JP4615841B2 - 合成杭の施工方法及び合成杭 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良と鋼管杭等の基礎を同時に施工する合成杭の施工方法及び合成杭に関する。

この種の合成杭の施工方法として、図１２及び図１３に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。

この合成杭の施工方法では、図１２に示すように、下端部外周に複数の突起状の攪拌羽根２を突設した中空鋼管１を用いている。この中空鋼管１の下端部の掘削翼３の近傍に１個以上の吐出口４を設けて杭本体としてある。また、中空鋼管１の中間外周面に螺旋翼状または鍔状の突起５が形成してある。さらに、中空鋼管１の上部には回転駆動装置６が設けられ、その上方のスイベル７を介して固化液のスラリー圧送管８を連結してある。

そして、施工に際しては、回転駆動装置６を操作し、杭本体となる中空鋼管１を回転させ、セメントミルク等の固化液を吐出口４より吐出しながら地盤９中に押し込む。この時に、吐出口４を設けた中空鋼管１を流路とし、固化液を地盤９中に注入しながら順次中空鋼管１を継ぎ足して回転埋設する。中空鋼管１は掘削翼３により地盤９の土砂を掘削しながら沈下し、その際、掘削した土砂と固化液を攪拌羽根２で攪拌混合し、中空鋼管１の内外で固化液が硬化すると、図１３に示すように、中空鋼管１の周囲にソイルセメントコラムＳが造成される。
特開２００１−１４０２５１号公報

しかしながら、前記従来の合成杭の施工方法では、掘削翼３や攪拌羽根２等を突設した中空鋼管１を用いているため、地盤９中に硬質層や転石等があると、攪拌羽根２等がそれらに当たって中空鋼管１の貫入が困難になり、施工時間が掛かったり、施工機が破損したりする問題があった。また、中空鋼管１の設定位置がずれ易いため、精度の良い基礎を施工することができなかった。さらに、攪拌羽根２や掘削翼３等を突設した高コストの中空鋼管１を地盤９中に埋設してそのまま杭として使用するため、その分、施工費が高くなった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、地盤中に杭本体をスムーズかつ高精度に位置決めして貫入することができる共に、施工時間の短縮化及び施工費用の低コスト化を図ることができる合成杭の施工方法及び合成杭を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、地盤中に杭本体を貫入すると共に、該杭本体の吐出口より硬化改良材を吐出して前記地盤中に前記杭本体と前記硬化改良材とからなる合成杭を造成する合成杭の施工方法において、前記地盤中に攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体を貫入する際に該杭本体を回動させると共に、該杭本体の吐出口より硬化改良材のジェット噴流を噴射させて前記地盤中に前記硬化改良材を注入し、かつ前記杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと該杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより前記地盤中の杭本体の周囲のエアを回収し、前記地盤の所定深度まで前記杭本体を貫入すると共に前記硬化改良材を注入し、その後で前記地盤中に前記杭本体をそのまま残置させて前記地盤中に前記杭本体と該杭本体の周囲の前記硬化改良材により硬化した地盤とからなる合成杭を造成することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の合成杭の施工方法であって、前記攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての１個以上のノズルより硬化改良材のジェット噴流を噴射させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の合成杭の施工方法であって、前記攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての一対のノズルより硬化改良材のジェット噴流を交差するように噴射させることを特徴とする。

請求項４の発明は、地盤中に貫入され、硬化改良材を吐出する吐出口を設けた杭本体と、この杭本体の吐出口より前記地盤中に吐出されて注入される硬化改良材とからなる合成杭において、攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体の吐出口より前記硬化改良材をジェット噴射して前記地盤中に該硬化改良材を注入すると共に、前記杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと該杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより前記地盤中の杭本体の周囲のエアを回収し、かつ前記地盤の所定深度まで回動させながら貫入して該地盤中にそのまま残置させた前記杭本体と、該杭本体の周囲の前記硬化改良材により硬化した地盤とで構成したことを特徴とする。

