JP4228943B2 - 既製杭の施工方法及び保持リーダ - Google Patents

Description

本発明は、既製杭の施工方法に係り、オーガーと全旋回機を併用した既製杭の埋設方法及びオーガー用の保持リーダに関するものである。

既製杭の施工方法には、中掘り杭工法、プレボーリング工法、回転杭工法などがある。中掘り工法やプレボーリング工法は、通常、３点式杭打ち機を使用したオーガーによる掘削で施工される。
また、オーガーと全旋回機を併用した既製杭の施工方法としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載された方法がある。

特許文献１に記載の施工方法は、土を掘削するオーガーロッドの先端部（掘削ヘッド）を杭から突出した状態で当該杭の下端に装着しておき、全旋回機を用いて杭を回転圧入させる際に、オーガーロッドを一体的に随転させる施工方法である。この施工方法によれば、杭の回転に随伴してオーガーロッドが回転して掘削が行われるので、オーガーロッドを回転駆動するために杭上端部に据付けられる回転駆動部（電動機及び減速機）が不要となる。この結果、作業の効率化及び簡略化が図られると共に、上空の低い場所や狭小な場所での杭の埋設作業が容易になると共に施工用機械の小型化が図られる。

また、特許文献２に記載の施工方法は、先端部に羽根が設けられた鋼管杭（回転杭）を、全旋回機で回転圧入する際に、鋼管杭の先端より上方に土砂閉塞上限位置を設定し、その上方まで上がってくる杭内の土砂をオーガーにて攪乱・除去することで、杭先端部が土砂によって閉塞することによる貫入抵抗の増大を回避することが記載されている。
また、オーガーの回転駆動部を上下方向に案内すると共に当該回転駆動部からの回転時の反力を受ける保持リーダとしては、例えば、３点式杭打ち機に設けられた保持リーダがある。この保持リーダは、ベースマシンに支持され且つ上下に軸を向けた支柱部から外方に張り出したレールに対し、回転駆動部を片持ち梁状の状態に支持して上下に案内するものである。
特開平６−３４１１４３号公報 特開２００２−２２０８３０号公報

特許文献１の方法は、オーガーロッドを回転させるための電動機や減速機を必要としないため、施工用機械の小型化が図れるものの、杭の回転圧入のためのトルクとオーガーによる掘削のためのトルクの両方を、全旋回機で負担する必要があるため、その分、杭を圧入するための回転トルクが小さくなる。また、オーガーロッドは杭の下降に従って下方にしか移動することが出来ない。つまり、地盤の硬軟に応じて臨機応変にオーガーロッドだけを上下して掘削性能を高めたりすることができないため、掘削を効率よく行うためには、大量の水をオーガー先端から排出する必要があり、泥水の処理が問題となる。

また、特許文献２の方法は、鋼管杭内の土を閉塞しないように施工するため、掘削抵抗を減少させることはできるが、特殊な機械を適用して土砂攪乱・除去をする必要があり、その特殊な機械を用意するためのコストが掛かる問題がある。すなわち、全旋回機とオーガーの回転駆動とを同時期に駆動するために、両者が干渉しないように設置して使用する必要があることから、特許文献２では特殊な機械を用意する必要がある。また、鋼管杭内が土砂で閉塞しないようにして施工する場合、ボイリングの発生により周辺地盤を乱したり、どの程度掘削すれば効率よく貫入できるかなどの判断が難しいため、特許文献２の方法は実用的でない。

ここで、既製杭を施工する際、１５００ｍｍ程度の大径の杭を対象とした場合には３点式杭打ち機で施工するのは実用上困難である。このため大径の杭は全旋回機を利用して施工するが、杭径が大きくなると施工に必要な回転トルクが大きくなる結果、機械能力に限界があり適用可能な杭径などが規制される。
本発明は、このような点に着目してなされたもので、大径の杭であっても且つ地盤に硬軟があっても、効率よく既製杭を施工出来るようにすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、杭埋設位置をオーガーによってプレボーリングする際に使用される保持リーダであって、オーガーの回転駆動部を遊挿可能な大きさであり且つ軸を上下に向けて使用される筒体と、その筒体内壁に対し上下に延びるように形成されて上記回転駆動部を上下方向に誘導すると共に回転駆動部からの回転駆動時の反力を受ける反力受部とを備えることを特徴とする保持リーダを提供するものである。

