を試算したので、その結果について以下に説明する。
本実施例の発明例として、直径318.5mm、板厚7.9mmの鋼管を杭として、杭の内壁沿ってほぐし部材を配し、杭の回転貫入に伴ってほぐし部材を貫入した場合の施工抵抗力を試算した。また、本実施例においては「所定の深さ」は「支持層の上端」とする。すなわち、第１貫入工程は支持層の上部にある中間層の貫入時に行い、第２貫入工程は支持層の貫入時に行う。
また、比較例として、同杭を単独で回転貫入した場合の施工抵抗力を試算した。
発明例（ほぐし部材あり）と比較例（ほぐし部材なし）について、鋼管の貫入長に対する杭内の土砂の長さ、鋼管を貫入するために必要な押し込み力及び鋼管を回転するために必要な回転トルクを比較したグラフを図８に示す。

図８（ａ）に示すように、比較例（ほぐし部材なし）は、貫入長1.5m付近から杭内の土砂の伸びが小さくなり、貫入長2.5m付近からは押し込み力や回転トルクが大きくなっている。これは、杭内に土砂閉塞が生じて施工抵抗が増大していることを示している。

一方、発明例（ほぐし部材あり）では、そのような現象は見られず、安定して杭内の土砂が伸び続けており、杭内の土砂閉塞を防止できていることがわかる。押し込み力や回転トルクに関しても低い値で安定しており、施工抵抗も小さい。

上記のように、本実施例によれば、杭の内壁に沿ってほぐし部材を貫入しながら杭を回転貫入することにより、杭内の土砂閉塞を防止して施工抵抗を低減できることが実証された。

また、第２貫入工程は、ほぐし部材を杭と一体的に回転させるので比較例（ほぐし部材なし）と同様の土砂閉塞現象が生じると考えられる。
したがって、第１貫入工程によって中間層に杭を貫入したあと、第２貫入工程によって支持層に杭を貫入することにより、中間層では施工抵抗を低減して、施工の最後には積極的に杭内に土砂閉塞を生じさせることができ、杭の先端支持力を向上させることができる。

１ 杭
３ ほぐし部材
５ 杭打機
７ リーダー
９ 地盤
１０ ほぐし部材保持機構
１１ つっぱり部材
１３ ロータリージョイント
１５ 径方向部材
１７ 接続部材（図２（ｂ）と（ｃ）の場合）
１８ ほぐし部材保持機構
１９ 杭内の土砂
２０ 送りネジ機構
２１ 送りネジ
２３ ナット
２５ 筒状部材
２７ 全回転チュービング装置
２９ 接続部材（図６（ａ）と（ｂ）の場合）
３１ フレーム
３３ 溶接部

Claims (6)

1. 管状の杭を地盤に回転貫入する杭の施工方法であって、
   前記杭の軸方向に延びるほぐし部材を、前記杭の内壁に沿って１本以上配し、
   前記ほぐし部材を前記杭の貫入方向の動きに連動させると共に杭の回転方向の動きには連動させないように保持し、杭とともに回転しようとする杭内の土砂の回転を前記ほぐし部材によって阻害することで、杭内の土砂をほぐしながら前記杭を回転貫入する第１貫入工程と、
   前記杭が所定の深さに到達後、前記ほぐし部材を前記杭の回転と同一軸で回転させながら、前記杭を回転貫入させる第２貫入工程と、
   を備えた杭の施工方法。
2. 前記所定の深さをL(m)としたときに、下記式（１）を満たす請求項１記載の杭の施工方法。
   H-10D_out≦L≦H-D_out ・・・（１）
   ここで、H：杭の打ち止め深さ(m)
   D_out：杭の外径(m)
3. 前記第２貫入工程において、前記ほぐし部材の一部を前記杭に固定する請求項１又は２に記載の杭の施工方法。
4. 前記第１貫入工程において、前記ほぐし部材の下端又は側面に形成した吐出孔から流体を吐出させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の杭の施工方法。
5. 管状の杭を地盤に回転貫入する杭の施工方法であって、
   前記杭の軸方向に延びるほぐし部材を、前記杭の内壁に沿って１本以上配し、
   前記ほぐし部材によって杭内の土砂をほぐしながら前記杭を回転貫入する第１貫入工程と、
   前記杭が所定の深さに到達後、前記ほぐし部材を前記杭の回転と同一軸で回転させながら、前記杭を回転貫入させる第２貫入工程と、を備えた杭の施工方法において用いられ、前記ほぐし部材を前記杭の貫入方向の動きに連動させると共に前記杭の回転方向の動きには連動させないように保持するほぐし部材保持機構であって、
   一端が前記ほぐし部材の上端部に接続され他端が前記杭の中心に向かって延出する径方向部材と、一端が前記径方向部材の他端に接続され他端が杭の回転軸方向に延出する接続部材と、
   該接続部材の他端を回転可能に保持するロータリージョイントと、該ロータリージョイントを前記杭の中央に保持するロータリージョイント保持部材とを備えたほぐし部材保持機構。
6. 管状の杭を地盤に回転貫入する杭の施工方法であって、
   前記杭の軸方向に延びるほぐし部材を、前記杭の内壁に沿って１本以上配し、
   前記ほぐし部材によって杭内の土砂をほぐしながら前記杭を回転貫入する第１貫入工程と、
   前記杭が所定の深さに到達後、前記ほぐし部材を前記杭の回転と同一軸で回転させながら、前記杭を回転貫入させる第２貫入工程と、を備えた杭の施工方法において用いられ、前記ほぐし部材を前記杭の貫入方向の動きに連動させると共に前記杭の回転方向の動きには連動させないように保持するほぐし部材保持機構であって、
   一端が前記ほぐし部材の上端部に接続され他端が前記杭の中心に向かって延出する径方向部材と、該径方向部材の他端を保持する送りネジ機構とを備え、
   該送りネジ機構は、一端が前記径方向部材に接続され他端が杭の回転軸方向に延出する筒状部材と、該筒状部材の他端に取り付けられたナットと、前記杭の回転に連動して回転すると共に前記ナットに螺合して前記筒状部材に挿入される送りネジとを有するほぐし部材保持機構。