JPS594008B2 - ねじり貫入式ｐｃらせん杭の製作法および構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はねじり貫入式ＰＣらせん杭に関する表の弔丸
六 構造物基礎として既成コンクリート杭の打込みには施工
能率に優れ、確実な支持力が得られるという理由から、
主として打撃工法が用いられていたが、近年、施工時の
振動や騒音が規制されるのに伴い、中堀り工法やプレポ
ーリング工法等の低振動、低騒音工法が、特に都市部に
おいて盛んに用いられている。

しかし、それらの工法は施工管理の難しさや支持力低減
等の問題を抱えている。

そこでプレボーリングなしに、オーガーマシンにより直
接地盤中にねじり込み貫入することが可能なＰＣらせん
杭を提供して上記問題を克服することを目的とする。

さらに詳細には、大形コンクリートらせん杭をねじり込
み貫入力を加えて無振動、無騒音状態で土中に貫入し、
貫入後杭周辺および先端地盤の締め固め効果並びに地盤
自身のもつ高い杭支持力を従来の杭打撃工法と同様に発
揮することを可能にするＰＣらせん杭を提供するもので
ある。

本発明の特徴とする構造は、軸方向のＰＣ鋼線又はＰＣ
鋼棒およびＰＣらせん鋼線を配設するとともに、繊維材
を混入したことにあり、ＰＣらせん鋼線のピッチを１０
０ｒｒｒｍ以下の密にそう人すること並びに繊維材が鋼
繊維であることを附加的特徴とするものである。

さらに本発明の一例を添付図面により詳述すると次の通
りになる。

ｐｃらせん杭ａの製作過程 型枠のセット、すなわち型枠はらせん状のつぽ３部分を
成形できるものとし、軸方向に所定のＰＣ鋼棒又はＰＣ
鋼線５を配置し、その外側に密な間隔のらせん状鋼線４
を配置する。

その後鋼繊維１混入の高強度コンクリート２の打設をす
る。

次いで遠心力成型を行なった後蒸気養生又はオートクレ
ーブ養生、湿空養生を順次行うものである。

鋼繊維混入高強度コンクリート２の練り混ぜ過程細骨材
に高強度混和剤（シグマ１０００）を加えて３分間混練
する。

次にセメントを加えて１分間混練した抜水と高性能減水
剤（マイティ）と粗骨材および鋼繊維１を１．２ ％
／ ｖｏｌを加えて３分間混練して完成するものである
。

この場合注意する点として、高強度混和剤は細骨材とよ
（混ぜ合せなげればならないため最初の３分間をよく練
り混ぜること、又高性能減水剤は水に混ぜて加えること
、さらに鋼繊維１は最後によく解きほぐしながら玉状に
ならないように加える点がある。

遠心成型 遠心成型とは回転によって生じる遠心力を利用してコン
クリートを締め固める方法であり、回転によって生じる
遠心力は次式で示される。

ｆ：遠心力（ｆ）ｍ：質量 ｒ：回転の半径Ｑ→ｎ：回
転速度（ｒｐｓ） ｇ ：重力の加速度（９８０ｃｍ１
５ｅｃ２） 遠心成型過程の一例を述べると先ず低速回転（１５０ｒ
ｐｍ ）で３分間回転してコンクリートを型枠の主面に
均等にならし、次に中速回転（３００ｒｐｍ）で３分間
回転して材料の分離が生じないで高速回転できるように
なし、最後に高速回転（６００ｒｐｍ ）で３分間回転
して締固める。

以上の回転速度と遠心力の関係は次表の通りである。

鋼繊維混入高強度コンクリートの配合列 この配合は次の点を総合的に検討して各試験を行なった
結果得られたものである。

すなわちそれは遠心力締め固め成型は能率のよい成型法
であるが分離するという欠点がある点であり、この分離
することを防ぐには次の点に留意する必要がある。

第１に型枠の円滑な回転を行うこと。

つまり型枠や車輪に偏心があったりタイヤ面の不整のた
め円滑に回転しないことがないように注意する。

第２に回転速度および回転時間が適当であること。

これは速度が太きすぎたり時間が長すぎると材料の分離
を助長する原因となるからである。

第３にコンクリートの配合の適切な選定の点。

又遠心力締固めコンクリートの次の点に留意した。

第１に回転速度および回転時間の圧縮強度に及ぼす影響
を一義的に求めることは困難であり、回転速度および時
間を増すと締固め効果は増大するが、その反面材料の分
離が著しくなる。