次に、請求項２に記載した発明は、杭埋設位置の一部若しくは全部をオーガーにより掘削した後に、全旋回機によって既製杭を回転圧入する既製杭の施工方法であって、請求項１に記載の保持リーダを軸を上下にして配置して固定し、その保持リーダ内にオーガーの回転駆動部を挿入して上記オーガーによる掘削を行い、上記オーガー及び上記保持リーダを取り外した後に、既製杭を回転圧入することを特徴とする既製杭の施工方法を提供するものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した構成に対し、上記保持リーダの固定は、上記全旋回機により行うことを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項２又は請求項３に記載した構成に対し、上記オーガーの先端部に流体を噴出可能な噴出孔を設け、その噴出孔から水、空気、硬化性流動物などを噴出可能としたことを特徴とするものである。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項２〜請求項４のいずれかに１項に記載した構成に対し、上記オーガーとして先端部に拡径部を備えたオーガーを使用し、そのオーガーによって掘削最下部で拡大掘削を行うと共に硬化性流動物を注入して根固め球根部を形成し、全旋回機により既製杭の先端部を上記根固め球根部内へ埋設することを特徴とするものである。
ここで、本願の対象となる既製杭は、鋼管杭、既製コンクリート杭等の中空の杭に限定されず、先端閉塞や中実の杭であっても良い。また、杭は回転杭（先端部に羽根の有る杭）でなくても良い。

本発明によれば、オーガーと全旋回機との干渉を抑え、且つ特別な機械を使用する必要もなく、しかも大径の杭であっても且つ地盤に硬軟があっても、効率よく既製杭を施工することが出来る。
また、本願発明の保持リーダでは、筒体内部で回転駆動部からの回転反力を受けるが、回転駆動部と筒体とは略同軸の状態であるので、３点式杭打ち機の保持リーダに比べ、より効率よく上記回転反力を筒体で吸収することができる。すなわち、３点式杭打ち機の保持リーダではリーダ本体から外側に向けて反力受部が張り出して、片持ち梁状の状態で回転反力を受けることとなるが、本願発明では、回転反力が、筒体の略中心を中心とした回転トルクとして当該筒体に伝達させることもできるので、より有効に回転トルクを受けることができる。このため、保持リーダを固定支持する装置も、さほど外方に張り出す部分を有しなくても当該保持リーダを固定支持することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態で使用する保持リーダ１を示す断面図である。この図１では、保持リーダ１を全旋回機６に固定した状態を示している。この保持リーダ１は、オーガー２の回転駆動部３を遊挿可能な大きさの径を有する鋼管を筒体４とし、その筒体４の内壁には、回転駆動部３の側面から張り出している張出部３ａから反力を受ける反力受部５が設けられている。

上記張出部３ａは、軸対称に２箇所形成され、その一対の張出部３ａに対応して、上記反力受部５も、軸対称に２箇所設けられている。各反力受部５は、図２及び図３に示すように、筒体４の軸方向に上下に延びる２条のストッパレール５ａ、５ｂから構成され、その２条のストッパレール５ａ、５ｂ間に形成される凹部内に回転駆動部３の張出部３ａが挿入されることで、当該回転駆動部３は、反力受部５に案内されながら、つまり周方向の揺動が小さい状態で上下方向に移動可能となっている。上記２条のストッパレール５ａ、５ｂは、一方の長さが相対的に長く形成されている。符号５ｃは、各ストッパレール５ａ、５ｂを補強するリブである。

