JP2003155743A - 縦歯とプロペラ状の歯を有する杭先端取り付け用構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、本発明の杭先端に取り付け
て杭の土中への捩込みを助けるための構造物及びそれを
有する杭を提供することである。 【構成】構造物は、中空円筒形をしたリング部と、鋭角
の先端を形成している板からなり上端部がリング部に固
着されている複数の縦歯と、縦歯の隣り合う２つの面に
わたって溶接される、回転によって地盤中への推進力を
与える扇形歯とからなっている。杭と共に地盤中に残さ
れることによって、扇形の歯は杭の上下移動に対抗する
支持を与える。縦歯は鋭い先端による回転軸固定作用を
与え、杭からの回転力を伝えると共に、地盤掘削効率を
高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼管杭やコンクリート杭
の先端に取り付けるための、杭を土中へ捩込み埋め込む
のを助けるための構造物、及びその構造を有する杭に関
する。

【０００２】

【従来の技術】土木用の杭は騒音、振動、排土などの公
害や環境破壊を防止するために回転貫入工法が用いら
れ、そのための工法としてイ）杭に螺旋帯体を巻きつけ
て下部を刃先として地盤にねじ込むことにより杭を地盤
に貫入する工法と、ロ）コンクリート杭等の場合の、先
端が円錐形のボーラーを杭内の芯棒で連結して地上から
の操作でボーラーを回転することにより杭を地盤に貫入
する工法とが知られている。

【０００３】上記イ）の杭を回転させて埋め込む工法で
は、杭に巻きつける金属の螺旋帯体により大きな直径の
穴となってしまい、重要な杭の周面と地盤との摩擦力が
減少してしまうから、杭打ち後の地盤が強固なものとな
るのに時間がかかるという問題がある。また、杭を打つ
場合、やわらかい土の下に存在する硬い地盤の層にも杭
の下部が少なくとも杭径の１．５倍の深さは食込んでい
ることが必要とされている。このような「根入れ」は杭
と共に螺旋帯体を回転させるだけでの掘削では困難で、
重機掘削の併用が必要であった。

【０００４】このような重機掘削により支持層地盤が乱
れる工法では土砂混じりコンクリートにより根固めをす
ることとなるが、そのような根固めされた先端の地盤の
浮き上がりや沈下に対抗する支持力はその材質のため乏
しいものでしかない。

【０００５】特開平９−３０２６５０では外周にらせん
帯体は巻き付けず管内にらせん状ブレードを持たせ先端
に小さな切歯を設けた支持層に必要なだけ貫入させ得る
埋込杭を記載しているが、歯が小さく中心部を突きくず
す手段がないため地盤の支持体層の掘削貫入効率が良好
とは考えられない。

【０００６】一方、上記ロ）先端ボーラーを用いる工法
では先端ボーラーが支持層で切り離されて置かれるので
支持断面は確実性があるが別の問題がある。即ち砂の層
で回転すべりを生じ、貫入困難となる場合があることで
ある。その理由は、ボーラーが縦軸方向の歯を有さない
から、芯棒からの回転力が先端円錐型ボーラーの軸中心
では掘削作用を十分行わず、杭の外周付近に分散されて
回転力が逃げてしまうため、先端に於いて歯が十分負荷
を地盤に対して加えることが出来ないためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は上記の様な
土木基礎用埋込杭の課題、即ち、杭の回転のみで確実な
即ち杭径よりもいたずらに大きな孔を掘らずに根入れの
出来る、そして支持層への貫入効率の良好な工法が存在
しないことを解決するために工夫を重ねた結果、本発明
を完成させた。

