JP6461457B2

JP6461457B2 - 杭および杭の構築方法

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Publication number: JP6461457B2
Application number: JP2013165835A
Authority: JP
Inventors: 勝江村; 岸　浩行; 浩行岸; 敏己須藤; 和知　康晴; 康晴和知
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015034411A

Description

本発明は、杭および杭の構築方法に関する。

マイクロパイルと称されている杭径３００ｍｍ以下の小径の杭が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のマイクロパイルは、複数の鋼管セグメントが鋼管用継手を介して軸方向に連結されてなる丸型鋼管がグラウトで地盤に定着された構成である。

特許第４６１７３１５号公報

特許文献１に記載のマイクロパイルのように、円筒状の鋼材である鋼管セグメントを連結する場合、一般に鋼管用継手はネジ式の継手構造になるが、鋼管セグメントにネジ部を形成するのは加工費が高くなり高コストになる。また、鋼管セグメントを螺合させて連結する際に、直径が２００ｍｍを超える鋼管セグメントを吊り上げて回転させなければならず、作業性にも課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼材を軸方向に連結してなる連結体をグラウトで地盤に定着させることで杭を構築するにあたり、鋼材の加工にかかるコストを低減すると共に、鋼材同士を連結する際の作業性を向上させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る杭は、角形鋼管である複数の鋼材が材軸方向に連結されてなる連結体が、地盤に形成された円筒状の掘削孔内においてグラウトで地盤に定着され、鉛直荷重及び引抜荷重に対して抵抗する杭であって、前記連結体の連結部では、互いに連結される前記角型鋼管の各辺の平板部に跨るように前記平板部の両面に添え板が配され、該添え板が、各角型鋼管側の各辺において、平面視における中央部に縦方向に一列に複数並んだボルトにより前記平板部に固定されることで、前記鋼材同士が連結されていることを特徴とする。

前記杭において、前記掘削孔の削孔径Ａと前記角型鋼管の辺の長さＢとは、Ａ／Ｂ＝１．５〜２．０の関係にあってもよい。

また、本発明に係る杭の構築方法は、角形鋼管である複数の鋼材を材軸方向に連結してなる連結体を、地盤に形成された円筒状の掘削孔内においてグラウトで地盤に定着させることにより、鉛直荷重及び引抜荷重に対して抵抗する杭を構築する方法であって、互いに連結される前記角型鋼管の各辺の平板部に跨るように前記平板部の両面に添え板を配し、該添え板を、各角型鋼管側の各辺において、平面視における中央部に縦方向に一列に複数並んだボルトにより前記平板部に固定することで、前記鋼材同士を連結することを特徴とする。

本発明によれば、鋼材を軸方向に連結してなる連結体をグラウトで地盤に定着させることで杭を構築するにあたり、鋼材の加工にかかるコストを低減すると共に、鋼材同士を連結する際の作業性を向上させることができる。

一実施形態に係る杭を示す立面図である。角型鋼管のジョイント部を示す立断面図である。角型鋼管のジョイント部を示す平断面図である。杭の底部の平断面図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、杭の施工手順を示す立断面図である。杭の施工手順を示す立断面図である。杭の施工手順を示す立断面図である。角型鋼管のジョイント部の変形例を示す立断面図である。杭の削孔径と角型鋼管の辺の長さとの関係を示す平断面図である。杭の削孔径と角型鋼管の辺の長さとの関係を示す平断面図である。角型鋼管のジョイント部の変形例を示す立断面図である。杭の変形例を示す平断面図である。杭の変形例を示す平断面図である。杭を斜め支持杭として用いた例を示す立面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る杭１０を示す立面図である。この図に示すように、杭１０は、複数の鋼管セグメント２２が軸方向に連結されてなる角型鋼管２０と、該角型鋼管２０と地盤との間に充填されたグラウト１２と、角型鋼管２０の頭部に設けられた頭部定着部１４とを備えている。角型鋼管２０は、グラウト１２で地盤１に定着されている。また、角型鋼管２０の頭部は、建物２の基礎３に埋め込まれており、頭部定着部１４により基礎３に定着されている。さらに、角型鋼管２０は、ジョイント部２１で上下の鋼管セグメント２２が連結されている。この杭１０は、建物２の基礎３から軟弱層４を超えて支持層５まで鉛直に延びる鉛直支持杭であり、建物２の自重、地震、風による鉛直荷重及び引抜荷重に対して抵抗し、また、曲げ荷重に対して抵抗する。

