JP2011111770A

JP2011111770A - フリクションカッタ

Info

Publication number: JP2011111770A
Application number: JP2009267782A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yamada; 悟山田
Original assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Current assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】本発明は、中空の杭の沈設側先端に取り付ける短円筒形のフリクションカッタに関し、“杭の高止まり”を防止して杭を容易に沈設させることができるフリクションカッタを提供することを目的とする。
【解決手段】中空のコンクリート杭１０の沈設側先端に設けられた金属製の端板１１に、閉塞用角鋼３０を介し溶接で取付けられた、杭径より大きい外径を有する短円筒形のフリクションカッタ２０の、筒体下端２０１近傍の内周面２０２上に、この内周面２０２を連続的に一周するリング状のカッタ補助用角鋼２１を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空の杭の沈設側先端に取り付ける短円筒形のフリクションカッタに関する。

従来より、中空のコンクリート杭や鋼管杭の杭中空部に挿入したオーガによって杭先端地盤を掘削し、掘削した土砂を杭中空部を通して杭頭部から排出しながら杭の自重および圧入によって杭を地中に沈設させ、必要に応じてその杭の上部に上杭を連結し、同様に杭先端地盤を掘削して杭を地中に沈設させ、所定深度まで杭先端を沈設する、いわゆる中掘り工法が知られている。また、このような中掘り工法では、杭の沈設側先端に杭径より少し大径のフリクションカッタを取り付ける技術があり古くから知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

フリクションカッタは、杭の外表面と土砂との摩擦力を低減して、杭の沈設抵抗を軽減したり、杭外周面から外方に突出した杭継手接合部を有する杭を中掘り工法によって地中に沈設させるときに杭継手接合部に生ずる沈設抵抗を軽減するためのカッタである。このようなフリクションカッタとして、杭の沈設側先端に溶接やボルトによって取付けられる杭径より大きい外径を有する短円筒形のものがある。

「既製コンクリート杭の施工管理」、社団法人コンクリートパイル建設技術協会、２００３年４月、ｐ．２７０−２７２

中空の杭の沈設側先端に短円筒形のフリクションカッタが取り付けられた杭の沈設では、その杭を地中に沈設させる際の、フリクションカッタの筒体内部に入り込んだ土砂が、フリクションカッタの内周面と杭の沈設側下端面とが形成する部分に圧密状態となって強固に固化するため、杭の沈設抵抗が増大し、杭の沈設作業能率を阻害する問題がある。そして、地層条件によっては杭の沈設抵抗が過大となり、杭に大きな圧入力を加えても所定深さまでの沈設が不可能な、いわゆる“杭の高止まり”を生ずる場合もある。高止まりした杭は一旦引き抜いて改めて杭を沈設し直す必要があり、莫大な手間とコストを要する。

本発明は、上記事情に鑑み、“杭の高止まり”を防止して杭を容易に沈設させることができるフリクションカッタを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本発明のフリクションカッタは、中空の杭の沈設側先端に取り付ける短円筒形のフリクションカッタにおいて、フリクションカッタの筒体下端近傍の内周面上に、連続的に又は断続的に一周するリング状の部材を備えたことを特徴とする。

本発明のフリクションカッタは、フリクションカッタの筒体下端近傍の内周面上に、この内周面を連続的に又は断続的に一周するリング状の部材を備えたものである。この部材は、形状、構造、取付手段などに制約はなく、例えば鋼材取付、その他の手段でもよく、溶接肉盛り成形などであってもよい。

中空の杭の沈設側先端にこの部材を備えたフリクションカッタが取り付けられた杭の沈設において、その杭を地中に沈設させるとき、フリクションカッタの筒体下端部の内周面と上記リング状の部材の下端面とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体が形成され、その杭をこのテーパ体を越えて地中に沈設させる際、そのテーパ体および部材によって土砂が体積変化を発生させるとともに、その部材の上方に空隙が形成され、その部材より上方の、フリクションカッタの内周面と杭の沈設側下端面とが形成する部分に土砂が固化することが防止される。このような空隙が形成されると、フリクションカッタによる内面の拘束がないため、フリクションカッタの内周面側に向かう土砂の崩壊線が出やすく、杭先端直下の地盤の土砂が杭心側に加えてその内周面側に向かっても崩壊することとなり、従来のフリクションカッタが取り付けられた杭の沈設に比して杭の沈設抵抗が大幅に軽減される。

従って、本発明のフリクションカッタによれば、従来生じていた“杭の高止まり”を防止して杭を容易に沈設させることができるため、経済性の面で無駄を省くことができ、寄与するところが大である。

ここで、本発明のフリクションカッタは、上記部材が、角形断面を有する鋼材であることが好ましい。

このような好ましい形態によれば、中空の杭の沈設側先端にこのフリクションカッタが取り付けられた杭の沈設において、その杭を地中に沈設させるとき、フリクションカッタの筒体下端部の内周面と角形断面を有するリング状の鋼材の下端面とが形成する部分に土砂が詰まり易く、その部分に土砂が詰まって見掛上のテーパ体が形成されやすく、フリクションカッタの刃先抵抗を小さくすることができる。

