JP4712510B2 - 熱交換用既製杭の設置方法、熱交換用既製杭の造成方法および底部用既製杭 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換用既製杭の設置方法、熱交換用既製杭の造成方法および底部用既製杭に関する。

建築物の基礎として既製杭を打設する際に、地中熱を回収するための熱交換用配管を既製杭の周囲に設置することが知られている（例えば、特許文献１−４参照）。
特開２００３−１４８０７９号公報 特開２００３−２０６５２８号公報 特開２００４−３３２３３０号公報 特開２００４−３３３００１号公報

しかし、従来の方法では、既製杭の打設時に熱交換用配管を装着する際の熱交換用配管の保護、熱交換用配管の固定、熱交換用配管の前施工等において十分な配慮がなされておらず、そのままの施工を実施することは、困難であった。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、既製杭の打設前に熱交換用配管の前施工を確実に行い、既製杭の打設時に熱交換用配管の保護、固定を確実に行うことを可能とした熱交換用既製杭の設置方法、熱交換用既製杭の造成方法および底部用既製杭を提供することにある。

請求項１に係る発明は、折り返し部を形成して一方を熱媒供給用、他方を熱媒取出用としてなる長尺の巻回された可撓性を有する熱交換用配管を、底部用既製杭の側部の下端側に固定した後、前記底部用既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該底部用既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第一の吊り込み工程と、前記第一の吊り込み工程後に、前記底部用既製杭に接続用既製杭を接続し、前記接続された既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該接続された既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第二の吊り込み工程とを有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記第二の吊り込み工程後に、前記接続用既製杭に次の接続用既製杭を接続し、前記接続された既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該接続された既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第三の吊り込み工程をさらに有し、前記掘削孔の深さに応じて、前記第三の吊り込み工程を繰り返すことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記底部用既製杭は、側部の下端側の周囲に前記熱交換用配管の折り返し部を複数個有することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記熱交換用配管の折り返し部は、円弧形状を為し、前記底部用既製杭の先端部に固定した穴あき鋼板に固着された連結部材に保護管を介して固定してなることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記熱交換用配管の折り返し部は、前記底部用既製杭の先端部に固定した穴あき鋼板に番線を介して固定してなることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記熱交換用配管は、前記底部用既製杭の側部、前記接続用既製杭の側部に固縛部材によって固定されることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、前記熱交換用配管は、前記底部用既製杭と前記接続用既製杭との接続時または接続後または前記接続用既製杭同士の接続時または接続後、接続部近傍にて固縛部材によって固定されることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１ないし請求項７の何れか１項記載の熱交換用既製杭の設置方法によって前記掘削孔内に熱交換用既製杭を設置した後、前記掘削孔内にコンクリートを打設し、該熱交換用既製杭の周囲に固形コンクリート層を形成することを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１ないし請求項４、請求項６、請求項７の何れか１項記載の熱交換用既製杭の設置方法に用いる底部用既製杭において、先端部に固定された穴あき鋼板と、前記穴あき鋼板に固定された連結部材と、円弧形状を為すとともに下部円弧側に円弧形状に形成された保護管を有し、該保護管を介して前記連結部材に固定された長尺の巻回された可撓性を有する熱交換用配管とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、巻回された熱交換用配管を往復一対のものとして準備し、既製杭に随時固定していくことで、施工が容易である。また、巻回された熱交換用配管の折り返し部を保護することにより、熱交換用配管の変形や破損の防止を防止するとともに、コンクリート打設時の摩擦抵抗を大幅に低減することができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１〜図１５は、本発明の一実施形態に係る熱交換用既製杭の設置方法、熱交換用既製杭の造成方法および底部用既製杭を示す。本実施形態では、３つの既製杭を接続して熱交換用既製杭を設置する場合について手順１−１１に従って説明する。なお、既製杭としては、鋼管杭とコンクリート杭とがある。本実施形態においては、鋼管杭について説明するが、コンクリート杭でも良い。

（手順１）
図１に示すように、下杭（底部用鋼管杭）２Ａの建て込み前において、下杭２Ａを周知の方法によって吊り下げ、地上側において、下杭２Ａの側部の下端側の周囲４箇所に、例えば掘削孔１の２倍以上の長さを有する長尺の巻回された可撓性の熱交換用配管３を、折り返し部４を形成して一方を熱媒供給用、他方を熱媒取出用として固定する。その後、図１に示すように、周知の方法によって掘削された掘削孔１上に、下杭２Ａを周知の方法によって吊り下げる。

