JP2006009446A

JP2006009446A - 翼付き鋼管杭

Info

Publication number: JP2006009446A
Application number: JP2004189217A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Yoshida; 耕之吉田
Original assignee: Chiyoda Geotech Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Geotech Co Ltd
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】土木建築の基礎工事に用いる基礎杭の一種である翼付き鋼管杭は、杭打ちの際に発生する土砂の処理が不要であるという長所を有しているが、土質によっては掘進抵抗が大きすぎ、施工が出来ない場合があり、又、杭の径が大きい場合には施工に長時間を要したり、途中で掘進が不可能になるといった事態も生じていた。更に、施工機械は十分にパワーのある大型のものを用いる必要があった。
【手段】円筒状をなした杭本体１のその外周に、その先端２４からほぼ外径の１．２倍前後頭部２３に寄った箇所を始点とし巻き上がる様に外周１６をほぼ一周する幅の広い螺旋翼３を固定すると共に、前記螺旋翼３の固定箇所にほぼ対応する内周壁１７に、ほぼ同ピッチの幅のせまい螺旋状突条４を同じく巻き上がる様に固定して翼付き鋼管杭を構成した。
【選択図】図２

Description

この発明は建築あるいは土木基礎工事に用いる翼付き鋼管杭、詳しくは、大口径であっても地盤の支持層まで効率よく回転推進可能で、安定的に根入れが出来る翼付き鋼管杭に関するものである。

建築又は土木基礎工事に用いる基礎杭としては、地中を掘削して形成した掘削孔にコンクリートを流し込んで造成する場所打杭や、地中を掘削した掘削孔にコンクリート杭を挿入して造成する既成杭が知られている。この場所打杭や既成杭の工法においては、掘削孔を形成する際に大量の土砂が発生することは避けられず、土砂を廃棄する埋め立て地などが制限されている現状では、地球環境保全の面からも、これら工法の採用は次第に困難になりつつある。
特開２００２−２２０８３号公報実公平６−２４４２０号公報なし。

上述の通り、場所打杭や既成杭は掘削土砂の処理の問題から次第にその採用が困難になりつつあり、これに代わって掘削土砂が発生しない翼付き鋼管杭の回転埋設工法が注目されている。翼付き鋼管杭には、杭の先端が閉塞されたものと、杭の先端が開放されたものの二つの形式があり、それぞれ一長一短を有している。

杭の先端が閉塞された翼付き鋼管杭の場合、杭を直立させて杭をねじ込む様に回転させながら地中に押圧し、杭の外周に固定されている螺旋翼を杭側方の土砂中に食い込ませて土砂を流動させながら土砂を杭の側方に押し出し圧縮することにより、土砂の処理を行っており、一方、杭の先端が開放された翼付き鋼管杭の場合には、開放された杭の先端から杭の内部に土砂を取り入れることにより、土砂の処理を行っていた。

前者の場合、杭の地中体積に相当する量の土砂を杭の側方に押し出しながら杭を地中に進出させるので、施工する杭の長さや径が大きくなるに従って、杭の埋設抵抗が次第に増加し、ある限界を超えると杭の回転推進が困難になるといった問題があった。又、埋設抵抗が大きいので、杭を所定の支持地盤まで根入れするのに長時間を要し、施工機械も十分なパワーを有する大型のものを用いる必要があった。

一方、杭の先端が開放された翼付き鋼管杭の場合、螺旋翼の回転推進により翼下の土砂に圧力が加わり、流動した翼下の土砂は杭先端の開口部より杭内部に容易に流入するが、杭深度が深くなると、杭内部に過大な量の土砂が充満して杭先端の開口部が詰まってしまい、それ以上の回転推進が困難になってしまうといった問題があった。特に、杭の径が大きい程、翼下の土砂が多く流入するので、これに伴って内部閉塞も起こりやすく、回転推進不能という事態に陥りやすかった。

この問題を解決する為、前記特許文献１において、杭内部に連続オーガーを入れ、これによって杭内部の土砂を掻き出し、杭内部への土砂を流入し易くしており、一方、特許文献２においては、杭の内部にエアー等の流体を噴出させて、これによって内部の閉塞を阻止しようとしている。しかしながら、前者において杭内部に連続オーガーを設置するのは、機材の取り替え、作業性などの面からも実際上は問題点が多く、しかも掘削した杭内部の土砂は地下水を含んで泥状となっているので、連続オーガーによって排出された泥土の処理を別途実施しなければならず、せっかくの翼付き鋼管杭の長所を減殺してしまう欠点があった。

