JPH09505644A - 予め製造された杭シャフトを使用して地中に基礎杭を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、スクリューブレード（１４）が設けられ支持地層中にねじ込まれた中空管（１）に遊嵌状態にて配置される予め製造された杭シャフト（１５）を使用して地中に基礎杭を形成する方法に係わる。中空管（１）の壁と杭シャフト（１５）との間には自硬性材料か供給される。中空管（１）はねじ込み方向とは反対の方向へ回転させスクリューコンベアとして機能させることにより地中（１１）より除去される。また中空管（１）は杭シャフト（１５）の周りに自硬性材料の厚い薄層（１９）が形成された状態にて中空管を回転させることなく地中より部分的に引き抜かれ、しかる後中空管（１）をスクリューコンベアとして機能させることにより自硬性材料が加圧されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 予め製造された抗シャフトを使用して地中に基礎杭を形成する方法 発明は予め製造された杭シャフトを使用して地中に基礎杭を形成する方法であ って、以下の工程が順次行われる方法に係わる。 ａ．杭ベースにより下端にて閉じられた中空管が、該中空管の端部が所望の距 離に亘り支持地層に延在するようになるまで地中に打ち込まれる。 ｂ．予め製造された杭シャフトが中空管内に配置され、杭ベース上に載置され 、中空管の壁と杭シャフトの壁との間に環状空間が形成される。 ｃ．環状空間が自硬性材料にて充填される。 ｄ．中空管が上端にて閉じられ、或る限られた距離に亘り上方へ移動され、こ れと同時に杭シャフトの下端部の周りの自硬性材料に圧力が与えられる。 ｅ．しかる後中空管が地中より除去される。 かかる方法はドイツ国特許出願公告第ＤＥ−ＯＳ２１．２０．６９１号より知 られている。 この公知の方法に於いては、平滑な管が使用され、杭の打ち込みにより地中に 打ち込まれる。予め製造された杭シャフトが中空管内に配置され、環状空間が自 硬性材料にて充填された後、中空管が地中より引き抜かれ、これと同時に噴射ホ ースにより自硬性材料に圧力が及ぼされる。これにより自硬性材料は少なくとも 支持地層及びその上方の非支持地層に於いて薄層のような状態で杭シャフトの周 りに存在する。この薄層の厚さは実質的に杭シャフトと中空管との間の環状の空 間の厚さと等しい。自硬性材料の薄層を囲繞し杭の打ち込み時に圧縮された支持 地層に対し自硬性材料の薄層が接合することは最適ではなく、支持地層中にかか る薄層が存在することはその位置に於ける接合状態がマイナスになるので好まし くない。 本発明の目的はこれらの欠点が解消された方法を提供することである。この目 的を達成すべく、本発明による方法は以下の工程を特徴としている。 ｆ．中空管の外面にスクリューブレードが設けられ、また中空管内に抗ベース に接続可能な内部噴射管が設けられる。 ｇ．中空管が地中にねじ込まれ、これと同時に中空管の周りに現場にて混合さ れた混合物が形成されるよう内部噴射管を経て自硬性混合物が供給される。 ｈ．しかる後噴射管が除去され、予め製造された杭シャフトが中空管内に配置 され、中空管内の中空空間が閉じられた後中空空間が上端にて加圧され、しかる 後中空管が或る限られた距離に亘り上方へ変位され、中空管を囲繞する現場にて 混合された混合物に対し下向きに圧力が与えられる。 ｉ．しかる後中空管がねじ込み方向とは反対の方向へ回転され、地中より除去 される。 本発明の方法によれば公知の方法に優る以下の利点が得られる。 杭ベースの直径はもはや中空管の直径とは無関係であり、中空管の外面に設け られたスクリューブレードの幅により決定され、中空管の最も低い位置に於ける スクリューブレードの幅は中空管の他の位置に於けるスクリューブレードの幅よ り大きくても小さくてもよい。