JP5247289B2

JP5247289B2 - 羽根付杭の回転埋設方法

Info

Publication number: JP5247289B2
Application number: JP2008202980A
Authority: JP
Inventors: 諭國松; 純次濱田
Original assignee: Takenaka Corp; Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Takenaka Corp; Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: JP2010037840A

Description

本発明は、建物の下部を支える羽根付杭の回転埋設方法に関するものである。

従来より、杭を埋設するには、いくつかの方法がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、先端羽根の付いた先端羽根付鋼管杭を回転させながら、地盤に対して垂直に埋設させている。このような方法で埋設された杭は鉛直杭となる。

また、先端羽根付鋼管杭を鉛直に埋設した後、先端部に固化材を注入して、鉛直杭先端部の引抜耐力を増強する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２４０３９５特開２００７−２５５１０８

近年、耐震補強工事が盛んになりつつあるなかで、建築分野でも様々な基礎耐震補強工事が行われている。しかし、従来の鉛直杭を用いて杭頭部の水平変位を効果的に抑制するには、鉛直杭の水平剛性を高くするため杭の断面積を大きくするなどの必要があり、経済的な設計・施工が困難であった。

本発明の目的は、経済的に杭頭部の水平変位を抑制できるように地盤に対して羽根付杭を埋設することである。

上記目的を達成するための本発明の方法は次のとおりである。

螺旋状の羽根付杭の回転埋設方法であって、地上部から垂直に掘削された地中の所望の位置の土と固化材とを混合または置換する混合・置換工程と、前記羽根付杭を所望の埋設角度に傾斜させる傾斜工程と、前記羽根付杭の埋設方向を確認しつつ前記羽根付杭の先端が前記混合・置換工程によって生成された混合体または置換体に達するまで前記羽根付杭を地盤に埋設する埋設工程と、を有することを特徴とする羽根付杭の回転埋設方法。

上述のように、羽根付杭を傾斜させてから地盤に回転埋設すると、羽根付杭が地盤内に傾斜した状態で留まる。すると、杭頭部に加わる水平力は水平成分と杭軸方向成分（押込力または引抜力）に分離され、杭頭部に加わる水平力の一部が杭軸方向成分として負担される。このため、傾斜した状態で埋設された羽根付杭は、杭頭部が水平力に対して水平変位することを埋設角度に応じて抑制することができる。また、羽根付杭の先端に改良体または固化体が一体化されていることにより杭軸方向耐力（押込耐力及び引抜耐力）を増加させる。先端に羽根があり、且つ羽根が改良体または固化体に保持され、先端羽根のアンカー的効果が見込めることから、建物重量等の鉛直荷重と水平力による杭軸方向成分の力（押込力または引抜力）に抵抗することができる。この結果、杭頭部の水平力に対する耐力は大きくなる。

図１を用いて杭１の埋設方法を説明する。図１は杭１の埋設方法の説明図であり、（ａ）が混合・置換工程の説明図、（ｂ）が埋設工程の説明図である。

まず杭１を地盤Ｆに埋設する前に、地中の所望の位置の土と固化材とを混合または置換する＜混合・置換工程＞。混合工程においては、図１（ａ）に示すように、まず、施工機械Ｍに取り付けた掘削用オーガーＤによって、地上部から垂直に地面Ｇを掘削しながら、セメントミルク等の固化材を同時に注入し、充填させながら撹拌混合する。これによって混合工程が完了し混合体が生成される。また、置換工程においては、図１（ａ）に示すように、まず、施工機械Ｍに取り付けた掘削用オーガーＤによって、地上部から垂直に地面Ｇを掘削する。これによって穴Ｈが得られる。そして、図１（ｂ）に示すように、これによって得られた穴Ｈに対してセメント等の固化材を注入し、充填する。これによって置換工程が完了し置換体が生成される。尚、上述の所望の位置とは、杭１の埋設が完了したときに杭先端１ａが達する位置である。また、上述のように、本実施形態における混合体は時間の経過により硬化して改良体になるものであり、置換体は時間の経過により硬化して固化体になるものである。

