JP2003342953A - 杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 翼の磨耗を安価に効率良く抑制することがで
き、削った土をスムーズに上に押し上げることのできる
杭の構造を提供する。 【解決手段】 杭本体１の先端部に、円錐形のコーン部
と３枚の翼６を有する鋼製の先端シュー２を取り付け、
地盤への回転貫入を可能とする。先端シュー２の外周面
に溶接した複数の翼６の始端側に、杭の貫入方向に向か
って幅が漸減し、杭軸方向に対する角度が杭一般部より
小さい翼始端部６ａを設ける。翼始端部６ａから地盤に
食い込ませながら回転貫入する際、翼始端部６ａでの磨
耗は生ずるが、翼６の一般部での磨耗を抑えることがで
きる。さらに、翼始端部６ａの幅が貫入方向に向かって
漸減する形態であるため、回転貫入における地盤の抵抗
を小さく抑えることができる。また、この翼始端部６ａ
を設けることにより、構造耐力を増すことができる。

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、先端部に翼を有
する地盤に回転貫入可能な既製杭を用いた杭の構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】既製杭を低振動、低騒音で地盤中に建て
込む工法の一つとして回転圧入装置を用いた回転圧入工
法があり、既製杭先端部の翼の構造や、建込みを容易に
するための先端シューの構造、回転圧入装置等について
種々の発明がなされている。

【０００３】例えば、特開昭５９−１９２１２５号公報
には既製コンクリート杭の先端部に１〜数枚の螺旋状の
ブレイドを設けたものが記載されている。

【０００４】また、特許第２７０９４４５号公報には、
杭先端部外周に、略半周分を単位とする螺旋状の掘進翼
を回転方向に対して互いにずらして設け、掘進翼の端部
どうしが杭軸方向に見てオーバーラップするように多重
に配した鋼管杭が記載されている。

【０００５】特開平１１−２４７１８３号公報には、鋼
管杭の先端に翼を設け、回転圧入装置のトルクを鋼管杭
内の先端近傍に伝達し、鋼管杭を回転貫入させる工法が
記載されている。

【０００６】この他、特開２００１−２４８１５７号公
報には、中空コンクリート杭の先端に、外周面に螺旋翼
を設けた円錐形の杭推進体を取り付け、この杭推進体を
杭の軸芯を中心として回転自在としたものが記載されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】翼を有する既成杭の回
転貫入においては、硬い地盤での長時間の回転貫入によ
って翼の鋼材が磨耗しやすい。翼が磨耗すると、期待し
た杭支持能力が得られないという問題がある。

【０００８】このような問題に対処する手段として、従
来、翼の始端部に超硬チップを貼り付けたりしている
が、コスト増となる他、翼の始端部以外についてはすり
減りを必ずしも十分抑制することができない。

【０００９】本願発明は上述のような課題の解決を図っ
たものであり、翼の形態を工夫することで、翼の磨耗を
安価に効率良く抑制することができ、削った土をスムー
ズに上に押し上げることのできる杭の構造を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【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、杭先端部外周に１または複数の翼が設けられた杭
において、前記翼の始端側に、杭の軸方向と翼の取り付
け方向とのなす角度が翼一般部よりも小さい翼始端部が
形成されていることを特徴とするものである。

【００１１】なお、ここで翼の始端側とは、杭の貫入方
向側の意味である。また、「杭の軸方向と翼の取り付け
方向とのなす角度」とは、「杭の軸方向（長手方向）と
杭先端部外周面における翼の取り付け方向とのなす角度
（鋭角側）」を意味し、翼一般部の取り付け角度が変化
する場合には、翼一般部と翼始端部との境界位置におい
てこの条件を満足するように取り付けられていればよ
い。

【００１２】本願発明における翼が設けられた杭として
は、主として鋼管杭を対象としているが、コンクリート
杭、ＰＣ杭、ＰＨＣ杭、鋼コンクリート複合杭などにも
適用可能である。

