JP2006312825A - 回転貫入杭およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転施工時に発生する地盤への推進力が大きく、施工の妨げとなる土の閉塞が発生しにくく、かつ製作コストが安価な翼付き回転貫入杭とその施工方法を提供する。
【解決手段】 鋼管２の先端を切り欠き、その先端面に２枚の翼１を取り付ける。翼１は表面がほぼ角錐面をなす立体形状を２分割した形状の半ドーナツ盤状の翼であり、鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付け角度で２枚対称に取り付けてある。鋼管に対する翼１の角度は、始端において下向き、終端において水平または上向きとする。この翼１は複数枚の平板の組み合わせにより形成されており、平板の板厚がそれぞれ、もしくは一部異なる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤中に回転貫入可能な翼付き回転貫入杭およびその施工方法に関するものである。

鋼管等の既製杭を低振動・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杭工法がある。回転圧入杭工法は先端に翼を設けた杭に回転力を付加させて、杭全体を回転させて掘削残土を発生させず建て込むものであり、その先端構造について種々の発明がなされている。

例えば、特許文献１には、鋼管の先端を螺旋状に切り欠いて２枚または３枚の扇形状平板からなる翼を取り付けたものが記載されている。

特許文献２には、鋼管の先端を螺旋状に切り欠き、その部分に外径が鋼管杭外径の１．５〜３倍で、内径が鋼管杭内径の０．４〜０．９倍の螺旋状の翼を取り付けたものが記載されている。

この他、未公開の出願として、本願の出願人による特願２００３−４１２７９４号、特願２００５−０２１０２２号がある。

特願２００３−４１２７９４号に係る発明は、中空杭の先端面に杭先端側か杭後端側に広がる円錐面または多角錐面の一部をなしている翼を有する回転貫入杭についてのものである。

特願２００５−０２１０２２号に係る発明は、鋼管先端にドーナツ状円盤を２等分した翼が取り付けられており、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と翼表面のなす狭角が、翼の始端側から終端側にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増している回転貫入杭についてのものである。
特開平０９−３２４４１９号公報 特開２００１−１９３０６３号公報

回転圧入杭工法に用いる翼付き回転貫入杭では、翼部分による先端支持力の向上を期待しており、高い支持力が得られ、かつ貫入性がよいこと、翼の強度が十分であること、経済性に優れることなどが要求される。

特許文献１記載の発明は、鋼管の先端に円形鋼板または楕円鋼板を複数に分割した翼を取り付けたものであるが、先端が翼により閉塞しているため、φ５００ｍｍ以下の小径鋼管の施工では問題になりにくいが、特にφ８００ｍｍを超える大径鋼管の施工では地盤から大きな抵抗を受け、大きな回転力を発生することができる機械設備を使用しなければならず、経済的ではない。

さらに、平板を取り付けただけの翼では、たとえ先端を開放しても回転施工時に発生する地盤への推進力が小さく、特に硬い地層での施工性が劣る。

また、特許文献２記載の発明は、螺旋状の翼と鋼管軸直角方向のなす狭角が一致し（０°となる)、１回転当たりの貫入量は鋼管内外で一致するため、鋼管内に取り込まれる土の量が多く、閉塞して貫入の妨げとなる場合がある。

また、翼を螺旋状に成形するためにはプレスなど曲げ加工が必要となり、特に大径になると翼の張り出し幅が広くなり翼の板厚が厚くなることから、製作コストの高騰が避けられず、経済的ではない。

本発明は、回転施工時に発生する地盤への推進力が大きく、施工の妨げとなる先端開放杭の土の閉塞が発生しにくく、かつ製作コストが安価な翼付き回転貫入杭とその施工方法を提供することを目的としている。

本願の請求項１に係る回転貫入杭は、表面がほぼ角錐面または径方向の１または複数本の折れ線を持つほぼ円錐面をなす立体形状を２分割した形状の半ドーナツ盤状の翼が、切欠きを設けた鋼管杭先端に、該鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付け角度で２枚対称に取り付けられており、前記鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角が、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増しており、前記翼は複数枚の平板の組み合わせにより形成されていることを特徴とするものである。

上記挟角については、鋼管杭の軸と直角な面を基準に、下向きを負、上向きを正として考え、翼の始端で負の値を持つ挟角が、翼の始端から終端にかけて下向きから水平（挟角０°）または上向き（挟角が正）となるまで漸増することを意味する。

