JP2001323459A

JP2001323459A - 小径杭用鋼管部材

Info

Publication number: JP2001323459A
Application number: JP2000141951A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Murata; 大宜村田; Kazuyasu Kurosaki; 和保黒崎; Yoichi Kobayashi; 洋一小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼管部材と周囲のセメント系材料との間での
荷重伝達性能を合理的かつ経済的に向上させ、小径杭と
しての支持力を十分に発揮させることができる小径杭用
鋼管部材を提供する。【解決手段】削孔内に建て込んだ外径３００ｍｍ程度
以下の鋼管部材１を、グラウト材４としてのセメント系
材料により地盤中に定着させ、小径杭を形成する。鋼管
部材１と周囲のグラウト材４との接触面に、溶接ビー
ド、あるいはリングプレート、ワイヤーなどの溶接によ
り概環状あるいは概らせん状の節２を形成しておく。節
２の節高さｈは１．５〜１０ｍｍ、節高さｈと節間隔ｐ
の比ｈ／ｐは０．０６以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、外径が３００ｍ
ｍ程度以下の径を有する鋼管部材を芯材として、ソイル
セメント、セメントミルク、セメントモルタル等のセメ
ント系材料により地盤と定着させてなる小径杭用の鋼管
部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セメント系材料により地盤に定着される
小径杭に関する発明としては、例えば特開平１０−１４
０５８４号公報や特開平１０−１３１２０９号公報に記
載されたものなどがある．このようないわゆる小径合成
杭は、地中に小口径の削孔を行ない、異形鉄筋や鋼管等
の補強材を挿入し、セメント系材料により定着させたも
のであり、構造物の補修、既設構造物のアンダーピニン
グ、トンネルの補助工事等に適用されてきた。なお、施
工手順に関しては種々の方法がある。

【０００３】また、高耐力マイクロパイル工法と呼ばれ
る小径合成杭工法では、セメント系材料によるグラウト
柱の中心に異形鉄筋を挿入し、その外側に高強度油井管
を配し、部分的に油井管とグラウト間での定着部を形成
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の小径杭
については、芯材となる鋼管部材自体の構造については
特に考慮されていない。すなわち、小径杭の支持力を十
分に発揮させるためには、鋼管部材とその周囲の定着グ
ラウトであるセメント系材料との間の荷重伝達を確実に
する必要があるが、鋼管部材の形態面からの考慮がなさ
れていない。

【０００５】表面が平滑な一般的な鋼管部材では、小径
杭に外力（軸力）が作用した時に、地盤の破壊に先行し
て鋼管部材と周囲のグラウト間で付着切れが発生し、杭
が脆性的な破壊を起こす危険性があり、小径杭としての
支持力性能が保証されない。

【０００６】本願発明は、上記課題の解決を図ったもの
であり、鋼管部材と周囲のセメント系材料との間での荷
重伝達性能を合理的かつ経済的に向上させ、小径杭とし
ての支持力を十分に発揮させることができる小径杭用鋼
管部材を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、セメント系材料により地盤と定着される小径杭用
鋼管部材であって、少なくとも前記鋼管部材と前記セメ
ント系材料との接触面に、鋼管部材外面の円周方向に、
節高さｈ＝１．５〜１０ｍｍ、節高さｈと節間隔ｐの比
ｈ／ｐ≦０．０６の概環状あるいは概らせん状の節が設
けられていることを特徴とするものである。

【０００８】節高さｈ＝１．５〜１０ｍｍ、節高さｈと
節間隔ｐの比ｈ／ｐ≦０．０６という範囲は、小径杭の
実施工における出来形を考慮して、セメント系材料を対
象とした室内付着試験結果から決定したものである。

【０００９】すなわち、鋼管部材に付与する節の高さと
間隔に上記の制約を設け、小径杭の各種適用先での芯材
としての付着力（荷重伝達力）を適切に確保するととも
に、付着力の過剰設計に起因する悪影響やコスト増を抑
制することを可能としたものである。