【００１３】杭先端部については、先端シューとして外
形が例えば円錐形や多角錐形等のコーン部を取付けても
よいし、平坦であってもよく、あるいは任意の形状の掘
削刃を設けてもよい。杭先端部に先端シューを設ける場
合の材質としては鋼製のものが望ましいが、必要な強度
が得られるものであれば特に限定されない。

【００１４】本願発明では、このような翼を有する杭に
ついて、翼始端部における杭の軸方向と翼の取り付け方
向とのなす角度を翼一般部より小さくしてあることで、
翼の磨耗を翼始端部で止めることができ、翼一般部のす
り減りを抑制することができる。

【００１５】さらに、このような翼が形成されているこ
とにより構造耐力が向上するので、翼一般部の板厚を低
減することができる。また、同じ板厚であれば支持力が
向上する。

【００１６】翼としては、通常、鋼材を用い、鋼管杭の
場合には杭本体に溶接等により取り付けることができ
る。回転による地盤への貫入を容易にするためには、従
来の回転貫入用の杭の場合と同様、螺旋状のものを用い
てもよいし、平板を用いてもよい。

【００１７】杭先端部における翼の枚数は、通常２枚以
上で杭径が大きい場合には枚数を増加させる場合が多
い。また、１つの連続する翼でなく複数列の並列する配
置にすれば翼を杭先端部の短い区間に収めることができ
る。また、複数の翼を用いると土の逃げ道が多くなるの
で貫入性が高くなる。

【００１８】なお、その場合にも翼による確実な先端支
持力を期待するためには、隣り合う翼の始端側と終端側
が杭軸方向に見てオーバーラップしていることが望まし
い。杭径が小さい場合や加工上問題がなければ単一の翼
を杭先端部外周に取り付けてもよい。

【００１９】翼始端部は、一例として翼一般部の取り付
け角度（巻き付け角度）が杭軸方向に対して８０°の場
合において、杭軸方向に対して４５〜７５°程度とする
ことができるが、翼一般部の取り付け角度自体、地盤条
件や施工条件によって変わり、また杭径や翼の径なども
考慮する必要がある。基本的には杭を回転させながら地
盤に貫入させて行く場合において、翼始端部が磨耗して
も、翼一般部の磨耗によるすり減りができるだけ小さく
なるように決定することができる。

【００２０】この翼始端部はプレス等により翼一般部と
一体に成形することもできる。例えば、翼始端部から翼
一般部にかけて杭軸方向となす角度が漸増するようにし
たり、翼始端部と翼一般部を別体とし、それぞれ平板状
のものを杭先端部に取り付けることもできる。

【００２１】さらに、前述のように先端支持力の増大を
期待する観点からは、隣り合う翼の終端部と始端部、あ
るいは単一の翼の場合はその翼の始端部と終端部を杭軸
方向に見てオーバーラップさせることが望ましく、その
場合、終端部についても翼の杭軸方向となす角度を掘削
翼一般部の取り付け角度より小さくすることで、回転貫
入時の翼間での土砂の詰まりを生じ難くさせることがで
きる。

【００２２】請求項２は、請求項１に係る杭において、
前記翼始端部の翼の幅が、杭の貫入方向に向かって漸減
していることを特徴とするものである。

【００２３】この場合、翼始端部の幅が貫入方向に向か
って漸減しているので、貫入抵抗が小さくなり貫入性が
高まる。また、外方向へ土を押し退ける力が働くので翼
一般部の磨耗が減少する。

【００２４】なお、回転貫入される杭は、貫入が困難な
ときや仮設杭の場合には逆回転させて引き抜く場合もあ
るので、引き抜きを容易にするために翼の終端側につい
てもその幅が貫入方向と逆方向に漸減するようにしても
よい。

【００２５】請求項３は、請求項１または２に係る杭に
おいて、杭先端部に、杭の貫入方向に径が小さくなるコ
ーン部を有し、前記翼始端部が前記コーン部に形成され
ていることを特徴とするものである。

