JPH07233528A - 鋼管杭の施工方法及びその構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】支持力及び引っ張りに抗する力の優れた鋼管杭
の施工方法及びその構造を提供する。 【構成】地盤Ｇを掘削しながら固化材を注入し掘削した
土と混合撹拌させることで地盤にアルカリ性の改良土１
を所定深さ造る工程と、前工程で造られた改良土１に所
定長さの鋼管杭２を挿入配置する工程からなる鋼管杭の
施工方法。地盤Ｇの土と固化材との混合撹拌により造ら
れたアルカリ性の改良土１と、該改良土１に挿入配置さ
れた鋼管杭２とから構成され、該鋼管杭２は、円筒状の
鋼管３と、該鋼管３の少なくとも先端に設けられた抵抗
体４（５，６）とから構成された鋼管杭の構造。抵抗体
５，６は、複数枚のリブ５１，６１と、該リブ５１，６
１の上下に設けられたフープ鉄筋５５，６５とで構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼管杭の施工方法及び
その構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軟弱な地盤において、構造物を支
える地盤を改良する方法としては、セメント系固化材と
水とを混合し、それを現場の土と混合して円筒状の柱に
形成してこの上に基礎を構築するものや、鋼管杭を打ち
込み、この上に基礎を構築するものなどが採用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法には次のような問題があった。

【０００４】まず、前者の円筒状の柱に形成したもので
は、施工を低騒音、低振動で行えるものの、固化された
円筒状の柱のものは強度がコンクリートのように大きい
ものでなく、また、深くまで施工するのが困難であるた
め、大きな支持力が得にくいという問題があった。

【０００５】また、後者の鋼管杭を打ち込むものでは、
地中の深くまで打ち込むことができ、これに見合う支持
力が得られるものの、鋼管杭が長尺であるためコストが
高く、打ち込みであるため騒音、振動が大きいという問
題があった。

【０００６】また、これら両者には圧縮性能は十分にあ
るが、引っ張り性能に劣るという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
鋼管杭の施工方法は、地盤を掘削しながら固化材を注入
し掘削した土と混合撹拌させることで地盤にアルカリ性
の改良土を所定深さの柱状に造る工程と、前工程で造ら
れた改良土に所定長さの鋼管杭を挿入配置する工程から
なるものである。

【０００８】本発明の請求項２記載の鋼管杭の構造は、
地盤の土と固化材との混合撹拌により所定深さの柱状に
造られたアルカリ性の改良土と、該改良土に挿入配置さ
れた鋼管杭とから構成され、該鋼管杭は、円筒状の鋼管
と、該鋼管の少なくとも先端に設けられた抵抗体とから
構成されたものである。

【０００９】本発明の請求項３記載の鋼管杭の構造は、
抵抗体が、複数枚のリブと、該リブの上下に設けられた
フープ鉄筋とで構成されている。

【００１０】本発明の請求項４記載の鋼管杭の構造は、
鋼管径ｄ′、複数枚のリブで構成する外径ｄ、改良土の
径Ｄが、３×ｄ′≧ｄ、Ｄ−１００≧ｄの関係を満たす
ものである。

【００１１】本発明の請求項５記載の鋼管杭の構造は、
鋼管杭の本体の先端が開口されている。

【００１２】本発明の請求項６記載の鋼管杭の構造は、
鋼管杭の周面適所に、改良土の径と略同じ径を構成する
ガイド体が設けられている。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１記載の鋼管杭の施工方法で
は、地盤を掘削しながら固化材を注入し掘削した土と混
合撹拌させることで地盤に所定深さの改良土を造り、こ
の改良土が固化していない流動状の時に、鋼管杭を挿入
配置し、この後、改良土が固化することで、施工され
る。

【００１４】本発明の請求項２記載の鋼管杭の構造で
は、アルカリ性の改良土に鋼管杭を挿入配置することで
鋼管杭の腐食を抑えるとともに、改良土及び抵抗体等の
構造により支持力の増大を図る。

【００１５】本発明の請求項３及び４記載の鋼管杭の構
造のように、抵抗体が、複数枚のリブと、該リブの上下
に設けられたフープ鉄筋とで構成し、鋼管径ｄ′、複数
枚のリブで構成する外径ｄ、改良土の径Ｄが、３×ｄ′
≧ｄ、Ｄ−１００≧ｄの関係を満たすことで、さらに、
最良な構造とする。

