JP2004300847A - 鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持力と耐力とをいずれも大にでき、それでいて柱状地盤改良体を能率良く構築でき、更に、地中のかなり深い位置まで柱状地盤改良体を形成できて大きな支持力を得られる、鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法の提供。
【解決手段】杭鋼管２の先端部に、側方に張り出す掘削刃部３、撹拌部４及びセメントミルク供給口５が設けられた第１鋼管杭１と、継ぎ杭としての１本又は複数本の第２鋼管杭２２とを用い、第１、第２の鋼管杭１，２２を杭継ぎをしながら地中１５に回転圧入していく過程で、セメントミルク供給口５から供給されるセメントミルク１７と、掘削刃部３で削られた土砂１８とを撹拌部４で撹拌し、杭打ち後、これら鋼管杭１，２２を地中１５に打ち込んだまま、杭鋼管２，２の周囲のセメントミルク１７と土砂１８との混合物１９を固化させる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び課題】
小規模建築物に用いられる基礎の補強には、鋼管杭や柱状地盤改良体などが用いられている。
【０００３】
しかしながら、鋼管杭は、杭自身の耐力が大きいという利点を有するものの、使用する杭の直径が通常例えば１０〜２０ｃｍと小さく、そのため、地盤から定まる支持力が小さいという欠点がある。
【０００４】
その一方、柱状地盤改良体は、直径が通常例えば４０〜６０ｃｍと大きく、そのため、地盤から定まる支持力が大きいという利点を有するものの、杭としての耐力、特に曲げ耐力を期待できないという欠点がある。
【０００５】
また、柱状地盤改良体は、撹拌翼を備えた掘削機で地盤を掘削し、掘削した土砂とセメントミルクとを撹拌混合することにより構築されるものであり、掘削機で掘削できる地盤の深さの限界は一般的に７〜８ｍ程度とあまり深くないため、柱状地盤改良体を地中のより深い位置まで形成することができない。そのため、支持地盤である支持層が上記のような掘削限界深さ位置よりも深い位置に位置するような場合は、柱状地盤改良体の先端、即ち下端部が支持層に届かず、地盤から定まる支持力が、柱状地盤改良体の外周部と地盤との摩擦力に依存することになり、地盤が軟弱であると、いくら柱状地盤改良体の直径が大きいといえども、その摩擦支持力だけでは、充分な支持力を得ることができないということも起こり得る。
【０００６】
本発明は、上記のような背景において、支持力と耐力とをいずれも大きなものにすることができ、それでいて、柱状地盤改良体を能率良く構築することができ、しかも、地中のかなり深い位置まで柱状地盤改良体を形成することができて、柱状地盤改良体が支持地盤からの支持力で支持されるか、地盤との外周摩擦力による支持力で支持されるかを問わず、大きな支持力を得ることができる、鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、杭鋼管の先端部に、側方に張り出す掘削刃部、同じく側方に張り出す撹拌部、及び、セメントミルク供給口が設けられた第１鋼管杭と、
継ぎ杭としての１本又は複数本の第２鋼管杭とを用い、
第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していく過程で、前記第１鋼管杭のセメントミルク供給口から供給されるセメントミルクと、掘削刃部で削られた土砂とを撹拌部で撹拌し、杭打ち後、これら鋼管杭を地中に打ち込んだまま、杭鋼管の周囲のセメントミルクと土砂との混合物を固化させ、第１，第２の鋼管杭の周囲に柱状地盤改良体を形成することを特徴とする鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法によって解決される。
【０００８】
この構築方法によれば、得られる柱状地盤改良体には、その芯部に杭鋼管が入っているので、柱状地盤改良体部分で支持力を大きくすることができ、しかも、芯部の杭鋼管で耐力を大きなものにすることができる。
【０００９】
更にまた、地中の掘削、セメントミルクの供給、掘削した土砂とセメントミルクの撹拌混合は、鋼管杭に備えられている掘削刃部と撹拌部とセメントミルク供給口を用いて鋼管杭を回転させて打ち込みながら行うようにしていること、そして、鋼管杭の打ち込み後は、この鋼管杭を地中に打ち込んだまま、即ち鋼管杭を抜き取ることなく、杭鋼管の周囲のセメントミルクと土砂との混合物を固化させ、杭鋼管の周囲に柱状地盤改良体を形成するようにしていることによって、このような鋼管杭と柱状地盤改良体との複合構造を能率良く構築していくことができる。
