JP5069873B2

JP5069873B2 - 鋼管杭の施工方法

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Publication number: JP5069873B2
Application number: JP2006160304A
Authority: JP
Inventors: 隆佐藤; 伸明塩沢
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP2007327280A

Description

本発明は、鋼管杭の施工方法に関し、特に一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する鋼管杭の施工方法に関する。

近年、例えば軟弱地盤地域に戸建住宅などの小規模建築物を構築する際の地盤補強工法として、セメント系固化材を用いた深層混合処理工法（以下、柱状改良工法）の他、４０〜２００ｍｍ程度の外径を有する小口径の鋼管杭を地中に設置して地盤を補強するケースが増えている。また深層混合処理工法は、例えばセメント系固化材と火山灰土との混合により六価クロムを溶出させるなどの環境面での問題も生じることから、小口径の鋼管杭を用いた簡易で効率の良い新たな地盤補強工法の開発が望まれている。

地盤の補強に用いる小口径の鋼管杭としては、ストレート形状の鋼管杭や、先端に回転翼を有するストレート形状の鋼管杭が一般に知られており、これらの鋼管杭は、先端が支持層に至るまで打ち込まれることにより、所望の支持力が得られる基礎杭を形成する。一方、地中に設置される鋼管杭として、一端部から他端部に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を備える鋼管杭を用いることにより、当該テーパー形状部分の楔効果によって、打ち込みは困難になるものの、大きな地盤反力が得られることに着目した技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１１−１８１７５９号公報特開２００３−１０５７５７号公報

しかしながら、上記従来のテーパー形状部分を備える鋼管杭を地中に設置する工法は、いずれも、オーガー等によってガイド孔を先行掘削した後に、或いはオーガマシーンによって掘削しながら、鋼管杭に打撃力を加えたり、圧入したり、回転圧入したりする方法によって鋼管杭を地中に打ち込むものであるため、周囲の地盤を乱しやすい。特に、テーパー形状部分を備える鋼管杭として、オーガー等による穿孔径と比較して外径がそれほど大きくない、外径が５０〜３００ｍｍ程度の小口径の鋼管杭を地中に打ち込む場合には、周辺の地盤を乱すことにより、鋼管杭の周面における十分な摩擦力を確保できなくなって所望の支持力か得られなくなるばかりか、例えば地震時の外力に対する地盤抵抗力を減じることになる。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、テーパー形状部分を備える特に小口径の鋼管杭を地中に設置する場合に、地盤を乱すことなく鋼管杭の外周面を周囲の地盤に効果的に密着させて、十分な摩擦力を確保できると共に、外力に対する地盤抵抗力を高めることのできる鋼管杭の施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、戸建住宅などの小規模建築物を構築する際の地盤補強工法として用いられ、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する、外径が１００〜１４５ｍｍ、テーパー形状部分の勾配が１／５０〜１／１００となっている鋼管杭を、外径の小さな他端部を下方に向けて、ガイド孔を先行掘削したり、オーガマシーンによって掘削しながら打ち込むことなく、圧入又は回転圧入のみによって地中に打ち込んでゆくことで、圧入用重機を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、地盤を乱さない状態で鋼管杭の外周面を周囲の地盤と密着させ、摩擦力による所望の支持力が得られる基礎杭を形成する鋼管杭の施工方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の鋼管杭の施工方法によれば、前記外径の小さな他端部の先端に押退けプレート部材を備える先端金具を取り付けておき、該先端金具によって転石や障害物を押退けつつ前記鋼管杭を回転圧入することが好ましい。

また、本発明の鋼管杭の施工方法によれば、地中に圧入又は回転圧入した鋼管杭の上方に別の鋼管杭を継ぎ足しながら前記鋼管杭が地中に圧入又は回転圧入され、下方鋼管杭の外径の大きな上端部に連接配置した上端ストレート継手管部に、上方鋼管杭の外径の小さな下端部に連接配置した下端ストレート継手管部を挿入係止することにより、前記下方鋼管杭と前記上方鋼管杭との継手部が形成されることが好ましい。

