JPH07279171A - ソイルセメント合成杭、その施工方法および施工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 杭の水平支持力を高めながら、杭の鉛直支持
力にマイナスを発生させない新規な杭の構造、その杭の
施工方法および装置の提供。 【構成】 杭頭部にはその径より大きいソイルセメント
管が前記杭に固着しており、一方前記杭の下部には根固
めソイルセメント塊が固着しており、前記杭頭部と下部
以外の部分にはソイルセメント管が固着していないこと
を特徴とするソイルセメント合成杭および根固めされた
杭頭部の周辺を同心円状に所定の深さまで掘削した後、
モルタルまたはセメントミルクを掘削部底部より注入撹
拌し、杭頭部の径が拡大された前記のソイルセメント合
成杭の施工方法と施工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、ソイルセメント合成杭、その施
工方法および施工装置に関する。

【０００２】

【従来技術】地盤に杭を打ち込み、その上に建造物を構
築する土木建築工事における既製杭は、おおよそ全長１
０〜８０ｍ、直径３００〜２，０００ｍｍのものが使用
されている。そして、その杭の水平方向に対する安定性
を増強するため、既製杭の外周をソイルセメント（その
地盤とセメントミルクを混合撹拌したもの）で固め、見
掛けの外径を大きくして、水平支持力を増加させること
は、広く行われている。そして、そのやり方は杭の全長
にわたって、同じ外径で大きくするものである（１９９
２年５月ソイルセメント合成鋼管杭工法協会作成の技術
資料「ソイルセメント合成鋼管杭工法、ハイエスシー
（ＨＹＳＣ）パイル第１〜２４頁参照）。

【０００３】たしかに、全長にわたってその径を大きく
することにより、水平支持力は改善された。しかし、地
盤沈下が生じると、杭に対して下方向の摩擦力が発生す
るが、この摩擦力はその表面積に比例するので、杭の外
径を大きくすることは、この負の摩擦力を大きくするこ
とになり杭の鉛直支持力の面からみればマイナスであり
好ましいことではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、杭の水平支持力を高めながら、杭の鉛直支持力にマ
イナスを発生させない新規な杭の構造、その杭の施工方
法および装置を提供する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、杭頭部
には、その径より大きいソイルセメント管が前記杭に固
着しており、一方前記杭の下部には根固めソイルセメン
ト塊が固着しており、前記杭頭部と下部以外の部分には
ソイルセメント管が固着していないことを特徴とするソ
イルセメント合成杭に関する。

【０００６】本発明の第二は、杭下部を根固めした後、
杭頭部の周辺を同心円状に所定の深さまで掘削し、モル
タルまたはセメントミルクを掘削部底部より注入撹拌
し、杭頭部の径が拡大された請求項１記載のソイルセメ
ント合成杭の施工方法に関する。

【０００７】本発明の第三は、（ａ）側面に流通口とス
パイラル翼を有し、底部掘削爪を有する鋼管、（ｂ）鋼
管を回転させるための回転軸、（ｃ）前記回転軸を回転
させるためのモータ、（ｄ）前記鋼管の内部下方に設け
られたモルタルまたはセメントミルク吐出口、（ｅ）前
記吐出口までモルタルまたはセメントミルクを運ぶ配送
管および（ｆ）前記回転軸を回転させるための回転手段
よりなることを特徴とするソイルセメント合成杭の施工
装置に関する。

【０００８】コンクリート製あるいは金属製（たとえば
鋼製）などの杭の表面に凹凸および／または溝を形成す
るための爪部材を前記鋼管内に付設すると、ソイルセメ
ント部分と杭の表面との付着を強固にすることができ
る。

