JP3514183B2 - 埋込み杭およびその施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、市街地等での杭
基礎工事に多用される埋込み杭について、鋼管杭等の先
端が開放された中空既成杭を使用し、支持力設計上、固
定が必要となる先端部と杭外周部だけを固化させた中掘
り工法による埋込み杭およびその施工方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】 杭の施工方法としては、大きく分け
て、打撃工法、場所打ちコンクリート杭工法、埋込み杭
工法等があるが、市街地等では低振動、低騒音で、かつ
狭いスペースで施工できる工法として、埋込み杭工法を
適用さぜるを得ない場合が多い。

【０００３】埋込み杭工法には、さらに先掘り工法、中
掘り工法、回転圧入工法等があり、このような埋込み杭
工法によって形成される埋込み杭の代表的な形態として
ソイルセメント合成鋼管杭等がある。

【０００４】先掘り工法は、既成杭を建て込むための孔
をスパイラルオーガーあるいは先端に掘削ヘッドを設け
た掘削ロッド等の掘削装置で先掘りし、通常、掘削ヘッ
ド部分等からセメントミルク等の固化材を注入し、土砂
と攪拌・混合したソイルセメント等の中へ既成杭を沈設
して行くものであり、ソイルセメント等の固化により既
成杭を掘削孔中に固定し、支持力を得る。

【０００５】なお、下端については、支持層における先
端支持力を増すため、オーガーあるいは掘削ロッドの掘
削ヘッドを拡径して拡大掘削し、富配合のセメントミル
クあるいはモルタル等を充填して既成杭を建て込み、根
固め部を形成することも多い。

【０００６】また、中掘り工法は、鋼管杭あるいは中空
コンクリート杭、鋼コンクリート複合パイル等の中空の
既成杭を用い、中空部を通したオーガーあるいは掘削ロ
ッド先端の掘削ヘッドの回転により掘削を行いつつ、中
空の既成杭を建て込んで行くものである。

【０００７】掘削ロッドに取り付けられる掘削ヘッドに
は、通常、掘削ビットや拡縮可能な攪拌翼、共回り防止
翼等が設けられ、水等の掘削液やセメントミルク等の固
化材を注入しながら掘削、攪拌・混合を行なえるように
なっている。

【０００８】中掘り工法の場合も、必要に応じて、先端
根固め部を形成し、先端支持力を高めることができる。
また、回転圧入工法は、杭自体をドリル形状にして杭を
回転させながら地盤中にねじ込むものであり、支持力を
発揮させるためにセメントミルク等で先端根固めを行っ
ている。

【０００９】なお、排土量、残土処理量を減らすために
は、先掘り工法や回転圧入工法の場合も、埋込み杭用の
既成杭として鋼管杭等の先端が開放された中空杭を用い
るのが有利であり、鋼管杭を用いた埋込み杭やその施工
方法としては、例えば特開昭６３−９７７１１号公報や
特開昭６４−７５７１５号公報に記載されたものがあ
る。

【００１０】特開昭６３−９７７１１号公報に記載され
たものは、先掘り工法によって形成されたソイルセメン
ト柱に鋼管杭を建て込む場合において、鋼管杭の外周面
のほぼ全長および鋼管杭の先端部や頭部の内面に突起を
設け、ソイルセメントとの付着力を高め、杭先端部の閉
塞効果、水平抵抗増大効果、摩擦耐力の向上を図ったも
のである。

【００１１】また、特開昭６４−７５７１５号公報に記
載されたものは、先掘り工法によってセメントミルク等
の固化材の注入、攪拌・混合を行いながら、鋼管杭や中
空コンクリート杭を埋込み杭として建て込んで行く際、
先端部手前で固化材をより高い圧縮強度が得られる固化
材に切り替え、先端根固め部における先端支持力の増大
を図り、また建て込まれる既成杭の外周面にスパイラル
翼を設けることで、ソイルセメント中への既成杭の回転
圧入が容易となるようにしたものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】鋼管杭等の先端が開放
された中空既成杭の場合、掘削土砂が既成杭の中空部に
残ることで排土量、掘削残土の処理が少なくなるという
利点があるが、従来の施工方法においては、先端の根固
めや杭周面の固定（周面摩擦力の向上）のために用いる
固化材を攪拌・混合してなるソイルセメント等が中空既
成杭の中空部内にも充填された状態となるため、その
分、固化材の使用量、排土量およびコストが増すことに
なる。

