JP2003336253A - 鋼管杭基礎および鋼管杭基礎の構築工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼管杭による基礎構築工法において、鉄パイ
プをそのまま打設することにより打設作業を容易に行い
得るようにし、その下部に大径の大径部を構築して、鋼
管杭による支持強度を向上させ得るようにする。 【解決手段】 地盤中に所定の長さと径の鋼管杭１０を
打設してから、前記鋼管杭１０の中空孔を通して掘削部
材１５を挿入し、ロッド部材１６の下部に設ける掘削翼
２０を拡開しながら、鋼管杭の下部に大径空間部を構築
し、掘削した土をロッド部材を通して供給される圧気と
ともに、スクリュー部材１７を介して上部に排出する。
そして、前記掘削翼２０を引上げてから、鋼管杭１０の
孔からモルタル等の固化材を注入して、支持ブロックを
鋼管杭１０の下部に一体化させて構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管杭を用いた建
物等の基礎に関し、特に、鋼管杭の下部に大径の強固な
支持部を構築して、鋼管をそのまま用いた鋼管杭による
支持力を増大させる基礎とその構築工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、住宅やその他の小規模の建物
等の構造物を構築するに際しては、その構築場所の地盤
の強度等の条件を調査し、その地盤が構造物を支持する
ことができないと判断された場合には、その支持力を増
大させる工事を行っている。前記地盤の支持力を増大さ
せるためには、杭等を打設することや柱状の地盤改良を
行うこと、または、地盤を圧密して支持強度を増大させ
る等の手段が一般に用いられている。前記地盤の支持力
を増大させる工法のうち、最も簡便なものは杭打ち方式
であるが、前記杭基礎を構築するに際しては、コンクリ
ート杭の他に、鋼管杭を打設する工法は近年多く用いら
れるようになっている。

【０００３】前記鋼管杭を打設する工法においては、前
記鋼管杭はパイプ等の鋼管を所定の長さに切断したもの
を、そのまま使用するのであるから、鋼管の周囲面と地
盤との間での摩擦係数が小さいために、支持可能な荷重
が少ないという問題がある。そこで、前記鋼管杭の支持
強度を向上させるために、鋼管杭の下部や途中の部分
に、スパイラル状や円板状等の突起物を突出させて設
け、前記突起物により土との接触面積を増加させるよう
にしたものが使用される。そして、回転と押圧手段とを
装備した杭打ち機を用いて、前記鋼管杭を地中に押し込
むようにして打設することにより、基礎の支持力を増大
させることを可能にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記支持力
を増大させる手段を付加して設けた鋼管杭を用いる場合
に、鋼管杭に突起部材を溶接等により取り付ける加工を
必要とするために、パイプをそのまま使用する場合に比
較して、鋼管の加工コストが増加するという問題があ
る。前記パイプの周囲や下面に突起部材を設けた鋼管杭
を打設するに際しては、杭打ち機にも回転機構と押圧機
構とを設けるので、杭打ち機の構造が複雑で、杭の打設
工事の手間と、打ち込みの作業に時間とを必要とすると
いう課題が残っている。そして、鋼管杭を回転手段によ
り打ち込む際には、その突起部材が杭の周囲の地盤を破
砕するので、杭の周囲面と土の間の摩擦係数が大幅に低
下する等の問題もある。さらに、前記鋼管杭に設ける突
起部材が螺旋状のものである場合には、その突起部材の
下面は平面でないために、掘削面との接地は面ではなく
線に近いものとなるために、荷重が付与されると初期沈
下が大きい。したがって、従来の鋼管杭基礎の設計に際
しては、突起部材を含めた面積の半分が有効に作用する
ものとして計算しているのが現状であり、鋼管杭の強度
を十分に利用出来ていないものである。