【００１０】鋼管部材外面の節の形成方法としては、溶
接ビードを円周方向に概環状あるいは概らせん状に設け
る方法、リングプレートあるいはワイヤーを溶接する方
法などが適すると考えられる。これらは、節を容易かつ
迅速に製造できる方法であり、節の製造上、工数増加に
よりコストが大きく増加する心配がない。

【００１１】なお、溶接ビードの場合など、各位置での
節高さに多少のバラツキが生じる場合における節高さｈ
は、円周方向の平均値などで考えればよい。

【００１２】請求項２は、請求項１に係る小径杭用鋼管
部材において、前記鋼管部材の母材が引張強さ５８８Ｎ
／ｍｍ²以上の機械構造用高張力鋼管である場合であ
る。

【００１３】すなわち、機械構造用高張力鋼管を用い、
小径杭の高耐力・高支持力化に適応させるものである。

【００１４】現在、小径杭の周囲のセメント系材料によ
るグラウトを拡径し、通常の場所打ち杭相当の支持力を
期待できる高支持力型の小径杭が開発検討されている。
これに適応する鋼管部材は、鋼管と周囲のグラウト間の
付着力が確保されていることは勿論、軸力作用時に小径
杭の破壊に先行して鋼管部材が破壊（降伏）しないこと
が要求される。

【００１５】この場合、ＳＴＫ４００等の低強度の鋼管
部材では作用外力に抵抗するためには、その本数を多く
して、１本当りの作用荷重を小さくする必要が生じるた
め、材料費および施工費がかさむことになる。逆に、鋼
管部材として高い強度を有するものを用いれば、少ない
本数で効率的な施工が可能となる。

【００１６】また、溶接により節を付与する場合や杭頭
部を溶接接合する場合等には、溶接時の入熱による鋼管
部材の強度や靱性が低下する恐れがある。小径杭の鋼管
部材として高強度の油井管を用いた例が見られるが、こ
の鋼管は溶接による強度低下が考慮されていないもので
あり、このような条件下で供用された上記鋼管部材の強
度は保証されない。

【００１７】この点にも鑑み、鋼管部材に高強度（高張
力）鋼管を用いる場合には、溶接時の強度保持が確認さ
れている機械構造用の高張力鋼管を用いものとした。

【００１８】請求項３は、請求項１または２に係る小径
杭用鋼管部材が、該鋼管部材の外径以上の外径を有する
円筒状の継手部材によって、複数連結されている場合で
ある。

【００１９】すなわち、上記構造を有する鋼管部材の連
結形態に関するもので、既設基礎の耐震補強等、空頭制
約下での小径杭の適用に対応するものである。このよう
な場合、鋼管部材は空頭距離から決まる長さに切断し、
これら複数の鋼管を継手部材により連結しながら打設す
る必要が生じる。

【００２０】そこで、請求項３として、検査に時間を要
する溶接継手に比べ、急速施工を行うことができる非溶
接タイプの円筒状の継手部材を用いることとした。

【００２１】継手部材の径・肉厚は軸力や曲げに対する
継手部の強度や材料コスト等、要求性能に応じて変える
ことができるため、耐荷力およびコスト上、合理的なも
のとすることが可能である。また、継手部材の径の上限
値として、その外径を鋼管部材が挿入される削孔径より
も小さくすれば、鋼管部材を地盤中に建込む際、継手部
材の外周が削孔壁に接触して施工に支障をきたすといっ
た問題が生じない。

【００２２】継手部材の間隔は、大きすぎると空頭制約
下での施工が不可能であること、小さすぎると材料およ
び施工コストがかさむことを考慮して決めればよい。

【００２３】請求項４は、請求項３に係る小径杭用鋼管
部材において、前記継手部材外面の円周方向に、節高さ
ｈ’と鋼管部材に対する継手部材の出幅ｗの和ｈ’＋ｗ
＝１．５〜１０ｍｍの概環状あるいは概らせん状の節が
設けられている場合である。

