JP2009046833A - 回転貫入鋼管杭 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の良い貫入性を有する回転貫入鋼管杭を提供する。
【解決手段】第１の態様は、所定の径を有する中空円筒状である鋼管杭本体２と、該鋼管杭本体の先端に設けられ、前記鋼管杭本体の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃３ａ，３ｂを具備する回転貫入鋼管杭１において、２枚の翼刃３ａ，３ｂの中央部分に、鋼管杭の貫入方向に突出する掘削刃を翼部の境に沿って設けたことにある。また、この発明の第２の態様は、回転貫入鋼管杭において、２枚の翼刃の中央部分に、翼刃によって画成された菱形形状の開口部を形成したことにある。
【選択図】図１

Description

この発明は、地盤に回転貫入され、構造物等に作用する荷重を支持する回転貫入鋼管杭に関する。

特許文献１に開示される鋼管杭は、少なくとも１つの螺旋翼が先端付近の外周に螺旋状に突設された鋼管製の軸管と、この軸管の内径よりより外径が少し小さい鋼管製で、少なくとも１つの掘削片を一面側に突設した底板を有する内管とを備えたことを特徴とする。この特許文献１に開示されているように、従来の回転貫入工法においては、螺旋翼が先端付近の外周に螺旋状に突設され、例えば三角板状の掘削片を一面側に突設した底板の他面側が先端に固着された鋼管製の軸管からなる鋼管杭が使用されることが多く、施工に際しては、鋼管杭の頭部を重機で押さえながら、或いは支持しながら回転を加えて地盤に貫入するのが一般的である。また、回転貫入後においては、螺旋翼を含む鋼管杭の先端が受ける地盤反力（先端支持力）と、鋼管杭と地盤との間に発生する摩擦力（周面摩擦力）とによって支持力を得る構造となっていることが開示されている。さらに、このような従来技術においては、地盤への回転貫入時に鋼管杭の一回転当たりの貫入量が螺旋翼の周面ピッチより小さい場合、地盤中に螺旋翼によって乱されたまま残る部分が発生し、また掘削片によって乱されたまま残る部分も発生し、これらが地盤の沈下の原因となるという問題点が発生することも開示されている。このため、この特許文献１では、地盤に対する先端支持力を向上できる上述した鋼管杭を提供する。

特許文献２は、先端に掘削刃を有し、軸回転により掘削勧誘される鋼管杭であって、この鋼管杭の下端の外周にフランジ状の拡底板を形成し、この拡底板の１ヶ所以上に、所定の挟角θをもった２本の半径方向線が交わる鋼管杭の外周点を回転軸として、２本の半径方向線をそれぞれ鋼管杭の逆回転方向へ所定の角度だけ回転させてなる線分の間を切り欠いて逃がし開口を形成し、かつ、逃がし開口の正回転方向側の縁部には、所定の傾斜角で逆回転側上方に延びる上刃を取り付けると共に、逃がし開口の逆回転方向側の縁部には、所定の傾斜角で正回転方向側下方に延びる下刃を取り付けて形成される回転貫入鋼管杭を開示する。また、前記掘削刃は、中心から放射状に延びる１又ｈ２以上の刃体で構成され、この刃体は平面視正回転方向へ凸状に湾曲してなることが開示されている。これによって、掘削刃や拡底板の下刃により掘削軟化した掘削土砂は、拡底板の逃がし開口より拡底板の上方及び側方に排出されると共に、拡底板の上刃により側方周辺に排出される。また、掘削刃によって、掘削土砂は、鋼管杭又は拡底板に対して放射方向に圧密されつつ排出され、さらに逃がし開口を通過できない大きさの礫等も鋼管杭の側方に排出されることになり、鋼管杭の貫入成功時における地中障害物の影響を小さくすることができるものである。

