JPS626022A - 杭基礎の施工方法および埋め込み杭 - 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】 く技術分野〉 この発明は杭基礎の施工方法および埋め込み杭に関し、
各種建築物や構築物の杭基礎を施工する際に、予め地盤
に掘削された杭穴に対して埋め込み杭を建て込み施工す
る方法、および上記施工に使用する埋め込み杭に関しで
いる。

〈従来技術〉 上記のような埋め込み杭工法はプレボーリング法と称さ
れ、施工時に振動や騒音が少ない為に、低公害工法とし
て採用されている。

しかし、予め掘削された杭穴に、埋め込み・杭を圧入す
るだけなので、地盤と杭周面との摩擦力が小さく、充分
な支持力を発揮できない欠点があった。特に、軟弱な１
５１Ｋに施工する場合には、支持力が足りず、実用困難
であった。

そこで施工時、杭穴内部にセメントミルク等の固化液を
注入し、同化液が地盤と杭周面との間の隙間を埋めて固
化することによって、支持力を確保する、セメントミル
ク工法が考えられた。

ところが上記工法の場合、同化液が固化して、充分な強
度を発現するまでの養生時間が、非常に長くかかり、そ
の間の工期の無駄が多い欠点がある。また、充分な支持
力が確保できたか否かは、載荷試験等で確認しなければ
ならず、特に固化液の固化状−態は、地盤の土質や地下
水の影響を受けるので、確実な固化強度を保証する為に
は、施工時に多大の注意を払わなければならず、技術的
に難しく、手間も掛る欠点があった。

〈目的〉 そこで、この考案の目的としては、上記従来技術の問題
点を解消し、確実強固なＦＪ擦支持力を発揮できる杭基
礎の施工方法を開発すると共に、上記施工方法に使用す
る埋め込み杭を提供することにある。

〈構成〉 そして、上記目的を達成するための、杭基礎の施工方法
としては、地盤に杭穴を掘削した後、下端から上端に向
かって断面積が増加するように形成された埋め込み杭を
、前記杭穴に建て込む際に・、杭上端に杭の極限荷重を
超える静荷重を加えて、杭を穴内に圧入することを特徴
としている。

また、上記杭基礎の施工方法に使用する埋め込み杭とし
ては、杭断面積が下端から上端に向かって増加するよう
に・形成していることを特徴としている。

〈実施例〉 次いで、この発明の実施例について、図を参照しながら
、以下に説明する。

第１図〜第３図に示すように、（１）は埋め込み杭であ
り、全体がコンクリ−１−１特に軽量コンクリートにて
成形製造されてあり、埋め込む際の先端側になる杭上端
（１０）は円形をなし、杭頭となる杭上端（１１）は長
円形に形成してあり、杭上端（１１）の短径が杭上端（
１０ツの直径に等しく、杭上端（１１）の長径は杭上端
（１０）の直径よりも大きく形成しである。従って、杭
上端（１１）の断面積は杭上端（１０）の断面積よりも
大きくなり、また埋め込み杭（１）の周面は直線的なデ
ーパ−状に形成しであるので、杭上端（１０）から杭上
端（１１）にかけて、断面積が連続的に大きくなってい
る。なお、杭上端（１０）の先端隅角部（１２）は面取
り状に、斜めに切り落し形成してあって、後述する地盤
の杭穴への挿入を容易にしている。また、（１３）は吊
り下げ孔であり、杭（１）の上端近くに水平に貫通形成
してあり、杭（１）を運搬したり取り扱う際に、ワイヤ
ー等を引掛けるために使用する。

次に、上記した埋め込み杭（１）を使用する、杭基礎の
施工方法について、第４図〜第６図によって説明する。

（′２Ｊは埋め込み抗（１）に荷重を加えるための荷重
板であり、コンクリート等の比重の重い材料から形成さ
れた矩形の厚板状をなし、側面の複数個所に吊り下げ用
のリング状フック（２０）が取付けである。

