JP6466236B2 - Ｈ鋼杭及びその打設方法、並びに、鋼管杭の打設方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｈ鋼杭及びその打設方法、並びに、鋼管杭の打設方法に関する。

地盤に打設されたＨ鋼杭や鋼管杭等の基礎杭は、その上に構築された構造物を支持している。基礎杭の支持力は、地盤との周面摩擦力と先端部分の支持力に依っている。

通常の基礎杭は、地盤の支持層に貫入する部分に必要とされる周長及び杭先端面積を全長に亘って有するため、先端部分でのみ高い支持力を発揮する必要がある場合には、本体部分の材料等の無駄が大きくなる。そこで、特に先端部分の支持力を増大させる基礎杭として、先端部分が拡径された鋼管杭が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。これらの鋼管杭は、先端部分の支持力が増大しているだけでなく、本体部分の径が先端部分の径よりも細いため、材料費等が低減している。

特開平８−８５９３９号公報 特開２００４−３１６４１１号公報

特許文献１及び２に開示された鋼管杭は、その先端部分の形状から打設方法が制限され、必ずしも複数の工法に適用できるものではなかった。

そこで本発明は、材料費等を低減しながら高い支持力を得ることができ、且つ、複数の工法で打設することができるＨ鋼杭及びその打設方法、並びに、鋼管杭の打設方法を提供することを目的とする。

本発明は、本体部と、本体部の一端側に設けられ、本体部よりも拡幅された先端部と、本体部と先端部とを連結する接続部と、を備え、杭の支持力計算における先端部の周長及び杭先端面積は、本体部において周長及び杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積よりもいずれも大きいＨ鋼杭を提供する。

このＨ鋼杭によれば、拡幅されて周長及び杭先端面積が大きくなっている先端部を地盤の支持層内に到達させることで、その周面摩擦と先端支持力とによって高い支持力を得ることができる。また、Ｈ鋼杭の本体部は拡幅されていない通常の態様であるため、先端部の幅でＨ鋼杭全体を形成する場合と比べて材料費等が低減されている。そして、このＨ鋼杭は、複数の打設方法を用いることができる。

接続部は、当該Ｈ鋼杭の打設方向において本体部と先端部との間に介在しており、且つ、本体部側から先端部側に向けて連続的に拡幅していることが好ましい。この形状であると、Ｈ鋼杭を地盤内へ進入させることが容易であり、特に、打込み工法を用いる場合に都合がよい。

また、本発明は、支持層と、その上方に位置し支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に上記Ｈ鋼杭を打設するＨ鋼杭の打設方法であって、軟弱層及び支持層を掘削して鉛直孔を形成する鉛直孔形成工程と、鉛直孔にＨ鋼杭を挿入し、支持層内に先端部の少なくとも一部を到達させる建込み工程と、建込み工程の後に、Ｈ鋼杭を打撃により打ち込む打込み工程、又は、先端部の少なくとも一部を固化材で根固めする根固め工程と、を有するＨ鋼杭の打設方法を提供する。

更に本発明は、支持層と、その上方に位置し支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に上記Ｈ鋼杭を打設するＨ鋼杭の打設方法であって、Ｈ鋼杭を打撃により軟弱層を貫通して支持層内に到達させる建込み工程を有するＨ鋼杭の打設方法を提供する。

上記のように、上記Ｈ鋼杭を地盤に打設するには複数の打設方法を用いることができる。いずれの工法の場合でも拡幅された先端部が支持層内に到達して固定されるため、その大きな周長及び杭先端面積によって高い支持力を得られる。

また、本発明は、支持層と、その上方に位置し支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に鋼管杭を打設する鋼管杭の打設方法であって、鋼管杭は、本体部と、本体部の一端側に設けられ、鋼管杭の打設方向に延びるとともに本体部よりも拡径された先端部と、本体部と先端部とを連結する接続部と、を備え、杭の支持力計算における先端部の周長及び杭先端面積が本体部において周長及び杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積よりもいずれも大きいものであり、鋼管杭を中堀り圧入により軟弱層を貫通して支持層内に到達させる建込み工程と、建込み工程の後に、鋼管杭を打撃により打ち込む打込み工程、又は、先端部の少なくとも一部を固化材で根固めする根固め工程と、を有する鋼管杭の打設方法を提供する。

