特許 5700639 杭穴の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700639

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】杭穴の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/44 20060101AFI20150326BHJP

   E02D 7/00 20060101ALI20150326BHJP

   E21B 10/32 20060101ALI20150326BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/44 A

   E02D7/00 Z

   E21B10/32

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-290253(P2010-290253)

(22)【出願日】2010年12月27日

(65)【公開番号】特開2012-136875(P2012-136875A)

(43)【公開日】2012年7月19日

【審査請求日】2013年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000176512

【氏名又は名称】三谷セキサン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100059281

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 正次

(74)【代理人】

【識別番号】100108947

【弁理士】

【氏名又は名称】涌井 謙一

(74)【代理人】

【識別番号】100117086

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典弘

(74)【代理人】

【識別番号】100124383

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 一永

(72)【発明者】

【氏名】木谷 好伸

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２３３７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３９９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４８８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０９０７０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／２２〜 ５／８０

Ｅ０２Ｄ ７／００〜１３／１０

Ｅ２１Ｂ １０／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸部とその下端に根固め部とを有する杭穴を掘削して、前記根固め部内で噴射装置を昇降させながら、セメントミルクを注入して、その前後に、杭穴内に既製杭を初めとした杭穴構造物を埋設して基礎杭を構築する工法において、以下のように構成することを特徴とする杭穴の構築方法。
(1) 前記根固め部内で、前記根固め部の底から距離Ｈまでを根固め部下部とし、距離Ｈから上方を根固め部上部とする。
(2) 前記杭穴内に、前記噴射装置を挿入して、前記根固め部の底に前記噴射装置の噴射口を位置させて、該噴射口からセメントミルク注入し、第１セメントミルク注入とする。
(3) 続いて、前記根固め部上部に前記噴射装置のセメントミルクの吐出口を位置させて、該吐出口からセメントミルク注入し、第２セメントミルク注入とする。
(4) 前記第１セメントミルク注入を、第２セメントミルク注入に比して、低速度又は低圧力による注入とする。
(5) 続いて、前記杭穴内に杭穴構造物を埋設し、前記杭穴構造物の底を、前記根固め部下部内又は前記根固め部下部の直上に位置させる。

【請求項2】

以下のように構成することを特徴とする請求項１記載の杭穴の構築方法。
(1) 根固め部内で、杭穴底と前記根固め部の上縁との間で、噴射装置を昇降する。
(2) 前記噴射装置の吐出口が前記根固め部下部に位置するときは、前記根固め部上部に位置するときに較べて低速度又は低圧力で吐出する。

【請求項3】

以下のように構成することを特徴とする請求項１記載の杭穴の構築方法。
(1) 噴射装置に斜め下方に向けて吐出口を形成し
(2) 根固め部下部で、前記噴射装置を回転させて、回転方向と反対側に向けてセメントミルクを低速度又は低圧力で吐出する。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、杭穴を掘削して、杭穴内に既製杭などの構造物を埋設して、基礎杭構造を構成するための、杭穴の構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、杭穴を掘削して、杭穴内にセメントミルクを注入して、杭穴内の泥土と置換して、あるいは泥土とセメントミルクとを撹混合して、その後、杭穴内に既製杭を埋設していた。そして、杭穴底部に既製杭の下端部を位置させていた。
この場合、節付き既製杭で、
既製杭：軸部径６０ｃｍ、節径７５ｃｍ
杭穴：根固め部径１１０ｃｍ 高さ２５０ｃｍ
体積２．３８ｍ^３
程度となっていた。また、昨今の１本の既製杭に要求される支持力の増加に伴い、大径化が進んでおり、
既製杭：軸部径１１０ｃｍ、節径１３０ｃｍ
杭穴：根固め部径２６０ｃｍ 高さ４６５ｃｍ
体積２４．６８ｍ^３
の場合も施工されている。この場合、これだけ大きな根固め部を築造する際には、セメントミルクを杭穴の周辺部まで充分に行き届かせる必要があった。従来の施工管理では、主にセメントミルクの総注入量が問題とされ、具体的な注入方法については重視されてこなかった。

【0003】

例えば、従来は、杭穴内に注入するセメントミルクは、最大で２２．６ｍ^３／ｈ 程度が主流であった。これは、地上のセメントミルク製造プラントから、杭穴内への送り出し量から規定されていた。大容量の根固め部を効率よく構築するためには、大量のセメントミルクをできるだけ注入圧を高めて噴射することが必要であった。