図２は、角型鋼管２０のジョイント部２１を示す立断面図であり、図３は、ジョイント部２１を示す平断面図である。これらの図に示すように、ジョイント部２１では、上側の鋼管セグメント２２の下端と下側の鋼管セグメント２２の上端との断面形状及び断面寸法が同一であり、これらが軸方向に突き合わされている。また、ジョイント部２１では、鋼管セグメント２２の各辺毎に縦長の矩形状のプレート２４、２５と、該プレート２４、２５を鋼管セグメント２２の各辺に締結する複数のボルト２６及びナット２７とを備えている。

プレート２４は鋼管セグメント２２の内側に、プレート２５は鋼管セグメント２２の外側に、共に上下の鋼管セグメント２２に跨るように配されており、プレート２４、２５で上下の鋼管セグメント２２の各辺が挟まれている。内側のプレート２４には、複数のボルト孔２４Ａが縦に（長手方向に）形成され、外側のプレート２５には、複数のボルト孔２５Ａが縦に（長手方向に）形成されている。また、内側のプレート２４には、ボルト孔２５Ａ毎にナット２７が溶接されている。また、鋼管セグメント２２の各辺の上部及び下部には、複数のボルト孔２２Ａが縦に（軸方向に）形成されている。

ボルト２６は、鋼管セグメント２２の外側からボルト孔２５Ａ、２２Ａ、２４Ａに通されてナット２７と螺合しており、下側の複数のボルト２６及びナット２７によりプレート２４、２５の下部が、下側の鋼管セグメント２２の各辺の上部に締結され、上側の複数のボルト２６及びナット２７によりプレート２４、２５の上部が、上側の鋼管セグメント２２の各辺の下部に締結されている。これにより、上下の鋼管セグメント２２の各辺が、プレート２４、２５と複数のボルト２６及びナット２７とにより連結されている。

図４は、杭１０の底部の平断面図である。この図及び図１に示すように、角型鋼管２０は、杭１０の底部まで延びており、その底部の外壁には、グラウト１２との付着を補強する複数の付着補強材２８が設けられている。付着補強材２８は、角型鋼管２０の外壁面から突出する部材であり、例えば、鋼製のアングル、Ｌ形鋼等を鋼管セグメント２２の外壁面に溶接することにより形成されている。

図５〜図７は、杭１０の施工手順を示す立断面図である。まず、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ケーシング削孔を実施する。この工程では、二重管掘削型のロータリーパーカッション式削孔機械を用いてケーシング５０の頭部にケーシングセグメント５２を継ぎ足しながら削孔する。削孔完了後、削孔ロッド５４は孔内から引き抜くのに対して、ケーシング５０は孔内に残置する。ここで、ケーシング５０は外径φ２４５ｍｍ、内径φ２２０．４ｍｍの円筒状で先端にビットが設けられた削孔用鋼管である。

次に、図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、角型鋼管２０を孔内に挿入する。この工程では、角型鋼管２０を、その頭部に鋼管セグメント２２を継ぎ足しながら孔底まで到達するように挿入する。図５（Ｃ）に示すように、角型鋼管２０の頭部を地上で保持し、その上方に鋼管セグメント２２を吊持した状態で、角型鋼管２０の頭部に鋼管セグメント２２を連結する。

ここで、鋼管セグメント２２は、その軸方向一端にプレート２４、２５をボルト２６及びナット２７により固定した状態で現場に搬入する。そして、図６及び図７に示すように、鋼管セグメント２２を、プレート２４、２５を固定した軸方向一端を上に、軸方向他端を下にして建て込む。この際、鋼管セグメント２２の各辺の下端を、角型鋼管２０の各辺の頭部のプレート２４、２５の間に差し込む。そして、ボルト２６を、上側の鋼管セグメントの外側からボルト孔２５Ａ、２２Ａ、２４Ａに通してナット２７に螺合させ、ボルト２６及びナット２７でプレート２４、２５の上部及び鋼管セグメント２２の各辺の下端を締め付ける。