第２に回転中における微細な振動は締固め効果を増す。

第３に遠心力締固めによりペースト水がしぼり出される
が遠心力成型コンクリートの圧縮強度は練り混ぜ時のコ
ンクリートの水セメント比に支配される。

但し水セメント比の大きいコンクリート程遠心力締固め
効果が太きい。

なお、遠心力締固めコンクリートの強度と通常の締固め
コンクリートの強度の直接の比較は次の理由から困難で
ある。

第１に遠心力成型供試体は中空円筒形で標準供試体は円
柱形であるから供試体の形状寸法の相違による見かけの
強度に差が生ずる。

実験によれば同一のコンクリートに対し、中空円筒形の
方が円柱形より１０チ程度強度が低下すると云われてい
る。

第２に遠心力成型供試体では成型径内面にレイタンス層
が付く、このレイタンス層までコンクリートの断面積に
入れるかどうかまで強度が異なって（る。

しかしながら、数多くの実験によれば遠心力締固めコン
クリートは通常の締固めコンクリートより２０％程度強
度が大きくなると云われている。

圧縮強度試験 上記の練り混ぜ方法と配合による本発明の鋼繊維混入高
強度コンクリート２でＪＩＳＡ１１３６に規定された中
空円筒形供試体を製作し、６００を万能試験機を用いて
ＪＩＳＡ１１３６による遠心力締固めコンクリートの圧
縮強度試験を行なった。

その結果鋼繊維混入高強度コンクリート２の圧縮強度は
ａ２８＝ １０８７ ｋｇ／ｃｒＡとなり、又上記の練
り混ぜ方法と配合によるもので鋼繊維を混入しないもの
はσ２８＝ ８７５ ｋｇ／ｃｖｔとなった。

これに比し標準供試体の鋼繊維コンクリートではσ２８
−７６７ ｋｇ／ｃｒｒｔとなり鋼繊維を混入しないコ
ンクリートはσ２８−＝ ７５３ ｋｑｌｃ肩となった
。

したがって本発明コンクリートは標準のものより約１．
４倍および１，１５倍の強度が得られることが明らかに
なった。

コンクリート中の鋼繊維分散状態の確認試験鋼繊維混入
高強度コンクリート２によるコンクリート杭を軸方向と
直角に厚さ１ｃｍの環状に切断して幅約２２Ｃｍ高さ６
Ｃｍの供試体２個を製作しさらに軸方向に切断した幅約
２２ｃｍ高さ６ｃＷＬ厚さ１ｃｍの供試体２個を製作し
た。

そしてこれらの供試体のＸ線写真より鋼繊維の分散状態
を調べた結果中空円筒の厚さ方向および長さ方向へ一様
に分散していることが明らかとなった。

又、これらのＸ線写真より粗骨材も一様に分散している
ことが明らかになった。

らせん鋼線４による効果を示すねじり試験外径３００ｍ
ｍ肉厚６０閣長さ１．２ｍの鋼繊維混入高強度コンクリ
ート杭を製作してねじり試験を行なった。

その場合プレストレスは軸方向に配置された６本のアン
ボンドＰＣ鋼棒を用いて１００ｋｇ／ｃｒＡのプレスト
レスを導入した。

ねじり試験の結果ひび割れと同時に急激に破壊すること
が明らかになった。

通常のコンクリート部材においてはひび割れは以後に生
ずる破壊の前兆であり、小さなひび割れ後に荷重の増大
とともに除々にひび割れ幅が大きくなり、これと同時に
変形もひび割れ発生時の数倍に達して破壊に至るもので
ある。

構造部材の急激な破壊は好ましくなくコンクリート杭も
同じである。

このような鋼繊維混入高強度コンクリート杭にトルクを
与えた時の急激な破壊を防止するため例えば直径６ｗｎ
以上の高強度鋼線４をらせん状にして例えばピッチ１０
０脳以下の間隔で密にそう人して遠心力成型した場合に
非常に効果的であることが明らかになった。

すなわち、らせん鋼線４を有しないものと、直径３ｒＩ
ｒｍの鋼線を６０ｒｒａｎピツチでらせん状に入れたも
のと、直径７．４ ｒｒｒｍの異径ＰＣ鋼線（ウルボン
）を１００ｒｒａｎピッチでらせん状に入れたものと、
５０門ピツチでらせん状に入れたもの、さらに１００ｍ
ピッチのらせん筋を２組用いて５０ｍｍピッチにしたも
のの５種類についてねじり試験を行なった結果次表のよ
うになった。