【０００５】本発明は、前記鋼管杭を用いた地盤の支持
力を向上させる工事を簡単に行い得て、鋼管杭の支持強
度を向上させ得るような基礎とその構築工法を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の長さと
径の鋼管を用いた鋼管杭による杭基礎に関する。本発明
の請求項１の発明は、地中に打設した前記鋼管杭の下部
の地盤中に、前記鋼管杭の径よりも大径の固化層による
支持部を構築し、前記大径の支持部により前記鋼管杭を
支えることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、前記鋼管杭の下部に構
築する支持部は、杭としての鋼管の孔を介して注入され
て、地中に構築する大径の固化層により構成されること
を特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、所定の長さと径を有す
る鋼管を地中に打設して構築する杭基礎の構築工法に関
し、前記鋼管を打設装置により地中に打ち込む工程と、
前記地中に打ち込んだ鋼管の中空孔を介して掘削部材を
挿入し、前記鋼管の下部の土を掘削し、掘削した土を排
出して大径の空間を構築する工程と、前記掘削部材によ
り掘削された大径の空間部に固化材を圧入して固化さ
せ、鋼管の下部に大径の固化層による支持部を構築する
工程とを経て、鋼管杭の支持力を増大させる処理を行う
ことを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、前記鋼管杭による基礎
を構築するに際して、前記鋼管杭の中空孔から下部に押
し込んで大径部を構築する掘削部材は、中空で下部に圧
気噴出孔を設け、周囲にスクリュー部材を設けたロッド
部材の下端部に、拡開可能な掘削翼を設け、前記ロッド
部材を回転させて先端部に設けた掘削翼により土を掘削
し、前記ロッド部材の先端部から圧気を噴出させ、掘削
した土を圧気とともにスクリュー部材を介して地上に排
出させ、前記鋼管杭の下部では、前記掘削翼を次第に大
きな角度で広げながら鋼管杭の下部に大径部の空間部を
構築し、前記掘削部材を引上げてから、前記鋼管杭の中
空孔から大径部に向けて固化材を注入し、前記固化材に
より構築した固化層を用いて、鋼管杭の下部に大径の支
持部を構築することを特徴とする。

【００１０】請求項５の発明は、前記ロッド部材の中空
部を通して、掘削部材に設ける掘削翼の揺動を行う手段
を前記ロッド部材の上部に設け、前記掘削翼により鋼管
杭の下部に大径空間部を掘削する動作を制御可能に構成
したことを特徴とする。

【００１１】前述したように、鋼管杭を用いて支持基礎
を構築するものであるから、鋼管杭の打設を容易に行う
ことが可能であり、前記鋼管杭の孔を利用して掘削部材
を挿入し、杭の下部に大径の空間部を容易に構築でき
る。そして、前記空間部に固化材を充填して固化層を構
築することにより、鋼管杭の支持を強固な固化層により
行い得るので、鋼管杭の強度の特性をそのまま利用でき
て、基礎の構築を容易に行うことが可能で、鋼管杭の強
度をそのまま有効に利用できる。したがって、前記鋼管
杭に対して地盤との接触面積を増加させるための突起部
材を加工する等の、余分な加工を施す必要がないため
に、杭部材の製造と杭基礎の施工コストを低減させるこ
とができ、任意の支持強度を有する地盤に対して容易に
適用が可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図示される例にしたがって、鋼管
杭を用いた基礎とその構築工法を説明する。図１に示す
例は、鋼管杭１０を工事地盤に打設する例を示している
もので、鋼管杭１０を打設する基礎杭構築装置１として
は、従来より一般に使用されているような作業車両２を
用いる。鋼管杭１０の打設を行うために、ガイドポスト
５に沿わせて上下動させる駆動装置９を設け、前記ガイ
ドポスト５を作業車両２のブーム３と補助アーム３ａに
より支持している。また、前記ガイドポスト５の頂部に
はヘッド部材６を配置し、車両２に設けているウインチ
４によりワイヤ４ａを駆動して、駆動装置９を上下動さ
せながら、鋼管杭１０の打設と、以下に説明する掘削部
材１５による大径空間部の掘削作業を行う。なお、前記
駆動装置９に対して、作業車両２に設けた油圧ポンプか
らの油圧供給系８と、図示を省略する圧気供給系のパイ
プ７を接続しているが、前記駆動装置の駆動系と圧気供
給系とは、車両２に付属させない他の任意の装置で構成
することが可能である。

