JP2006089932A - 回転貫入鋼管杭 - Google Patents

Abstract

【課題】施工中の貫入性がよく、しかも杭本体内部に土砂の進入を低減あるいはなくした回転貫入鋼管杭を提供することを特徴とする。
【解決手段】先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部３が形成された鋼管２と、半径が前記鋼管２の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和がほぼ３６０°又は、３６０°以下になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板１１ａ，１１ｂを隣接する内端縁６同士を当接させてほぼ螺旋状の羽根１０を形成するように鋼管２の取付部３に結合した羽根付き回転貫入鋼管杭１において、扇形状平板１１ａ，１１ｂの回転方向先端部の近傍上の鋼管２に該鋼管２内に進入した土砂を鋼管外に導く側面開口部８を形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転貫入鋼管杭に係り、さらに詳しくは、鋼管の先端部に複数の扇形状平板を傾斜して取付けた鋼管杭に回転力を与えることにより、無排土で地中に埋設することのできる回転貫入鋼管杭において、施工中の貫入性が改善され、しかも杭本体内部に土砂の進入を低減あるいはなくした、回転貫入鋼管杭に関するものである。

鋼管の先端部や側面に螺旋羽根などを取付け、ねじの作用で地中に埋設する鋼管杭が従来知られていたが、これらは螺旋羽根が鋼管の外周面に固着されているために鉛直力が作用したとき螺旋羽根の付け根部分に大きな曲げモーメントが生じ、特に外径が大の鋼管杭では設計上大きな問題が生じる。この問題を解決する技術として特開平１０−１０２４８９号公報に開示のねじ込み式鋼管杭が提案されている。このねじ込み式鋼管杭は、先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部が形成された鋼管と、半径が前記鋼管の半径の２倍程度で、内角の総和がほぼ３６０°又は、３６０°以下になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板を隣接する縁部同士を前記取付部で当接させてほぼ螺旋状の羽根を形成するように前記鋼管の取付部に結合した羽根付きねじ込み鋼管杭である。

前記特開平１０−１０２４８９号公報に開示のねじ込み式鋼管杭によると、（１）扇形状平板を利用して大きな地盤支持力が得られる。（２）扇形状平板から伝達される曲げモーメントにより、鋼管に過大な曲げ応力を発生させない。（３）扇形状平板を含めた鋼管杭先端部近傍の加工が容易で、加工費が安い。（４）鋼管杭を強固な地層までねじ込みにより埋設できること、等の利点があるとされている。

一方、近年回転貫入鋼管杭の地中への設置の容易性に着目し、その内部空間を地中熱利用の蓄熱空間、あるいは多雪地域における融雪のための空間として利用しようとする研究が進められている。
特開平１０−１０２４８９号公報

鋼管杭の施工時に掘削土砂が鋼管内に進入可能に杭先端が開口しているか閉塞しているかの点から回転貫入鋼管杭を分類すると、開端杭と閉端杭に大別できるが、杭の内部空間を利用する場合には何れにも問題があった。すなわち、鋼管杭の内部空間を利用するという観点から見ると、開端杭では内部に施工中に土砂が進入し、利用可能な内部空間が小さくなり、内部空間を大きくするためには、杭打設後、進入した土砂を除去する作業が必要となるという問題を有するものであった。

他方、閉端杭においては、施工中に杭本体内部への掘削土の進入がなく、内部空間を利用する上では有利であると考えられるが、施工時の貫入抵抗が大きく地盤の条件によっては施工性が非常に悪く、この傾向は杭径が大きくなると顕著になるという問題を有するものであった。

前記のとおり地中への回転貫入時の施工性、鋼管内への土砂の進入の点からみたとき、開端杭と閉端杭の何れにもなお改良すべき点があるが、特開平１０−１０２４８９号に開示のねじ込み式鋼管杭にあっても前記の問題点が残されていた。

本発明は、特開平１０−１０２４８９号公報に開示されたねじ込み式鋼管杭における前記の問題点を解消したもので、鋼管の下端開口部を平面的にみて閉塞する底板としての部分と、鋼管の外周から突出した部分とを合わせた全面積が支持体として機能し、大きな地盤支持力を得ることができるという、ねじ込み式鋼管杭の特徴に加えて、鋼管内に進入する土砂を速やかに鋼管外に導くことが可能な構成とすることで、施工中の貫入性が改善され、しかも杭本体内部に土砂の進入を低減あるいはなくした、回転貫入鋼管杭を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成する。

第１の発明は、先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部が形成された鋼管と、半径が前記鋼管の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和がほぼ３６０°になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板を隣接する縁部同士を前記取付部で当接させてほぼ螺旋状の羽根を形成するように前記鋼管の取付部に結合した羽根付き回転貫入鋼管杭において、前記扇形状平板の近傍上の鋼管に該鋼管内に進入した土砂を鋼管外に導く側面開口部を形成したことを特徴とする。

