JPS63304824A - 中空コンクリ−ト杭の先端ミックス工法 - 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】 本発明は、回転軸に連動して、杭先端を閉じる掘削装置
と、杭とを回転させ、掘削装置で原地盤を杭より大きく
掘削するとともに、回転軸に連通する吐出口から所要の
流体を給付し、この流体と掘削土砂とを、杭の先端外面
に固定連結した多段の撹拌翼で練り返して流動する土砂
に変性し、杭の周りの外周ルートに一様な組織の流動土
砂層を造りながら杭を地中に貫入させる中空コンクリー
ト杭の先端ミックス工法に関し、その目的は、杭の周り
の外周ルートに杭の周面に密着し且つ付着力の小さい環
状流動層を造り、杭の地中貫入を円滑にし、土砂と混和
する流体の種類によって、杭の外周面及び周りの原地盤
の孔壁と密着する均一な組織の環状硬化層を造って杭の
周面支持力を高め、場合によっては内部変形し易い環状
軟質層を造り、地盤沈下地帯に設置する杭に作用するネ
ガチブフリクションを低下させることにある。更に掘削
装置をキリ状掘削装置（木工用のキリに似た掘削装置）
とするときは、原地盤の全長の孔壁及び杭直下の支持地
盤を締め固めて密実化し、杭の周面支持力及び先端支持
力を格別に高めるとともに、地上への排土量を減少させ
ることにある。

現行慣用の杭の先端を掘削装置で閉じ、一工程で杭を地
中に設置する工法では、掘削装置で原地盤を杭より幾ら
か大きく掘削するとともに、ノズルから水を噴射し、そ
の上昇水流によって杭の周面と土砂との摩擦をきり、地
中に杭を掘進させる手段をとる。従って、杭の周りの土
砂はゼット水に洗われたままのゆるんだ状態で放置され
、杭の周面支持力におおくを期待できない。また支持層
では水の噴射をセメントミルクの噴射に切り換えて先端
根固めを行うが、先端球根の体積、外径及び実際強度は
支持地盤の性質によって差違が生じ、必ずしも支持地盤
の強さに比例して強化されるとはなし難い。

本発明の施工法は、杭の先端を閉鎖する現行施工法の上
記弱点をすべて克服するもので、杭の周面支持力を計画
に従って増減させ得るとともに、杭の先端に既成拡大根
を設けるときは、この拡大根を支持地盤に圧接させ、支
持地盤の支持強度に対応した確実な先端支持力が得られ
る。

以下に、図面に示す実施例に従って本発明を説明する。

ＰＨＣ杭（Ａ）は杭本体１と、その下端部に設けた拡大
平行部からなり、この拡大平行部２の外面に多段の撹拌
翼３を突設する。

実施例で用いた、撹拌翼３は、第３図に示すように不等
辺山形鋼の短辺の一部を切除し、その短辺の残留部を撹
拌翼３とし、長辺を撹拌翼の基板４としたもので、この
基板４には取付穴５を設ける。一方、拡大平行部２の所
定位置のコンクリート内には遠心力成形時定着鋼材６が
鋳込まれ、その一端はコンクリートの外面に露出する。

実施例では第４図に示すように、定着鋼材６にＰＣ鋼棒
の接続具となるカップラを用いその一端を鉄片７で閉じ
、このカップラをコンクリート８内に鋳込んだ。また基
板４を取付ける所定位置のコンクリートの外面は、局部
的に平面に構成しておく。

基板４は、その取付穴５を通じ高強度ボルト９を定着鋼
材６にねじ込み、この高強度ボルトの頭を基板に溶接し
、撹拌翼をもつ基板４を拡大平行部に固定連結する。各
自３個の撹拌翼３を持つ４条の基板４を第１図に示すと
おり取付ける作業は極く簡単で、通常施工現場で杭に取
付ける。

また掘削装置となる沓Ｓは、円錐体１０とその上方の延
長体１１からなり、円錐体１０には１対の山形鋼製のア
ングルピット１２を突設し、延長体１１には上端にかぎ
部をもつ１対の押圧金具１３と、１対のガイド片１４を
突設する。

