CN102365409B

CN102365409B - 钢管桩

Info

Publication number: CN102365409B
Application number: CN201080014917.7A
Authority: CN
Inventors: 石滨吉郎; 高木优任; 森安俊介; 西海健二; 菅野良一; 平田尚; 辻井正人; 上田宗一; 松谷吉高; 村益将友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: TWI384107B; AU2010235744B2; HK1163198A1; JP4635114B2; JPWO2010116758A1; MY154167A; WO2010116758A1; SG174509A1; TW201116672A; KR20110132436A; AU2010235744A1; KR101331703B1; CN102365409A

Abstract

一种钢管桩，具备具有圆筒形状的笔直部、和与该笔直部的一端连接并且外径及内径朝向远离上述一端的方向变得尖细的锥部，将上述锥部的大端及小端之间的长度尺寸H1用上述大端的外径尺寸D1除的长径比H1/D1是0.1以上且2.5以下。

Description

钢管桩

技术领域

本发明涉及在港湾构造物、桥梁基础及建筑物的基础等的土木建筑领域中使用的钢管桩。

本申请基于2009年04月10日在日本提出申请的日本特愿2009-095734号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

以往，为了提高桩的外周面的摩擦力，已知有在桩的一端部具有锥状的外周面的摩擦桩、以及具有遍及桩全长的锥状的外周面的摩擦桩(例如，参照专利文献1、2)。

此外，还已知有为了压实地基表层部而将具有锥状的外周面的锥状桩以格子状打入来防止地基的液态化的技术(例如，参照专利文献3)。此外，还已知有为了将负的周面摩擦力除去而使锥状桩贯入到地基中的技术(例如，参照专利文献4)。

此外，还已知有在桩的前端部上设有具有锥状的外周面和封闭的前端的锥体的封端桩(例如，参照专利文献5)。

如上所述，在以往的锥状桩中，以提高桩周面的摩擦力为目的。但是，在以往的锥状桩中，没有将获得桩前端支撑力及减小在桩施工时成为阻力的前端闭塞作为目的。

另外，还已知有为了埋设就地灌注钢筋混凝土桩或已有混凝土桩而使用在前端部具有锥状外周面和锥状内周面的套管的技术(例如，参照专利文献6、7)。

在上述以往的具有锥状外周面和锥状内周面的套管中，以提高桩周面的摩擦力而使桩的垂直载荷支撑力增大、并减少挖掘残土为目的。但是，并没有将获得桩前端支撑力及减小在桩施工时成为阻力的前端闭塞作为目的。

钢管桩根据钢管桩的前端的形状，分类为前端封闭的封端桩、和前端开口的开端桩。本发明的钢管桩分类在开端桩中。

此外，钢管桩分类为摩擦桩和支撑桩。摩擦桩没被打入到支撑层时，主要通过周面摩擦力产生支撑力。此外，支撑桩打入到支撑层中时，主要发挥桩前端部的支撑力。本发明的钢管桩分类在支撑桩中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-3465号公报

专利文献2：日本特开2007-327280号公报

专利文献3：日本特开2008-190116号公报

专利文献4：日本特开昭57-81526号公报

专利文献5：日本特开平8-284160号公报

专利文献6：日本特开2008-297752号公报

专利文献7：日本特开2005-248439号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在使钢管桩打设或贯入到地基中的情况下，例如，如果对钢管桩直接施加载荷而打设，则需要将超过地基阻力的贯入力加载在钢管桩上。

地基阻力一般随着钢管桩的打设深度的增加而变大。在使开端桩贯入到地基中的情况下，如图6A所示，被取入到钢管桩内的土(或含有石块或岩石的土)11堆积在钢管桩内，被钢管桩约束。因此，钢管桩内周面12与被取入到钢管桩内的土11的摩擦力变高，在地基阻力之中，也已知管内周面阻力增加。

到目前为止，提出了以打桩机的能力的增强、及管内周面阻力的减轻为目的的从设置在钢管桩内侧的配管喷射水或喷射压缩空气、或通过螺钻及攫挖机进行的管内的排土等的各种打设辅助方案。