以上説明したように、請求項１の発明の合成杭の施工方法によれば、地盤中に攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体を貫入する際に該杭本体を回動（例えば回転或いは揺動）させると共に、該杭本体の吐出口より硬化改良材のジェット噴流を噴射させて地盤中に硬化改良材を注入し、地盤の所定深度まで杭本体を貫入すると共に硬化改良材を注入し、その後で地盤中に杭本体をそのまま残置させて地盤中に杭本体と該杭本体の周囲の硬化改良材により硬化した地盤とからなる合成杭を造成するようにしたので、地盤中に杭本体をスムーズかつ高精度に位置決めして貫入することができる共に、合成杭の施工時間の短縮化及び施工費用の低コスト化を図ることができる。特に、杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより地盤中の杭本体の周囲のエアを回収することができると共に、地盤中の杭本体に対する改良土の密着をより一段と向上させることができる。

請求項２の発明の合成杭の施工方法によれば、攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての１個以上のノズルより硬化改良材のジェット噴流を噴射させるようにしたので、杭本体の全周の地盤中に硬化改良材を均一に注入して抵抗力の高い高精度の合成杭を造成することができる。

請求項３の発明の合成杭の施工方法によれば、攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての一対のノズルより硬化改良材のジェット噴流を交差するように噴射させるようにしたので、杭本体の全周の地盤中に硬化改良材を確実かつ均一に注入して抵抗力の高いより高精度の合成杭を造成することができる。

請求項４の発明の合成杭によれば、合成杭を、攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体の吐出口より硬化改良材をジェット噴射して地盤中に該硬化改良材を注入し、かつ地盤の所定深度まで回動（例えば回転或いは揺動）させながら貫入して該地盤中にそのまま残置させた杭本体と、該杭本体の全周の硬化改良材により硬化した地盤とで構成したので、高精度の合成杭を低コストで造成することができる。特に、杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより地盤中の杭本体の周囲のエアを回収することができると共に、地盤中の杭本体に対する改良土の密着をより一段と向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態の合成杭を施工する施工機の概略を示す説明図、図２は同施工機に用いる鋼管杭の要部の断面図、図３は同鋼管杭の要部の部分正面図、図４は同施工機により施工された合成杭の断面図である。

図１に示すように、合成杭３１を施工する施工機１０は、先端部２１が円錐状に閉塞された円筒状の鋼管杭（杭本体）２０の基端部２２をジョイント１２を介して着脱自在に回転させる回転駆動装置１１を有している。この回転駆動装置１１の上部のジョイント１２に対向する位置には、スイベル１４を介して液状の硬化改良材Ｋを鋼管杭２０内に高圧で圧送する改良材圧送管１３を連結してある。この改良材圧送管１３は硬化改良材Ｋと水等を攪拌処理する攪拌機１５及び高圧ポンプ１６等に接続されている。尚、回転駆動装置１１等は図示しない強制昇降装置により昇降動するようになっていて、該回転駆動装置１１により鋼管杭２０は回転しながら下降するようになっている。

図１〜図４に示すように、鋼管杭２０の先端部２１の近傍には、噴射口としての少なくとも上下一対のノズル（吐出口）２３，２４を上下方向に所定の距離隔てて取り付けてある。この上側のノズル２３は下側に、下側のノズル２４は上側に、それぞれ同じ角度傾斜しており、これら各ノズル２３，２４より噴射される液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流が所定の杭径を造成する位置で交差するようになっている。さらに、図２，図３に示すように、各ノズル２３，２４はカバー２６によりそれぞれ覆われていて目詰まりしないようになっている。

また、硬化改良材Ｋとしてはセメントミルク、モルタル、薬剤等が用いられ、本実施形態の場合はセメントと水を１：０．６〜１：１の重量比で攪拌混合処理したセメントミルクを用いる。この液状の硬化改良材Ｋは、先端部２１が閉塞された円筒状の鋼管杭２０内を流路として上下一対のノズル２３，２４まで高圧で直接圧送されるようになっている。尚、鋼管杭２０を流路として用いる代わりに、鋼管杭２０内に挿入されて後で回収される図示しない硬化改良材専用の仮設改良材圧送管（仮設配管）を介して各ノズル２３，２４に高圧で圧送するようにしても良い。この場合、仮設改良材圧送管と共に圧縮エアを供給する仮設エア圧送管や別の硬化補助改良材を高圧で圧送する仮設補助材圧送管等を併設しても良い。

次に、上記構成の施工機１０を用いて合成杭３１を施工する場合について説明する。

図１に示すように、地盤３０中に鋼管杭２０を貫入する際に、該鋼管杭２０を回転駆動装置１１により回転させると共に、鋼管杭２０に設けた上下一対のノズル２３，２４より液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流を交差噴射させて鋼管杭２０の周囲の地盤３０中に液状の硬化改良材Ｋを注入する。尚、液状の硬化改良材Ｋのジェット噴流は低圧ジェット噴流でも良い。