【００１６】本発明の請求項５記載の鋼管杭の構造のよ
うに、鋼管杭の本体の先端を開口させることで、鋼管杭
を改良土に挿入する際に、この開口から鋼管内に改良土
が入りながら挿入されるので、該鋼管が大きな抵抗にな
らない。

【００１７】本発明の請求項６記載の鋼管杭の構造のよ
うに、鋼管杭の周面適所に、改良土の径と略同じ径を構
成するガイド体を設けたことで、鋼管杭を改良土に挿入
する際に改良土に対する芯出しを容易にする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１９】図１は、本発明に係る鋼管杭の構造を示し
ている。

【００２０】図において、１は地盤Ｇの土と固化材とに
よって後述する方法により造られた改良土１であり、固
化した際には円筒の柱状に形成される。

【００２１】前記改良土１内には鋼管杭２が挿入配置さ
れている。鋼管杭２は、図１及び図２に示すように下端
が開口３ａされた適宜長さを有する円筒状の鋼管３と、
該鋼管３の下端部周面に設けられた抵抗体４とから構成
されており、その軸芯が改良土１の中心軸と略同芯とな
るよう挿入配置されている。

【００２２】前記抵抗体４は、鋼管３の下端に設けられ
た第１抵抗体５と、該第１抵抗体５から適宜長さ隔てて
上方に配置された第２抵抗体６とから構成されている。

【００２３】第１抵抗体５は、鋼管３の下端の周面に所
定の間隔を隔てて略均等に配置された複数枚（図示例で
は８枚）のリブ５１と、該リブ５１の途中部上下に溶接
固定された２本のフープ鉄筋５５とから構成されてい
る。リブ５１は周面から外方に張り出すように上記鋼管
３に固設されている。リブ５１の外方に張り出す途中部
の上下には段差部５２，５３が形成され、この段差部５
２，５３に前記２本のフープ鉄筋５５が上下に所定の間
隔を隔てて配設されている。

【００２４】上下のフープ鉄筋５５は、後述する施工後
において、鋼管杭２に引き抜き側の力が作用した場合
に、段差部５２に設けられた上のフープ鉄筋５５がこの
引抜き力に対抗するのに特に力を発揮し、鋼管杭２に押
し込み側の力が作用した場合に、段差部５３に設けられ
た下のフープ鉄筋５５がこの押込み力に対抗するのに特
に力を発揮する。

【００２５】また、第２抵抗体６は、前記第１抵抗体５
と同様、複数枚（図示例では４枚）のリブ６１と、該リ
ブ６１の途中部上下に溶接固定された２本のフープ鉄筋
６５とから構成されている。

【００２６】ここで、杭の支持力について図３を参照し
て説明する。

【００２７】杭の支持力Ｒａは、次の式に示すように先
端支持力Ｒａ１と周面摩擦による周面支持力Ｒａ２によ
って得られることが知られている（図３参照）。 Ｒａ＝１／３（Ｒａ１＋Ｒａ２） であり、先端支持力Ｒａ１及び周面支持力Ｒａ２は、 Ｒａ１＝３０×Ｎ×Ａｐ Ｒａ２＝（Ｎｓ×Ｌｓ／５＋ｑｕ×Ｌｃ／２）φ となる。 Ｎ：杭の先端から下へ杭の径ｄの１倍、杭の先端から上
へ杭の径ｄの４倍した範囲における地盤の平均硬さの指
数値 Ａｐ：杭の先端の断面積 Ｎｓ：杭の周面が砂質土であった場合の地盤の平均硬さ
の指数値 Ｌｓ：杭の周面が砂質土であった場合の砂質土の厚さ ｑｕ：杭の周面土が粘性土であった場合の地盤の硬さ Ｌｃ：杭の周面土の厚さ φ：杭の周長 つまり、上記の式によれば、杭の先端の断面積Ａｐが大
きければ支持力Ｒａも大きくなり、砂質土であるより粘
性土である方が支持力Ｒａが大きくなり、杭が細くて長
くなれば先端支持力Ｒａ１よりも周面摩擦による支持力
Ｒａ２の影響が大きくなることが分かる。

【００２８】上述した関係に基づいて、本発明では、鋼
管３の先端部に抵抗体５，６を設けたことで鋼管３の径
を大きくすることなく抵抗体５，６によりＡｐ、φの値
を大きくしている。