【０００８】

【課題を解決する手段】１． 埋め込まれる杭の軸の延
長線上の位置から半径方向外方向にのびており、該杭の
軸の延長線にそって合体し軸を形成しており、下側に突
出して該杭の軸の延長線上に鋭角の先端を形成している
板からなる、複数の縦歯と、ほぼセグメント形をしてお
り、該複数の縦歯の隣り合う２つの面上にそのほぼセグ
メント形の隣り合う辺が傾斜して溶接されており、回転
前方にあたる低いほうの端が該縦歯の縁よりも外方向に
突出していて歯先を形成しており、該複数の縦歯の隣り
合う２つの面の間に他の隣り合う２つの面の間と異なる
高さの位置に少なくとも１つ設けられる、傾斜した板か
らなる扇形歯と、を含む、杭先端に取り付けるか、又は
杭先端付近に杭に対して回転しないように且つ回収可能
に配置される駆動装置に取り付けて、捩込みや押し込み
等による杭の土中への進入を助けるための構造物。 ２． 杭に固定する為の手段として、該縦歯の上端に固
着されている中空円筒形をしたリング部を含み、杭の回
転を該縦歯に伝える為の手段が杭の下端の放射状の溝に
合った該縦歯の上端である上記１に記載の構造物。 ３． 該構造物が、杭に固定する為の手段及び／又は杭
の回転を該縦歯に伝える為の手段を更に有している上記
１に記載の構造物。 ４． 中空円筒形をしたリング部と、該リング部の半径
方向に少なくともリング部内周上の位置から該リング部
の仮想軸までのびて該リング部の仮想軸にそって合体し
軸を形成しており、該リング部の下側に先細になるよう
突出して該軸の延長線上に鋭角の先端を形成している板
からなる、上端部が該リング部に固着されている複数の
縦歯と、ほぼセグメント形をしており、該複数の縦歯の
隣り合う２つの面上にそのほぼセグメント形の隣り合う
辺が傾斜して溶接されており、回転前方にあたる低いほ
うの端が該縦歯の縁よりも外方向に突出していて歯先を
形成しており、該複数の縦歯の隣り合う２つの面の間に
他の隣り合う２つの面の間と異なる高さの位置にその位
置に適した面積のものが少なくとも１つ設けられる、傾
斜した板からなる扇形歯と、からなっている、杭先端に
取り付けるか又は杭先端に先行させて杭の土中への捩込
みその他による進入を助けるための回転掘削用構造物。 ５． 中空円筒形をしたリング部と、該リング部の半径
方向にリング部内周上の位置から該リング部の軸までの
びて該リング部の軸にそって合体し軸を形成しており、
該リング部の下側に先細になるよう突出して該軸の延長
線上に鋭角の先端を形成している板からなる、上端部が
該リング部に固着されている複数の縦歯と、該縦歯の隣
り合う２つの面にわたって溶接される、回転によって地
盤中への推進力を与える扇形歯と、からなっている杭先
端に取り付けるか又は杭先端に先行させて杭の土中への
捩込みその他による進入を助けるための回転掘削用構造
物。 ６． 縦歯の数が３であり、回転により縦歯の縁に沿っ
た線の描く軌跡が円錐形であり、扇形歯が縦歯と縦歯の
間に１つだけ、異なる高さの位置にその高さの縦歯の幅
に応じた大きさのものとして存在し、該３つの扇形歯の
取り付け位置の高さは連続した１つの渦巻き形螺旋に近
い形態を形成するように配置されており、該扇形歯の各
々は回転によって地盤中への推進力を与えるように傾斜
した平板であるか又はスクリュー形の曲面を有する板で
ある上記１〜５のいずれか一に記載の構造物。 ７． 該扇形歯の水平方向の延べ面積が該杭断面積の８
０％以上とすることにより地盤に埋め込まれた際の上下
方向支持力を与えた、上記１〜６に記載の構造物。 ８． 上記１〜７のいずれか一の構造物の構造を先端に
有している、回転捩込みにより地盤の所定深さ迄到達さ
せる為の埋め込み杭。 ９． 上記１〜７のいずれか一の構造物を回転駆動装置
の回転体又はその回転減速装置に固定し、該回転駆動装
置を杭先端部の杭中心空洞部に杭に対して回転しないよ
うに配置し、該回転駆動装置により該構造物を回転させ
て杭を埋め込むべき地盤を掘削しつつ該杭を除々に埋め
込み、所定深さに達した後に該回転駆動装置を地上に回
収することからなる、杭の埋め込み方法。 上記１〜９に於いて、構造物の材質は、鋼を含めた地盤
の掘削機能を発揮できる任意の硬い材質である。杭の材
質は通常のコンクリート杭や鋼管杭に用いられる材質を
含めた杭の機能を果たし得る任意の材質である。上記８
に於いて、杭と構造物との連結は、杭と構造物との溶接
や、構造物のリングに穴をあけ適当なボルトを通して対
応する杭のネジ穴に締め付けるなど、任意の適当な方法
で実施できる。また、杭の下端が縦歯の上端に対応する
溝その他係合可能な手段を有していると、特に固定なし
でも回転埋め込みが可能であり、そのような方法は、上
記１〜７及び上記８の実施の態様である。上記９に於い
て、回転駆動装置は歯車等を組み合わせた減速装置によ
り回転体の速度を減少し強い力を生じることができる。
該構造物との連結は任意の方法で固定できる。垂直に杭
を埋め込む場合、やぐら等の任意の手段で杭を垂直に立
て、構造物の回転により穴が掘れるに従って杭が下げら
れる。回転駆動装置はミニシールド機械等に用いられて
いるものを転用出来る。上記９の方法は、比較的大きな
直径の杭の埋め込みに適した方法である。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好ましい態様を
説明する。図１〜図３は本発明の鋼管杭やコンクリート
杭の先に取り付ける鋼製の構造物の１２０度毎に異なる
ある回転位置に於ける平面図と平面図の下方から見た正
面図の関係を示している。縦歯ａ，ｂ，ｃをなす鋼板は
隣と１２０度の角度で接して中心軸を形成しそれにそっ
て溶接されている。それらの上端部の外方端近くは、仮
想中心軸が共通している鋼製のリング４と、しっかりし
た溶接となるようにかみ合い部分を設けて溶接されてい
る。鋼製の扇形歯１は、上から見ると縦歯ａと縦歯ｃを
なす鋼板とで形成される角度のセグメントに近い形を成
し縦歯ａ，ｃをなす鋼板に溶接されている。