第２図は杭Ａの中空部に挿入する回転軸１５と、沓Ｓと
の連結・離脱の構造を示す機構図で、沓Ｓの上面には沓
の中心を通る吐出管１６が突出し、吐出管１６の上端に
１対の受動金具１７を突設する。一方、回転軸１５の先
端には１対の主動金具１８を突設し、この主動金具１８
と受動金具１７とは、矢印で示す回転軸１５の正転時に
は図示のとおりかみ合わされ、主動金具１８が受動金具
１７を押して沓Ｓが回り、回転軸１５を逆転すると受動
金具１７と主動金具１８とのかみ合わせが外れ、沓Ｓと
回転軸１５とは離脱可能となる。この回転軸１５と吐出
管１６とは水密に接続され、回転軸を通じて圧送する流
体は、吐出管１６の先端の吐出口１９から流出する。符
号２０は吐出口１９に設けた調節バルブである。第２図
では、沓Ｓに設ける付帯装置は省略してある。

また、拡大平行部２の先端には点線で示す定着板２１と
補強バンド２２とを固着し、補強バンド２２に１対の伝
達金具２３を突設する。従って回転軸１５を正転すると
沓Ｓが回り、このとき沓Ｓの押圧金具１３が杭Ａの伝達
金具２３を押して杭Ａ回転させ、且つ押圧金具１３の上
部のかぎ部が伝達金具２３を抱いて杭Ａと沓Ｓは離脱し
ない。すなわち、回転軸１５の正転運動によって沓Ｓ及
び杭が一体化して同時に回転する構造とする。図面の右
側に示す上下の長い点線は杭Ａの中空部内癖を示す。

第１図は、杭の設置位置の地盤を掘進中の沓ＳとＰＨＣ
杭Ａとの掘進態様を示す。原地盤は先端から上端にかけ
て次第に掘削直径が大きくなるアングルビット１２の回
転掘進によって掘削されるだけでなく、アングルビット
１２の下端部から上端部にかけて順次横方向及び下方に
押し広げられて圧縮される。木材の板に先端のとがった
キリを加圧回転して穴を開けると、板はキリの刃で削ら
れるだけでなく、軟質の板ほど穴の回りの板の組織が密
になる。この圧密現象は、木材より組織のあらい地盤で
は更に顕著にあらわれる。この掘進手段を、本工法では
キリ状回転掘進といい、地盤の受ける密実化をキリ状回
転掘進による穴明け加工硬化という。以上のことから沓
Ｓは三角錐又は四角錐などに変更でき、このときは角錐
の各稜がそのままビットとなる。この稜及びアングルビ
ットには、必要に応じて掘削チップを取付け得る。従っ
て軟弱地盤ではアングルビット１２の掘進によって、沓
Ｓの下方及び側方に押し広げられる土砂の分量が多く、
原地盤が硬質になるに従って原地盤の圧縮土砂量が次第
に減少し、掘削土砂量が多くなるが、いずれの場合でも
沓Ｓの直下の原地盤及び沓Ｓの側方の原地盤の孔壁Ｂは
、沓Ｓの掘進による穴明け加工硬化を受けて密実化する
。

また、回転軸１５及び吐出管１６を経て圧送する流体は
、その圧力でバルブ２０を開き沓Ｓの下方から給付され
るが、水、ベントナイト泥水及びセメントミルクなどは
、土砂を泥水状泥土とする多量の流体ではなく、掘削土
砂を流動する土砂となし得る比較的少量の流体である。

支持層に至るまで特に軟弱な地層が続き、杭の周面支持
力が全く期待できない施工地では、少量の水またはベン
トナイト泥水を給付し、掘削土砂を流動泥土とする手段
を用いてよいが、一般の施工地では、この実施例の特長
として原地盤の全長の孔壁Ｂが、キリ状沓Ｓの掘進によ
る穴明け加工硬化を受け、原地盤本来の組織より密な組
織に変成される関係上、この特長を生かして杭Ａと孔壁
Ｂとの間の外周ルートＲに、原地盤より強い組織のセメ
ント硬化層を造ることが望ましい。ところで水セメント
比１００％ないし２００％のセメントミルクを掘削土砂
に単に給付しただけでは、一部は掘削土砂と併存して地
中に残留するものの、流動性の高いセメントミルクの大
半は掘削土砂とは無縁の状態で独自のルートを造って上
昇し、地表面にオーバーフロする現象が往々にしてみら
れ、外周ルートＲ内に連続する均一な組織のセメント硬
化層を造成することは維持し難い。砂利、砂、セメント
及び水などの必要材料をよせ集めただけでは、望ましい
組織のコンクリートとはならないという厳然たる事実が
、上記の現象を明らかに証明する。