【００２６】杭先端部にコーン部を形成させることで杭
の貫入性が高まるが、コーン部の高さは杭径の１．５倍
以下程度が望ましい。コーン部の高さが高いほど貫入し
やすくなるが、先端支持力を発揮させ難くなる。逆に、
コーン部の高さが低い場合は支持力を発揮させやすい。

【００２７】また、請求項３に係る発明では、翼始端部
がコーン部に形成されていることで、翼全体をより下方
に位置させることができ、翼による杭支持能力の増大が
期待できる。

【００２８】請求項４は、請求項１、２または３に係る
杭において、杭先端部が先端シューとして杭本体と分離
されていることを特徴とするものである。

【００２９】請求項４に係る発明では、先端シューが杭
本体と分離されているため、先端シューのみを回転させ
て、杭本体は回転させずに施工を行うことができる。そ
のため、杭本体を回転させる場合の地盤抵抗を考慮する
必要がなく、杭本体は先端シューに追随させて埋設させ
るか、あるいは地盤が柔らかい部分については自重で沈
設させることもでき、小さいエネルギーで杭の建込みを
行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明の杭の一実施形
態における既製杭先端部の構造を示したもので、この例
では、鋼管杭である杭本体１の先端部に、円錐形のコー
ン部と３枚の翼６を有する鋼製の先端シュー２を取り付
けることで、地盤への回転貫入を可能としている。

【００３１】先端シュー２の外周面に溶接された３枚の
翼６については、翼始端部６ａの杭軸方向となす角度が
中間の翼一般部の取り付け角度より小さく、すなわち施
工状態における水平面に対する翼始端部の上昇角度が中
間の掘削翼一般部の上昇角度より大きくなっている。ま
た、翼始端部６ａの幅は杭の貫入方向に漸減しているこ
とで貫入抵抗を小さくしている。さらに、終端側にも杭
軸方向となす角度が翼一般部の取り付け角度より小さい
翼終端部６ｂが形成されている。

【００３２】例えば、先端シュー２の外周面に溶接され
た３枚の翼６の一般部の取り付け角度を約８０°（上昇
角度を約１０°）とした場合において、始端部６ａ、終
端部６ｂの杭軸方向となす角度を約６０°（上昇角度を
約３０°）とする設計が考えられる。

【００３３】なお、この例では始端部６ａおよび終端部
６ｂとして、翼６の一般部と別体の平鋼板を加工した鋼
材を用いているが、後述する図６、図７のように翼６の
一般部と連続する一体のものでもよい。

【００３４】翼始端部６ａの杭軸方向となす角度を一般
部の取り付け角度（杭軸方向と翼の取り付け方向とのな
す角度）より小さくしたことで、始端部６ａから地盤に
食い込ませながら回転貫入が行われ、始端部６ａでの磨
耗は生ずるが、翼６の一般部の磨耗を抑えることができ
る。さらに、始端部６ａの幅が杭貫入方向に向かって漸
減する形態であるため、回転貫入における地盤の抵抗を
小さく抑えることができる。

【００３５】また、翼終端部６ｂについては、杭軸方向
に見て隣り合う翼始端部６ａと翼終端部６ｂがオーバー
ラップするようになっており、かつ翼終端部６ｂの杭軸
方向となす角度が翼一般部の取り付け角度より小さくな
っている。

【００３６】隣り合う翼始端部６ａと翼終端部６ｂがオ
ーバーラップするようにしたことで、翼６による確実な
先端支持力が期待される。一方、オーバーラップ長が大
きすぎると始端部６ａと終端部６ｂが上下方向にオーバ
ーラップする位置で土砂が詰まりやすくなり杭の貫入に
支障が生ずる可能性があるが、終端部６ｂの杭軸方向と
なす角度を小さくすることで、土砂の詰まり等による貫
入機能の低下を防止することができる。

【００３７】図中、符号９はコーン部に溶接した鉄筋で
あり、この鉄筋も螺旋状に配置することで貫入抵抗を小
さくすることができる。また、符号１２は噴出口であ
り、掘削の際にエアおよび／または水を噴出させて掘削
を容易にしたり、所定の深さまで貫入した杭の先端部根
固めのためのセメントミルク等、硬化性充填材の注入に
使用することができる。

