JP2007100486A - 振動杭打用の鋼管杭接続構造、及び同接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本の鋼管杭を、縦方向に接続する技術を改良して、溶接作業を用いることなく、しかも接続部のガタを無くする。接続部のガタを無くすることによって、振動杭打ちに耐え得るようになる。
【解決手段】 内嵌形管継手３と外嵌形管継手４とが嵌め合わされ、キー５ａ，５ｂによって抜け止めされる。この抜け止めは、キーに限らず、ピン，コッタ，ボルトなど、各種の公知技術を適用してもよい。本発明は、上記の抜け止め処理に加えて楔７を設け、締込みネジ８によってテーパ溝３ｃの中へ圧入する。これにより、前記抜け止め処理箇所のガタが無くなり、振動杭打ちに際して抜け止め部材が叩かれて破損することを防止し得た。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の鋼管杭を縦方向に接続して長尺の鋼管杭を形成する技術に係り、
特に、振動杭打ちの施工に耐え得るよう強固に接続する新規な構造、および同方法に関するものである。

既製杭を地中に打ち込む作業において、複数本の杭を順状に接続しながら打ち込んでゆく工法は公知であり、広く用いられている。
特に、作業現地において許容される作業空間の地上高が比較的に低く、しかも該地上高寸法よりも大きい打設深度まで杭を打ち込もうとする場合は、継ぎ杭工法に依らざるを得ない。
鋼管杭や鋼矢板を縦継ぎする場合、以前は専ら溶接が適用された。
しかし、土木技術の発展に伴って杭打工事の規模が大きくなったので、溶接以外の継ぎ杭技術が開発され、提案されている。

単なる鋼管を接続する場合、低コストで容易に接続・分離できる方式として、例えばフランジ結合が有り、水道管などには広く用いられている。
しかし鋼管杭においては、杭の外周面からフランジが突出していると、これを地盤中へ打ち込む場合に大きい貫入抵抗を生じるので不都合である。
鋼管杭の接続構造は、外周面に突起物が有ってはならない。
例えば特開平０５−２９５７２５号公報に開示された発明は、鋼管相互の接合部に多段のインローを形成して嵌め合わしている。
また、特開平０９−２５６３５７号公報に開示された発明は、インローにネジを併用している。いずれも外周面に突起物の無い構造である。

鋼管杭の縦継ぎに関する先行技術は非常に多いが、溶接を用いない技術は要するに、２本の鋼管杭を突き合わせて嵌合させ、キー，ピン，フック，ネジ又はこれらに類似する部材で抜け止めする形式になっている。
図３は、嵌合部をキーで抜け止めした先行技術の１例（特開平２００１−２００５３５号公報）を示す断面図である。
鎖線で描いたｐは、鋼管杭の断面を表す楕円であって、本図３に描かれている断面構造の左方が鋼管杭の内側に当たり、断面構造の右方が鋼管杭の外側に当たることを表している。本発明の添付図面における断面図は、すべて左方が内側、右方が外側である。

図３に符号３を付して示した部材と、符号４を付して示した部材とは、インロウ嵌合する部材である。詳しくは、３は内側に位置する方の内嵌形管継手であり、４は外側に位置する方の外嵌形管継手である。
上杭１の下端に内嵌形管継手３が溶接固着され、下杭２の上端に外嵌形管継手４が溶接固着されている。
本例のインロウ嵌合部は上杭や下杭に比して厚肉になっているが、外周側（右側）には膨出していないことに御留意ありたい。

内嵌形管継手３の内周側の面に円弧状のキー溝３ａ，３ｂが削成され、その中に円弧状のキー５ａ，５ｂが嵌め込まれている。
内嵌形管継手３と外嵌形管継手４とを嵌合させるに先立って、キー５ｓ，５ｂはキー溝３ａ，３ｂの中へ押し込んでおく（本図３には、押し込んだ状態が描かれている）。
内嵌形管継手３を外嵌形管継手４の中へ嵌め込むと、キー溝４ａ，４ｂはキー溝３ａ，３ｂに正対する（つまり、予め、正対するように作られている）。従って、この状態でキー５ａ，５ｂは、それぞれキー溝４ａ，４ｂの入口に臨んで正対する。