この表に示す通りらせん鋼線４を用いない場合はほぼひ
び割れと同時に破壊しており、φ３門の鉄筋の場合もそ
の効果はほとんど認められないが、高強度鋼線を１００
ｗｎピッチ以下の間隔で密にそう人することにより、ひ
び割れモーメントの上昇はほとんど認められないが、破
壊モーメントはひび割れモーメントの約１．５倍に上昇
していることが明らかになった。

破壊モーメント（最大モーメント）に達するときのねじ
れ角は、ひび割れモーメントのときのねじれ角の５倍以
上になっており、最大モーメントに達した後も急激に強
度が減少することなくねじれ変形の増大とともに除々に
強度が減少する特性を有していることが明らかになった
。

さらに、らせん鋼線４を用いたものはひび割れの間隔が
小さくなり、小さなひび割れが多数生ずる。

この傾向はらせん鋼線４のピッチが１００１１ｒｒｎの
ものより５０ｗｎのものの方が太きい。

この発明は以上の如くしてなり、非常に優れた衝撃強度
とねじり強度を有するらせんつば部３付ＰＣコンクリー
ト杭ａを提供するかららせんつば部の割れや欠けおよび
コンクリート杭のひび割れや破壊の虞れが完全に一掃で
きることになり一工程で無振動、無騒音に行われる基礎
杭打作業が確実かつ能率的に出来るから基礎工事におい
て優れた産業との効果を有するものである。

次に本発明のＰＣらせん杭のねじり貫入試験を行い、打
込み時の貫入トルク、貫入速度、回転速度等の測定を行
った結果を説明する。

杭及び施工概要 （１）杭 上述した配合、プレストレスを備えて製造された本発明
のＰＣらせん杭を下表に示す。

（２）土質 試験地の土質柱状図を第２図Ａ、Ｂに示す。

ＣＬ−７ｍを境として上位は礫混り火山灰、下位は火山
砂であり、ＧＬ−１〜３．５ｍにシルト層を狭んでいる
。

２回目試験地ではＧＬ−５，５ｍ地点でＮ値が５０を越
えている。

（３）施工に用いた主な機械仕様 杭打ちリーダ、日本車輌Ｄ３０８Ｓと発電機デンヨーＤ
ＣＡ２００ＳＳ（防音型）を使用し。

オーガーマシンは三相機材Ｄ８０ＨＰを使用した。

（４）測定方法 計測器仕様を示す。

トルク検出器によりトルクを、回転速度計により回転速
度を、ロードセルにより杭頭荷重を常時測定してマイコ
ン入力し、また、貫入量はテープで測定し１０ｃｍごと
に信号をマイコンに人力した。

回転中の杭のひずみを測定するために、第２図に示した
位置にあらかじめ埋込んでおいたモールドゲージのひず
みを動的ひずみ測定器を介してマイコンに入力した。

これらのデーターは、まとめてカセットコーダーに記録
し、また、測定結果をＸ−Ｙプロッター、プリンターお
よびディスプレイ等により表示した。

試験結果と考察 第３図〜第７図に既述した表による本発明のＰＣらせん
杭をねじり貫入した際に測定した、トルク、杭頭荷重、
貫入時間および貫入速度の測定結果を示す。

貫入トルクは、Ｎ値の直に対応するように増減しながら
漸増し、１２ｍ以後はぼ一定値４．５ｔｆ−ｍに落ちつ
（。

Ｎ値が５０を越れる深度５．５ｍ地点でのトルクの変化
はみられない。

杭頭荷重については深度１ｍ以降では６．２ｔｆの一定
値であった。

深度２．５ｍでの荷重の減少は、トルクが増加したため
故意に荷重を減じたものである。

貫入時間および貫入速度についてＮ値の値に対応するよ
うに、深度が２．５ｍまでは短時間に一定速度で貫入し
、それ以降貫入速度が遅くなり、１２ｍ以後は再び貫入
速度を増して０．４ｍ／ｓに落ちつ（。

回転速度計により測定した回転速度結果は、第１回目で
は８．０回毎分であり、第２回目では１２．０回毎分で
あったが、回転速度の差違による貫入速度の相違はみら
れなかった。

第８図〜第１１図に貫入量と杭断面に埋め込まれたモー
ルドゲージから測定した負荷トルクの関係を示した。

図で示した各貫入深度で抗体が受けるトルクは、いずれ
もＧＬ地点から杭先端にかげて一定の割合で減少してお
り、このことは地盤中の杭に一様に、摩擦力が分布して
いると考えられる。