特許文献３は、地中に埋設されて作用荷重を支持する小口径の鋼管杭であって、鋼管杭の本体部を形成する鋼管と、鋼管の先端部外周に接合される螺旋形の翼部と、鋼管の先端部内面に接合され、鋼管先端部の開口を閉塞する閉塞盤と、前記鋼管の先端部下方に突出して接合され、その先端形状が三角形の切刃とから構成され、前記切刃によって掘り起こされる地中の土が前記翼部の最下端に向けて搬出されるように、前記切刃を前記閉塞盤に接合した鋼管杭を開示する。これによって、鋼管杭の回転貫入時に、切刃によって掘り起こされた中の土砂が翼部の螺旋部に運ばれ、回転貫入を容易に行うことが可能となる。また、切刃を装備することによって、鋼管杭の建て込み時における設置精度及び回転貫入時の設置精度を高めるとともに、回転貫入時の障害物対策としても有効に機能することが開示される。

特許文献４は、先端部をほぼ螺旋状に切り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はねつ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回転貫入鋼管杭を開示する。
特開２００３−１７６５３５号公報 特開２００３−２７４７５号公報 特開２００５−２２０６６２号公報 特開２００６−８９９３２号公報

特許文献４に開示されているように、鋼管杭の成功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によって、開端杭と閉端杭に大別される。開端杭では、施工中に内部に土砂が進入し、利用可能な内部空間が小さくなるという不具合があり、閉端杭では、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、成功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いという不具合がある。

通常、比較的小さい径を有する鋼管杭の場合には閉端杭が好ましく、比較的大きい径を有する鋼管杭の場合には開端杭を用いることが望ましいといわれる。また、閉端杭の場合には、特許文献２では略Ｓ字状の掘削刃を設け、特許文献１及び特許文献３では先端に三角形形状の切刃を設けて、上記不具合を解消するようにした。さらに開端杭の場合には、特許文献４に開示されるように、側面開口部を設けて、進入した土砂を鋼管外に導くようにして不具合を解消するようにした。

以上のことから、本願発明の目的は、効率の良い貫入性を有する回転貫入鋼管杭を提供することにある。

したがって、この発明の第１の態様は、所定の径を有する中空円筒状である鋼管杭本体と、該鋼管杭本体の先端に設けられ、前記鋼管杭本体の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃を具備する回転貫入鋼管杭において、それぞれの翼刃は、前記鋼管杭本体と同心で半円弧状に延出する半円外周部と、前記鋼管杭本体の径方向に所定の間隔で平行に延出する中央延出部及び該中央延出部の両端と前記半円外周部の両端とをそれぞれ結ぶように形成される貫入刃部とによって構成されると共に、前記貫入刃部は、それぞれの翼刃の傾斜中心を境として貫入回転方向前方となる下側貫入刃部と貫入回転方向後方となる上側貫入刃部とによって構成され、前記鋼管杭本体の端部には、前記２つの翼刃の中央延出部の間に位置し、該鋼管杭本体の軸方向に延出する中央掘削刃部と、該中央掘削刃部のそれぞれの両端から、一方の上側貫入刃部上に、他方の下側貫入刃部に沿って所定の長さ延出する先端側掘削刃部とによって構成される掘削刃が設けられることにある。

さらに、この発明の第２の態様は、所定の径を有する中空円筒状である鋼管杭本体と、該鋼管杭本体の先端に設けられ、前記鋼管杭本体の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃を具備する回転貫入鋼管杭において、それぞれの翼刃は、前記鋼管杭本体の中心から第１の距離離れた位置にある第１の頂点と、この第１の頂点から貫入回転方向後方に９０°ずれると共に前記鋼管杭本体の中心から第２の距離離れた位置にある第２の頂点とを有すると共に、それぞれの翼刃は、前記鋼管杭本体の中心から第１の距離離れた位置にある第１の頂点と、この第１の頂点から貫入回転方向後方に９０°ずれると共に前記鋼管杭本体の中心から第２の距離離れた位置にある第２の頂点とを有すると共に、前記翼刃は、前記鋼管杭本体と同心で半円弧状に延出する半円外周部と、該半円外周部の貫入回転方向前方に位置する一方の先端と前記第２の頂点を介して前記第１の頂点とを結んで形成される下側貫入刃部及び前記第１の頂点から前記半円外周部の貫入回転方向後方に位置する他方の先端とを結んで形成される上側貫入刃部からなる貫入刃部とによって構成され、２つの翼刃によって、前記鋼管杭本体の先端部に、それぞれの第１の頂点及びそれぞれの第２の頂点を結んで形成される開口部が画成されることにある。