ここで、各折り返し部４は、図２、図３、図４に示すように、円形状を為し、下側の円弧部分に円弧形状に成形されたＳＵＳ製フレキシブル管からなる保護管５を被覆し、その上をビニールテープを巻き付けている。この保護管５の部分には、下杭２Ａの先端部２ａに固定した穴あき鋼板６に固着された連結部材７が固定されている。連結部材７は、保護管５に取り付けられるＵ字管７ａと、穴あき鋼板６に固定される平板７ｂと、Ｕ字管７ａと平板７ｂとを連結するボルト７ｃとで構成されている。また、各折り返し部４の上側は、ＰＰバンドからなる固縛部材８によって下杭２Ａに固縛されている。

熱交換用配管３としては、例えば、中空の内装ポリエチレン（高耐熱ＰＥ）の外周に変成ポリエチレン層（接着層）を介してアルミニウム補強層を積層し、さらにアルミニウム補強層の外周に変成ポリエチレン層（接着層）を介して外装ポリエチレン（高密度ＰＥ）を積層してなる長尺の可撓性を有するポリエチレン製管（例えば、積水化学工業株式会社製スーパーエスロメタックス）を使用した。

そして、熱交換用配管３には、熱電対９が取り付けられている。その取付手順を図５に基づいて説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、ロール状に巻回された例えば長さ５０ｍ、巻き径１ｍの熱交換用配管３を、図５（ｂ）に示すように、伸ばす。次に、図５（ｃ）に示すように、熱交換用配管３を２５ｍ程度伸ばしたところで、ＳＵＳ製フレキシブル管５ａを２０ｍの位置まで入れる。次に、図５（ｄ）に示すように、１５０φの塩ビ管５ｂをベンダー代わりにしてＳＵＳ製フレキシブル管５ａとともに曲げる。次に、図５（ｅ）に示すように、残りの半分の熱交換用配管３を伸ばす。次に、図５（ｆ）（ｇ）に示すように、熱電対９とその配線９ａを熱交換用配管３の内側に配し、その上にアルミニウムテープ１０を貼り、アルミニウムテープ１０の上に締付リング１１（例えば、インシュロック（商品名））で固定し、さらにビニールテープ１２を巻き付けて固定する。円弧形状に成形されたＳＵＳ製フレキシブル管からなる保護管５には、コーキングが施される。次に、図５（ｈ）（ｉ）に示すように、熱交換用配管３を例えば巻き径１．５ｍのロール状に巻き取る。

（手順２）
図６に示すように、下杭２Ａを掘削孔１内に降下しながら４組の熱交換用配管３からなる熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して下杭２Ａの側壁に沿って熱交換用配管３を順次繰り出し、例えば、３ｍの位置でＰＰバンドからなる固縛部材８によって下杭２Ａに熱交換用配管３を固縛し、さらに下杭２Ａを掘削孔１内に降下しながら熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して熱交換用配管３を下杭２Ａの側壁に沿って順次繰り出す。

（手順３）
図７に示すように、下杭２Ａが所定深度降下したら、図８に示すように、下杭２Ａを杭受け装置１５にて支持し、中杭（接続用鋼管杭）２Ｂを周知の方法によって吊り下げ、周知の方法により下杭２Ａに中杭２Ｂを接合部１６において溶接などにより接合する。
（手順４）
図９に示すように、中杭２Ｂを周知の方法によって吊り上げ、中杭２Ｂの吊り上げに伴って吊り上げられる下杭２Ａが杭受け装置１５から離れる位置まで上昇させ、杭受け装置１５を撤去する。

（手順５）
図１０に示すように、下杭２Ａに接続した中杭２Ｂを周知の方法により掘削孔１内に降下しながら熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して熱交換用配管３を中杭２Ｂの側壁に沿って順次繰り出し、例えば、３ｍの位置でＰＰバンドからなる固縛部材８によって中杭２Ｂに熱交換用配管３を固縛し、さらに下杭２Ａに接続した中杭２Ｂを掘削孔１内に降下しながら熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して熱交換用配管３を中杭２Ｂの側壁に沿って順次繰り出す。

（手順６）
図１１に示すように、下杭２Ａに接続された中杭２Ｂが所定深度降下したら、手順３と同様に、中杭２Ｂを杭受け装置１５にて支持し、上杭（接続用鋼管杭）２Ｃを周知の方法によって吊り下げ、周知の方法により中杭２Ｂに上杭２Ｃを接合部１７において溶接などにより接合する。

