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