JP2001214440A - ねじ込み式鋼管杭及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 次のようなねじ込み式鋼管杭及びその施工方
法を得ること。（１）低振動、無排土施工が可能で、か
つ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用
範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。（２）上部工から
大きな水平力や曲げモーメントが作用する基礎杭に対し
て、経済的な設計が可能な頭部拡大鋼管杭を、設計施工
上無理なく低コストでねじ込み式鋼管杭に適用できるよ
うにすること。（３）施工中拡径部に作用する貫入抵抗
が小さく、かつ、拡径部の製造コストを低く抑えられる
こと。 【解決手段】 少なくとも先端部又はその近傍に翼１０
を有する下部鋼管２、この下部鋼管２より大径の上部鋼
管３、及び下部鋼管２と上部鋼管３を接合する接合部材
６からなり、上部鋼管３の外径を翼１０の外径以下に形
成すると共に、接合部材６の外径を上部鋼管３の外径と
ほぼ等しく形成し、接合部材６を円形鋼板又は下部鋼管
２の内径より小さい内径のドーナツ状鋼板によって構成
し、上部鋼管３の下端部と下部鋼管２の上端部とに溶接
により接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ込み式鋼管杭
及びその施工方法に係り、さらに詳しくは、少なくとも
鋼管の先端部又はその近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転
力を与えることにより、鋼管杭を地中に埋設するように
したねじ込み式鋼管杭及びその施工方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた
鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、翼
状板のねじ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法は、
従来から多数提案されており、その一部は小径の杭を対
象としたものではあるが実用化されている。ここでは、
代表的と思われる発明について、以下に説明する。

【０００３】特公平２−６２６４８号公報に記載された
鋼管杭の埋設方法は、鋼管杭本体の下端部に底板を固設
し、この底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部
外周面に杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅
の大きな杭ねじ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり
突設した鋼管杭を、軟弱地盤にねじ込むように回転させ
ながら地中に押圧し、下端部の掘削刃によって杭本体先
端の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺
旋翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転
推進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出して圧縮
し、無排土で地中に杭体をねじ込んでゆくようにしたも
のである（従来技術１）。

【０００４】また、特開平９−３２４４１９号公報に記
載されたねじ込み式鋼管杭は、先端部を円周方向に複数
に分割し、この分割された個々の部分に同方向に向って
それぞれレ字状の取付部が形成された鋼管と、外径が上
記鋼管の外径より大きい円形鋼板又は楕円形鋼板を複数
に分割した平板状でほぼ半円状又は扇形状の鋼製板
（翼）とを有し、この鋼製板を鋼管の先端開口部を覆う
ようにして鋼管の先端部に設けたレ字状の取付部にそれ
ぞれ取付けたもので、他の従来技術と大きく異なる点
は、翼を平板状に形成したこと、及び翼を鋼管の外周面
ではなく先端部に取付けたことにある（従来技術２）。

【０００５】次に、杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以
下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明
する。特開昭５２−７１０９号公報に記載された頭部拡
大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭
部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と
頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫
入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように
杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することに
より、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を
低減することを目的している（従来技術３）。

【０００６】また、特公昭５８−２７３６６号公報に記
載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打
ちコンクリート杭や既成杭の造成方法において、上部の
径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部
よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対
方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソ
イルセメント柱状体の中に挿入することにより構築され
る。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部
拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けて
ケーシング内に土砂を取り込むようにしている（従来技
術４）。

【０００７】また、実公昭６３−２５０９号公報に記載
された異径コンクリート杭接続用コンクリート杭状体
は、上部大径コンクリート杭と下部小径コンクリート杭
の接続体として、テーパ状のコンクリート杭状体を用い
たもので、本考案は、コンクリート杭状体の上端部と下
端部の径を、それぞれ上部大径コンクリート杭及び下部
小径コンクリート杭と等しく形成すると共に、コンクリ
ート杭状体のＰＣ鋼棒の位置を、上部大径コンクリート
杭と下部小径コンクリート杭のＰＣ鋼棒の位置と合わせ
るようにしたものである（従来技術５）。

【０００８】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管
杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に
取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するように
したものであり、低振動、無排土で施工できると共に、
広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得ることが
できるという特徴を持つ。現在実用化されているねじ込
み式鋼管杭は、上記の従来技術１，２のみであるが、前
者は鋼管の外径が３００ｍｍ未満のものに、また後者は
３００〜６００ｍｍの範囲で適用されており、両者とも
通常の鋼管杭の１．５〜２．０倍程度の大きな先端支持
力が確保される鋼管杭として設計されている。