【００１０】
しかも、使用する鋼管杭は、第１鋼管杭の１本だけではなく、その他、継ぎ杭として１本又は複数本の第２鋼管杭を用いており、これら第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していくようにし、その過程で、第１鋼管杭のセメントミルク供給口から供給されるセメントミルクと、掘削刃部で削られた土砂とを撹拌部で撹拌し、杭打ち後、これら鋼管杭を地中に打ち込んだまま、杭鋼管の周囲のセメントミルクと土砂との混合物を固化させ、第１，第２の鋼管杭の周囲に柱状地盤改良体を形成するものであるから、地中のかなり深くまで柱状地盤改良体を形成することができ、支持地盤からの支持力であるか、地盤との外周摩擦力による支持力であるかを問わず、非常に大きな支持力を得ることができる。
【００１１】
上記の方法において、第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していく過程で、セメントミルク供給口へのセメントミルクのポンプによる圧送力を上昇させていく場合は、第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中深くに回転圧入していく過程で、第１鋼管杭の先端部のセメントミルク供給口から充分な量のセメントミルクを供給し続けることができ、構築される柱状地盤改良体の下端部をも含めて品質良好な柱状地盤改良体を構築することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態の方法では、図１（イ）（ロ）に示すような第１鋼管杭１と、図１（ハ）に示すような継ぎ杭としての第２鋼管杭２２とを用いる。
【００１４】
第１鋼管杭１において、２は杭鋼管であり、この杭鋼管２の先端部、即ち下端部には、図１（ロ）に示すように、鋼管外周部において、側方に張り出す拡底翼機能を持つ螺旋状の掘削刃部３と、同じく側方に張り出す撹拌部４とが、掘削刃部３を下、撹拌部４を上にして隣り合って備えられている。更に、杭鋼管２の先端の周壁には、セメントミルク供給口５が備えられている。セメントミルク供給口５にはスプリングパッキンが備えられている。
【００１５】
なお、杭鋼管２の基端、即ち上端は開口しているが、先端、即ち下端は蓋部６で閉じられ、この蓋部６よりも先端側に突出するように先端掘削刃部７が備えられ、また、杭鋼管２の長手方向中間部には、図１（イ）に示すように、側方に張り出す螺旋翼８…が間隔的に設けられて、多翼鋼管杭に形成されている。この第１鋼管杭１は一つの柱状地盤改良体の形成において、１本使用される。
【００１６】
第２鋼管杭２２も同じく杭鋼管２を備え、杭鋼管２の長手方向中間部には、図１（ハ）に示すように、側方に張り出す螺旋翼８…が間隔的に設けられて、多翼鋼管杭に形成されている。なお、この第２鋼管杭２２において、その杭鋼管２の先端部、即ち下端部には、第１鋼管杭１と同様に掘削刃部３、撹拌部４は備えられているが、セメントミルク供給口は備えられていない。また、杭鋼管２の先端、即ち下端は、基端、即ち上端と同様に、蓋で閉じられることなく開放されている。この第２鋼管杭２２は、一つの柱状地盤改良体の形成において、１本又は複数本使用される。
【００１７】
柱状地盤改良体の構築は、上記の第１、第２の鋼管杭１，２２を用いて、例えば次のようにして行う。即ち、まず、図２（イ）（ロ）に示すように、第１鋼管杭１を、その上端を回転圧入用の杭打ち機９の回転圧入モーター１０から下方に突出する管継ぎ手１１と螺合連結した状態に杭打ち機９にセットする。
【００１８】
この管継ぎ手１１は、ホース１２を通じてミキサープラント１３と接続されており、ミキサープラント１３ではセメント系固化材を水に溶かしてミルク状にしたセメントミルクをつくり、ミキサープラント１３でつくられたセメントミルクが、杭打ち機９からのコントロールによって、図示しないポンプで、管継ぎ手１１を通じて第１杭鋼管２内に送り込まれ、第１杭鋼管２の先端部のセメントミルク供給口５から外に噴出するようになされている。なお、管継ぎ手１１には逆止弁１４が設けられている。
【００１９】
しかる後、図３（イ）に示すように、杭打ち機で第１鋼管杭１を回転させながら地盤１５中に圧入して打ち込んでいく。この回転圧入過程で、図３（ロ）に示すように、第１鋼管杭１の杭鋼管２の先端部のセメントミルク供給口５からセメントミルク１７を噴出させる。これにより、第１鋼管杭１の先端の側方突出掘削刃部３で掘削された土砂１８にセメントミルク１７が注入され、これらが撹拌部４によって撹拌され、土砂１８とセメントミルク１７との混合物１９が第１鋼管杭１の杭鋼管２の外周側に形成されていく。