【０００９】以下に本発明の実施態様項を示す。 （１） 杭頭部にはその径より大きいソイルセメント管
が前記杭に固着しており、一方前記杭の下部には根固め
ソイルセメント塊が固着しており、前記杭頭部と下部以
外の部分にはソイルセメント管が固着していないことを
特徴とするソイルセメント合成杭。 （２） 根固めされた杭頭部の周辺を同心円状に所定の
深さまで掘削した後、モルタルまたはセメントミルクを
掘削部底部より注入撹拌し、杭頭部の径が拡大された前
項（１）記載のソイルセメント合成杭の施工方法。 （３） （ａ）側面に流通口とスパイラル翼を有し、底
部掘削爪を有する鋼管、（ｂ）鋼管を回転させるための
回転軸、（ｃ）前記回転軸を回転させるためのモータ、
（ｄ）前記鋼管の内部下方に設けられたモルタルまたは
セメントミルク吐出口、（ｅ）前記吐出口までモルタル
またはセメントミルクを運ぶ配送管および（ｆ）前記回
転軸を回転させるための回転手段よりなることを特徴と
するソイルセメント合成杭の施工装置。 （４） 杭の表面に凹凸および／または溝を形成するた
めの爪部材を前記鋼管内に付設した前項（３）記載のソ
イルセメント合成杭の施工装置。 （５） 前記流通口の全部または一部の端部に、鋼管の
内外に存在するモルタルまたはセメントミルクと土との
混合物が鋼管の内から外へ、外から内へと流出、流入し
やすいようにするための案内板を設けた前項（３）また
は（４）記載のソイルセメント合成杭の施工装置。

【００１０】

【実施例】

（１）まず、杭たとえば鋼管杭の地盤への埋め込みと根
固めを行う。この工法は常法によってもよく、また本発
明者の発明にかかる特願平５−２５１０６８号の方法に
よってもよい。本実施例では、一応特願平５−２５１０
６８号の方法により実施した。

【００１１】すなわち、オーガスクリューを使用する中
掘工法で所定の支持地盤まで埋設された鋼管杭１３の中
空部に図１ないし図３に示すように外管６と内管７より
なる二重管ロッド１を入れる。図１に示すように鋼管杭
１３の先端より下に二重管ロッド１の先端部が到達した
ことを確かめて、内管７を上昇させ、切削刃付撹拌翼４
を水平になるまで拡げる。吐出口９よりセメントミルク
を吐出しつつ、回転撹拌と上下動により、鋼管杭１３の
先端の土壌とセメントミルクによりそこに拡大球根（根
固めコンクリート４２の一部）を築造する。ついで、図
２に示すように内管７を下降させ、切削刃付撹拌翼４の
横幅が鋼管杭１３の内径より僅かに大きい外径とする。
この状態で二重管ロッド１を回転させながら、この装置
全体を巻上げ、鋼管杭１３の内面を切削刃付撹拌翼４の
切削刃１２により切削する。なお、内管７は外管６と共
に回転モータ２６により正転または逆転することがで
き、昇降装置３により外管６の中を上下動することがで
きるようになっている。これにより鋼管杭１３内面に
は、金属切削刃１２によって、ラセン状の溝１４ができ
る。また、同時にセメントミルク供給パイプ１７よりス
イベル８を介して注入しているセメントミルクは、吐出
口９より吐出され、撹拌翼４の回転により隅々まで行き
渡る。又溝切りにより生じた線状の切削屑は、セメント
ミルク、支持地盤とよく混合され、強固な、鉄線入りセ
メントコンクリートとなる。

【００１２】（２）つぎに、本発明の施工方法と施工装
置を用いて、本発明のソイルセメント合成杭の施工を行
う。この工程は図４〜図１１を用いて説明する。

【００１３】図５の（Ａ）に示すように、側面にスパイ
ラル翼２３と先端部に掘削爪２４とを有し、既製杭２１
の外径より１０〜５０％、好ましくは１５〜２５％大き
い径を有する鋼管２２を、前項（１）により地中に埋設
された既製杭２１にかぶせる。そこで掘削爪２４で地盤
を掘削し、スパイラル翼２３により鋼管２２は図５の
（Ｂ）のように地盤に貫入する。

【００１４】鋼管２２の内側には必要に応じて図６また
は図７に示すような爪部材３１を設け、既製杭２１の外
周に凹凸または溝３２を形成することにより、ソイルセ
メント４１と既製杭２１との付着力を増強する。

【００１５】爪部材３１は、杭の材質が金属の場合は切
削刃３３を、コンクリートの場合はギヤ形ローラーカッ
ター３４を、主として使用する。切削刃３３やローラー
カッター３４は鋼管２２の下部の同一直径上に対称的に
対をなして付設する。例えば鋼管２２の下端部より延び
た案内ロッド３５と鋼管２２の側壁とで前記爪部材３１
を固定する。切削刃は例えばスプリング３６により金属
杭に向って加圧されており、ギヤ形ローラーカッターは
回転自在に支持され、コンクリート杭に向って加圧され
ている。