【０００９】現在国内で使用されている鋼管杭の約半数
は７００ｍｍ以上の大径鋼管杭が占めていることを考慮
すると、ねじ込み式鋼管杭の適用範囲が狭いことがわか
る。ねじ込み式鋼管杭が大径鋼管杭に適用されていない
のは、鋼管杭を回転する駆動トルクが非常に大きくなる
ためである。

【００１０】発明者らの試験によると、鋼管杭の支持層
への貫入中に発生する回転抵抗の７５〜８５％は翼付近
で発生しており、その抵抗は翼の面積にほぼ比例するこ
とがわかった。すなわち、翼の外径のほぼ２乗に比例す
る。そのため、鋼管杭の外径が大きくなると（したがっ
て翼の径も大きくなる）、現在、一般的に使用している
施工機械では能力が不足すると共に、鋼管杭の許容ねじ
りモーメントを超える場合が多くなる。このため、鋼管
杭の先端部に大きな穴をあけてトルクを大幅に低減しな
い限り、７００ｍｍ以上の大径鋼管杭にはねじ込み式鋼
管杭を適用することができないが、先端部に大きな穴を
あけると先端支持力が低下してしまう。

【００１１】前述のように、ねじ込み式鋼管杭は翼によ
る投影面積の増大により先端支持力が増加する。このた
め、上部工の基礎杭として供用する場合、翼のない通常
の鋼管杭に比べてその設置数を減らすか、又は鋼管の外
径を縮小することができる。しかしながら、水平力に対
する抗力は、鋼管杭の数を減らした分不足することにな
り、水平力を保証しようとすると設置数を減少すること
ができないので、上記の効果が期待できないことにな
る。

【００１２】一方、鋼管の外径を縮小すると、水平力に
ついてはその分耐力が減少するので、これに対応するた
め鋼管杭の肉厚を増加しても、鋼材の重量が増加したわ
りには曲げ耐力増加の効果は小さい。このため、上部工
から大きい水平力や曲げモーメントを受けるような場合
は、鋼管杭の肉厚を大幅に増加せざるを得ず、鋼管の外
径を縮小した効果が減じられる。

【００１３】小径の鋼管杭はその断面積のわりには剛性
と断面係数が小さい。例えば、外径６００ｍｍ、肉厚９
ｍｍの鋼管杭の断面積は、外径８００ｍｍ、肉厚９ｍｍ
の鋼管杭の断面積の７４％であるのに対し、断面二次モ
ーメントは４２％、断面係数は５６％にすぎない。この
ため、地震時に上部工から大きな水平力や曲げモーメン
トを受けた場合、小径の鋼管杭では杭頭部付近の水平変
位や曲げ応力度が大きくなりすぎるため、この面からも
鋼管杭の外径を縮小することには問題があった。

【００１４】ところで、上部工からの大きな水平力や曲
げモーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部
近傍の杭径を拡径するという考え（頭部拡大杭）は数十
年前から提案されており、既に場所打ちコンクリート杭
では広く実用化されている。しかし、既成杭の分野では
杭頭拡大杭は実用化されていない。特に、鋼管杭の分野
では、過去に数度試験的に採用されたことはあるが、最
近は皆無である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように頭部拡大杭
が実用化されていない理由は、主としてその施工方法と
接合部の製造コストに問題がある。鋼管杭の施工方法と
して一般に用いられている方法を大別すると、打ち込み
工法、中掘工法、プレーボーリング工法の３種類であ
る。これらの工法に頭部拡大杭を適用する場合について
以下に延べる。

【００１６】２０年ほど前に打ち込み工法で鋼管杭を施
工したときに採用された頭部拡大杭は、下部鋼管と上部
鋼管との間に複数の接合部材を縦方向に配置して接合し
たものである。この接合構造は、打込み施工時に接合部
材間の間隙を土砂が通過するように意図したものである
が、実際には土砂が間隙に詰まって貫入抵抗が非常に大
きくなり、打ち込みに苦労した。

【００１７】また、従来技術３の頭部拡大基礎杭打込み
工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管内で打撃する
ようにしたものであるが、頭部拡大杭に発生する打撃応
力度を通常の打込み工法より低減しても、土砂が継手部
の下面に当るため継手部に発生する貫入抵抗は減少しな
い。したがって、打込みに困難を伴うことは前述の技術
と同じである。

