JPS59106621A - 中空コンクリ−ト杭の施工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は，昭和４６年特許願第７１１６５号の発明に
示された杭の上部付近すなわち水平力が最大に作用する
部位及び杭先端の先端支持部位を拡大掘削し，この水平
力作用部位及び先端支持部位にセメント乳液又はモルタ
ルを射出し，ここに拡大ソイルセメント層を造る第１次
プレボーリング工程ののち，第２次工程で以上のプレボ
ーリング内に杭を挿入設置する２工程方法からなる杭の
施工法を，１工程で施工し得るように特殊に改良し，施
工能率を格別に高めることを目的としたものである。

次に図面に従つてこの発明に用いる掘削装置の１例を説
明する。中空コンクリート杭１（以下杭という。）の中
空部２に通貫させたドリルパイプ３の最先端には，第１
図に示すように横方向に拡翼して杭１と同程度内外の面
積の地盤を掘削する１対の１次掘削刃４が中央刃５の表
裏に取付けられ，この１次掘削刃４は第１軸６の回りを
下方に回転して下垂し縮翼できる。符号７は１次掘削刃
の抑え鉄板，符号８はナツトである。

以上の中央刃５はドリルパイプ３下端の角状パイプ９に
連結され，この角状パイプ９の両側には，１対の軸受金
具１０が突設され，この軸受金具１０に差通した第２軸
１１に１対の２次掘削刃１２を回転可能に取付ける。第
２図は，２次掘削刃１２の拡翼縮翼の範囲を示す機構図
で，ドリルパイプ３の矢印Ｐの回転方向のとき２次掘削
刃１２は実線で示すように第２軸１１の回りを横方向に
回つて拡翼し，矢印Ｑの回転方向のときは第２軸の回り
を拡翼時と反対方向に回つて２点鎖線で示すように縮翼
し，杭中空部２に収容し得るようになる。また２次掘削
刃１２の末端拡大部１３は，２次掘削刃１２が土圧によ
つて拡翼し易いようにその面積を拡げたもので，符号１
４は角状パイプ９に突設した射出管である。

第３図は実施例Ｉを示すもので，上部装置を操作するク
レーン及び送液設備などは公用のため省略してある。杭
１の頭部にはキヤツプ１５と荷重体１６が載荷され，荷
重体１６の上面には着脱可能な油圧シリンダ１７が装着
され，この油圧シリンダ１７のプランジヤ１８の先端は
，油圧モータ１９及び減速機２０を支える支持台２１に
取付けられる。符号２２はスイベル，符号２３は輸送ホ
ース，符号２４は排土管である。

杭頭から地中数メートルの深さまで杭の外側を硬化物で
包覆し，杭本体を補強する手段は耐震構造上望ましい構
造である。実施例Ｉでは，先ず杭１の中空部２に通貫し
たドリルパイプ３の１次掘削刃４を拡翼させ，モータ１
９を作動しドリルパイプ３をＰ方向に回転させて２次掘
削刃１２を拡翼させ，中央刃５，１次掘削刃４及び２次
掘削刃１２によつて杭１に先行し表土付近の地盤を掘削
するとともにグラウトポンプを作動させると，タンクに
畜えられたセメント乳液は，輸送ホース２３からスイベ
ル２２を経てドリルパイプ３に入り射出管１４から掘削
土砂内に射出される。クレーンの操作によつて徐徐に杭
１をつり下してゆくと，掘削土砂とセメント乳液とは中
央刃５，１次掘削刃４及び２次掘削刃１２のかくはん作
用によつて練り返されソイルセメントが造成される。ま
た，このとき油圧シリンダ１７を作動させると，杭１の
運動とは別にそのプランジヤ１８の運動に従つてドリル
パイプ３が上下に運動し，中央刃５，１次掘削刃４及び
２次掘削刃１２によるソイルセメントの練り返し作業を
充分に行うことができる。