次に、図５（Ｅ）に示すように、ケーシング５０を引き上げて一又は複数のケーシングセグメント５２を孔内から引き抜き、引き抜いたケーシングセグメント５２をケーシング５０の頭部から取り外す。この状態で、孔底から所定範囲の孔壁が露出する。次に、図５（Ｆ）に示すように、孔壁が露出した範囲にグラウトを加圧注入する。そして、最終的には、全てのケーシングセグメント５２を孔内から引き抜き、この状態で、孔内の上端までグラウト１２を加圧注入する。そして、角型鋼管２０内にグラウトを充填して杭１０の構築を完了する（図５（Ｇ）参照）。

図８は、角型鋼管２０のジョイント部２１の変形例であるジョイント部１２１を示す立断面図である。この図に示すように、ジョイント部１２１では、上側の鋼管セグメント２２の下端と下側の鋼管セグメント２２の上端との断面形状及び断面寸法が同一であり、これらが軸方向に突き合わされている。また、ジョイント部１２１は、角筒形状の鋼管１２４と、該鋼管１２４を上側の鋼管セグメント２２の各辺に締結する複数のボルト２６及びナット２７とを備えている。

鋼管１２４は鋼管セグメント２２の内側に、上下の鋼管セグメント２２に跨るように配されており、下側の鋼管セグメント２２の内壁上端に溶接されている。鋼管１２４の上側半分の範囲には、複数のボルト孔１２４Ａが縦に（長手方向に）形成され、また、該範囲の内側面には、ボルト孔１２４Ａ毎にナット２７が溶接されている。また、鋼管セグメント２２の各辺の下部には、複数のボルト孔２２Ａが縦に（軸方向に）形成されている。

ボルト２６は、鋼管セグメント２２の外側からボルト孔２２Ａ、１２４Ａに通されてナット２７と螺合しており、複数のボルト２６及びナット２７により、鋼管１２４の上部の各辺と、上側の鋼管セグメント２２の各辺の下部とが締結されている。これにより、上下の鋼管セグメント２２の各辺が、鋼管１２４と複数のボルト２６及びナット２７とにより連結されている。

図９は、杭１０の削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとの関係を示す平断面図であり、図１０は、杭１００の削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとの関係を示す平断面図である。これらの図に示すように、削孔径Ａは、杭１０、１００の双方で２４５ｍｍであり、ケーシング５０の内径Ｃは、杭１０、１００の双方で２２０．４ｍｍである。それに対して、角型鋼管２０の辺の長さＢは、杭１０で１２５ｍｍ、杭１００で１５０ｍｍであり、対辺の一方のボルト２６の頭部から他方のボルト２６の頭部までの長さＤは、杭１０、１００の双方で１８１ｍｍである。また、杭１０の角型鋼管２０の厚みは１２ｍｍ、プレート２４、２５の厚みも１２ｍｍである。さらに、ボルト２６は、１２−Ｍ２０の高力ボルトであり、ボルト２６の首下の長さは７０ｍｍである。

ここで、杭１０、１００の双方で、ボルト２６の頭部とケーシング５０の内壁との間には隙間があり、孔壁とボルト２６の頭部との間にはグラウトを充填するための十分な隙間ができる。従って、杭１０のように角型鋼管２０の外側にプレート２５を設ける構成であれば、角型鋼管２０の辺の長さＢを１２５ｍｍ程度にまで広く設定でき、杭１００のように角型鋼管２０の外側にプレート２５を設けない構成であれば、角型鋼管２０の辺の長さＢを１５０ｍｍ程度にまで広く設定できる。

杭１０において角型鋼管２０の辺の長さＢを１２５ｍｍに設定した場合、削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとは、Ａ／Ｂ＝１．９６の関係になる。また、杭１００において角型鋼管２０の辺の長さＢを１５０ｍｍに設定した場合、削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとは、Ａ／Ｂ＝１．６３の関係になる。

さらに、杭１０において、削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとの関係を、Ａ／Ｂ＝２．０とする場合、角型鋼管２０の辺の長さＢは、１２２．５ｍｍとなり、対辺の一方のボルト２６の頭部から他方のボルト２６の頭部までの長さＤは、１７８．５ｍｍとなる。この場合でも、孔壁とボルト２６の頭部との間にグラウトを充填するための十分な隙間を確保できる。一方、杭１００において、削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとの関係を、Ａ／Ｂ＝１．５とする場合、角型鋼管２０の辺の長さＢは、１６３．３ｍｍとなり、対辺の一方のボルト２６の頭部から他方のボルト２６の頭部までの長さＤは、１９４．３ｍｍとなる。この場合でも、孔壁とボルト２６の頭部との間にグラウトを充填するための十分な隙間を確保できる。即ち、角型鋼管２０の外側にプレート２５を設けるか否かで、削孔径Ａと角型鋼管２０の辺の長さＢとの関係は、Ａ／Ｂ＝１．５〜２．０と変化する。