スクリューブレードが設けられた中空管はスクリ ューコンベアとしての機能を果たすことができる。中空管がねじ込み方向とは反 対の方向へ回転される間に、スクリューブレードは杭シャフトの下端の周りに存 在する現場にて混合された混合物の薄層に対し下向きの力を及ぼすことができ、 これにより現場にて混合された混合物が圧縮され、現場にて混合された混合物が 周囲の地層や杭ベースの周りに存在する自硬性材料の薄層に良好に接合する。ま た杭の先端にプレロードが与えられ、従って負荷が作用してもごく僅かしか沈下 しない。従ってこのようにして形成された基礎杭は公知の方法を使用して形成さ れた基礎杭よりも高い支持能力を有する。 非支持地層が穿孔されているときには、ベントナイトのような非自硬性混合物 が噴射管を経て供給され、従って非支持地層に於いては中空管は自硬性混合物に よっては囲繞されない。かくして基礎杭の支持能力に悪影響があるマイナスの接 合状態が生じることが防止される。 ドイツ国特許第ＤＥ−ＰＳ３５．０１．４３９号には、基礎杭を形成するため の方法であって、下端に幅の広いスクリューヘッドが設けられた平滑な管が地中 にねじ込まれ、これと同時に自硬性混合物が噴射管を経て供給され、スクリュー ヘッドを経て周囲の地層に注入される方法が開示されている。かくして自硬性の 現場にて混合された混合物が管の周りに形成される。しかし管は地中に残され、 コンクリートにて充填される。そのため管は最終的な基礎杭の一部になる。 或る制限された距離に亘り上方へ中空管を変位させることは、二つの態様によ り、すなわち中空管をねじ込み方向とは反対の方向へ回転させること、又は中空 管をねじ込み方向とは反対の方向へ回転させることなく中空管を地中より部分的 に引き抜き、次いで中空管をねじ込み方向とは反対の方向へ回転させることによ って達成される。この第二の方法は非常に高い支持能力を有する基礎杭を形成す るために使用されることが好ましい。この方法に於いては、中空管内に存在する 自硬性材料は中空管を上方へ引き抜くことにより形成された空間内へ横方向に流 れ出すことができる。しかる後中空管がねじ込み方向とは反対の方向へ回転させ ることによって地中より更に引き抜かれると、自硬性材料の幅の広い薄層が第一 の方法の要領にて加圧される。 以下に添付の図面を参照して本発明の方法及びそれを実施するための装置につ いて更に説明する。 図１は或る距離に亘り支持地層にねじ込まれたドリル管を示す。 図２は予め製造された杭シャフトが配置された図１によるドリル管を示す。 図３はドリル管が或る限られた距離に亘り地中より引き抜かれた後に於ける図 ２によるドリル管を示す。 図４は杭ベースが下方に押圧される状態にてドリル管がねじ込み方向とは反対 の方向へ回転されている状態を示す。 図５は完成した基礎杭を示す。 図６は低い支持能力用の図５による基礎杭の変形例を示す。 図７は更に低い杭負荷用の図５による基礎杭の第二の変形例を示す。 図１はいわゆるオーガーチューブを形成するよう外面にスクリューブレード１ ４が設けられた中空のドリル管１を示す。ドリル管１は一般に砂よりなる支持地 層１１中に非支持地層９を経て所定の長さに亘りねじ込まれている。ドリル管１ の下端には杭ベース２が設けられており、杭ベース２はドリル管１に対し相対的 に軸線方向へ移動可能であるが、ドリル管１に及ぼされるモーメントが杭ベース ２にも伝達されるよう半径方向に連結されている。杭ベース２にはドイツ国特許 第ＤＥ−ＰＳ３５．０１４３９号に記載されているような一連のスクリューブレ ードが設けられている。ドリル管１内には噴射管３が配設されており、噴射管３ はねじ接続によって杭ベース２に連結されている。杭ベース２には噴射管３と連 通する孔が設けられ、これにより噴射管を経て杭ベース２へ供給された液体が杭 ベース２の下端に設けられた孔を経て流出することができるようになっている。 