また、本発明の鋼管杭の施工方法によれば、前記鋼管杭を圧入又は回転圧入する際の圧入力が、７ｔ〜８ｔであることが好ましい。

本発明の鋼管杭の施工方法によれば、戸建住宅などの小規模建築物を構築する際の地盤補強工法として用いられて、テーパー形状部分を備える小口径の鋼管杭を地中に設置して小規模建築物の基礎地盤を補強する際に、地盤を乱すことなく鋼管杭の外周面を周囲の地盤に効果的に密着させて、十分な摩擦力を確保できると共に、外力に対する地盤抵抗力を高めることができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る鋼管杭の施工方法は、例えば軟弱地盤地域に戸建住宅などの小規模建築物を構築する際の地盤補強工法として用いられるものであり、図１（ａ），（ｂ）に示すように、外径が１００〜１４５ｍｍ程度の小口径の鋼管杭１０を、基礎地盤１１に向けて、例えば鋼管杭やＰＣコンクリート杭を打設する重機として公知の、圧入機構を備える圧入用重機１２を用いて圧入設置することにより、小規模建築物の基礎杭を形成する際に採用されたものである。

すなわち、本実施形態の鋼管杭の施工方法は、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１３を有する鋼管杭１０を、外径の小さな他端部１０ｂを下方に向けて圧入用重機１２を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、基礎地盤１１を乱さない状態で鋼管杭１０の外周面を周囲の基礎地盤１１と密着させ、摩擦力による所望の支持力が得られる基礎杭を形成するものである。

本実施形態では、鋼管杭１０は、例えば公知の鋼管の製造方法によって筒状に成形加工され、肉厚が例えば４．５ｍｍ程度の鋼製部材である。また鋼管杭１０は、例えば基礎地盤１１の地表面から４．０ｍｍ程度の深さに存在する、Ｎ値が９程度の砂質粘度からなる地層を支持層とし、当該支持層に到達できる長さとして、例えば４．５ｍ程度の長さを備えている。さらに、鋼管杭１０は、その全長がテーパー形状部分１３となっていると共に、外径の大きな一端部の外径が例えば１４５ｍｍ、外径の小さな他端部の外径が例えば１００ｍｍとなっており、テーパー形状部分の勾配は、例えば１／１００となっている。

ここで、鋼管杭１０のテーパー形状部分１３の勾配は、１／５０〜１／１００となっており、１／７０〜１／１００とすることが特に好ましい。

また、本実施形態では、外径の大きな一端部（上端部）１０ａに連続して、鋼管杭１０には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、圧入用重機１２の圧入施工治具１４を装着するための、例えば１４５ｍｍの外径を有する４００〜５００ｍｍ程度の長さの鋼管からなるストレート管部１５が、溶接等により一体接合して取り付けられている。またストレート管部１５の上端部内側には、圧入用重機１２の圧入施工治具１４に装着された際に、例えば圧入施工治具１４に設けられた係止溝に係止されて、圧入施工治具１４に対するストレート管部１５の相対回転を防止する係止リブ１６が、内側に突出して設けられている。係止リブ１６が係止溝に係止されることにより、圧入用重機１２からの回転力を圧入施工治具１４を介して確実に鋼管杭１０に伝えることができ、鋼管杭１０の回転圧入をスムーズに行うことが可能になる。

なお、鋼管杭１０の上端部のストレート管部１５は、後述するように鋼管杭１０の上方に別の鋼管杭１０’を継ぎ足しながら鋼管杭１０，１０’を地中に設置する際には（図５（ａ），（ｂ）参照）、下方鋼管杭１０と上方鋼管１０’との間の継手部２３を構成する下端ストレート継手管部２１として用いることができる。