【００２４】鋼管部材の節間隔が大きい場合は継手部材
を避けて節を所定の間隔で付与できるが、節間隔が小さ
い場合、節間隔を保持するためには継手部材外面にも節
を付与する必要が生じる。

【００２５】この場合、節が付与された継手部材近傍の
付着性能は、節自体の高さｈ’と鋼管部材に対する継手
部材の出幅ｗの和により評価されるが、請求項１に記載
の節高さｈの範囲内では概ね凸部の高さに比例して付着
力が向上することが確認されているため、継手部材の出
幅ｗと節高さｈ’の和が、その範囲内に収まるように節
を付与すればよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、請求項１に係る小径杭用
鋼管部材の一実施形態を示したもので、(a)は全体図と
しての鉛直断面図、(b) はその要部の拡大図である。

【００２７】本実施形態においては、外径φ＝１６５．
２ｍｍ、管厚ｔ＝７．１ｍｍのサイズの低強度の鋼管部
材１（ＳＴＫ４００程度）の外面に、ｈ／ｐ＝０．００
５（平均節高さｈ＝２．５ｍｍ、節間隔ｐ＝５００ｍ
ｍ）で節２が鋼管部材１の管軸方向全長にわたり付与さ
れている。

【００２８】図２は、請求項２に係る小径杭用鋼管部材
の一実施形態を示したもので、(a)は全体図としての鉛
直断面図、(b) はその要部の拡大図である。

【００２９】本実施形態においては、外径φ＝１６５．
２ｍｍ、管厚ｔ＝７．１ｍｍのサイズの機械構造用高張
力鋼管を母材とした鋼管部材３の外面に、ｈ／ｐ＝０．
０２７（平均節高さｈ＝４ｍｍ、節間隔ｐ＝１５０ｍ
ｍ）で節２が、鋼管部材３の管軸方向３全長にわたり付
与されている。

【００３０】これらの図１、図２の実施形態における節
仕様（節高さｈ、節間隔ｐ）は、図３を用いて設定し
た。図３は、節仕様を変えた棒鋼を対象とした付着試験
から見出した、平均節高さｈと節間隔ｐ、周囲グラウト
（セメント系材料）の設計圧縮強度ｆ_cおよび棒鋼の付
着強度τ_0.2%（付着応力曲線における見かけの降伏付近
の付着応力）の関係を整理したものである。

【００３１】この付着試験を通じて、セメント系材料を
周囲グラウトとした場合であっても、鋼材の付着強度τ
_0.2%がその表面に付与する節の高さｈと節の間隔ｐに密
接に関係することが確認できた。

【００３２】上記の知見に加えて、節の高さｈは、小さ
すぎると製造が困難となり、逆に大きすぎると削孔内面
に節が接触し施工不具合を生じること、コストが増加す
ること、および節近傍のグラウトの局部的な破壊を助長
する点を考慮し、本願発明では節の高さｈ＝１．５〜１
０ｍｍとした。なお、節の幅（管軸方向）については、
大きすぎると加工費がかさむことから、３．０〜３０ｍ
ｍ程度とすればよい。

【００３３】図１、図２の実施形態における節仕様は、
小径杭への想定（設計）外力、セメント材料による周囲
グラウト４の設計圧縮強度から、図３を用いて小径杭が
地盤から決まる極限支持力に達する前に、鋼管部材１，
３と周囲グラウト４との付着が切れないような鋼管部材
の付着強度を推定し、これを満足する節高さｈと節間隔
ｐを設定したものである。

【００３４】以上による試算から、鋼管部材の節仕様に
ついて、平均節高さｈ＝１．５〜１０ｍｍ、かつｈ／ｐ
≦０．０６であれば、いたずらに節数を増やしてコスト
をかけることなく、小径杭用鋼管部材１，３としての付
着力を適切に確保できることがわかった。また、鋼管部
材のサイズについては、概ね外径φ＝３００ｍｍ以下と
すればよい。