第２の発明は、先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部が形成された鋼管と、半径が前記鋼管の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和が３６０°以下になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板をほぼ螺旋状の羽根を形成するように前記鋼管の取付部に結合した羽根付き回転貫入鋼管杭において、前記扇形状平板の近傍上の鋼管に該鋼管内に進入した土砂を鋼管外に導く側面開口部を形成したことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記側面開口部より上の鋼管内部に、該鋼管の内部への土砂の進入を抑制する蓋部材を固着したことを特徴とする。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記側面開口部より上の鋼管内部に、該鋼管の内部への土砂の進入を抑制するリング状部材を固着したことを特徴とする。

本発明は、半径が前記鋼管の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和がほぼ３６０°又は３６０°以下になるように形成された２個又は３個の扇形状平板の回転方向先端部上の鋼管に側面開口部を形成することにより、大きな地盤支持力を得ることに加えて、施工時、鋼管杭の軸部下面の土砂を無理に杭外周に押し出すのではなく、鋼管内に積極的に進入させ、鋼管内に進入した土砂を杭体内に張り出した扇形状平板によりすくい上げて側面開口部を通して杭外側に移動するため、貫入抵抗が少なくて施工性がよく、しかも鋼管内部の上部への土砂の進入量を低減することができる。

また、側面開口部の上部の鋼管内に設置した蓋部材又は土砂の進入を制限するリング体を固着する構成により、貫入抵抗を増加させることなく杭体内の上部への土砂の進入を阻止可能とすることができる。

前記のように施工中の貫入性がよく、しかも杭体内部に土砂の進入を低減あるいはなくした回転貫入鋼管杭によると、鋼管杭の大径化と地中への設置の容易性を実現でき、杭としては勿論、鋼管の内部空間を地中熱利用の蓄熱空間あるいは多雪地域における融雪のための空間として利用など鋼管杭の適用範囲を広げる上でも有益である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。

図１〜図３は、実施形態１を示し、図１は本発明に係る回転貫入鋼管杭の斜視図、図２は、鋼管杭の底面斜視図、図３は鋼管杭の平面図である。図において、羽根付き回転貫入鋼管杭（以下単に鋼管杭という）１は、この鋼管杭１を構成する鋼管２と、鋼管２の先端部に互いに反対方向に傾斜して結合された扇形状平板１１ａ、１１ｂからなる羽根１０とから構成される。

図２に示すよう鋼管２の先端部には、ほぼ螺旋状に切り欠かれた羽根１０の取付部３が設けられており、この取付部３を形成する段部４の高さ、すなわち、鋼管杭１の１回転によって生じる段差ｈは、鋼管杭１を貫入する地盤の状態、鋼管２の外径などによって異なるが、一般にｈ＝０．３〜０．５Ｄ（Ｄは鋼管２の外径）程度であることが望ましい。すなわち、鋼管杭の円滑な貫入の面からは鋼管内にある程度の土砂が進入することが望ましく、この点から、扇形状平板１１ａ，１１ｂの鋼管内における食い違い部の間に形成される土砂入口１２を適切に確保するためにｈは前記の値が望ましい。

扇形状平板１１ａ，１１ｂの近傍上の鋼管２には、該鋼管２の先端から所定幅、所定の深さ切り欠き加工することで側面開口部８が形成されている。側面開口部８は一対の扇形状平板１１ａ，１１ｂに対応して２箇所設けられるが、必要に応じて開口部の数を増減してもよい。

羽根１０は図２に示すように、鋼管２の外径Ｄより大きい外径Ｄ₁ （例えば、Ｄ₁ ＝２Ｄ）の円形鋼板又は楕円形鋼板を中央から２分割した扇形状平板１１ａ，１１ｂで構成したものである。なお、羽根１０の大きさは、鋼管杭１を貫入する地盤の状態、鋼管２の外径などによって異なるが、ねじ込み施工性と支持力の大きさとのバランスを考慮して、鋼管２の外径Ｄの１．２〜３倍程度が望ましい。

この場合、反対方向に傾斜する扇形状平板１１ａ，１１ｂの内端縁６は食い違っており、鋼管杭１の回転貫入時、鋼管２の内側において前記内端縁６の食い違い部が、扇形状平板１１ａ，１１ｂの下側と鋼管２との土砂入口１２をなしており、この土砂入口１２から掘削土砂が鋼管２内に進入する。また、土砂入口１２は、扇形状平板１１ａ，１１ｂの鋼管２の内側突出部により形成される間隙を介して側面開口部８と連通している。