【００１０】扇形歯１は、下がった位置（縦歯ａの板と
の接合線の最も下）では、図１正面図及び各図の平面図
に示されるように歯が縦歯ａよりも外に突出ている。同
様に、図２及び図３に示されるように、鋼製の扇形歯２
及び３も、それぞれの高さの位置で、その位置に適した
大きさの扇形をなし、即ち１よりも２、２よりも３が順
次小さくなり、前方の縁の歯がそれぞれ鋼製の縦歯ｂ、
ｃよりも外に突き出ている。これによって杭回転時に縦
歯ａ、ｂ、ｃによりこすられる地盤の円錐面は扇形歯１
〜３で突きくずされると共に、突きくずされた土の推し
上げによる地盤中への推進力が得られる。この好ましい
態様では、扇形歯１，２及び３の取り付け位置の高さ
は、あたかも扇形歯１，２及び３が１つの渦巻き螺旋形
を描くように位置決めされているから、扇形歯１，２及
び３のそれぞれが他と共同して推進力を高めることとな
る。即ち、図３の正面図における扇形歯３の後方（図の
右側）近くに扇形歯２の前端が位置するから、扇形歯３
が切り込んでいった地盤の軌道を、更により半径方向外
側に突き出ている扇形歯２がたどりながら切り崩してい
くからである。

【００１１】一方、この場合に、縦歯ａ、ｂ、ｃの尖っ
た先端は、地盤に突き当たっていて回転軸の位置を固定
して上記の扇形歯の作用を助ける役割を果たすと共に、
縦歯の尖った先端部により中心部の地盤は突きくずさ
れ、杭の前進はより容易となり、縦歯の縁によって扇形
歯１〜３で既に突きくずされている地盤が更に逆円錐形
に削られる。その形のため、中心から周までどの位置に
も削りの力が及び、この縦歯と扇形歯の関係は、掘削効
率に最も良い組合わせである。