【００３５】ところで、図２は、鋼管部材の母材に機械
構造用高張力鋼管部材３を使用したケースである。ここ
での小径杭は、周囲グラウト４が拡径されている高支持
力型の小径杭を想定しているが、その他の形態の小径杭
にも勿論適用できる。

【００３６】鋼管部材の母材に機械構造用高張力鋼管部
材３を用いた場合、鋼管部材３と周囲グラウト４間の付
着力を確保できることは勿論、低強度（ＳＴＫ４００）
の鋼管部材１に比べ、地盤からの極限支持力に達する前
に小径杭用鋼管部材が降伏する可能性を小さくできるこ
とから、小径杭としての支持力性能を十分に発揮でき
る。

【００３７】さらに、小径杭１本当りの支持力を確実に
得ることができるため、低強度の鋼管部材１より小径杭
の本数を減少することができ、経済的となる。

【００３８】また、機械構造用高張力鋼管部材３は溶接
性に優れた材料であり、節を溶接により設ける場合の母
材強度の低下等の悪影響を回避することができる。機械
構造用高張力鋼管部材３の強度としては、引張強さ６０
０Ｍｐａ級や８００Ｍｐａ級等の機械構造用高張力鋼管
を用いればよい。

【００３９】なお、図１、図２は鋼管部材１，３の管軸
方向全長にわたり節２が付与されたケースを示したが、
鋼管部材１，３と周囲グラウト４との接触面にのみ節を
付与してもよい。また、節の付与形態は、図１、図２の
ように円周方向に連続的に環状に付与する他、断続的に
付与してもよいし、管軸方向に連続的または断続的にら
せん状に付与してもよい。

【００４０】図４は、請求項３に係る小径杭用鋼管部材
の一実施形態を示したもので、外径φ＝１１４．３ｍ
ｍ、管厚ｔ＝８．６ｍｍのサイズの低強度の鋼管部材
（ＳＴＫ４００程度）を対象に、ｈ／ｐ＝０．００８
（平均節高さｈ＝４ｍｍ，節間隔ｐ＝５００ｍｍ）の節
仕様を有する上下の鋼管部材１，１が、外径ｄ’が鋼管
部材１の外径ｄ以上であり、かつ削孔径Ｄよりも小さい
継手部材５を介して連結されている。図では２本の鋼管
部材１，１を連結しているが、同様に複数本、継ぎ足し
て行くことができる。

【００４１】図５は、請求項４に係る小径杭用鋼管部材
の一実施形態を示したもので、(a)は全体図としての鉛
直断面図、(b) はその要部の拡大図である。

【００４２】本実施形態では、外径φ＝１１４．３ｍ
ｍ、管厚ｔ＝８．６ｍｍのサイズの高強度の鋼管部材
（例えば、８００Ｍｐａ級機械構造用高張力鋼管）を対
象に、１ｈ／ｐ＝０．０２１（平均節高さｈ＝２．５ｍ
ｍ，節間隔ｐ＝１２０ｍｍ）の節仕様を有する上下の鋼
管部材３，３が、外径ｄ’が鋼管部材３の外径ｄ以上で
あり、かつ削孔径Ｄよりも小さい継手部材５’を介して
連結されている。図では２本の鋼管部材３，３を連結し
ているが、同様に複数本、継ぎ足して行くことができ
る。

【００４３】継手部材５’の設置間隔は施工区間の空間
的制限や材料および施工コストを考慮して決定する。例
えば、既設橋脚基礎の耐震補強に増し杭として小径杭を
用いる場合や、山岳部での狭隘地区での道路拡幅工事等
で大きな打設能力を有する施工機械を使用できない場合
は、空頭高さや機械の打設能力を考慮しつつ、材料およ
び施工費がかさまない範囲で継手部材５’の間隔を決め
ればよい。