上記荷重板（２）は一定の基本重訂に形成されたものを
、杭（１）に加える荷重に対応して、必要な複数枚を用
意しておく。

（３）は上記荷重板（２）のガイド装置であり、１字形
のガイド支柱（３０）を四隅に立設すると共に、ガイド
支柱（３０）の下端に井桁状の載置台（３１）を形成し
ている。そして、各ガイド支柱（３０）の中央に荷重板
（２）を挿入可能に形成してあって、荷重板（２）を左
右にズレないようにガイドしながら、水平状態で下降さ
せることが出来るようになっている。

そして、施工方法としては、まず地５１１１（４）に、
アースオーガー、穴堀建柱車等を使用して、杭穴（４０
）を掘削する。この杭穴（４０）は上端から下端まで同
−断面積の円筒状の垂直穴である。

杭孔（４０）の掘削後、ガイド装置（３）を杭孔（４０
）の上部に据付ける。そして、クレーン等で杭（１）を
吊り上げ、杭穴（４０）の中心に吊り降ろす。すると、
杭（１）は自重によって杭穴（４０）内に押し込まれ、
杭上端（１０）が少し圧入された状態で、安定して起立
する。

次に、ガイド装置（３）のガイド支柱（３０）の上方か
ら荷重板（２）を挿入して、杭（１）の上端に静かに載
せて、静荷重をかける。すると１．荷重の加わった杭（
１）は、徐々に穴（４０）の下方に押し込まれて沈下す
る。このとき、杭（１）は断面積が上端側へ向けて増加
して、穴（４０）の内径よりも太くなっていくので、杭
（１）で穴（４０）周辺の地盤を押し広げながら、杭周
面が穴（４０）の内壁と完全に密着した状態で、下方へ
と圧入されていく。

そして、荷重板（２）を順次増やして、杭（１）に加え
る静荷重を段階的に増加し、総荷重が杭（１）の極限荷
重を超えるまで荷重を増やすと、第６図に示すように、
杭（１）の全長が地５！ｇ　（４）の穴（４０）内に埋
め込まれ、荷重板（２］の下面は地盤面につく。その後
、荷重板（２）およびガイド装置（３）を取外し、杭（
１）に加わった静荷重を取除けば、埋め込み杭（１）の
施工は完了する。

以上に述べた゛埋め込み杭（１）の材質としては、通常
の埋め込み杭に使用されているものと同様の材質で実施
できるが、埋め込み杭（１）を摩擦杭とじて使用するこ
と、および取扱いの便利さを考えれば、自重の軽い軽Ｍ
コンクリートからなるものが好ましい。具体的な埋め込
み杭（１）の材質としては、普通コンクリート、軽量骨
材コンクリート、廃プラスチック、発泡プラスチック、
鋼管等からなるものが使用できる。

埋め込み杭（１）の断面形状は、円形、長円形、菱形、
多角形等、自由な形状で実施できるが、地盤を）に掘削
する杭穴（４０）は円形断面になるので、杭（１）を挿
入したときに、穴（４０）の内壁を崩さないためには、
埋め込み′杭（１）の杭上端（１０）の断面形状は、穴
（４０）と略同−断面積の円形であることが望ましい。

また、杭（１）の断面積を杭上端（１０）から杭上端（
１１）へと順次増加させるが、各部の断面形状を同一で
断面積のみを変化させる場合と、杭上端（１０）と杭上
端（１１）とで断面積および断面形状の何れもを変える
場合とがある。

例えば、軸方向全長にわたって断面形状を円形にして、
杭上端（１０）から机上０３（１１）へと直線的に断面
積を増加させ、れば、杭（１）全体が細長い截頭円錐形
をなすものが形成できる。この截頭円錐形の抗（１）で
あれば、円形の杭穴（４０）に埋め込む際に、全周で均
一に穴壁を押し広げて密着できる。