本図３に表されている断面図は、先に述べたように図の右方が鋼管杭の外側であって、押しネジ、６ａ，６ｂの１端は外周面に露出している。
上記の押しネジ６ａ，６ｂを回して図の左方（鋼管杭の内側）へ螺進させると、前記のキー５ａ，５ｂは左方に押動されて、半分だけキー溝４ａ，４ｂに入り込む。
これにより、内嵌形管継手３と外嵌形管継手４との嵌合が抜け止めされる。
以上に説明した特開平０９−２５６３５７号公報の鋼管杭接続構造は１例であって、これに類似する従来例は種々提案されている。
特開平０５−２９５７２５号公報 特開平０９−２５６３５７号公報 特開２００１−２００５３５号公報 特開平０７−２９２６６２号公報 特開２０００−１４４７２３号公報 特開２００５−０７６４１５号公報

鋼管杭を地中に打設する工法の主なものとして、（ａ）圧入、（ｂ）回転、（ｃ）振動の３種が有る（その他に、予め穿たれた穴の中へ鋼管杭を建て込んで埋設する工法も有る）。
先に述べた公知の鋼管杭接続技術は、主として圧入や回転に耐えるように創作されたものであって、振動杭打ちに耐え得るものは比較的少ない。
公知の鋼管杭接続技術の中で、溶接によるものは強固であって振動杭打ちに耐え得る。
ところが最近、土木建設技術の進歩に伴って杭打工事の規模が大きくなって、大形の鋼管杭を打設しなければならなくなったため、溶接接続に関する困難が生まれてきた。

実在する工事例において、鋼管杭の直径１５００ｍｍ、肉厚４０ｍｍ、鋼管杭の全長９０ｍである。この工事例においては、許容される作業空間の制限によって、単管の長さが１５ｍである。従って、６本の単管を縦継ぎして９０ｍの杭体を形成しなければならず、杭体１本につき５箇所を溶接接続しなければならない。
このような大径，厚肉の鋼管杭をう溶接しよとすると、１箇所当たり約５時間を要するから、１本の杭を打つ作業に、５×５＝２５時間が溶接のために費される。
こうした事情により、大径，長尺の鋼管杭を打設する場合、溶接に関するコストと時間との負担が非常に大きい。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、鋼管杭の接続作業を適用の対象とし、鋼管杭の外周側に突起物を形成することなく、溶接作業を必要とせずに、しかも振動杭打に耐え得る接続技術を提供しようとするものである。
ただし「溶接作業を必要としない」とは「杭の打設地点において溶接を必要としない」との意であって、建設資材プールに付属する現地工場における溶接を行ない得るということである。
例えば前掲の図３に示した先行技術は「溶接を必要としない接続構造」の例であるが、上杭１と内嵌形管継手３が溶接され、下杭２と外嵌形管継手４とも溶接されている。
これらの溶接作業は、杭打設地点に資材を搬入するに先立って、予め現地工場で溶接しておくことができる。
つまり、杭体の下端を地盤中に貫入させ始めてから、該杭体を沈下させて所望の深度に到達するまでの間において溶接作業工程が介在しなければ良いのである。

本発明者らは、「従来例の鋼管杭接続構造は、溶接に依るもの以外、振動杭打に耐え得ない」という事実の直視から出発し、その原因を究明して、対策を創作した。
従来技術における破損原因の解明それ自体は、特許され得べき発明でないことは充分承知しているが、本発明者らが、振動杭打機に関する経験の蓄積に基づいて鋭意研究した結果、破損原因が、接続構造部におけるガタの存在であることを確認した。
（注）ガタという語は、機械用語辞典にも、科学技術用語辞典にも収録されておらず、また、広辞苑にも適切な解説は為されていない。しかし、この語は当業者にとって周知の慣用語であり、かつ「ガタ」に代る同義語が無いので敢えてこの語を用いた。
ガタは、クリアランス（微小間隙）という語に近いが少し異なる。強いて言うならば「往復する力を加えられたとき発生・消失を繰り返す微小間隙」である。