更に本発明は、支持層と、その上方に位置し支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に鋼管杭を打設する鋼管杭の打設方法であって、鋼管杭は、本体部と、本体部の一端側に設けられ、鋼管杭の打設方向に延びるとともに本体部よりも拡径された先端部と、本体部と先端部とを連結する接続部と、を備え、杭の支持力計算における先端部の周長及び杭先端面積が本体部において周長及び杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積よりもいずれも大きいものであり、鋼管杭を打撃により軟弱層を貫通して支持層内に到達させる建込み工程を有する、鋼管杭の打設方法を提供する。

上記複数の打設方法における鋼管杭は、先端部が鋼管杭の打設方向に延びているため、地盤内へ進入しやすく、打込みにも耐え得る。そして打設後は、周長及び杭先端面積が大きくなるように拡径された先端部が地盤の支持層内に到達しているため、高い支持力を得ることができる。また、本体部は拡径されていない通常の態様であるため、先端部の径で鋼管杭全体を形成する場合と比べて材料費等が低減されている。

本発明によれば、材料費等を低減しながら高い支持力を得ることができ、且つ、複数の工法で打設することができるＨ鋼杭及びその打設方法、並びに、鋼管杭の打設方法を提供することができる。

杭を打設する地盤の概要を示す図である。 （ａ）はＨ鋼杭の正面図であり、（ｂ）はＨ鋼杭の側面図である。 （ａ）は図２（ａ）のIIIa-IIIa線に沿った端面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のIIIb-IIIb線に沿った端面図である。 鋼管杭の正面図である。 （ａ）は図４のVa-Va線に沿った端面図であり、（ｂ）は図４のVb-Vb線に沿った端面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態において、基礎杭としてのＨ鋼杭及び鋼管杭（いずれも既成杭）が打設される地盤は、図１に示されたとおり、例えば浚渫によって埋め立てられた臨海部にみられるような、地表から数十ｍの深さまで達する軟弱層１０１と、その下方に広がる礫層や団結粘性土等で構成された支持層１０２とを有する地盤である。ここで軟弱層１０１とは、基礎杭１０の支持にはほとんど寄与しない層を指す。基礎杭１０は、地上に構築された構造物２０を支持し、その支持力は、支持層１０２に接触している部分の周面摩擦力と先端部分の支持力によって決まる。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態として、Ｈ鋼杭とその打設方法について説明する。図２及び図３に示されたとおり、本実施形態のＨ鋼杭１は、断面Ｈ形で長尺に延びた本体部１１と、本体部１１の一端側に本体部１１よりも拡幅されて設けられた断面Ｈ形の先端部１２を備えている。当該拡幅は、Ｈ形の縦横両方向になされている。

本体部１１と先端部１２との間には、本体部１１側から先端部１２側に向けて断面Ｈ形を維持しながら連続的に拡幅された接続部１３が介在し、本体部１１と先端部１２とを連結している。ここで、先端部１２及び接続部１３は、本体部１１の中心軸すなわちＨ鋼杭１の打設方向に一致する向きに延びている。本体部１１、接続部１３及び先端部１２は、いずれも厚さが同一であり、互いに溶接により接続され一体化されている。

打設方向の長さに関し、本体部１１の長さは支持層の深さによるが、通常は２０ｍ〜４０ｍである。先端部１２の長さは、２Ｂｍ〜４Ｂｍ（ＢはＨ鋼杭の幅を示す）であることが好ましく、１ｍ〜２ｍであることが好ましい。接続部１３の長さは、２Ｂｍであることが好ましく、本体部がＨ−５００の場合、１ｍ程度であることがより好ましい。