本発明では、翼の張り出し方向が下向きから水平あるいは上方に漸変するように取り付けることにより、平板翼に比べてより大きな地盤への推進力を得る効果がある。

また、狭角が翼の始端側から終端側へ漸変していることにより、鋼管外方向に張り出した翼の１回転当たりの貫入量より、鋼管内方向に張り出した翼の１回転当たりの貫入量を小さくし、施工時に鋼管内部へ取り込む土の量を制限し、管内の閉塞を制御することができる。なお、始端側とは鋼管杭回転施工時に最初に地盤へ食い込む側(下側)である。

さらに、翼が立体形状であることから鉛直方向の力に対し、同じ板厚の場合、平板翼および螺旋翼に比べて大きな構造耐力を有する。

1つの翼は複数枚の平板を組み立てることにより、表面がほぼ角錐面または径方向の１または複数本の折れ線を持つほぼ円錐面をなす立体形状である半ドーナツ盤状に形成する。平板どうしは溶接等の接合手法を用いる。

多角錐状の場合は複数の台形の平板等を用い、１または複数本の折れ線を持つ円錐状の場合はドーナツ板を半径方向に切断した形状の平板等を用い、これらを立体形状である半ドーナツ盤状に接合する。翼を平板の組み合わせで形成することにより、プレスなどの曲げ加工が不要となり、製造コストを縮減することができる。

また、地盤の支持力は、杭先端部の翼近傍のせん断耐力に依存し、未固結の砂や砂礫の場合、錐面をなす翼形状によるコンファインド効果が得られるため、その面からも支持力が向上する。

請求項２は、請求項１に係る回転貫入杭において、前記翼を形成する複数枚の平板の板厚がそれぞれ、もしくは一部異なることを特徴とするものである。

杭の供用時おいて翼は荷重を支持する役割を担うが、翼に伝達される地盤反力の大きさは翼面全体へ均等に作用するとは限らず、偏荷重が作用する場合がある。例えば、地表面（G.L.）から深くなるにしたがい地盤が硬くなる（Ｎ値が大きくなる）場合、翼の終端側に比べて始端側の方が大きな地盤反力を受けることが想定される。

従来技術では、翼に生じる地盤反力が最も大きい部位で決定される板厚を単一に用いなければならず、地盤反力の小さい部位においては過大な板厚となる場合があった。本発明によれば、翼の部位により板厚を設定することができ、合理的な仕様を提供することができる。

本願の請求項３に係る回転貫入杭の施工方法は、請求項１または２に係る回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とするものである。

請求項１、２に係る回転貫入杭は、地盤への回転貫入のために、先端面に２枚の翼を設けたものであり、オーガー等の機械で回転力を付加させることにより、掘削残土を発生させず、低振動、低騒音で杭を建て込むことが可能である。

(1) 本発明の回転貫入杭は、表面がほぼ角錐面または径方向の１または複数本の折れ線を持つほぼ円錐面をなす立体形状を２分割した形状の半ドーナツ盤状の翼を取り付けていることで、回転により地盤への大きな推進力を得ることができる。また、該翼形状により施工時に鋼管内部へ取り込む土の量を制限し、管内の閉塞を制御することができる。これらにより、施工性が向上し、施工コストの縮減が図れる。さらに、該翼を複数枚の平板を組み合わせて形成することをことにより、プレス等による曲げ加工が不要となり、製造コストの縮減が図れる。

(2) 翼の部位ごとに必要な板厚を設定することができ、オーバースペックを避けることが可能となり、先端構造の製造コストの縮減が図れる。

(3) 本発明の先端構造を有する鋼管杭を回転圧入して建て込むことにより、製造コストおよび施工コストが安価な基礎杭を提供することができる。

図１は本発明に係る回転貫入杭の先端構造の一例を示したものであり、鋼管２の先端に多角錐状の立体形状を半割りにした半ドーナツ盤状の形態を有する一対の翼１が溶接により取り付けられている。翼１は始端側では鋼管２の軸と直角な面に対して翼１の表面のなす挟角αが下向きに、終端側では同挟角βが上向きになるように取り付けてある。各々の翼１の位置関係は、鋼管２の中心軸を対称軸とし、１８０°回転させた位置としている。

この例では、１つの翼１は４枚の台形の鋼板を組み立てて形成されており、鋼板どうしは溶接により接合されている。この溶接は設計での必要な構造耐力により、図２に示すような部分溶け込み開先溶接や、図３に示すような全断面溶け込み開先溶接が考えられる。

また、この例では各々の翼１に対して３本の折れ線を有している。この折れ線の数、すなわち鋼板の枚数は特に限定されないが、少なすぎると翼１の勾配が急激に変化することから施工時の抵抗が大きくなることが懸念され、また多すぎると製作コストが高くなることから、折れ線の数は２〜４本が推奨される。