そこで本工法では杭Ａと沓Ｓとを第１図の連結状態にし
、両者を同時に正転させて掘進し、アングルビット１２
で掘削した土砂に、適量のベントナイト又はＣＭＣを混
和したセメントミルクを給付し、このセメントミルクと
掘削土砂とを、沓に突設した押圧金具１３、ガイド片１
４及び杭の拡大平行部２に突設した多段の撹拌翼３で練
り合せ、杭Ａの回りの外周ルートＲ内に、セメント粒子
が一様にゆき渡った流動するソイルセメント層を造成す
る。これらの撹拌翼３、押圧金具１３及びガイド片１４
は、杭の先端ミキサであって、この機械的混合手段によ
って、掘削土砂は均一な組織の付着力の小さいソイルセ
メントに変性され、杭Ａは円滑に地中に貫入する。すな
わち、本工法は沓及び杭の回転を利用した先端ミックス
工法である。なお、撹拌翼３の回転半径は、アングルビ
ッド１２の最大回転半径とほぼ同一とするので、撹拌翼
３の回転時孔壁Ｂにはソイルセメントが押しつけられ、
砂質地盤の孔壁Ｂにはセメント粒子が浸透し、外周ルー
トＲのソイルセメントと孔壁Ｂとの一体度が高められる
。

支持層では、水セメント比５０％ないし６０％の高濃度
セメントミルクを吐出する。砂質支持層ではこのセメン
トミルクと原地盤の掘削土砂とを、前記先端ミキサ３、
１３、１４で練り上げ、外周ルートＲ内に高配合のモル
タルを造成しながら、沓Ｓを支持層の所要の深度に到達
させる。

こののち直ちに杭の頭部に、杭頭のウエイト、操作クレ
ーン及び付帯ウエイトの重量を用いた巨大な圧入力を加
える。このとき沓Ｓのアングルビット１２はくさび状に
原地盤内にわり込み、沓Ｓの円錐体１０は穴明け加工硬
化を受けた逆円錐形状の原地盤にその全面が圧接し、更
にこの円錐体１０によって支持地盤を押し固める。

支持地盤の締め固めは上記圧入力のほか、杭頭にウエイ
トによる軽打を加えてもよい。

次に、回転軸１５を逆転して吐出管１６から離脱させ、
回転軸１５の回収初動時、適量のセメントミルクを杭中
空部内に吐出し、杭Ａと沓Ｓとを更に一体化する。

以上の実施例によると、杭本体１より拡大された沓Ｓは
、穴明け加工硬化を受けて締め固められた支持地盤に圧
接し、更に支持地盤を押し固める。一方支持層の外周ル
ートＲには、充分ねり返されセメント粒子が一様にゆき
渡った高濃度モルタル製の硬化層が造成され、設置面積
の広い沓Ｓに作用する支持地盤の上向きの支持力と、外
周ルートＲ内のモルタル硬化層を介し、高強度ボルト９
で杭Ａと一体にした撹拌翼３を剪断抵抗体とした拡大平
行部２及び杭本体１の下方部分の周面に作用する支持層
の周面支持力とが合成され、拡大平行部２と沓Ｓからな
る拡大根に作用する支持地盤の先端支持力は格別に高め
られる。

またこの実施例の施工法によると、原地盤の孔壁Ｂは沓
Ｓのキリ状回転掘進による穴明け加工硬化の作用を受け
、全長の孔壁Ｂが密実化し、このように強化された孔壁
Ｂの支持力は、外周ルートＲ内の均一な組織のソイルセ
メント硬化層を介し、支持層に至るまでの長区間の杭本
体１の外周面に作用し、掘削でゆるめた孔壁の支持力を
期待してなる現行のセメントミルク工法で得られる周面
支持力を優に超える周面支持力が得られることは明らか
である。前記先端支持力と上記周面支持力とを総合した
杭Ａの全支持力は、打撃工法によって設置された杭本体
１の全支持力よりかなり大きな支持力となることが期待
される。もちろん、打撃工法ではこのような拡大根をも
つ杭の打ち込みは、杭本体１の周りの土砂が空疎化し、
杭本体１が長柱状態となるので実際上施工できない。