【００２０】
なお、第１鋼管杭１は、回転させながら打ち込み方向にのみ掘進させていってもよいし、掘進のみでは掘削土砂１８とセメントミルク１７との混合が不足するような場合には回転させながら適当に引き抜き方向にも変位させて打ち進んでいくようにするのもよい。
【００２１】
こうして、図４（ハ）に示すように第１鋼管杭１の打込みを終えた後、杭打ち機の管継ぎ手と第１鋼管杭１との連結を解除し、図４（ニ）に示すように、第２鋼管杭２２の上端に杭打ち機の管継ぎ手１１を螺合連結すると共に、第１鋼管杭１の上端に第２鋼管杭２２の下端を連結して杭継ぎを行い、そして、図５（ホ）に示すように、杭打ち機で第１、第２の鋼管杭１，２２を一体回転させながら地盤１５中に圧入して更に打ち進んでいき、この回転圧入の過程においても、第１鋼管杭１の先端部のセメントミルク供給口からセメントミルクを噴出させ、土砂とセメントミルクとの混合物１９を第１、第２の鋼管杭１，２２の各杭鋼管の外周側に形成していく。第２鋼管杭２２の先端部にも、第１鋼管杭１と同様に、側方に張り出す掘削刃３と撹拌部４とが備えられているので、掘削と撹拌がしっかりと行われる。
【００２２】
なお、杭継ぎは、第１鋼管杭１の上端部と第２鋼管杭２２の下端部とをネジ式で直接連結するようにしてもよいし、継ぎ手部品を介してネジ式で連結するようにしてもよいし、ネジによらず溶接等で連結するようにしてもよいし、特段の制限はない。要は、第２鋼管杭２２に対する回転圧入力の付与によって第１、第２の鋼管杭１，２２が地中に一体的に打ち込まれていき、しかも、第２鋼管杭２２の上端部から供給したセメントミルクが第１鋼管杭１の先端部のセメントミルク供給口５から吐出される態様で連結されていればよい。
【００２３】
上記のように、第１、第２の鋼管杭１，２２を杭継ぎをしながら地中深くに回転圧入していく過程で、第１鋼管杭１の先端のセメントミルク供給口へのセメントミルクのポンプによる圧送力が不足していくような場合には、ポンプによるセメントミルクの圧送力を上昇させていくようにすることによって、第１鋼管杭１の先端部のセメントミルク供給口から充分な量のセメントミルクを供給し続けることができる。
【００２４】
こうして第１、第２の鋼管杭１，２２を杭継ぎして地中深くに打ち込み、第１鋼管杭１の先端が支持層１６に達したなら、これら第１，第２の鋼管杭１，２２を抜き去ることなくそのままの打ち込み状態にしておく。そうすると、一定期間経過後に、第１、第２の鋼管杭１，２２の各杭鋼管の外周側の、掘削土砂とセメントミルクとの混合物１９が固化し、図６に示すように、芯部に杭鋼管２，２を備えた柱状地盤改良体２０が地中に構築される。
【００２５】
構築されたこの柱状地盤改良体２０にはその芯部に杭継ぎされた第１、第２の鋼管杭１，２２の各杭鋼管が入っているので、柱状地盤改良体２０によって大きな支持力が得られると共に、芯部のこれら杭鋼管によって耐力が大きなものになる。
【００２６】
更にまた、地盤１５の掘削、セメントミルク１７の供給、掘削した土砂１８とセメントミルク１７の撹拌混合は、第１鋼管杭１に備えられている掘削刃部３と撹拌部４とセメントミルク供給口５を用い、鋼管杭１，２２を回転させて打ち込みながら行うようにしていること、そして、鋼管杭１，２２の打ち込み後は、鋼管杭１，２２を地中に打ち込んだまま、杭鋼管２，２の周囲のセメントミルクと土砂との混合物１９を固化させ、杭鋼管２，２の周囲に柱状地盤改良体２０を形成するようにしていることによって、このような鋼管杭１，２２と柱状地盤改良体２０との複合構造を能率良く構築していくことができる。
【００２７】
しかも、使用する鋼管杭は、第１鋼管杭１の１本だけではなく、継ぎ杭として第２鋼管杭２２を用い、これら第１、第２の鋼管杭１，２２を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していくようにし、その回転圧入の過程で、第１鋼管杭１のセメントミルク供給口５から供給されるセメントミルクと、掘削刃部３で削られた土砂１８とを撹拌部４で撹拌し、杭打ち後、これら鋼管杭１，２２を地中に打ち込んだまま、杭鋼管２，２の周囲のセメントミルクと土砂との混合物１９を固化させ、第１，第２の鋼管杭１，２２の周囲に柱状地盤改良体２０を形成するものであるから、地中深くまで柱状地盤改良体２０を形成することができて、地中深い位置に位置する支持層１６による支持を受けることができ、大きな支持力を得ることができる。
【００２８】