【００１３】一方、杭の支持力の算定において重要な要
素となるのは、先端支持力と周面摩擦力である。従っ
て、中空部内のソイルセメント等については、固化材が
無駄になっている。

【００１４】本願発明は、上述のような課題の解決を図
ったものであり、中空既成杭を用いた埋込み杭工法にお
ける固化材の使用を杭先端部および杭外周部に限定する
ことで、固化材の使用量、残土処理量が少なくて済み、
コスト低減が可能な埋込み杭およびその施工方法を提供
することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る埋
込み杭は、中掘り工法によって建て込まれた埋込み杭で
あって、先端が開放された中空の既成杭の杭先端部と杭
一般部外周が固化材または固化材を混合した土砂で固定
され、前記杭一般部の中空部内には実質的に固化材を含
まない土砂または充填材が充填されていることを特徴と
するものである。

【００１６】先端が開放された中空の既成杭としては、
鋼管杭、中空コンクリート杭、鋼コンクリート複合パイ
ル等が挙げられるが、埋込み杭として施工可能なもので
あれば材質等は特に限定されない。

【００１７】杭先端部は、通常、ある程度の支持力を発
揮できる支持地盤に到達するように施工され、先端根固
め部を形成することで先端支持力を確保することができ
る。ただし、施工条件等によっては、これに限定されな
い。

【００１８】固化材としては、セメントミルクが一般的
であり、その場合、掘削土砂と攪拌・混合することでソ
イルセメントとなるが、必ずしもセメントミルク等に限
定する必要はない。また、先端根固め部を形成する場合
には、富配合としたセメントミルクあるいはモルタル
等、杭外周面の固化材に比べ、より高い強度の得られる
ものを用いることが望ましい。

【００１９】なお、実質的に固化材を含まない土砂また
は充填材というのは、若干の固化材の混入が避けられな
い場合や、通常の固化材でなく、例えば土砂に流動性を
与えるために掘削装置の掘削ヘッド部分等から吐出され
る掘削水にベントナイトあるいはセルロースなどを配合
しておき、これを土砂と混合する場合、あるいは土砂以
外の充填材を用いる場合等を含む趣旨である。

【００２０】本願の請求項２に係る埋込み杭は、中掘り
工法によって建て込まれた埋込み杭であって、先端が開
放された中空の既成杭の杭先端部と杭一般部外周が固化
材または固化材を混合した土砂で固定され、前記杭一般
部の中空部内には前記杭一般部外周とは異なる貧配合の
固化材または固化材を混合した土砂を充填してあること
を特徴とするものである。

【００２１】杭の支持力に関しては、先端支持力と周面
摩擦力から算定され、請求項１に係る発明では、杭一般
部の中空部内は実質的に固化材を含まない土砂または充
填材を充填するという構成になっているが、中空部内の
土砂の処理として杭一般部外周とは異なる貧配合の固化
材または固化材を混合した土砂を充填することが考えら
れる。

【００２２】なお、この場合の中空部内への固化材の充
填方法としては、掘削装置の掘削ロッドの先端あるいは
掘削ヘッドの中央部から、杭一般部外周の固化材と異な
る配合の固化材を吐出する方法等が考えられる。