このようにして、地盤３０の所定深度（即ち、鋼管杭２０の基端部２２が地表近くに来る）まで鋼管杭２０を貫入すると共に液状の硬化改良材Ｋを注入した後で、施工機１０ののジョイント１２から鋼管杭２０を切り離して地盤３０中に該鋼管杭２０をそのまま残置させて埋め込む。この際、鋼管杭２０内に液状の硬化改良材Ｋを充填しても良い。そして、液状の硬化改良材Ｋが硬化すると、図４に示すように、地盤３０中に鋼管杭２０とソイルセメントコラム（硬化改良材により硬化した鋼管杭２０の周囲の地盤Ｋ′）とからなる合成杭３１が造成される。これにより、地盤３０の地盤改良と鋼管杭２０とソイルセメントコラムＫ′とからなる合成杭３１の基礎を同時に施工することができる。

この合成杭３１の施工方法では、地盤３０中に鋼管杭２０を貫入する際に該鋼管杭２０の先端部２１側の一対のノズル２３，２４より液状の硬化改良材Ｋのジェット噴流を噴射交差させて地盤３０中に液状の硬化改良材Ｋを注入し、地盤３０の所定深度まで鋼管杭２０を貫入すると共に液状の硬化改良材Ｋを注入し、その後で地盤３０中に鋼管杭２０をそのまま残置させて埋め込んで地盤３０中に鋼管杭２０とソイルセメントコラムＫ′とからなる合成杭３１を造成するようにしたので、従来のように、鋼管杭２０に攪拌羽根や掘削翼等を突設する必要がなく、地盤３０中に硬質層や転石等があっても、先端部２１が円錐状に閉塞された円筒状の鋼管杭２０を地盤３０中に容易かつスムーズに貫入することができ、合成杭３１の施工時間の短縮化を図ることができる。

また、鋼管杭２０を杭芯位置に容易に位置決めして合わせることができるため、高精度の基礎を施工することができる。さらに、先端部２１が円錐状に閉塞された円筒状の鋼管杭２０を用いるため、従来のような攪拌羽根や掘削翼等を突設したものに比べて低コストの鋼管杭２０を地盤３０中に埋設してそのまま杭として使用することができ、その分、施工費の低コスト化を図ることができる。

特に、鋼管杭２０の貫入時に該鋼管杭２０を回転させると共に、一対のノズル２３，２４より液状の硬化改良材Ｋのジェット噴流を交差するように噴射させることにより、鋼管杭２０の全周の地盤３０中に液状の硬化改良材Ｋを均一に注入して抵抗力の高い高精度の合成杭３１を簡単に造成することができる。

尚、この合成杭３１を造成する際には、セメントの添加量を基礎設計仕様等に合わせて任意に変える。また、中間砂層のように比較的硬質で合成杭の周辺摩擦力が期待できる土層では、その土層において杭径を大きく（改良体を大きく）すれば、引き抜き反力を大きくすることができる。

図５は本発明の他の実施形態の合成杭の施工機の概略を示す説明図、図６は同施工機により施工された合成杭の断面図である。

図５に示すように、合成杭３１′を施工する施工機１０′は、前記鋼管杭２０より小径で先端部２１が円錐状に閉塞された円筒状の鋼管杭（杭本体）２０′の基端部２２をジョイント１２を介して着脱自在に回転させる回転駆動装置１１を有している。この回転駆動装置１１の上部のジョイント１２に対向する位置には、スイベル１４を介して液状の硬化改良材Ｋを鋼管杭２０′内に高圧で圧送する改良材圧送管１３を連結してある。この改良材圧送管１３は硬化改良材Ｋと水等を攪拌処理する攪拌機１５及び高圧ポンプ１６等に接続されている。また、鋼管杭２０′の外側にはエア圧送管２７と該エア圧送管２７を間に位置させるようにして上下方向に互い違いに配列される複数のエア抜きプレート２８をそれぞれ取り付けてあり、該各エア抜きプレート２８が回転する際にエア圧送管２７の先端部に設けられた図示しない噴射孔から拡散エア（圧縮エア）Ａを噴射できるようになっている。尚、他の構成は前記実施形態と同様であるので、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

