JP2009019448A - 鋼管杭の先端拡張構造及び鋼管杭の先端拡張施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深く且つ任意の深さ位置に安定して施工することのできる鋼管杭の先端拡張構造及び鋼管杭の先端拡張施工方法を提供する。
【解決手段】先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材１を付けた鋼管２の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体２を嵌着し、該筒体を嵌着した鋼管２内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃４，４，・・・を形成した拡張部材５と圧入部材６を内蔵してなり、該拡張部材のＶ字立上がり角度に圧入部材６を圧入して開拡することにより拡張部材の爪刃４，４，・・・を筒体３の外へ斜め下方向放射状に拡張させるようにした鋼管杭の先端拡張構造であり、該先端拡張構造の鋼管の上端に、定尺に切断された同径の鋼管を継ぎ足しながら打込み、所定の打込み深さで前記拡張部材５の爪刃４，４，・・・を拡張させて施工する。打込み部材７は、打込むための一実施形態である。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物や土木構築物等の不同沈下を防止するための鋼管杭の先端拡張構造及び鋼管杭の先端拡張施工方法に関するものである。

建物や土木構築物等の重心位置や軟弱地盤の層厚等の違いにより建物や土木構築物が不同沈下することがある。建物や土木構築物の不同沈下を防止する方策としては、従来、杭を地下の硬い地盤まで打ち込み、杭により支持する施工が行われてきている。不同沈下で用いられる杭は、鋼管杭が一般的であり、その鋼管杭は先端形状が素管かテーパー管、若しくは螺旋翼管であって、その施工方法は建物や土木構築物本体の自重を反力とした油圧ジャッキでの圧入若しくは旋回させながらの圧入方法が採用されている。

又、打込杭や管状杭の先端に尖頭部を有し、該尖頭部の案内面に押し付けてガイドさせることにより複数の脚や補強部材を放射状に拡げて支持力を増大させ、安定した支持の打込杭や管状杭を得る技術も開示され、公知となっている。（例えば、特許文献１，特許文献２参照）

特開昭６１−２２１４１４号公報 特開２００３−１９３４６５号公報

しかしながら、上記先端形状が素管かテーパー管の場合、打込み時に先端が潰れたり、不同沈下防止の施工後に再沈下すること、及び打込み到達深さが比較的浅い場合や軟弱地盤の場合は良いが、打込み到達深さが深かったり、硬い地盤に打込む場合は、建物や土木構築物本体が油圧ジャッキの圧入により持ち上げられるなどの問題点があり、先端形状が螺旋翼管の場合は、旋回による打込み効果と摩擦効果による安定した支持は得られるが、周辺地盤を乱してしまう問題点がある。

又、上記特許文献１、特許文献２に技術は、不同沈下を防止するには有効であるが、安定した状態で深く且つ任意の深さ位置に施工するには適用し難い問題点がある。
本発明は、以上記述したような問題点に鑑みてなされた鋼管杭の先端拡張構造及び鋼管杭の先端拡張施工方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を達成するため、以下に記載するような手段を講じてなる鋼管杭の先端拡張構造及び鋼管杭の先端拡張施工方法とするものである。すなわち、
（１）先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材を付けた鋼管の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体を嵌着固定し、該筒体を嵌着固定した鋼管内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃が形成された拡張部材と圧入部材を内蔵してなり、拡張部材のＶ字立上がり角度を圧入部材で開拡することにより、前記複数の爪刃を前記筒体外へ斜め下方向放射状に拡張させる構造にしてなることを特徴とする鋼管杭の先端拡張構造。
（２）無垢の尖頭部材を付けた鋼管内に、複数の爪刃の位置に合わせて割出し形成された楔状の圧入部材が嵌入されていることを特徴とする前項（１）記載の鋼管杭の先端拡張構造。
（３）無垢の尖頭部材を付けた鋼管内に、尖頭部材の背面を打撃して打込むための打込み部材が、拡張部材の爪刃と爪刃の間隙に脚立てして嵌入されてなることを特徴とする前項（１）又は（２）記載の鋼管杭の先端拡張構造。