さらに、本実施形態では、外径の小さな他端部（下端部）１０ｂの先端開口を閉塞するようにして、鋼管杭１０には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、先端金具１７が取り付けられる。先端金具１７は、例えば内周面が鋼管杭１０の下端部１０ｂと同様の先細り形状となった円筒スリーブ部１７ａの中空内部を、仕切りプレート１７ｂで上下に仕切って上方部分を鋼管杭１０への先端嵌着部とし、当該先端嵌着部に鋼管杭１０の先端部分を嵌め込んだ状態で、溶接等により鋼管杭１０に固定される。また仕切りプレート１７ｂよりも下方部分の円筒スリーブ部１７ａには、これの中央を直径方向に横断するように配置されると共に、円筒スリーブ部１７ａよりもさらに下方に突出する略矩形形状の押退けプレート部材１８が、溶接等により固定されて取り付けられている。この押退けプレート部材１８が、鋼管杭１０の回転圧入に伴って回転することにより、基礎地盤１１に鋼管杭１０の圧入を妨げる転石や表層部分の地中障害物等が存在する場合でも、押退けプレート部材１８によってこれらの転石等を押退けつつ、鋼管杭１０を略鉛直に保持した状態で、引き続き鋼管杭１０を圧入して行くことが可能になる。

そして、本実施形態では、上述のような構成を備える鋼管杭１０を、例えば戸建住宅の建築施工現場に搬入した後、図１（ａ）に示すように、圧入用重機１２を用いて鋼管杭１０の設計打位置に、外径の小さな先細りの他端部（下端部）１０ｂを鉛直下方に向けた倒立状態で建込む。しかる後に、図２（ｂ）に示すように、圧入用重機１２を用いて、建込んだ鋼管杭１０を適宜回転させつつ、例えば７ｔ〜８ｔ程度の圧入力を加えて、基礎地盤１１の支持層に向けて圧入又は回転圧入してゆくことにより、テーパー形状部分を有する鋼管杭１０による基礎杭が埋設設置されることになる。

なお、本実施形態では、例えば地表面から４．０ｍｍ程度の深さに存在する支持層よりも上方の基礎地盤１１は、例えばＮ値が３以下の軟弱層によって構成されており、このような軟弱層に対して、支持層に向けた鋼管杭１０の圧入が、容易且つスムーズに行われる。また、鋼管杭１０が圧入されることによって、軟弱層の圧密が促進され、基礎地盤１１を効果的に締め固めることも可能になる。

鋼管杭１０を支持層に至る所定の深さまで圧入したら、図４（ａ），（ｂ）に示すように、例えば圧入した鋼管杭１０に支持させて、これの上方に戸建住宅のコンクリート基礎１９を構築する。コンクリート基礎１９は、例えば基礎地盤１１の地表面に基礎砕石２０を敷設した後に、鉄筋、型枠等を配置して、ストレート管部１５にコンクリートを充填しつつ、これの上部を巻き込みながコンクリートを打設することにより、鋼管杭１０の上端を固定端として形成することができる（図４（ａ）参照）。またコンクリート基礎１９は、例えばストレート管部１５にコンクリートを充填することなく、これの上方部分にのみコンクリートを打設することにより、鋼管杭１０の上端を自由端として形成することもできる（図４（ｂ）参照）。

そして、上述の構成を備える本実施形態の鋼管杭の施工方法によれば、テーパー形状部分１３を備える鋼管杭１０を地中に設置する際に、地盤１１を乱すことなく鋼管杭１０の外周面を周囲の基礎地盤１１に効果的に密着させて、十分な摩擦力を確保できると共に、外力に対する地盤抵抗力を高めることができる。

すなわち、本実施形態では、テーパー形状部分１３を備える鋼管杭１０を、オーガー等によってガイド孔を先行掘削したり、オーガマシーンによって掘削しながら打ち込むことなく、圧入又は回転圧入のみによって地中に打ち込んでゆく。したがって、特に鋼管杭１０が、オーガー等による穿孔径と比較して外径がそれほど大きくない、外径が１００〜１４５ｍｍの小口径の鋼管杭１０であっても、周囲の基礎地盤１１を乱すことなく地中に設置することが可能になると共に、テーパー形状部分１３の先細りの楔形状によって、周囲の基礎地盤１１を押し拡げるようにしながら鋼管杭１０の外周面が周囲の地盤と強固に密着して行くことになる。これらによって、鋼管杭１０の外周面に大きな摩擦力を確保することができ、テーパー形状部分１３の楔効果と相俟って、大きな地盤反力や支持力を得ることが可能になる。