以上説明したように、本実施形態に係る杭１０は、複数の鋼管セグメント２２が材軸方向に連結されてなる角型鋼管２０がグラウト１２で地盤１に定着された構成であり、角型鋼管２０のジョイント部２１では、ネジ式の継手構造によらずに、鋼管セグメント２２の各辺同士がボルト２６を用いて連結されている。これによって、鋼管セグメント２２にネジ部を形成することを不要にして加工費を抑え、鋼管セグメント２２のコストを低減することができる。また、鋼管セグメント２２の連結を、上下の鋼管セグメント２２の各辺をボルト２６を締めるという簡単な作業で実施でき、ネジ式継手で連結する場合のように鋼管セグメント２２を吊り上げて回転させるような大掛かりな作業を不要にでき、作業性を向上できる。

また、本実施形態に係る杭１０では、角型鋼管２０のジョイント部２１において、上下の各辺に跨るようにプレート２４、２５が配され、該プレート２４、２５がボルト２６で上下の各辺に固定されることで、上下の各辺が連結されている。ここで、丸型鋼管の連結で添え板を用いる場合には、添え板を鋼管の曲率に合せて湾曲させなければならず、その精度を確保するのが難しい。それに対して、本実施形態では、材軸方向に延びる平板部（各辺）を有する角型鋼管２０を用いたことにより、平板であるプレート２４、２５を角型鋼管２０に隙間がない状態で当接させ、ボルト２６及びナット２７で締め付けることを容易に実現できる。

また、丸型又は角型の鋼管セメント同士を、外側に張り出したフランジをボルトで材軸方向に締め付けて連結する場合には、ボルトの頭部の直径分以上の長さだけ、丸型又は角型の鋼管の外側にジョイント部が張り出すことになる。それに対して、本実施形態では、角型鋼管２０から外側に出る長さは、プレート２５の厚み分とボルト２６の頭部の高さ分とだけになり、前者に比して短くなる。これによって、本実施形態によれば、前者に比して、ボルト２６の頭部がケーシング５０内に収まり易くなり、角型鋼管２０の辺の長さＢを大きく設定できる。従って、角型鋼管２０の断面を大きくできることによって、建物２の自重、地震、風による鉛直荷重及び引抜荷重と、曲げ荷重とに対する杭１０の耐力を向上できる。

さらに、本実施形態では、ボルト２６の頭部が節効果を発揮することにより、角型鋼管２０とグラウト１２との付着性が高まり、杭１０の応力伝達性能が高まる。ここで、本実施形態では、ジョイント部２１のコストや施工の手間を低減できることにより、ジョイント部２１の増加が可能であり、これによって、杭１０の応力伝達性能を向上できる。

図１１は、角型鋼管２０のジョイント部２１の変形例であるジョイント部２２１を示す立断面図である。この図に示すように、ジョイント部２２１では、下側の鋼管セグメント２２の頭部から角筒形状の小径部２２４が突出している。この小径部２２４の各辺は、鋼管セグメント２２の各辺よりも厚みの分だけ短くなっており、小径部２２４は上側の鋼管セグメント２２の下部に挿入されている。

小径部２２４には、複数のボルト孔２２４Ａが縦に（長手方向に）形成され、また、ボルト孔１２４Ａ毎にナット２７が溶接されている。また、鋼管セグメント２２の各辺の下部には、複数のボルト孔２２Ａが縦に（軸方向に）形成されている。

ボルト２６は、鋼管セグメント２２の外側からボルト孔２２Ａ、２２４Ａに通されてナット２７と螺合しており、複数のボルト２６及びナット２７により小径部２２４の上部が、上側の鋼管セグメント２２の各辺の下部に締結されている。これにより、上下の鋼管セグメント２２の各辺が、小径部２２４と複数のボルト２６及びナット２７とにより連結されている。