【００１３】前記鋼管杭１０としては、任意の内外径と
肉厚の鋼管（鉄パイプ）を使用することができるもの
で、前記鋼管杭１０の長さも、鋼管杭が負担する建物等
の重量や、地盤環境に対応させて任意に設計される。前
記鋼管杭１０を工事地盤中に打設するに際しては、駆動
装置９により鋼管杭を回転させながら、上から押圧する
力を付与して、打ち込み作業を行うことが可能である。
そして、前記鋼管杭１０の下端部を支持地盤にまで貫入
させるまで打設するもので、前記鋼管杭１０の打設作業
に際しては、鋼管杭の周囲の地盤を掻き乱すことがない
状態で作業を行い得るようにする。前述したようにし
て、鋼管杭１０を地盤１に垂直に打設した後で、鋼管杭
１０の内部の孔に掘削部材１５を挿入して、鋼管杭１０
の孔に詰まっている土を除去する作業を行う。

【００１４】前記掘削部材１５としては、中空で内部に
圧気を吹き込む手段を接続したロッド部材１６の下端部
に、２つの掘削翼２０を開閉可能に設け、ロッド部材１
６の周囲にはスクリュー部材１７を設けたものを用い、
前記ロッド部材１６の下端部から圧気を噴出させるよう
に構成している。前記スクリュー部材１７の外径は、鋼
管杭１０の内径に対して、若干の余裕を持たせて形成
し、鋼管杭１０の孔の中で自由に回転させ得るように構
成することで、掘削した土を圧気により掻き乱してほぐ
し、前記スクリュー部材１７を回転させる作用と、圧気
を排出させる作用とを組み合わせた動作により、前記ス
クリュー部材１７に沿って土を排出させるようにする。

【００１５】前記掘削部材１５のロッド部材１６の下端
部に設けている掘削翼２０は、図２ないし図４に示して
いるように構成され、揺動可能に支持されているもの
で、図２に示す例では、ロッド部材１６の下端部に支軸
２１、２１ａを介して、２つの掘削翼２０、２０ａをそ
れぞれ揺動可能に設けている。前記掘削翼２０、２０ａ
を揺動させるために、各掘削翼には接続手段２２、２２
ａを介してワイヤ２３、２３ａを接続し、ロッド部材１
６の上部に配置しているワイヤ巻取り装置２５によりワ
イヤの繰出しと巻取りをする。前記ワイヤ巻取り装置２
５においては、ロッド部材１６の上部に回転可能に支持
している巻取り部材２６に、前記ワイヤ２３、２３ａを
巻いておき、ハンドル２８を用いて巻取り部材２６を回
転させて、ワイヤの繰出し・巻取りを行い得るようにす
ることができる。また、前記巻取り部材２６を回転させ
るために、巻取り部材２６の端部にプーリ２７を設け
て、前記プーリに巻き付けたワイヤにウエイト部材２９
を取り付けて、前記ウエイト部材２９の重量により掘削
翼２０、２０ａを常時開く方向に付勢する手段を用いる
ことも可能である。

【００１６】前述したように構成した装置において、建
物の基礎に対して杭を打設する場所に、前記図１に示す
ようにして、駆動装置９により鋼管杭１０の頭部を保持
して回転と押圧作用とを付与しながら、所定の深さの位
置まで鋼管杭１０を打設する。次いで、前記駆動装置９
に掘削部材１５を保持させ、ロッド部材１６の上端部に
圧気供給手段（図示を省略）のホース端部を接続して、
掘削翼２０を打設した鋼管杭１０の孔に挿入し、鋼管杭
１０に詰っている土を排出させる作業を行う。前記掘削
部材により鋼管杭１０に詰っている土を排出するに際し
ては、駆動装置９によりロッド部材１６を回転させなが
ら、ロッド部材１６の下端部から圧気を噴出させ、掘削
翼２０により削られた土を圧気によりほぐしながら、ス
クリュー部材１７の回転と排出される圧気により鋼管杭
１０の上まで搬送する。

