CN117813430A - 旋转贯入钢管桩、该旋转贯入钢管桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转贯入钢管桩、该旋转贯入钢管桩的施工方法，其中，旋转贯入钢管桩以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，能够充分发挥支承力且能够降低成本。本发明的旋转贯入钢管桩(1)以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，具有设置于桩前端附近的大致螺旋状的一圈的最下级翼(3)、和在最下级翼(3)的上方以多级且以翼径的1.25～7.5倍的范围内的恒定间隔设置的一圈的上级翼(5)，最下级翼(3)的外径大于上级翼(5)的外径，且设定为桩径的1.5～3倍，上级翼(5)的外径小于最下级翼(3)的外径，且是桩径的1.6倍以下，上级翼(5)的螺距设定为与最下级翼(3)的螺距相同。

Description

旋转贯入钢管桩、该旋转贯入钢管桩的施工方法

技术领域

本发明涉及在地基中以旋转的方式进行施工的钢管桩，特别涉及以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置的旋转贯入钢管桩以及该旋转贯入钢管桩的施工方法。

背景技术

在支承层存在于地下深处(例如深度30m以上)、且存在中间层(例如地下10～20m处且N值为5～30左右)的情况下，为了减少桩的材料费、施工费，大多使用利用作用于桩体的外周面的来自地基的摩擦阻力进行支承的机构的所谓的摩擦桩。

这样的摩擦桩由于每根桩的支承力小，若由钢管形成则无法充分发挥其材料强度，在经济性上大多不如混凝土桩。

因此，往往在钢管的外周面设置多个翼，来增加支承力(表观摩擦力)并充分发挥钢材的材料强度。作为其代表性的现有技术，公开在专利文献1和专利文献2中。

专利文献1中公开的钢管桩在桩外周面断续地配置有多个螺旋叶片，该螺旋叶片在桩外周面呈螺旋状形成为至少1周以上。

另外，专利文献2中公开的钢管桩断续地设置有一圈的螺旋状的叶片。

专利文献1：日本特开2012-136823号公报

专利文献2：日本特开2003-074057号公报

专利文献1的钢管桩由于各螺旋叶片形成为1周以上的螺旋状，因此支承力变大，但翼的材料费和安装费不得不变高。

另一方面，专利文献2的钢管桩的螺旋状的叶片是1周，因此在成本方面能够低于专利文献1，但存在容易产生打滑的问题。因此，为了以与专利文献1同样的方式被实用，也需要所设置的叶片的直径(翼径)为钢管直径的2倍左右，从而即使是断续的，也成为成本高的桩。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种旋转贯入钢管桩、该旋转贯入钢管桩的施工方法，其中，该旋转贯入钢管桩以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，能够充分发挥支承力且能够降低成本。

(1)本发明的旋转贯入钢管桩以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，其特征在于，

具有设置于桩前端附近的大致螺旋状的一圈的最下级翼、和在该最下级翼的上方以多级且以翼径的1.25～7.5倍的范围内的恒定间隔设置的一圈的上级翼，

上述最下级翼的外径大于上述上级翼的外径，且设定为桩径的1.5～3倍，

上述上级翼的外径小于上述最下级翼的外径，且是桩径的1.6倍以下，

上述上级翼的螺距设定为与上述最下级翼的螺距相同。

(2)本发明的旋转贯入钢管桩的施工方法是上述(1)所记载的旋转贯入钢管桩的施工方法，其特征在于，

以每旋转1圈的贯入量与最下级翼的螺距相同的方式，一边调整从打桩机对桩施加的向下压入力一边进行旋转贯入。

本发明的旋转贯入钢管桩通过在桩前端具有直径比上级翼大的最下级翼，即使是停止于中间层的桩，也能够确保较大的铅垂支承力。

另外，通过将翼径为桩径的1.6倍以下的多个上级翼以考虑了其直径和安装间隔的方式配置于最下级翼的上方，能够确保较大的摩擦阻力，并且抑制安装成本。

另外，通过使最下级翼与上级翼的螺距相同，能够抑制上级翼周边的地基的软化，能够确保可靠的摩擦阻力。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的旋转贯入钢管桩的说明图。

图2是对图1所示的旋转贯入钢管桩的作用进行说明的说明图。

图3是表示用于决定本发明的一个实施方式的旋转贯入钢管桩中的上级翼的翼间隔与翼径的关系的实验结果的图表。

具体实施方式

本实施方式的旋转贯入钢管桩1以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，具有设置于桩前端附近的大致螺旋状的一圈的最下级翼3、和在最下级翼3的上方以多级设置的上级翼5。

以下，对各结构详细地进行说明。

＜用途＞

如上述那样，本实施方式的旋转贯入钢管桩1是以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置的所谓的摩擦桩。