図１２は、杭１０の変形例である杭３００を示す平断面図である。この図に示すように、杭３００では、断面形状が十字状の鋼材セグメント３２２が材軸方向に連結されてなる連結体３２０が、グラウト１２で地盤に定着されている。この連結体３２０のジョイント部３２１では、鋼材セグメント３２２の各平板部３２２Ａ毎に、プレート２４、２５、ボルト２６及びナット２７が設けられている。プレート２４、２５は、上下の平板部３２２Ａに跨ると共に上下の平板部３２２Ａを挟むように設けられており、ボルト２６及びナット２７により上下の平板部３２２Ａ及びプレート２４、２５が締結されている。これによって、上下の鋼材セグメント３２２の各平板部３２２Ａが連結されている。

図１３は、杭１０の変形例である杭４００を示す平断面図である。この図に示すように、杭４００では、断面形状がＨ字状の鋼材セグメント４２２が材軸方向に連結されてなる連結体４２０が、グラウト１２で地盤に定着されている。この連結体４２０のジョイント部４２１では、鋼材セグメント４２２の各平板部４２２Ａ毎に、プレート２４、２５、ボルト２６及びナット２７が設けられている。プレート２４、２５は、上下の平板部４２２Ａに跨ると共に上下の平板部４２２Ａを挟むように設けられており、ボルト２６及びナット２７により上下の平板部４２２Ａ及びプレート２４、２５が締結されている。これによって、上下の鋼材セグメント４２２の各平板部４２２Ａが連結されている。

図１４は、杭１０を斜め支持杭として用いた例を示す立面図である。この図に示すように、本実施例では、基礎３から下方に向って図中左側へ傾斜する複数の杭１０と、基礎３から下方に向って図中右側へ傾斜する複数の杭１０とが地盤１に構築されている。これらの複数の杭１０は、主に地震・風による水平荷重に対して抵抗する。また、鉛直荷重・引抜力・曲げ荷重に対しても抵抗する。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、ボルト２６を水平に（材軸方向に対して直角に）したが、鋼材セグメントとケーシングとの間のスペースに余裕がある場合には、ボルト２６を鉛直に（材軸方向に対して平行に）してもよい。

また、上述の実施形態では、杭１０を支持層５まで構築したが、これは必須ではない。例えば、軟弱層４まで構築して、摩擦杭として機能させる等してもよい。

１地盤、２建物、３基礎、４軟弱層、５支持層、１０杭、１２グラウト、１４頭部定着部、２０角型鋼管、２１ジョイント部、２２鋼管セグメント、２２Ａボルト孔、２４プレート、２４Ａボルト孔、２５プレート、２５Ａボルト孔、２６ボルト、２７ナット、２８付着補強材、５０ケーシング、５２ケーシングセグメント、５４削孔ロッド、１００杭、１２１ジョイント部、１２４鋼管、１２４Ａボルト孔、２２１ジョイント部、２２４小径部、２２４Ａボルト孔、３００杭、３２０連結体、３２１ジョイント部、３２２鋼材セグメント、３２２Ａ平板部、４００杭、４２０連結体、４２１ジョイント部、４２２鋼材セグメント、４２２Ａ平板部

Claims

角形鋼管である複数の鋼材が材軸方向に連結されてなる連結体が、地盤に形成された円筒状の掘削孔内においてグラウトで地盤に定着されて、鉛直荷重及び引抜荷重に対して抵抗する杭であって、
前記連結体の連結部では、互いに連結される前記角型鋼管の各辺の平板部に跨るように前記平板部の両面に添え板が配され、該添え板が、各角型鋼管側の各辺において、平面視における中央部に縦方向に一列に複数並んだボルトにより前記平板部に固定されることで、前記鋼材同士が連結されていることを特徴とする杭。
前記掘削孔の削孔径Ａと前記角型鋼管の辺の長さＢとは、Ａ／Ｂ＝１．５〜２．０の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の杭。
角形鋼管である複数の鋼材を材軸方向に連結してなる連結体を、地盤に形成された円筒状の掘削孔内においてグラウトで地盤に定着させることにより、鉛直荷重及び引抜荷重に対して抵抗する杭を構築する方法であって、
互いに連結される前記角型鋼管の各辺の平板部に跨るように前記平板部の両面に添え板を配し、該添え板を、各角型鋼管側の各辺において、平面視における中央部に縦方向に一列に複数並んだボルトにより前記平板部に固定することで、前記鋼材同士を連結することを特徴とする杭の構築方法。