【００１７】前述したようにして、鋼管杭１０の中に詰
っている土を除去しながら掘削翼２０を降下させると、
鋼管杭１０の下端部から掘削翼２０の端部が突出され、
図２に示すように、鋼管杭１０の下部の土を掘削する状
態となる。前記鋼管杭１０の孔に詰っている土を除去す
る工程では、ロッド部材１６の上部に設けているワイヤ
巻取り装置２５では、プーリ２７に対して回転力を付与
するウエイト部材２９により、ワイヤ２３、２３ａに対
して所定の値の張力を付与した状態で、鋼管杭の内壁面
に掘削翼の先端部を摺動させながら、パイプ内部の清掃
を行うようにする。

【００１８】前記掘削翼２０が鋼管杭１０の下部から突
出された後では、前記ワイヤ巻取り装置２５によりワイ
ヤ２３、２３ａを上に引上げるようにして、掘削翼２
０、２０ａに対して支軸を中心にして拡開する方向の力
を加えながらロッド部材１６を回転させ、図３に示すよ
うに、鋼管杭１０の下部に大径の大径空間部を形成する
工程の作業を継続して行う。前記鋼管杭１０の下部に大
径空間部を構築するに際しては、前記２つの掘削翼２
０、２０ａには、それぞれ外側に向けて拡開する方向の
力が付与された状態で、ロッド部材１６とともに回転さ
れるので、掘削翼が鋼管杭の下部に突出するにしたがっ
て次第に拡開されながら、下部の土を掘削して圧気によ
りほぐし、スクリュー部材１７の回転作用により上部に
排出する動作が継続される。

【００１９】そして、前記掘削翼２０が鋼管杭１０の下
部から全体が突出された状態では、図４に示すように、
掘削翼２０、２０ａの長さに対応する径の大径空間部１
１が形成される状態となる。前記大径空間部１１を所定
の深さ（高さ）に構築するためには、前記ロッド部材１
６を上下動させながら、圧気の噴出と掘削翼による掘削
を継続して行い、圧気の供給とスクリュー部材の回転に
より、鋼管杭１０の孔を通して土を排出させる。前記大
径空間部１１の掘削に際して、掘削した土は圧気により
スクリュー部材を介して排出できるが、礫や石等の掘削
翼により破砕されないものは、そのまま大径空間部１１
の中に残留する。しかし、前記大径空間部１１内に残っ
た石等は、その後に大径空間部１１にモルタル等を注入
することにより、モルタルに石等が混入された支持ブロ
ックを構築するので、無理に排除する必要はない。

【００２０】前記図４に示すようにして、鋼管杭１０の
下部に所定の大きさの大径空間部１１を構築した後で、
掘削翼２０を引き上げて大径空間部１１にモルタル等の
固化材を注入する工程の作業を行う。前記掘削部材を引
上げる際には、ロッド部材１６の下部に設けている掘削
翼２０、２０ａは、その翼の上面が鋼管杭１０の下端部
に摺動しながらロッド部材１６とともに引上げられるの
で、前記掘削翼は支軸２１、２１ａを介して閉じる方向
に自動的に揺動されて、図２の状態に戻されながら鋼管
杭１０の中を上昇される。また、前記掘削翼を引き上げ
るに際しては、ワイヤ２３、２３ａの上部を巻き付けて
いる巻取り部材２６に対して、ワイヤを巻き取る方向の
力を付与しながら行うと、掘削翼を閉じる作用をより容
易に行わせることが可能である。