ガタを減少ないし消失させる（いわゆるガタを詰める）には各種の手段が考えられる。どのような手段に依るかという選択も、技術的創作の重要な要素である。
製作の精度を上げてガタを詰めるのが正統的な定石ではあるが、本件の課題を解決するための手段として現実的でない。その理由は次のとおりである。
（図３参照）この構成部分の大きさを考えると、内嵌形管継手３の先端面ｈと、外嵌形嵌継手４の段付部の基底面ｂと、キー溝３ａ，３ｂの上下面およびキー溝４ａ，４ｂの上下面とをミクロンオーダーの高精度で仕上げることは、コスト面においてその負担に耐え難い。
上記の各箇所をミクロンオーダーの高精度で仕上げたとしても、上杭１と内嵌形管継手３との溶接、および、下管２と外嵌形管継手４との溶接に因る溶接歪みで元も子も無くなってしまう。

そこで本発明者らは、ガタを詰める手段として「楔」を選択した。その理由は次のごとくである。
イ．ガタが大きくても小さくても、楔はこれに対応することができる。
ロ．楔に加えた手動操作力が、斜面の原理で拡大され、大きい力でガタが詰められる。
ハ．ガタを詰めた状態が、摩擦作用によって保持される。
以下に、どのような構成によって楔を適用し、ガタを無くするという中間的効果を発揮するかについて、具体的に説明する（目標とする最終的効果は振動杭打に耐えることである）。

請求項１に係る発明構造の構成は（図１参照）、
上杭または下杭の何れか片方に固着した内嵌形管継手（３）と、前記上杭または下杭の何れか他方に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、前記双方の継手（３，４）をキー、ピン、フック、ネジ又はこれらに類似する部材で抜け止めする形式の鋼管杭接続構造において、
内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の嵌合部基底（ｂ）との間に楔（７）が配設されており、
上記の楔は、鋼管杭の内側へ移動することによって、前記内嵌形管継手（３）と外嵌形管継手（４）との間を押し広げるように作用する構成であり、
かつ、上記の楔を鋼管杭の内側方向へ圧入するように作用する締込みネジ（８）が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明構造の構成は（図２（Ｂ）参照）、
上杭または下杭の何れか片方に固着した内嵌形管継手（３）と、前記上杭または下杭の何れか他方に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、前記双方の継手（３，４）をキー、ピン、フック、ネジ又はこれらに類似する部材で抜け止めする形式の鋼管杭接続構造において、
内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の嵌合部基底（ｂ）との間に楔（１１）が配設されており、
上記の楔は、鋼管杭の外側へ移動することによって、前記内嵌形管継手（３）と外嵌形管継手（４）との間を押し広げるように作用する構成であり、
かつ、上記の楔を鋼管杭の外側方向へ圧入するように作用する押しネジ（１２）が設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明方法の構成は（図１参照）、
鋼管杭に固着した内嵌形管継手（３）と、上記と別体の鋼管杭に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、上記双方の継手（３，４）に対してキー，ピン，フック，ネジもしくはこれらに類似する部材により抜止めを施して鋼管杭を相互に接続する方法において、
内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の基底（ｂ）との間に楔（７）を圧入し、上記双方の継手（３，４）を引き離す方向の力を与えることによって、鋼管杭接続部における管軸方向のガタを消失せしめることを特徴とする。