【００１２】一方、扇形歯１〜３は杭の沈み込みを防止
する支持面としての作用もなす。従って、扇形歯１、２
及び３は図１〜３の平面図で示されるように、上から見
た場合、それが杭断面を占める面積は一定以上、例えば
杭断面積の８０％を越えるかより好ましくは９０％を越
えるのが好ましい。扇形歯１、２、３は縦歯ａとｂの
間、ｂとｃの間、ｃとａの間にそれぞれ１個であるのが
好ましいが、２個又はそれ以上あることも可能である。

【００１３】縦歯ａ、ｂ、ｃが等角度で３枚設けられて
いる具体例が記載されていて、縦歯は３枚が好ましい
が、縦歯が２枚、即ち縦歯の板が２等辺三角形状の一枚
の厚い板であることも、又は４枚又は４枚以上であるこ
とも可能である。

【００１４】杭と構造物との連結は、杭に溶接する場合
と、リング４に穴をあけ適当なボルトを通して対応する
杭のネジ穴に締め付ける場合と、杭の下端に縦歯ａ，
ｂ，ｃの上端に対応する溝を設け、固定なしで回転埋め
込みを行う場合とから選択可能である。

【００１５】

【本発明の効果】１．扇形歯は杭の断面よりも外に大き
く出す必要はないから、余分に大きな孔が地盤に生じる
ことがなく、所定位置まで掘り進んだ後支持層にしっか
りと居座ることが出来る。 ２．扇形歯は杭の浮き沈みに対する支持面を与える。 ３．扇形歯は先端の掘削機能と共に杭推進機能を発揮す
る。複数の扇形歯が全体として１つの渦巻き螺旋形に近
い形態に配置される好ましい態様では互いの扇形歯が他
と協力して杭推進機能を強化する。 ４．縦歯は、ブレード部分全体が扇形歯の推進力により
常に土に押し付けられており、杭の回転のための支点を
しっかり固定する役割を果たし、杭の回転力が伝えられ
ることにより効率よく扇形歯の作用を助けるとともに縦
歯のブレード部分が回転しながら土をかきとり、先端が
鋭角であるから杭の推進も容易となる。 ５．効率良くかきとられた土は扇形歯によって上に送ら
れ、一方杭は前進する。 ６．円管体と平坦な板又は平坦な板をプレスして曲面の
板としたもののみから溶接形成出来るから製造コストも
安い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の杭先端に取り付けて杭の土中への捩
込みを助けるための構造物の平面図とその平面図の下方
から見た正面図の関係を示している図。

