JP2000129671A - 節付き鋼管杭とその製造方法ならびに節付き鋼管杭の埋め込み杭工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、埋め込み杭工法により、鋼管杭を
地盤中に埋設施工する場合において、地盤に埋設される
鋼管杭周面から地盤に伝達される力を増大させ、大きな
支持力を発揮させることができる、節付き鋼管杭と、そ
の製造方法ならびに節付き鋼管杭の埋め込み杭工法を提
供する。 【解決手段】 鋼管杭を、鋼管を内部側から局部拡径し
て複数の節状突起部を形成した節付き鋼管杭とし、その
施工に際しては、この節付き鋼管杭を、固化させた固定
液を介して地盤に固定することによって、節付き鋼管杭
と地盤との密着性を高め、荷重に対する支圧を大きくし
て、節付き鋼管杭による支持力を強化する。この節付き
鋼管杭内にコンクリート等の流動性固化材を、予めまた
は施工の際に充填あるいは内張りすることもあり、予め
内張りする場合、節付き鋼管杭内に遠心成形法により直
接内張りしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木建築構造物を
構築する場合において用いられる鋼管杭とその製造方法
ならびに鋼管杭の埋め込み工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木建築構造物の基礎としての杭の支持
力は、先端支持力と周面摩擦力とにより発揮される。先
端支持力は、強固な地盤に根入れした先端部での支圧抵
抗であり、周面摩擦力は、杭と地盤との摩擦力により発
現される。一般に、鋼管杭と地盤との周面摩擦力は小さ
いので、高い支持力を発揮させるためには、強固な支持
層まで到達する支持杭とする方法、もしくは長尺または
大径の杭として周面の摩擦面積を増大させる方法が用い
られる。したがって、軟弱な地盤もしくは支持層が深い
場合には不経済な杭の設計になることが課題であった。

【０００３】杭の周面摩擦力を増大させる方法として、
以下の工法が提案されている。 （１）杭周面に節を設けたコンクリート製の節杭 （２）杭周面に袋体を取り付け袋体を拡大膨脹させる杭 （３）突起鋼管を用いた杭 （４）鋼管表面に突起などを設けた杭

【０００４】（１）の節杭の支持力については、日本建
築学会構造系論文報告集第３７４号ｐ８７〜９７で実験
結果が示されており、節部下面での支圧力の作用によ
り、杭周面における地盤の剪断抵抗の２倍の強度を発揮
するとされている。しかし、節杭の製造については、節
部を有する型枠を別途製作し、この型枠にコンクリート
を注入して遠心成形で製造されているが、多様な節形状
を製作するためには多くの型枠が必要となるため製造コ
ストが高くなる。したがって、節の形状および間隔の自
由度が極めて小さく、経済的な節形状の配置が困難であ
った。

【０００５】（２）の杭周面に袋体を取り付け拡大膨脹
させる杭として、特開平１−３２５５２２号公報に記載
のものがある。この発明は、周面に筒状袋体を取り付け
た杭を地中に埋設後、袋体内にセメントなどを注入して
袋体を拡大膨脹させて周面積を拡大し突起を形成する工
法である。しかし、袋体の取付および袋体の拡大膨脹施
工に特殊な装置を必要とするためコストが高く、また、
地中で袋体の拡大膨脹を行うために突起形状の管理が困
難であり、信頼性に劣ることが課題である。

【０００６】（３）の突起鋼管を用いた杭として、特公
平６−１７５７９号公報または実開平４−９２０３６号
公報に記載のものがある。これらは、圧延により突起な
どを設けた鋼管を地中に埋設、もしくは地中に埋設後ソ
イルセメントなどと一体化する工法である。しかし、圧
延による突起の高さは１〜５ｍｍ程度であるために、ソ
イルセメントなど杭と地盤の間隙材料との付着力は増大
するものの、地盤との摩擦力の増大への効果が小さいこ
とが課題であった。