１次掘削刃４を常に拡翼させる手段は，中央刃５に固定
させた薄板ばねを用いて１次掘削刃４を支えることもで
きるが，細い丈夫なひもで１次掘削刃４を中央刃５の肩
にタスキ掛ケする手段，又は中央刃５に設けた穴に木製
の支え棒を差込み１次掘削刃４を下から支える方法など
が最も簡単である。設計上適切な深さまで以上の作業を
継続し，水平力作用部位にソイルセメントからなる上部
補強層２５を造成する。こののちモータ１９の作動によ
つてドリルパイプ３をＱ方向に回転させると，２次掘削
刃１２はソイルセメントの土圧によつて第２図に示すと
おり縮翼し，杭１のつり下し操作に従つて中間部位の地
盤は，中央刃５及び１次掘削刃４によつて掘削される。

１次掘削刃４はこのようにＰ方向回転時にもＱ方向回転
時にも地盤を掘削し，この１次掘削刃４の働らきによつ
て拡大掘削時２次掘削刃１２の掘削面積が狭小となりア
ームの長い２次掘削刃１２に過大な力が作用しない。

中間部位ではセメント乳液にかえて水を射出管１４から
射出し土砂を泥土化すれば，杭１はその自重及び荷重体
１６の圧入力によつて容易に中間部位の地中に貫入する
。中間部位の砂層で水締め状態が生じ杭１の貫入が停止
する場合があるが，このときは水に替えてセメント乳液
など粘性液体を射出すると砂が粘性流動化し杭１の貫入
が容易となる。この中間砂層を通貫したのちは雨び水の
射出に替えることが肝要である。この実施例では土質調
査から支持層が密な砂層であり，且つこの施工法では通
常ゼツト工法のように多量の水を用いないので，杭１が
支持層に到達すると中央刃５及び１次掘削刃４に対する
水締め状態の砂の抵抗が格別に増大し，可変容量油圧ポ
ンプで作動するオイルモーター１９が低速化し，従つて
ドリルパイプ３の回転速度が急速におそくなり，やがて
杭１の貫入が停止する。これは杭１が支持層に到達した
ことを証するものである。そこで先端支持部位の拡大根
上端の位置を定め，ここに照準を合わせてドリルパイプ
３をＱ方向に回転しながら射出管１４から１５ｋｇ／ｃ
ｍ２ないし２０ｋｇ／ｃｍ２の高圧に調節した高圧水を
噴射し，孔壁の原地盤の組織を充分ゆるめ弱体化したの
ち，ドリルパイプ３の回転方向をＰ方向に逆転させる。

この逆転の慣性と土圧の作用によつて２次掘削刃１２が
開き，先ずゼツト水によつて局部的に弱体化した所要位
置の孔壁を切削しながら拡翼し所定の孔径を得る。この
ときはすでにセメント乳液の射出に替え拡大根の造成が
始まるのである。このようにして杭１は一定位置に保ち
，油圧シリンダー１７の作動によつてドリルパイプ３を
徐徐に下降させると，計画どおりの孔径をもつ先端支持
部位の拡大根が確実に掘削され，この掘削土砂には充分
なセメント乳液が供給される。図面に示す拡大根２６の
上端と下端とを順次上下させてドリルパイプ３の回転と
セメント乳液の供給とを継続すると，この拡大根２６内
にはセメント乳液がよくゆきわたり，このソイルセメン
ト層は下層ほどセメントの含有量が多い傾向にあり耐圧
強度上望ましい。拡大根造成後ドリルパイプ３をＱ方向
に回転させ，２次掘削刃１２を縮翼させドリルパイプ３
の抜上げ作業を行うが，１次掘削刃４が杭１の下端部に
あたつて縮翼する際，１次掘削刃４の下垂作用によつて
タスキ掛けのひも又は木製の支え棒が切断され，１次掘
削刃は所定どおり縮翼し，杭中空部２を通じ全掘削装置
が地上に回収される。第４図はこの完了時点の状態を示
すもので，杭１の頭部は，断面Ｌ形の保持金具２７にク
サビ２８によつて保持される。これらの保持装置はセメ
ントのぎよう結時間をみはからつて取外す。