噴射管３の上端には自在継手型の連結装置４が設けられており、連結装置４は噴 射管３へ流体を供給するポンプ６にホース５を介して接続されている。一般に、 非支持地層９が穿孔されているときには、ベントナイトのような非自硬性の流体 が噴射管３を経て供給され、該流体は杭ベース２の下端に設けられた孔を経て流 出し、ドリル管１のねじ山１４の間の空間を充填する。また一般に、支持地層が 穿孔されているときには、自硬性の混合物１２、好ましくはセメント及び水の混 合物が噴射管３を経て供給され、該混合物は杭ベースを囲繞する地層と混合され 、これによりスクリューブレードのねじ山１４の間にドリル管１を囲繞する一般 に「現場にて混合された」混合物１３と呼ばれる自硬性の砂/ セメント/ 水の混 合物１３を形成する。地面より上方へ突出するドリル管１の部分は引っ張りケー ブル８が取り付けられたドリルケース７に受け入れられており、ドリルケース７ はつり下げ支柱１６に案内可能に連結されている。ドリル管１のスクリューブレ ード１４はスクリューコンベアとしても機能することができ、従ってドリル管１ が地中にねじ込まれるときには、穿孔孔より除去された土の一部が地面に土の山 １０を形成する。図１に示された状況に於いては、杭ベース２は支持地層１１内 の所望のレベルに到達しており、支持地層１１中に延在するドリル管の部分は現 場にて混合された混合物１３により囲繞されている。この混合物１３は非支持地 層９に於いても或る距離に亘るスクリューブレード１４のねじ山の間に存在する が、ドリル管の上方部分に於けるスクリューブレード１４の間の領域はベントナ イトの薄層によって囲繞されている。 ドリル管１が支持地層１１内の所望の深さに到達した後に、噴射管３がドリル 管１より除去され、一般に高品位のコンクリートにて形成された予め製造された 杭シャフト１５がドリル管内に配置される。杭シャフト１５は杭ベース２上に載 置された状態になり、杭シャフト１５の外周面とドリル管１の内壁面との間に環 状空間１５ａが形成される。環状空間１５ａは例えば適当な骨材が添加された砂 及びセメントの混合物であるグラウトのような自硬性材料にて充填される。しか る後ドリル管１は蓋１８により上端にて閉ざされる。蓋１８は、迅速作動式の連 結装置によりドリル管１の上端に実質的にシール状態にて接続可能である。空気 供給管１８ａが蓋１８を貫通して延在しており、重い油圧シリンダ１７が杭シャ フト１５の上端と蓋１８との間に配設されていてもよい。油圧シリンダの機能に ついては後に説明する。空気供給管１８ａを経て圧縮空気を供給することにより 、ドリル管１内を加圧された状態にすることができ、その圧力は環状空間１５ａ 内の液体に及ぼされる（図２の矢Ｆ１を参照）。 図２に示された状況に到達した後、引張り装置８が負荷状態に置かれ、引張り 装置８はドリル管１内の空気圧と共にドリル管に引き抜き力を及ぼし、これによ りスクリューブレード１４のねじ山の間に受けられた物質と一緒にドリル管が杭 ベース２より引き抜かれてゆるい状態になる。ドリル管１の下端が支持地層１１ の最も上のレベルより約１ｍ低い高さに到達するまで、ドリル管１の上端に対す る引っ張り力は維持される。ドリル管１が上方へ移動する際には、環状空間１５ ａ内に存在するグラウトはドリル管１内の空気圧によって押し出され、これによ りドリル管１の上方への移動により形成される環状空間１９が充填される。 高い支持能力を有する基礎杭が形成される必要がある場合には、スクリューブ レード１４のブレード幅は大きく、またゆるくドリル管１を上方へ引っ張って緩 くするための引き抜き力も大きい。ある条件の下ではドリル管内の空気圧及び引 張り装置８に及ぼされるてこ作用は杭ベース２よりドリル管１を引き抜いて緩く するには不十分である。