【００３８】本願発明の杭において構造耐力が上昇する
ことに関し、表１に示す構造の杭について、翼始端部を
設けた場合と設けなかった場合の最大耐力を次のように
して評価した。

【００３９】

【表１】

【００４０】円周方向に９０°の角度で広がる翼を４枚
（９０°×４＝３６０°）設けることとし、図２(a) に
示すように翼始端部を設けない場合（比較例）と、図２
(b)に示すように翼始端部を設けた場合（本発明）を比
較の対象とした。

【００４１】解析条件として、図３に示すように、杭軸
部の受ける荷重を鋼管部への集中荷重Ｐによる軸力とし
て導入し、翼部には外周方向に向けて漸減する分布荷重
ｑを導入し、隣り合う翼がオーバーラップした場合に
は、その部分には荷重を導入しなかった。

【００４２】図４は、荷重と翼外周の変位との関係を示
す図であり、翼始端部を設けた場合（本発明）には、翼
始端部を設けなかった場合（比較例）に比べて変位が小
さく、構造耐力が向上していることが分かる。

【００４３】また、図５は、等価ひずみが１５％に達し
た時点を最大耐力として評価したグラフである。翼始端
部を設けると最大耐力が大きくなることが分かる。

【００４４】図６は、本願発明の杭の他の実施形態にお
ける先端シュー２の一形態を示したもので、先端シュー
２の外周面に３枚の翼６と複数の掘削刃９を取り付けて
ある。本実施形態は、請求項４にも対応するものであ
り、先端シュー２は杭本体と分離されている。

【００４５】すなわち、図６(a) に示すように中空円錐
形の鋼製先端シュー２本体部分の上端に、回転ロッド７
を嵌合するためのロッド接続部４を形成した載置部３と
しての円盤状の鋼板を溶接等により接合し、さらに載置
部３を取り巻くように鋼管からなる筒状部５を溶接等に
より接合している。

【００４６】また、底面側には図６(c) に示すように、
エア、水あるいはセメントミルク等を噴出させるための
噴出口１２，１３が複数形成されている。

【００４７】図７は、同様に請求項４に対応する先端シ
ュー２の他の形態として、先端シュー２の外周面に４枚
の翼６と複数の掘削刃９を取り付けた場合を示したもの
である。

【００４８】この例では、翼６が鋼管からなる筒状部５
の上方まで突出しており、翼６の上部が分離された杭本
体のガイド部として機能する。また、以上の例では翼６
がほぼ筒状部５の外周部分に溶接されているが、先端の
コーン部分に溶接してもよい。また、鋼管からなる筒状
部を設けず、翼６のみでガイド部を形成させることもで
きる。

【００４９】図８に示すように、翼とは別にガイド部材
１４を設けてもよい。このようにガイド部を設けること
によって、分離した杭本体１の下端を先端シュー２また
は先端シュー２上の鋼管部内に円滑に戻すことができ
る。取り付けるガイド部材１４の数や高さは分離の度合
いに基づいて決定すればよい。

【００５０】また、地盤への貫入抵抗が小さいというこ
とでは、先端シュー２の本体をこれらの実施形態のよう
にコーン形状とすることが望ましいが、先端シュー２全
体が円筒状等、他の形態であってもよい。

【００５１】図９は、本願の請求項４に係る発明の基本
概念を示す図として最も代表的な形態を概略的に示した
ものである。すなわち、鋼管杭などの中空既製杭からな
る杭本体１の下端部に、円錐形の先端シュー２を設置し
て基礎杭の建て込みを行う。

【００５２】請求項４では先端シュー２を杭本体１と分
離しており、先端シュー２に杭本体１の中空部を通した
回転埋設装置の回転ロッド７を接続し、回転ロッド７で
直接先端シュー２を回転させながら先端シュー２を地盤
中に貫入して行く。

【００５３】一方、杭本体１は埋設される先端シュー２
に追随させる形で、基本的には回転させずに先端シュー
２に案内される形で、必要に応じ押圧力を加えながら地
盤中に建て込んで行く。