先端部１２及び本体部１１の幅の大小関係に関し、杭の支持力計算における先端部１２の周長（「Ｌ１」とする。）及び杭先端面積（「Ｓ１」とする。）は、本体部１１において先端部１２の周長及び杭先端面積に対応する周長（「Ｌ２」とする。）及び杭先端面積（「Ｓ２」とする。）よりもいずれも大きい。

ここで、「杭の支持力計算における先端部の周長及び杭先端面積」とは、Ｈ鋼杭１の先端部１２を軸線方向から見た場合における四隅を直線で順に結んで形成される四角形の領域Ａ１２（図３（ａ）の二点鎖線参照。）の周囲の長さ及び面積をいう。なお、図３（ａ）は図２（ａ）のIIIa-IIIa線に沿った端面図であって先端部１２の先端を表しているのではないが、この図を先端部１２の先端の図として代用している。

また、「本体部において先端部の周長及び杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積」とは、Ｈ鋼杭１の本体部１１を軸線方向から見た場合における四隅を直線で順に結んで形成される四角形の領域Ａ１１（図３（ｂ）の二点鎖線参照。）の周囲の長さ及び面積をいう。

具体的には、周長については、Ｌ１／Ｌ２が１．３〜１．７であることが好ましい。杭先端面積については、Ｓ１／Ｓ２が１．７〜２．９であることが好ましい。

また、具体的な周長については、Ｌ１が２００ｃｍ〜３６０ｃｍであることが好ましく、Ｌ２が１２０ｃｍ〜２８０ｃｍであることが好ましい。

接続部１３の拡幅の角度（図２のθ１参照。）は、Ｈ鋼杭１の打設の容易さから、Ｈ鋼杭１の打設方向（本体部１１の軸線方向）を基準として、２０度〜３５度が好ましく、２５度〜３０度がより好ましい。

Ｈ鋼杭１の打設方法について説明する。既成杭として工場で製作したＨ鋼杭１を打設現場に輸送する。本体部１１の長さが輸送の障害となる場合、複数本の適当な長さに分解して輸送したのち、現場でこれらを接続してもよい。接続方法としては、溶接のほか、添接板による接続を採用することができる。

Ｈ鋼杭１は、プレボーリング工法によって打設することができる。まず、図１に示された軟弱層１０１及び支持層１０２を有する地盤において、軟弱層１０１及び支持層１０２掘削して鉛直孔を形成する（鉛直孔形成工程）。次に、その鉛直孔にＨ鋼杭１を挿入し、支持層１０２内に先端部１２の少なくとも一部を到達させる（建込み工程）。その後、Ｈ鋼杭１をハンマー打撃して最終打込みを行う（打込み工程）か、鉛直孔に固化材を注入して先端部１２の少なくとも一部を根固めする（根固め工程）ことによって、Ｈ鋼杭１を固定する。

また、Ｈ鋼杭１は、打込み工法によって打設することができる。すなわち、図１に示された軟弱層１０１及び支持層１０２を有する地盤において、Ｈ鋼杭１を鉛直方向に立て、ハンマー打撃によって軟弱層１０１を貫通して先端部１２を支持層１０２内に到達させる（建込み工程）。

上記工法によってＨ鋼杭１を打設すると、周長及び杭先端面積が大きくなっている先端部１２が地盤の支持層１０２内に到達するため、その周面摩擦と先端支持力とによって高い支持力を得ることができる。また、Ｈ鋼杭１の本体部１１は拡幅されていない通常の幅を有するため、先端部１２の幅でＨ鋼杭１全体を形成した場合と比べて材料費や施工費が低減されている。更に、先端部が拡幅されていない従来のＨ鋼杭を用いて本実施形態のＨ鋼杭１で発揮されるのと同程度の支持力を得るためには、支持層１０２に埋め込まれる部分の長さを大きく見込む必要があるところ、本実施形態のＨ鋼杭１では、拡幅された先端部１２の高い支持力によって杭全体の長さを小さくすることができるため、材料費や施工費が一層低減される。