但し、杭（１）の断面形状が円形以外の形状であっても
、穴（４０）に圧入すると、軟弱地盤からなる穴壁の土
は、杭（１）によって押し広げられながら、部分的に粘
性流体のごとき挙動を示し、杭（１）の周囲に均一に密
着するように変形するので、実用上は上記異形状であっ
ても問題はない。そして、同一断面積の場合には、円形
よりも異形状のほうが、圧入時の抵抗が少なく、埋め込
み施工に要する施工時間が短くなる利点がある。

なお、第７図には断面形状の具体的な変更例の数種を示
しており、円柱状の杭（１）の側面四方に、杭上方に近
付く程、外方に大きく突出するクザビ状の突起（１４）
を形成したちのく第７図工）、杭上端（１０）が正方形
で、杭（１）の上方に近付く程、相対向する対角線が伸
ばされて、杭上端（１１）が菱形に形成されたもの（第
７図■）等でも、実施可能である。

次に、断面積の増加率としては、増加率が大きい程、地
盤（４）を押し広げる圧書量が多くなり、抗（１）と地
盤（４）との密着が良好で、摩擦による支持力も確実に
なるが、断面積の増加率が大きくなると、杭（１）の圧
入の際に、抵抗が大きく、杭（１）の沈下速度が遅くな
って、作業性が悪くなるので、増加率をあまり大きくす
ることはできない。

断面積の増加率または増加量を、定量的に表すと、以下
のようになる。

即ち、埋め込み杭（１）の各部において、充分な摩擦力
を発揮するための、杭（１）と地盤（４）との密着に必
要な、最小限の断面積の増加■としては、当該個所の地
盤（４）の弾性変形による変位置を超えるだけの、断面
積の増加■があれば、杭（１）と地盤（４）とが確実に
密着して、必要な摩擦力を発揮することができる。

一般に軟弱地盤の土質に対して、弾性係数ＥＳ＝　４０
ｋｌ；ｌ＜；、−軸圧縮強度０．４　ｋ（Ｊ４とすると
、−軸圧縮強度弁の応力σＳによって発生する歪εＳは
、εＳ＝σｓ　／Ｅｓ　＝　０．４／４０＝１０−２よ
って、軸方向の一定位置における、穴径χの増加量Δ５
ｌ（＝εＳ×χとなる。

π　（εＳ×χ）２に増加するので、単位深さ当りの大
面積の増加量、即ち増加率は、 ＝εＳ２ 深さＩＣ１当りの埋め込み杭（１）の断面積増加率（単
位深さ当り増加ｆｉｔ）Ｈを、穴（４０）の断面積増加
率１−１ｓと同一に設定するものとすれば、Ｈ＝Ｈｓ＝
εｓ　　＝　（１０−２）　”　＝　１０−’ｃｍ−１
実際の埋め込み杭（１）の製造に当っては、安全率を４
倍見込むとすれば、埋め込み杭（１）の断面積増加率の
設計値ＨＯを、 ）−１０＝　）−Ｉ　Ｘ　４　＝　４Ｘ　１０’Ｃ１ｍ
”どすれば、前記した地盤（４）の弾性変形による変位
量を超えるだけの、断面積の増加を保証でき、埋め込み
杭（１）と地盤（４）とが確実に密着して、充分な摩擦
支持力を発揮できることになる。

