JP4819179B1 - 鋼管杭及びこれを用いた地盤補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で確実に地盤の支持力を高め得るねじ込み式の鋼管杭及びこれを用いた地盤強化法の提供。
【解決手段】鋼管杭１は、鋼製の管体２と、その下端外周に配した螺旋状の掘削翼３と、上端直下の外周に配した、掘削翼３とは逆方向螺旋状の圧密翼４とからなる。管体２の最下部には、長さ方向に直交し、かつその中心を通過する補強片５が配してあり、更にこれに直交する向きで、芯出し部材６が配してある。掘削翼３は管体２の下部外周に金属板材で螺旋状に構成した部材であり、その下端には、地盤７を掘削するためのビット３ａが配してある。螺旋の方向は右螺子状である。圧密翼４は、管体２の上端直下の外周に金属板材で掘削翼３と逆向きの螺旋状に構成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軟弱な建築物又は建造物用の敷地の地盤を補強するために使用する鋼管杭及びこれを用いた地盤補強方法に関するものである。

軟弱な地盤を補強するためのねじ込み式の鋼管杭及びこれを用いた地盤補強方法には種々のものが提案されている。
例えば、特許文献１ではねじ込み式の基礎杭及びその建て込み方法が提案されている。
その基礎杭は、その杭本体が縦長で下端直上にセメントミルクの流出孔を開口した鋼管よりなり、かつ該杭本体の下端外周及び下端以外の外周に連続的又は断続的にスクリュー羽根状の掘削刃を一体に設けたものであり、更に該掘削刃は、杭本体の先端から基端側に向かって次第に太径になるように構成してあるものである。

その建て込み方法は、先端及び外周にスクリュー羽根状の掘削刃が一体的に設けられた前記基礎杭を基礎地盤上に起立させ、これを回転させて地中に下降させ、先端が支持地盤に達したらそのままの状態で根止めするものであり、根止めとしては、基礎杭の基端部より注入したセメントミルクを先端部の流出孔から流出させ、該基礎杭の周囲を取り巻くように充填して硬化させるものである。

従ってこの基礎杭は、その建て込み方法に従って、これを基礎地盤に埋設して地盤の補強のために使用することができる。根止めにセメントミルクを使用する場合と使用しない場合があるが、使用しない場合は、この基礎杭を基礎地盤に埋設する際に、掘削刃によりその周囲を回転撹拌してしまっているので、上方に向かってその掘削刃が徐々に大径になっているとしてもその地盤から十分な支持力を得るのは困難である。またセメントミルクを用いる場合は、これが土砂と混合状態になって硬化することで大きな支持力が確保できると思われるが、その後の解体のことを考慮すると好ましくはない。また六価クロムによる土壌汚染の問題もある。

特許文献２では、ねじ込み式鋼管杭が提案されている。
このねじ込み式鋼管杭は、鋼管に取り付けた翼を利用してねじ込みにより地盤中に埋設するねじ込み式鋼管杭において、
前記翼を、外径が前記鋼管の外径より大きいドーナツ状鋼鈑を複数に分割した扇形状の鋼製板を前記鋼管杭の先端部近傍の外周面に螺旋状に取り付け、又は鋼管杭の先端部近傍の外周面の同じ高さ位置に同方向、同角度で傾斜して取り付けた下段翼と、
該下段翼の鋼製板に準じた構造の鋼製板を前記鋼管杭の長手方向の中間部近傍の外周面に前記下段翼と同方向に螺旋状に取り付け、又は鋼管杭の長手方向の中間部近傍の外周面の同じ高さ位置に前記下段翼と同方向、同角度で傾斜して取り付けた上段翼とによって構成したものである。上段翼のピッチを下段翼のピッチより大きくし、かつ上段翼の外径を下段翼の外径より大きくしたものでもある。

このねじ込み式鋼管杭は、セメントミルクを用いることことを除けば、前記特許文献１のねじ込み式の基礎杭とほぼ同様に用いられると考えられる。そして、その構成が簡明である関係で、上段翼及び下段翼の取り付けが容易で低廉となることの外には、上段翼を設けたため鋼管杭の貫入ピッチをを下段翼のピッチに近いピッチにすることができるとされている。また上段翼のピッチを下段翼のそれより大きくしたので、鋼管杭の下方への押し込み力が増加して貫入ピッチを増大させることができるともされている。

もっとも上段翼は、下段翼を越える径の部分以外の部分は、下段翼で撹拌された地盤に作用するので、押し込み力の増大に寄与するとは思われない。下段翼のピッチでの貫入ピッチになるように若干の助力をするといった程度のものと思われる。上段翼は、多くの場合、下段翼で乱された地盤を更に乱し、地盤の支持力を更に低下させる可能性を持っているといわざるを得ない。従ってこのねじ込み式鋼管杭は、低廉な製作費用で製造できることは確かかも知れないが、地盤による高い支持力を確保できるものとは云えないと思われる。

また特許文献３では、各種土木又は建築工事における杭が提案されている。
この杭は、先端を尖端に形成した杭体の先端部に螺旋状の掘鑿羽根又は掘鑿螺子を設け、後端に先端部に設けた螺旋状の掘鑿羽根又は掘鑿螺子のねじピッチよりも間隔の狭いねじピッチに形成した填圧羽根又は填圧螺子を設けたものである。

この杭は、アースオーガー等の回転装置を備えた建設機械等を利用して、地盤上に直立させ、かつ正回転させて地盤中にねじ込むことができる。セメントミルクを用いる点を除けば、前記特許文献１のねじ込み式の基礎杭と同様にして地盤にねじ込むことができる。このとき、この杭では、後端の填圧羽根等のピッチを、先端部の掘鑿羽根等のピッチより短く構成したため、尖端の掘鑿羽根等で掘り出される土砂は後端部の填圧羽根等により填圧されて同時に埋め戻されるとされている。