在这些打设辅助方案中，辅助了钢管桩的打设，另一方面，钢管桩的制造成本增大，桩施工工期变长。因此，希望有即使在对钢管桩施行打设辅助方案的情况下也能够降低钢管桩的制造成本及钢管桩的施工成本、能够将总成本抑制得较低的钢管桩。

此外，以往作为在旋转压入施工法中使用的用来提高桩支撑力的钢管桩，已知有具备遍及桩全长的锥状外周面和遍及桩全长的锥状内周面的锥状桩。利用桩的周面摩擦力的桩(摩擦桩)为了贯入到松软地基中而可以做成非常尖细的锥状。但是，在贯入到支撑层中而利用桩前端部的支撑力的桩(支撑桩)中，需要通过振动施工法等使桩前端部贯入到支撑层中。因此，如果将打设到地基中的钢管桩做成以往那样的非常尖的锥状，则桩打入阻力显著地变大，需要进一步提高打桩机的性能。此外，在遍及桩全长将桩加工为锥状的情况下，用于此的加工设备大型化，加工成本显著变高，所以不能经济地制造钢管桩。

因此，以往作为在振动施工法等中使用的钢管桩而使用图7A～7C所示那样的、遍及全长外径为一定且前端开口的钢管桩(笔直钢管桩)10。但是，因为上述理由，没有使用将钢管桩的前端部做成锥状的桩前端开口的钢管桩。

在桩前端开口的开端桩中，在桩前端部是锥状、即桩前端部具有锥状外周面及锥状内周面的情况下，考虑下述(1)及(2)的优点。另外，使用图6B说明这些优点。

(1)如果钢管桩1的前端部是锥状，则能够减少取入到管内的土11的量，所以能够抑制土的密度上升。因此，能够减轻作为钢管桩1的打设阻力的主要原因的、在取入到管内的土11与钢管桩的内周面7之间产生的管内周面阻力。

(2)如果钢管桩1的前端部4是锥状，则被支撑层支撑的钢材部的铅直方向的投影截面积变大。因此，如图6B所示，通过高效率地承受来自钢管桩前端部的周围的土(或含有石块或岩石的土)14的反作用力(及约束力)而稳定。因而，能够使能够获得的桩前端支撑力变大。这里，钢管桩前端部的周围的土15的钢管外侧的土(或含有石块或岩石的土)13被向适当的方向压缩。此外，将来自钢管桩的前端部的周围的土(或含有石块或岩石的土)14的反作用力使用图6B中的箭头表示。

本发明者们发现，在振动施工法、打击施工法、压入施工法、旋转压入施工法等的各施工法中，能够使用具有锥状的桩前端部的钢管桩。进而，本发明者们发现，即使将具有锥状的桩前端部的钢管桩打设到地基中，地基阻力也被减轻而施工性提高，完成了本发明。

除了上述认识以外，本发明者们着眼于桩前端部缩径的比率(缩径率)、和锥状的桩前端部(锥部)的桩长度方向的长度与桩前端部的最大外径的比率(长径比)。所以，本发明者们为了对桩前端部受到的地基阻力调查，实施了打设桩的施工实验及对打设的桩施加铅直载荷的支撑力实验。结果，通过上述的桩前端部缩径的比率、和锥状的桩前端部的桩长度方向的长度与桩前端部的最大外径的比率的两个参数得到了钢管桩前端部受到的地基阻力变化的认识。本发明者们发现，通过使用具有将这些参数限制在规定的范围中的桩前端部(锥部)的钢管桩，与使用遍及全长外径为一定的笔直的钢管的开端桩的情况相比，总的地基阻力被减轻，施工性提高。进而，本发明者们发现，在较硬的支撑层中，上述锥部承担地基阻力，所以支撑力提高，完成了本发明。

本发明的目的是提供一种能够得到桩前端支撑力、能够减小桩施工时的阻力、能够在振动施工法等的各种施工法中使用的钢管桩。

用于解决技术问题的技术方案

本发明为了解决上述技术问题，采用了以下的技术方案。

(1)本发明的钢管桩，具备：笔直部，具有圆筒形状；以及锥部，与该笔直部的一端连接，并且外径及内径朝向远离上述一端的方向变得尖细；将上述锥部的大端及小端之间的长度尺寸H1用上述大端的外径尺寸D1除的长径比H1/D1是0.1以上且2.5以下。