【００２９】また、鋼管杭２の周面に改良土を配設する
ことで、Ｎ、Ｎｓ、ｑｕの値を大きくしている。詳細す
ると、図４は杭が打ち込まれた際の一般的な力のバラン
スを示している。図４において、杭にかかる力Ｐは、地
中で力Ｐ１と力Ｐ２に分けられる。この力Ｐに抵抗する
のが支持力であり結果としてＲａ１＋Ｒａ２＞Ｐ１＋Ｐ
２となって構造物を支えることになる。この時、杭の軸
の外周面に注目してみると図５に示すように力Ｐ２がそ
のまま地盤に伝わり、杭の沈下を防ぐためにはＰ２＜Ｒ
ａ２でなければならず、そのためには比較的硬い地盤で
なければならない。

【００３０】本発明では、鋼管杭２の周面に後述するセ
メントと水と原土とを混合撹拌して出来た改良土１が配
設されており、この改良土１によりＰ２＜Ｒａ２は容易
に実現できる。

【００３１】また、改良土１と杭の接点（図６における
Ｘ部）では力Ｐ２そのものの力が改良土１に伝わり、杭
と接点Ｘから遠ざかるに従って力Ｐ２は小さくなる。こ
のことから改良土１が原土と接する位置では力Ｐ２は小
さくなっており、Ｐ２′＜Ｒａ２の関係が成り立ち易
い。よって杭の周面が軟らかい地盤であっても、杭の周
面を改良することにより大きな支持力Ｒａが得られる特
徴がある。

【００３２】さらに、鋼管杭２の下端の下方において
も、この部分に改良土１を配設することで図７に示すよ
うに、力Ｐが改良土１の中を通過し、この間でＰが分散
され、この結果、Ａｐ′の面積が広がるため、低減され
先端の支持力が大きくなる。

【００３３】上記の特徴を実現するのが前記抵抗体５，
６であって、抵抗体５，６は例えば、以下のように形成
するのが好ましい。 第１，第２抵抗体５，６を構成するリブ５１，６１は
３枚から１０枚、フープ鉄筋５５，６５は上下に２本。 第１，第２抵抗体５，６は鋼管３に２箇所以上設け、
最下の抵抗体５の下端は、鋼管３の下端とする。 下端から二つ目の第２抵抗体６は、第１抵抗体５から
これら第１，第２抵抗体５，６の外径ｄの約４倍程度の
間隔とする。 鋼管径ｄ′、リブ外径ｄ、改良土径Ｄは、３×ｄ′≧
ｄ、Ｄ−１００≧ｄの関係を満たすものとする。

【００３４】なお、本例では２個の抵抗体を設けたもの
を説明したが、これに限らず、地盤の土質に応じて抵抗
体の数及び位置を決定すればよい。

【００３５】また、上述した第１抵抗体５と第２抵抗体
６との間には、ガイド体７が前記鋼管３の周面に固設さ
れている。ガイド体７は、円筒体２の外周面に略均等間
隔を隔てて配設された４本のガイド鉄筋７１で構成され
ている。このガイド鉄筋７１は、外方に張り出すよう略
コ字状に屈折形成されたもので、このガイド鉄筋７１の
上下端が鋼管３の外周面に溶接固定されている。各ガイ
ド鉄筋７１の外方に張り出した途中部の径ｄ１は、前記
改良土１を形成する径Ｄと同じかやや小さく形成されて
いる。このように構成されたガイド体７は、後述する改
良土１への鋼管杭２の挿入時において、改良土１に対し
て鋼管杭２の芯出しを容易に行うことができる。

【００３６】次に、このように構成される鋼管杭を施工
する場合の施工方法について説明する。

【００３７】まず、本発明の鋼管杭を造ろうとする場所
の地盤Ｇを図８に示す掘削機８により掘削する。

【００３８】掘削機８は、先端と該先端から上方に所定
長さ隔てた位置とに設けられた掘削刃８１を備え、これ
ら掘削刃８１を回転駆動させることで地盤を掘削する。
上下の掘削刃８１は互いに直交するように配置されると
ともに、上及び下の掘削刃８１はそれぞれ左右で×状に
なるよう相反する方向に傾斜して配置されている。