【図２】 １２０度右回転した図１に示す構造物の平面
図とその平面図の下方から見た正面図の関係を示してい
る図。

【図３】 ２４０度右回転した図１に示す構造物の平面
図とその平面図の下方から見た正面図の関係を示してい
る図。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】埋め込まれる杭の軸の延長線上の位置から
   半径方向外方向にのびており、該杭の軸の延長線にそっ
   て合体して軸を形成しており、下側に突出して該杭の軸
   の延長線上に鋭角の先端を形成している板からなる、複
   数の縦歯と、 ほぼセグメント形をしており、該複数の縦歯の隣り合う
   ２つの面上にそのほぼセグメント形の隣り合う辺が傾斜
   して溶接されており、回転前方にあたる低いほうの端が
   該縦歯の縁よりも外方向に突出していて歯先を形成して
   おり、該複数の縦歯の隣り合う２つの面の間に他の隣り
   合う２つの面の間と異なる高さの位置に少なくとも１つ
   設けられる、傾斜した板からなる扇形歯と、を含む、杭
   先端に取り付るか、又は杭先端付近に杭に対して回転し
   ないように且つ回収可能に配置される駆動装置に取り付
   けて、捩込み又は押し込み等による杭の土中への進入を
   助けるための構造物。
2. 【請求項２】該構造物が杭先端に取り付けられ、該構造
   物を杭に固定する為の手段として、該縦歯の上端に固着
   されている中空円筒形をしたリング部を含み、杭の回転
   を該縦歯に伝える為の手段が杭の下端の放射状の溝に合
   った該縦歯の上端である請求項１に記載の構造物。
3. 【請求項３】該構造物が杭先端に取り付けられ、該構造
   物が、杭に固定する為の手段及び／又は杭の回転を該縦
   歯に伝える為の手段を更に有している請求項１に記載の
   構造物。
4. 【請求項４】中空円筒形をしたリング部と、 該リング部の半径方向に少なくともリング部内周上の位
   置から該リング部の仮想軸までのびて該リング部の仮想
   軸にそって合体し軸を形成しており、該リング部の下側
   に先細になるよう突出して該軸の延長線上に鋭角の先端
   を形成している板からなる、上端部が該リング部に固着
   されている複数の縦歯と、 ほぼセグメント形をしており、該複数の縦歯の隣り合う
   ２つの面上にそのほぼセグメント形の隣り合う辺が傾斜
   して溶接されており、回転前方にあたる低いほうの端が
   該縦歯の縁よりも外方向に突出していて歯先を形成して
   おり、該複数の縦歯の隣り合う２つの面の間に他の隣り
   合う２つの面の間と異なる高さの位置にその位置に適し
   た面積のものが少なくとも１つ設けられる、傾斜した板
   からなる扇形歯と、からなっている、杭先端へ取り付け
   るか又は杭先端に先行させて杭の土中への進入を助ける
   ための回転掘削用構造物。
5. 【請求項５】中空円筒形をしたリング部と、 該リング部の半径方向に少なくともリング部内周上の位
   置から該リング部の仮想軸までのびて該リング部の仮想
   軸にそって合体し軸を形成しており、該リング部の下側
   に先細になるよう突出して該軸の延長線上に鋭角の先端
   を形成している板からなる、上端部が該リング部に固着
   されている複数の縦歯と、 該縦歯の隣り合う２つの面にわたって溶接される、回転
   によって地盤中への推進力を与える扇形歯と、からなっ
   ている、杭先端へ取り付けるか又は杭先端に先行させて
   杭の土中への進入を助けるための回転掘削用構造物。
6. 【請求項６】縦歯の数が３であり、回転により縦歯の縁
   に沿った線の描く軌跡が円錐形であり、扇形歯が縦歯と
   縦歯の間に１つだけ、異なる高さの位置にその高さの縦
   歯の幅に応じた大きさのものとして存在し、該３つの扇
   形歯の取り付け位置の高さは連続した１つの渦巻き形螺
   旋に近い形態を形成するように配置されており、該扇形
   歯の各々は回転によって地盤中への推進力を与えるよう
   に傾斜した平板であるか又はスクリュー形の曲面を有す
   る板である請求項１〜５のいずれか一に記載の構造物。
7. 【請求項７】該扇形歯の水平方向の延べ面積が該杭断面
   積の８０％以上とすることにより地盤に埋め込まれた際
   の上下方向支持力を与えた、請求項１〜６に記載の構造
   物。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか一の構造物の構造
   を先端に有している、回転捩込みにより地盤の所定深さ
   迄到達させる為の埋め込み杭。
9. 【請求項９】請求項１〜７のいずれか一の構造物を回転
   駆動装置の回転体に固定し、該回転駆動装置を杭先端部
   の杭中心空洞部に杭に対して回転しないように配置し、
   該回転駆動装置により該構造物を回転させて杭を埋め込
   むべき地盤を掘削しつつ該杭を除々に埋め込み、所定深
   さに達した後に該回転駆動装置を地上に回収することか
   らなる、杭の埋め込み方法。