例えば、地盤（４）に対して、直径３５ＣＩＩｌのオー
ガーで深さ１０ｍ　（１，０００ｃｍ　）の杭穴（４０
）を掘削し、埋め込み杭（１）としては、截頭円錐形状
のもの、即ち断面が軸方向全長にわたって同一の円形状
で、断面積増加率ら一定のものを、ｔ　＝　ｉｏｏｏｃ
ｍの深さまで埋め込むものとすると、 杭上端（先端）の面積−π／４×３５２＝　９．６２　
ｘｌＯ２ｃｒａ２ 杭上端（地盤表面位置） の面積＝下“端面積ｘ　（１＋ＨＯＸＪ　）＝　９．（
ｉ２　ｘ１０２ ｘ　（Ｎ−４ｘ１０−’Ｘ１０００） ＝　１．３５　ｘ１０３ｃｍ２ とすれば良く、具体的な打ち込み杭（１）の杭径は、杭
上端径＝　３５　ｃｍφ 杭上端径＝４１．５ｃｍφ に設定すればよい。

なお、断面積増加率を、軸方向全長で一定に形成してお
けば、圧入時に穴壁を一定割合でスムーズに押し広げる
ため、穴壁を崩さずに杭（１）を圧入するために好まし
いが、断面積増加率が軸方向で変化するものでも、実用
上は充分に実施可能である。また、地盤（４）の土質や
圧入速度等の施工条件によっては、断面積増加率を変化
させたほうが良い場合もある。

次に、上記埋め込み杭（１）の施工方法において、杭（
１）に加える静荷重としては、杭（１）を地盤（４）の
杭穴（４０）の底まで完全に沈下させることができるだ
けの荷重、即ち極限荷重が必要である。

この極限荷重は、通常埋め込み杭（１）の支持力（設計
支持力）の３倍程度とされており、例えば、杭１本の設
計支持力が２ｔの場合には、上記極限荷重は６を以上と
いうことになる。なお、上２埋め込み杭（１）に加える
静荷重は、上記極限荷重以上であれば、荷重が大きい程
、抗（１）の圧入速度が大きくなり、作業性が良くなる
ので、取扱いまたは作業が可能なかぎり、大きな静荷重
をかけたほうが良い。

また、静荷重を加える方法としては、前記した荷重板（
ａのような重量物を、杭上端（１１）に載せる方法のほ
か、油圧プレスやジヤツキ等の加圧装置を使用して、静
荷重を加えることも出来る。

さらに、埋め込み施工の最初から、必要な静荷重を全て
、一度に加えても良いが、荷重板（′２Ｊを順次積み重
ねて、静荷重を段階的に増やしてもよい。

即ち、杭（１）を杭穴（４０）に挿入した最初の段階で
は、抵抗が少なく沈下速度も大きいので、比較的小さな
荷重でも圧入可能であるが、最後の段階では、全荷重を
加えなければ圧入できない。従って、圧入の初めの段階
では、必要な静荷重のうち−・部のみを加え、徐々に荷
重を増やしながら圧入を進行させていけば、一度に全荷
重を加えるよりも、作業能率が良く、全体の施工時間を
短くできて、好適である。また、上記したように段階的
に荷重を加える場合には、施工途中でも、埋め込み杭（
１）の圧入状態を観察しながら、作業が行えるので、杭
（１）に発生する支持ノＪを確認しながら施工できる利
点もある。

く効果〉 以上ごとく構成された、この発明の杭基礎の施工方法お
よび埋め込み杭（１）によれば、埋め込み杭（１）の断
面積を、杭上端（１０）から杭上端（１１）にかけて増
加させているので、杭（１）を地盤（４）に掘削した穴
（４０）に圧入したときに、断面積の増加する杭（１）
で、穴壁を順次周囲に押し広げながら圧入することにな
り、抗（１）を地盤（４）に対して、確実に密着させて
埋め込むことができる。そのため、埋め込み杭（１）と
地盤（４）との密着力が高くなり、摩擦ににる杭支持力
が極めて大きくなる。

しかも、従来のセメントミルク工法のように同化液を使
用しないので、同化液が固まるまでに長時間の養生時間
を取る必要がなく、埋め込み施工後、直ちに次工程に移
れ、極めて作業性の優れたものとなる。