その場合にはドリル管１に非常に高い上向きの力を及ぼ すことができる油圧シリンダ１７が使用され、この力及び引張り装置８に及ぼさ れる力はあらゆる条件下に於いて所定の位置にとどまる杭ベース２よりドリル管 １の下縁を引き抜いて緩くするのに十分である。油圧シリンダ１７により杭シャ フト１５に及ぼされる力は杭ベース２の下方に存在する土を圧縮し、これにより 土にプレロードが与えられ、後に基礎杭が負荷を受けた状態に置かれても基礎杭 はごく僅かしか沈下しない。 ドリル管１が図３に示された位置に到達した後に、ドリル管に与えられていた 上向きの引っ張り力が除去され、トリル管１はねじ込み方向とは反対の方向（反 時計回り方向）へ回転される。この場合、ドリル管１の外面に設けられたスクリ ューブレード１４はスクリューコンベアとして機能し、スクリューブレード１４ の間に存在する現場にて混合された混合物１３は下方へ搬送され、環状空間１９ 内の自硬性材料に力Ｆ２を及ぼす（図４を参照）。現場にて混合された混合物１ ３の一部は環状空間１９内の自硬性材料中に押し込まれ、また混合物１３の一部 は周囲の地層中に押し込まれる。このことにより環状空間１９内の自硬性材料が 周囲の地層に対し良好に接合することが確保される。混合物１３がもはや下方へ 搬送されなくなるとすぐにドリル管１がねじ込み方向とは反対の方向へ回転され ることによって穿孔孔から除去され、これにより図５に示された状況が得られる 。すなわち杭シャフト１５の下端は高圧下にて形成されグラウト混合物よりなる 幅の広い杭ベースによって囲繞され、グラウトの輪より上方に於いて杭シャフト １５は或る距離に亘り現場にて混合された混合物１３によって囲繞される。 環状空間１９内のグラウト層の厚さはスクリューブレード１４の幅により決定 され、その幅は地中に形成されるべき基礎杭に必要な支持能力に応じて大きい値 又は小さい値に選定されてよいことが理解されよう。 地中に於ける杭シャフト１５の支持能力は、スクリューブレード１４の幅を拡 大したり低減したりすることにより影響を受けるだけでなく、他の態様によって も影響を受ける。図６は、予め製造された杭シャフト１５が下端に於いてグラウ トの薄層により囲繞され、グラウトの表皮が現場にて混合された混合物１３によ り囲繞された状態を示している。図２に示された状況から或る距離に亘りドリル 管１を引き抜いてゆるくするのではなく、ドリル管１を反時計回り方向に回転さ せつつ底からドリル管１を除去することにより、このような基礎杭を得ることが できる。このプロセスに於いては、スクリューブレードの間の現場にて混合され た混合物が圧縮され、環状空間１５ａ内に存在するグラウトは図３に示されてい るように環状空間１９に流れ出すことができない。また更に小さい支持能力を有 する基礎杭を得るべく、杭シャフト１５とドリル管１との間の環状空間１５ａに グラウトを供給することなく杭シャフト１５が地中に配置されてもよい。その場 合には杭シャフト１５の下端は現場にて混合された混合物１３のみによって囲繞 される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２２日 【補正内容】 この薄層の厚さは実質的に杭シャフトと中空管との間の環状の空間の厚さと等し い。自硬性材料の薄層を囲繞し杭の打ち込み時に圧縮された支持地層に対し自硬 性材料の薄層が接合することは最適ではなく、支持地層中にかかる薄層が存在す ることはその位置に於ける接合状態がマイナスになるので好ましくない。 本発明の目的はこれらの欠点が解消された方法を提供することである。この目 的を達成すべく、本発明による方法は以下の工程を特徴としている。 ｆ．中空管の外面にスクリューブレードか設けられ、また中空管内に杭ベース に接続可能な内部噴射管が設けられる。 ｇ．