また、杭打込み時における騒音を、杭打込み地点から５
ｍの場所で測定したところ、６２〜６９ホンであり、主
に発電機の発生音による影響が太きいと思われ、杭打ち
の騒音としては低い値を示し、低振動・低騒音の貫入が
可能であった。

従来提案されている昭和３年実用新案出願公告第１２６
３２号公報、昭和４年実用新案出願公告第１０８８０号
公報および実開昭５１−９８４０７号公報のように鉄筋
を具える又は具えないらせん杭では、次表に示すように
ひび割れねじりモーメントが２ｔ−ｍ以下であって杭の
ねじり貫入応力に耐えられずにひび割れ破壊するもので
あり、実施不可能である。

又特開昭５０−１１１８１３号公報のようにＰＣ鋼線を
軸方向に具えるらせん杭は次表のようにひび割れねじり
モーメントが３．５ｔ−ｍ以下であり、杭のねじり貫入
応力に未だ十分耐えられるものではなくひび割れ破壊の
虞れがあり実施は非常に困難である。

加えて、上述した従来のらせん杭はいずれも強度的な欠
点かららせんつば部の高さが小さくピッチを犬にするこ
とが不可欠であるため、らせん杭のねじり貫入に無理が
あり実施化を一層困難にしている。

従って上述したらせん杭のようにらせん杭のねじり貫入
は未だ理論の域を脱せず、実施化の成功を見ていないの
が実情なのであって、この問題を克服するために出願人
は長年の研究開発を重ねていたがついに実施化に成功し
たものであり次表のようにプレストレス導入、鋼繊維混
入コンクリートによる遠心成型等を複合したことを具え
る本発明によるねじり貫入式らせんパイルのひび割れね
じりモーメントは５．３ｔｓｍ以−トであり、杭のねじ
り貫入応力に十分耐え得るものである。

なお、出願人の実験によればねじり貫入応力に耐え得る
ためには最低４ｔ＠ｍ以上のひび割れねじりモーメント
を必要とする。

さらにいうならば既述した貫入試験で明らかなように、
全長７ｍ、らせんつげ部を含む杭径５０ｃｍ、の犬型杭
であるとともに、らせん部の高さが１０ｃｒＩＬと高（
、ピッチが４３Ｃｒｎと小さいからねじり貫入効率も高
く、Ｎ値の大きい地盤にも貫入可能であり、貫入後の支
持力も在来の打撃工法で打込まれた杭と同様に大きな力
が得られる。

特に本発明で得られるＰＣらせん杭はプレストレス導入
と鋼繊維混入とＰＣらせん鋼線等の複合によってらせん
部分の強度が優れたものになり、らせんつげ部を含むコ
ンクリート部自体を芯となしてねじり込み貫入できるよ
うになした点に優れた特長を有している。

なお、この表は本発明の水セメント比混和剤、減水剤の
配合を用いて試験を行なったものであるから、上述した
従来のらせん杭のひび割れねじりモーメントは２及び３
．５よりもさらに低くなることが推測される。

マタ特開昭５４−３３３１２号公報として降伏点強度５
５υ／ｍａ以上の高強度スパイラル筋を縦筋群の周囲に
配置した鉄筋篭を用いるコンクリート杭が提案されてい
るが、これはらせんつばを有しないＰＣパイルについて
記載されているのであってねじり貫入式ＰＣらせん杭の
実施化を実現するために最も大切ならせんつばについて
同等技術開示がされていない。

しかるにこの発明では上述したとうりらせんつば部の問
題を解消してらせんつば部の高さが１０ｃｍピッチが４
３ｃｍのＰＣらせん杭のねじり貫入に成功したものであ
り、その産業上の効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ＰＣらせん杭の要部を示す一部切欠正面
図、第２図は土質柱状図、第３図〜第１１図は試験デー
タを示す図表である。 １・・・・・・鋼繊維、２・・・・・・高強度コンクリ
ート、３・・・・・・つば部、４・・・・・・ＰＣらせ
ん鋼線、５・曲・ＰＣ鋼線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ らせんつばを有するねじり貫入式ＰＣらせん杭にお
   いて、軸方向のＰＣ鋼線又はＰＣ鋼棒およびＰＣらせん
   鋼線を配設すると共に繊維材を混入したことを特徴とす
   るねじり貫入式ＰＣらせん杭。 ２ ＰＣらせん鋼線のピッチを１００ｒｒｖｎ以下の
   密にそう人することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のねじり貫入式ＰＣらせん杭。 ３ 繊維材が鋼繊維であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載のねじり貫入式ＰＣらせん杭
   。