鋼管２の内側には施工中に土砂を杭本体内に導くための開口部を設けている。開口部は大きすぎると供用時の支持力性能に影響を与えることが懸念され、小さすぎると土砂が閉塞してしまい、施工性能が劣ることから、鋼管径の０．３〜０．６倍が推奨される。

翼１の錐底角γは小さすぎると回転施工時に発生する地盤への推進力が小さく、特に硬い地層での施工性が劣ることが懸念され、大きすぎると貫入時の食い込みが大きすぎて、大きな回転力を発生できる機械設備を使用しなければならなくなることから、錐底角γは５〜２０°が推奨される。

翼１の大きさ（径）は、この例では鋼管径の２倍程度としているが、翼１が小さすぎると回転施工時の推進力が小さくなる。加えて先端面積が狭くなるため、供用時に小さな支持性能しか得られない。また、大きすぎると翼１の張り出し幅が広くなり、翼１と鋼管２の接合部の曲げモーメントが大きくなることで、翼１の板厚が厚くなり、材料費、加工費が高くなる。従って、翼１の径は鋼管径の１．５〜２．０倍が推奨される。

図４は本発明における翼形状を従来の平板翼１ａの形状と比較したもので、前者は後者に比べて始端側の翼が下方に傾いており、このことで地盤への大きな推進力を得ることができる。

図５は本発明における翼形状を従来の螺旋翼１ｂの形状と比較したもので、後者では隣接する２枚の翼の始端と終端の間隔は鋼管２に張り出した部分の間隔Ｈ’と鋼管２内に張り出した間隔ｈ’について、ｈ’＝Ｈ’となり、鋼管２内に取り込まれる土の量が多くなる。そのため、閉塞して貫入の妨げとなることが推定される。

前者ではｈ＜Ｈとなり、1回転当たりの貫入量に比較して土砂の取り込み量は少なくなることで、施工時に鋼管２内部へ取り込む土の量を制限し、管内の閉塞を制御することができる。

図６は本発明に係る回転貫入杭の先端構造の他の例を示したものであり、鋼管２の先端に複数本の折れ線を持つ円錐状の立体形状を半割りにした半ドーナツ盤状の形態を有する一対の翼１が溶接により取り付けられている。

１つの翼は板厚の異なる３枚の鋼板を組み立てて形成されており、鋼板どうしは溶接により接合されている。この例では鋼板の板厚は始端側から終端側に向かうに従い薄くなっているが、全ての板厚が異なる必要はなく、構造設計から決まる必要板厚を満足すれば良い。

また、この例では板厚の異なる鋼板の上面を揃えて組み立てているが、これに限らず、下面や板厚中心を揃えることも考えられる。

図７は本発明に係る施工方法の一例である。鋼管２の先端には上述した本発明の回転貫入杭における先端構造が形成されており、ベースマシーン４に搭載したオーガ−５により鋼管杭の杭頭部に回転力および押込み力を付加させることで、翼１が推進力を発生し、地盤中に掘削残土を生じさせずに、低振動・低騒音で貫入することができる。

先端部に開口部を設けていることにより施工時の地盤抵抗が低減されることから、汎用のオーガー５で施工することができ、経済的である。また、供用時においては鋼管杭は翼１の投影面積に応じた大きな支持力を得ることができる。ここでは図示していないが、施工は全旋回機を用いることも考えられる。

本発明の回転貫入杭の一実施形態を示したもので、(a)は正面図、(b)はそのＡ−Ａ断面図である。 平板どうしの溶接方法の一例を示す断面図である。 平板どうしの溶接方法の他の例を示す断面図である。 本発明における翼形状と螺旋翼の比較説明図である。 本発明における翼形状と平板翼の比較説明図である。 本発明の回転貫入杭の他の実施形態を示したもので、(a)は正面図、(b)はそのＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係る回転貫入杭の施工の様子を示す鉛直断面図である。

符号の説明

１…翼、２…鋼管、３…溶着金属、４…ベースマシーン、５…オーガー

Claims (3)

1. 表面がほぼ角錐面または径方向の１または複数本の折れ線を持つほぼ円錐面をなす立体形状を２分割した形状の半ドーナツ盤状の翼が、切欠きを設けた鋼管杭先端に、該鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付け角度で２枚対称に取り付けられており、前記鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角が、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増しており、前記翼は複数枚の平板の組み合わせにより形成されていることを特徴とする回転貫入杭。
2. 前記翼を形成する複数枚の平板の板厚がそれぞれ、もしくは一部異なることを特徴とする請求項１記載の回転貫入杭。
3. 請求項１または２記載の回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とする回転貫入杭の施工方法。

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