また、接続部１３が本体部１１側から先端部１２側に向けて連続的に拡幅しているため、打設の最中にＨ鋼杭１を地盤内へ進入させることが容易である。特に、打込み工法の場合に都合がよい。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態として、鋼管杭とその打設方法について説明する。図４及び図５に示されたとおり、本実施形態の鋼管杭２は、断面円形で長尺に延びた本体部２１と、本体部２１の一端側に本体部２１よりも拡径されて設けられた断面円形の先端部２２を備えている。

本体部２１と先端部２２との間には、本体部２１側から先端部２２側に向けて断面円形を維持しながら連続的に拡径された接続部２３が介在し、本体部２１と先端部２２とを連結している。ここで、先端部２２及び接続部２３は、本体部２１の中心軸すなわち鋼管杭２の打設方向に一致する向きに延びている。本体部２１、接続部２３及び先端部２２は、いずれも厚さが同一であり、互いに溶接により接続され一体化されている。

本体部２１、先端部２２及び接続部２３の好ましい寸法については、Ｈ鋼杭１の場合と同様である。

先端部２２及び本体部２１の直径の大小関係に関し、杭の支持力計算における先端部２２の周長（「Ｌ３」とする。）及び杭先端面積（「Ｓ３」とする。）は、本体部２１において先端部２２の周長及び杭先端面積に対応する周長（「Ｌ４」とする。）及び杭先端面積（「Ｓ４」とする。）よりもいずれも大きい。

ここで、「杭の支持力計算における先端部の周長及び杭先端面積」とは、鋼管杭２の先端部２２を軸線方向から見た場合における最大円（つまり、鋼管の外周面が成す円）の内側の領域Ａ２２（図５（ａ）の二点鎖線参照。）の周囲の長さ及び面積をいう。なお、図５（ａ）は図４のVa-Va線に沿った端面図であって先端部２２の先端を表しているのではないが、この図を先端部２２の先端の図として代用している。

また、「本体部において先端部の周長及び杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積」とは、鋼管杭２の本体部２１を軸線方向から見た場合における最大円の内側の領域Ａ２１（図５（ｂ）の二点鎖線参照。）の周囲の長さ及び面積をいう。

具体的には、周長については、Ｌ３／Ｌ４が１．２５〜１．４であることが好ましい。杭先端面積については、Ｓ３／Ｓ４が１．６〜２．０であることが好ましい。

また、具体的な周長については、Ｌ３が２２０ｃｍ〜３４０ｃｍであることが好ましく、Ｌ４が１６０ｃｍ〜２５０ｃｍであることが好ましい。

接続部２３の拡径の角度（図４のθ２参照。）は、鋼管杭２の打設の容易さから、鋼管杭２の打設方向（本体部２１の軸線方向）を基準として、２０度〜３５度が好ましく、２５度〜３０度がより好ましい。

鋼管杭２の打設方法について説明する。既成杭として工場で製作した鋼管杭２を打設現場に輸送する。本体部２１の長さが輸送の障害となる場合、複数本の適当な長さに分解して輸送したのち、現場でこれらを接続してもよい。接続方法としては、溶接を採用することができる。

鋼管杭２は、中堀り工法によって打設することができる。まず、図１に示された軟弱層１０１及び支持層１０２を有する地盤において、鋼管杭２をオーガーによって中堀りしながら地盤に圧入していき、軟弱層１０１を貫通して先端部２２を支持層１０２内に到達させる（建込み工程）。その後、鋼管杭２をハンマー打撃して最終打込みを行う（打込み工程）か、先端部２２の少なくとも一部を固化材で根固めする（根固め工程）ことによって、鋼管杭２を固定する。