【0004】

なお、従来は、セメントミルクの吐出速度（圧力）着目して工夫をすることはなく、例えば、縦方向、横方向に２つの吐出口を設けて総吐出量を調節する工夫をする技術はあった（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２３３７４９公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、大量のセメントミルクを、注入圧を高めて大量に注入する場合には、杭穴底に高圧のセメントミルクが当たった場合には、杭穴底面が乱れ、あるいは杭穴壁が崩れ、土砂が杭穴底に貯まり、杭穴根固め部の精度を損ね、支持力にも影響を与える問題点があった。また、杭穴底部の掘削泥土をセメントミルクで置換する場合には、できるだけ杭穴底（根固め部の底）付近に吐出口を位置させる必要があったので、杭穴底面が乱されるおそれが高かった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

そこでこの発明では、杭穴底部の下部ではセメントミルクの噴射圧（噴射速度）を低くして、それ以外の位置では、セメントミルクの噴射圧を（噴射速度）を高めて施工効率を高めることで、前記問題点を解決した。

【0008】

即ちこの発明は、軸部とその下端に根固め部とを有する杭穴を掘削して、前記根固め部内で噴射装置を昇降させながら、セメントミルクを注入して、その前後に、杭穴内に既製杭を初めとした杭穴構造物を埋設して基礎杭を構築する工法において、以下のように構成することを特徴とする杭穴の構築方法である。
(1) 前記根固め部内で、前記根固め部の底から距離Ｈまでを根固め部下部とし、距離Ｈから上方を根固め部上部とする。
(2) 前記杭穴内に、前記噴射装置を挿入して、前記根固め部の底に前記噴射装置の噴射口を位置させて、該噴射口からセメントミルク注入し、第１セメントミルク注入とする。
(3) 続いて、前記根固め部上部に前記噴射装置のセメントミルクの吐出口を位置させて、該吐出口からセメントミルク注入し、第２セメントミルク注入とする。
(4) 前記第１セメントミルク注入を、第２セメントミルク注入に比して、低速度又は低圧力による注入とする。
(5) 続いて、前記杭穴内に杭穴構造物を埋設し、前記杭穴構造物の底を、前記根固め部下部内又は前記根固め部下部の直上に位置させる。

【0010】

また、前記において、以下のように構成することを特徴とする杭穴の構築方法である。
(1) 根固め部内で、杭穴底と前記根固め部の上縁との間で、噴射装置を昇降する。
(2) 前記噴射装置の吐出口が前記根固め部下部に位置するときは、前記根固め部上部に位置するときに較べて低速度又は低圧力で吐出する。

【0011】

更に、前記において、以下のように構成することを特徴とする杭穴の構築方法である。
(1) 噴射装置に斜め下方に向けて吐出口を形成し
(2) 根固め部下部で、前記噴射装置を回転させて、回転方向と反対側に向けてセメントミルクを低速度又は低圧力で吐出する。

【0012】

前記における噴射装置は、通常掘削ヘッドの下端部に設けた吐出口を指すが、掘削ヘッドとは別途に、セメントミルク吐出用のロッドを用いることもできる。

【0013】

また、前記における噴射速度の調節は、地上のセメントミルク製造プラントのバルブとポンプの調節で行う。あるいは、掘削ロッドの吐出口に設けたバルブ等を、地上からの操作で調節して噴射速度を調節することもできる。

【発明の効果】

【0014】

この発明では、杭穴底側で低速でセメントミルクを吐出するので、根固め部で支持地盤と直結する底側が乱されることなく設計通りの精度で効率よく構築できる。従って、通常は、下部の範囲内に、基礎杭の底面が位置するので、より確実な支持力を期待できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）〜（ｅ）はこの発明の実施態様の施工手順を説明する概略した縦断面図踏である。

【図2】図２はセメントミルクの吐出を説明する概略した底面図である。

【図3】図３は、他のセメントミルクの吐出方法を説明する図である。

【図4】図４は、他のセメントミルクの吐出方法を説明する図である。

【図5】図５は、他のセメントミルクの吐出方法を説明する図である。

【図6】図６は、他のセメントミルクの吐出方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

１．掘削ヘッド１及び掘削ロッド１０の構成

【0017】

（１） ヘッド本体２は、下端に固定掘削刃３、３を下方に向けて突設し、上端に掘削ロッド１０との連結凸部４を有する。ヘッド本体２の上端部の両側に直径状に、水平軸１０、１０が夫々形成され、水平軸１０に、夫々掘削腕６の上端部を回動自在に取り付ける。掘削腕６は、下端部に先端掘削刃７、７が取り付けられている（図３）。