【００１８】また、従来技術４は、管内に挿入するオー
ガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生
する貫入抵抗は前二者の技術と同じである。一方、中掘
工法の圧入力は打ち込みによる衝撃力に比べて数分の１
と小さい。このため、頭部拡大杭に中掘工法を適用する
ことはほとんど無理に近い。オーガーを下部鋼管の先端
から突き出してから上部鋼管の径と同じ程度にオーガー
径を拡大することは機械的には可能であるが、下部鋼管
の面積よりも大きな面積の土砂を掘削攪拌するために支
持力が低減してしまう。

【００１９】また、頭部拡大杭にプレボーリング工法を
適用することは技術的には容易であり、既成コンクリー
ト杭の分野で一部使用されたことがある。しかし、プレ
ボーリングコストが高くなるという問題がある。前述の
従来技術４はその１例であるが、あらかじめ上下で径の
異なるケーシングと掘削用オーガーを組み合わせて、頭
部拡大杭用のソイルセレント柱状体を造成してから杭本
体を挿入する２段構えの工法であるため、打ち込み工法
や中掘工法に比べて工事費用が高くなる。

【００２０】さらに、従来技術５は、上部大径コンクリ
ート杭と下部小径コンクリート杭との接続部にテーパ状
のコンクリート杭状体を用いたので、従来技術３，４と
比べて、接続部における貫入抵抗は多少軽減すると考え
られる。しかしながら、打込工法であれ、中掘工法であ
れ、いまだ乱されていない拡径分の土砂を接続部で押し
拡げる必要があるため、やはり大きな貫入抵抗が発生す
る。また、コンクリート杭はねじりモーメントに対して
弱いため、ねじ込み工法を適用することはできない。鋼
管杭では、従来技術５のように、テーパ管により大径の
上部鋼管と小径の下部鋼管を接続することは可能である
が、テーパ管の製造コストは非常に高いため、実用的で
はない。

【００２１】以上述べたように、一般に行われている杭
打ち工法を頭部拡大杭に適用することは、施工上及びコ
スト上問題がある。

【００２２】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を
兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭及びその施工方
法を得ることを目的としたものである。 （１）低振動、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支
持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管
杭まで拡大すること。 （２）上部工から大きな水平力や曲げモーメントが作用
する基礎杭に対して、経済的な設計が可能な頭部拡大鋼
管杭を、設計施工上無理なく低コストでねじ込み式鋼管
杭に適用できるようにすること。 （３）施工中拡径部に作用する貫入抵抗が小さく、か
つ、拡径部の製造コストを低く抑えられること。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るねじ込み式
鋼管杭は、少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する
下部鋼管、該下部鋼管より大径の上部鋼管、及び前記下
部鋼管と上部鋼管を接合する接合部材からなり、前記上
部鋼管の外径を前記翼の外径以下に形成すると共に、前
記接合部材の外径を前記上部鋼管の外径とほぼ等しく形
成し、前記接合部材を円形鋼板又は前記下部鋼管の内径
よりも小さい内径のドーナツ状鋼板によって構成し、前
記上部鋼管の下端部と下部鋼管の上端部とに溶接により
接合したものである。

【００２４】また、上記の上部鋼管の外径を下部鋼管の
外径のほぼ１．１５〜１．６倍で、かつ翼の外径のほぼ
６０〜９０％に形成した。

【００２５】さらに、本発明に係るねじ込み杭の施工方
法は、上記のねじ込み式鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回
転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤に埋設するよう
にしたもである。

【００２６】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は本発明の
実施の形態１の説明図である。図において、１は頭部を
拡大したねじ込み式鋼管杭（以下、単に鋼管杭という）
で、下部鋼管２と、下部鋼管２より大径の上部鋼管３、
及び外径が上部鋼管３の外径とほぼ等しい円形鋼板から
なり下部鋼管２と上部鋼管３を接合する接合部材６とか
らなっており、下部鋼管２の先端部には翼１０が設けら
れている。なお、複数本の鋼管を継杭した接続杭の場合
は、下部鋼管２には翼１０を設けず、最先端部の杭（下
杭）等に翼を設ける。