なお、上記説明では、反力受部５を構成するストッパレール５ａ、５ｂを２条としているが、１条であっても良い。１条の場合には、回転駆動部３の周方向への揺動が大きくなるものの上下方向への誘導は可能であり、また、１条であっても反力受部５ａで反力をとってオーガースクリューを回転駆動することは可能である。
また、反力受部５は、円周方向の１箇所だけでも良いが、回転駆動部３から入力される反力が筒体４の略中心軸を中心とした回転トルク（偶力）となるように、２箇所、若しくは３箇所以上設ける方が好ましい。例えば、周方向に沿って等間隔となる位置に設けることで、筒体４に伝達されるトルクは、略中心軸を中心とした回転トルクとなり、その分、筒体４の剛性を落としても構わない。
そして、本実施形態では、上述の保持リーダ１を使用してオーガー２によってプレボーリングを行った後に、杭を全旋回機６で回転圧入して杭を支持層まで埋設する施工方法である。

次に、図４〜図６を参照しつつ、本実施形態に係る杭の施工方法の一例を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、杭を埋設する位置に全旋回機６を設置する。この全旋回機６は、不図示のウエイト等によって固定するようにする。なお、全旋回機６は、一般に、杭の側面を把持して保持する機能と、保持した状態で上下に所定ストロークだけ昇降する機能と、杭を保持した状態で回転して当該杭に回転力を付与する機能とを有する。
そして、上記円筒形状の保持リーダ１の下端部を全旋回機６の中心に差し込み、保持リーダ１の下端部外側面を当該全旋回機６で保持して固定する。

次に、オーガー２の回転駆動部３をクレーン等１０により吊り上げ、保持リーダ１の中に上側からオーガーロッド９及び回転駆動部３を差し込む。ここで、オーガーロッド９は、オーガースクリュー７とその先端部に装着された掘削ヘッド８とから構成される。
このとき、図４（ｂ）に示すように、回転駆動部３が一方の反力受部５の一方のストッパレールに当たる深さまで挿入し、全旋回機６を回転して、回転駆動部３の張出部３ａを上記ストッパレールにぶつけて反力受部５の位置に位置決めする。張出部３ａが一方のストッパレールに当接することで自動的に位置決めが行われる。
位置決めが行われると、図４（ｃ）に示すように、オーガー２を降下させて、２つの張出部各２条のストッパレール５ａ、５ｂ内に各張出部３ａを差し入れる。これによって、回転駆動部３は反力受部５に案内されて上下に移動可能となる。

次に、図４（ｄ）に示すように、回転駆動部３を駆動してオーガースクリュー７を回転させ、つまり掘削を開始し、オーガー２を反力受部５に案内させ且つ反力を取りながら降下させて所定深さまで掘削を行う。
次に、図５（ａ）に示すように、全旋回機６の昇降用のシリンダ装置を駆動して、筒体４を把持するチャック部６ａを上方に変位（このとき、保持リーダ１も上方に変位）させて、回転駆動部３とオーガースクリュー７を切り離し、回転駆動部３だけを吊り上げて保持リーダ１から抜く。

ここで、本実施形態では、筒体４を把持するチャック部６ａを上昇させた下方の空間位置で、回転駆動部３とオーガースクリュー７との継手部分の切り離し・接続作業を行う例を示しているが、これに限定されない。例えば、上記筒体４の側面であって、全旋回機６で把持されている位置の上側に作業用の開口を設けておいて、その開口を通じて上記切り離し・接続作業を行うようにしても良い。上記開口は、蓋を付けても良いし、無くても良い。この開口を通じてオーガースクリュー７の下降具合を観察するようにしても良い。

次に、回転駆動部３に新たなオーガースクリュー７（掘削ヘッド８は付いていない）を取付け、再び図５（ｂ）に示すように、再び保持リーダ１内に差し込み、反力受部５に案内させながら下降させて、オーガースクリュー７同士を接続してオーガースクリュー７の継ぎ足しを行う。
ここで、上記オーガースクリュー７の継ぎ足し時は、下側のオーガースクリュー７の部分は地面に埋設されて固定された状態であり、上側の新たなオーガースクリュー７は、回転駆動部３が一対の反力受部５によって筒体４に対する位置が規制されていることから、新たなオーガースクリュー７を降ろすだけで当該新たなオーガースクリュー７と下側のオーガースクリュー７とはほぼ同軸状態となる。
その後、図５（ｃ）に示すように、筒体４を把持するチャック部６ａを元の位置まで降ろした後に、回転駆動部３を駆動してさらにオーガーによる掘削を行う。