更に、引き抜き耐力も大きなものにすることができて、ペンシルビルに用いることなども可能となる。また、本発明方法によって得られる柱状地盤改良体２０の芯部には、このように鋼管杭１，２２が入っているので、基礎梁を鉄骨造とするような場合には、柱状地盤改良体２０と基礎梁との取り合いを芯部の第２鋼管杭２２の上端部を利用して容易に行っていくことができるという利点もある。
【００２９】
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で、各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、第１、第２の鋼管杭１，２２を用いて杭継ぎをすることで杭柱状地盤改良体２０を支持地盤である支持層１６に達するようにした支持杭形式の杭柱状地盤改良体２０を形成する場合について示しているが、第１、第２の鋼管杭１，２２を用いて杭継ぎをすることで杭柱状地盤改良体２０を支持地盤である支持層１６には達しないが地中深くまで至るようにした摩擦杭形式の杭柱状地盤改良体２０を形成する場合に用いられてもよい。
【００３０】
また、上記の実施形態では、一つの柱状地盤改良体２０の形成に、継ぎ杭としての第２鋼管杭２２を１本用いた場合を示しているが、１本の第１鋼管杭１と２本以上の第２鋼管杭２２を杭継ぎして一つの柱状地盤改良体２０を形成するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、第１鋼管杭１について、その先端部に側方張出しの掘削刃部３と同じく側方張出しの撹拌部４とを個別に備えさせた例を示しているが、側方張出しの掘削刃部に撹拌機能をもたせ、両者を合わせた撹拌機能付き掘削刃部を備えさせるようにしてもよく、請求項に記載の第１鋼管杭についての掘削刃部と撹拌部とはその意味で使用している。また、第２鋼管杭２２について掘削刃部３と撹拌部４は省略されてもよく、第１、第２の鋼管杭１，２２について、中間の螺旋翼８…は省略されてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の、鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法は、以上のとおりのものであるから、支持力と耐力とをいずれも大きなものにすることができ、それでいて、柱状地盤改良体を能率良く構築することができ、しかも、地中のかなり深い位置まで柱状地盤改良体を形成することができて、支持地盤からの支持力であるか、地盤との外周摩擦力による支持力であるかを問わず、大きな支持力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図（イ）は第１鋼管杭の全体側面図、図（ロ）は第１鋼管杭の先端部の断面側面図、図（ハ）は第２鋼管杭の全体側面図である。
【図２】図（イ）は杭打ちに用いる設備の全体を示す断面側面図、図（ロ）は第１鋼管杭と杭打ち機との連結部を拡大して示す断面側面図である。
【図３】図（イ）は杭打ち機への鋼管杭のセット状態を示す断面側面図、図（ロ）は杭打ち中の杭先端部分の状態を拡大して示す断面側面図である。
【図４】図（ハ）及び図（ニ）は杭打ちの過程を順次に示す断面側面図である。
【図５】図（ホ）及び図（ヘ）は杭打ちの過程を順次に示す断面側面図である。
【図６】地中に構築された柱状地盤改良体の断面側面図である。
【符号の説明】
１…第１鋼管杭
２…杭鋼管
３…側方張出し掘削刃
４…側方張出し撹拌部
５…セメントミルク供給口
１５…地中
１７…セメントミルク
１８…土砂
１９…混合物
２０…柱状地盤改良体
２２…第２鋼管杭

Claims (2)

1. 杭鋼管の先端部に、側方に張り出す掘削刃部、同じく側方に張り出す撹拌部、及び、セメントミルク供給口が設けられた第１鋼管杭と、
   継ぎ杭としての１本又は複数本の第２鋼管杭とを用い、
   第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していく過程で、前記第１鋼管杭のセメントミルク供給口から供給されるセメントミルクと、掘削刃部で削られた土砂とを撹拌部で撹拌し、杭打ち後、これら鋼管杭を地中に打ち込んだまま、杭鋼管の周囲のセメントミルクと土砂との混合物を固化させ、第１，第２の鋼管杭の周囲に柱状地盤改良体を形成することを特徴とする鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法。
2. 第１、第２の鋼管杭を杭継ぎをしながら地中に回転圧入していく過程で、セメントミルク供給口へのセメントミルクのポンプによる圧送力を上昇させていく請求項１に記載の鋼管杭を用いた柱状地盤改良体の構築方法。

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