一方、後者においては、地下水を含んだ土砂にエアーが混合されると、土砂中の腐食土が泥状となり、体積が増加すると共に、異臭を発するので、単なる土砂としてではなく、産業廃棄物として処理しなければならなくなるといった面倒な問題があった。

本発明は杭の先端が開放された翼付き鋼管杭の従来の施工上の問題点を解決せんとしてなされたものであり、土砂の処理がほとんど不要という翼付き鋼管杭の長所を生かしつつ、杭の径が大きくとも施工能率を低下させることなく、地盤の支持層まで深く根入れすることが可能で、十分な支持力と引き抜き抵抗を杭に保持させることが出来る極めて実用的価値の高い翼付き鋼管杭を提供することを目的とする。

杭本体１のその外周１６に、その先端２４からほぼ外径の１．２倍前後頭部２３に寄った箇所を始点とし巻き上がる様に外周１６をほぼ一周する幅の広い螺旋翼３を固定すると共に、前記螺旋翼３の固定箇所にほぼ対応する内周壁１７に、ほぼ同ピッチの幅のせまい螺旋状突条４を同じく巻き上がる様に固定して翼付き鋼管杭を構成することにより上記課題を解決した。なお、螺旋状突条４は帯状鋼板によって構成しても棒状鋼材によって構成しても良い。又、螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて複数の螺旋翼６を固定したり、螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて螺旋翼３より翼幅の大きい螺旋翼７を固定しても良い。

土砂の処理が不要という小口径の翼付き鋼管杭の長所を生かしつつ、杭の径が大径でも施工能率を低下させることなく、地盤の支持層まで深く根入りさせることが可能で、杭に十分な支持力と引き抜き抵抗を保持させることが出来る効果を有する。

杭本体１の外周１６に、その先端２４からほぼ外径の１．２倍前後頭部２３に寄った箇所を始点とし巻き上がる様に外周１６をほぼ一周する幅の広い螺旋翼３を固定すると共に、前記螺旋翼３の固定箇所にほぼ対応する内周壁１７に、ほぼ同ピッチの幅のせまい螺旋状突条４を同じく巻き上がる様に固定した点を本質的な特徴とする。

図１はこの発明に係る翼付き鋼管杭の実施例１の正面図、図２はその要部の斜視図、図３は図２に示した部分の縦断面図である。

図中１は円筒状を成した鋼管製の杭本体であり、その頭部２３寄りの外周１６には、図示を省略した施工機械の回転押圧軸に係合させる長角掛止駒１３が等間隔で複数個突設されており、先端２４の内外縁には複数の掘削刃２がその刃先を掘進方向に突出させて固定されている。

又、この本体１の外周１６の先端２４からほぼその外径の１．２倍前後頭部２３側に寄った箇所からは、頭部２３方向に向って巻き上がる様に、翼幅の大きい鋼製の螺旋翼３が、外周１６をほぼ一周する様に溶着固定されている。

一方、本体１の内周壁１７の前記螺旋翼３の固定位置にほぼ対応する位置には、螺旋翼３とほぼ同ピッチで、幅のせまい螺旋状突条４が内周壁１７に沿って巻き上がる様に、溶着固定されている。なお、上記実施例においては、螺旋状突条４として、幅のせまい帯状鋼板を用いたが、図４に示す様に、丸鋼などの棒状鋼材を螺旋状に巻き上げたものでも良い。

この実施例１は上記の通りの構成を有するものであり、頭部２３寄りに設けられている長角掛止駒１３に施工機械の押圧回転軸を係止し、杭本体１を地面２０上に直立させ、施工機械によって下方に向って押圧しながら回転させる。すると、杭本体１は地中に進入を開始し、螺旋翼３が地面２０に達すると、回転しているこの螺旋翼３が地面２０を切り込む様に地中２１に回転推進して行く。螺旋翼３は杭本体1の先端２４ではなく、先端２４より杭外径の１．２倍前後頭部２３に寄った箇所に固定されているので、螺旋翼３の回転推進により翼の下部に押さえ込まれた土砂は流動するが、開口部１４から杭本体１の内部には取り込まれず、杭側面に押し出され、杭本体１内部には杭本体１の開口部１４より内側の土砂のみが流入する。