また、例えば地震時の外力に対する地盤抵抗力を高めることも可能になると共に、摩擦杭としての支持力の増加と、建物の沈下抑制効果の向上を図ることが可能になる。

さらに、地震時等における横方向の荷重によるコンクリート基礎１９や鋼管杭１０の損傷を効果的に回避することが可能になると共に、水平変位を少なくすることにより、上部構造への地震の影響を少なくすることが可能になる。

さらにまた、本実施形態によれば、圧入用重機１２による圧入によって鋼管杭１０が基礎地盤１１に設置されるので、例えば圧入作業の施工時や圧入作業の終了後における押し込み力（圧入力）を管理データとして計測し、この管理データから鋼管杭１０による基礎杭の支持力を確認したり、支持力を推定したりすることも可能になる。またセメント系固化材を使用しないので、周辺の環境保全を図ることも可能になる。

なお、本実施形態の鋼管杭１０を、圧入用重機１２を用いて圧入した直後の鋼管杭１０の支持力と、外径が１１４．３ｍｍ、長さが４．５ｍ、肉厚が４．５ｍｍのストレート形状の鋼管杭を、圧入用重機１２を用いて同様の方法で圧入した直後の支持力とを比較した場合に、テーパー形状部分１３を有する本実施形態の鋼管杭１０による支持力は、ストレート形状の鋼管杭による支持力と比較して、約２倍〜２．５倍程度の相当の支持力が得られることが確認された。

図５（ａ），（ｂ）は、例えば基礎地盤１１における支持層が深い場合に、地中に圧入又は回転圧入した鋼管杭１０の上方に別の鋼管杭１０’を継ぎ足しながら、鋼管杭１０，１０’を地中に圧入又は回転圧入する場合の施工方法を説明するものである。すなわち、鋼管杭１０，１０’を継ぎ足しながら地中に設置する場合には、下方鋼管杭１０の外径の大きな上端部１０ａに連接配置した上端ストレート継手管部２１に、上方鋼管杭１０’の外径の小さな下端部１０ｂに連接配置した下端ストレート継手管部２２を挿入係止することにより、下方鋼管杭１０と上方鋼管杭１０’との継手部２３を形成する。

下方鋼管杭１０の上端部１０ａに連接配置した上端ストレート継手管部２１は、上述のように、圧入用重機１２の圧入施工治具１４が装着されるストレート管部１５を、そのまま上端ストレート継手管部２１として用いることができる。上方鋼管杭１０’の下端部１０ｂ’に連接配置した下端ストレート継手管部２２は、例えば上端ストレート継手管部２１の内径よりも、肉厚の略２倍、外径が小さくなった、上端ストレート継手管部２１と同様の長さを有するストレート管部分であって、その外周面にはＬ字形状の継手係止溝２４が設けられている。

下方鋼管杭１０を、その上端部１０ａが基礎地盤１１の地表面に近接するまで圧入したら、上方鋼管杭１０’の下端ストレート継手管部２２を、下方鋼管杭１０の上端ストレート継手管部２１に、継手係止溝２４を係止リブ１６に合致させつつ挿入する（図５（ｂ）参照）。下端ストレート継手管部２２を、下方鋼管杭１０の上端ストレート継手管部２１に挿入した後に、上方鋼管杭１０’を僅かに回転させて係止リブ１６をＬ字形状の継手係止溝２４の鉤形部分に係止すると共に、上端ストレート継手管部２１の上端を、上方鋼管杭１０’の下端ストレート継手管部２２の基端部分に例えば溶接を施して接合することにより、下方鋼管杭１０の上方に上方鋼管杭１０’が強固に連結されることになる。

下方鋼管杭１０の上方に上方鋼管杭１０’を継ぎ足したら、上方鋼管杭１０’の上端のストレート管部１５’に、圧入用重機１２の圧入施工治具１４を装着して、下方鋼管杭１０と同様に、継ぎ足された鋼管杭１０，１０’が地中に圧入又は回転圧入され、上述と同様の作用効果が奏される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、下方鋼管杭１０の上方に上方鋼管杭１０’を継ぎ足す際の継手部は、例えば図６に示すように、上方鋼管杭１０’の下端ストレート継手管部２２を短く形成してその外周面に雄ネジ部２５を設けると共に、この雄ネジ部２５を下方鋼管杭１０の上端ストレート継手管部２１’の上部内側面に設けた雌ネジ部２６に螺合締着することにより、下方鋼管杭１０と上方鋼管杭１０’とを連結一体化することもできる。