なお実施例Ｉでは上部補強層２５をソイルセメントで構
成したが，次のように施工することもできる。すなわち
，水平力作用部位は２次掘削刃１２を拡翼させて掘削し
，水の射出によつて流動し易い泥土としておき，第４図
に示す保持金具２７及びクサビ２８を取去つたのち，吸
上ポンプによつてその拡大部分の流動泥土を吸上げなが
ら上部から清水を保給し，先ず泥土を清水と入替え，そ
ののちグラウトポンプを作動してこの拡大部分にモルタ
ルを送入し水とモルタルを入替え，このモルタル内に鉄
筋かご又は多数の穴を設けた薄肉鋼管を差込むと，水平
耐力の大きい上部補強層が得られる。以上のモルタルは
コンクリートに変えられる。この部分の泥土又は液状泥
土と遅硬性流動物との体積の入替手段は，このほか種種
行い得ることは，この分野に属する技術者には明白に了
解されよう。

なお，２次掘削刃１２の構造は第１図及び第２図に示し
たものに局限されるものではなく，第５図に示すとおり
円形のドリルパイプ３の両側に軸受金具１０を取付け，
２次掘削刃１２が縮翼したときその湾曲部がドリルパイ
プ３の円形面に係合する形状に造成し，２点鎖線で示す
状態に拡翼できるように構成してよい。また第６図に示
すとおり，軸受金具１０の取付位置の軸心Ｙ−Ｙ線をド
リルパイプ３の軸心Ｘ−Ｘ線に対して適切な角度をなし
て取付け，この軸受金具１０に湾曲部がドリルパイプ３
の外面に係合する２次掘削刃を取付けると，縮翼時の末
端拡大部１３’が対象位置にある他方の軸受金具の下方
の位置におさまるので，ドリルパイプ３のＰ方向への回
転初動時，土圧による拡翼作用が特に効果的に働らく。

以上の軸受金具の斜軸方向取付は第１図及び第２図に示
す２次掘削刃にも適用できる。

次に，第７図及び第８図に示す実施例ＩＩを説明する。

先ず杭の設置位置に，先端部のスパイラルの直径を上方
のスパイラルの直径より小径にしたスパイラルオーがを
用いて，第７図に示す２段穴を掘削排土し，その上段穴
２９に鉄筋かご３０を挿入設置するとともに注入管３１
を配設する。鉄筋かご３０には杭との間隔を保つための
スペーサを装着する。次いでこの鉄筋かご３０の中央を
通じ先掘した下段穴３２に杭１の先端を挿入設置する。

この実施例のドリルパイプ３には連続スパイラル３３が
固着され，また射出管１４はゴム栓で出口をふさいでお
き，２次掘削刃１２は縮翼される。第８図の状態に杭１
を設置したのち，杭１と上段穴２９とのすき間に粗骨材
３４を投入し，こののちドリルパイプ３をＱ方向に回し
て杭１の掘進作業を開始する。情況によつてはさきに杭
１の掘進作業を多少行つたのち，鉄筋かご３０の配設及
び粗骨材３４の投入を行つてよい。実施例ＩＩの掘削土
砂は，連続スパイラル３３のリフト作用によつて杭中空
部２を上昇し，土砂そのままの状態でキヤツプ１５に設
けた排土管２４から排出される。中間部位は以上のよう
にして掘進排土し，支持層に到つてはじめてグラウトポ
ンプを作動させ，高圧水の圧力によつて射出管１４のゴ
ム栓を押出し，拡大根の造成作業を開始する。拡大根の
造成は実施例Ｉと同様に行うが，実施例Ｉに用いたセメ
ント乳液に代えてモルタルを送入する。拡大根の造成後
，ドリルパイプ３全体を地上に回収し，次にグラウトポ
ンプの輸送ホースを注入管３１につなぎ，粗骨材３４内
にモルタルを注入し，杭１の周りにプレパクトコンクリ
ートを造成する。実施例ＩＩでは，杭１の水平力作用部
位は完全な鉄筋コンクリートで補強され，この合成され
た杭の水平耐力は格別に大きく，特に直径１メートルな
いし２メートル程度の土木用コンクリート杭に適用して
極めて有用な効果が得られる。このような大形杭では中
空部２の直径も大きいので，第１図のようにドリルパイ
プに直接軸受金具を取付けず，Ｉビームなど剛強な１対
のビームをドリルパイプの両側に突設し，このビームに
軸受金具１０を固着し，これに拡翼縮翼自在な２次掘削
刃１２を取付ける設計を行う。なお実施例に用いた２次
掘削刃１２は，その先端部を第１図に示すとおり鋭角状
にとがらせて構成したので，拡大部を掘削する初動時，
１次掘削刃４で掘削した孔壁面に沿つて２次掘削刃１２
の刃先がすぺることがなく，このとがつた先端部が末掘
削の孔壁に直ちに食い込み，以後の拡大掘削を容易に行
うことができた。