【００２７】下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例え
ば、外径６００ｍｍ以下）からなり、先端部には、図２
に示すように（図２では説明を容易にするために、下部
鋼管２の上下を逆にしてある）、円周方向を段差部４
ａ，４ｂにより２分割し、一方の段差部４ａの下端部か
ら他方の段差部４ｂの上端部に連続する傾斜面とし、ま
た、段差部４ａの上端部から段差部４ｂの下端部に連続
する傾斜面として、これら傾斜面により互いに同方向に
向うレ字状の翼１０の取付部５ａ，５ｂが設けられてい
る。

【００２８】段差部４ａ，４ｂの高さｈは、鋼管杭１を
埋設する地盤の状態、鋼管杭１の外径、翼１０の状態な
どによって異なるが、一般に、ｈ＝（０．１〜０．４Ｄ
₁ ）／２（Ｄ₁ は下部鋼管２の外径）程度であることが
望ましい。この高さｈが（０．１Ｄ₁ ）／２未満の場合
は鋼管杭１の１回転当りの貫入量が低下し、また、
（０．４Ｄ₁ ）／２を超えると１回転当りの貫入量が大
きくなりすぎるため、鋼管杭１を回転するためのトルク
が過大になり、さらに、翼１０で掘削軟化する土砂の深
さが大きくなるため、支持力が低下することがある。

【００２９】翼１０は、図３に示すように、下部鋼管２
の外径Ｄ₁ より大きい外径Ｄ₃ の円形鋼板又は楕円形鋼
板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂ
によって構成したものである。なお、鋼製翼１１ａ，１
１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ₃ ）は、一般に、
下部鋼管２の外径Ｄ₁ の１．４〜２．１倍程度が望まし
い。

【００３０】上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、下
部鋼管２の先端開口部を覆うようにして取付部５ａ，５
ｂ上に載置され、溶接等により互いに反対方向に傾斜し
て取付けられ、翼１０を構成する。なお、両鋼製板１１
ａ，１１ｂの食い違いによって生じる開口部は、例え
ば、閉塞板によって閉塞してもよい。

【００３１】なお、鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図４に示
すように、下部鋼管２の先端部に１つの段差部４を設
け、この段差部４の下端部から１周して上端部に達する
レ字状（螺旋状）の取付部５を設け、この取付部５に互
いに反対方向に傾斜させて鋼製翼１１ａ，１１ｂを取付
けてもよい。なお、この場合の段差部４の高さｈ₁ は、
０．１〜０．４Ｄ₁ （Ｄ₁ は下部鋼管２の外径）程度が
望ましい。

【００３２】上部鋼管３の外径Ｄ₂ は、設計上及び施工
上、下部鋼管２の外径Ｄ₁ の１．１５〜１．６倍の範囲
とすることが望ましい。１．１５倍より小さいと、拡径
したメリットよりも拡径のための加工費の方が大きくな
り、また、１．６倍以上にしてもそれ以上の設計上のメ
リットは得られない。また、上部鋼管３の外径Ｄ₂ は、
翼１０の外径の６０〜９０％程度とするこが望ましい。
６０％以下になると設計上のメリットよりも加工費の方
が大きくなり、９０％以上になると施工時に上部鋼管３
の貫入抵抗が大きくなるおそれがあるので９０％以内と
することが望ましいが、翼１０の外径程度としてもよ
い。

【００３３】さらに、上部鋼管３の長さＬ₁ は、１／β
〜２／βの範囲が望ましい。ここに、βは上部鋼管杭３
と地盤の硬さから決まる特性値である。上部鋼管３の長
さＬ ₁ が１／βより短いと大きな曲げモーメントが下部
鋼管２に伝達されてしまい、また２／βより長いと不経
済になる。一般に、上部鋼管３の長さは４〜１０ｍ程度
である。

【００３４】上記のような下部鋼管２と上部鋼管３は、
例えば図５に示すように、下部鋼管２の上端外周及び上
部鋼管３の下端外周部にそれぞれ開先７ａ，７ｂを設
け、下部鋼管２と上部鋼管３の中心軸を整合させて接合
部材６の下面と上面に当接し、開先７ａ，７ｂにより接
合部材６と溶接により接合することにより、両者は一体
に接合されて頭部が拡大された鋼管杭１が構成される。
なお、接合部材６の厚みは、下部鋼管２と上部鋼管３の
外径の比によって設定される。

【００３５】図６は本実施の形態の他の例を示すもの
で、接合部材６の中心部に下部鋼管２の内径より小径の
穴６ａを設けたものである。これにより、必要に応じて
鋼管杭１内にオーガー等を挿入することができ、また、
鋼管杭１内に侵入した土砂をオーバーフローさせること
ができる。