(2)上述(1)所述的钢管桩也可以是，将上述小端的外径尺寸D2用上述大端的D1除的缩径率D2/D1是0.70以上且0.95以下。

(3)上述(1)或(2)所述的钢管桩也可以是，上述锥部的整体是贯入到地基的支撑层中的贯入部。

(4)上述(1)或(2)所述的钢管桩也可以是，将上述锥长度H1与上述笔直部的长度尺寸H2的和、即合计长度尺寸L用上述锥部的上述长度尺寸H1除的比是0.01以上且0.1以下。

(5)上述(1)或(2)所述的钢管桩也可以是，上述大端的上述外径尺寸D1是600mm以上且3000mm以下。

发明效果

上述(1)所述的钢管桩中，具有锥状外周面及锥状内周面的锥部的桩长度方向的长度H1与锥部的大端的外径尺寸D1的比率是0.1～2.5的范围。因此，在将上述(1)所述的钢管桩打设到地基中的情况下，与笔直钢管桩相比能够提高施工性。进而，在使上述(1)所述的钢管桩贯入到支撑层等中的情况下，与笔直钢管桩相比能够提高桩前端支撑力。

上述(2)所述的钢管桩中，作为锥部的前端(小端)的外径D2与锥部的大端的外径尺寸D1的比率的缩径率D2/D1是0.70～0.95的范围。因此，上述(2)所述的钢管桩与笔直钢管桩相比能够减轻桩施工时的施工阻力、显著提高桩前端支撑力。

上述(3)所述的钢管桩中，锥部的整体是贯入到支撑层中的贯入部，所以与桩外径及钢管桩的板厚t相同的笔直钢管桩相比，作为钢管桩基础的桩前端支撑力提高。

上述(4)所述的钢管桩中，锥部的桩长度方向的长度与钢管桩全长的比率H1/L是0.01以上0.1以下，所以在实用上，与桩外径及钢管桩的板厚t相同的笔直钢管桩相比，能够减轻地基贯入时的桩施工阻力，提高支撑层贯入时的桩前端支撑力。

上述(5)所述的钢管桩中，锥部的大端的外径尺寸D1是至少600mm，所以在使锥部贯入到支撑层中的情况下，锥部的外周面的面积和受支撑层支撑的钢管桩的铅直方向的投影截面积变大，能够提高可获得的桩前端支撑力。

附图说明

图1A是表示有关本发明的一实施方式的具有锥部的钢管桩的主视图。

图1B是表示有关本发明的一实施方式的具有锥部的钢管桩的纵剖视图。

图1C是表示有关本发明的一实施方式的具有锥部的钢管桩的图1B的a-a截面的向视图。

图1D是表示有关本发明的一实施方式的具有锥部的钢管桩的图1B的b-b截面的向视图。

图2是表示锥长度H1与笔直部的桩外径D1的比率H1/D1、和相对于笔直钢管桩的施工阻力比的关系的曲线图。

图3是表示缩径率D2/D1与相对于笔直钢管桩的施工阻力比的关系的曲线图。

图4是表示缩径率D2/D1与相对于笔直钢管桩的前端支撑力比的关系的曲线图。

图5是表示锥长度H1与笔直部的桩外径D1的比率H1/D1、与相对于笔直钢管桩的前端支撑力比的关系的曲线图。

图6A是在使笔直钢管桩贯入到地基中的情况下产生的地基阻力的说明图。

图6B是在使具有锥部的钢管桩贯入到地基中的情况下产生的地基阻力的说明图。

图7A是表示作为比较例的笔直钢管桩的主视图。

图7B是表示作为比较例的笔直钢管桩的纵剖视图。

图7C是表示作为比较例的笔直钢管桩的横剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。

在图1A～1D中，表示有关本发明的一实施方式的具有锥部的钢管桩1。

本发明的具有锥部的钢管桩1通过振动施工法等的适当的施工法打设。该钢管桩1由中空的笔直部8和中空的锥部4构成。笔直部8具有一定的桩外径和筒形状。锥部4具有连接在笔直部8的端面上的大端(大径侧端部)5和开口的小端(小径侧端部)6。此外，锥部4的内径和外径都从大端5朝向小端6逐渐减小。即，在锥部4(前端部)，设有从锥部4与笔直部8的边界(大端5)朝向锥部4的前端(小端6)在桩长度方向上逐渐缩径的锥状外周面2及锥状内周面3。另外，钢管桩1为了抵抗更大的水平力及力矩，也可以在钢管桩1的头部上连接比笔直部8的桩外径大的直径的钢管。此外，在本实施方式中，对笔直部8的桩外径与锥部4的大端5的外径相等的情况进行说明。