次に第９図に従つて実施例ＩＩＩを説明する。ドリルパ
イプ３の先端部は，その外径を本体部よりやや小さいガ
イド円柱とする。ガイド円柱３５の上方には上部円環３
６が所定の角度回転可能にして装着され，この上部円環
３６はガイド円柱３５に取付けた固定環とドリルパイプ
３の下端部とにはさまれその装置位置が定められる。Ｌ
形断面をもつ下部円環３８の内面には回転力を伝達する
ためのキイ（図面上省略する。）が突設され，下部円環
３８はガイド円柱３５に凹設してあるキイ溝３９に沿つ
て上下にすべり動くことができる。

上部円環３６の側面には１対の軸受金具１０が突設され
，この軸受金具１０には腕金具４０が第３軸４１によつ
て取付けられ，一方下部円環３８の両側にも軸受金具１
０が突設され，この軸受金具１０には可動掘削刃４２が
第４軸４３によつて取付けられ，この可動掘削刃４２と
腕金具４０とはピン４４で連結された構造をなす。第９
図は杭１の下方に拡大根を造成中の態様を示すもので，
ドリルパイプ３は特定されたＰ方向に回転し，下部円環
３８のキイは，キイ溝３９の上端に設けた上部側溝４５
にはまり込んで，可動掘削刃４２は杭１よりも大きく最
大拡翼し，ドリルパイプ３をＰ方向に回しながら上下に
運行させても可動掘削刃４２は縮翼することがない。ま
た，この可動掘削刃４２を２点鎖線で示す位置に中間拡
翼させるには，ドリルパイプ３をＰ方向と逆方向に回し
ながらドリルパイプ３を徐徐に引上げると，下部円環３
８のキイは上部側溝４５から外れ，キイ溝３９をたどり
上部側溝４５の反対側に凹設した下部側溝４６にはまり
込み，可動掘削刃４２による掘削面積はほぼ杭１の全面
積に相当する面積となる。可動掘削刃４２を更に縮翼さ
せるには，ドリルパイプ３をＰ方向に回転させると下部
円環３８のキイは下部側溝４６から外れ，ドリルパイプ
３を多少引上げると可動掘削刃４２及び腕金具４０は，
ガイド円柱３５の外面と平行になつて縮翼し杭中空部２
に収容し得るようになる。次に，中間拡翼から最大拡翼
にうつるには，ドリルパイプ３をＰ方向に回転して下部
側溝４６から下部円環３８のキイを外し，原地盤中に掘
進させると，小形の中央刃５はガイド円柱３５の下方の
地盤を掘削するに過ぎないので，原地盤の掘進に対する
抵抗力が下部円環３８のフランジ４７の部分に大きく作
用する。一方，可動掘削刃４２の掘削領域の地盤は，斜
め下方に噴射される傾斜角の異なる複数の射出管１４か
らの高圧流動体によつて組織が破壊され弱体化している
ので，可動掘削刃４２の拡翼に対する抵抗力が小さく，
可動掘削刃４２はガイド円柱３５の掘進に従つて徐徐に
図面に示す最大拡翼の状態に拡がり，下部円環３８のキ
イは上部側溝４５にはまり込むに至る。次に，この掘削
装置に用いる他の射出構造（簡単な装置なので図面は省
略する。）について説明する。すなわち，ドリルパイプ
３の下部付近に金属製のフレキシブルパイプの基部を取
付け，下部円環３８の変位をみこした多少たるみをもつ
フレキシブルパイプの先端を下部円環３８に取付け，そ
のノズルを水平方向に向け，流動体を水平方向に噴射す
るように構成する。この場合は，下部円環３８の外側及
び上方の地盤は流動体の噴射流によつて例外なく弱体化
しているため，可動掘削刃４２の拡翼が甚だ容易となる
。またこの場合は，縮翼状態にしてセメント乳液又はモ
ルタルを射出すると，これらがガイド円柱３５の先端部
に充分にゆきわたり，拡大根の内部組織が特に向上する
効果が得られる。このフレキシブルパイプは常に下部円
環３８より上方の流動化した土砂内に位置するので損傷
を受けることがなく，長期の使用に耐え得るものである
。符号４８はフランジ４７に設けた突設刃，符号４９は
ドリルパイプ３に固着したかくはん翼である。