【0018】

（２） ヘッド本体２の下端の中央付近で、固定掘削刃３、３の間に、セメントミルクの吐出口５を下方に向けて形成し、地上１９のプラントからの操作で、水やセメントミルクなどを吐出できるようになっている。以上のようにして、掘削ヘッド１を構成する（図１）。掘削ヘッド１は、練付ドラム１６を有する掘削ロッド１０の下端に連結凸部４を嵌挿して連結して使用する。

【0019】

（３） なお、使用する掘削ヘッド１は上記構造以外であっても、同様に杭穴掘削、セメントミルクの吐出が可能であれば、使用可能である（図示していない）。また、前記では掘削とセメントミルクの吐出を兼用の掘削ヘッド１を使用したが、掘削ヘッド１とは別途の撹拌吐出用のヘッドを用意して、掘削ロッド１に取り換えて連結して使用することもできる（図示していない）。

【0020】

２．杭穴１１の掘削と既製杭２０の埋設

【0021】

（１） 掘削ヘッド１を連結した掘削ロッド１０を正回転しながら、掘削ヘッド１の固定掘削刃３、３及び先端掘削刃７、７で、地上１９から地盤に杭穴軸部１２を形成する（図１（ａ））。この際、必要ならば吐出口５から掘削液又は水を吐出しながら掘削し、また、練付ドラム１６、１６で杭穴１１の側壁を均す。

【0022】

（２） 続いて、掘削ロッド１０を逆回転して、杭穴軸部１２の下端に続き、あるいは杭穴軸部１２の下端部を拡大掘削して、杭穴軸部１２より大径の杭穴根固め部１３を掘削する（図１（ｂ））。

【0023】

（３） 杭穴軸部１２、根固め部１３を掘削して杭穴１１の掘削が完了したならば、根固め部１３の底１４（杭穴の底）に掘削ヘッド１を位置させ、掘削ロッド１０を回転しながら、吐出口５から２０ｍ^３／ｈでセメントミルクを注入しながら、掘削ロッド１０を根固め部１３の底１４から距離Ｈまで上昇する（図１（ｃ））。根固め部１３の底１４から距離Ｈの根固め部１３の下部１３Ａで、セメントミルクは低速度で根固め部１７内に注入されるので、根固め部１３の底１４を乱さないと共に、根固め部１３の底１４から距離Ｈまでの間で確実に杭穴残存物（掘削泥土）をセメントミルクに置換できる。ここで、距離Ｈは５０ｃｍ程度とする。

【0024】

（４） 続いて、距離Ｈから上方で、速度４５ｍ^３／ｈ に切り換えて、同様に吐出口５からセメントミルクを吐出しながら、かつ掘削ロッド１０を回転しながら上昇して、根固め部１３の上縁１５まで掘削ロッド１０を上昇させる（図１（ｄ））。これにより、セメントミルクは撹拌され掘削泥土が残留していた場合にも良質のソイルセメントを形成できる。
また、前記におけるセメントミルクの吐出速度の調節は、地上１９のセメントミルク製造プラントの吐出ポンプの調節あるいはバルブ等を調節することにより行う（図示していない）。

【0025】

（５） 続いて、杭穴１１の軸部１２にもセメントミルクを注入して、掘削ヘッド１を掘削ロッド１０と共に地上１９に引き上げて、杭穴１１内に既製杭２０を埋設して基礎杭２５を構築する（図１（ｅ））。この際、既製杭２０の底２１は、根固め部１３の底１４から上方の下部１３Ａ内又は１３Ａの直上付近に位置する。

【0026】

（６） 前記において、杭穴１１を掘削した後に既製杭２０を埋設する、いわゆる先掘り工法に適用したが、杭穴１１を掘削しつつ既製杭２０を埋設する中掘工法に採用することもできる（図示していない）。さらに、既製杭２０に代わり鉄筋篭などの杭穴構造物を採用して、セメントミルクの濃度を増して骨材を入れてコンクリートとして、いわゆる現場造成杭に適用することもできる（図示していない）。
また、何らかの芯材となる杭穴構造物を埋設すれば、各種の地盤改良工法の底部の構築にも適用することもできる（図示していない）。