請求項４に係る発明方法の構成は、前記請求項３の発明方法の構成要件に加えて（図１および図２（Ｂ）を併せて参照）、
前記楔の圧入は、予め鋼管杭の半径方向に設けたネジ手段（７，１２）に回転力を与え、該ネジ手段に発生する引張力もしくは圧縮力を楔に伝動して、該楔を鋼管杭の半径方向に移動せしめて行なうことを特徴とする。

請求項１の発明構造を適用すると、
内嵌形管継手と外嵌形管継手との抜け止めを受け持っているキー，ピン，フック，ネジなどの結合部にガタが有っても、内嵌形管継手の先端と外嵌形管継手の嵌合部基底との間に楔が圧入されることによって結合部のガタが詰められる。
上記の楔は、締込みネジの増力作用と楔の斜面効果とによって、強い力でガタを詰めるので、この結合部分に振動杭打の激しい振動が加えられても、ガタ部が叩かれて破損する虞れが無い。

請求項２の発明構造を適用すると、
内嵌形管継手と外嵌形管継手との抜け止めを受け持っているキー，ピン，フック，ネジなどの結合部にガタが有っても、内嵌形管継手の先端と外嵌形管継手の嵌合部基底との間に楔が圧入されることによって結合部のガタが詰められる。
上記の楔は、押しネジの増力作用と楔の斜面効果とによって、強い力でガタを詰めるので、この結合部分に振動杭打の激しい振動が加えられても、ガタ部が叩かれて破損する虞れが無い。

請求項３の発明方法を適用すると、
内嵌形管継手と外嵌形管継手との抜け止めを受け持っているキー，ピン，フック，ネジなどの結合部にガタが有っても、内嵌形管継手の先端と外嵌形管継手の嵌合部基底との間に楔が圧入されることによって結合部のガタが詰められるので、この結合部分に振動杭打の激しい振動が加えられても、ガタ部が叩かれて破損する虞れが無い。

請求項４の発明方法を前記請求項３の発明方法に併用すると、ネジ手段による倍力作用が作用し、楔の斜面効果と相俟って、強力にガタが詰められる。
このため、複数箇所のキー，ピン，フック，ネジなど相互の間に寸法誤差が有っても、強く当たっている箇所を弾性変形させて「当たりの不均一」を減少させ、均一な当たり状態を現出させる。このため、ガタ消失による破損防止がいっそう確実となり、振動杭打に耐えることができるようになる。

図１は本発明の実施形態を示す。本例は前掲の図３に示した公知例の鋼管杭接続構造に本発明を適用したものであって、本図１（Ａ）は図３に対応する断面図である。
図１（Ａ）の断面において、左方は鋼管杭の内側に当たり、右方は同じく外側に当たる。
図１（Ｂ）は部分的外観図である。
本図１において、前掲の図３におけると同一の符号，同一の名称を付した部材は、同様ないし類似の構成部材であるから説明を省略する。
次に、本図１が前掲の図３と異なる点、すなわち本発明を適用して改良した点について述べる。

図１（実施例）においては、内嵌形管継手３の先端ｈと、外嵌形管継手４の基底ｂとが対向当接しておらず、図の上下に（鋼管杭の長さ方向に）対向離間している。
上記の離間している箇所に楔７が配置されている。
本例の楔７は、図において下方の面が鋼管杭の長手方向（図において上下方向）に対して直角をなし、該楔７の上方の面は前記下方の面に比して傾斜している。
上記の傾斜は、鋼管杭の外周側（右方）において高く、内周側（左方）において低くなっている。すなわち、鋼管杭の外周側に向かって開く形のテーパ面である。これに対応して、前記内嵌形管継手３の先端ｈはテーパ溝３ｃを形成している。

本図１（Ａ）に表されているように、締込みネジ８が前記の楔７を半径方向に貫通し、外嵌形管継手４に形成されたメネジ孔に螺入されている。
これにより、外締込みネジ８を締め込むと、楔７がテーパ溝３ｃに圧入され、内嵌形管継手３と外嵌形管継手４とを強力に、上下方向に押し広げる。この拡開作用によって、キー５ａ，５ｂとキー溝４ａ，４ｂとの間にガタが有っても、強力にガタが詰められる。
更に詳しく考察すると次のとおりである。