杭本体１の先端２４がはじめに通過する地表付近は、軟弱地盤であることが多く、その先端２４の開口部１４からは、掘削刃２が回転しながら推進した軟弱地盤の土砂が杭本体１の内部へ円柱状に押し上げられて行くが、杭本体１の内部には螺旋状突条４が形成されているので、押し上げられた土砂はこの螺旋状突条４によって移動がじゃまされ、滞溜土砂２２となって内部に滞溜を余儀無くされる。このとき、杭本体１の掘進に伴い、先端２４の開口部１４からは土砂の流入が続いており、杭本体１の内部の滞溜土砂２２は圧縮され、滞溜土砂２２の内圧が開口部１４からの土砂の流入圧より高くなり、ついには開口部１４は土砂によって閉塞され、図５に示す様に杭本体１の先端２４にドーム状の土砂団塊球体５が形成される。この土砂団塊球体５の形成によって、杭本体１の先端２４には恰も円すい状のキャップが取付けられた様な状態となり、これによって、杭本体１が地盤中に押し入る際の土砂は杭側面に押し出され、杭本体１は地盤中にスムーズに押し入れる様になる。

そして、杭本体１の地中２１への回転推進が進み、地盤が硬質な中間層や杭支持層にその先端２４が達すると、それまで杭本体１の先端２４に形成されていた土砂団塊球体５は硬質地盤との強度差によって圧壊し、掘削刃２の回転によって掘削された硬質な土砂は杭本体１の内部に押し入ることになる。この杭本体１の内部への硬質な土砂の流入によって、杭本体１の先端２４への抵抗は減少し、杭本体１の先端２４を所定の杭支持層まで到達させることが出来る。

この様に、杭本体１の先端２４が軟弱地盤を通過中は、杭本体１の先端２４には土砂団塊球体５が形成され、杭本体１の内部への土砂の進入を阻止しつつ、スムーズに掘進が行われ、杭本体１の先端２４が硬質な中間層や杭支持層に達すると、土砂団塊球体５は杭本体１の回転推進内圧で圧壊し、杭本体１の内部へ土砂を取り込む様になる。

つまり、軟弱地盤層通過中は土砂を側方に押し出しながら回転推進し、硬質層通過中は逆に杭本体１の内部へ土砂を取り込むことという、土質に応じた対応が取られる。

従って、回転埋設作業の際に杭本体１の先端２４にかかる抵抗は従来の場合に比べて大幅に低下しており、より口径の大きな翼付き鋼管杭をより小さなパワーの施工機械で効率的かつ短時間で硬質な支持層まで安定的に根入れすることが出来る。ちなみに、支持層には硬質砂礫が多く存在しており、地域によっては直径２００ｍｍ〜３００ｍｍの点石が混在しているが、本発明に係る翼付き鋼管杭では、これら硬質砂礫を杭本体１の内部にスムーズに取り込むことが可能である。

なお、上記実施例１においては、杭本体１の頭部２３寄りに固定された長角掛止駒１３に施工機械の押圧回転軸を直接係合させる様に説明したが、図９及び図１０示す様な回転キャップ８を介して施工機械の押圧回転軸に係合させる様にしても良い。この回転キャップ８は杭本体１の頭部２３の端面にかぶせるものであり、杭本体１の外径より大きな内径を有する丈の短い円筒状をなしており、図９及び図１０に示す様に、その周壁には長角掛上駒１３を係合する窓状の係合孔９があけられており、下縁１９からは長角掛止駒１３を前記係合孔９に案内する案内切欠溝１０が設けられている。又、この周壁には鉢巻き状の補強リング１１が複数条溶着されており、その上面には施工機械の押圧回転軸１２が同軸状に固定されている。

この回転キャップ８は、図１１に示す様に、杭本体１の長角掛止駒１３を案内切欠溝１０を通して係合孔９に位置せしめ、長角掛止駒１３をこの係合孔９の端面に当接させて、杭本体１への押圧回転力の伝達の用に供するものであり、過大な負荷がかかるなどして長角掛止駒１３が万が一破損したとしても、この長角掛止駒１３は窓状をした係合孔９中に位置しており、この係合孔９は補強リング１１によってガードされているので、破損脱落した長角掛止駒１３が外部に飛散して物品や人員に危害を加える事故を防ぐことが出来る。