【００５４】また、先端シュー２の上部には、鋼板等か
らなる載置部３、回転ロッド７の先端部を嵌合して回転
ロッド７の回転力を伝達する孔型あるいはクラッチ状の
ロッド接続部４が形成されており、さらに鋼管等からな
る筒状部５が形成されている。

【００５５】杭本体の先端は、管を厚くする、リブを取
り付ける、ドーナツ状の板を取り付けるなどにより補強
してもよい。

【００５６】さらに、代表的な形態として、円錐形すな
わちコーン形状の先端シュー２の先端部から上方へ立ち
上がる上記筒状部５の内径を、杭本体１の下端部の外径
より所定寸法大きくとり、隙間Ｃが生ずるようにしてい
る。

【００５７】この隙間Ｃは、載置しやすさ、土砂の流入
量等を考慮して、適宜決定すればよく、先端シュー２に
追随して地盤中に建て込まれる杭本体１の中空部内に土
砂を取り込む際の土砂の流入経路を構成する。

【００５８】回転ロッド７の外周にはスクリュー翼８が
螺旋状に設けられており、杭本体１の下端部から取り込
まれた土砂をスクリュー翼８が順次上方へ押しやること
で、地盤から受ける抵抗が小さくなり、杭本体１の建込
みがスムーズとなる。

【００５９】図１０は、請求項４に係る杭の施工手順の
一例を概略的に示したもので、回転ロッド７を介して先
端シュー２を回転貫入しながら、これに追随させる形で
杭本体１を回転させずに建て込んで行く（図１０(a) 参
照）。

【００６０】このとき、先端シュー２の先端部に設けた
噴出口からは、必要に応じ、エアおよび／または水１１
などを噴出させ、先端シュー２の回転貫入、杭本体１の
建て込みがスムーズに行なえるようにする。

【００６１】また、先端シュー２の筒状部５の内面と杭
本体１外周面との間の隙間、および先端シュー２の載置
部３と杭本体１の下端面との間の隙間を通じて地盤内の
土砂１０（翼６や掘削刃で掘削されたり、エアや水で粒
子が分散された状態の土砂）が杭本体１内に流入し、回
転ロッド７のスクリュー翼８で上方へ押し上げられる。

【００６２】先端シュー２が所定の深度まで達したら、
回転ロッド７をロッド接続部４から引き抜き、回転させ
ながら引き上げる（図１０(b) 参照）。

【００６３】一方、杭本体１を押し下げ、その下端部が
先端シュー２の載置部３に載るようにして、先端シュー
２の面積に応じた先端支持力を発揮できるようにする。

【００６４】回転ロッド７が引き上げられ、杭本体１が
先端シュー２の載置部３に載置された状態で基礎杭とし
て機能させる（図１０(c) ）。なお、回転ロッド７を引
き上げる前に、回転ロッド７の中空部から先端シュー２
内を通じて、先端シュー２の先端部からセメントミルク
等の硬化材を注入しておくことで、杭先端部の根固めを
行うこともできる。

【００６５】また、杭の設置時に、最初から回転ロッド
７を通じて先端シュー２からセメントミルクを出すよう
にすれば、杭の周辺がソイルセメント状になり、ソイル
セメントと鋼管とからなる支持力の高い杭を得ることが
できる。

【００６６】先端シューと杭本体との分離の度合い（相
対的な位置関係）を変更するには、例えば次のようにす
ればよい。回転ロッドが接続された回転装置と、杭本体
上部との間に油圧ジャッキ等を設置する。このとき、回
転装置と先端シューとは回転ロッドにより接続されてお
り、その距離は一定なので、この油圧ジャッキのストロ
ークを調整することにより、杭本体を回転装置に対して
相対的に上下動させることができる。

【００６７】なお、図９、図１０においては、翼始端部
を示していないが、杭軸方向となす角度を翼一般部の取
り付け角度より小さくすることと、翼６の始端部の幅が
貫入方向に向かって漸減する構成およびその機能は図
１、図６、図７の実施形態の場合と同様である。