【００３６】上記のように構成した鋼管杭１は、例えば
図７に示すように、その杭頭部がベースマシン２１に搭
載されたモータ２２に連結され、モータ２２により回転
されて翼１０のねじ作用により地中にねじ込まれ、埋設
される。このとき、翼１０を構成する鋼製翼１１ａ，１
１ｂの食い違い部に開口部が存在するときは、鋼管杭１
内に僅かな土砂が侵入し、開口部が閉塞されているとき
は、鋼管杭１内に土砂は侵入しない。なお、鋼管杭１の
外径が大きい場合は、地上近くで鋼管杭１の胴部に直接
回転力を与えてもよく、また、下部鋼管２は複数の鋼管
を接続した接続杭であってもよい。

【００３７】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼のね
じ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、翼
の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間隙
を通過して鋼管杭１の外周に移動し、圧縮される（図１
の２０参照）。このとき、鋼管杭１の先端部の一部又は
全部が開放されている場合は、一部の土砂が鋼管杭１内
に取り込まれる。

【００３８】鋼管杭１の外周に移動した土砂は、施工中
は攪乱されて間もないため、かつ、圧縮されて間隙水圧
が上昇してせん断力が低下しているため、鋼管杭１の外
周面との間に大きな摩擦抵抗が生じないので、鋼管杭１
をスムーズに貫入することができる。しかし、時間の経
過に伴い、土粒子結合力の回復と円隙水圧の低下によっ
て土砂のせん断抵抗が回復し、基礎杭としての供用時に
大きな周面摩擦力を発揮する。

【００３９】前述のように、ねじ込み式鋼管杭は、翼に
よりその外径相当分の範囲の鋼管杭外周の土砂が攪乱さ
れて施工中は軟化しているため、本発明のように、上部
鋼管３の外径Ｄ₂ が翼１０の外径Ｄ₃ 以下であれば、施
工時に拡径による地盤の抵抗は小さく、打ち込み杭方式
や中掘り圧入杭方式の頭部拡大鋼管杭の場合のように、
施工能率の極端な低下や施工困難に陥ることがなく、地
盤中にスムーズにねじ込むことができる。この場合、上
部鋼管３の外径Ｄ₂ が翼１０の外径Ｄ₃ の９０％以上に
なると、上部鋼管２は、一度攪乱されたとはいえ土砂を
相当圧縮して貫入することになるため、貫入抵抗が大き
くなるので、上部鋼管３の外径Ｄ₂ は翼１０の外径Ｄ₂
の９０％以下であることが望ましい。

【００４０】上記のように構成した本実施形態に係る鋼
管杭１は、これを基礎杭としての使用時に、翼１０は先
端地盤反力を受ける受圧体として機能するため、大きな
先端支持力を得ることができる。この場合、上部鋼管３
の外径Ｄ₂ を下部鋼管２の外径Ｄ₁ の１．１５〜１．６
倍程度とし、翼１０の外径Ｄ₃ を下部鋼管２の外径Ｄ ₁
の１．４〜２．１倍程度とすると、耐荷重性能上バラン
スをよくすることができる。また、下部鋼管２は、上部
工から伝達される水平力や曲げモーメントの影響をほと
んど受けないため、鉛直荷重が大きくても充分大きな耐
荷力を発揮することができる。

【００４１】本実施の形態は、上部鋼管３の外径Ｄ₂ を
翼１０の外径Ｄ₃ 以下にしたことにより、鋼管杭１のね
じ込み貫入のための駆動トルクを小さくすることがで
き、頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭の貫入をスムーズ
に施工することができる。

【００４２】また、上部鋼管３の外径Ｄ₂ を下部鋼管２
の外径Ｄ₁ の１．１５〜１．６倍程度とすることによ
り、鋼管杭１の杭頭部近傍に発生する大きな曲げモーメ
ントに対応することができ、地震時の曲げ応力度と水平
変位量を抑制することができる。さらに、上記のように
構成することにより、経済的な頭部拡大ねじ込み式鋼管
杭を実用化することができる。

【００４３】さらに、本実施の形態における下部鋼管２
と上部鋼管３の接合は、円形鋼板からなる単純な構造の
接合部材６で構成したので、テーパ管などを用いた他の
接合構造に比べて、製造コストを大幅に低減することが
できる。また、地盤は上部鋼管３より大径の翼１０によ
り乱されて軟化しているため、従来技術３や５のよう
に、拡大部で大きな貫入抵抗が発生することはない。