这样的摩擦桩被施工在支承层的深度较深(例如深度30m以上)且存在中间层(例如地下10～20m处且N值为5～30左右)的地基中。

此外，将桩前端打桩设置到支承层并由支承层进行支承的前端支承桩一般使前端停止于通常N值约为30以上的地层中，其用途与本发明的旋转贯入钢管桩1不同。

＜最下级翼＞

最下级翼3是设置于桩前端附近的大致螺旋状的一圈的翼。

最下级翼3的外径大于上级翼的外径，且设定为桩径的1.5～3倍。

桩前端附近包括作为桩主体部的钢管7的前端面或前端附近的钢管7的外周。

大致螺旋状的翼是指螺旋状或形状近似螺旋状且与螺旋状翼同样地具有旋入作用的翼。例如，包括将2个对开圆环状平板串联连接并构成为一个接近螺旋的形状的翼等。

将最下级翼3的外径设为桩径的1.5～3倍的理由如下。

根据发明人目前为止经历过的旋转贯入桩的施工实绩，若低于桩径的1.5倍则容易产生所谓的打滑(每旋转1圈的贯入量变得极小的空转现象)。另外，若超过约3倍，则旋转贯入时的扭矩变得过大，超过桩体的允许扭转扭矩、打桩机的旋转能力。另外，也举出若超过3倍，则作为针对扭矩上升的应对，需要增加翼的板厚，由此，应力集中、焊接变得困难。

＜上级翼5＞

上级翼5是在最下级翼3的上方以多级设置的大致螺旋状的一圈的翼。

多级的上级翼5中的翼间的间隔被设定为翼径的1.25～7.5倍的范围内的恒定间隔。

上级翼5的外径小于最下级翼3的外径，且为桩径的1.6倍以下，上级翼5的螺距被设定为与最下级翼3的螺距相同。

上级翼5以多级设置一圈翼，成为断续的翼，但这样做的理由是因为考虑到了安装成本。

即，连续安装虽会使施工时的贯入性能、使用时的支承力变大，但安装费用要多数倍，因此重视了安装成本。

基于图2来说明将多级的上级翼5的翼间的间隔设定为翼径的1.25～7.5倍的范围内的恒定间隔的理由。

本发明的铅垂支承力是作用于最下级翼3下表面的向上的地基反作用力(这里，为了方便称为＜前端支承力＞)、和多个上级翼5带来的支承力(这里，为了方便称为＜摩擦阻力＞)这两种支承力合成而得到的力。

前端支承力的大小与对地基的强度(硬度)乘以最下级翼3的面积而得的值大致成比例，因此在应用于地基不太硬的地基的本发明中，翼面积最好大。因此，最下级翼3的外径为桩径的1.5倍以上。

另外，关于摩擦阻力，图2所示的各个上级翼5的承压阻力之和、和以上级翼5的外径为圆周的圆筒体(用虚线表示)的地基的剪切阻力中较小的值成为摩擦阻力。

承压阻力之和、和剪切阻力中哪一个变大根据地基的土质、硬度稍有变化，但根据发明人的研究，知晓了若将上级翼5的翼间隔除以上级翼5的翼径而得到的(翼间隔/翼径)值不足1.25，则圆筒体侧面的剪切阻力比上级翼5的承压阻力之和小很多。

因此，翼间隔/翼径优选为1.25以上。

另一方面，若翼间隔/翼径超过7.5，则层厚受限的中间层中的翼的安装个数变少，因此承压阻力之和比圆筒侧面的剪切阻力小很多。

据此，将翼间隔/翼径设定为1.25～7.5，由此变得均衡且能够表现出较大的摩擦阻力。

此外，关于翼间隔/翼径优选为1.25以上这点，通过后述的实施例进行证实。

另外，上级翼5的外径设定为钢管直径的1.6倍以下的理由如下。

上级翼5的截面积与直径的平方成比例地增加，因此材料费也与平方成比例地增加。

另一方面，上级翼5带来的支承力不与直径的平方成比例。因此，增大设置成多级的上级翼5的直径变得不经济。若对它们进行综合判断，则上级翼5的外径优选为钢管直径的1.6倍以下。

上级翼5的螺距(上级翼5旋转1周而前进的螺旋直角方向的距离)设定为与最下级翼3的螺距(最下级翼3旋转1周而前进的螺旋直角方向的距离)相同的理由如下。

旋转贯入钢管桩1在旋转贯入时，欲以其每旋转1圈的贯入量接近外径较大的最下级翼3的螺距的值进行贯入。此时，若上级翼5的螺距与最下级翼3不同，则需要进一步增大旋转贯入钢管桩1的旋转所需的扭矩。另外，由于会更多地扰乱上级翼5周边的地基，因此上级翼5周边的支承力减少。换言之，若上级翼5的螺距与最下级翼3相同，则旋转贯入钢管桩1的旋转所需的扭矩变小，另外，扰乱上级翼5周边的地基的情况变少，上级翼5周边的支承力减少。