しかし上記填圧羽根等は、その螺旋のピッチは掘鑿羽根のそれより短いとしても、その螺旋の方向は両方共に同じであるから、後者で掘り出された土砂は、結局は、前者の後者よりは狭い螺旋の間を通過してその上方に移動することとなり、殆ど填圧効果は生じないものと思われる。填圧羽根等の螺旋の隙間が狭いので、掘鑿羽根等で掘削されて押し上げられる土砂は、上下の両者の間で若干圧力が高くなるが、それ故、該填圧羽根等の螺旋の隙間からより高速になって通過し上方に移動して行ってしまうものである。それ故、掘鑿羽根等と填圧羽根等との間の土砂は十分に填圧されることはなく、十分な支持力を確保するために殆ど貢献し得ないと思われる。

特開昭６３−１６１２１９号公報 特開平１１−２１８８５号公報 特公平０５−４２５２４号公報

本発明は、軟弱地盤において、セメントミルクの充填をするようなことなく、簡単な構成で確実に地盤の支持力を高めることのできるねじ込み式の鋼管杭及びこれを用いた地盤強化法を提供することを解決の課題とする。

本発明の１は、鋼製の管体の下端外周に螺旋状の掘削翼を備え、かつ該管体の上端近傍の外周に、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配してなる、ねじ込み式で埋設する鋼管杭を用いる地盤補強方法であって、
該鋼管杭を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該鋼管杭の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、
該鋼管杭の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点より、該鋼管杭に前記正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該鋼管杭を更にその下端が設計深度に到達するまで下降させ、該鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削されその上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法である。

本発明の２は、鋼製の管体の下端外周に螺旋状の掘削翼を備え、かつ該管体の上端近傍の外周に、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配してなる、ねじ込み式で埋設する鋼管杭を用いる地盤補強方法であって、
該鋼管杭を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該鋼管杭の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、
該鋼管杭の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点より、該鋼管杭に前記正回転駆動に加えて圧縮荷重を加えて該鋼管杭を更に下降させ、設計深度に達する前に、該鋼管杭の正回転駆動を逆回転駆動又は無回転状態に変えた上で、前記圧縮荷重は継続して加えつつ、該鋼管杭をその下端が設計深度に到達するまで更に下降させ、該鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削されその上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法である。

本発明の３は、直列に連結する複数の鋼製の管体で構成し、螺旋状の掘削翼を該各管体の下端外周に配設し、最上部の管体の上端近傍の外周にのみ、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配したねじ込み式で埋設する鋼管杭である。

本発明の４は、本発明の３の鋼管杭の最上部以外の管体を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該管体の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、該管体の上端が地盤上面近傍に到達した時点で、該管体の上端に、最上部以外の管体又は最上部の管体の下端を接続し、
最上部以外の管体を接続した場合は、最上部以外の該管体を接続する工程から、該管体をその下方の管体と共に正回転駆動させ、それらの管体の掘削翼を掘削動作させることにより更に地盤中にねじ込み進入し、そのうち上方の管体の上端が地盤上面近傍に到達するまでの工程を一回以上実行した上で、
上端が地盤上面近傍に到達した管体の該上端に最上部の管体の下端を接続し、
以上の最上部の管体を接続した二つのいずれの場合も、更に最上部の管体を正回転駆動し、該最上部の管体及び下方のそれ以外の管体を更に地盤中にねじ込み進入させ、
該最上部の管体の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点から、該管体に正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該管体を更に最下部の管体の下端が設計深度に到達するまで下降させ、これらの管体からなる鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削され、その上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法である。

本発明の５は、請求項３の鋼管杭の最上部以外の管体を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該管体の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、該管体の上端が地盤上面近傍に到達した時点で、該管体の上端に、最上部以外の管体又は最上部の管体の下端を接続し、
最上部以外の管体を接続した場合は、最上部以外の該管体を接続する工程から、該管体をその下方の管体と共に正回転駆動させ、それらの管体の掘削翼を掘削動作させることにより更に地盤中にねじ込み進入し、そのうち上方の管体の上端が地盤上面近傍に到達するまでの工程を一回以上実行した上で、
上端が地盤上面近傍に到達した管体の該上端に最上部の管体の下端を接続し、
以上の最上部の管体を接続した二つのいずれの場合も、更に最上部の管体を正回転駆動し、該最上部の管体及び下方のそれ以外の管体を更に地盤中にねじ込み進入させ、
該最上部の管体の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点から、該管体に正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該管体を更に下降させ、その最下部の管体の下端が設計深度に到達する前に、該管体の正回転駆動を逆回転駆動又は無回転状態に変えた上で、該圧縮荷重は継続して加えつつ、該最下部の管体の下端が設計深度に到達するまで下降させ、これらの管体からなる鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削され、その上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法である。

本発明１の地盤補強方法によれば、建築用の敷地等の地盤が軟弱である場合に、前記鋼管杭をその所定の位置に直立させ、適当な駆動装置を用いて若干の荷重をかけながら正回転駆動することで地盤中にねじ込み、最終段階、すなわち、その圧密翼の下部が地盤上面に到達した時点より、圧縮荷重を加えつつ正回転駆動することで、更に、例えば、地盤上面から０．２ｍ以上、より好ましくは０．５〜０．６ｍ程度押し下げ、この工程で、下部の掘削翼の掘削動作により相対的にその上に押し上げられた土砂を圧密翼で圧密し、圧密翼から２ｍ程度の深さまでを押し堅めることにより、軟弱地盤の支持力を向上させることができる。