以上に述べた本工法に用いる流体は、セメントミルク又
はベントナイト泥水などの流体に限定されない。例えば
、地盤沈下地帯の粘土層を掘進するときは、第２図の吐
出管１６を通じ圧縮されたエアを吐出する。アングルビ
ット１２で掘削した土砂とこのエアとは、先端ミキサ３
、１３、１４の練り返し作用を受け、掘削土砂内に無数
の気粒が分散してゆき渡り、粘性土砂の流動性が高めら
れるとともに、その粘着力が低下する。このように変性
された流動土砂は杭の周りの外周ルートに軟質層を造り
、杭は渋滞なく粘土層に貫入する。圧密を生じない地盤
に到達した以後の施工は実施例と同様に行う。上記の施
工法によれば、杭の周りの粘土質地盤が沈下しても、外
周ルートＲ内に造成された無数の気粒を含む軟質土砂層
の外装と内装とが容易にずれてひずみ、且つ杭に対する
粘着力が小さく、杭に作用するネガチブフリクションが
緩和されて杭に過大な荷重が作用しない。この場合も実
施例と同様に杭の先端に拡大平行部２を造り、外周ルー
トＲの層厚を厚くすると、原地盤の圧密沈下の影響が更
に減少し、且つ杭の先端支持力が増大し、圧密沈下によ
る上層地盤の増加荷重が補償される。

また、本工法に用いる杭は必ずしも拡大根をもつ杭だけ
でなく、掘削装置を兼ねる沓も実施例の円錐状沓Ｓ又は
角錐状沓に限定されない。

例えば摩擦杭の場合は、拡大平行部２のない通常の杭を
用い、その下端部に実施例と同様な撹拌翼３を突設する
。また杭と沓との連結手段としては、実施例と同様にし
てよいが、第５図に示す沓Ｋと、杭の下端部に設けた金
具とを溶接する構造としてよい。杭の先端を閉じる沓Ｋ
の閉鎖鉄板２４の直径は、一点鎖線で示す杭の外径より
幾分大きく、この閉鎖鉄板２４の下面には、第６図に示
すように、矢印で示す沓の正転方向に対して後方に反っ
た反り面ビット２５を溶接する。この反り面ビットの回
転直径は、閉鎖鉄板２４の直径よりわずかに大きくする
。従って閉鎖鉄板２４を矢印の正転方向に回転して掘進
すると、反り面ビット２５で掘削された土砂は上方への
盛り上りが閉鎖鉄板２４によって阻止される関係上、否
応なく反り面ビット２５の外側に移行し、外縁の屈曲面
２６の回転運動によってこの土砂は外側に向かう圧力を
受ける。

軟弱地盤ではこの圧力によって原地盤内に圧入される土
砂の分量が多く、圧入されない分量の土砂は杭の周りの
外周ルートに向かって上昇する。

地盤の圧縮性が乏しくなるに従って原地盤に圧入される
土砂は少量となり、この掘削土砂の大半は外周ルートに
収容されるが、いずれの場合も原地盤の孔壁は屈曲面２
６の圧力を受けてその組織が密実となる。以上の掘進時
、吐出管１６に連通し、先端を閉じた分岐管２７から、
閉鎖鉄板２４に設けた吐出口１９を経て適量のセメント
ミルクを上方に吐出するので、外周ルートに収容された
土砂は、杭に突設した多段の撹拌翼で練り返され、流動
するソイルセメントに変成される。以上の様に掘進して
所定の深度に至れば、回転軸を逆転して回収し、杭の設
置作業を完了する。以上の施工法によれば、原地盤の孔
壁の全長が本来の組織より密実化し、且つ杭の周りの外
周ルートに均一な組織のセメント硬化層が造成されるの
で、この摩擦杭の周面支持力は、孔癖をゆるめたままの
現行慣用のセメントミルク工法などで設置された摩擦杭
の支持力より増大することは明らかである。