锥状外周面2及锥状内周面3的桩长度方向的截面形状既可以如图1B所示那样是直线状(平面)，虽然省略了图示，但也可以是曲线状(曲面)。此外，锥状外周面2及锥状内周面3的桩长度方向的截面形状既可以是从桩中心轴在半径方向上朝向外侧凸(在半径方向上朝向内侧凹)，也可以是从桩中心轴在半径方向上朝向内侧凸(在半径方向上朝向外侧凹)。此外，锥状外周面2及锥状内周面3也可以在桩长度方向上以逐级状缩径。但是，为了便宜地制造钢管桩1、并在桩长度方向上形成连续的截面，锥状外周面2及锥状内周面3优选的是直线状或曲线状。

在图1A～1D的一实施方式中，锥部4的锥状外周面2的桩长度方向的长度(锥长度，大端5与小端6之间的距离)H1与笔直部(外径为一定的定常部)8的桩外径D1(大端的外径D1)之间的比率(H1/D1，将锥部4的桩长度方向的长度H1用桩外径D1除的长径比)是0.1以上2.5以下。同样，锥部4的锥状内周面3的桩长度方向的长度H1与桩外径D1的比率(长径比)H1/D1是0.1以上2.5以下。作为锥部4的前端(小端)6的外径(前端外径)D2与笔直部8的桩外径D1之间的比率的缩径率(D2/D1，将小端的前端外径D2用笔直部的桩外径D1除的缩径率)优选的是0.70以上0.95以下。该缩径率D2/D1是钢管桩前端的缩径率。另外，在本实施方式中，在锥部4的桩长度方向(桩轴方向)的长度H1、锥部4的前端(小端)6的外径D2、笔直部8的桩外径D1、和锥角θ之间，有下述(1)式的关系。

tanθ＝(D1-D2)/2H1…(1)

另外，使长径比H1/D1的范围在0.1～2.5中变化、使缩径率D2/D1的范围在0.70～0.95中变化时的锥角θ的范围相当于0.57°～56.31°。

如上所述，将锥状外周面2及锥状内周面3的桩长度方向的长度(锥长度)H1与桩外径D1的比率(长径比)H1/D1设定在0.1以上2.5以下的范围中。此外，将锥部4的前端(小端)6的外径D2与笔直部8的桩外径D1的比率、即缩径率D2/D1作为优选的范围而设定在0.70以上0.95以下的范围中。参照图2至图5对决定这些范围的理由进行说明。

图2是表示锥部4的锥长度H1与笔直部8的桩外径D1的比率(长径比)H1/D1、与相对于笔直钢管桩的施工阻力比的关系的曲线图。此外，图3是表示锥部4的缩径率D2/D1与相对于笔直钢管桩的施工阻力比的关系的曲线图。在图2及图3中，为了求出施工阻力比，对作为本发明的上述实施方式的具有锥部的钢管桩1、和作为比较例的图7A～7C所示的笔直钢管桩10进行使用了试验地基(土槽)的打设试验(比较试验)，求出这些钢管桩达到支撑层为止的施工阻力。施工阻力比是具有锥部的钢管桩1的施工阻力相对于笔直钢管桩10的施工阻力的比率。另外，图2中的缩径率D2/D1是0.9，图3中的长径比(锥部长径比)H1/D1是0.8。这里，在使用与图2不同的缩径率D2/D1的钢管桩1测量施工阻力的情况下，长径比H1/D1与施工阻力比的相关关系与图2所示的相关关系是同样的。此外，在使用与图3不同的长径比H1/D1的钢管桩1测量施工阻力的情况下，缩径率D2/D1与施工阻力比的相关关系与图3所示的相关关系是同样的。以下，对图2及图3依次说明。