さらに、この発明の第２の態様において、前記一方の翼刃の上側貫入刃部上に、貫入方向に向かって他方の翼刃の下側貫入刃部側に延出する補強片を設け、該補強片によって前記一方の翼刃と他方の翼刃を溶接等によって連結することが望ましい。

さらにまた、この発明の第２の態様において、前記それぞれの翼刃の第１の頂点間の距離は、それぞれの翼刃の第２の頂点間の距離より短いことが望ましい。具体的には、前記第２の頂点間の距離は、前記鋼管杭本体の直径と等しく、第１の頂点間の距離は、前記鋼管杭本体の直径の略１／２であることが望ましい。これによって、前記開口部の形状は菱形形状となり、また菱形形状を構成する辺が前記下側貫入刃部であることから、具体的には段差のある切削刃付の菱形形状となるものである。

また、第１の態様に係る発明は、小径の鋼管杭に好ましく、第２の態様に係る発明は中径の鋼管杭に好ましい。

したがって、本願発明の第１の態様においては、鋼管杭上部に圧入回転力を加えて杭の埋設を行う際に、杭先端に設けた掘削刃によって、杭先端の土の掻き出し（土の移動）をスムーズに行うことができ、杭先の土の目詰まりを起こりにくくすることができるものである。

また、本願発明の第２の態様においては、鋼管杭上部に圧入回転力を加えて杭の埋設を行う際に、鋼管杭本体の先端に形成された菱形形状の開口部を設けたことによって、堅固な地盤の切り崩し（掘削）効果を高め杭本体への排土を容易にし、所定進度までの貫入をスムーズに行うことができるものである。さらに、杭先での土の目詰まりを抑制することができるものである。さらに、掘削能力を大幅に増加させることが可能である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の第１の態様に係る回転貫入鋼管杭１は、図１（ａ），（ｂ）で示されるように、所定の径φｄを有する中空円筒状である鋼管杭本体２と、この鋼管杭本体２の先端に設けられ、前記鋼管杭本体２の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃３ａ，３ｂを具備する。

それぞれの翼刃３ａ，３ｂは、前記鋼管杭本体２と同心で半円弧状に延出する半円外周部３０ａ，３０ｂと、前記鋼管杭本体２の径方向に所定の間隔で平行に延出する中央延出部３１ａ，３１ｂ及びこの中央延出部３１ａ，３１ｂの両端３２ａ，３３ａ又は３２ｂ，３３ｂと前記半円外周部３０ａ，３０ｂの両端３４ａ，３５ａ又は３４ｂ，３５ｂとをそれぞれ結ぶように形成される貫入刃部３６ａ，３７ａ又は３６ｂ、３７ｂとによって外周縁部が構成される形状をしている。また、前記貫入刃部３６ａ，３７ａ又は３６ｂ、３７ｂは、それぞれの翼刃３ａ，３ｂの傾斜中心４０を境として貫入回転方向前方となる下側貫入刃部３６ａ，３６ｂと貫入回転方向後方となる上側貫入刃部３７ａ，３７ｂとによって構成される。

前記鋼管杭本体２の端部には、前記２つの翼刃３ａ，３ｂの中央延出部３１ａ，３１ｂの間に位置し、前記鋼管杭本体２の貫入方向前方に延出する中央掘削刃部５１と、この中央掘削刃部５１の一方の端部５２から、一方の翼刃３ａの上側貫入刃部３７ａ上に溶接等によって固定され、他方の翼刃３ｂの下側貫入刃部３６ｂに沿って所定の長さ延出する第１の先端側掘削刃部５３と、前記中央掘削刃部５１の他方の端部５４から、他方の翼部３ｂの上側貫入刃部３７ｂ上に固定され、一方の翼部３ａの下側貫入刃部３６ａに沿って所定の長さ延出する第２の先端側掘削刃部５５によって構成される掘削刃５０が設けられる。さらに、第１の先端側掘削刃部５３の一方の側面は、翼刃３ｂの下側貫入刃部３６ｂと溶接等により固定され、同様に第２の先端側掘削刃部５５の一方の側面も、翼刃３ａの下側貫入刃部３６ａと溶接等により固定される。これにより、両翼刃３ａ，３ｂは補強される。