さらに、鋼管杭が圧入又は回転圧入される地盤は、オーガー等で掘削することなく鋼管杭を圧入又は回転圧入することができる地盤であれば、先端部分の支持層を除いてＮ値が３以下の地盤である必要は必ずしも無く、例えば、基礎下から２ｍまでの地盤支持力が５０kＮ／ｍ²以下で、その下部にＮ値３以下の軟弱層が連続している地盤等であっても良い。

（ａ），（ｂ）は、本実施形態の好ましい一実施形態に係る鋼管杭の施工方法を説明する略示側面図である。（ａ）は、鋼管杭の一端部に連続して、圧入用重機の圧入施工治具を装着するためのストレート管部を設けた状態を示す部分側面図、（ｂ）は、（ａ）を上方から見た上面図である。（ａ）は、鋼管杭の他端部に押退けプレート部材を備える先端金具を取り付けた状態を説明する部分断面図、（ｂ）は、先端金具の斜視図である。（ａ），（ｂ）は、地中に設置した鋼管杭を基礎杭として、これの上方にコンクリート基礎を構築した状態を説明する部分断面図である。（ａ）は、下方鋼管杭の上方に上方鋼管杭を継ぎ足した状態を説明する側面図、（ｂ）は、下方鋼管杭と上方鋼管杭の継手部の構成を説明する部分側面図である。下方鋼管杭と上方鋼管杭の他の継手部の構成を説明する部分斜視図である。

符号の説明

１０鋼管杭（下方鋼管杭）
１０ａ鋼管杭の一端部（上端部）
１０ｂ鋼管杭の他端部（下端部）
１０’ 下方鋼管杭
１１基礎地盤（地盤）
１２圧入用重機
１３テーパー形状部分
１４圧入施工治具
１５ストレート管部
１６係止リブ
１７先端金具
１７ａ先端金具の円筒スリーブ部
１７ｂ先端金具の仕切りプレート
１８押退けプレート部材
１９コンクリート基礎
１９ａ端面当接プレートの係止スリット
２０基礎砕石
２１，２１’ 上端ストレート継手管部
２２，２２’ 下端ストレート継手管部
２３継手部
２４継手係止溝
２５雄ネジ部
２６雌ネジ部

Claims

戸建住宅などの小規模建築物を構築する際の地盤補強工法として用いられ、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する、外径が１００〜１４５ｍｍ、テーパー形状部分の勾配が１／５０〜１／１００となっている鋼管杭を、外径の小さな他端部を下方に向けて、ガイド孔を先行掘削したり、オーガマシーンによって掘削しながら打ち込むことなく、圧入又は回転圧入のみによって地中に打ち込んでゆくことで、圧入用重機を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、地盤を乱さない状態で鋼管杭の外周面を周囲の地盤と密着させ、摩擦力による所望の支持力が得られる基礎杭を形成する鋼管杭の施工方法。
前記外径の小さな他端部の先端に押退けプレート部材を備える先端金具を取り付けておき、該先端金具によって転石や障害物を押退けつつ前記鋼管杭を回転圧入する請求項１に記載の鋼管杭の施工方法。
地中に圧入又は回転圧入した鋼管杭の上方に別の鋼管杭を継ぎ足しながら前記鋼管杭が地中に圧入又は回転圧入され、下方鋼管杭の外径の大きな上端部に連接配置した上端ストレート継手管部に、上方鋼管杭の外径の小さな下端部に連接配置した下端ストレート継手管部を挿入係止することにより、前記下方鋼管杭と前記上方鋼管杭との継手部が形成される請求項１又は２に記載の鋼管杭の施工方法。
前記鋼管杭を圧入又は回転圧入する際の圧入力が、７ｔ〜８ｔである請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼管杭の施工方法。