（手順７）
図１２に示すように、上杭２Ｃを周知の方法によって吊り上げ、上杭２Ｃの吊り上げに伴って吊り上げられる中杭２Ｂが杭受け装置１５から離れる位置まで上昇させ、杭受け装置１５を撤去する。
（手順８）
図１３に示すように、中杭２Ｂに接続した上杭２Ｃを周知の方法により掘削孔１内に降下しながら熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して熱交換用配管３を上杭２Ｃの側壁に沿って順次繰り出し、例えば、３ｍの位置でＰＰバンドからなる固縛部材８によって上杭２Ｃに熱交換用配管３を固縛し、さらに下杭２Ａに接続した中杭２Ｂに接続した上杭２Ｃを掘削孔１内に降下しながら熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して熱交換用配管３を上杭２Ｃの側壁に沿って順次繰り出す。そして、下杭２Ａが掘削孔１の孔底１ａに達したところで、接続杭の降下を停止し、周知の吊り下げ装置を取り外す。

（手順９）
図１４に示すように、４組の熱交換用配管３をそれぞれ水圧テスト装置に連絡し、所定の水圧テストを行う。
（手順１０）
図１５に示すように、熱電対９の配線９ａを熱電対測定器に接続し、各熱電対９の測定値を計測する。

（手順１１）
手順８にて建て込まれた接続杭と掘削孔１との間にコンクリートを打設し、固形コンクリート層を形成する。コンクリート打設時に、下杭２Ａの穴あき鋼板６の穴から空気が接続杭内に流入する。
以上のように、本実施形態によれば、下杭２Ａの建て込み前の段階で、下杭２Ａの側部の下端側の周囲４箇所に固定される熱交換用配管３の折り返し部４が、その下側の円弧部分に円弧形状に成形されたＳＵＳ製フレキシブル管からなる保護管５を被覆し、その上をビニールテープを巻き付けた状態で予め形成されているので、手順１においては、この保護管５の部分を下杭２Ａの先端部２ａに固定した穴あき鋼板６に固着された連結部材７に固定する作業を行うだけで、熱交換用配管３の折り返し部４を下杭２Ａに確実に固定することができる。このように確実に固定された熱交換用配管３の折り返し部４は、下杭２Ａに対する組付作業手順１１におけるコンクリート打設時にセメントミルク、砂、石および礫などとの摩擦によって発生する熱交換用配管３の変形や破損を防ぐことができる。また、下杭２Ａの外径と掘削孔１の内径とは、地中熱を回収するためには、離れていないことが望ましい。本実施形態では、下杭２Ａの外側に位置する熱交換用配管３が下杭２Ａの降下時に掘削孔１にぶつかるとかに下杭２Ａの降下に支障が出るなどの不具合がない限り間隔を小さくすることができる。

次に、手順２においては、４組も熱交換用配管３が、図５に示すように、巻き取られているので、熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して下杭２Ａを掘削孔１内に降下しながら下杭２Ａの側壁に沿って順次繰り出すことができる。また、手順１では、折り返し部４の上部側の熱交換用配管３をＰＰバンドからなる固縛部材８によって下杭２Ａに固縛しているので、手順２による建て込み時に４組の熱交換用配管３が下杭２Ａに沿って降下することができる。また、例えば、３ｍの位置でＰＰバンドからなる固縛部材８によって下杭２Ａに熱交換用配管３を固縛しているので、熱交換用配管３の繰り出しによって、折り返し部４と固縛部材８との間に位置する熱交換用配管３が影響を受けることなく下杭２Ａとともに降下していく。従って、下杭２Ａの降下と熱交換用配管３の繰り出しを同期して行うことによって、下杭２Ａの側部に熱交換用配管３を沿わせた状態での建て込みが可能となる。

次に、手順３においては、下杭２Ａの長さ分（例えば、６−８ｍ）の建て込みを終えたら、下杭２Ａの頭部側に杭受け装置１５を取り付けることによって、下杭２Ａに中杭２Ｂを溶接などによって接合できる。この際、杭受け装置１５には、４組の熱交換用配管３が位置する側面ではない別の側面に設けた３つのキャンバー１５ａで下杭２Ａを支持することができる。従って、長尺の４組の熱交換用配管３が下杭２Ａの側壁に沿っていても支障はない。また、接合部１６の上部側の熱交換用配管３をＰＰバンドからなる固縛部材８によって中杭２Ｂに固縛しているので、手順５による建て込み時に４組の熱交換用配管３が中杭２Ｂに沿って降下することができる。