以上にこの発明に係る実施例を説明したが，各実施例に
用いた技術手段は互に交換共用して組合せることができ
るものである。また，実施例Ｉに示した水平力作用部位
の泥土泥水とモルタルなどとの体積交換及び実施例ＩＩ
に示した粗骨材内へのモルタルの送入は，情況によつて
は杭の掘進作業中，別途に行うことができ，この同時作
業によつて施行能率が向上する。なお，耐震構造上，上
杭に鋼管コンクリート杭を用いる場合には，実施例Ｉに
示したソイルセメントからなる上部補強層２５の造成に
よつて鋼管の防食を行うことができ，上部補強層造成の
小額の費用によつて鋼管の材厚を薄くすることができる
。以上に述べたこの発明では，２次掘削刃１２の拡翼状
態及び可動掘削刃４２の最大拡翼状態を最大拡翼と総称
し，１次掘削刃４の拡翼状態及び可動掘削刃４２の中間
拡翼状態を中間拡翼と総称する。

この発明は，実施例ＩＩに示した表層に近く比較的浅い
穴を設ける特別の場合を除いてはプレボーリングの必要
がなく，一工程で杭を支持層に到達させることができ，
杭の設置に要する施工時間を，前記先願のプレボーリン
グ内に杭を挿入設置する二工程工法に比較し，その６５
％ないし７０％に短縮でき，且つ拡大掘削することなく
単にセメント乳液などの高圧噴射による拡大根造成方法
とは相違し，確実に拡大部分を掘削刃で掘削するので例
外なく所定の孔径をもつ拡大部が構成され，計画どおり
の上部補強層及び拡大根が造成され，信頼度の高い基礎
杭を地中に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は杭の下端部を縦断し，ドリルパイプ先端の掘削
装置を示す正面図，第２図は２次掘削刃の縮翼拡翼を示
す機構図，第３図は実施例Ｉの拡大根造成時の杭と造成
装置の要部を示す態様図，第４図は地中に設置完了後の
杭の縦断面図，第５図は他の２次掘削刃の縮翼拡翼を示
す機構図，第６図はドリルパイプに取付ける軸受金具の
配置図，第７図は実施例ＩＩのプレボーリングの孔内を
示す縦断面図，第８図はプレボーリング内に建込まれた
杭と，この杭の周りにプレパクトコンクリートを打設す
る準備を整えたプレボーリング内の配置図，第９図は実
施例ＩＩＩの拡大根造成時の態様図で且つ掘削装置の変
動機構を示す正面図である。 図面中，符号１…中空コンクリート杭，２…杭の中空部
，３…ドリルパイプ，４…１次掘削刃，５…中央刃，６
…１次掘削刃を取付ける第１軸，７…１次掘削刃の抑え
鉄板，９…角状パイプ，１０…軸受金具，１１…２次掘
削刃を取付ける第２軸，１２…２次掘削刃，１３及び１
３’…２次掘削刃の末端拡大部，１４…射出管，１５…
キヤツプ，　１６…荷重体，１７…油圧シリンダ，　１
８…プランジヤ，１９…油圧モータ，２０…減速機，２
２…スイベル，２３…輸送ホース，２５…上部補強層，
２６…拡大根，３５…ガイド円柱，３６…上部円環，３
８…下部円環，３９…キイ溝，４０…腕金具，４２…可
動掘削刃，４５…上部側溝，４６…下部側溝，４７…下
部円環のフランジ。 特許出願人　松元幸男