【0027】

３．他の実施態様

【0028】

（１） 前記実施態様において、根固め部１３でのセメンミルクの吐出は、根固め部１３の底１４から根固め部１３の上縁１５まで、掘削ヘッド１を上昇させながらセメントミルクの全量を吐出したが、吐出方法は任意であり、例えば、以下の４つの方法の何れかを採用することもできる（図３〜図６）。いずれの吐出方法でも、杭穴１１の根固め部１３の底１４から距離Ｈまでの下部１３Ａの範囲では、吐出口５から低速度でセメントミルクを吐出して、上部１３Ｂでは、高速度でセメントミルクを突出する。また、吐出口５から水を吐出する際にも、下部１３Ａでは低速度、上部１３Ｂでは高速度で吐出することが望ましい。

【0029】

（ａ） 第１の方法（図３）では、杭穴１１の根固め部１３の底１４付近で掘削ヘッド１を回転させて、吐出すべき全セメント量の３分の１量をそのまま吐出する。続いて、掘削ヘッド１を根固め部１３の底１４から根固め部１３の上縁１５まで、掘削ヘッド１を回転させながら上昇させる。この作動中に、吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の３分の１量）を根固め部１３内に注入する。
続いて、根固め部１３の上縁１５に位置する掘削ヘッド１を、根固め部１３の底１４まで２回反復上下動させ、再度、根固め部１３の上縁１５に位置させる。この間で、掘削ヘッド１を回転して撹拌し、かつ吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の３分の１量）を根固め部１３内に注入する。以上で、全部のセメントミルクの注入が完了する（図３）。

【0030】

（ｂ） 第２の方法（図４）では、第一の方法と同様に、杭穴１１の拡底部１３の底１４に掘削ヘッド１を位置させ、掘削ヘッド１の吐出口５から掘削水を放出しながら、かつ掘削ロッド１０を回転しながら掘削残存物（掘削泥土など）を撹拌しながら、杭穴根固め部１３の上縁１５付近まで掘削ヘッド１を上昇させ、引き続き掘削ヘッド１を杭穴１１の根固め部１３の底１４まで下げる。以上の反復工程動作をもう１回、繰り返し、掘削ヘッド１を杭穴１１の根固め部１３の底１４に位置させる。続いて、根固め部１３付近で掘削ヘッド１を回転させて、吐出すべき全セメント量の３０％量を、杭穴拡底部１３の底１４付近から吐出する。続いて、掘削ヘッド１を根固め部１３の底１４から根固め部１３の上縁１５まで、回転して上昇させる。この作動中に、吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の６０％の量）を根固め部１３内に注入する。続いて、根固め部１３の上縁１５に位置する掘削ヘッド１を、根固め部１３の底１４まで２回反復上下動させ、再度、根固め部１３の上縁１５に位置させる。この間で、掘削ヘッド１を回転して撹拌し、かつ吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の１０％の量）を根固め部１３内に注入する。以上で、全部のセメントミルクの注入が完了する（図４）。

【0031】

（ｃ） 第３の方法（図５）では、前記第１の方法では、セメントミルクを注入する前の反復工程を２回繰り返したが、４回繰り返す。

【0032】

（ｄ） 第４の方法（図６）では、前記第２の方法の２回の反復工程の後に、根固め部１３の穴底１４付近で、掘削水からセメントミルクに切り換えて、反復工程と同様に、掘削ヘッド１を根固め部１３の底１４から根固め部１３の上縁１５まで往復する前処理工程動作を２回繰り返す。前処理工程動作では、反復工程と異なり、掘削水に代えてセメントミルクを吐出しながら、掘削ヘッド１を回転して撹拌する。続いて、根固め部１３の底１４付近で、掘削ヘッド１を回転させて、吐出すべき全セメント量の３０％量を吐出する。続いて、掘削ヘッド１を根固め部１３の底１４から根固め部１３の上縁１５まで、回転させて上昇させる。この作動中に、吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の６０％量）を根固め部１３内に注入する。続いて、根固め部１３の上縁１５に位置する掘削ヘッド１を、根固め部１３の底１４まで２回反復上下動させ、再度根固め部１３の上縁１５に位置させる。この間で、掘削ヘッド１を回転して撹拌し、かつ吐出口５からセメントミルク（吐出すべき全セメント量の１０％量）を根固め部１３内に注入する。以上で、全部のセメントミルクの注入が完了する（図６）。