【００２３】請求項３は、請求項１または２に係る埋込
み杭について、既成杭が下端部に拡径部を有する鋼管杭
の場合を限定したものである。下端部に拡径部を有する
拡底鋼管杭は、具体的には杭一般部を構成する通常の鋼
管杭の先端に、より径の大きい短尺の鋼管を連結鋼材等
を介して溶接するか、あるいは連結鋼材部分を含め鋳物
等の形で一体化したものを溶接する等して形成すること
ができる。

【００２４】また、鋼管杭の場合、中空コンクリート杭
や鋼コンクリート複合パイルに比べ、管厚あるいは壁厚
が薄いため、特に排土量が少なくて済むという利点があ
る。請求項４は、請求項１、２または３に係る埋込み杭
の中掘り工法による施工方法であり、下端に掘削ヘッド
を取り付けた掘削ロッドあるいはオーガーを前記既成杭
の中空部に通し、掘削ヘッドの最外周部が既成杭の外径
以上となるように拡径させて中掘り工法により地盤の掘
削および既成杭の沈設を行うに当り、拡径させた前記掘
削ヘッドの径方向先端部に設けた吐出口より、固化材を
既成杭の外径より外側に吐出しつつ攪拌し、前記吐出口
から既製杭の外径より外側に吐出した固化材が実質的に
既成杭の中空部内に入らないようにして既成杭の沈設を
行うことを特徴とする。

【００２５】すなわち、中掘り工法で施工を行うに当
り、掘削ヘッドの径方向先端部からセメントミルク等の
固化材を注入することで、中空既製杭の外側に吐出する
固化材が既成杭の中空部内に入らないように工夫したも
のである。

【００２６】中掘り工法で用いられる掘削ロッドあるい
はオーガーは、通常、掘削ヘッド部分に掘削ビットや攪
拌翼あるいは螺旋翼等が設けられ、攪拌翼等が土圧等に
より拡縮できるようになっているものが多く、本願発明
でもそのような拡縮可能なものを用い、建て込まれる既
成杭の外径以上の径の掘削を行い、杭一般部については
固化材を既成杭の外径より外側に吐出する。

【００２７】請求項５は、請求項４に係る埋込み杭の施
工方法において、固化材の吐出を、掘削ヘッドを構成す
る攪拌翼の先端に上向きに設けた吐出口より行う場合を
限定したものである。

【００２８】吐出口は、攪拌翼以外に設ける場合も考え
られるが、比較的既成杭の先端に近い位置に設けられる
攪拌翼の先端に上向きに設けることで、杭外周部に限定
した固化材の注入が容易となる。

【００２９】請求項１、２または３に係る埋込み杭を施
工するための埋込み杭用施工装置としては、例えば掘削
ロッドの先端に１または複数段の拡径式の攪拌翼を設け
るとともに、前記掘削ロッドに沿って固化材注入手段を
設け、固化材を注入した掘削地盤内に中空の既成杭を建
て込むための埋込み杭施工装置において、前記攪拌翼の
先端に該攪拌翼を拡径させた状態で、前記掘削ロッド内
を通して送り込んだ固化材を前記既成杭の径より外側に
吐出するための翼部吐出口を設けたものを用いることが
できる。

【００３０】この埋込み杭用施工装置は、従来の中掘り
工法、先掘り工法などに用いられているオーガーなどの
掘削装置に相当するものである。中掘り工法の場合は、
掘削ロッドを既成杭の中空部に通した状態で掘削を行
い、翼部吐出口から固化材を既成杭の径より外側に吐出
することになる。

【００３１】請求項６は、請求項４に係る埋込み杭の施
工方法で、固化材の吐出口を掘削ヘッド部分に設けてい
たのに対し、既成杭側に注入管を設ける等して、既成杭
の杭先端部または杭外面に設けた吐出口より、固化材を
既成杭の外径より外側に吐出しつつ攪拌し、前記吐出口
から既製杭の外径より外側に吐出した固化材が実質的に
既成杭の中空部内に入らないようにして既成杭の沈設を
行うことを特徴とするものであり、固化材を杭外周部に
限定して注入する機構が比較的簡単な構造となる。