また、埋め込み杭（１）を圧入する際には、杭（１）の
極限荷重を超える静荷重を加えて圧入することによって
、充分な支持力を確実に発揮させることが可能であると
共に、従来の打ち込み杭等のように、激しい衝撃荷重や
振動荷重によって、騒音や振動等の公害を発生させるこ
とがなく、周辺環境に対する影響を極力低減することが
できる。

しかも、上記静荷重による負荷は、施工後に埋め込み杭
（１）の上部に建築物等を構築した時と同様の負荷状態
であるので、上記静荷重の値と、圧入される杭（１）の
沈下状況を観察すれば、施工後の埋め込み杭（１）に期
待できる支持力の大きさが略推定でき、施工後にいちい
ち載荷試験を行って、支持力を確認する必要もなくなる
。

従って、埋め込み杭（１）の支持力および信頼性の向上
、さらには作゛業の能率化等、上記した種々の優れた効
果を発揮できるものである。

〈具体例〉 上記した、この発明の効果を実証するために、具体的に
埋め込み杭（１）を製造して、杭基礎の施工を行なった
。

埋め込み杭（１）としては、前記第１図〜第３図に示し
た形状のらのを、通常のコンクリートにて成形製造した
。杭上端（１０）は３５０ｍｎ＋φの円形で、断面積約
９６２ｄになった。なお、先端の隅角部（１２）は５０
ｍｍの幅で４５°の面取り形状とした。杭上端（１１）
は長径３９４＋ａｍ　、短径３５０■の長円形で、断面
槓約１１１６Ｃｉになった。また、杭、（１）の全長は
、下端の面取り部分を除いて４．０００ｍｎ＋である。

従って、机上＠（１１）と杭上端（１０）との断面積の
比は約１：　　１．１６で、杭上端（１１）が杭上端（
１０）よりも約１６％断面積が大きいことになる。また
、断面積の増加率Ｈは、下部と上部で異なるが、全長で
平均すれば、約４Ｘ　１０’Ｃｌ１−１になる。

次に、荷重板（２）としては、第４図および第５図に示
すような正方形状の荷重板（′２Ｊを、コンクリートで
製造し、重量は１枚で約２ｔに形成した。ガイド装置（
３）としては、Ｌ形鋼、溝形鋼等を組合せて製造し、ガ
イド枠（３０）の中央に１，５３０Ｘ　　１，５３０ａ
ｌｌの空間を形成して、上記荷重板（２がスムーズに下
降できるようにした。

施工地！！？（４）としては、標準貫入試験によるＮ値
が、地盤面下０〜１ｍでＮ＝Ｏで、深（なるにつれて順
次大きくなるが、深さ５ｍまでではＮ＝０〜９の、軟弱
地盤に対して施工した。また、上記深さ５ｍ程度までの
土の性状は、おおむね、−軸圧縮強度０．４ｋ（ｌ檀、
−軸弾性係数４ＱｋｇＪ、含水比１４８　ｗｔ％であっ
た。そして、この地盤（４）は、深さ１５ｍに達するま
で有効な支持層がなく、杭施工を行った場合には、はと
んど杭周面の摩擦力によってのみ、支持しなければなら
ない状態である。

施工工程としては、まず上記地盤（４）に対して、穴堀
建柱車（愛知車両製り＝７０５Ｅ型）を使用して、３５
０ｎ＋ｍφのオーガーで、深さ４ｍの杭穴（４０）を細
則した。杭穴（４０）は、直径が約３５０■φで、穴壁
の崩れはほとんど無く、良好なものであった。

次に、上記建柱型のクレーンを使用して、ガイド装置（
３）を運び、ガイド枠（３０）の中心と杭穴（４０）の
中心を合わせて、杭穴（４０）の上方に垂直にガイド枠
（３０）が立設されるように据付けた。