【0033】

（２） また、前記実施態様において、根固め部１３の底１４から距離Ｈの高さまでを下部１３Ａとして、Ｈを５０ｃｍ程度としたが、距離Ｈを３０ｃｍ〜７０ｃｍとすることもできる。
施工効率からするとできるだけ高速度（高圧力）で大量のセメントミルクを注入することが好ましいが、この発明ではこれを制限して、底面１４近辺の下部１３Ａに限って低速度（低圧力）としたものである。従って、３０ｃｍ未満では根固め部１３の底１４に対する影響力が極めて強いので、３０ｃｍ未満は考えられず、また７０ｃｍを超えると施工効率上好ましくない。
また、距離Ｈを３０ｃｍ〜７０ｃｍ としたが、他の基準とすることもできる。例えば、根固め部１３の底１４から既製杭２０の底２１に間隙を設けて埋設する場合には、距離Ｈをその間隙に一致させることもできる。この間隙は、通常、１ｍや杭径と同等などの基準で設定される。

【0034】

（３） また、前記実施態様において、吐出速度の調節は、地上１９のセメントミルク製造プラントから掘削ロッド１０への供給側で行ったが、掘削ヘッド１のヘッド本体２内で吐出口５に至る間で、バルブなどの速度（即ち圧力）調節機構を設けることもできる（図示していない）。この場合、調節機構の操作は地上１９で行う。
また、この場合、地上１９のセメントミルク製造プラント側での吐出速度（供給配管径が同一であれば圧力の調節と同じ）を一定にした場合、例えば、掘削ヘッド１に２つの吐出口５、５を形成して、高速の場合には、１方の吐出口５を閉じて、１つの吐出口５からのみ吐出する。また、低速の場合には、両方の吐出口５、５を開いて断面積を２倍にすれば、吐出速度を２分の１に下げることができる（図示していない）。

【0035】

（４） また、前記実施態様において、吐出口５は、ヘッド本体２の下端で固定掘削刃３，３の間に形成したが、掘削ロッド１０のセメントミルク配送パイプ（図示していない）に連通できる位置であれば、ヘッド本体２、掘削腕６の任意の位置に吐出口５を配置することができる（図示していない）。

【0036】

（５） また、前記実施態様において、吐出口５を下方に向けて形成したので、下方に向けて円錐状にセメントミルクは広がるが、下方から傾斜させて吐出方向を向けることもできる（図示していない）。この場合、掘削ロッド１０（掘削ヘッド１）の回転方向（杭穴底付近での）に対して、反対側に傾斜させると相対的に吐出速度が遅くなり、吐出量を維持して根固め部１３の底１４への影響を軽減できる。
また、吐出口５、５を複数形成することもでき、この場合には、回転方向Ａの場合には、回転方向Aと反対向きに配置した吐出口５Ａ、５Ａからセメントミルクを吐出し、回転方向Ｂ（回転方向Ａと逆方向）の場合には、回転方向Bと反対向きに配置した吐出口５B、５Bからセメントミルクを吐出する（図２）。

【0037】

（６） また、前記実施態様において、根固め部１３の下部１３Ａを低速度、上部１３Ｂを高速度としたが、圧力を基準として、根固め部１３の下部１３Ａを低圧力、上部１３Ｂを高圧力とすることもできる。この場合、低圧１０ＭＰａ以下、高圧１５ＭＰａ以上、とすることが望ましい。例えば、下部１３Ａ（底面１７〜距離Ｈ）を吐出圧力１．９ＭＰａ、上部１３Ｂ（距離Ｈの上方）を高圧２８．４ＭＰａで設定する。

【符号の説明】

【0038】

１ 掘削ヘッド
２ ヘッド本体
３ 固定掘削刃
４ 連結凸部
５ 吐出口
６ 掘削腕
７ 先端掘削刃
１０ 掘削ロッド
１１ 杭穴
１２ 杭穴軸部
１３ 杭穴根固め部
１３Ａ 根固め部の下部
１３Ｂ 根固め部の上部
１４ 杭穴根固め部の底
１５ 杭穴根固め部の上縁
１６ 練付ドラム
１９ 地上
２０ 既製杭
２１ 既製杭の底
２５ 基礎杭

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】