このように順次、オーガースクリュー７を継ぎ足しながら、オーガー２による掘削を行い、図５（ｄ）に示すように、目的とする支持層まで掘削を行う。
掘削が終了したら、逆回転させながらオーガー２を引き上げて撤去する。このとき、掘削時とは逆に、オーガースクリュー７を順次切り離しながら引き上げる。オーガー２の先端（掘削ヘッド８）が地上部に表れたら、保持リーダ１から回転駆動部３を引き抜く。なお、回転駆動部３への新たなオーガースクリュー７の取付けは、別途用意する不図示の継ぎ足し用架台を使用して行う。
続いて、全旋回機６による保持を緩めて当該全旋回機６から保持リーダ１を外す。

次に、図６に示すように、全旋回機６の中央部に杭１１を差し入れ、当該全旋回機６により杭１１を回転圧入し、先行して掘削した掘削孔１２に沿って杭１１を埋設していく。このとき、同じ全旋回機６を使用して掘削及び杭１１の埋設を行うので、掘削孔１２と杭１１とが同軸若しくは略同軸になる。また、杭１１は、順次公知の方法で継ぎ足す。
杭１１の埋設位置はプレボーリングされているため、大きな回転トルクは必要なく容易に埋設することができる。そのため、プレボーリングを実施しない杭１１の埋設に比較して２倍以上の速度で施工することができる。また、埋設時の貫入抵抗は小さいため、小径の杭１１はもちろん、大径の杭１１にも適用できる。
ここで、上記杭１１は、先端部外周に羽根を備えた回転杭１１に限定されず、羽根の無い通常の杭１１であっても充分に回転圧入することができる。

また、オーガー２による掘削の際に、地盤状況（硬軟など）を見て必要に応じて、オーガー２の先端部に設けた噴出孔から水や空気を注入しながら掘削するようにしても良い。この場合には、硬い地盤等でも効率よく掘削することができる。また、オーガー２の先端部からセメントミルクなどの硬化性流動物を注入すれば、杭１１施工後に大きな周面摩擦力や先端支持力を得ることができる。また、セメントミルクは周面摩擦が期待できないところは注入しないなど、任意の位置で注入をすることもできる。もっとも、オーガー２の先端部に噴出孔が無くても本願発明は適用可能である。

また、オーガースクリュー７の先端に装着する掘削ヘッド８として、図７に示すような拡径部８ａを備えた掘削ヘッド８を採用し、支持層において拡大掘削を行い、先端部の噴出孔１３から硬化性流動物を噴出しつつ拡大翼で攪拌して、図８に示すような根固め球根部１４を形成しておき、全旋回機６で杭１１の先端部を当該根固め球根部内に圧入して埋設する。このとき。杭１１の先端部外周にスクリュー形状（螺旋状に延びる形状）の突起１５を設けて回転圧入した杭１１の先端部と根固め球根部１４とをより強固に接合させるようにしてもよい。このように、支持層部に根固め球根１４を作成することで、大きな先端支持力を期待することもできる。

また、セメントミルク等を使用しない杭１１を施工する場合は、支持層部を掘削軟化すると先端支持力に悪影響を及ぼすおそれがあるため、オーガーによる掘削を支持層手前までとしておき、支持層部には杭１１の推進力により埋設する方が望ましい。すなわち、オーガー２による掘削は、杭１１の埋設深さよりも浅い位置までとしても良い。
また、開端の回転杭１１の場合は、先端閉塞を促すために、支持層手前までのオーガーによる掘削とし、支持層埋設時に先端閉塞するように施工することが望ましい。

本件の施工方法では、オーガーによりプレボーリングを施すので、杭１１を貫入させるために大きな回転トルクや押し込み力を必要としない。このため、全旋回機６を小型化あるいは能力の小さいものを使用することができ、施工費を大幅に削減することができる。また、杭１１に作用するねじりモーメントも小さいため、肉厚の薄い鋼管杭やコンクリート杭にも適用することができる。