中空管が地中にねじ込まれ、これと同時に中空管の周りに現場にて混合さ れた混合物が形成されるよう内部噴射管を経て自硬性混合物が供給される。 ｈ．次いで予め製造された杭シャフトが中空管内に配置される前に噴射管が除 去され、中空管内の中空空間が閉じられた後中空空間が上端にて加圧され、しか る後中空管が或る限られた距離に亘り上方へ変位され、これにより中空管が上方 へ変位されることにより形成された環状空間内に自硬性混合物が押し込まれる。 ｉ．しかる後中空管がねじ込み方向とは反対の方向へ回転され、これにより中 空管を囲繞する現場にて混合された混合物により環状空間内の自硬性混合物に対 し下向きに圧力が与えられる。 図２は予め製造された杭シャフトが配置された図１によるドリル管を示す。 図３はトリル管が或る限られた距離に亘り地中より引き抜かれた後に於ける図 ２によるドリル管を示す。 図４は杭ベースが下方に押圧される状態にてドリル管がねじ込み方向とは反対 の方向へ回転されている状態を示す。 図５は完成した基礎杭を示す。 図６は低い支持能力用の図５による基礎杭の変形例を示す。 図１はいわゆるオーガーチューブを形成するよう外面にスクリューブレード１ ４が設けられた中空のドリル管１を示す。ドリル管１は一般に砂よりなる支持地 層１１中に非支持地層９を経て所定の長さに亘りねじ込まれている。ドリル管１ の下端には杭ベース２が設けられており、杭ベース２はドリル管１に対し相対的 に軸線方向へ移動可能であるが、ドリル管１に及ぼされるモーメントが杭ベース ２にも伝達されるよう半径方向に連結されている。杭ベース２にはドイツ国特許 第ＤＥ−ＰＳ３５．０１４３９号に記載されているような一連のスクリューブレ ードが設けられている。ドリル管１内には噴射管３が配設されており、噴射管３ はねじ接続によって杭ベース２に連結されている。杭ベース２には噴射管３と連 通する孔が設けられ、これにより噴射管を経て杭ベース２へ供給された液体が杭 ベース２の下端に設けられた孔を経て流出することができるようになっている。 噴射管３の上端には自在継手型の連結装置４が設けられており、連結装置４は噴 射管３へ流体を供給するポンプ６にホース５を介して接続されている。 図２に示された状況から或る距離に亘りドリル管１を引き抜いてゆるくするので はなく、ドリル管１を反時計回り方向に回転させつつ底からドリル管１を除去す ることにより、このような基礎杭を得ることができる。このプロセスに於いては 、スクリューブレードの間の現場にて混合された混合物が圧縮され、環状空間１ ５ａ内に存在するグラウトは図３に示されているように環状空間１９に流れ出す ことができない。 請求の範囲 １．予め製造された杭シャフト（１５）を使用して地中に基礎杭を形成する方法 であって、 ａ．杭ベースにより下端にて閉じられた中空管（１）が、該中空管の端部が所 望の距離に亘り支持地層（１１）に延在するようになるまで地中（９，１１）に 打ち込まれ、 ｂ．予め製造された杭シャフト（１５）が前記中空管（１）内に配置され、前 記杭ベース（２）上に載置され、前記中空管（１）の壁と前記杭シャフト（１５ ）の壁との間に環状空間（１５ａ）が形成され、 ｃ．前記環状空間（１５ａ）が自硬性材料（１２）にて充填され、 ｄ．前記中空管（１）が上端にて閉じられ、或る限られた距離に亘り上方へ移 動され、これと同時に前記杭シャフト（１５）の下端部の周りの自硬性材料に圧 力（Ｆ１）が与えられ、 ｅ．しかる後前記中空管（１）が地中（９，１１）より除去される方法にして 、 ｆ．前記中空管（１）の外面にスクリューブレード（１４）が設けられ、ま た前記中空管内に杭ベース（２）に接続可能な内部噴射管（３）が設けられ、 ｇ．前記中空管（１）が地中にねじ込まれ、これと同時に前記中空管（１）の 周りに現場にて混合された混合物（１３）が形成されるよう前記内部噴射管（３ ）を経て自硬性混合物（１２）が供給され、 ｈ．