【００４４】また、本発明は、頭部拡大杭とねじ込み式
鋼管杭とを一定の条件に基づいて組合わせたことによ
り、理想的な基礎杭を得ることができる。すなわち、頭
部拡大杭の設計上の利点を生かしながらねじ込み杭方式
を採用することにより、頭部拡大式鋼管杭の施工上の課
題を解消すると共に、低振動、無排土施工で大きな先端
支持力が得られるというねじ込み式鋼管杭の利点を生か
し、従来困難とされていた全長に亘って大径のねじ込み
式鋼管杭の施工上の問題を克服することができたのであ
る。

【００４５】［実施の形態２］図８〜図１０は本発明の
実施の形態２の説明図である。なお、実施の形態１と同
じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。実
施の形態１では、下部鋼管２と上部鋼管３をそれぞれ溶
接により直接接合部材６に接合した場合を示したが、本
実施の形態は、下部鋼管２を補強部材８を介して接合部
材６に接合したものである。

【００４６】図８は本実施の形態の一例を示すもので、
図５で説明したように、下端外周部に開先が設けられた
上部鋼管３が溶接により接合された接合部材６の下面
に、上部外周に、鋼板からなり下方になるにしたがって
側面の幅が漸減する三角形状のの複数の補強部材８の一
辺が、ほぼ等間隔で放射状に溶接接合された下部鋼管２
を、その中心軸を上部鋼管３の中心軸と整合させて当接
し、補強部材８の他の辺を接合部材６に溶接して一体に
接合し、頭部が拡大された鋼管杭１を構成したものであ
る。

【００４７】なお、接合部材６の下面の下部鋼管２の外
径に対応した位置の外側に、複数の補強部材８をほぼ等
間隔で放射状に溶接して取付けて、これら補強部材８の
中心部に下部鋼管２を挿入して、その外周に補強部材８
を溶接してもよく、あるいは、補強部材８により下部鋼
管２が接合された接合部材６の上面に、上部鋼管３を溶
接により接合してもよい。

【００４８】図８の例では、補強部材８を三角形状の鋼
板で構成した場合を示したが、図９に示すように、溶接
性を考慮して変形したほぼ台形状の補強部材８ａを用い
てもよい。また、上記の鋼製の補強部材８，８ａに代え
て、図１０（ａ）に示すように、溝形鋼からなる補強部
材８ｂを用いてもよく、あるいは、図１０（ｂ）に示す
ように、山形鋼からなる補強部材８ｃを用いてもよい
（以下、上記の各補強部材８，８ａ，８ｂ，８ｃを一括
して補強部材８と記すことがある）。この場合、溝形鋼
又は山形鋼の側面を下方になるにしたがって幅が漸減さ
れる形状に形成する。なお、補強部材８は上記の例に限
定するものではなく、適宜の形状又は構造のものを用い
ることができる。

【００４９】本実施の形態に係る鋼管杭１の施工方法、
作用、効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である
が、補強部材８を設けたことにより、さらに次の効果を
得ることができる。 （１）鉛直荷重による接合部材６の変形を抑制できるた
め、接合部材６の変形による上部鋼管３及び下部鋼管２
に発生する二次的な曲げ応力を抑制することができる。

【００５０】（２）鋼管杭のねじ込み施工中に、接合部
材６，下部鋼管２及び各補強部材８によって形成された
凹部（例えば、図８の９）に土砂が圧縮されて詰るた
め、テーパ状の接続体を用いた場合と同様の貫入効果を
得ることができる。すなわち、下部鋼管２と上部鋼管３
の接合部が地盤を通過する際に、翼１０によって乱され
た土砂は接合部材６の下面に当ることなく、補強部材８
の外縁を直径とする円錐に沿って滑らかに移動するた
め、頭部拡径による貫入抵抗をさらに低減することがで
きる。