また、鋼管杭２は、打込み工法によって打設することができる。すなわち、図１に示された軟弱層１０１及び支持層１０２を有する地盤において、鋼管杭２を鉛直方向に立て、ハンマー打撃によって軟弱層１０１を貫通して先端部２２を支持層１０２内に到達させる（建込み工程）。

上記工法によって鋼管杭２を打設すると、周長及び杭先端面積が大きくなっている先端部２２が地盤の支持層１０２内に到達するため、その周面摩擦と先端支持力とによって高い支持力を得ることができる。また、鋼管杭２の本体部２１は拡径されていない通常の太さを有するため、先端部２２の太さで鋼管杭２全体を形成した場合と比べて材料費や施工費が低減されている。更に、先端部が拡径されていない従来の鋼管杭を用いて本実施形態の鋼管杭２で発揮されるのと同程度の支持力を得るためには、支持層１０２に埋め込まれる部分の長さを大きく見込む必要があるところ、本実施形態の鋼管杭２では、拡径された先端部２２の高い支持力によって杭全体の長さを小さくすることができるため、材料費や施工費が一層低減される。

また、接続部２３が本体部２１側から先端部２２側に向けて連続的に拡径しているため、打設の最中に鋼管杭２を地盤内へ進入させることが容易である。特に、打込み工法の場合に都合がよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、接続部が本体部側から先端部側に向けて断面形状を維持しながら連続的に拡幅又は拡径された態様を示したが、接続部は断面形状が本体部や先端部と同形状である必要はなく、例えば、杭の幅方向に延びて本体部と先端部とを接続していてもよい。すなわち、Ｈ鋼杭の場合は本体部よりも幅の広い平板を本体部の先端面を覆うように接続し、平板の反対側の面に先端部を接続した形状としてもよい。鋼管杭の場合は、本体部の先端から径方向に直角に折れて拡径し、拡径後に打設方向に直角に折れて先端部を形成してもよい。

また、上記実施形態では、部材の厚さが全て同一である態様を示したが、先端部の厚さを本体部の厚さよりも厚くしてもよい。

１…Ｈ鋼杭、２…鋼管杭、１１，２１…本体部、１２，２２…先端部、１３，２３…接続部、１０１…軟弱層、１０２…支持層。

Claims (4)

1. 本体部と、
   前記本体部の一端側に設けられ、前記本体部よりも拡幅された先端部と、
   前記本体部と前記先端部とを連結する接続部と、を備えるＨ鋼杭であって、
   当該拡幅は、当該Ｈ鋼杭のＨ形断面におけるＨ形の形状が縦横両方向に拡大されるようになされており、
   杭の支持力計算における前記先端部の周長及び杭先端面積は、前記本体部において前記周長及び前記杭先端面積に対応する周長及び杭先端面積よりもいずれも大きい、Ｈ鋼杭。
2. 前記接続部は、当該Ｈ鋼杭の打設方向において前記本体部と前記先端部との間に介在しており、且つ、前記本体部側から前記先端部側に向けて連続的に拡幅している、請求項１記載のＨ鋼杭。
3. 支持層と、その上方に位置し前記支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に請求項１又は２記載のＨ鋼杭を打設するＨ鋼杭の打設方法であって、
   前記軟弱層及び前記支持層を掘削して鉛直孔を形成する鉛直孔形成工程と、
   前記鉛直孔に前記Ｈ鋼杭を挿入し、前記支持層内に前記先端部の少なくとも一部を到達させる建込み工程と、
   前記建込み工程の後に、前記Ｈ鋼杭を打撃により打ち込む打込み工程、又は、前記先端部の少なくとも一部を固化材で根固めする根固め工程と、を有する、Ｈ鋼杭の打設方法。
4. 支持層と、その上方に位置し前記支持層よりも軟弱な軟弱層と、を有する地盤に請求項１又は２記載のＨ鋼杭を打設するＨ鋼杭の打設方法であって、
   前記Ｈ鋼杭を打撃により前記軟弱層を貫通して前記支持層内に到達させる建込み工程を有する、Ｈ鋼杭の打設方法。

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