掘削され、相対的に掘削翼の上方に押し上げられ、鋼管杭の外周と掘削されて形成された掘削孔内周との間に位置する土砂類は、上方からこれを加圧する圧密翼の作用により、該圧密翼から２ｍ程度下方までが圧縮されて固くなり、横方向の支持力及び鉛直方向の支持力が強化されることになる。またこの位置の土砂と鋼管外周との結合も強化されることになる。

本発明の１の地盤補強方法によれば、前記鋼管杭を用いて、以上のように、この方法を実行することで、地盤の該鋼管杭に対する横方向の支持力及び鉛直方向の支持力を向上させることができるものである。すなわち、簡単な工程で容易かつ良好に地盤を補強することができる。

本発明の２の地盤補強方法によれば、鋼管杭の上部周囲に加えて、下端下方の地盤を圧密補強することができるので、更に鉛直方向の支持力が強化されることになる。

本発明の３の鋼管杭によれば、より設計深度の深い軟弱地盤に適用して、本発明の１において使用される鋼管杭と同様に、地盤の該鋼管杭に対する横方向の支持力及び鉛直方向の支持力を向上させ、簡単な工程で容易かつ良好に地盤を補強することができる。

すなわち、最上部以外の管体を軟弱な地盤上の所要の位置に直立させ、かつ適当な駆動手段で正回転駆動させることで地盤中にねじ込み進入させ、該管体の上端が地盤上面近傍に到達した時点で、該管体の上端に、最上部以外の管体又は最上部の管体の下端を接続し、
以上のうち、最上部以外の管体を接続した場合には、該最上部以外の管体の接続工程から、駆動手段で該管体をその下方の管体と共に正回転駆動させ、それらの管体の掘削翼を掘削動作させることにより更に地盤中にねじ込み進入させ、そのうちの上方の管体の上端が地盤上面近傍に到達するまでの工程を一回以上実行した上で、
上端が地盤上面近傍に到達した上方の管体の上端に最上部の管体の下端を接続し、
以上の最上部の管体を接続した二つのいずれの場合も、最上部の管体を正回転駆動して該最上部の管体及びそれ以外の管体を更に地盤中にねじ込み進入させ、該最上部の管体の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点から、該最上部の管体に正回転駆動力に加えて圧縮荷重を加え、該管体を０．２ｍ以上、好ましくは０．５〜０．６ｍ程度下降させ、これらの管体からなる鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削され、相対的にその上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密し、該圧密翼から２ｍ程度の深さまでを良好に圧縮して固化することにより、この位置の土砂と鋼管杭の管体外周との結合を強化し、かつそれにより鋼管杭の管体に対する横方向及び鉛直方向の支持力を強化することができるものである。

このように、本発明の３の鋼管杭によれば、これを用いて本発明の４の地盤補強方法を実行して地盤を強化することができる。本発明の５の地盤補強方法を実行して良い結果を得ることもできる。

本発明の４の地盤補強方法によれば、以上のように、軟弱地盤を、本発明の３の鋼管杭を用いて、より深い設計深度まで、簡単な工程で容易かつ良好に補強することができる。

本発明の５の地盤補強方法によれば、最上部の管体の周囲の一部に加えて、最下部の管体の下端下方の地盤が圧密され補強されるので、更に地盤の鉛直方向の支持力を強化することができる。

(a)は実施例１の鋼管杭の一部切欠正面図、(b)は実施例１の鋼管杭の最下部の拡大正面図、(c)は実施例１の鋼管杭の拡大底面図。 (a)は実施例１の鋼管杭を用いた地盤補強方法の工程当初を示す側面説明図、(b)は途中の段階を示す側面説明図、(c)は最終段階を示す側面説明図。 実施例２の鋼管杭を用いた地盤補強方法の最終段階を示す側面説明図。 (a)は実施例３の鋼管杭の一部切欠正面図、(b)は実施例３の最上部以外の管体の拡大平面図、(c)は実施例３の最上部以外の管体の上部の断面図。 (a)は実施例３の鋼管杭を用いた地盤補強方法の工程当初を示す側面説明図、(b)は途中の段階を示す側面説明図、(c)は途中の次の段階を示す側面説明図、(d)は最終段階直前の段階を示す側面説明図。 実施例３の鋼管杭を用いた地盤補強方法の工程の最終段階を示す側面説明図。 実施例４の鋼管杭を用いた地盤補強方法の工程の最終段階を示す側面説明図。

以下、発明を実施するための形態を実施例１〜４に基づき、かつ添付図を参照しつつ詳
細に説明する。

＜実施例１＞
まず鋼管杭１を説明し、次いでこれを用いた地盤補強方法を説明する。
実施例１の鋼管杭１は、図１(a)、(b)、(c)に示すように、基本的に、鋼製の管体２と、その下端外周に配した螺旋状の掘削翼３と、上端直下の外周に配した、掘削翼３とは逆方向螺旋状の圧密翼４とで構成したものである。

前記管体２は、図１(a)に示すように、円筒状の長尺部材であり、補強する地盤７の用途及びその地盤７の状態等に応じてその径及び長さを適切に設定することができる。いずれにしてもその径及び長さは限定されるものではない。この実施例１では、この管体２として直径１１７ｍｍのそれを採用した。周側壁の厚さは５ｍｍであり、また該管体２の長さは３ｍである。