以上の構成の回転貫入鋼管杭１において、回転貫入のために、鋼管杭本体２の上部に圧入回転力が加えられると、鋼管杭本体２に装着された翼刃３ａ，３ｂが、図１（ｂ）における反時計方向に回転し、土中に回転貫入していく。このとき、鋼管杭本体２の先端に配置された翼刃３ａ，３ｂによって、鋼管杭本体２の貫入方向前方の土砂が圧密されることになるが、鋼管杭本体２の先端に形成された掘削刃５０によって、貫入方向前方の土砂を積極的に側方に排除することから、回転貫入鋼管杭１の回転貫入を良好に行うことができるものである。

本願発明の第２の態様に係る回転貫入鋼管杭１０１は、図２（ａ），（ｂ）で示されるように、所定の径Ｄ（但し、Ｄ＞ｄ）を有する中空円筒状である鋼管杭本体１０２と、この鋼管杭本体１０２の先端に設けられ、前記鋼管杭本体１０２の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃１０３ａ，１０３ｂを具備するものである。

それぞれの翼刃１０３ａ，１０３ｂは、前記鋼管杭本体１０２の中心から第１の距離（φＤ／４）離れた位置にある第１の頂点１０４ａ，１０４ｂと、この第１の頂点１０４ａ，１０４ｂから貫入回転方向後方に９０°ずれると共に前記鋼管杭本体１０２の中心から第２の距離（φＤ／２）離れた位置にある第２の頂点１０５ａ，１０５ｂとを有する。

また、それぞれの翼刃１０３ａ，１０３ｂは、前記鋼管杭本体１０２と同心で半円弧状に延出する半円外周部１０６ａ，１０６ｂと、この半円外周部１０６ａ，１０６ｂの貫入回転方向前方に位置する一方の先端１０７ａ，１０７ｂと前記第２の頂点１０５ａ，１０５ｂを介して前記第１の頂点１０４ａ，１０４ｂとを結んで形成される下側貫入刃部１０９ａ，１０９ｂ及び前記第１の頂点１０４ａ，１０４ｂから前記半円外周部１０６ａ，１０６ｂの貫入回転方向後方に位置する他方の先端１０８ａ，１０８ｂとを結んで形成される上側貫入刃部１１０ａ，１１０ｂからなる貫入刃部１１１ａ，１１１ｂとによって構成される。

さらに、この実施例２に係る回転貫入鋼管杭１の特徴は、前記２つの翼刃１０３ａ，１０３ｂによって、前記鋼管杭本体１０２の先端部に、それぞれの第１の頂点１０４ａ，１０４ｂ及びそれぞれの第２の頂点１０５ａ，１０５ｂを結んで形成される開口部１２０が画成されることにある。

さらにまた、前記一方の翼刃１０３ａの上側貫入刃部１１０ａ上に、他方の翼刃１０３ｂの下側貫入刃部１０９ｂ側に延出する補強片１２１ａを設け、同様に、前記他方の翼刃１０３ｂの上側貫入刃部１１０ｂ上に、一方の翼刃１０３ａの下側貫入刃部１０９ａ側に延出する補強片１２１ｂを設け、一方の翼刃１０３ａと他方の翼刃１０３ｂとを溶接等によって結合するものである。

また、前記それぞれの翼刃１０３ａ，１０３ｂの第１の頂点１０４ａ，１０４ｂ間の距離は、それぞれの翼刃１０３ａ，１０３ｂの第２の頂点１０５ａ，１０５ｂ間の距離より短く設定される。具体的には、この実施例において、前記第２の頂点１０５ａ，１０５ｂ間の距離は、前記鋼管杭本体１０２の直径φＤと等しく、第１の頂点１０４ａ１０４ｂ間の距離は、前記鋼管杭本体１０２の直径Ｄの略１／２である。