根据以上那样构成的本实施方式的旋转贯入钢管桩1，能够起到以下效果。

通过在桩前端配置直径较大的最下级翼3，从而即使是停止于中间层的桩，也能够确保较大的铅垂支承力。

另外，通过将翼径为桩径的1.6倍以下的多个上级翼5以考虑了其直径和安装间隔的方式配置于最下级翼3的上方，能够确保较大的摩擦阻力，并且抑制安装成本。

另外，通过使最下级翼3与上级翼5的螺距相同，能够抑制上级翼5周边的地基的软化，能够确保可靠的摩擦阻力。

此外，本实施方式的旋转贯入钢管桩的施工方法优选以每旋转1圈的贯入量与最下级翼3的螺距相同的方式，一边调整从打桩机对桩施加的向下压入力一边进行旋转贯入。其理由如下。

旋转贯入钢管桩1在较硬的地基的上端、土质的变化部容易产生打滑。本实施方式的旋转贯入钢管桩1在前端具有直径较大的最下级翼3，因此不易产生打滑，但尽管如此，根据施工条件的不同，也不可避免产生打滑。

另外，本实施方式的旋转贯入钢管桩1具有多个上级翼5，因此若产生打滑，则揉合翼周边的地基而使其软化，其结果摩擦阻力大幅减少，失去安装上级翼5的意义。

这一点，在旋转贯入钢管桩1的每旋转1圈的贯入量与最下级翼3的螺距相同的情况下，最下级翼3以切割地基的方式进入，因此地基的紊乱变得最小。

因此，通过调整从打桩机向旋转贯入钢管桩1传递的向下压入力，也可以以每旋转1圈的贯入量与翼的螺距一致的方式控制贯入。

实施例1

为了求出上级翼5的直径和安装间隔的最佳范围，进行了使用与实物相同比率的缩小模型的土层实验。用作缩小模型的试验体的桩的钢管直径为76.3mm、钢管板厚为2.8mm、土层的N值＝20，并以表1所示的条件比较了试验结果。

[表1]

表1

	翼的数量	翼间隔/翼径
			比较例1	5	0.62
比较例2	4	0.83
			发明例1	3	1.25
发明例2	2	2.51

在图3中示出试验结果。

图3的横轴是将上级翼5的翼间隔除以上级翼5的翼径而得到的(翼间隔/翼径)值，纵轴是翼部的周面摩擦力系数(kN/m²)。

一般不带有翼的钢管桩的周面摩擦力系数往往与钢管直径无关而使用2(kN/m²)，由于进行与其的比较，因此在带多级翼的钢管桩中也计算相当于周面摩擦力系数的系数来进行比较。具体而言，对缩小模型施加载荷来测量支承力，将该支承力除以以翼径为直径并与桩长相同长度的圆筒的表面积而得到的值作为周面摩擦力系数并绘制在图中。

如图3所示，在比较例1、2中，周面摩擦力系数小于2(kN/m²)，但h/w处于本发明范围内的发明例1、2的周面摩擦力系数大于2(kN/m²)，并且是比比较例1、2大得多的值。

据此知晓，若翼间隔/翼径是作为本发明的范围的1.25以上，则能够增大周面摩擦力系数，换言之能够增大支承力。

此外，为了确认上述的模型实验数据对于实际情况是否妥当，进行了实际情况实验。实际情况实验的桩径为318.5mm，翼径为桩径的1.5倍＝477.75mm，翼间隔h为1200mm。实际情况实验的结果用图3的×标记示出，得到了与模型实验数据几乎相同的4.762kN/m²的周面摩擦力系数。由此，证实了上述的模型实验对于实际情况是妥当的。

附图标记说明

1…旋转贯入钢管桩；3…最下级翼；5…上级翼；7…钢管。

Claims (2)

1.一种旋转贯入钢管桩，其以不使桩前端到达支承层而配置于中间层的方式被打桩设置，

所述旋转贯入钢管桩的特征在于，

具有设置于桩前端附近的大致螺旋状的一圈的最下级翼、和在该最下级翼的上方以多级且以翼径的1.25～7.5倍的范围内的恒定间隔设置的一圈的上级翼，

所述最下级翼的外径大于所述上级翼的外径，且设定为桩径的1.5～3倍，

所述上级翼的外径小于所述最下级翼的外径，且是桩径的1.6倍以下，所述上级翼的螺距设定为与所述最下级翼的螺距相同。

2.一种旋转贯入钢管桩的施工方法，其是权利要求1所述的旋转贯入钢管桩的施工方法，

所述旋转贯入钢管桩的施工方法的特征在于，

以每旋转1圈的贯入量与最下级翼的螺距相同的方式，一边调整从打桩机对桩施加的向下压入力一边进行旋转贯入。