該管体２には、図１(a)〜(c)に示すように、最下部には、長さ方向に直交し、かつその中心を通過する補強片５が配してあり、更にこれに直交する向きで、芯出し部材６が配してある。該補強片５は、その両端を該管体２の下部周側に開口した結合孔に挿入して固定した直線状の鋼製棒材である。また芯出し部材６は、鋼製の棒状部材を屈曲して「く」字状に構成し、「く」字状の突部が下方を向くように、その両端を該管体２の下端周側に固定してあるものである。当然、「く」字状の突部が中心に位置するように構成し、かつ取り付けてある。該補強片５及び該芯出し部材６の両端はいずれも、この実施例１では溶接により固定した。

なお、該管体２の上端にもその長さ方向に直交し、かつその中心を通過する二本の補強片５、５相互に交差状態に配してある。

前記掘削翼３は、図１(a)〜(c)に示すように、管体２の下部外周に金属板材で螺旋状に構成した部材であり、下端には、地盤７を掘削するためのビット３ａが配してある。螺旋の方向は、この実施例１では右螺子状に構成してあり、管体２を右回転（正回転）させることで、地盤７の掘削ができるようになっているが、これに限定されるわけではない。この掘削翼３のピッチも特に限定されない。通常、Ｎ値（標準貫入試験値）が５〜６程度の地盤７を適度な速度で掘削下降するのに都合の良いピッチとしておく。またこの掘削翼３の平面視又は底面視はほぼドーナツ状であるが、その径は、例えば、管体２の３倍程度が適当であり、この実施例１では、管体２の径を１１７ｍｍとしたので、掘削翼３の径は３５０ｍｍに設定してある。

該掘削翼３は、この実施例１では、以上のように構成したが、これに限定されない。軟弱地盤を良好に掘削できる種々の構成を自由に採用することができる。

前記圧密翼４は、図１(a)に示すように、管体２の上端直下の外周に金属板材で前記掘削翼３と逆向きの螺旋状に構成した部材である。この圧密翼４のピッチは特定のそれに限定されないが、掘削翼３のそれと同じか、若干狭くするのが適当である。平面視又は底面視で、これも掘削翼３と同様にほぼドーナツ状であり、その径も掘削翼３とほぼ同様の寸法又は若干大きな寸法とする。この実施例１では、その径は掘削翼４と同一寸法の３５０ｍｍとした。

この実施例１の鋼管杭１は、以上のような構成であり、軟弱地盤の補強のために使用することができる。その工程は以下に述べるとおりである。なお、この地盤７のＮ値は５〜６程度であることが地盤調査により分かっている。

該当する地盤７の所定の位置に、例えば、適当な建設機械を用いて、図２(a)に示すように、この鋼管杭１の管体２を直立させる。このとき、該管体２の最下部の芯出し部材６の中央の突部を目的の位置に合わせて芯出しをする。この後、該建設機械に備えた回転駆動装置により該鋼管杭１の管体２を若干荷重をかけながら正回転させ、その下部の掘削翼３に掘削動作をさせ、地盤７中への進入動作をさせる。該掘削翼３は、該建設機械の回転駆動装置により該管体２が正回転方向に回転駆動されると、当然、正回転し、その下方の地盤７中にその先端のビット３ａから進入し、該ビット３ａで掘削された土砂が該掘削翼３の螺旋の隙間を通じて相対的に上昇してくる。

該管体２は、こうしてその正回転に伴って地盤７中に進入し、図２(b)に示すように、その上端直下の圧密翼４の最下部が地盤７の上面ＧＬと一致するまで下降すると、該圧密翼４の下部は、更に、前記掘削翼３によって掘削され、相対的にその上まで上昇してきて、該掘削翼３によって形成された掘削孔７ａの内周と該管体２の外周との間に充填状態になっている土砂の上端に接するに至る。なお、この時点までは、該管体２は、これを正回転駆動しつつ若干の荷重をかけるのみで、その下端外周の掘削翼３の作用により地盤７中に進入し、下降を継続する。しかし、この後は、該掘削孔７ａ中に位置する土砂が該圧密翼４を越えてその上方に移動することができず、該圧密翼４でその土砂を圧密することになるため、相応する圧縮荷重をかける必要が生じる。

すなわち、後者に関して少し詳しく述べると、該圧密翼４は、掘削翼３とは逆向きの螺旋状に構成したものであり、掘削翼３が地盤７中に進入できる方向に管体２を回転させると（正回転させると）、該圧密翼４は逆方向の作用をする。例えば、その上方に土砂があれば、それを掘削して相対的に下方に押し出すような作用である。従って、このように、該掘削翼３にとって正回転となる方向に管体２を回転させると、該圧密翼４にとっては逆回転となり、その下方に位置する土砂がその上方に移動することを全く許さない動作となる。

従って、前記のように、管体２の地盤７中への進入が進んで、図２(b)に示すように、該圧密翼４の最下部が地盤７の上面ＧＬに接し、同時に掘削されて掘削翼３の上方に位置することとなった土砂の上面に接することとなった後は、該管体２には、前記建設機械の回転駆動装置による正回転駆動に加えて、該建設機械の重量等の鉛直方向の荷重を加える必要がある。この実施例１では、前記のように、管体２の径を１１７ｍｍ、掘削翼３の平面視の径を３５０ｍｍ、圧密翼４の径を３５０ｍｍとしたため、該管体２の上部に対応する鉛直圧縮荷重として２０ｔをかけたものである。

こうして管体２の正回転駆動及び鉛直圧縮荷重を継続して加え、その結果、図２(c)に示すように、該圧密翼４の最下部の地盤７の上面ＧＬからの深さＤ１が０．５ｍに達した時点で、該正回転駆動及び該鉛直圧縮荷重を加える動作を終了させる。なお、この時点で、鋼管杭１の管体１の最下部は、設計深度に到達した。