【００１６】回転装置（モータ）２６の回転を、鋼管２
２に伝達するための回転軸３７は、鋼管２２の上部に設
けられた蓋部材３８を介して鋼管２２を回転させる、蓋
部材３８には必要に応じて流通口２５を設ける。鋼管２
２の回転に伴って鋼管２２の外周に設けられた掘削爪２
４とスパイラル翼２３の働きにより、既製杭２１の周辺
の土壌を掘削し、掘削された土壌の一部は流通口２５よ
り地上に排出される。

【００１７】鋼管２２が所定の深さに達したとき、セメ
ントミルクがセメントミルク供給パイプ２８より、スイ
ベル２７を介し、鋼管２２内壁に沿って設けられたセメ
ントミルク供給ライン３９を通り下端部のセメントミル
ク吐出口４０より供給される。

【００１８】セメントミルクは、掘削された土壌の一部
と、杭が金属の場合は切削刃３３で削りとられた金属の
線状屑とともに案内ロッド３５や爪部材３１により充分
撹拌され、ソイルセメント（杭周固定コンクリート）の
層４１へと変化する。一方、鋼管２２は前記撹拌が充分
目的を達する程度の時間をかけて徐々に引き上げ、最終
的には図５の（Ｃ）のように地上まで引き上げる。

【００１９】このようにして施工された本発明のソイル
セメント合成杭は、例えば図８の断面図に示すような構
造のものとなる。従来のソイルセメント合成杭が図８の
４１で示すソイルセメントの層が下端の４２で示す根固
めコンクリートまで延びているのに対して、本発明のソ
イルセメント合成杭は、杭２１のみの部分が多いので、
それだけ鉛直方向に発生する負の摩擦力を小さくするこ
とができたのである。

【００２０】必要に応じて、本発明においては、前記鋼
管２２に設けられた流通口２５群の全部または一部に
は、図１０の（ａ）に示すように、流通口２５の端部の
外側に案内板４３を、また図１０の（ｂ）に示すように
他の流通口２５の端部の内側に案内板４５を設ける。図
１１に示すように、鋼管２２の回転に伴って、一方の流
通口より矢印のようにセメントミルクと土の混合物が流
入し、他の流通口より矢印のようにセメントミルクと土
の混合物が流出する。これにより、鋼管２２の内と外の
ソイルセメントの組成が均一化することができる。流通
口２５の端部に設けられる案内板のすべては、鋼管の回
転方向と同一にしなければならないことはいうまでもな
い。また、案内板を取り付ける流通口の位置は格別の制
限はなく、図１１に示したのはその１例にすぎず、ソイ
ルセメント組成の均一化の達成に寄与できる範囲内であ
れば、格別の制限はない。

【００２１】ソイルセメントの層の厚さは鋼管２２の直
径によって決ってくるが、ソイルセメントの層の厚さは
通常１００ｍｍ〜５００ｍｍであり、その厚さの程度は
杭の太さ、地表部分の土壌の柔らかさの程度によって適
宜決定する。

【００２２】杭が水平に力を受けたときの杭の位置（高
さ）と曲げモーメントの関係は、水平に加わる力の大き
さと地盤の硬さによって異るが、一般に図９に示す関係
を有するので、水平に加わる力を予測し、実際の地盤の
硬さなど各種データを総合してソイルセメント部の厚み
と長さを決定するが、ソイルセメント部の長さは通常５
〜１５ｍ程度である。

【００２３】

【効果】

（１）本発明のものは、従来のソイルセメント合成杭と
同様の水平力に対する安定性を発揮し、かつ従来のソイ
ルセメント合成杭に較べて鉛直方向に対する安定性がは
るかに高いという特性を有する。 （２）従来の杭全長にわたって径を太くした場合に較べ
てセメントの使用量が極めて少なくて済み、作業時間も
短かい。 （３）本発明のすぐれたソイルセメント合成杭の構造
は、本発明の施工方法と施工装置によって、はじめて得
ることができるようになったものである。 （４）本発明の施工方法と装置によれば、杭の外周を太
くする部分の長さを自由に選択できる。 （５）鋼管の太さを変えることにより、ソイルセメント
層の厚みも任意に調節できる。 （６）爪部材を使用する場合には、リブ付鋼管杭を使用
しなくても、リブ付鋼管杭を使用した場合と同程度また
はそれ以上の強度でソイルセメントが杭と一体化するこ
とができる。 （７）金属杭の切削屑がソイルセメント中に含有される
場合は、ソイルセメントの強度が補強される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の根固め工法に用いた装置の初期の使
用態様を示す断面図である。