図６はこの発明に係る翼付き鋼管杭の実施例２を示すものであり、この実施例２においては、螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて、複数枚の螺旋翼６が固定されている。他の部分は前記実施例１と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。この実施例２においては杭本体１の先端２４寄りに設けられた螺旋翼３のほかに、その上方に別の螺旋翼６…が形成されているので、杭本体１周囲の土砂の側方への押し出しが広い領域において同時に行われ、よりスムーズな回転推進が可能となる。

図７はこの発明に係る翼付き鋼管杭の実施例３を示すものであり、この実施例３において、螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて、螺旋翼３より幅が大きい螺旋翼７が固定されている。この実施例３においては翼幅の異なる二枚の螺旋翼３及び７にかかる負荷が分散され、螺旋翼３と７はより大きな押圧回転力に耐えることが出来る。

図８はこの発明に係る翼付き鋼管杭の実施例４を示すものであり、この実施例４においては、螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて、順次翼幅が大きくなった複数の螺旋翼１５…が固定されている。この実施例４においては、実施例３の場合より更に大きく負荷の分散が行われ、耐久性が向上せしめられている。

以上述べた如く、本発明に係る翼付き鋼管杭を用いれば、径の大きい杭でも硬質地盤に円滑かつ安定的に根入れを行うことが出来、各種建築土木基礎工事において高い実用的価値を有するものである。

建築土木の基礎工事の分野において大いに利用可能である。

この発明に係る翼付き鋼管杭の実施例１の正面図。同じく、その要部の斜視図。図２に示した部分の縦断面図。螺旋状突条４を棒状鋼材によって構成した実施例の要部の斜視図。この発明に係る翼付き鋼管杭を地中に掘進させ、その前端開口部に土砂団塊球体５が形成された状態の縦断面図。この発明に係る翼付き鋼管杭の実施例２の正面図。同じく実施例３の正面図。同じく実施例４の正面図。この発明に係る翼付き鋼管杭を施工機械に接続する際に用いる回転キャップの斜視図。同じく、その縦断面図。同じく、回転キャップと翼付き鋼管杭との接続状況を説明したその斜視図。

符号の説明

１杭本体
２掘削刃
３螺旋翼
４螺旋状突条
５土砂団塊球体
６螺旋翼
７螺旋翼
８回転キャップ
９係合孔
１０案内切欠溝
１１補強リング
１２押圧回転軸
１３長角掛止駒
１４開口部
１５螺旋翼
１６外周
１７内周壁
１８周壁
１９下縁
２０地面
２１地中
２２滞溜土砂
２３頭部
２４先端

Claims

杭本体１の外周１６にはその先端２４からほぼ外径の１．２倍前後頭部２３に寄った箇所を始点とし巻き上がる様に外周１６をほぼ一周する幅の広い螺旋翼３が固定されていると共に、前記螺旋翼３の固定箇所にほぼ対応する内周壁１７に、ほぼ同ピッチの幅のせまい螺旋状突条４が同じく巻き上がる様に固定されていることを特徴とする翼付き鋼管杭。
螺旋状突条４が帯状鋼板によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。
螺旋状突条４が棒状鋼材によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。
螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて複数の螺旋翼６が固定されていることを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。
螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて螺旋翼３より翼幅の大きい螺旋翼７が固定されていることを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。
螺旋翼３の上方にほぼ翼幅の１．５倍以上の間隔をへだてて順次翼幅が大きくなった複数の螺旋翼１５が固定されていることを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。
杭本体１の外径より大きい内径を有する丈の短い円筒状をなし、その周壁１８には窓状の係合孔９があけられており、該係合孔９と周壁１８の下縁１９との間には案内切欠溝１０が形成され、外周には鉢巻き状の補強リング１１が溶着されている回転キャップ８の前記係合孔９に、杭本体１の頭部２３に設けられている長角掛止駒１３を係合させることにより、杭本体１を施工機械の押圧回転軸に連結する様にしたことを特徴とする請求項１記載の翼付き鋼管杭。