【０００７】（４）鋼管表面に突起などを設けた杭とし
て、実開平３−１８２３８号公報に記載のものがある。
これは、鋼管表面に突起体もしくは螺旋体を溶接により
取り付けたものである。この杭の製造においては任意形
状の突起体の取付が可能であるが、曲面である杭表面で
の溶接作業は手間がかかり、結果として製造コストが高
くなることが課題であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の摩擦
力の増大を目指した杭の難点を有利に解消でき、地盤に
埋設された鋼管杭周面から地盤に伝達される力を増大さ
せ、大きな支持力を発揮させることができる、節付き鋼
管杭と、その製造方法ならびに節付き鋼管杭の埋め込み
工法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記（１）〜
（５）の発明により構成されるものである。 （１）鋼管を内部側から局部拡径して外周に複数の節状
突起部を形成した節付き鋼管杭。 （２）（１）において、内部に流動性固化材を充填また
は内張し、固化させたことを特徴とする節付き鋼管杭。 （３）鋼管を内部側から局部拡径して外周に複数の節状
突起部を形成した節付き鋼管杭内に、流動性固化材を投
入し該節付き鋼管を回転させて遠心力で節付き鋼管杭内
に流動性固化材を内張りすることを特徴とする節付き鋼
管杭の製造方法。 （４）鋼管を内部側から局部拡径して外周に複数の節状
突起部を形成した（１）または（２）の節付き鋼管を、
中掘り工法により地中に埋設することを特徴とする鋼管
杭の埋め込み杭工法。 （５）先行掘削し固定液を充填した地盤の立孔に、
（１）または（２）の節付き鋼管を挿入し、固定液を固
化させて固定することを特徴とする鋼管杭の埋め込み杭
工法。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、埋め込み杭工法によ
り、鋼管杭を地盤中に埋設施工する場合に適用される節
付き鋼管杭とその製造方法ならびに節付き鋼管杭の埋め
込み杭工法であり、鋼管杭を内部側から局部拡径して、
鋼管外周に複数の節状突起部を形成し、その周囲と地盤
間に注入して固化させた固定液との密着力を高め、この
固化させた固定液を介して地盤に固定することによっ
て、地盤との密着性を高め、荷重に対する支圧を大きく
して、鋼管杭による支持力を強化するものである。

【００１１】本発明の節付き鋼管杭における節状突起部
の形成領域は、用途や例えばコンクリートとの合成の有
無、鋼管杭を埋設する地盤条件に応じて選定する。この
節状突起部の形成領域は、基本的には、地盤中に埋設さ
れる全領域であるが、例えば、地盤の支持層に根固め部
を形成して、この根固め部において先端部領域を根固め
液で固定する支持杭として用いる鋼管杭の場合では、節
状突起部の形成領域を先端部領域にのみとすることもあ
る。

【００１２】本発明では、鋼管杭に節状突起部を形成す
るため、この節状突起部の厚みが薄くなるが、節状突起
部の形成条件を考慮することによって、薄厚化による強
度低下を軽微なものとすることができる。また、節状突
起部を形成した鋼管杭の内部に、コンクリート、モルタ
ル、ソイルセメント等のセメント系主体の流動性固化材
を充填して、これを固化させることによって節状突起部
の薄厚化による強度低下を補うこともできる。

【００１３】また、節状突起部を形成した鋼管杭の内部
に、一時的に排出した掘削残土を埋め戻すこともできる
ので、建設残土を大幅に削減し現場をクリーンにできる
ばかりか、残土処理費を大幅に削減することもできる。
また、地盤条件、要求される支持力、強度等に応じて、
鋼管に形成する節状突起部の形状、大きさ、形成部位、
配列等を選定することができ、地盤条件に応じた支持力
管理を確実にして、鋼管杭の強度低下を抑えながら効率
的な施工を容易に実現することができる。

【００１４】以下に詳細に説明する。本発明で鋼管杭に
形成する節状突起部としては、軸方向の荷重に対する支
持力を高めるように、例えば、周方向に連続する複数条
の断面半円形のリング状の突条や螺旋状の突条、周方向
に不連続的にして配設される複数の断面半円形の突条、
あるいは、独立して配設される複数の球面状の突起等を
用いることができる。

【００１５】本発明でいう、「節状突起部」とは、これ
らの突条や突起を総称するものであり、以下「節状突起
部」という。この節状突起部の形成方法としては、鋼管
の内部に拡径装置の拡径機構を挿入・配置し、所定部分
を拡径する方法を用いることができる。この節状突起部
の高さは、外径の５％以上にすることが好ましい。ただ
し、突起部がを高くし過ぎると節状突起部の厚みがそれ
だけ薄くなり強度が低下する。これらのことも考慮する
と、この節状突起部の高さは、最大でも鋼管杭の外径の
３５％程度に押さえることが好ましい。