以上において、管体２の下部外周の掘削翼３の上方の掘削孔７ａ中に相対的に移動した掘削土砂は、該圧密翼４の上方に移動することができず、該掘削孔７ａの中で約０．５ｍほど圧密され、該圧密翼４の下部から概ね２ｍほど下方までの範囲Ｄ２が圧密されて密度が高い状態になった。

その結果、該掘削孔７ａ中の圧密翼４の下部から２ｍほど下方までの土砂が撹拌されたより軟弱な状態から圧縮されて支持力を備えた状態に変換されたものである。これによって該圧密翼４が地盤７中のその位置に支持され、鉛直方向及び水平方向により高い支持力で支持されることになる。また該管体２の下部の掘削翼３は、設計深度の地盤７で支持される。したがって、この実施例１によれば、全体として、管体２を含む鋼管杭１に対する支持力が強化されることになったものである。

＜実施例２＞
実施例２は、実施例１の一部を変更したもので、前記鋼管杭１の管体２の上部の圧密翼４の最下部が、図２(b)に示すように、地盤７の上面ＧＬ及び掘削孔７ａ内に位置する掘削土砂の上面に接するまで、及びその後、該管体２を、前記建設機械の重量等の鉛直方向の荷重を加えながら前記回転駆動装置による正回転駆動を加えて地盤７を掘削させつつ下降させ、該管体２の最下部が設計深度の０．１ｍ上方に達するまで（圧密翼４の最下部が地盤７の上面ＧＬから０．４ｍの深さとなるまで）は、実施例１の工程と全く同様の工程を行う。従って実施例２に関してはその後の工程のみを説明する。

なお、この実施例２では、以上のように、該管体２の最下部が設計深度の「０．１ｍ」上方に達するまでは、実施例１の工程と全く同一の工程を行うこととしているが、該０．１ｍに代えて、０．２ｍ又は０．０８ｍとすることもあり得る。管体２に対する水平方向の支持力の強化を重視するか、鉛直方向の支持力の強化を重視するかで、これを自由に変更することができる。０．１ｍを０．２ｍ等に長くすれば、鉛直方向の支持力強化を重視し、０．０８ｍ等のように短くすれば水平方向の支持力強化を重視することになる。

以上の工程の後、鋼管杭１の管体２には、これまで、前記建設機械の回転駆動装置によって加えていた正回転駆動を停止して逆回転駆動を加え、かつ該建設機械の重量等の鉛直方向の荷重は継続して加え、該管体２を更に０．１ｍだけ深く地盤７中に押し込み、その下端を設計深度に到達させて、その動作を停止させた。

こうして以上の鋼管杭１の管体２が０．１ｍだけ深く地盤７中に押し込まれる際に、その掘削翼３はその下方の土砂を掘削することはなく、それ故、その下方の土砂を相対的にその上方に移動させることもない。０．１ｍ分だけその下方の地盤７を圧密することになるのみである。

また既に掘削翼３の上方に相対的に移動している土砂は該掘削翼３の逆回転によってその下方に移動する可能性を若干持っているが、実際には、該掘削翼３の下方には圧密されつつある地盤７が位置しているので、そのような現象は生じない。また前記圧密翼４はこのとき正回転することになるが、掘削翼３が掘削作用をしないので、該掘削翼３の上方の土砂がそれ以上上昇することがない。それ故、該圧密翼４がその下方の土砂に対して掘削作用を働き、その土砂をその上方に移動させるようなことはない。該掘削翼３と該圧密翼４との間の土砂は、該掘削翼３及び該圧密翼４の下降動作に伴って同様に０．１ｍだけ下降するのみである。基本的には、そうであるが、このとき、該掘削土砂は該掘削孔７ａの内周との摩擦により若干の圧密は受け得る。

そのため前記０．４ｍの下降動作で行われた掘削孔７ａ内の圧密状態はそのまま維持されることになる。すなわち、前記下降動作で形成された掘削孔７ａ内の密度は、図３に示すように、該圧密翼４の下部から概ね１．６ｍほど下方までの範囲Ｄ３が圧密されて高い状態になっている。掘削翼３の下方は、図３に示すように、その下部から０．４ｍ程の範囲Ｄ４が圧密されて密度の高い状態になっている。

従って鋼管杭１の管体２はその圧密翼４の下部から１．６ｍほどの範囲は、圧密されて支持力の高くなった掘削孔７ａ内の土砂及びその周囲の地盤７で支持され、更に下方は掘削翼３の下方の圧密されて密度が高くなった地盤７で支持されることになり、一層高い支持力で支持されることになったものである。

＜実施例３＞
まず鋼管杭１１を説明し、次いでこれを用いた地盤補強方法を説明する。
実施例３の鋼管杭１１は、図４(a)、(b)、(c)に示すように、基本的に、直列に接続する複数の管体２２、２２…と、そのうちの最上部の管体２２の上端直下の外周に配した螺旋状の圧密翼２４と、最上部及びそれ以外の管体２２、２２…の下端外周に配した螺旋状の掘削翼２３とで構成したものである。

前記管体２２は、図４(a)に示すように、円筒状の長尺部材であり、基本的には、実施例１の管体２と同様のものである。いずれにしてもその径及び長さは限定されるものではない。この実施例３では、この管体２２として、実施例１の管体２と同様に、直径１１７ｍｍのそれを採用した。周側壁の厚さは５ｍｍであり、該管体２の長さは３ｍである。