次いで予め製造された杭シャフト（１５）が前記中空管（１）内に配置さ れる前に前記噴射管（３）が除去され、前記中空管（１）内の中空空間が閉じら れた後前記中空空間が上端にて加圧され、しかる後前記中空管（１）が或る限ら れた距離に亘り上方へ変位され、これにより前記中空管（１）が上方へ変位され ることにより形成された環状空間（１９）内に前記自硬性混合物（１２）が押し 込まれ、 ｉ．しかる後前記中空管（１）がねじ込み方向とは反対の方向へ回転され、こ れにより前記中空管（１）を囲繞する前記現場にて混合された混合物（１３）に より前記環状空間（１９）内の前記自硬性混合物（１２）に対し下向きに圧力が 与えられる ことを特徴とする方法。 ２．請求項１の方法に於いて、前記中空管（１）の上方への移動は前記中空管が ねじ込み方向とは反対の方向へ回転される状態にて達成されることを特徴とする 方法。 ３．請求項１の方法に於いて、前記中空管（１）の上方への移動は前記中空管を 回転させることなく地中（１１）より部分的に引き抜き、しかる後前記中空管を ねじ込み方向とは反対の方向へ回転させることにより達成されることを特徴とす る方法。 ４．請求項３の方法に於いて、前記予め製造された杭シャフト（１５）のヘッド 部の上端に油圧シリンダが設けられ、これにより前記中空管（１）に及ぼされる 引き抜き力が増強されることを特徴とする方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．予め製造された杭シャフトを使用して地中に基礎杭を形成する方法であって 、 ａ．杭ベースにより下端にて閉じられた中空管が、該中空管の端部が所望の 距離に亘り支持地層に延在するようになるまで地中に打ち込まれ、 ｂ．予め製造された杭シャフトが前記中空管内に配置され、前記杭ベース上に 載置され、前記中空管の壁と前記杭シャフトの壁との間に環状空間が形成され、 ｃ．前記環状空間が自硬性材料にて充填され、 ｄ．前記中空管が上端にて閉じられ、或る限られた距離に亘り上方へ移動され 、これと同時に前記杭シャフトの下端部の周りの自硬性材料に圧力が与えられ、 ｅ．しかる後前記中空管が地中より除去される方法にして、 ｆ．前記中空管（１）の外面にスクリューブレード（１４）が設けられ、また 前記中空管内に杭ベース（２）に接続可能な内部噴射管（３）が設けられ、 ｇ．前記中空管（１）が地中にねじ込まれ、これと同時に前記中空管（１）の 周りに現場にて混合された混合物（１３）が形成されるよう前記内部噴射管（３ ）を経て自硬性混合物（１２）が供給され、 ｈ．しかる後前記噴射管（３）が除去され、予め製造された杭シャフト（１５ ）が前記中空管（１）内に配置され、前記中空管（１）内の中空空間が閉じられ た後前記中空空間が上端にて加圧され、しかる後前記中空管（１）が或る限られ た距離に亘り上方へ変位され、前記中空管（１）を囲繞する前記現場にて混合さ れた混合物に対し下向きに圧力が与えられ、 ｉ．しかる後前記中空管（１）がねじ込み方向とは反対の方向へ回転され、地 中（１１）より除去される ことを特徴とする方法。 ２．請求項１の方法に於いて、前記中空管（１）の上方への移動は前記中空管が ねじ込み方向とは反対の方向へ回転される状態にて達成されることを特徴とする 方法。 ３．請求項１の方法に於いて、前記中空管（１）の上方への移動は前記中空管を 回転させることなく地中（１１）より部分的に引き抜き、しかる後前記中空管を ねじ込み方向とは反対の方向へ回転させることにより達成されることを特徴とす る方法。 ４．請求項３の方法に於いて、前記予め製造された杭シャフト（１５）のヘッド 部の上端に油圧シリンダが設けられ、これにより前記中空管（１）に及ぼされる 引き抜き力が増強されることを特徴とする方法。