【００３９】この掘削機８の先端からは固化材が下方の
地盤に注入可能に構成されている。固化材としては、例
えばセメントと水とが使用される。

【００４０】よって、掘削機８により地盤Ｇを掘削しな
がら該掘削機８の先端からセメントと水とを注入するこ
とで、該セメントと水と、掘削刃８１の回転により掘削
される原土とを混合撹拌しながら図９及び図１０に示す
所定深さ（改良長）Ｙ１まで掘削する（図１０における
工程Ａ）。

【００４１】このようにして所定深さまで掘削した後、
セメントと水との注入を停止して掘削機８を図９及び図
１０に示す地上付近Ｙ２まで回転させながら上昇させ
る。これによりセメントと水と原土とをさらに混合して
撹拌する（工程Ｂ）。

【００４２】この後、掘削機８を回転させながら再び底
部（Ｙ１）まで侵入させる。この際、掘削機８の先端か
らは、前記工程Ａよりも濃度の濃いセメントと水とを注
入する。この注入によりこの部分の原土がさらに混合さ
れる（工程Ｃ）。つまり、地上付近Ｙ２から底部（Ｙ
１）までの部分ではさらに濃度の濃いセメントと水とが
注入されるため固化した際に硬度が高い根固め部が形成
される。

【００４３】そして、掘削機８の先端が底部に達する
と、第２次混合流体の注入を停止し、掘削機８を回転さ
せながら上昇させ地盤から抜き取る（工程Ｄ）。これに
よってさらにセメントと水と原土とが混合撹拌され、改
良土１が出来上がる（図９参照）。このようにして造ら
れた改良土１はＰＨが８〜１０程度のアルカリ性の性質
を持つ。

【００４４】次に、前記工程Ｄを終了した段階では、改
良土１は固化されておらず流動状であり、この流動状の
改良土１に前記鋼管杭２を図１１に示すように挿入し、
図１２に示すように、先端を底部（Ｙ１）から所定長さ
上方の位置（Ｙ３）に配置する。

【００４５】鋼管杭２は、通常その自重によって自然に
改良土１内に挿入されていく。この挿入の際、鋼管杭２
の先端が開口されているため、この鋼管杭２の中空の内
部に改良土１が侵入しながら挿入され、大きな抵抗とな
らず容易に挿入が可能である。また、鋼管杭２に設けら
れたガイド体７を目安にして改良土１に対する鋼管杭２
の芯出しが行えるため、改良土１の軸芯と略同軸に容易
に挿入配置することができる。

【００４６】この後、改良土１が固化することで本発明
に係る鋼管杭２が施工でき、この上に図１に示すように
基礎９を構築する。

【００４７】また、図１３は、改良土１の径Ｄを大きく
した鋼管杭の構造を示しており、鋼管杭２の構造及び改
良土１の構成は同様である。

【００４８】図１４及び図１５は、本発明に係る鋼管杭
の構造と従来の鋼管杭の構造における鉛直載荷試験と引
き抜き試験との比較を示している。

【００４９】図１４及び図１５において、破線は従来の
鋼管杭の構造による鉛直載荷試験と引き抜き試験の結果
を示し、一点鎖線は本発明において鋼管杭の径１６５．
２ｍｍ、改良土の径３５０ｍｍ（図１に示す構造）によ
る結果、実線は本発明において鋼管杭の径１６５．２ｍ
ｍ、改良土の径６００ｍｍ（図１３に示す構造）による
結果を示している。

【００５０】また、表１は鉛直載荷試験に基づく各構造
の最大荷重、許容支持力、従来を１とした場合の比を表
し、表２は引き抜き試験に基づく各構造の最大引抜荷
重、許容引抜力を表している。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】これら結果から、本発明の鋼管杭の構造に
よる支持力及び引き抜き力が従来の鋼管杭の構造に比べ
ていかに優れているかが分かる。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１記
載の鋼管杭の施工方法によれば、地盤を掘削しながら固
化材を注入し掘削した土と混合撹拌させることで地盤に
アルカリ性の改良土を所定深さの柱状に造る工程と、前
工程で造られた改良土に所定長さの鋼管杭を挿入配置す
る工程とにより施工するため、騒音、振動の心配がなく
簡単に、しかも従来のものに比べて支持力及び引っ張り
に抗する力の優れたものを施工することができる。