【００２１】前述したようにして、図４に示すように、
鋼管杭１０の下部に大径空間部１１を掘削した後で、鋼
管杭１０の孔を通して大径空間部１１にモルタル等の固
化材を注入する。前記モルタルとしては、鋼管杭が支持
する建物の重量と、下部の地盤の強度等に対応させた強
度を有するように、セメントと砂等を配合したものを用
いることが可能である。そして、前記鋼管杭１０の孔を
通してモルタルを注入し、モルタルを固化させることに
より、図５に示すような支持ブロック１２を鋼管杭１０
の下部に一体に構築することができる。前記固化材とし
ては、モルタルの他に、従来のソイルセメントコラムを
構築する場合と同様に、増強材成分や任意の混合材成分
を混入したものを用いることができ、固化材を注入する
に際しては、鋼管の孔を通して落下させる手段を用いる
他に、前記鋼管杭の径が大径のものである場合には、注
入ホースを掘削した大径空間部にまで挿入して、モルタ
ル等の固化材を空間部内部に充満させることができる。

【００２２】したがって、前述したようにして構築した
基礎においては、鋼管杭１０の周囲の地盤が乱された状
態とはならないので、鋼管杭を打設した地盤とパイプの
摩擦係数を大きく設定できる。また、前記鋼管杭１０の
下部に強度の大きな支持ブロックを構築していることか
ら、前記鋼管杭の下部の支持ブロックの面積の全体が、
掘削面に密着されていることになり、従来の突起部材付
きの鋼管杭の場合のように、杭本体と土との摩擦係数等
を総合した強度の計算上、安全係数等を考慮する必要は
ない。すなわち、前記鋼管杭１０としては、計算上の強
度を有するように、適当な肉厚の鋼管を用いることがで
き、そのパイプ材の強度を有効に利用することができる
ものとされる。

【００２３】本実施例の鋼管杭基礎の構築工法を用いる
場合には、鋼管杭を打設する作業は容易に行い得るもの
であり、その鋼管杭の下部に大径部の支持ブロックを一
体に構築するのみで、基礎の強度を任意の強さのものと
して構築することができる。また、鋼管杭を打設する際
に、鋼管杭の周囲の地盤を突起物により攪拌して、支持
強度を低下させる等の不都合が生じないという特徴を発
揮できる。そして、前記鋼管杭１０の下部に支持ブロッ
クとしての固化層７を構築するための工事も、比較的簡
単な工法を用いて行い得るので、全体として地盤の支持
強度を強化する工事のコストを低下させることが可能で
あり、その鋼管杭の打設を含めた基礎の工事期間を短縮
することが可能である。

【００２４】なお、前記鋼管杭の構築工法において、駆
動装置を支持するための装置は、前記実施例に示したよ
うなガイドポストを用いることに限定されるものではな
く、任意の支持手段を用いて駆動装置を支持し、駆動装
置の重量に加えて、任意の押圧手段を用いて押圧しなが
ら回転付与機構を用いて打ち込み作業を行うことが可能
である。また、前記掘削部材のロッド部材に設けるスク
リュー部材の形状等も、土を有効に排出できれば、従来
公知のスクリュー部材を用いることが可能である。さら
に、ロッド部材の下端部に配置する掘削翼の形状と、そ
の開閉機構等も、特にその構造を限定するものではな
く、掘削翼に対する開閉と、大径空間部の掘削に際して
の掘削性能を良好に発揮できれば、その形状と開閉機構
の構成も限定されるものではない。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、前述したような鋼管杭を用い
て支持基礎を構築するものであるから、鋼管杭の打設を
容易に行うことが可能であり、前記鋼管杭の孔を利用し
て掘削部材を挿入し、杭の下部に大径の空間部を容易に
構築できる。そして、前記空間部に固化材を充填して固
化層を構築することにより、鋼管杭の支持を強固な固化
層により行い得るので、鋼管杭の強度の特性をそのまま
利用できて、基礎の構築を容易に行うことが可能で、鋼
管杭の強度をそのまま有効に利用できる。したがって、
前記鋼管杭に対して地盤との接触面積を増加させるため
の突起部材を加工する等の、余分な加工を施す必要がな
いために、杭部材の製造と杭基礎の施工コストを低減さ
せることができ、任意の支持強度を有する地盤に対して
容易に適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 鋼管杭を打設する装置の構成を示す説明図で
ある。