（４）先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材を付けた鋼管の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体を嵌着し、該筒体を嵌着した鋼管内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃が形成された拡張部材と圧入部材を内蔵してなる鋼管の上面に、定尺に切断された同径の鋼管を継ぎ足しながら所定の深さまで打込んだ後、前記拡張部材のＶ字立上がり角度を圧入部材で開拡させ、拡張部材の爪刃を筒体の外部へ斜め下方向放射状に拡張させて施工することを特徴とする鋼管杭の先端拡張施工方法。
（５）鋼管内に、尖頭部材の背面を打撃して打込むための打込み部材を備え、該打込み部材の上端に、モンケン錘を落下させて打撃しながら所定の深さまで打込み施工することを特徴とする前項（４）記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
（６）放射状に形成された拡張部材の爪刃の位置に合わせて割り出された楔状の圧入部材の上端に、モンケン錘を落下させて圧入部材を押圧し、拡張部材のＶ字立上がり角度を開拡させることを特徴とする前項（４）又は（５）記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
（７）鋼管内に砕石を挿填し、挿填された砕石を加圧して圧入部材を押圧し、拡張部材のＶ字立上がり角度を開拡させることを特徴とする前項（４）記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
（８）所定の深さまで打込んだ鋼管杭の上端部が、建物及び土木構築物の基礎下面に支持されて施工することを特徴とする前項（７）記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。

上記手段を講じた本発明によれば、以下に記載するような効果を奏する。すなわち、
（１）鋼管杭の先端が、無垢の円錐状若しくは角錐状の尖頭部材で、外径部に切刃を有する筒体を嵌着したものであるから、鋼管杭が位置ずれすることなく安定した打込みができると共に、先端が潰れたりするのを防止するのに効果を奏する。
（２）尖頭部材の背面に脚立てした鋼管内の打込み部材に、モンケン錘を落下させて打撃し、打込むことにより鋼管の座屈が防止されて深く打込むのに効果を奏する。
（３）モンケン錘を落下させて、鋼管内の拡張部材のＶ字立上がり角度を開拡させ、拡張部材の爪刃を拡張させることにより、任意の深さ位置での先端拡張施工を行うのに効果を奏する。
（４）定尺に切断した同径の鋼管を継ぎ足しながら打込んで施工することにより、任意の深さ位置に打込むのに効果を奏すると共に、定尺に切断することにより鋼管の取扱いがやりやすくなる。
（５）鋼管内に砕石を挿填し、挿填された砕石に上方から加圧することにより、建物や土木構築物等の基礎下面に鋼管杭の上端部をサポートして、油圧ジャッキ等により任意の深さ位置での先端拡張施工が行える。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に記載する実施例にて、実施例を示す図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例を示す図面は、本発明を実施するための最良の形態であるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

図１は、本発明に係る鋼管杭の先端拡張構造の実施例を示す図面で、（Ａ）はその縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視平面図である。図示するように、本発明に係る鋼管杭の先端拡張構造は、先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材１を付けた鋼管２の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体３を嵌着し、該筒体を嵌着した鋼管２内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃４，４，・・・を形成した拡張部材５と圧入部材６が内蔵してあり、拡張部材５のＶ字立上がり角度Ｔを圧入部材６の圧入で開拡することにより、図２に示すように前記複数の爪刃４，４，・・・を筒体３の外へ斜め下方向放射状に拡張させる構造になっている。

鋼管２の先端に付けた尖頭部材１は、鋼管２が丸鋼管の場合は、円錐状に先を尖らせ、鋼管２が角鋼管の場は角錐状に先を尖らせて鋼管２の先端に溶接等で付けてあり、その先端外径部に筒体３が嵌着されて溶接等で固着されている。尖頭部材１の背面には拡張部材５のＶ字立上がり部の下端を中心部で支持するための凹穴１ａが設けられ、鋼管２と筒体３には拡張部材５の爪刃４，・・・が筒体３の外へ斜め下方向放射状に突き出して拡張するための窓口３ａが設けてあり、筒体３の先端には切刃３ｂを設けて、位置ずれなく安定した状態で打ち込めるようにしてある。

前記尖頭部材１は、比較的に硬い鋼材を使用して無垢に加工すると共に、先端の尖り部は丸みをつけて形成することにより潰れを防止し、筒体３も比較的硬い鋼管等により、先端に尖りエッジの切刃３ｂを形成するのが望ましく、拡張部材５は、折れにくく靱性のある鋼材で加工して形成されるのが望ましい。

前記拡張部材５は、図３に示すような形状を呈し、爪刃４，４，・・・は、本実施例では、４方向の斜め下方向放射状に等分に割り出されて形成されたものであるが、これに限定されるものではない。おおむね３〜８方向の斜め下方向放射状に割り出されたものが好適に使用される。

圧入部入部材６は、前記放射状に割り出された複数の爪刃４，４，・・・の位置に合わせて形成された楔状の圧入部材であり、例えば本実施例のように複数の爪刃４，４，・・・が４方向に等分に割り出されて放射状に形成された拡張部材５（図３図示）を開拡して拡張させる圧入部材６は、図４に示すような十字状に割り出された楔状６ａ，６ａ，・・・を有する形状となる。