【００５１】［比較例］外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍ、
長さ１２ｍの上杭と、外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍで長
さ１１ｍの中杭及び下杭とからなり、下杭の先端部に外
径１０００ｍｍ、肉厚４０ｍｍの円形鋼板を２分割した
鋼製翼が交差して取付けた翼を設けてなる全長３４ｍの
通常のねじ込み式鋼管杭（以下、鋼管杭Ａという）と、
外径７００ｍｍ、肉厚９ｍｍ、長さ８ｍの上部鋼管と、
外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍ、長さ２ｍの下部鋼管とを
円形鋼板からなる接続部材を介して接続した上杭（な
お、接続部材の下面には、図８で説明した６個の補強部
材により下部鋼管を接続した）と、外径５００ｍｍ、肉
厚９ｍｍで長さ１２ｍの中杭及び下杭とからなり、下杭
の先端部に鋼管杭Ａと同じ翼が取付けられた全長約３４
ｍの本発明に係るねじ込み式鋼管杭（以下、鋼管杭Ｂと
いう）とを準備した。

【００５２】そして、上部がＮ値５〜１０の砂地盤、中
間部がＮ値５〜１５のシルトと砂の互層地盤、下部がＮ
値５０以上の砂礫地盤からなる地盤に、鋼管杭ＡとＢの
杭頭部をそれぞれベースマシンに搭載したモータに連結
し、回転した。これにより、両者は地盤中にねじ込ま
れ、スムーズに支持層まで貫入した。施工に要した時間
は、通常の鋼管杭Ａが３．７時間、本発明に係る鋼管杭
Ｂが３．８時間で、両者の間にほとんど差異はなかっ
た。なお、鋼管杭Ｂを逆回転して引抜いて調査したとこ
ろ、下部鋼管、接合部材及び各補強部材との間に形成さ
れた凹部には、それぞれテーパ状に固結した土砂が詰っ
ており、拡径部で土砂が滑らかに移動したことが推測で
きる。なお、貫入に必要な回転トルクは、鋼管杭ＡとＢ
との間にほとんど差は生じなかった。

【００５３】［実施の形態３］本実施の形態は、下部鋼
管２の下端部又はその近傍に設けた翼１０の他の例を示
すものである。実施の形態１では、下部鋼管２の先端部
に平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂを取付けて翼１０を構
成した場合を示したが、本例においては、図１１（ａ）
に示すように、平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂに代えて
螺旋状の鋼製翼１２を取付けて翼１０を構成したもので
ある。なお、下部鋼管２の先端部には、図４で説明した
螺旋状の取付部５が形成されている。

【００５４】すなわち、図１１（ｂ）に示すように、外
径Ｄ₃ （Ｄ₃ は下部鋼管２の外径Ｄ ₁ の１．４〜２．１
倍程度、以下同様）の円形鋼板の中心部に穴１３を設
け、この穴１３から外周部までの一か所を切断して、下
部鋼管２の先端部に設けた取付部５に対応した形状に曲
げ加工して１個の螺旋状の鋼製翼１２を形成し、この鋼
製翼１２を下部鋼管２の取付部５に溶接接合して翼１０
を構成したものである。

【００５５】また、図１２の例は、図１２（ｂ）に示す
ように、外径Ｄ₃ の円形鋼板の中心部に、下部鋼管２の
外径Ｄ₁ とほぼ等しい径Ｄ₄ の穴１５を設け、これを２
分割して平板状の鋼製翼１４ａ，１４ｂを形成し、この
鋼製板１４ａ，１４ｂを、図１２（ａ）に示すように、
下部鋼管２の外周に溶接によりピッチＰ（図４の段差部
４の高さｈ₁ に相当）の連続した螺旋状に取付けて翼１
０を構成したものである。なお、１６は下部鋼管２の先
端開口部を閉塞する閉塞板であるが、これは省略しても
よく、また穴があいたドーナツ板を取付けてもよい。

【００５６】図１３の例は、図１３（ｂ）に示すよう
に、図１２（ｂ）に示す円形鋼板の穴１５から外周部ま
での１か所を切断してピッチＰ（図４の段差部４の高さ
ｈ₁ に相当）の螺旋状に曲げ加工して１個の鋼製翼１７
を形成し、この鋼製翼１７を図１３（ａ）に示すよう
に、下部鋼管２の外周に溶接により取付けて翼１０を構
成したものである。

【００５７】以上本発明の実施の形態について説明した
が、本発明はこれに限定するものではなく、図示しない
が、例えば、次のような実施の形態がある。 （１）上記の説明では、下部鋼管２の先端部又は先端部
近傍の外周に２個の半円状の鋼製翼１１ａ，１１ｂを取
付けて翼１０を構成した場合を示したが、下部鋼管２の
先端部に３つ又はそれ以上のレ字状の取付部を設け、こ
の取付部又は外周に円形鋼板を３分割又はそれ以上に分
割した扇形状の鋼製翼を取付けるようにしてもよく、あ
るいは螺旋状の鋼製翼を複数に分割して下部鋼管２の先
端部又は外周に取付けてもよい。