次に、手順４においては、中杭２Ｂの中杭２Ｂを吊り上げて下杭２Ａを杭受け装置１５から離し、杭受け装置１５を撤去する。この際、熱交換用配管３は、固縛部材８によって固縛されているので、下杭２Ａおよび中杭２Ｂから離れることなく下杭２Ａおよび中杭２Ｂの側壁に沿った状態に保持されている。しかも、熱交換用配管３は、可撓性を有するので、図９に示すように、中杭２Ｂおよび下杭２Ａの動きに伴って追従し、折れ曲がるようなことはない。

次に、手順５においては、手順２と同様に、４組の熱交換用配管３を熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して下杭２Ａおよび中杭２Ｂの降下に伴って順次繰り出すことができる。
次に、手順６においては、手順３と同様に、中杭２Ｂに上杭２Ｃを接合することができる。

次に、手順７においては、手順４と同様に、上杭２Ｃを吊り上げて中杭２Ｂを杭受け装置１５から離し、杭受け装置１５を撤去することができる。
次に、手順８においては、手順５と同様に、４組の熱交換用配管３を熱交換用配管ロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを操作して下杭２Ａ、中杭２Ｂおよび上杭２Ｃの降下に伴って順次繰り出すことができる。

次に、手順９においては、熱交換用配管３が接続された杭（下杭２Ａ、中杭２Ｂ、上杭２Ｃ）に沿って掘削孔１の上方に延出しているので、水圧テストを行うことができる。
次に、手順１０においては、熱交換用配管３が接続された杭（下杭２Ａ、中杭２Ｂ、上杭２Ｃ）に沿って掘削孔１の上方に延出しているので、熱電対９の測定を行うことができる。

次に、手順１１においては、熱交換用配管３は折り返し部４が下杭２Ａの下端部側に固定され、下杭２Ａ、中杭２Ｂおよび上杭２Ｃの側部に沿って複数の固縛部材８によって固縛され、かつ下杭２Ａ、中杭２Ｂおよび上杭２Ｃの側部に沿って掘削孔１の上方に延出しているので、コンクリート打設時にセメントミルク、砂、石および礫などとの摩擦によって発生する熱交換用配管３の変形や破損を防ぐことができる。このようにして造成された熱交換用鋼管杭は、掘削孔１の内壁との距離を小さくできるので、地中熱を効果的に回収することが可能となる。

なお、上記実施形態では、熱交換用配管３として、ポリエチレン製管（例えば、積水化学工業株式会社製スーパーエスロメタックス）を使用した場合について説明したが、図１６、１７に示すように、高密度ポリエチレン製のチューブ（例えば、イノアックコーポレーション製Ｕチューブ）でもよい。このチューブからなる熱交換用配管３には、熱電対９が取り付けられている。その取付手順を図１６に基づいて説明する。

先ず、図１６（ａ）に示すように、ロール巻きされた例えば長さ２０ｍ、巻き径２ｍの熱交換用配管３を、図１６（ｂ）に示すように、伸ばす。次に、図１６（ｃ）に示すように、熱交換用配管３のＵ字型の折り返し部４に、熱電対９とその配線９ａを熱交換用配管３の内側に配し、その上にアルミニウムテープ１０を貼り、アルミニウムテープ１０の上に締付リング１１（例えば、インシュロック（商品名））で固定し、さらにビニールテープ１２を巻き付けて固定する。次に、図１６（ｄ）（ｅ）に示すように、熱交換用配管３を例えば巻き径２ｍのロール状に巻き取る。

図１６に示す熱交換用配管３を用いる場合には、図１７に示すように、各折り返し部４には、下杭２Ａの先端部２ａに固定した穴あき鋼板６に固着された平板７ａに番線７ｄを介して結束されている。また、各折り返し部４の上側は、ＰＰバンドからなる固縛部材８によって下杭２Ａに固縛されている。
また、上記実施形態では、３つの鋼管杭（下杭２Ａ、中杭２Ｂ、上杭２Ｃ）を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、接続される鋼管杭は１本以上であれば良く、その接続本数は用途目的によって適宜選択することができる。