【００６８】

【発明の効果】本願の請求項１に係る発明では、回転貫
入可能な翼を有する既製杭について、翼始端部の杭軸方
向となす角度を杭一般部の取り付け角度より小さくして
あることで、翼の磨耗を始端部で止めることができ、翼
一般部の磨耗を抑制することができる。また、翼始端部
を設けた場合、杭の構造耐力の上昇効果も得られる。

【００６９】請求項２に係る発明では、翼始端部の幅を
杭の貫入方向に向かって漸減させていることで、貫入抵
抗を小さくし貫入性を高めるとともに、翼一般部での磨
耗をさらに減少させることができる。

【００７０】請求項３に係る発明では、杭先端部にコー
ン部を形成させることで既製杭の貫入性が高まる。な
お、コーン部の高さは、杭径の１．０倍以下程度が望ま
しく、コーン部の高さが低い場合は支持力を発揮させや
すい。

【００７１】また、請求項３に係る発明では、翼始端部
をコーン部に位置させていることで、翼全体をより下方
に位置させることができ翼による杭支持能力の増大が期
待できる。

【００７２】請求項４に係る発明では、先端シューが杭
本体と分離されているため、先端シューのみを回転させ
て、杭本体は回転させずに施工を行うことができる。そ
のため、杭本体を回転させる場合の地盤抵抗を考慮する
必要がなく、小さいエネルギーで杭の建込みを行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の杭の一実施形態における既製杭先
端部の構造を示したもので、(a) は正面図、(b) は底面
図である。

【図２】 本願発明の杭における構造耐力の上昇を確認
するための解析に用いた翼形状を示したもので、(a) が
比較例の翼形状、(b) が本発明の翼形状である。

【図３】 図２の翼形状に対する解析条件としての荷重
のかけ方を示した図である。

【図４】 解析結果としての荷重と翼外周の変位との関
係を示すグラフである。

【図５】 解析結果を最大耐力として評価したグラフで
ある。

【図６】 本願発明の杭の他の実施形態における既製杭
先端部に用いた先端シューの構造を示したもので、(a)
は平面図、(b) は正面図、(c) は底面図である。

【図７】 本願発明の杭のさらに他の実施形態における
既製杭先端部に用いた先端シューの構造を示したもの
で、(a) は平面図、(b) は正面図、(c) は底面図であ
る。

【図８】 本願発明の杭のさらに他の実施形態における
既製杭先端部の構造を示す正面図である。

【図９】 本願の請求項３に係る杭についての基本概念
を示す図である。

【図１０】 本願の請求項３に係る杭についての施工手
順の一例を概略的に示した断面図である。

【符号の説明】

１…杭本体、２…先端シュー、３…載置部、４…ロッド
接続部、５…筒状部、６…翼、６ａ…翼始端部、６ｂ…
翼終端部、７…回転ロッド、８…スクリュー翼、９…掘
削刃、１０…土砂、１１…エアまたは水、１２，１３…
噴出口、１４…ガイド部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒崎 和保 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 (72)発明者 西山 輝樹 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 (72)発明者 日下 裕貴 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 AA02 BA11 BA33 BA35 CA05 CB04 DB02 DB03 DB07 FA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭先端部外周に１または複数の翼が設け
   られた杭において、前記翼の始端側に、杭の軸方向と翼
   の取り付け方向とのなす角度が翼一般部よりも小さい翼
   始端部が形成されていることを特徴とする杭。
2. 【請求項２】 前記翼始端部の翼の幅が、杭の貫入方向
   に向かって漸減していることを特徴とする請求項１記載
   の杭。
3. 【請求項３】 杭先端部に、杭の貫入方向に径が小さく
   なるコーン部を有し、前記翼始端部が前記コーン部に形
   成されていることを特徴とする請求項１または２記載の
   杭。
4. 【請求項４】 杭先端部が先端シューとして杭本体と分
   離されていることを特徴とする請求項１、２または３記
   載の杭。