さらに、３点式杭打ち機などに比べると高さを低く抑えることができ、保持リーダ１の長さも適宜変更できるので、高架橋下などで施工する低空頭の現場においても適用することができる。
ここで、上記実施形態では、保持リーダ１を、全旋回機６で保持固定する場合を例示しているが、別の保持機械で保持リーダ１を固定保持させるようにしても良い。例えば、従来の３点式杭打ち機に本願発明の保持リーダ１を取り付けても良い。但し、上述のように全旋回機６で保持させた方が、小さな面積で保持固定出来るばかりか施工自体も簡易となる。
また、上記実施形態では、保持リーダ１の筒体４として断面円形の場合を例示したが、断面矩形など断面多角形状をした筒体４であっても良い。

杭径１５００ｍｍ、板厚１９ｍｍ、長さ４０ｍの通常の鋼管杭１１を施工した。地盤は、３１ｍ付近まで比較的柔らかい粘土と砂の互層地盤であり、３１〜３４ｍにＮ値５０を超える中間砂層が存在し、３４〜３７ｍにＮ値２０〜３０の硬質シルト層があり、それ以深はＮ値５０を超える支持層となる砂礫層である。杭径１５００ｍｍ、板厚２５ｍｍ、長さ４０ｍの回転杭１１も比較のため同じ地盤で施工した（比較例は全旋回機による回転圧入のみ）。プレボーリングと全旋回を利用した本特許発明による施工では、中間砂層も問題なく杭１１は貫入し、支持層も早く施工することができた。一方、プレボーリングを実施しない回転杭１１では、本件特許発明の施工より２倍以上の時間が掛かった。また、比較例では回転トルクに耐えるために施工に必要な板厚を相当厚くしなければならなかった。本件特許発明の施工方法に回転杭を適用した場合、実施例と同様の板厚１９ｍｍでの施工が可能である。
このように、本件特許発明では、回転駆動部３として特殊な機械を用いず、汎用のものを使用できるため、どこでも調達することができ、コストを低減することができる。

本発明に基づく実施形態に係る装置を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る反力受部を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る反力受部を示す平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る施工手順を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る施工手順を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る施工手順を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る掘削ヘッドの例を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る根固め球根部と杭との関係を示す図である。

符号の説明

１ 保持リーダ
２ オーガー
３ 回転駆動部
３ａ 張出部
４ 筒体
５ 反力受部
５ａ、５ｂ ストッパレール
６ 全旋回機
６ａ チャック部
７ オーガースクリュー
８ 掘削ヘッド
９ オーガーロッド
１１ 杭
１２ 掘削孔
１３ 噴出孔
１４ 根固め球根部

Claims (5)

1. 杭埋設位置をオーガーによってプレボーリングする際に使用される保持リーダであって、
   オーガーの回転駆動部を遊挿可能な大きさであり且つ軸を上下に向けて使用される筒体と、その筒体内壁に対し上下に延びるように形成されて上記回転駆動部を上下方向に誘導すると共に回転駆動部からの回転駆動時の反力を受ける反力受部とを備えることを特徴とする保持リーダ。
2. 杭埋設位置の一部若しくは全部をオーガーにより掘削した後に、全旋回機によって既製杭を回転圧入する既製杭の施工方法であって、
   請求項１に記載の保持リーダを軸を上下にして配置して固定し、その保持リーダ内にオーガーの回転駆動部を挿入して上記オーガーによる掘削を行い、上記オーガー及び上記保持リーダを取り外した後に、既製杭を回転圧入することを特徴とする既製杭の施工方法。
3. 上記保持リーダの固定は、上記全旋回機により行うことを特徴とする請求項２に記載した既製杭の施工方法。
4. 上記オーガーの先端部に流体を噴出可能な噴出孔を設け、その噴出孔から水、空気、硬化性流動物などを噴出可能としたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載した既製杭の施工方法。
5. 上記オーガーとして先端部に拡径部を備えたオーガーを使用し、そのオーガーによって掘削最下部で拡大掘削を行うと共に硬化性流動物を注入して根固め球根部を形成し、全旋回機により既製杭の先端部を上記根固め球根部内に埋設することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかの１項に記載した既製杭の施工方法。

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