次に杭の建込みを行う。即ち、図１（ｂ）に示すように、施工機械Ｍによって杭１を釣り込んで、地面Ｇ上の杭芯Ｏに合わせて杭１をセットする。このとき、杭１は、杭芯Ｏに杭先端１ａを向けた状態とされ、且つ鉛直方向から所望の埋設角度θだけ傾斜されている＜傾斜工程＞。杭先端１ａを杭芯Ｏに対してセットしたら、杭１を振止め装置２で固定する。尚、本実施形態の杭１は、先端羽根付杭であり、杭先端１ａの杭側面に螺旋状の先端羽根１ｂが付いている。

次に、杭１の埋設角度θ及び埋設方向を確認しつつ、杭１を地盤Ｆに貫入し、杭１の杭先端１ａが混合体または置換体Ｃに達するまで埋設する＜埋設工程＞。具体的に説明すると、まず杭１が所望の埋設角度θになっていることを確認したら、杭１の杭頭部１ｃを施工機械Ｍのキャップ１ｄに固定する。そしてこのキャップ１ｄを回転（正回転）させることで、杭１が回転する。このようにして回転された杭１は、杭先端１ａに配設された先端羽根１ｂの推進力により、地盤Ｆに対して貫入していく。

杭１の先端１ａが混合体または置換体Ｃに達する所望の深さまで杭１を埋設させたら、杭１の杭頭部１ｃに付帯している施工機械Ｍのキャップ１ｄを逆回転し、キャップ１ｄを杭頭部１ｃから外す。こうして杭１は地盤Ｆ内部に所望の埋設角度θで埋設され、埋設作業が完了する。その後、時間の経過と共に混合体または置換体は硬化が進み、改良体または固化体となり杭１の先端１ａと一体化する。

上述の傾斜工程において、杭１を傾斜させる所望の埋設角度θは１５°≦θ≦６０°であり、角度は用途や地盤の状況に応じて決定する。一般に、所望の埋設角度θが大きくなればなるほど、杭頭部１ｃの水平力に対する水平変位は小さくなる。

水平変位を効果的に抑制する観点からは、１５°≦θであり、施工性の観点からは、θ≦６０°である。

次に、上述の方法により埋設された杭１の杭頭部１ｃの水平変位の抑制について説明する。図２は本実施形態の斜杭と従来の鉛直杭の水平力に対する水平変位と曲げモーメントを説明する図であり、（ａ）が本実施形態の杭１が地盤に埋設された図、（ｂ）が従来の鉛直杭１００が地盤に埋設された図である。両図とも、杭の状態と共に水平変位分布及び曲げモーメント分布を記入している。

地盤Ｆに埋設された先端羽根１ｂを有する本実施形態における杭１は、地面Ｇに対して垂直ではなく傾斜した状態で埋設されている。このため、図２（ａ）に示すように水平力が杭頭部１ｃに作用するとき、杭１が傾斜していることにより水平力が水平成分と杭軸方向成分（押込力または引抜力）に分散される。このように、杭頭部に加わる水平力の一部が杭軸方向成分として負担されることにより、杭１の杭頭部１ｃの水平変位を抑制することができる。

ここで、杭１には建物重量等の鉛直荷重からなる杭軸方向成分の力に加え、水平力による杭軸方向成分の力（押込力または引抜力）が新たに作用することとなるが、本実施形態の杭１は先端羽根１ｂがある。これにより、先端羽根１ｂのアンカー的効果も見込めることから、建物重量等の鉛直荷重と水平力による杭軸方向成分の力（押込力または引抜力）に抵抗することができる。その作用により、杭頭部１ｃに作用する水平力に対しても耐力を向上させることができる。羽根の数や大きさは必要な耐力に応じて適宜設定することができる。例えば、先端部以外にも、杭１に羽根を配設してもよい。羽根を配設する場合には、等間隔に取り付けることが好ましい。

また、先端羽根１ｂは改良体または固化体Ｃに達している。このように、杭１の先端羽根１ｂが改良体または固化体Ｃと一体化していることにより杭軸方向耐力を増加させ、水平力に対する耐力をより向上させる。尚、羽根が複数ある場合には、その羽根の数に応じて、改良体または固化体Ｃを配設する穴Ｈを複数形成する。または、複数の羽根が全て埋まるほどの径の穴Ｈを１つ形成してもよい。