【００５５】本発明の請求項２記載の鋼管杭の構造によ
れば、柱状の改良土がアルカリ性であるためこの改良土
内に配置される鋼管の腐食を抑えることができ、耐久性
に優れたものとなるとともに、従来に比べて支持力及び
引っ張りに抗する力の優れたものを提供することができ
る。

【００５６】本発明の請求項３及び４記載の鋼管杭の構
造のように、抵抗体が、複数枚のリブと、上下のフープ
鉄筋とで構成され、鋼管径ｄ′、リブ外径ｄ、改良土の
径Ｄが、３×ｄ′≧ｄ、Ｄ−１００≧ｄの関係を満たす
ことで、支持力及び引っ張りに抗する力の優れた最良な
鋼管杭の構造を提供することができる。

【００５７】本発明の請求項５記載の鋼管杭の構造のよ
うに、鋼管杭の本体の先端を開口させることで、鋼管杭
を改良土に挿入する際に、この鋼管が大きな抵抗となら
ず改良土に容易に挿入することができる。

【００５８】本発明の請求項６記載の鋼管杭の構造のよ
うに、鋼管杭の周面適所に、改良土の径と略同じ径を構
成するガイド体を設けたことで、鋼管杭を改良土に挿入
する際に、改良土に対して鋼管杭の芯出しを容易に行う
ことができ、所望の位置に簡単に配置できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管杭の構造を示す断面図である。

【図２】鋼管杭を示す斜視図である。

【図３】鋼管杭の構造における支持力の原理をする説明
図であ。

【図４】鋼管杭の構造における支持力の原理をする説明
図であ。

【図５】鋼管杭の構造における支持力の原理をする説明
図であ。

【図６】鋼管杭の構造における支持力の原理をする説明
図であ。

【図７】本発明の鋼管杭の構造を説明する説明図であ
る。

【図８】改良土を造る際の状態を示す断面図である。

【図９】改良土を造る工程を示す図である。

【図１０】改良土を造る工程を時間と深度の関係で表し
た図である。

【図１１】改良土に鋼管杭を挿入する際の状態を示す断
面図である。

【図１２】改良土に鋼管杭を挿入配置した状態を示す断
面図である。

【図１３】改良土の径が異なる鋼管杭の構造を示す断面
図である。

【図１４】鉛直載荷試験結果を示す図である。

【図１５】引き抜き試験結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 改良土 ２ 鋼管杭 ３ 鋼管 ３ａ 開口 ４ 抵抗体 ５ 第１抵抗体 ５１ リブ ５５ フープ鉄筋 ６ 第２抵抗体 ６１ リブ ６５ フープ鉄筋 ７ ガイド体 Ｄ 改良土の径 ｄ リブ外径 ｄ′鋼管径 Ｇ 地盤

フロントページの続き (72)発明者 今井 金次 愛知県名古屋市瑞穂区甲山町１丁目76番２ 号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤を掘削しながら固化材を注入し掘削
   した土と混合撹拌させることで地盤にアルカリ性の改良
   土を所定深さの柱状に造る工程と、 前工程で造られた改良土に所定長さの鋼管杭を挿入配置
   する工程からなることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
2. 【請求項２】 地盤の土と固化材との混合撹拌により所
   定深さの柱状に造られたアルカリ性の改良土と、該改良
   土に挿入配置された鋼管杭とから構成され、該鋼管杭
   は、円筒状の鋼管と、該鋼管の少なくとも先端に設けら
   れた抵抗体とから構成されたことを特徴とする鋼管杭の
   構造。
3. 【請求項３】 前記抵抗体は、複数枚のリブと、該リブ
   の上下に設けられたフープ鉄筋とで構成された請求項２
   記載の鋼管杭の構造。
4. 【請求項４】 前記鋼管径ｄ′、複数枚のリブで構成す
   る外径ｄ、改良土の径Ｄは、３×ｄ′≧ｄ、Ｄ−１００
   ≧ｄの関係を満たすものである請求項３記載の鋼管杭の
   構造。
5. 【請求項５】 前記鋼管の先端が開口された請求項２又
   は３記載の鋼管杭の構造。
6. 【請求項６】 前記鋼管杭の周面適所に、前記改良土の
   径と略同じ径を構成するガイド体が設けられた請求項
   ２、３又は５記載の鋼管杭の構造。