次に、上記構成の施工機１０′を用いて合成杭３１′を施工する場合について説明する。

図５に示すように、地盤３０中に鋼管杭２０′を貫入する際に、該鋼管杭２０′を回転駆動装置１１により回転させると共に、鋼管杭２０′に設けた上下一対のノズル２３，２４より液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流を交差噴射させて鋼管杭２０′の周囲の地盤３０中に液状の硬化改良材Ｋを注入する。この液状の硬化改良材Ｋのジェット噴射の際に、鋼管杭２０′の回転によりエア抜きプレート２８を回転させ、また、エア圧送管２７の先端部の噴射孔より地盤３０中に拡散エアＡを高圧噴射する。

このようにして、地盤３０の所定深度（即ち、鋼管杭２０′の基端部２２が地表近くに来る）まで鋼管杭２０′を貫入すると共に液状の硬化改良材Ｋ及び拡散エアＡを注入した後で、施工機１０′ののジョイント１２から鋼管杭２０′を切り離して地盤３０中に該鋼管杭２０′をそのまま残置させて埋め込む。

そして、液状の硬化改良材Ｋが硬化すると、図６に示すように、地盤３０中に鋼管杭２０′とソイルセメントコラム（硬化改良材により硬化した鋼管杭２０の周囲の地盤Ｋ′）とからなる合成杭３１が造成される。これにより、地盤３０の地盤改良と鋼管杭２０′とソイルセメントコラムＫ′とからなる合成杭３１′の基礎を同時に施工することができる。

この合成杭３１′の施工方法では、前記合成杭３１の施工方法と同様の効果を奏する他に、鋼管杭２０′の外周に取り付けたエア圧送管２７の回転で形成される図示しない空隙部及びエア圧送管２７の先端部の噴射孔から高圧噴射される拡散エアＡにより地盤中の鋼管杭２０′の周囲のエアを空隙部を介して回収することができると共に、地盤３０中の鋼管杭２０′に対する改良土の密着をより一段と向上させることができる。

図７はノズル配置例を示し、このノズル配置例では、鋼管杭（杭本体）２０″に所定方向に傾斜した３つのノズル２３，２４，２５をそれぞれ取り付けてあり、鋼管杭２０″から液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流の交差噴射の出合う点Ｔまでの距離を長くしたり、短くできるようにしてある。

また、図８は他のノズル配列例を示し、この他のノズル配置例では、３つのノズル２３，２４，２５のうちの下側のノズル２４のみを鋼管杭（杭本体）２０″に対して直角に取り付けてあり、鋼管杭２０″から液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流の交差噴射の出合う点Ｔまでの距離を長くしたり、短くできるようにしてある。

さらに、図９は別のノズル配置例を示し、この別のノズル配置例では、鋼管杭（杭本体）２０″に対して上下一対のノズル２３，２４の傾斜角度を可変自在に制御できるようにしてあり、鋼管杭２０″から液状の硬化改良材Ｋの高圧ジェット噴流の交差噴射の出合う点Ｔまでの距離を長くしたり、短くできるようにしてある。

これら各ノズル配置例のものを使用すれば、図１０に示すように、杭径（ソイルセメントコラムＫ′の径）を任意に可変させた合成杭３１″を短時間かつ低コストで簡単に造成することができる。

尚、前記各実施形態によれば、金属製の杭本体として鋼管杭を用いたが、杭本体は鋼管に限らず、角型鋼やＨ型鋼等やコンクリートパイル等でも良い。また、鋼管杭を回転させながら地盤中に貫入したが、鋼管杭の貫入と引き抜きを繰り返して（即ち昇降動を繰り返して）より高品質の合成杭を施工するようにしても良い。さらに、鋼管杭を回転させながら地盤中に貫入させるようにしたが、鋼管杭を揺動させながら地盤中に貫入させたり、また、鋼管杭を回転或いは揺動させないで地盤中に貫入させるようにしても良い。さらに、鋼管杭の外周に鉄筋等を溶接して凸部を設けたり、鋼管杭の外周に切り込み等を入れて凹部を設けて、鋼管杭と硬化改良材との接合をより高めるようにしても良い。

また、杭本体は、ストレートパイプのみでなく、パイプ状の杭本体に突起物を付けたりしてセメントが混入した地盤改良体とより効率良く一体化できるものを含むことは勿論である。この場合、例えば、杭本体の先端の周囲に逆三角形状のプレートを複数付けて摩擦力を増やしたり、杭本体の中間の周囲に矩形の突起を複数付けたりして摩擦力（付着力）を増やしたり、さらに、オーガ状のものでも良い。