従来においては、図２（ｂ）に示すように鉛直杭１００を用いていた。この場合に鉛直杭１００には杭頭部に水平力が作用すると、この水平力は杭のせん断力となり、曲げモーメントも大きくなる。これに対して、本実施形態の杭１においては、鉛直杭１００と比較して杭頭部１ｃにおける杭頭軸力は大きくなるものの、杭頭せん断力、変位、曲げモーメントを小さくすることができる。

上述の実施形態では杭１を１本だけ埋設するとしたが、これに限るものではない。即ち、複数本の杭１を同様に地盤Ｆに埋設することで、更に杭頭部の水平変位を抑制することができる。これについて説明する。図３は杭１を２本、地盤に埋設した状態を示す図である。

図３に示すように、上述の傾斜工程及び埋設工程の作業を行った後、近接する位置から再度作業を行う。ここで、本例においては、複数の傾斜工程における所望の各埋設角度は同一とし、所望の各埋設方向を、上方から見て１８０度異ならせ、且つ杭１の先端部の土と固化材を混合または置換させている。このように構成すると、杭を１本だけ埋設する場合に比べて、水平変位をさらに抑制することができ、それぞれの杭の杭頭を結合させることにより、水平変位を一層抑制することができる。また、一方の杭１が杭軸方向押込力に対抗する耐力を発揮し、他方の杭が杭軸方向引抜力に対抗する耐力を発揮し、補完的に杭頭部１ｃに作用する水平力に対する耐力を発揮することができる。尚、本例においては所望の埋設角度を同一としたが、必ずしもこれに限るものではない。所望の埋設角度は、発生が予想される力に応じて、適宜変更することができる。

また、実施形態においては、杭１を１本又は２本用いるとしたが、図４に示すように、３本以上であってもよい。図４は３本の杭１の組合せ杭４の構造を示す上面図である。図４に示す組合せ杭４においては、上述の傾斜工程及び埋設工程を地上の近接する位置から繰り返して３回行い、複数の傾斜工程における所望の各埋設角度を同一として構成した。また、各埋設方向は１２０度ずつ異なることとし、且つ杭１の先端部の土を固化材と混合または置換させた。このようにすることで、杭頭部１ｃの耐力を向上させ、上方から見ていずれの方向から杭頭部１ｃに水平力が作用した場合にも水平変位を抑制することができる。尚、本例においては所望の埋設方向を、上方から見て１２０度ずつ異ならせ、且つ埋設角度を同一としたが、必ずしもこれに限るものではない。埋設方向及び埋設角度は、発生が予想される力に応じて、適宜変更することができる。

本発明は、建物の下部を支える杭を埋設する方法に利用することができる。

杭１の埋設方法の説明図。本実施形態の斜杭と従来の鉛直杭の水平力に対する水平変位と曲げモーメントを説明する図。杭１を２本、地盤に埋設した状態を示す図。３本の杭１の組合せの構造を示す上面図。

符号の説明

Ｃ…改良体（混合体）または固化体（置換体）
Ｄ…掘削用オーガー
Ｆ…地盤
Ｇ…地面
Ｈ…穴
Ｍ…施工機械
Ｏ…杭芯
１…杭
１ａ…杭先端
１ｂ…先端羽根
１ｃ…杭頭部
１ｄ…キャップ
２…振止め装置
３…リーダー
４…組合せ杭
１０…棒状部材

Claims

螺旋状の羽根付杭の回転埋設方法であって、
地上部から垂直に掘削された地中の所望の位置の土と固化材とを混合または置換する混合・置換工程と、
前記羽根付杭を所望の埋設角度に傾斜させる傾斜工程と、
前記羽根付杭の埋設方向を確認しつつ前記羽根付杭の先端が前記混合・置換工程によって生成された混合体または置換体に達するまで前記羽根付杭を地盤に埋設する埋設工程と、
を有することを特徴とする羽根付杭の回転埋設方法。