前記拡張部材５の爪刃と爪刃の間、及び前記圧入部材６の楔部と楔部の間の間隙部には、脚７ａ，７ａ，・・・により脚立てされた打込み部材７が嵌入され、前記尖頭部材１の背面を打撃して尖頭部材１を打ち込むことにより、筒体３及び鋼管２が打ち込まれるようになっている。打込み部材７は、図５に示すような脚７ａ，７ａ，・・・を有し、内径穴７ｂを有する形状であり、内径穴７ｂにモンケン錘等の先端部を小径にして通し、圧入部材６に打撃を加えて押圧し、拡張部材５を開拡して、爪刃４，４，・・・を斜め下方向放射状に拡張させる。
なお、前記圧入部材６は、前記モンケン錘等により打撃する以外に砕石等を鋼管２内に挿填し、該挿填された砕石等に上方から油圧ジャッキ等で加圧して圧入部材６を押圧し、拡張部材を開拡して爪刃４，４，・・・を放射状に拡張させるやり方も行われる。この場合、前記打込み部材７は鋼管２内から取り外しておく必要がある。

施工例１

図６は、モンケンウィンチ８により、ワイヤー９で吊り下げられた棒状のモンケン錘１０を鋼管内に落下させて、定尺に切断された鋼管を継ぎ足しながら打ち込む鋼管杭の打込み例であり、図７は所定の位置まで打ち込んだ鋼管杭の先端拡張例である。

図６において、ワイヤー９で吊り下げられたモンケン錘１０を落下させると、打込み部材７の上端面が打撃され、打込み部材７の脚７ａ，７ａ，・・・で尖頭部材１の背面が打撃されて尖頭部材１が地中に打ち込まれると共に、筒体３の切刃３ｂが打ち込まれて鋼管２が下方へ下がって行く。筒体３の切刃３ｂが打ち込まれることにより位置ずれが防止され、真直ぐに安定した打ち込みができる。

打ち込まれて下方へ下がった鋼管の上端に同径の鋼管２Ａ，２Ａ，・・・を溶接２ａ，２ａ，・・・で継ぎ足しながら、繰返しモンケン錘１０を落下させて所定の深さまで打ち込む、継ぎ足す鋼管２Ａは、おおむね１〜３ｍ程度に切断された定尺材であり、モンケンウィンチ等で吊り下げたモンケン錘１０の落下による打込みの場合、２〜３ｍ程度の長い定尺材を使用するのが良い。

前記図６に示すようにして所定の深さまで打ち込んだ後、図７に示すように、モンケン錘１０の先端に、先端部材１０ａを取付け、該先端部材の打撃径部が前記打込み部材７の内径穴７ｂを通過するように小径にして圧入部材６の上面に打撃を加えることにより押圧し、拡張部材５の爪刃４，４，・・・が筒体３の外へ斜め下方向放射状に拡張される。
圧入部材６の上面に打撃を加えて押圧することにより沈下する場合は、鋼管の上端をサポートして行う。

前記拡張部材５の爪刃４，４，・・・が拡張した状態で、ワイヤー９で吊り下げられたモンケン錘１０及び先端部材１０ａをモンケンウィンチ等で巻き上げて取り出す。
圧入部材６と打込み部材７は、そのまま鋼管２内に内蔵しても良いが、図８に示すように、モンケン錘１０の先端に取付けた先端部材１０ａに磁石１０ｂを取付けて、圧入部材６の上面を吸着し、モンケン錘１０を引き上げることにより、打込み部材７の頭部下面が、圧入部材６の上面外周部に掛かって、圧入部材６と打込み部材７を同時に引き上げて取り出すこともできる。

上記のようにして、拡張部材５の爪刃４，４，・・・が筒体３の外へ斜め下方向放射状に拡張された状態で鋼管内にコンクリートを流し、窓口３ａ，３ａから筒体の外へ流して爪刃４，４，・・・をコンクリートで固めることにより、軟弱地盤等の場合など強固な支持が得られる。鋼管２Ａ，・・・の上端は、建物や土木構築物等の基礎下面にサポート支柱（図示せず）等を介して固定する。

施工例２

図９は、建物等の基礎下面に油圧ジャッキを設置して打ち込む場合の鋼管杭の打込み例であり、図１０は、油圧ジャッキで所定の位置まで打ち込んだ鋼管杭の先端拡張例である。
図９に示すように、建物等の基礎１１の下面に油圧ジャッキ１２を設置し、油圧ジャッキ１２のプッシュロッド端に取付けられた加圧プレート１３で、継ぎ足した鋼管２Ａの上端を加圧しながら打ち込む、継ぎ足す鋼管２Ａは、鋼管２と同径で前記施工例１の場合と較べて比較的に短い方が望ましく、おおむね１〜１．５ｍ程度の定尺材とするのが良い。