【００３２】請求項７は、請求項４、５または６に係る
埋込み杭の施工方法において、既成杭の外面に攪拌翼を
設け、既成杭の攪拌翼によって既成杭の外側に吐出され
た固化材の攪拌を行う場合を限定したものである。

【００３３】従来、既成杭の回転圧入を容易にする目的
で、杭外周面に螺旋状の突起等を設けたものがあるが、
請求項７では杭外周部に限定して注入された固化材を掘
削土砂と攪拌・混合する目的で既成杭の外面に攪拌翼を
設けたものである。

【００３４】この既成杭の攪拌翼による攪拌・混合は、
通常、既成杭を掘削装置の掘削ロッド等と逆向きに回転
させて行われるが、その場合に限定されず、掘削ロッド
と同じ向きに回転させる場合や、攪拌翼の形状によって
は既成杭側は回転させずに攪拌・混合を行う場合もあ
る。

【００３５】請求項８は、請求項４、５、６または７に
係る埋込み杭の施工方法において、既成杭の杭先端部に
ついて、杭一般部外周に使用される固化材より固化強度
の高い固化材を使用して、先端根固め部を形成させる場
合を限定したものである。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は、本願の請求項１、３に係
る埋込み杭、請求項４〜８に係る施工方法の一実施形態
における施工手順を示したものである。

【００３７】この例では、中空の既成杭として、鋼管１
ａの先端部に拡径部１ｂを有する拡底鋼管杭１を用い、
中掘り工法によって埋込み杭としての施工を行ってい
る。以下、施工手順に沿って説明する。

【００３８】(1) 一般部掘削時（図１(a) 参照） 先端に掘削ヘッド３を取り付けた掘削ロッド２を、鋼管
杭１の中空部に挿入し、掘削ヘッド３を構成する掘削ビ
ット３ａ、上下の攪拌翼３ｂ，３ｃ、共回り防止翼３ｄ
等を拡径した状態で、掘削ロッド２を回転させ、地盤を
掘削しながら鋼管杭１を建て込んで行く。

【００３９】この例では掘削ロッド２の先端部より掘削
水ａを地盤に注入しながら掘削を行っている。また、固
化材としてのセメントミルクｂを上側の攪拌翼３ｃの先
端上面側に設けた吐出口（図示せず）より、上方に向け
て吐出することで、セメントミルクｂが直接鋼管杭１内
に入り込まないようにしている。

【００４０】さらに、上側の攪拌翼３ｃの上方には鋼管
杭１の拡径部１ｂの内径とほぼ等しい径に拡径可能な付
着防止翼４が設けられており、杭一般部を構成する鋼管
１ａと拡径部１ｂとをつなぐ部分の隅角部に掘削土砂等
が付着し、後の先端根固め部Ａの形成に支障が生じない
ようにしている。

【００４１】この他、この例では鋼管杭１自体の外周面
に、予めガイド兼用の攪拌翼６が取り付けられており、
鋼管杭１を掘削孔の中央にガイドしつつ、上側の攪拌翼
３ｃの先端から上方に吐出されたセメントミルクｂを掘
削土砂と攪拌・混合し、杭外周部に均一なソイルセメン
ト７の固化体が形成されるようにしている。

【００４２】なお、本実施形態においては、攪拌翼６を
設けた鋼管杭１を、掘削ロッド２と逆方向に回転させな
がら建て込みを行っているが、前述したように鋼管杭１
を掘削ロッド２と同方向に回転させたり、あるいは鋼管
杭１自体は回転させずに建て込む場合もある。また、図
中、５はこの種の施工において、従来から用いられてい
るスタビライザーである。

【００４３】(2) 支持層掘削時（図１(b) 参照） 鋼管杭１の下端が支持地盤面Ｎに達したら、掘削水ａ、
および必要に応じセメントミルクｂを固化強度の高いセ
メントミルクｃに置き替えて先端根固め部の掘削を行
う。この例では杭一般部と杭先端部で掘削孔の径を同一
としているが、先端根固め部Ａについて拡大掘削を行う
場合もある。