在图2中，对于作为本发明的上述实施方式的具有锥部的钢管桩1，将锥部4的桩长度方向的长度H1与笔直部8的桩外径D1的比率(长径比)H1/D1作为横轴而使其变化，将作为具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直钢管桩10的施工阻力的比率的施工阻力比作为纵轴表示。由图2可知，具有锥部的钢管桩1的施工阻力比随着锥部4的长度的变化而描绘向下凸的曲线。此外，在长径比H1/D1非常小的情况下，可知具有锥部的钢管桩1的施工阻力比接近于比较例的笔直钢管桩10的施工阻力比(即，施工阻力比是1)。同样，在长径比H1/D1非常大的情况下，可知具有锥部的钢管桩1的施工阻力比接近于比较例的笔直钢管桩10的施工阻力比。

另外，在本发明中，桩的施工阻力是在将桩向地基(地层)施工(贯入施工)时，在桩达到支撑层的施工中作用的负荷(地基阻力)。此外，施工阻力比是将比较例的笔直桩10的施工阻力设为1.0的情况下的具有锥部的钢管桩1的施工阻力。即，将施工阻力比定义为具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直桩10的施工阻力的比率。该施工阻力比与施工速度具有负的相关关系。即，在以规定的输出(机械输出)施工的情况下，通过使施工阻力比降低，施工速度增加。因此，能够缩短工期、降低施工成本。此外，在以规定的期间(工期)施工的情况下，通过使施工阻力比降低，施工所需要的输出降低，能够将在施工中使用的机械改变为更低的能力(输出)的机械，从而降低施工成本。因而，通过使施工阻力比降低，能够根据施工的要求灵活地选择工期和施工机械。另外，如果考虑制造具有锥部的钢管桩1的成本(或能量)，则需要使施工阻力至少降低10％以上。

由图2可知，当长径比H1/D1是0.1时，施工阻力比是0.9，同样，当长径比H1/D1是1时，施工阻力比是0.7，当长径比H1/D1是2.5时，施工阻力比是0.9。因而，在长径比H1/D1为0.1～2.5的范围中，具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直钢管桩10的施工阻力相比降低10％。此外，在长径比H1/D1为0.4～1.7的范围中，具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直钢管桩10的施工阻力相比降低20％。

因而，为了使施工阻力降低10％以上，需要将长径比H1/D1设定为0.1～2.5的范围。在此情况下，锥部4的桩长度方向(桩轴方向)长度是桩外径D1的长度的0.1倍～2.5倍。此外，为了使施工阻力降低20％以上，优选的是将长径比H1/D1设定在0.4～1.7的范围中。在此情况下，锥部4的桩长度方向(桩轴方向)长度是桩外径D1的长度的0.4倍～1.7倍。如果将上述范围的长径比H1/D1的具有锥部的钢管桩1打设到地基中，则地基阻力被减轻，施工性提高。

此外，在图3中，对于本实施方式的具有锥部的钢管桩1，将锥部4的前端(小端)6的外径D2与笔直部8的桩外径D1的比率、即缩径率D2/D1作为横轴而使其变化，将具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直钢管桩10的施工阻力的比率、即施工阻力比作为纵轴表示。

根据图3，在本实施方式的具有锥部的钢管桩1中，在缩径率D2/D1是0.7时，施工阻力比是0.9，在缩径率D2/D1是0.95时，施工阻力比是0.9。此外，在缩径率D2/D1为0.70～0.95的范围中，施工阻力比是0.9以下。进而，在缩径率D2/D1为0.80～0.94的范围中，施工阻力比是0.8以下。即，在该缩径率D2/D1为0.80～0.94的范围中，具有锥部的钢管桩1的施工阻力与比较例的笔直钢管桩10的施工阻力相比降低到80％左右以下。根据以上情况，为了使施工阻力降低10％以上，缩径率D2/D1优选的是0.70～0.95的范围。此外，为了使施工阻力降低约20％，更优选的是将缩径率D2/D1设定在0.80～0.94的范围中。

此外，在施工中使用的机械(机械的级别)根据施工空间及通常在施工中需要的输出(或压入力)而选择。在表1中，作为一例，表示在一般的振动施工法中使用的振动打桩锤的输出、和在将钢管桩的施工阻力比(施工载荷)削减20％及25％的情况下需要的振动打桩锤的输出。根据表1，如果将钢管桩的施工阻力比削减20％，则能够将振动打桩锤的输出可靠地降低1个级别。此外，如果将施工阻力比削减25％，则能够将振动打桩锤的输出可靠地降低1个级别以上。