実施形態１に係る鋼管杭１は、扇形状平板１１ａ，１１ｂが鋼管２の外周面から大きく突出しているため、地中へのねじ込み施工時には、扇形状平板１１ａ，１１ｂが下方の地盤に食い込んで鋼管杭１を地中にねじ込む機能を有している。また、施工後において、上載建造物等による鉛直荷重を支持する杭として機能するときは、扇形状平板１１ａ，１１ｂは、平面的にみて鋼管２の下端開口部を閉塞する底板としての部分と、鋼管２の外周から突出した部分とを合わせた全面積が支持体として機能し、大きな地盤支持力を得ることができる。

また、地中へのねじ込み施工時に扇形状平板１１ａ，１１ｂの食い違い部で鋼管２の下方の土砂を掘削して下方の地盤に食い込んで鋼管杭１を地中にねじ込む機能を有すると共に、この食い違い部に形成される土砂入口部１２から土砂を鋼管２内に取り込むことで、地盤へのねじ込み施工が円滑に遂行される。

すなわち、実施形態１のように構成された回転貫入鋼管杭１を全旋回機等の駆動手段により回転駆動すると、鋼管２の先端の扇形状平板１１ａ，１１ｂにより地中に回転貫入する。鋼管２の先端の扇形状平板１１ｂによりすくい上げられた土砂は、土砂入口１２から鋼管２内部に進入するが、鋼管２の上部方向への土砂の進入の抵抗のほうが大きくて、この土砂は側面開口部８に導かれ、鋼管２の外に移動し、扇形状平板１１ａ，１１ｂの上面を移動して上部に移送される。このように扇形状平板１１ａ，１１ｂの下面の土砂がスムーズに鋼管２の外に移動するので貫入性が向上し、鋼管２内部に進入した土砂も側面開口部８から鋼管２外に移動するので、鋼管２内部に土砂が滞積することがない。

図４は実施形態２を示し、鋼管２内部で側面開口部８の上端とほぼ同じ高さ位置に蓋部材５を鋼管２の内壁部２ａに溶接により固定した例を示す。鋼管２に側面開口部８を形成することにより施工中の土砂の鋼管２内部への滞積は抑制できるが、地盤の種類によっては、一部土砂が鋼管２内部に滞積することがあるので、これを防止するために、蓋部材５を設置する。この蓋部材５には、実施形態３として図５に示すように、必要に応じて空気及び水抜き孔１３を形成してもよい。空気及び水抜孔１３を設ければ、施工中に蓋部材５の下部空間の空気が圧縮されるのを防止することができる。又、空気及び水抜孔１３を設けると、蓋部材５より上部の杭体内（鋼管内）に水が進入する。これによって杭施工中の浮力による杭体の浮き上がりを防止することができる。

図６は実施形態４を示す。この実施形態では、蓋部材５に代えて、土砂の鋼管２の内部への進入を制限するリング部材１４を鋼管２の内部に溶接して固着したものである。リング部材１４も、前記蓋部材５と同様な鋼管２内部での土砂の滞積防止機能を有する。施工後、リング部材１４上に蓋部材を溶接することにより、鋼管２の内部空間の底板を形成することもできる。

図７は実施形態５を示す。この実施形態５では、扇形状平板１１ａ，１１ｂの内端縁６の中央部に凹部１５ａ，１５ｂを形成した例を示し、他の構成は図４〜図７の何れかと同じである。図７のように凹部１５ａ，１５ｂを形成すると、鋼管２の先端部の取付部３に沿って、かつ各々が互いに反対に傾斜した扇形状平板１１ａ，１１ｂを溶接等により取付けたとき、扇形状平板の内端縁６の食い違いにより形成される土砂入口１２に加えて、対向する凹部１５ａ，１５ｂによって形成される杭先端開口部１５が形成され、鋼管杭１の回転貫入時の鋼管２内への土砂の取り込みが一層円滑になり、この点で鋼管杭１の施工性が向上する。実施形態５においても、鋼管２内に進入した土砂は側面開口部８を通り扇形状平板１１ａ，１１ｂの上面から鋼管２外へ排出される。

図８及び図９は実施形態６を示す斜視図及び平面図である。本例は、羽根１０を鋼管２の外径Ｄより大きい外径Ｄ₁ の円形鋼板又は楕円形鋼板を３分割した扇形状平板１１ａ，１１ｂ，１１ｃで構成し、かつ、その内角の総和を３６０°より小さくして羽根１０を構成した例を示す。実施形態１〜５では２個の扇形状平板１１ａ，１１ｂを互いに反対に傾斜させて羽根１０を構成しているが、実施形態６では、３分割した扇形状平板１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、尖端部を鋼管２のほぼ中心部に位置させると共に、周方向に隣接する端縁同士を当接して形成される連続した螺旋からなる羽根１０を構成している。