【００４４】上記以外の特に施工制約のない場合は、打
設機械の能力を考慮し、極力コストがかからないよう継
手部材５’の間隔を決めればよい。

【００４５】また、継手部材５’の表面状態に関し、図
４のように比較的節間隔ｐが大きい場合には、継手部材
を回避して節２を所定の間隔で付与することができる
が、図５のように節間隔ｐが小さい場合は、節間隔ｐを
維持する際に継手部材を回避することができなくなる。
この場合は、図５に示すように、節間隔ｐを維持できる
よう継手部材５’の外表面にも節２’を付与すればよ
い。

【００４６】継手部材５’の外表面に付与する節２’の
高さｈ’は、上下の鋼管部材３，３に対する継手部材
５’の出幅ｗと節の高さｈ’の和が、設計上の節高さ
ｈ、すなわち１．５〜１０ｍｍとなるようにすればよ
い。継手部材の出幅ｗ自体が設計上の節高さｈ以上であ
れば、特に継手部材５’に節２’を付与する必要はない
が、安全のため節２’を設けてもよい。

【００４７】図６は、請求項３または４に係る発明にお
ける継手部材の構造例を示したものである。

【００４８】図６(a) は、鋼管の内面に雌ねじを加工し
た継手部材５を示し、連結する上下の鋼管部材１の端部
に加工した雄ねじを螺合し、両者を連結できるようにし
ている。また、図６(b) の継手部材５は、上下の鋼管部
材１の一方に内面に雌ねじを加工した鋼管５ａを溶接
し、他方に外面に雄ねじを加工した鋼管５ｂを溶接し、
互いに螺合できるようにしたものである。

【００４９】この他、継手部材の構造としては、ボルト
を介して連結する継手部材等が考えられる。

【００５０】これらの継手部材５の外径は鋼管部材１の
外径以上で、かつ削孔径以下であることが望ましく、そ
の材質、強度、継手の長さは継手部に要求される耐荷力
やコスト等に応じて選択すればよい。

【００５１】図７(a) 〜(c) は、それぞれ本願発明にお
ける節の形成方法および形態を示したものである。

【００５２】図７(a) は、外径φ＝２１６．３ｍｍ、管
厚ｔ＝１１ｍｍのサイズの鋼管部材１の外面に、ｈ／ｐ
＝０．０１２５（平均節高さｈ＝３ｍｍ、節間隔ｐ＝２
４０ｍｍ）で溶接ビードによる節２ａが環状に設けられ
た場合の例である。

【００５３】溶接ビード２ａは、その盛り高さが本発明
の節高さｈとなるよう、予め溶接速度等の管理を実施し
ておくことが望ましい。

【００５４】図７(b) は、その内径が鋼管部材１の外径
と同じであるリングプレート２ｂを溶接して節を形成し
た場合の例である。リングプレート２ｂは、既製品の鋼
管などから本願発明で規定する節の高さを満足するよう
に予め切断したものなどを用いることができる。リング
プレート２ｂの材質については、鋼製のものを適用すれ
ばよく、特に材質、強度は限定されないが、材料費を下
げるためには低強度ものを用いることが望ましい。

【００５５】図７(c) は、鋼管部材１にワイヤー２ｃを
溶接して節を形成した場合の例である。ワイヤー２ｃ
は、既製品から本願発明で規定する節の高さを満足する
ような幅（直径）を有するものを選択し、対象とする鋼
管部材１の外周に巻き付けた際に余分な部分が生じない
長さに予め切断しておく。

【００５６】なお、以上の説明では各種材料による節を
円周方向に連続的に環状に付与した例を示したが、円周
方向に断続的に環状に付与してもよいし、管軸方向に連
続的あるいは断続的にらせん状に付与してもよい。

【００５７】

【発明の効果】本願の請求項１に係る発明によれば、外
周面に概環状あるいは概らせん状に設けた所定の寸法関
係を有する節によりグラウト材としてのセメント系材料
との付着力を確保し、小径杭の支持力を十分に発揮させ
ることができる。