[表1]

因而，更优选的是将钢管桩的施工阻力比降低20％以上。即，长径比H1/D1的更优选的范围是0.4以上1.7以下。此外，缩径率D2/D1的更优选的范围是0.80以上0.94以下。

此外，在表2中，作为一例而表示在一般的旋转压入施工法中使用的机械压入力、和在将钢管桩的施工阻力比(施工载荷)削减25％的情况下需要的机械的压入力。根据表2，如果将钢管桩的施工阻力比削减25％，则能够将机械的压入力可靠地降低1个级别。

[表2]

因而，最优选的是将钢管桩的施工阻力比降低25％以上。即，长径比H1/D1的最优选的范围是0.5以上1.4以下。此外，缩径率D2/D1的最优选的范围是0.85以上0.93以下。另外，例示了表1及表2所示的一般的施工机，但对钢管桩1进行施工的机械并不仅限于表1及表2的施工机。

如上所述，在本实施方式的具有锥部的钢管桩1中，根据桩前端部(锥部)4的缩径的比例、即缩径率D2/D1、和锥部4的长度方向的长度H1与笔直部8的桩外径D1的比率、即长径比H1/D1的两个参数，钢管桩前端部受到的施工阻力(地基阻力)较大地变化。此外，如果缩径率D2/D1和长径比H1/D1是规定的范围，则与作为开端桩的笔直钢管桩10相比，总的施工阻力(地基阻力)被减轻，施工性提高。

此外，图4是表示锥部4的缩径率D2/D1(横轴)与相对于笔直钢管桩的前端支撑力比(纵轴)的关系的曲线图。图5是表示锥部4的锥长度H1与笔直部的桩外径D1的比率H1/D1(横轴)、与相对于笔直钢管桩的前端支撑力比(纵轴)的关系的曲线图。前端支撑力比是设比较例的笔直钢管桩10的前端支撑力为1.0的情况下的具有锥部的钢管桩1的前端支撑力。即，前端支撑力比是具有锥部的钢管桩1的前端支撑力与比较例的笔直钢管桩10的前端支撑力的比率。为了确保钢管桩的前端支撑力，具有锥部的钢管桩1和比较例的笔直钢管桩10都需要贯入到作为支撑层使用的层中至少桩外径D1的1倍以上的长度。这里，作为支撑层使用的层是一般在根据标准贯入试验(例如由JISA1219规定的试验方法)求出的N值在含有砂、砂石层及岩石的地基中为30以上、在粘土地基中为10以上的地基。另外，图4中的长径比H1/D1是1.0，图5中的缩径率D2/D1是0.9。这里，在使用与图4不同的长径比H1/D1的钢管桩1测量施工阻力的情况下，缩径率D2/D1与施工阻力比的相关关系与图4所示的相关关系是同样的。此外，在使用与图5不同的缩径率D2/D1的钢管桩1测量施工阻力的情况下，长径比H1/D1与施工阻力比的相关关系与图5所示的相关关系是同样的。

这里，为了制造具有锥部的钢管桩1而需要的成本比制造笔直钢管桩10的成本高约10％。即，锥部4的加工成本是笔直钢管桩的制造成本的约10％。此外，如果将前端支撑力比(对于铅直载荷的抵抗性能)提高10％，则能够将为了支撑规定的载荷而需要的钢管桩的根数降低10％。在此情况下，能够将钢管桩的材料成本削减10％。因此，优选的是将前端支撑力比确保至少10％以上。通过使前端支撑力比进一步提高，能够减少桩的使用根数。

如图4所示，在本实施方式的具有锥部的钢管桩1中，在缩径率D2/D1是0.70时，前端支撑力比是1.3以上，在缩径率D2/D1是0.95时，前端支撑力比是1.1以上。因而，在缩径率D2/D1为0.70～0.95的范围中，前端支撑力比上升到1以上(特别是10％以上)。此外，在具有锥部的钢管桩1中，在缩径率D2/D1为0.80～0.90的范围中，前端支撑力是1.40以上。这样，在缩径率D2/D1为0.80～0.90的范围中，具有锥部的钢管桩1与比较例的笔直钢管桩10相比，前端支撑力提高40％以上。根据以上情况，为了使具有锥部的钢管桩1的桩前端支撑力比笔直钢管桩10的桩前端支撑力增加10％以上，缩径率D2/D1优选的是0.70以上0.95以下。更优选的缩径率D2/D1的范围是0.80～0.90。