【００１６】この節状突起部は、地盤条件、要求される
支持力、強度等に応じて、地盤中に埋没する領域内の全
域または所定領域に所定間隔で形成するものである。な
お、節状突起部の薄厚化による強度低下が問題になる場
合には、少なくとも節状突起部形成領域の内部に、予め
または、立孔に挿入してからコンクリート、モルタル、
ソイルセメント等のセメント系の流動性固化材を充填
（または内張り）して、これを固化させることによって
節状突起部の薄厚化による強度低下を補うことも有効で
ある。

【００１７】これらの流動性固化材を内張りする場合に
は、節状突起部を形成して節付き鋼管杭とした後、この
節付き鋼管杭を回転装置で回転しながら内部に流動性固
化材を供給し、節付き鋼管内に直接内張り、固化させる
遠心成形法や、節付き鋼管杭を成形枠とし、中心部に中
子を配置して、節付き鋼管杭内面と中子の外面間の空間
に流動性固化材を充填し固化させる一般的な内張り方法
を用いることもできる。この場合、流動性固化材を充
填、固化させた後、中子材を取り外してもよいし、中子
材として、例えば鋼管を用いそのまま残留させて強度強
化に寄与させてもよい。

【００１８】なお、本発明の節付き鋼管杭を形成する鋼
管として、内面と外面のいずれか一方または双方にスパ
イラル状または横縞状の突起を有するものを用い、この
鋼管に節状突起部を形成して節付き鋼管杭としてもよ
く、この場合、節付き鋼管杭表面の摩擦による力の伝達
も向上させることができ、また、地盤の支持層に埋設さ
れる先端部領域を拡径させれば、支持杭先端の支持力を
一段と向上させることもできる。

【００１９】

【実施例】（実施例１）本発明による節付き鋼管杭の実
施例について、図面に基づいて説明する。図１は、本発
明による節付き鋼管杭の構造例を示したものである。こ
の例での節付き鋼管杭１ａは、地盤に埋没される領域の
外周に、周方向に連続する断面半円径形の節状突起部２
ａを軸方向に複数列配設したものである。

【００２０】図２は、本発明による節付き鋼管杭の他の
構造例を示したものである。この例での節付き鋼管杭１
ｂは、地盤に埋没される領域の外周に、周方向に不連続
の独立した半球状の多数の節状突起部２ｂを千鳥状に配
設したものである。

【００２１】図３、本発明による節付き鋼管杭の他の構
造例を示したものである。この例での節付き鋼管杭２ｃ
は、地盤に埋没される領域の外周に、周方向に連続する
断面半円径形の節状突起部２ｃを軸方向に複数列配設
し、内部にコンクリート３を充填、固化させたものであ
る。図４は、本発明による節付き鋼管杭の他の構造例を
示したものである。この例での節付き鋼管杭２ｄは、地
盤に埋没される領域の外周に、周方向に連続する断面半
円径形の節状突起部２ｄを軸方向に複数列配設し、内部
にコンクリート３を内張り、固化させたものである。

【００２２】前記図１〜図４に示した本発明の節付き鋼
管杭１ａ，１ｃ，１ｄの節状突起部２ａ，２ｃ，２ｄ
は、例えば、図５に示すように、鋼管１ｐ内に挿入して
この鋼管を拡径する拡径機構４と、この拡径機構の進退
機構５を備えた拡径装置６によって形成することができ
る。この拡径装置６の拡径機構４は、より具体的には、
図６およびよび図７に示すように、油圧室７と受圧板８
よりなる、放射状に配置された６つのシリンダー９ａ〜
９ｆと、各シリンダーの受圧板８に連結されたロッド１
０の先端部にそれぞれ連結された６つの拡径ブロック１
１ａ〜１１ｆからなり、油圧室７にホース１２を介して
油を圧送することにより、受圧板８を半径方向に押し出
し、受圧板８に連結されたロッド１０を介して各拡径ブ
ロック１１ａ〜１１ｆを半径方向に移動させることによ
って、その外径を拡径することができる。