全ての管体２２には、実施例１と同様に、図４(a)、(b)に示すように、その最下部には、長さ方向に直交し、かつその中心を通過する補強片２５が配してあり、更にこれに直交する向きで、芯出し部材２６が配してある。該補強片２５は、実施例１の補強片５と全く同様の構成である。また芯出し部材２６も、実施例１の芯出し部材６と全く同様の構成である。また以上の全管体２２の上端には、図４(c)に示すように、５二本の補強片２５、２５を直交状態に設ける。

前記掘削翼２３は、図４(a)に示すように、実施例１の掘削翼３と全く同様の構成であり、金属板材で螺旋状に構成した部材であり、その下端には、地盤７を掘削するためのビット２３ａが配してある。螺旋の方向は、右螺子状に構成してあり、管体２２を右回転（正回転）させることで、地盤７の掘削ができるようになっている。またこの掘削翼２３の平面視又は底面視はほぼドーナツ状であるが、その径は管体２２の約３倍の３５０ｍｍに設定してある。

前記圧密翼２４は、前述したように、最上部以外の管体２２には設けず、最上部の管体２２の上端直下の外周にのみ配する。該圧密翼２４は、図４(a)、(b)に示すように、実施例１の圧密翼４と全く同様に、金属板材で前記掘削翼２３と逆向きの螺旋状に構成する。平面視又は底面視で、これも掘削翼２３と同様にほぼドーナツ状であり、この実施例３でも、その径は掘削翼２４と同一寸法の３５０ｍｍとした。

この実施例３の鋼管杭１１は、以上のような構成であり、軟弱地盤の補強のために使用することができる。その工程は以下に述べるとおりである。なお、この地盤７のＮ値は５〜６程度であることが、地盤調査により分かっている。

地盤７の所定の位置に、例えば、建設機械を用いて、図５(a)に示すように、この鋼管杭１１の最上部以外の管体２２を直立させる。このとき、該管体２２の最下部の芯出し部材２６の中央の突部を目的の位置に合わせて芯出しをする。この後、該建設機械に備えた回転駆動装置により、以上のようにセットした該最上部以外の管体２２を若干荷重をかけながら正回転させ、その下部の掘削翼２３に掘削動作をさせ、地盤７中への進入動作をさせる。該掘削翼２３は、該建設機械の回転駆動装置により若干荷重をかけながら正回転駆動されると、当然、正回転し、その下方の地盤７中にその先端のビット２３ａから進入し、該ビット２３ａで掘削された土砂が該掘削翼２３の螺旋の隙間を通じて相対的に上昇する。

該最上部以外の管体２２は、こうしてその正回転に伴って地盤７中に進入し、図５(b)に示すように、その上端が地盤７の上面ＧＬと一致するまで下降した段階で、この実施例３では、設計深度との関係で、図５(c)に示すように、該最上部以外の管体２２の上端に最上部の管体２２の下端を接続する（この場合と異なり、設計深度が更に深い場合は、最上部以外の管体２２を接続し、その上端が以上と同じ状態になったところで最上部の管体２２の下端を接続する）。

以上の接続は、前記したように、最上部の管体２２の下端を、地盤７中に埋設した最上部以外の管体２２の上端に突き合わせ、その後、その状態で相互を溶接することで行う。なお、上記接続はこの実施例３の方法以外の種々の方法を自由に採用して行うことができる。

この後は引き続いて前記建設機械の回転駆動装置により、連結した最上部の管体２２を若干の荷重をかけながら正回転駆動し、これによってその下端の掘削翼２３を掘削動作させ、更に該最上部の管体２２に連結する下方の最上部以外の管体２２を同時に正回転駆動し、その下部の掘削翼２３に掘削動作させ、更に深い地盤７への進入動作をさせる。該掘削翼２３は、該建設機械の回転駆動装置により、最上部の管体２２を介して又は最上部の管体２２及び最上部以外の管体２２を介して正回転駆動されると、それぞれ、当然、正回転し、特に最上部以外の管体２２の下部のそれは、その下方の地盤７中にその先端のビット２３ａから進入し、該ビット２３ａで掘削した土砂を該掘削翼２３の螺旋の隙間を通じて相対的に上昇させる。最上部の管体２２の下部の掘削翼２３は掘削孔７ａ中のその位置にある掘削土砂を螺旋の隙間を通じて更に相対的にその上に移動させる。

該最上部の管体２２及び該最上部以外の管体２２は、こうしてその正回転に伴って地盤７中に深く進入し、図５(d)に示すように、その最上部の管体２２の圧密翼２４の下部が地盤７の上面ＧＬに一致するに至ると、この場合も、該圧密翼２４の下部は、更に、前記掘削翼２３によって掘削され、相対的にその上まで上昇して、該掘削翼２３によって形成された掘削孔７ａの内周と該二つの管体２２、２２の外周との間に充填状態になっている土砂の上端に接するに至る。

なお、この時点までは、実施例１の場合と同様に、該二つの管体２２、２２は、これらを若干の荷重をかけながら正回転駆動するのみで、最上部及び最上部以外の管体２２の下端外周の掘削翼２３の作用により地盤７中に進入し、下降を継続することができたものである。なお、この実施例３では、設計深度が直列に接続した二本の管体２２、２２で届く深さであるため、既にこの時点までに最上部以外の管体２の下部の掘削翼２３が設計深度に近づいている。

このように圧密翼２４の下部が地盤７の上面ＧＬと一致するに至ると、実施例１の圧密翼４と全く同様に、その下方、すなわち、二つの直列の管体２２、２２の周囲の掘削孔７ａ中に掘削されて入り込んだ土砂は、該圧密翼２４を越えてその上方に移動することができないため、該土砂は該圧密翼２４で圧密されることになり、そのため、該二つの直列の管体２２、２２には、相応する高い圧縮荷重を加える必要が生じる。