キー５ａとキー溝４ａとの間のクリアランスは、必ずしも、キー５ｂとキー溝４ｂとの間のクリアランスに比して同じではない。
いま仮に、いずれか片方のクリアランスが大きくて、他方のクリアランスが小さいとすると、該他方（小さい方）のガタが先に詰められて、前記片方（大きい方）にはガタが残る。
そうなると楔７による強大な押圧力が前記他方（小さい方）に集中するので、該他方のキー・キー溝の当接部は弾性変形し、さらには塑性変形して応力が減少する。その結果、応力分布が均一化して、当たり面が増加し、振動杭打の激しい振動に耐えることができる。

図１（Ｂ）は、以上に説明した図１（Ａ）の構成部分の外観正面図である。
前記の楔７は複数個設けられていて、鋼管杭の周方向に配列されている。
それぞれの楔７は締込みネジ８によって装着され、かつテーパ溝３ｃの中に圧入されている。
前記の締込みネジ８、および押しネジ６ｂは六角穴付きボルトであって、鋼管杭の外周側に突出することなく、しかも鋼管杭の外周側から操作力を与えて回転せしめ得るようになっている。

図２は、前掲の図１と異なる実施形態の２例を描いたものである。
図２（Ａ）は、図１（Ａ）に比して次の点が異なっている。
図１（Ａ）においては、内嵌形管継手３の先端（下端）ｈが水平面に対して傾斜し、テーパ溝３ｃを形成していたが、図２（Ａ）においては外嵌形管継手４の基底ｂが傾斜してテーパ溝を形成している。
このように、テーパ溝の形状が変わっているので、図１（Ａ）の実施形態では頂面傾斜形の楔７を使用したのに対して、図２（Ａ）の実施形態では底面傾斜形の楔９を用いている。ただし、上記の楔７と楔９とは、部品単体として見たときは互換性が有る。
すなわち、同一の部材を、楔７として用いることもでき、楔９として用いることもできる。

以上に説明した図１の実施形態および図２（Ａ）の実施形態において、本発明に係る楔が果たしている役目について考察すると、
イ）上杭１に固着された内嵌形管継手３と、下杭（図外）に固着された外嵌形管継手４とが嵌め合わされていること、および、
ロ）上記双方の管継手（３，４）が、キー５ａ，５ｂによって抜け止めされていること、を前提とし、前記の楔はこれらの構成部分と協働して、ガタを詰めるという機能を発揮している。

上記イ，ロ各項の条件を考察すると、
前記イ項の条件について、「上杭と内嵌形管継手」という組み合わせ、および「下杭と外嵌形管継手」という組み合わせは、固定的なものではない。
すなわち「上杭又は下杭」と「内嵌形管継手又は外嵌形管継手」とを任意に組み合わせることができる。
また、前記ロ項の条件については、双方の管継手（３，４）が、何らかの手段によって抜け止めされていれば足り、必ずしもこの実施例のように「キーとキー溝との対偶」であることを要しない。すなわち、キーでなくても、コッタ，ピン，フック，ネジなど、何らかの手段で抜け止めされていれば足りる。

図２（Ｂ）は、前記と更に異なる実施形態を示し、前記実施形態と異なる箇所を抽出拡大して描いてある。前記実施形態と同様に、図の左方が鋼管杭の内側、右方が同じく外側である。
前記の実施形態における楔７，楔９は、いずれも「鋼管杭の内側（図の左方）に向けて圧入することによって楔作用を果たす構造」であったのに比して、この図２（Ｂ）の逆テーパ楔１１は「鋼管杭の外側（図の右方）に向けて逆テーパ溝１０の中へ圧入することによって楔作用を果たす構造」になっている。
このように構成しても、前記実施形態（図１，図２（Ａ）におけると同様の作用効果（ガタを詰めること）が得られる。