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータによつて回転作動するドリルパイプの先端
   に，特定方向の回転時最大拡翼し，特定方向と逆方向の
   回転時には中間拡翼し，縮翼時には杭の中空部に収より
   得る掘削刃を装着し，この掘削刃装着付近に流動体の射
   出口を設けてなるドリルパイプを，杭の中空部に通貫し
   ，杭の水平力作用部位及び先端支持部位では，ドリルパ
   イプを特定方向に回転させ。 掘削刃を最大拡翼して地盤を杭より大きく掘削し，その
   中間部位ではドリルパイプを逆方向に回転させて掘削刃
   を中間拡翼し，杭の貫入に要する面積の地盤を掘削し，
   杭の設置施工時絶えず適切な流動体を掘削土砂内に射出
   し，この流動体と掘削土砂とを掘削装置で混合すること
   を特徴とする中空コンクリート杭の施工法。
2. （２）杭の水平力作用部位の位置に杭より大きい穴を掘
   り，この穴に，特許請求の範囲（１）に記載された掘削
   装置を装着し且つ連続スパイラルを固着したドリルパイ
   プを通貫させた杭を挿入設置し，この穴より下方の中間
   部位を掘削刃を中間拡翼させて地盤を掘削し，この掘削
   土砂を連続スパイラルによつて上昇させて杭を地中に貫
   入させ，先端支持部位ではドリルパイプを特定方向に回
   転させて掘削刃を最大拡翼し，地盤を拡大掘削するとと
   もに射出口から遅硬性流動物を射出し，杭の先端部にセ
   メントを硬化物とする拡大根を造成し，且つ先掘した穴
   の孔壁と杭との間にモルタル又はコンクリートを満し，
   上部補強層を造成する中空コンクリート杭の施工法。
3. （３）杭の中空部に，特許請求の範囲（１）に記載され
   た掘削装置を装備したドリルパイプを通貫させ，掘削刃
   を中間拡翼させて地盤を掘削するとともに，適切な流動
   体の射出によつて掘削土砂を泥土化して杭を支持層まで
   貫入させ，支持層でドリルパイプを特定方向に回して掘
   削刃を最大拡翼させ，地盤を拡大掘削するとともに遅硬
   性流動物を射出し，杭の下端部にセメントを硬化物とす
   る拡大根を造成する中空杭の施工法。
4. （４）杭の中空部に，特許請求の範囲（１）に記載され
   た掘削装置を装備したドリルパイプを通貫させ，ドリル
   パイプを特定方向に回して掘削刃を最大拡翼させ，地中
   に設置される杭の水平力作用部位を拡大掘削するととも
   に適切な液体を射出して掘削土砂を泥土泥水化し，この
   泥土泥水を，モルタル又はコンクリートと入替え，杭の
   水平力作用部位に上部補強層を造成する中空コンクリー
   ト杭の施工法。