【００４４】(3) 施工終了時（図１(c) 参照） 掘削が完了し、鋼管杭１の先端が支持地盤面Ｎ以下の所
定の深度に達したら、掘削ヘッド３を土圧等を利用して
径方向に縮小させ、鋼管杭１の中空部から回転させなが
ら徐々に引き上げる。

【００４５】なお、掘削ヘッド３を径方向に縮小させる
方法としては、鋼管杭１との接触を利用してヒンジ部分
等の回転により縮小させる方法や、油圧機構その他メカ
ニカルな縮小機構を利用して縮小させる方法もある。

【００４６】以上の施工手順により、拡底鋼管杭１の先
端部が比較的高強度のソイルセメント８で固定され、一
般部の外周が比較的低強度のソイルセメント７で固定さ
れ、中空部に実質的に固化材を含まない土砂（未改良
土）９が充填された埋込み杭が形成される。

【００４７】なお、以上の施工において掘削水ａとし
て、ベントナイトあるいはセルロース等を混入させたも
のを用い、土砂に流動性を与え、掘削および鋼管杭１の
建込みを容易にすることも考えられる。

【００４８】また、本願の請求項２に係る埋込み杭に関
しては、掘削水ａの代わりに、例えばセメントミルクｂ
よりもセメント量の少ない貧配合のセメントミルクを吐
出し、鋼管杭１一般部の内部に低強度の固化体を形成す
ることが考えられる。

【００４９】図２は、埋込み杭用既成杭としての拡底鋼
管杭１の具体的な形状の一例を示したものである。図示
した例は、拡底鋼管杭１の外周面に、鋼材からなる複数
の攪拌翼６を溶接等に取り付けたものであり、径方向の
反対側に位置する上下の攪拌翼６と、これと直交する径
方向の中間の高さに設けた攪拌翼６の合計６個の攪拌翼
６が設けられている。

【００５０】攪拌翼６の形状や配置、個数は特に限定さ
れないが、拡底鋼管杭１を回転させながら建て込んで行
く際に、鋼管杭１の外周部に注入されたセメントミルク
等の固化材と土砂の攪拌・混合ができるだけ均一に行な
えるような形状・配置が望ましい。

【００５１】

【発明の効果】(1) 本願の請求項１に係る埋込み杭で
は、固化材の使用が中空既成杭の先端部と杭一般部外周
に限定されているため、既成杭の固定に必要とする固化
材の使用量が少なくて済み、経済的である。また、請求
項２に係る埋込み杭では、固化材を用いるものの貧配合
とすることで経済的な埋込み杭を施工することができ
る。

【００５２】(2) 中空既成杭の内部は実質的に固化材を
含まない掘削土砂あるいは埋戻し土砂等が充填されてい
るため、最終的な排土量、残土処理量も少なくて済み、
特に鋼管杭の場合には無排土に近い施工が可能である。

【００５３】(3) 本願の請求項４〜６に係る埋込み杭の
施工方法によれば、固化材の掘削地盤への注入が杭外周
部等に限定され、中空既成杭の内部には実質的に固化材
が注入されないため、上記(1)、(2)の効果を有する埋込
み杭を効率よく施工することができる。

【００５４】(4) 本願の請求項７に係る埋込み杭の施工
方法によれば、既成杭の外面にも攪拌翼が設けられ、こ
の攪拌翼で杭外周部に限定されて注入された固化材を掘
削土砂と混合・攪拌することができ、かつソイルセメン
ト等として攪拌・混合された硬化材料が中空既成杭の内
部に浸入する恐れが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願の請求項１、３に係る埋込み杭、請求項
４〜８に係る施工方法の一実施形態における施工手順を
示す鉛直断面図である。