【００５８】特に、請求項１で規定した範囲とすること
で、鋼管部材と周囲のセメント系材料との間での荷重伝
達性能を合理的かつ経済的に向上させつつ、付着力の過
剰設計に起因する悪影響やコスト増を抑制することがで
きる。

【００５９】また、このような節は、溶接ビード、鋼管
部材へのリングプレートあるいはワイヤーの溶接などに
より、容易かつ迅速に取り付けることができ、安価に製
造することができる。

【００６０】請求項２に係る発明は、鋼管部材の母材に
機械構造用高張力鋼管を用いるものであるが、単に小径
杭の支持力を向上させるだけでなく、少ない本数で効率
約な施工が可能となり、また溶接性の面でも有利であ
る。

【００６１】請求項３に係る発明は、小径杭に用いられ
る複数の鋼管部材を継手部材によって連結するものであ
り、空頭制限などに容易に対処することができる。

【００６２】請求項４は、さらに請求項３における継手
部材の外面にも所定の寸法関係を有する概環状あるいは
概らせん状の節を設けたものであり、節間隔が小さい場
合などにおいて、連結される鋼管部材間での節間隔を維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る小径杭用鋼管部材の一実施形
態を示したもので、(a) は全体図としての鉛直断面図、
(b) はその要部の拡大図である。

【図２】請求項２に係る小径杭用鋼管部材の一実施形
態を示したもので、(a) は全体図としての鉛直断面図、
(b) はその要部の拡大図である。

【図３】鋼管部材に設けた節の高さと付着強度に関す
る試験結果をまとめたグラフである。

【図４】請求項３に係る小径杭用鋼管部材の一実施形
態を示す鉛直断面図である。

【図５】請求項４に係る小径杭用鋼管部材の一実施形
態を示したもので、(a) は全体図としての鉛直断面図、
(b) はその要部の拡大図である。

【図６】 (a) 、(b) は、それぞれ請求項３または４に
係る発明における継手部材の構造例を示す鉛直断面図で
ある。

【図７】 (a) 〜(c) は、それぞれ本願発明における節
の形成方法および形態を示す正面図である。

【符号の説明】

ｈ，ｈ’…節高さ、ｐ…節間隔、ｗ…出幅、Ｄ…削孔
径、ｄ…鋼管部材外径、ｄ’…継手部材外径、１…鋼管
部材、２，２’…節、２ａ…溶接ビード、２ｂ…リング
プレート、２ｃ…ワイヤー、３…鋼管（機械構造用高張
力鋼管）、４…グラウト材、５，５’…継手部材

フロントページの続き (72)発明者小林洋一大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 2D041 AA03 BA03 BA12 CA03 CA05 DA13 DB02 DB12 DB13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント系材料により地盤と定着される
小径杭用鋼管部材であって、少なくとも前記鋼管部材と
前記セメント系材料との接触面に、鋼管部材外面の円周
方向に、節高さｈ＝１．５〜１０ｍｍ、節高さｈと節間
隔ｐの比ｈ／ｐ≦０．０６の概環状あるいは概らせん状
の節が設けられていることを特徴とする小径杭用鋼管部
材。
【請求項２】前記鋼管部材の母材が引張強さ５８８Ｎ
／ｍｍ²以上の機械構造用高張力鋼管であることを特徴
とする請求項１記載の小径杭用鋼管部材。
【請求項３】請求項１または２記載の小径杭用鋼管部
材が、該鋼管部材の外径以上の外径を有する円筒状の継
手部材によって、複数連結されていることを特徴とする
小径杭用鋼管部材。
【請求項４】前記継手部材外面の円周方向に、節高さ
ｈ’と鋼管部材に対する継手部材の出幅ｗの和ｈ’＋ｗ
＝１．５〜１０ｍｍの概環状あるいは概らせん状の節が
設けられていることを特徴とする請求項３記載の小径杭
用鋼管部材。