【図２】本実施例の根固め工法に用いた装置の二重管ロ
ッドを少し引上げたときの使用態様を示す断面図であ
る。

【図３】前記装置の二重管ロッドの水平断面図である。

【図４】本発明装置と付帯装置との全体図を示す概略図
である。

【図５】本発明装置の概略図とその施工方法を工程順に
示すものであり、（Ａ）は施工開始の様子を、（Ｂ）は
掘削完了時の状態を、（Ｃ）は本発明の施工方法が完了
した状態を示す。

【図６】杭が金属製の場合に用いる爪部材を備えた本発
明のソイルセメント合成杭の施工装置の概略図である。

【図７】杭がコンクリート製の場合に用いる爪部材を備
えた本発明のソイルセメント合成杭の施工装置の概略図
である。

【図８】本発明のソイルセメント合成杭の１例を示す縦
断面図である。

【図９】ソイルセメント層が必要となる部分と杭に水平
力が加わったときの曲げモーメントとの関係を示す図で
ある。

【図１０】流通口の端部に案内板を設けた場合の部分斜
視図であり、（ａ）は鋼管外側の流通口の端部に設けら
れた案内板を示すものであり、（ｂ）は鋼管内側の流通
口の端部に設けられた案内板を示すものである。

【図１１】図１０の案内板をつけた場合における案内板
の作用効果を説明するための鋼管断面図である。

【符号の説明】

１ 二重管ロッド ２ モータ ３ 内管昇降装置 ４ 切削刃付撹拌翼 ５ リーダーポスト ６ 二重管ロッドの外管 ７ 二重管ロッドの内管 ８ スイベル ９ セメントミルク吐出口 １０ 撹拌翼のピン １１ 撹拌翼の支柱 １２ 切削刃 １３ 鋼管杭 １４ 溝 １５ 外管に設けられた凹状部 １６ 内管に設けられた凸状部 １７ セメントミルク供給パイプ １８ 地表 ２１ 既製杭 ２２ 鋼管 ２３ スパイラル翼 ２４ 掘削刃 ２５ 流通口 ２６ 回転装置（モータ） ２７ スイベル ２８ セメントミルク供給パイプ ２９ リーダーと本発明装置との連結部（ガイドキブ） ３０ リーダー ３１ 爪部材 ３２ 既製杭上に形成された凹凸または溝 ３３ 切削刃 ３４ ギヤ形ローラーカッター ３５ 案内ロッド ３６ スプリング ３７ 回転軸 ３８ 蓋部材 ３９ セメントミルク供給ライン ４０ セメントミルク吐出口 ４１ ソイルセメント（杭周固定コンクリート）の層 ４２ 根固めコンクリート ４３ 流通口端部で鋼管の外側に設けられた案内板 ４４ 案内板の支持部材 ４５ 流通口端部で鋼管の内側に設けられた案内板 ４６ 案内板の支持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭頭部にはその径より大きいソイルセメ
   ント管が前記杭に固着しており、一方前記杭の下部には
   根固めソイルセメント塊が固着しており、前記杭頭部と
   下部以外の部分にはソイルセメント管が固着していない
   ことを特徴とするソイルセメント合成杭。
2. 【請求項２】 杭下部を根固めした後、杭頭部の周辺を
   同心円状に所定の深さまで掘削し、モルタルまたはセメ
   ントミルクを掘削部底部より注入撹拌し、杭頭部の径が
   拡大された請求項１記載のソイルセメント合成杭の施工
   方法。
3. 【請求項３】 （ａ）側面に流通口とスパイラル翼を有
   し、底部掘削爪を有する鋼管、（ｂ）鋼管を回転させる
   ための回転軸、（ｃ）前記回転軸を回転させるためのモ
   ータ、（ｄ）前記鋼管の内部下方に設けられたモルタル
   またはセメントミルク吐出口、（ｅ）前記吐出口までモ
   ルタルまたはセメントミルクを運ぶ配送管および（ｆ）
   前記回転軸を回転させるための回転手段よりなることを
   特徴とするソイルセメント合成杭の施工装置。
4. 【請求項４】 杭の表面に凹凸および／または溝を形成
   するための爪部材を前記鋼管内に付設した請求項３記載
   のソイルセメント合成杭の施工装置。