そして、埋め込み杭（１）の吊り下げ孔（１３）にフッ
クを取付けて、クレーンで吊り、机下ｐＨ（ｉｏ）を杭
穴（４０）に挿入して、垂直に保ちながら、吊り降ろす
と、抗（１）は自重ににツで、杭穴（４０）内に０．５
ｍ程度圧入され、直立した状態で停止した。

この状態で、荷重板（２を順次１枚づつ、クレーンで吊
って、ガイド枠（４０）の中央に吊り降ろし、杭上端（
１１）に静かに載せた。杭（１）は荷重板（２）によっ
て加えられた静荷重で、徐々に杭穴（４０）内に圧入さ
れて沈下し、荷重板（２を４枚載せて、計８ｔの静荷重
を加えた状態で、杭（１）の上端（１１）が地盤面まで
圧入され、最下位の荷重板（２の底面が地盤（４）につ
いた。その後、直ちに荷重板（ａやガイド装置（３）を
取り除いて、埋め込み杭（１）の施工を完了した。

上記のようにして施工された埋め込み杭（１）の支持力
を確認するために、施工直後に、土質工学会基準による
、クイの鉛直載荷試験を行ったところ、極限荷重６ｔ、
降伏荷重３．５ｔと判定され、この杭（１）１本当りの
設計支持力は１．６ｔになることが確認され、充分な支
持力を発揮できることが実証できた。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示すものであり、第１図は杭の
正面図、第２図は平面図、第３図は底面図、第４図は施
工途中の断面図、第５図は平面図、第６図は施工後の断
面図、第７図は種形状の変更例を示す底面図である。 （１）・・・・・・埋め込み杭、（１０）・・・・・・
杭上端、（１１）・・・・・・杭上端、（′２Ｊ・・・
・・・荷重板、（３）・・・・・・ガイド装置、（４）
・・・・・・地盤、（４０）・・・・・・杭穴。 特　許　出　願　人　積水化成品工業株式会社積水ハウ
ス株式会社 手　　続　　補　　正　　書（方式） 昭和６０年１０月２４日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 ２、発明の名称 杭基礎の施工方法および埋め込み杭 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　奈良県奈良市南京終町−丁目２５番地名　
称　　　（２４４）　　積水化成品工業株式会社代表者
　　川　　　本　　　　　貝 柱　所　　　大阪市北区中之島６丁目２番２７号名称　
　　　積水ハウス株式会社 代表者　１）鍋　　　健 ４、代理人 住　所　　　大阪市東区京橋３丁目６８番地氏　名　　
　（８５４８）弁理士　廣　　瀬　　孝　　美５、補正
命令の日付 昭和６０年９月４日（発送日昭和６０年９月２４日）６
、補正の対象 代理権を証明する書面および図面 ７、補正の内容 （１）別紙の通り、「委任状、１２通を補充する。 （２）　　Ｈ書に最初に添付した図面と別紙のとおり浄
書する（内容に変更なし）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地盤に杭穴を掘削した後、下端から上端に向かって
   断面積が増加するように形成された埋め込み杭を、前記
   杭穴に建て込む際に、杭上端に杭の極限荷重を超える静
   荷重を加えて、杭を穴内に圧入することを特徴とする杭
   基礎の施工方法。 ２、静荷重を段階的に増加させながら、杭の上端に加え
   る上記特許請求の範囲第１項記載の杭基礎の施工方法。 ３、杭断面積が下端から上端に向かって増加するように
   形成していることを特徴とする埋め込み杭。 ４、杭断面積の増加率Ｈを、Ｈ＝１０＾−＾４〜１０＾
   −＾３ｃｍ＾−＾１の範囲に形成している上記特許請求
   の範囲第３項記載の埋め込み杭。 ５、杭下端の断面形状が円形であり、杭下端を除く上方
   部分の断面形状が、円形以外の異形状である上記特許請
   求の範囲第４項記載の埋め込み杭。 ６、杭下端を除く上方部分の断面形状が、長円形である
   上記特許請求の範囲第５項記載の埋め込み杭。