従って、この後は、該最上部の管体２２及びこれに連結する最上部以外の管体２２には、前記建設機械の前記回転駆動装置による若干の荷重及び回転駆動に加えて、該建設機械の重量等の鉛直方向の荷重を加える必要がある。この実施例３では、直接には該最上部の管体２２の上部に対応する鉛直圧縮荷重として２０ｔをかけた。

こうして直接には最上部の管体２２に正回転駆動及び鉛直圧縮荷重を継続して加え、その結果、図６に示すように、該最上部の管体２２の圧密翼２４の下部の深さＤ５が０．５ｍに達した時点で、該正回転駆動及び該鉛直圧縮荷重を加える動作を終了させた。

前記したように、最上部の管体２２の下部及びそれ以外の管体２２の下部外周の掘削翼２３によって掘削され、これら及び二つの管体２２、２２の周囲の掘削孔７ａ中に移動した掘削土砂は、最上部の管体２２の上部の圧密翼２４の上方に移動することはできず、その結果、該掘削孔７ａの中で約０．５ｍほど圧密され、この場合も、該圧密翼２４の下部から概ね２ｍほど下方までの範囲Ｄ６が圧密されて密度が高い状態になった。

これによって該掘削孔７ａ中の圧密翼２４の下部から２ｍほど下方までの範囲Ｄ６の土砂が、撹拌されたより軟弱な状態から、圧縮されて高い支持力を備えた状態に変換されたものである。これによって該圧密翼２４が地盤７中のその位置で鉛直方向及び水平方向の高い支持力で支持されることになった。なお、この実施例３は、実施例１の場合より設計深度が深いが、前記のように、最上部以外の管体２２の下部の掘削翼２３は設計深度に到達しており、それ故、最上部以外の管体２２の下部の掘削翼２３は、設計深度の地盤７で支持される。したがって、この実施例３によれば、全体として、直列の二本の管体２２、２２を含む鋼管杭１１に対する支持力が強化されることになったものである。

＜実施例４＞
実施例４は、実施例３の一部を変更したもので、前記鋼管杭１１の最上部の管体２２の上部の圧密翼２４の最下部が、図５(d)に示すように、地盤７の上面ＧＬ及び掘削孔７ａ内に位置する掘削土砂の上面に接するまで、及びその後、該最上部の管体２２及びそれ以外の管体２２を、前記建設機械の重量等の鉛直方向の荷重を加えながら前記回転駆動装置による正回転駆動を加えて地盤７を掘削させつつ下降させ、最下部の管体２２の下端が設計深度の０．１ｍ上方に達するまで（圧密翼２４の最下部が地盤７の上面ＧＬから０．４ｍの深さとなるまで）は、実施例３の工程と全く同様の工程を行う。従ってこの実施例４に関してはその後の工程のみを説明する。

なお、この実施例４では、以上のように、最下部の管体２２の下端が設計深度の「０．１ｍ」上方に達するまでは、実施例３の工程と全く同一の工程を行うこととしているが、以上の０．１ｍに代えて、０．２ｍ又は０．０８ｍ等とすることもあり得る。最上部の管体２２に対する横方向の支持力の強化を重視するか、最下部の管体２２に対する鉛直方向の支持力の強化を重視するかで、これを自由に変更することができる。０．１ｍに代えてこれより長い０．２ｍを採用すれば、下方の支持力強化を重視し、これを０．０８ｍ等のように短くすれば横方向の支持力強化を重視することになる。

以上の工程の後、鋼管杭１１の最上部の管体２２及びそれ以外の管体２２には、これまで、前記建設機械の回転駆動装置によって加えていた正回転駆動を停止して逆回転駆動を加え、かつ該建設機械の重量等の鉛直方向の荷重は継続して加え、該二つの管体２２、２２を更に０．１ｍだけ深く地盤７中に押し込み、その下方の管体２２の下端を設計深度に到達させて、その動作を停止させた。

こうして以上の鋼管杭１１の二つの管体２２、２２が０．１ｍだけ深く地盤７中に押し込まれる際に、下方の管体２２の掘削翼２３はその下方の土砂を掘削することはなく、それ故、その下方の土砂を相対的にその上方に移動させることもない。０．１ｍ分だけその下方の地盤７を圧密することになるのみである。実施例２の場合と同様である。

また既に二つの管体２２の各々下部の掘削翼２３、２３より上方に相対的に移動している土砂は該掘削翼２３、２３の逆回転によってその下方に移動する可能性を若干持っているが、実際には、特に下方の管体２２の下部の該掘削翼２３の下方に圧密されつつある地盤７が位置しているので、その上方の掘削土砂はその下方には移動できない。従って最上部の管体２２の下部の掘削翼２３の上方の掘削土砂もその下方に移動することはできない。また前記圧密翼２４はこのとき正回転することになるが、以上のように、二つの掘削翼２３、２３が掘削作用をすることはないので、それらの掘削翼２３、２３の上方の土砂がそれ以上相対的に上昇移動することもない。それ故、該圧密翼２４がその下方の土砂に対して掘削作用をして、その土砂をその上方に移動させるようなこともない。最上部の管体２２の下部の掘削翼２３と圧密翼２４との間の土砂及び最上部の管体２２の下部の掘削翼２３と下方の管体２２の下部の掘削翼２３との間の土砂は、該掘削翼２３、２３及び該圧密翼２４の下降動作に伴って同様に０．１ｍだけ下降するのみである。基本的にはそうであるが、このとき、該土砂は掘削孔７ａの内周との摩擦により若干の圧密は受け得る。