以上の構成の回転貫入鋼管杭１０１において、回転貫入のために、鋼管杭本体１０２の上部に圧入回転力が加えられると、鋼管杭本体１０２に装着された翼刃１０３ａ，１０３ｂが、図２（ｂ）における反時計方向に回転し、土中に回転貫入していく。このとき、鋼管杭本体１０２の先端に配置された翼刃１０３ａ，１０３ｂによって、鋼管杭本体１０２の貫入方向前方の土砂が圧密されることになるが、鋼管杭本体１０２の先端に形成された開口部１２０によって、貫入方向前方の土砂が鋼管杭本体１０２内に積極的に取り込まれるために、貫入方向先方に土砂が圧密されることがないため、回転貫入鋼管杭１０１の回転貫入を良好に行うことができるものである。また、開口部１２０が鋼管杭本体１０２の開口面積に比べて制限されているので、鋼管杭本体１０２への土砂の進入を制限できるので、鋼管杭本体１０２内の有効容積の減少を抑制できるものである。

（ａ）は本願発明の第１の態様に係る実施例１の回転貫入鋼管杭の先端部分の正面図であり、（ｂ）はその底面図である。 （ａ）は本願発明の第２の態様に係る実施例２の回転貫入鋼管杭の先端部分の正面図であり、（ｂ）はその底面図である。

符号の説明

１，１０１ 回転貫入鋼管杭
２，１０２ 鋼管杭本体
３ａ，３ｂ，１０３ａ，１０３ｂ 翼刃
５０ 切削刃
１２０ 開口部
１２１ａ，１２１ｂ 補強片

Claims (5)

1. 所定の径を有する中空円筒状である鋼管杭本体と、該鋼管杭本体の先端に設けられ、前記鋼管杭本体の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃を具備する回転貫入鋼管杭において、
   それぞれの翼刃は、前記鋼管杭本体と同心で半円弧状に延出する半円外周部と、前記鋼管杭本体の径方向に所定の間隔で平行に延出する中央延出部及び該中央延出部の両端と前記半円外周部の両端とをそれぞれ結ぶように形成される貫入刃部とによって構成されると共に、前記貫入刃部は、それぞれの翼刃の傾斜中心を境として貫入回転方向前方となる下側貫入刃部と貫入回転方向後方となる上側貫入刃部とによって構成され、
   前記鋼管杭本体の端部には、前記２つの翼刃の中央延出部の間に位置し、該鋼管杭本体の軸方向に延出する中央掘削刃部と、該中央掘削刃部のそれぞれの両端から、一方の上側貫入刃部上に、他方の下側貫入刃部に沿って所定の長さ延出する先端側掘削刃部とによって構成される掘削刃が設けられることを特徴とする回転貫入鋼管杭。
2. 所定の径を有する中空円筒状である鋼管杭本体と、該鋼管杭本体の先端に設けられ、前記鋼管杭本体の回転方向の対して同一方向に傾斜する２枚の翼刃を具備する回転貫入鋼管杭において、
   それぞれの翼刃は、前記鋼管杭本体の中心から第１の距離離れた位置にある第１の頂点と、この第１の頂点から貫入回転方向後方に９０°ずれると共に前記鋼管杭本体の中心から第２の距離離れた位置にある第２の頂点とを有すると共に、
   前記翼刃は、前記鋼管杭本体と同心で半円弧状に延出する半円外周部と、該半円外周部の貫入回転方向前方に位置する一方の先端と前記第２の頂点を介して前記第１の頂点とを結んで形成される下側貫入刃部及び前記第１の頂点から前記半円外周部の貫入回転方向後方に位置する他方の先端とを結んで形成される上側貫入刃部からなる貫入刃部とによって構成され、
   ２つの翼刃によって、前記鋼管杭本体の先端部に、それぞれの第１の頂点及びそれぞれの第２の頂点を結んで形成される開口部が画成されることを特徴とする回転貫入鋼管杭。
3. 前記一方の翼刃の上側貫入刃部上に、他方の翼刃の下側貫入刃部側に延出する補強片を設け、該補強片によって前記一方の翼刃と他方の翼刃を連結したことを特徴とする請求項２記載の回転貫入鋼管杭。
4. 前記それぞれの翼刃の第１の頂点間の距離は、それぞれの翼刃の第２の頂点間の距離より短いことを特徴とする請求項２又３記載の回転貫入鋼管杭。
5. 前記第２の頂点間の距離は、前記鋼管杭本体の直径と等しく、第１の頂点間の距離は、前記鋼管杭本体の直径の略１／２であることを特徴とする請求項２，３又は４記載の回転貫入鋼管杭。
   

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