さらに、前記各実施形態によれば、杭本体に設けた一対のノズルより硬化改良材のジェット噴流を交差するように噴射させるようにしたが、杭本体に１個或いは３個以上のノズルを設けて該杭本体に対して直交する方向に硬化改良材のジェット噴流を交差させることなく噴射させるようにしても良い。具体的には、図１１（ａ）に示すように、杭本体２０の一側部上側の傾斜したノズル２３より硬化改良材Ｋのジェット噴流を斜めに噴射させると共に、該杭本体２０の他側部下側のノズル２４より硬化改良材Ｋのジェット噴流を該杭本体２０に対して直交する方向に噴射させたり、また、図１１（ｂ）に示すように、杭本体２０の両側部の一対のノズル２４，２４より硬化改良材Ｋのジェット噴流を該杭本体２０に対して直交する両方向にそれぞれ噴射させるようにしても良い。

本発明の実施形態の合成杭を施工する施工機の概略を示す説明図である。 上記施工機に用いる鋼管杭の要部の断面図である。 上記鋼管杭の要部の部分正面図である。 上記施工機により施工された合成杭の断面図である。 本発明の他の実施形態の合成杭を施工する施工機の概略を示す説明図である。 上記他の実施形態の施工機により施工された合成杭の断面図である。 鋼管杭に３つのノズルを配置した例を示す説明図である。 鋼管杭に３つのノズルを配置した他の例を示す説明図である。 鋼管杭に傾斜角度を可変させる２つのノズルを配置した例を示す説明図である。 杭径を任意に可変させた合成杭を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態の他のノズルの配置例を示す説明図、（ｂ）は別のノズルの配置例を示す説明図である。 従来例の合成杭を施工する施工機の概略を示す説明図である。 上記従来例の施工機により施工された合成杭の断面図である。

符号の説明

２０，２０′，２０″ 鋼管杭（杭本体）
２３，２４，２５ ノズル（吐出口）
３０ 地盤
３１，３１′，３１″ 合成杭
Ｋ 硬化改良材

Claims (4)

1. 地盤中に杭本体を貫入すると共に、該杭本体の吐出口より硬化改良材を吐出して前記地盤中に前記杭本体と前記硬化改良材とからなる合成杭を造成する合成杭の施工方法において、
   前記地盤中に攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体を貫入する際に該杭本体を回動させると共に、該杭本体の吐出口より硬化改良材のジェット噴流を噴射させて前記地盤中に前記硬化改良材を注入し、かつ前記杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと該杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより前記地盤中の杭本体の周囲のエアを回収し、前記地盤の所定深度まで前記杭本体を貫入すると共に前記硬化改良材を注入し、その後で前記地盤中に前記杭本体をそのまま残置させて前記地盤中に前記杭本体と該杭本体の周囲の前記硬化改良材により硬化した地盤とからなる合成杭を造成することを特徴とする合成杭の施工方法。
2. 請求項１記載の合成杭の施工方法であって、
   前記攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての１個以上のノズルより硬化改良材のジェット噴流を噴射させることを特徴とする合成杭の施工方法。
3. 請求項２記載の合成杭の施工方法であって、
   前記攪拌翼がない杭本体の貫入時に該杭本体に設けた吐出口としての一対のノズルより硬化改良材のジェット噴流を交差するように噴射させることを特徴とする合成杭の施工方法。
4. 地盤中に貫入され、硬化改良材を吐出する吐出口を設けた杭本体と、この杭本体の吐出口より前記地盤中に吐出されて注入される硬化改良材とからなる合成杭において、
   攪拌翼がなく先端部が円錐状に閉塞された杭本体の吐出口より前記硬化改良材をジェット噴射して前記地盤中に該硬化改良材を注入すると共に、前記杭本体に設けたエア圧送管からの拡散エアと該杭本体に設けたエア抜きプレートの回転で形成される空隙部とにより前記地盤中の杭本体の周囲のエアを回収し、かつ前記地盤の所定深度まで回動させながら貫入して該地盤中にそのまま残置させた前記杭本体と、該杭本体の周囲の前記硬化改良材により硬化した地盤とで構成したことを特徴とする合成杭。

Images