此外，如图5所示，在长径比H1/D1是0.3时，前端支撑力比是约1.2，在长径比H1/D1是2.5时，前端支撑力比是1.1，在长径比H1/D1是1.0时，前端支撑力比是1.4。因而，为了使具有锥部的钢管桩1的桩前端支撑力比笔直钢管桩10的桩前端支撑力增加10％以上，长径比H1/D1优选的是0.3以上2.5以下。

另外，如果将长径比H1/D1减小、使缩径率D2/D1变大，则能够抑制在锥部4的加工(特别是塑性加工)中需要的成本。因此，优选的是设定长径比H1/D1的上限，并设定缩径率D2/D1的下限。

在具有锥部的钢管桩1中，在研究施工阻力比及桩前端支撑力比这两者的情况下，长径比H1/D1的上限至少是2.5，优选的是1.7，最优选的是1.4。此外，长径比H1/D1的下限至少是0.1，优选的是0.3，更优选的是0.4，最优选的是0.5。同样，缩径率D2/D1的下限优选的是0.70，更优选的是0.80，最优选的是0.85。进而，缩径率D2/D1的上限优选的是0.95，更优选的是0.94，更加优选的是0.93，最优选的是0.90。

因而，如果综合考虑施工阻力比的降低及桩前端支撑力比的提高，则最优选的长径比H1/D1的范围是0.5～1.4、最优选的缩径率D2/D1的范围是0.85～0.90。

这里，在制作上述图2～图5的各曲线图的基础上，对在试验中使用的具有锥部的钢管桩1的尺寸进行说明。在将处于钢管桩1的基端侧的笔直部8的桩外径D1设定为100mm的情况下，钢管桩1的板厚t是4.2mm。此外，在将处于钢管桩1的基端侧的笔直部8的桩外径D1设定为76mm的情况下，钢管桩1的板厚t是2.8mm。此外，在图1A或图1B中，将锥状外周面2及锥状内周面3的桩长度方向的长度H1与桩外径D1(笔直部8的外径)的比率(长径比)H1/D1设定为0.1～2.5。

此外，关于在试验中使用的比较例的笔直钢管桩10的尺寸，桩外径D1是100mm，钢管桩的板厚t是4.2mm。

具有锥部的钢管桩1优选的是使包括锥状内周面3或锥状外周面2的锥部4的整体贯入到支撑层中。在将具有锥部的钢管桩1打设到地基中的情况下，与将笔直钢管桩10打设到地基中的情况相比，能够降低施工阻力而高效率地施工。进而，通过如上述那样使锥部4的整体贯入到支撑层中，与桩外径D1及钢管桩的板厚相同的笔直钢管桩10的桩前端支撑力相比，具有锥部的钢管桩1的桩前端支撑力提高。因此，能够减小桩的施工期间及桩的打设根数，能够构建较为经济的钢管桩基础。

具有锥部的钢管桩1优选的是制造为，使锥部4的桩长度方向的长度(锥长度)H1与钢管桩的全长(笔直部8的长度H2和锥部4的锥长度H1的合计)L的比率H1/L为0.01以上0.1以下的范围。如果锥部4的桩长度方向的长度H1比钢管桩的全长L的10分之1(0.1倍)长，则每1根桩的锥部4的加工范围变长，所以桩的加工成本较大，是不经济的。此外，如果锥部4的桩长度方向的长度H1比钢管桩的全长L的100分之1(0.01倍)短，则桩的周面从地基受到的摩擦阻力的绝对值变大，所以上述施工阻力的降低效果变小。因此，优选的是将具有锥部的钢管桩1设为，使锥部4的桩长度方向的长度H1相对于钢管桩的全长L的比率是0.01以上0.1以下。而且，优选的是决定锥部4的形状，以使锥部4的桩长度方向的长度H1与笔直部8的桩外径D1的比率(长径比)H1/D1是0.1～2.5的范围、并且锥部4的外径D2与笔直部8的桩外径D1的比率(缩径率)D2/D1为0.70～0.95的范围。