次に、実施例の設計変更の一例であるが、第１図に示す
沓Ｓと最上段の撹拌翼３までを一体に製作し、撹拌翼を
装備した鉄骨コンクリート製の沓とし、この沓を回転軸
で掘進させ、この沓の上方に設けた案内円筒などで杭と
沓との軸心を一致させ、杭Ａを沓に接面させながら後続
させると、杭Ａは、沓との接触面の回転摩擦力が、杭Ａ
の周面と外周ルートＲの流動層の回転摩擦力を越える場
合は杭Ａが回転し、逆の場合は杭Ａは回転せず沓に後続
する。以上のことから、沓の回転に従って杭Ａを強制的
に回転させないため回転軸の使用動力を節限し得る利益
が得られる。なおこの場合は、沓の上方に設けた案内円
筒と、杭の周面との間をＯリングなどで締め切れば、杭
Ａが周りの流動層の浮力を受けて軽量となり、沓と杭と
の接触面に生ずる回転摩擦力が減少し、杭Ａの深度が深
くなると杭Ａはほとんど回転せず地中に貫入する。

以上の実施例及び応用例に示されるとおり、本施工法の
適用範囲は広い。また本工法に用いる図示の円錐状沓Ｓ
のアングルビット１２及び沓Ｋの反り面ビット２５は、
礫を外側に押し出す性能をもつので、施工地に厚い礫層
があってもこの層を通貫し得る。更に、非情に固い粘土
質中間層がある施工地では、円錐状沓Ｓのアングルビッ
ト１２に短い掘削チップを多段に突設すると、硬質中間
層は段掘り作用を受けて掘削抵抗力が弱められ、渋滞な
くその硬質層を通貫できる。すなわち、低公害施工法に
属する本工法は、打撃工法で設置された杭と顕著な支持
力をもつ杭を地中に設置することを究極の目的とするも
ので、しかも中間硬質層を渋滞なく通貫し得てその有用
度が高い。

なお、杭または沓に突設する撹拌翼３は、実施例の撹拌
翼３に局限されない。例えば、所要の寸法の平鋼に所要
の形状の撹拌翼を複数個突設し、この数条の平鋼を杭ま
たは沓のコンクリートに鋳込んだ定着鋼材に、太径の高
強度ボルトで取付ける方法、または１個の定着鋼材に複
数の撹拌翼を取付ける手段など、種種に設計変更できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、拡大根を設けたＰＨＣ杭の地中掘進時の態様
図、第２図は沓と回転軸との連結・離脱の機構図、第３
図は撹拌翼の構造を示す斜面図、第４図は撹拌翼の基板
と杭の定着鋼材との取付け構造図、第５図は他の例の沓
の正面図、第６図は第５図の沓の下面図である。 図面中、　符号Ａ・・・ＰＨＣ杭、　Ｂ・・・原地盤の
孔壁、　Ｒ・・・外周ルート、　Ｓ・・・円錐状沓、　
Ｋ・・・鉄板製の沓、　１・・・杭本体、　２・・・拡
大平後部、　３・・・撹拌翼、　４・・・撹拌翼の基板
、　６・・・定着鋼材、９・・・高強度ボルト、　１０
・・・沓の円錐体、　１１・・・沓の延長体、　１２・
・・アングルビット、　１３・・・押圧金具、　１５・
・・回転軸、　１６・・・吐出管、　１７・・・受動金
具、　１８・・・主動金具、　１９・・・吐出口、２３
・・・伝達金具、　２４・・・閉鎖鉄板、　２５・・・
反り面ビット、　２６・・・屈曲面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 杭の下端部の所定位置に所要数の定着鋼材を鋳込んで成
   形し、杭の外面に露出する前記定着鋼材に所要数の撹拌
   翼を取付け、杭の中空部に挿入する回転軸の先端に装着
   した掘削装置で杭の中空部を閉鎖し、この掘削装置で地
   盤を杭より大きく掘削するとともに、回転軸に連通する
   吐出口から所要の流体を給付し、杭を掘削装置に連動さ
   せて回転させる掘進工程時、掘削土砂と給付流体とを前
   記撹拌翼で練り返して流動する土砂に変性し、杭の周り
   の外周ルートに流動土砂層を造りながら杭を地中に貫入
   させることを特徴とする中空コンクリート杭の先端ミッ
   クス工法。