【００２３】この６つの拡径ブロック１１ａ〜１１ｆの
拡径によって、鋼管１ｐの内面に強力な拡径力を作用さ
せ、鋼管１ｐを局部拡径することができ、進退機構５に
より拡径領域（位置）を調整することができる。拡径機
構５による拡径部の形状は、拡径ブロック１１ａ〜１１
ｆの外面形状によって決まる。この例では、拡径ブロッ
ク１１ａ〜１１ｆの外面形状は、形成する節状突起部２
ａ〜２ｄや鋼管条件等に応じて選択すればよい。ここで
は、図６に示すような、周方向に連続する断面半円形の
節状突起部（突条）２ａ，２ｃ，２ｄを形成できる形状
になっており、ここでは、進退機構５で拡径機構４の軸
方向の位置を変えて、複数回の拡径動作を行えばよい。
また、拡径ブロック１１ａ〜１１ｆを杭軸方向に２列配
置して２条づつ形成して行くようにしてもよい。

【００２４】節付き鋼管杭の内面に、コンクリートを内
張りして、前記図４に示すような、コンクリートを内張
りした節付き鋼管杭１ｄを製造する場合には、例えば、
図８に示すように、鋼管１ｐに節状突起部２ｄを形成し
て節付き鋼管杭１ｄとした後、この節付き鋼管杭を回転
装置１３で回転させながら内部にコンクリート３を供給
し、節付き鋼管１ｄ内に直接内張り、固化させることに
より製造することができる。

【００２５】［施工例１］本発明による節付き鋼管杭の
中掘り工法による埋め込み杭工法について、前記図１に
示すような節付き鋼管杭１ａの埋め込み杭工法を例とし
て、図１０に基づき説明する。 （１）節付き鋼管杭内に挿入したスパイラルオーガー１
４で地盤を掘削する。 （２）掘削を進めながら節付き鋼管杭１ａを挿入する。 （３）節付き鋼管杭１ａを地中に埋設完了。 （４）節付き鋼管杭１ａ内に掘削土砂ｄｓを埋め戻す。

【００２６】このようにして、節付き鋼管杭１ａを、中
掘り工法で地中に埋設することができる。この工法は、
節付き鋼管杭１ａ内に掘削土砂ｄｓを投入（埋め戻す）
することにより、建設残土を削減する工法であるが、杭
体に軸耐力が必要な場合には節付き鋼管杭内にコンクリ
ートなど流動性固化材を充填し固化させることもでき
る。また、節付き鋼管杭の埋設時に、節付き鋼管杭と地
盤との間隙に流動性固化材を投入することも可能であ
り、砕石などを投入した場合でも突起部と地盤との周面
摩擦力を増大できる。

【００２７】［施工例２］本発明による節付き鋼管杭の
プレボーリング工法による埋め込み杭の施工法につい
て、前記図１に示すような節付き鋼管杭１ａの埋め込み
杭工法を例として、図１１に基づき説明する。 （１）地盤ａにオーガー１４ａで孔１５を穿孔する。 （２）孔１５にセメントミルク１６を注入する。 （３）セメントミルク１６を注入した孔１５に節付き鋼
管杭１ｄを沈設する。 （４）孔１５に沈設した節付き鋼管杭１ａ内およびその
周囲に固化剤１７を注入してセメントミルク１６を養生
・固化させ節付き鋼管杭１ａを固定する。

【００２８】このようにして、節付き鋼管杭１ａを、固
化させセメントたミルク１６を介して地盤に固定するこ
とができ、節状突起部２ａの効果で、節付き鋼管杭１ａ
による支持力を強化することができる。

【００２９】なお、本発明による埋め込み杭工法は、節
付き鋼管杭の先端部領域を、地盤支持層の根固め部で根
固め液を固化して固定する、埋め込み杭工法での適用も
可能であり、上記の実施例に限定されるものではない。
また、使用する節付き鋼管杭の構造（含む節状突起）条
件、施工手順等は、地盤条件、支持構造物条件、荷重条
件、要求される支持圧条件、埋設施工条件等に応じて、
上記請求項を満足する範囲内で変更されるものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明では、埋め込み杭工法により、鋼
管杭を地盤中に埋設施工する場合に、鋼管の塑性変形性
能を活かして、鋼管杭の製作時に、内部側から局部拡径
して節状突起部を形成した節付き鋼管杭を地中に埋設
し、突起部での支圧力の伝達により、周面摩擦力を増大
し、高い支持力を発揮する杭を提供することができる。