【００５８】（２）また、翼１０を下部鋼管２の先端部
又はその近傍に設けた場合を示したが、さらにその上方
にも翼を設けて複数段に構成してもよい。 （３）さらに、実施の形態１〜３では、翼１０を構成す
る複数の鋼製翼の内角の総和が３６０°の場合を示した
が、これら内角の総和が３２０°〜４００°の範囲にな
るように構成してもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、少な
くとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管、該下
部鋼管より大径の上部鋼管、及び前記下部鋼管と上部鋼
管を接合する接合部材からなり、前記上部鋼管の外径を
前記翼の外径以下に形成すると共に、前記接合部材の外
径を前記上部鋼管の外径とほぼ等しく形成し、前記接合
部材を円形鋼板又は前記下部鋼管の内径より小さい内径
のドーナツ状鋼板によって構成し、前記上部鋼管の下端
部と下部鋼管の上端部とに溶接により接合し、また、上
部鋼管の外径を下部鋼管の外径のほぼ１．１５〜１．６
倍で、かつ翼の外径のほぼ６０〜９０％に形成したの
で、地盤にねじ込み貫入するための駆動トルクを小さく
することができ、頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭の貫
入をスムーズに施工することができる。

【００６０】また、上記の上部鋼管の外径を、下部鋼管
の外径より大きくしたので、杭頭部近傍に発生する大き
な曲げモーメントに対応することができ、また、地震時
における曲げ応力度と水平変位量を抑制することができ
る。さらに、頭部を拡大しない鋼管杭に比べて経済的な
ねじ込み式鋼管杭を得ることができる。

【００６１】また、上部鋼管の外径を、翼の外径より小
さくしたので、上部鋼管が翼の回転によって掘削軟化さ
れた土砂内にスムーズに貫入され、ねじ込み式鋼管杭を
地盤中に容易に建て込むことができる。また、下部鋼管
と上部鋼管を単純な構造の円形鋼板又はドーナツ状鋼板
からなる接合部材を介して接合するようにしたので、製
造コストを低く抑えることができる。

【００６２】また、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施
工方法は、上記のねじ込み式鋼管杭の杭頭部又は胴体部
に回転力を与えて地盤に埋設するようにしたので、前記
と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の説明図である。

【図２】図１の下部鋼管の下端部に設けた翼の取付部の
説明図である。

【図３】翼の製造を示す説明図である。

【図４】翼の取付部の他の例を示す説明図である。

【図５】下部鋼管と上部鋼管の接続例を示す説明図であ
る。

【図６】実施の形態１の他の例の平面図及び要部断面図
である。

【図７】実施の形態１の鋼管杭の施工方法の説明図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態２の要部断面図及び下面図
である。

【図９】本発明の実施の形態２の他の例の要部の説明図
である。

【図１０】実施の形態２のさらに他の例の要部の説明図
である。

【図１１】本発明の実施の形態３の説明図である。

【図１２】実施の形態３の他の例の説明図である。

【図１３】実施の形態３のさらに他の例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭） ２ 下部鋼管 ３ 上部鋼管 ６ 接合部材 ８ 補強部材 １０ 翼 １１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂ 鋼製翼 １２，１７ 螺旋翼 ２１ ベースマシン ２２ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 玄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 島岡 久壽 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 林 正宏 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 岡本 隆 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも先端部又はその近傍に翼を有
   する下部鋼管、該下部鋼管より大径の上部鋼管、及び前
   記下部鋼管と上部鋼管を接合する接合部材からなり、 前記上部鋼管の外径を前記翼の外径以下に形成すると共
   に、前記接合部材の外径を前記上部鋼管の外径とほぼ等
   しく形成し、 前記接合部材を円形鋼板又は前記下部鋼管の内径より小
   さい内径のドーナツ状鋼板によって構成し、前記上部鋼
   管の下端部と下部鋼管の上端部とに溶接により接合した
   ことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
2. 【請求項２】 上部鋼管の外径を下部鋼管の外径のほぼ
   １．１５〜１．６倍で、かつ翼の外径のほぼ６０〜９０
   ％に形成したことを特徴とする請求項１記載のねじ込み
   式鋼管杭。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のねじ込み式鋼管杭の杭
   頭部又は胴体部に回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を
   地盤に埋設することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施
   工方法。