【図２】 埋込み杭用既成杭の具体的な形状の一例を示
したもので、(a) は平面図、(b) は鉛直断面図である。

【符号の説明】

Ｎ…支持地盤面、Ａ…先端根固め部 ａ…掘削水、ｂ…セメントミルク、ｃ…セメントミルク
（富配合） １…鋼管杭、１ａ…鋼管、１ｂ…拡径部、１ｃ…連結
部、２…掘削ロッド、３…掘削ヘッド、３ａ…掘削ビッ
ト、３ｂ…攪拌翼（下側）、３ｃ…攪拌翼（上側）、３
ｄ…共回り防止翼、４…付着防止翼、５…スタビライザ
ー、６…攪拌翼（鋼管杭側）、７…ソイルセメント（低
強度）、８…ソイルセメント（高強度）、９…土砂（未
改良土）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉澤 幸仁 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 田中 宏征 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−46573（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−292664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−94615（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−20146（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭58−17849（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 7/00 - 7/28 E02D 5/28 E02D 5/46

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中掘り工法によって建て込まれた埋込み
   杭であって、先端が開放された中空の既成杭の杭先端部
   と杭一般部外周が固化材または固化材を混合した土砂で
   固定され、前記杭一般部の中空部内には実質的に固化材
   を含まない土砂または充填材が充填されていることを特
   徴とする埋込み杭。
2. 【請求項２】 中掘り工法によって建て込まれた埋込み
   杭であって、先端が開放された中空の既成杭の杭先端部
   と杭一般部外周が固化材または固化材を混合した土砂で
   固定され、前記杭一般部の中空部内には前記杭一般部外
   周とは異なる貧配合の固化材または固化材を混合した土
   砂を充填してあることを特徴とする埋込み杭。
3. 【請求項３】 前記既成杭が下端部に拡径部を有する鋼
   管杭である請求項１または２記載の埋込み杭。
4. 【請求項４】 下端に掘削ヘッドを取り付けた掘削ロッ
   ドあるいはオーガーを前記既成杭の中空部に通し、掘削
   ヘッドの最外周部が既成杭の外径以上となるように拡径
   させて中掘り工法により地盤の掘削および既成杭の沈設
   を行うに当り、拡径させた前記掘削ヘッドの径方向先端
   部に設けた吐出口より、固化材を既成杭の外径より外側
   に吐出しつつ攪拌し、前記吐出口から既製杭の外径より
   外側に吐出した固化材が実質的に既成杭の中空部内に入
   らないようにして既成杭の沈設を行うことを特徴とする
   請求項１、２または３記載の埋込み杭の施工方法。
5. 【請求項５】 固化材の吐出を、掘削ヘッドを構成する
   攪拌翼の先端に上向きに設けた吐出口より行う請求項４
   記載の埋込み杭の施工方法。
6. 【請求項６】 下端に掘削ヘッドを取り付けた掘削ロッ
   ドあるいはオーガーを前記既成杭の中空部に通し、掘削
   ヘッドの最外周部が既成杭の外径以上となるように拡径
   させて中掘り工法により地盤の掘削および既成杭の沈設
   を行うに当り、前記既成杭の杭先端部または杭外面に設
   けた吐出口より、固化材を既成杭の外径より外側に吐出
   しつつ攪拌し、前記吐出口から既製杭の外径より外側に
   吐出した固化材が実質的に既成杭の中空部内に入らない
   ようにして既成杭の沈設を行うことを特徴とする請求項
   １、２または３記載の埋込み杭の施工方法。
7. 【請求項７】 既成杭の外面に攪拌翼を設け、既成杭の
   攪拌翼によって既成杭の外側に吐出された固化材の攪拌
   を行う請求項４、５または６記載の埋込み杭の施工方
   法。
8. 【請求項８】 既成杭の杭先端部について、杭一般部外
   周に使用される固定材より固化強度の高い固化材を使用
   して、先端根固め部を形成させる請求項４、５、６また
   は７記載の埋込み杭の施工方法。