実施形態６においても、鋼管２には側面開口部８と蓋部材５が設けられており、これにより土砂入口１２から鋼管２内に進入した土砂は側面開口部８を通り扇形状平板１１ａ〜１１ｃの上面から鋼管２外へ排出され、かつ鋼管２内への土砂の滞積が阻止できて円滑な鋼管杭１の施工が可能である。

実施形態６の鋼管杭１は、施工後において、上載建造物等による鉛直荷重を支持する杭として機能するときは、扇形状平板１１ａ〜１１ｃは、平面的にみて、鋼管２の下端開口部を閉塞する底板としての部分と、鋼管２の外周から突出した羽根としての部分とを合わせた全面積が支持体として機能し、大きな地盤支持力を得ることができる。

なお、本発明において、鋼管２内に突出する扇形状平板１１ａ，１１ｂ、１１ｃの上面には鋼管２内に進入した土砂をより円滑に側面開口部８に導く土砂ガイド板を任意の形態で配設してもよい（図示省略する）。土砂ガイド板は、鋼管２に溶接し、さらに蓋部材５と扇形状平板１１ａ，１１ｂ、１１ｃの上面の間に溶接することで鋼管２に形成される側面開口部８の断面欠損による鋼管２の剛性を補強する機能も有する。また、支持力の大きさによって断面欠損の補強が必要とされる場合は、側面開口部８の周辺に補強板を付けたり、先端部の鋼管板厚を厚くするなどの対応をとればよい。

また、鋼管杭１の鋼管２を鋼管の内部空間を地中熱利用の蓄熱空間あるいは多雪地域における融雪のための空間として利用する場合などは、鋼管杭１は殆ど支持力を必要としないか小さな支持力しか求められない場合もあり、その場合には土砂ガイド板を設ける必要がなく、各図に示すように蓋部材５の下側において、複数の側面開口部８を設けてもよい。このように複数の側面開口部８を設けると、施工中の土砂の鋼管２内部への滞積は一層抑制できる。

以上説明したように、各実施形態によると側面開口部８を、扇形状平板の回転方向の先端部近傍上の鋼管２に、少なくとも１つ設けるか２つ（図示の場合）以上の複数設けることで、鋼管２の軸部下面の土砂を無理に杭外に押し出すのではなく、鋼管内に積極的に進入させ、鋼管内に進入した土砂を杭体内側に張り出した扇形状平板１１ａ〜１１ｃの部分によりすくい上げて側面開口部８を通して杭外側に移動させるため、杭の貫入抵抗が少なく、鋼管内部の上部への土砂の進入量を低減することができる。

本発明の実施形態１を示す斜視図である。 図１の鋼管杭の底面斜視図である。 図１の平面図である。 本発明の実施形態２を示す斜視図である。 本発明の実施形態３を示す斜視図である。 本発明の実施形態４を示す斜視図である。 本発明の実施形態５を示す平面図である。 本発明の実施形態６を示す斜視図である。 図８の平面図である。

符号の説明

１ 鋼管杭
２ 鋼管
３ 取付部
４ 段部
５ 蓋部材
６ 内端縁
８ 側面開口部
１０ 羽根
１１ａ、１１ｂ 扇形状平板
１２ 土砂入口
１３ 空気及び水抜孔
１４ リング部材
１５ 杭先端開口部
１５ａ、１５ｂ 凹部

Claims (4)

1. 先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部が形成された鋼管と、半径が前記鋼管の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和がほぼ３６０°になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板を隣接する縁部同士を前記取付部で当接させてほぼ螺旋状の羽根を形成するように前記鋼管の取付部に結合した羽根付き回転貫入鋼管杭において、前記扇形状平板の近傍上の鋼管に該鋼管内に進入した土砂を鋼管外に導く側面開口部を形成したことを特徴とする回転貫入鋼管杭。
2. 先端部をほぼ螺旋状に切欠いて取付部が形成された鋼管と、半径が前記鋼管の半径の１．２〜３倍程度で、内角の総和が３６０°以下になるように形成された２個又は３個の扇形状平板とを有し、これら扇形状平板をほぼ螺旋状の羽根を形成するように前記鋼管の取付部に結合した羽根付き回転貫入鋼管杭において、前記扇形状平板の近傍上の鋼管に該鋼管内に進入した土砂を鋼管外に導く側面開口部を形成したことを特徴とする回転貫入鋼管杭。
3. 前記側面開口部より上の鋼管内部に、該鋼管の内部への土砂の進入を抑制する蓋部材を固着したことを特徴とする請求項１又は２記載の回転貫入鋼管杭。
4. 前記側面開口部より上の鋼管内部に、該鋼管の内部への土砂の進入を抑制するリング状部材を固着したことを特徴とする請求項１又は２記載の回転貫入鋼管杭。

Images