前記図９のようにして所定の深さまで打ち込んだ後、図１０に示すように鋼管内に砕石１４，・・・を挿填して、継ぎ足して打ち込んだ鋼管２Ａの上端をサポート支柱枠体１５で支持して基礎１１の下面に固定した状態で、油圧ジャッキ１２のプッシュロッド端に取付けられた加圧プレート１３ａにより、挿填された砕石１４の上端部を加圧することにより圧入部材６を押圧し、拡張部材５の爪刃４，４，・・・を筒体３の外へ斜め下方向放射状に拡張させる。

以上のように施工されることにより、深く真直ぐに安定した鋼管杭の打ち込みが可能であると共に、任意の深さ位置における鋼管杭の先端拡張施工が可能となる。

本発明に係る鋼管杭の先端拡張構造の実施例を示す図面で、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視平面図である。 本発明に係る鋼管杭の先端拡張構造を拡張させた縦断面図である。 拡張部材の実施形態を示す斜視図である。 圧入部材の実施形態を示す斜視図である。 打込み部材の実施形態を示す斜視図である。 モンケンウィンチにより吊り下げられたモンケン錘による鋼管杭の打込み例を示す縦断面図である。 モンケン錘の打込み例による鋼管杭の先端拡張例を示す縦断面図である。 圧入部材と打込み部材の取出し例を示す縦断面図である。 油圧ジャッキによる鋼管杭の打込み例を示す縦断面図である。 油圧ジャッキでの砕石の加圧による鋼管杭の先端拡張例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 尖頭部材
１ａ 凹穴
２，２Ａ 鋼管
３ 筒体
３ａ 窓口
３ｂ 切刃
４ 爪刃
５ 拡張部材
６ 圧入部材
６ａ 楔部
７ 打込み部材
７ａ 脚
７ｂ 内径穴
８ モンケンウィンチ
９ ワイヤー
１０ モンケン錘
１０ａ 先端部材
１０ｂ 磁石
１１ 基礎
１２ 油圧ジャッキ
１３，１３ａ 加圧プレート
１４ 砕石
１５ サポート支柱枠体

Claims (8)

1. 先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材を付けた鋼管の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体を嵌着し、該筒体を嵌着した鋼管内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃が形成された拡張部材と圧入部材を内蔵してなり、拡張部材のＶ字立上がり角度を圧入部材で開拡させることにより、前記複数の爪刃を前記筒体外へ斜め下方向放射状に拡張させる構造にしてなることを特徴とする鋼管杭の先端拡張構造。
2. 無垢の尖頭部材を付けた鋼管内に、複数の爪刃の位置に合わせて割り出し形成された楔状の圧入部材が嵌入されてなることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭の先端拡張構造。
3. 無垢の尖頭部材を付けた鋼管内に、尖頭部材の背面を打撃して打込むための打込み部材が、拡張部材の爪刃と爪刃の間隙に脚立てして嵌入されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋼管杭の先端拡張構造。
4. 先端に円錐若しくは角錐状の無垢の尖頭部材を付けた鋼管の先端外径部に、先端に切刃が形成された筒体を嵌着し、該筒体を嵌着した鋼管内に、Ｖ字立上がり角度で立上がらせて斜め下方向放射状に複数の爪刃が形成された拡張部材と圧入部材を内蔵してなる鋼管の上端に、定尺に切断された同径の鋼管を継ぎ足しながら所定の深さまで打込んだ後、前記拡張部材のＶ字立上がり角度を圧入部材で開拡し、拡張部材の爪刃を筒体の外部へ斜め下方向放射状に拡張させて施工することを特徴とする鋼管杭の先端拡張施工方法。
5. 鋼管内に、尖頭部材の背面を打撃して打込むための打込み部材を備え、該打込み部材の上端に、モンケン錘を落下させて打撃しながら所定の深さまで打込み施工することを特徴とする請求項４記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
6. 放射状に形成された拡張部材の爪刃の位置に合わせて割り出された楔状の圧入部材の上端に、モンケン錘を落下させて圧入部材を押圧し、拡張部材のＶ字立上がり角度を開拡させることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
7. 鋼管内に砕石を挿填し、挿填された砕石を加圧して圧入部材を押圧し、拡張部材のＶ字立上がり角度を開拡させることを特徴とする請求項４記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。
8. 所定の深さまで打込んだ鋼管杭の上端部が、建物及び土木構築物の基礎下面に支持されて施工することを特徴とする請求項７記載の鋼管杭の先端拡張施工方法。

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