また、上記実施形態では、４本の熱交換用配管３を９０度間隔で配置した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、熱交換用配管３を任意の角度で鋼管杭の周囲に配置することができる。

下杭（底部用鋼管杭）２の建て込み前の状態を示す説明図である。 熱交換用配管３の平面図である。 下杭２Ａの断面図である。 下杭２Ａの下端部側の側面図である。 熱交換用配管３の組立手順を示す説明図である。 下杭２Ａの建て込み状態を示す説明図である。 下杭２Ａに中杭（接続用鋼管杭）２Ｂを接続する状態を示す説明図である。 杭受け装置の説明図である。 杭受け装置１５を撤去する状態を示す説明図せある。 下杭２Ａに中杭２Ｂを接続した接続杭の建て込み状態を示す説明図である。 中杭２Ｂに上杭（接続用鋼管杭）２Ｃを接続する状態を示す説明図である。 杭受け装置１５を撤去する状態を示す説明図である。 下杭２Ａに接続した中杭２Ｂに上杭２Ｃを接続した接続杭の建て込み状態を示す説明図である。 熱交換用配管３の水圧テストを行う状態を示す説明図である。 熱交換用配管３に設けた熱電対９のテストを行う状態を示す説明図である。 熱交換用配管３の組立手順を示す説明図である。 別の熱交換用配管３を用いた場合の下杭２Ａの下端部側の側面図である。

符号の説明

１ 掘削孔
２Ａ 下杭（底部用鋼管杭）
２Ｂ 中杭（接続用鋼管杭）
２Ｃ 上杭（接続用鋼管杭）
３ 熱交換用配管
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 熱交換用配管ロール
４ 折り返し部
５ 保護管
６ 穴あき鋼板
７ 連結部材
８ 固縛部材
１５ 杭受け装置
１６，１７ 接合部

Claims (9)

1. 折り返し部を形成して一方を熱媒供給用、他方を熱媒取出用としてなる長尺の巻回された可撓性を有する熱交換用配管を、底部用既製杭の側部の下端側に固定した後、前記底部用既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該底部用既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第一の吊り込み工程と、
   前記第一の吊り込み工程後に、前記底部用既製杭に接続用既製杭を接続し、前記接続された既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該接続された既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第二の吊り込み工程と
   を有することを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
2. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記第二の吊り込み工程後に、前記接続用既製杭に次の接続用既製杭を接続し、前記接続された既製杭を掘削孔内に降下しながら前記熱交換用配管を該接続された既製杭の側部に沿わせつつ地上側で該熱交換用配管を順次繰り出す第三の吊り込み工程をさらに有し、
   前記掘削孔の深さに応じて、前記第三の吊り込み工程を繰り返す
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
3. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記底部用既製杭は、側部の下端側の周囲に前記熱交換用配管の折り返し部を複数個有する
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
4. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記熱交換用配管の折り返し部は、円弧形状を為し、前記底部用既製杭の先端部に固定した穴あき鋼板に固着された連結部材に保護管を介して固定してなる
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
5. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記熱交換用配管の折り返し部は、前記底部用既製杭の先端部に固定した穴あき鋼板に番線を介して固定してなる
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
6. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記熱交換用配管は、前記底部用既製杭の側部、前記接続用既製杭の側部に固縛部材によって固定される
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
7. 請求項１記載の熱交換用既製杭の設置方法において、
   前記熱交換用配管は、前記底部用既製杭と前記接続用既製杭との接続時または接続後または前記接続用既製杭同士の接続時または接続後、接続部近傍にて固縛部材によって固定される
   ことを特徴とする熱交換用既製杭の設置方法。
8. 請求項１ないし請求項７の何れか１項記載の熱交換用既製杭の設置方法によって前記掘削孔内に熱交換用既製杭を設置した後、前記掘削孔内にコンクリートを打設し、該熱交換用既製杭の周囲に固形コンクリート層を形成することを特徴とする熱交換用既製杭の造成方法。
9. 請求項１ないし請求項４、請求項６、請求項７の何れか１項記載の熱交換用既製杭の設置方法に用いる底部用既製杭において、
   先端部に固定された穴あき鋼板と、
   前記穴あき鋼板に固定された連結部材と、
   円弧形状を為すとともに下部円弧側に円弧形状に形成された保護管を有し、該保護管を介して前記連結部材に固定された長尺の巻回された可撓性を有する熱交換用配管と
   を備えることを特徴とする底部用既製杭。

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