【図２】 鋼管杭の孔を通して部に掘削翼を設けた掘削
部材の挿入する工程の説明図である。

【図３】 掘削翼を拡開しながら掘削開始する工程の説
明図である。

【図４】 大径部を構築する工程の説明図である。

【図５】 鋼管杭の下部に支持ブロックを構築した状態
の説明図である。

【符号の説明】

１ 基礎杭構築装置、 ２ 作業車両、 ３ ア
ーム、４ ウインチ、５ ガイドポスト、 ６
頂部装置、７ 圧気ホース、 ８ 油圧系、 ９
駆動装置、 １０ 鋼管杭、１１ 大径空間部、
１２ 支持ブロック、 １５ 掘削部材、１６
ロッド部材、 １７ スクリュー部材、 ２０
掘削翼、２１ 支軸、 ２２ ワイヤ接続手段、
２３ ワイヤ、２５ ワイヤ巻取り装置、 ２６
巻取り部材、２７ プーリ、 ２８ ハンドル、
２９ ウエイト部材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の長さと径の鋼管を用いた鋼管杭に
   よる杭基礎であって、 地中に打設した前記鋼管杭の下部の地盤中に、前記鋼管
   杭の径よりも大径の固化層による支持部を構築し、 前記大径の支持部により前記鋼管杭を支えることを特徴
   とする鋼管杭基礎。
2. 【請求項２】 前記鋼管杭の下部に構築する支持部は、
   杭としての鋼管の孔を介して注入されて、地中に構築す
   る大径の固化層により構成されることを特徴とする請求
   項１に記載の鋼管杭基礎。
3. 【請求項３】 所定の長さと径を有する鋼管を地中に打
   設して構築する杭基礎であって、 前記鋼管を打設装置により地中に打ち込む工程と、 前記地中に打ち込んだ鋼管の中空孔を介して掘削部材を
   挿入し、前記鋼管の下部の土を掘削し、掘削した土を排
   出して大径の空間を構築する工程と、 前記掘削部材により掘削された大径の空間部に固化材を
   圧入して固化させ、鋼管の下部に大径の固化層による支
   持部を構築する工程とを経て、鋼管杭の支持力を増大さ
   せる処理を行うことを特徴とする鋼管杭基礎の構築工
   法。
4. 【請求項４】 前記鋼管杭による基礎を構築するに際し
   て、前記鋼管杭の中空孔から下部に押し込んで大径部を
   構築する掘削部材は、 中空で下部に圧気噴出孔を設け、周囲にスクリュー部材
   を設けたロッド部材の下端部に、拡開可能な掘削翼を設
   け、 前記ロッド部材を回転させて先端部に設けた掘削翼によ
   り土を掘削し、 前記ロッド部材の先端部から圧気を噴出させ、掘削した
   土を圧気とともにスクリュー部材を介して地上に排出さ
   せ、 前記鋼管杭の下部では、前記掘削翼を次第に大きな角度
   で広げながら鋼管杭の下部に大径部の空間部を構築し、 前記掘削部材を引上げてから、前記鋼管杭の中空孔から
   大径部に向けて固化材を注入し、 前記固化材により構築した固化層を用いて、鋼管杭の下
   部に大径の支持部を構築することを特徴とする請求項３
   に記載の鋼管杭基礎の構築工法。
5. 【請求項５】 前記ロッド部材の中空部を通して、掘削
   部材に設ける掘削翼の揺動を行う手段を前記ロッド部材
   の上部に設け、 前記掘削翼により鋼管杭の下部に大径空間部を掘削する
   動作を制御可能に構成したことを特徴とする請求項３ま
   たは４に記載の鋼管杭基礎の構築工法。