此外，在具有锥部的钢管桩1中，笔直部(直线状部)8的桩外径D1是至少为600mm即可。在使锥部4贯入在支撑层中的情况下，桩径越大，则锥部4的外周面的面积越大，受支撑层支承的面积及来自支撑层的反作用力(及约束力)越大。因此，具有锥部的钢管桩1的桩外径D1优选的是600mm以上。进而，如果考虑到作为桩的用途及经济性，则桩外径D1也可以是3000mm以下。除此以外，为了确保钢管桩的强度并削减材料成本及施工成本，具有锥部的钢管桩1的笔直部8的板厚(肉厚)t优选的是6mm以上30mm以下。同样，考虑到制造时的加工性或经济性，锥部4的板厚t’和笔直部8的板厚t也可以相同。在此情况下，锥状外周面2与具有一定的桩外径D1的笔直部8的桩外周面9无阶差地连接。同样，锥状内周面3与笔直部8的桩内周面7无阶差地连接。此外，由于与笔直部8相比在施工时及施工后受到更大的负荷，所以锥部4的板厚t’也可以比笔直部的板厚t大。具体而言，锥部4的板厚t’优选的是6mm以上40mm以下。在此情况下，锥状外周面2与笔直部8的桩外周面9并不一定一致。此外，锥状内周面3与笔直部8的桩内周面7并不一定一致。

在施工上述具有锥部的钢管桩1的情况下，可以适当通过公知的施工方法进行施工。例如，也可以通过振动施工法、打击施工法、压入施工法、旋转压入施工法或其他的适当桩施工方法将钢管桩1打设施工到地基中。

作为上述的在前端部具有锥部的钢管桩的制造方法，可以使用以下的方法。即，也可以通过冷弯成形或冷压成型制造钢管桩、以使1根钢管的前端部形成锥部。此外，也可以将锥状的短管的大端面焊接到笔直钢管的端面上而制造具有锥部的钢管桩。这里，通过将扇状的带钢板用冷弯成形加工为锥状、将锥加工后的带钢板的两侧缘部用焊接接合，能够制造锥状的短管。在此情况下，加工扇状的带钢板，以使锥状的短管的大端部的外径与笔直钢管的外径大致相同。此外，也可以将钢管的前端部塑性加工而制造具有锥部的钢管桩。

产业上的可利用性

能够提供可获得桩前端支撑力、可减小桩施工时的阻力、可减小在桩施工时作为阻力的桩前端的闭塞的钢管桩。

标记说明

1钢管桩(具有锥部的钢管桩)

2锥状外周面

3锥状内周面

4锥部(前端部)

5大端(大径侧端部)

6小端(前端、小径侧端部)

7桩内周面

8笔直部(外径为一定的恒定部)

9桩外周面

10笔直钢管桩

11被取入到钢管桩内的土(或含有石块或岩石的土)

12桩内周面

13钢管外侧的土(或含有石块或岩石的土)

15钢管桩前端部的周围的土(或含有石块或岩石的土)

Claims

1.一种钢管桩，其特征在于，具备：

笔直部，具有圆筒形状；以及

锥部，与该笔直部的一端连接，并且外径及内径朝向远离上述一端的方向变得尖细，该锥部的前端开口；

将上述锥部的大端及小端之间的长度尺寸H1用上述大端的外径尺寸D1除的长径比H1/D1是0.1以上且2.5以下；

将上述小端的外径尺寸D2用上述大端的上述外径尺寸D1除的缩径率D2/D1是0.70以上且0.95以下。

2.如权利要求1所述的钢管桩，其特征在于，

上述锥部的整体是贯入到地基的支撑层中的贯入部。

3.如权利要求1所述的钢管桩，其特征在于，

将上述锥部的上述长度尺寸H1用上述锥长度H1与上述笔直部的长度尺寸H2的和、即合计长度尺寸L除的比是0.01以上且0.1以下。

4.如权利要求1所述的钢管桩，其特征在于，

上述大端的上述外径尺寸D1是600mm以上且3000mm以下。