図１，図２（Ａ）のように、鋼管杭の内側（図の左方）へ圧入する楔であれば、鋼管杭の外側からハンマで打撃して楔を圧入することも不可能ではないが、図２（Ｂ）のように楔１３を鋼管杭の外側（図の右方）へ追い込もうとすると、ハンマによっては不可能である。
このため、本実施形態（図２（Ｂ））においては押しネジ１２が設けられている。
六角穴付きネジで構成された押しネジ１２を図の左方へ捩じ込むと、該押しネジ１２の先端が外嵌形管継手４に当接して、その螺進を阻止される。その反力で楔１３が図の右方に押圧され、楔として作用し、ガタを詰める。

本発明の１実施形態を示し、（Ａ）は要部の縦断面図、（Ｂ）は同じく部分的外観図 （Ａ）は前記と異なる実施形態における要部の縦断面図、（Ｂ）は更に異なる実施形態の要部拡大断面図 鋼管杭接続構造の従来例を示す要部縦断面図

符号の説明

１…上杭
２…下杭
３…内嵌形管継手
３ａ，３ｂ…キー溝
３ｃ…テーパ溝
４…外嵌形管継手
４ａ，４ｂ…キー溝
５ａ，５ｂ…キー
６ａ，６ｂ…押しネジ
７…楔
８…締込みネジ
９…楔
１０…逆テーパ溝
１１…逆テーパ楔
１２…押しネジ

Claims (4)

1. 上杭または下杭の何れか片方に固着した内嵌形管継手（３）と、前記上杭または下杭の何れか他方に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、前記双方の継手（３，４）をキー、ピン、フック、ネジ又はこれらに類似する部材で抜け止めする形式の鋼管杭接続構造において、
   内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の嵌合部基底（ｂ）との間に楔（７）が配設されており、
   上記の楔は、鋼管杭の内側へ移動することによって、前記内嵌形管継手（３）と外嵌形管継手（４）との間を押し広げるように作用する構成であり、
   かつ、上記の楔を鋼管杭の内側方向へ圧入するように作用する締込みネジ（８）が設けられていることを特徴とする、振動杭打用の鋼管杭接続構造。
2. 上杭または下杭の何れか片方に固着した内嵌形管継手（３）と、前記上杭または下杭の何れか他方に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、前記双方の継手（３，４）をキー、ピン、フック、ネジ又はこれらに類似する部材で抜け止めする形式の鋼管杭接続構造において、
   内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の嵌合部基底（ｂ）との間に楔（１１）が配設されており、
   上記の楔は、鋼管杭の外側へ移動することによって、前記内嵌形管継手（３）と外嵌形管継手（４）との間を押し広げるように作用する構成であり、
   かつ、上記の楔を鋼管杭の外側方向へ圧入するように作用する押しネジ（１２）が設けられていることを特徴とする、振動杭打用の鋼管杭接続構造。
3. 鋼管杭に固着した内嵌形管継手（３）と、上記と別体の鋼管杭に固着した外嵌形管継手（４）とを嵌め合わせるとともに、上記双方の継手（３，４）に対してキー，ピン，フック，ネジもしくはこれらに類似する部材により抜止めを施して鋼管杭を相互に接続する方法において、
   内嵌形管継手（３）の先端（ｈ）と、外嵌形管継手（４）の基底（ｂ）との間に楔（７）を圧入し、上記双方の継手（３，４）を引き離す方向の力を与えることによって、鋼管杭接続部における管軸方向のガタを消失せしめることを特徴とする、振動杭打用の鋼管杭接続方法。
4. 前記楔の圧入は、予め鋼管杭の半径方向に設けたネジ手段（７，１２）に回転力を与え、該ネジ手段に発生する引張力もしくは圧縮力を楔に伝動して、該楔を鋼管杭の半径方向に移動せしめて行なうことを特徴とする、請求項３に記載した振動杭打用の鋼管杭接続方法。

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