そのため前記０．４ｍの下降動作で行われた掘削孔７ａ内の圧密状態はそのまま維持されることになる。すなわち、前記下降動作で形成された掘削孔７ａ内の密度は、図７に示すように、該圧密翼２４の下部から概ね１．６ｍほど下方までの範囲Ｄ７が圧密されて高い状態になっている。下方の管体２２の下部の掘削翼２３の下方は、図７に示すように、その下部から０．４ｍ程の範囲Ｄ８が圧密されて密度の高い状態になっている。

従って鋼管杭１１は、そのうち上方の管体２２がその圧密翼２４の下部から１．６ｍほどの範囲を、圧密されて支持力の高くなった掘削孔７ａ内の土砂及びその周囲の地盤７で支持され、更に、そのうち下方の管体２２の下部の掘削翼２３は、その下方の圧密されて密度が高くなった地盤７で支持されることになり、一層高い支持力で支持されることになったものである。

本発明の鋼管杭及びこれを用いた地盤補強方法は、鋼管杭を製造する土木工事用部材の製造業の分野及び土木工事の分野で有効に利用することができる。

１ 鋼管杭
２ 管体
３ 掘削翼
３ａ ビット
４ 圧密翼
５ 補強片
６ 芯出し部材
７ 地盤
７ａ 掘削孔
１１ 鋼管杭
２２ 管体
２３ 掘削翼
２３ａ ビット
２４ 圧密翼
２５ 補強片
２６ 芯出し部材
ＧＬ 地盤の上面

Claims (5)

1. 鋼製の管体の下端外周に螺旋状の掘削翼を備え、かつ該管体の上端近傍の外周に、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配してなる、ねじ込み式で埋設する鋼管杭を用いる地盤補強方法であって、
   該鋼管杭を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該鋼管杭の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、
   該鋼管杭の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点より、該鋼管杭に前記正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該鋼管杭を更にその下端が設計深度に到達するまで下降させ、該鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削されその上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法。
2. 鋼製の管体の下端外周に螺旋状の掘削翼を備え、かつ該管体の上端近傍の外周に、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配してなる、ねじ込み式で埋設する鋼管杭を用いる地盤補強方法であって、
   該鋼管杭を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該鋼管杭の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、
   該鋼管杭の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点より、該鋼管杭に前記正回転駆動に加えて圧縮荷重を加えて該鋼管杭を更に下降させ、設計深度に達する前に、該鋼管杭の正回転駆動を逆回転駆動又は無回転状態に変えた上で、前記圧縮荷重は継続して加えつつ、該鋼管杭をその下端が設計深度に到達するまで更に下降させ、該鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削されその上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法。
3. 直列に連結する複数の鋼製の管体で構成し、螺旋状の掘削翼を該各管体の下端外周に配設し、最上部の管体の上端近傍の外周にのみ、その下方の土砂をそれより上方に移動させることなく下方に向かって圧密する、前記掘削翼と逆方向の螺旋状に構成した圧密翼を配したねじ込み式で埋設する鋼管杭。
4. 請求項３の鋼管杭の最上部以外の管体を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該管体の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、該管体の上端が地盤上面近傍に到達した時点で、該管体の上端に、最上部以外の管体又は最上部の管体の下端を接続し、
   最上部以外の管体を接続した場合は、最上部以外の該管体を接続する工程から、該管体をその下方の管体と共に正回転駆動させ、それらの管体の掘削翼を掘削動作させることにより更に地盤中にねじ込み進入し、そのうち上方の管体の上端が地盤上面近傍に到達するまでの工程を一回以上実行した上で、
   上端が地盤上面近傍に到達した管体の該上端に最上部の管体の下端を接続し、
   以上の最上部の管体を接続した二つのいずれの場合も、更に最上部の管体を正回転駆動し、該最上部の管体及び下方のそれ以外の管体を更に地盤中にねじ込み進入させ、
   該最上部の管体の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点から、該管体に正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該管体を更に最下部の管体の下端が設計深度に到達するまで下降させ、これらの管体からなる鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削され、その上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法。
5. 請求項３の鋼管杭の最上部以外の管体を地盤上の所要の位置に直立させ、かつ正回転駆動させ、該管体の掘削翼を掘削動作させることにより地盤中にねじ込み進入させ、該管体の上端が地盤上面近傍に到達した時点で、該管体の上端に、最上部以外の管体又は最上部の管体の下端を接続し、
   最上部以外の管体を接続した場合は、最上部以外の該管体を接続する工程から、該管体をその下方の管体と共に正回転駆動させ、それらの管体の掘削翼を掘削動作させることにより更に地盤中にねじ込み進入し、そのうち上方の管体の上端が地盤上面近傍に到達するまでの工程を一回以上実行した上で、
   上端が地盤上面近傍に到達した管体の該上端に最上部の管体の下端を接続し、
   以上の最上部の管体を接続した二つのいずれの場合も、更に最上部の管体を正回転駆動し、該最上部の管体及び下方のそれ以外の管体を更に地盤中にねじ込み進入させ、
   該最上部の管体の圧密翼の最下部が地盤上面に到達した時点から、該管体に正回転駆動に加えて圧縮荷重を加え、該管体を更に下降させ、その最下部の管体の下端が設計深度に到達する前に、該管体の正回転駆動を逆回転駆動又は無回転状態に変えた上で、該圧縮荷重は継続して加えつつ、該最下部の管体の下端が設計深度に到達するまで下降させ、これらの管体からなる鋼管杭を埋設すると共に、該掘削翼により掘削され、その上方に押し上げられた土砂を該圧密翼により圧密することにより地盤を補強する地盤補強方法。

Images