【００３１】また、鋼管杭のみで形成された杭の場合で
は、従来のコンクリート製節杭と比較して、軽量である
ために施工重機が軽くなる。さらに、外面が鋼材で覆わ
れているために、施工時の破損が少なく、施工管理が容
易にできる。

【００３２】また、施工後、鋼管杭内に掘削土砂を埋め
戻すこともできるので、建設残土を大幅に削減すること
ができ、現場がクリーンであるばかりではなく、残土処
理費を大幅に削減することもできる。また、節付き鋼管
杭の中にコンクリート等流動固化材を充填した杭の場合
では、鋼管杭のみの場合に比較して高い軸力の伝達が可
能である。また、従来のコンクリート製節杭と比較し
て、節の形状および間隔の自由度が高いために、地盤条
件に応じて最適な節形状の配置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の節付き鋼管杭の構造例を示す一部断面
側面説明図。

【図２】本発明の節付き鋼管杭の他の構造例を示す一部
断面側面説明図。

【図３】本発明の節付き鋼管杭の他の構造例を示す一部
断面側面説明図。

【図４】本発明の節付き鋼管杭の他の構造例を示す一部
断面側面説明図。

【図５】本発明で鋼管杭に節状突起部を形成するために
用いる拡径装置の一部断面側面説明図。

【図６】図５の拡径機構の構造例を示す一部断面側面説
明図。

【図７】図６のＡａ−Ａｂ矢視断面説明図。

【図８】本発明の節付き鋼管杭にコンクリート内張りす
る装置例を示す一部断面側面説明図。

【図９】図８のＡａ−Ａｂ矢視断面説明図。

【図１０】本発明の節付き鋼管杭の埋め込み杭工法の施
工例（手順例）を示す側断面説明図。

【図１１】本発明の節付き鋼管杭の埋め込み杭工法の他
の施工例（手順例）を示す側断面説明図。

【符号の説明】

ａ 地盤 １ａ〜１ｄ 節付き鋼管杭 １ｐ 鋼管 ２ａ〜２ｄ 節状突起部 ３ コンクリート ４ 拡径機構 ５ 進退機構 ６ 拡径装置 ７ 油圧室 ８ 受圧板 ９ａ〜９ｆ 油圧シリンダー １０ ロッド １１ａ〜１１ｆ 拡径ブロック １２ ホース １３ 回転装置 １４ スパイラルオーガー １４ａ オーガー １５ 立孔 １６ セメントミルク １７ 固化剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 滋樹 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 羽上田 裕章 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 矢野 嘉孝 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 2D041 AA03 BA03 BA13 BA22 BA44 CA03 DA13 DB05 DB14 FA03 2D050 AA06 CA01 CA02 CA05 CB03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管を内部側から局部拡径して外周に複
   数の節状突起部を形成した節付き鋼管杭。
2. 【請求項２】 内部に流動性固化材を充填または内張
   し、固化させたことを特徴とする請求項１記載の節付き
   鋼管杭。
3. 【請求項３】 鋼管を内部側から局部拡径して外周に複
   数の節状突起部を形成した節付き鋼管杭内に、流動性固
   化材を注入し該節付き鋼管を回転させて遠心力で節付き
   鋼管杭内に流動性固化材を内張りすることを特徴とする
   節付き鋼管杭の製造方法。
4. 【請求項４】 鋼管を内部側から局部拡径して外周に複
   数の節状突起部を形成した請求項１または請求項２に記
   載の節付き鋼管を、中掘り工法により地中に埋設するこ
   とを特徴とする鋼管杭の埋め込み杭工法。
5. 【請求項５】 先行掘削し固定液を充填した地盤の立孔
   に、請求項１または請求項２に記載の節付き鋼管を挿入
   し、固定液を固化させて固定することを特徴とする鋼管
   杭の埋め込み杭工法。