本発明によれば、“杭の高止まり”を防止して杭を容易に沈設させることができるフリクションカッタが提供される。

本発明の実施例であるフリクションカッタを中空のコンクリート杭の沈設側先端外周に取り付けたものの部分正面図および部分縦断面図である。図１に示すコンクリート杭の沈設途中の部分縦断面図である。図１，図２に示すフリクションカッタの筒体下端部の内周面とカッタ補助用角鋼の下端面とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体を示す部分縦断面図である。従来のフリクションカッタを中空のコンクリート杭の沈設側先端外周に取り付けたものの沈設途中の部分縦断面図である。図４に示すフリクションカッタの内周面とコンクリート杭の沈設側下端面とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体を示す部分縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明するのに先立って、中空の杭の沈設側先端に取り付ける短円筒形のフリクションカッタについての従来の技術の問題点を、図４，図５を参照して分析する。

図４は、従来のフリクションカッタ４０を中空のコンクリート杭１０の沈設側先端外周に取り付けたものの沈設途中の部分縦断面図である。また、図５は、図４に示すフリクションカッタ４０の内周面４０１とコンクリート杭１０の沈設側下端面１０１とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体５１を示す部分縦断面図である。

図４に示すフリクションカッタ４０は、中空のコンクリート杭１０の沈設側先端に設けられた金属製の端板１１に、閉塞用角鋼３０を介し溶接で取付けられた、コンクリート杭１０の外径より大きい外径を有する短円筒形のカッタである。

コンクリート杭１０は、例えば、杭径Ｄがφ１０００ｍｍ、杭長Ｌが３０ｍ、肉厚ｔが１３０ｍｍの杭である。また、フリクションカッタ４０は、例えば、外径Ｄ_０が１０６２ｍｍ、肉厚ｔｓが１９ｍｍである。尚、フリクションカッタ４０の外径Ｄ_０や肉厚ｔｓの値は一例であって、コンクリート杭１０の杭径や地層条件や上杭の本数等によって決定する値である。

このフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０は、中掘り工法によって沈設する杭である。即ち、コンクリート杭１０は、杭中空部に挿入したオーガ（図示省略）によって杭先端地盤を掘削し、掘削した土砂を杭中空部を通して杭頭部から排出しながらコンクリート杭１０の自重および圧入によって地中に沈設させ、必要に応じてコンクリート杭１０の上部に上杭を連結し、同様に杭先端地盤を掘削して地中に沈設させ、所定深度まで杭先端を沈設する中掘り工法に用いる杭である。

また、このフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させると、図５に示すように、フリクションカッタ４０の内周面４０１とコンクリート杭１０の沈設側下端面１０１とが形成する部分に土砂が詰まってなる、テーパ角θ_Ｂを有するテーパ体５１が形成される。

そして、このフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させるときに土圧がかかる部分の受圧面積Ａｃ_０は、（式１）に示すように、杭径Ｄがφ１０００ｍｍにおいては４５５７２２ｍｍ^２である。尚、Ｄ_０はフリクションカッタ４０の外径であり、Ｄ_１はコンクリート杭１０の内径である。また、Ｐはコンクリート杭１０の降下推力である。この降下推力Ｐは、コンクリート杭１０の自重や、圧入する場合は自重に圧入力を加えたものから、コンクリート杭１０やフリクションカッタ４０の外表面と土砂との摩擦抵抗を差し引いたものであって、その自重は、上杭を連結するごとに増大する。

Ａｃ_０＝（π／４）（Ｄ_０ ^２−Ｄ_１ ^２）
＝（π／４）（Ｄ_０ ^２−（Ｄ−２ｔ）^２）
＝（π／４）（１０６２^２−（１０００−２×１３０）^２）
＝（π／４）（１０６２^２−７４０^２）
＝４５５７２２（ｍｍ^２）・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
従って、土圧ｑ_０は、（式２）に示すように、Ｐ／４５５７２２である。

ｑ_０＝Ｐ／Ａｃ_０
＝Ｐ／４５５７２２・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
このような従来のフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させる際の、フリクションカッタ４０の筒体内部に入り込んだ土砂が、フリクションカッタ４０の内周面４０１とコンクリート杭の沈設側下端面１０１とが形成する部分に圧密状態となって強固に固化するため、コンクリート杭１０の沈設抵抗が大きく、コンクリート杭１０の沈設作業能率を阻害する問題がある。また、図４に示すように、フリクションカッタ４０の筒体内部に入り込んだ、杭先端直下の地盤の土砂は、杭心側（図の矢印Ａ方向）に向かってのみ崩壊することとなるため、コンクリート杭１０の沈設抵抗が大きく、コンクリート杭１０の沈設作業能率が悪い。そして、地層条件によっては沈設抵抗が過大となって“杭の高止まり”を生ずる場合もある。高止まりした杭は一旦引き抜いて改めて杭を沈設し直す必要があり、莫大な手間とコストを要する。

本発明は、このような従来の問題を解決したもので、以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

以下、図４，図５を参照して説明した従来例における要素と同じ要素については同じ符号を付して説明を省略し、従来例との相違点についてのみ説明する。

図１は、本発明の実施例であるフリクションカッタ２０を中空のコンクリート杭１０の沈設側先端外周に取り付けたものの部分正面図および部分縦断面図である。尚、図１の左側が部分正面図であり、右側が部分縦断面図である。図２は、図１に示すコンクリート杭１０の沈設途中の部分縦断面図である。また、図３は、図１，図２に示すフリクションカッタ２０の筒体下端２０１部の内周面２０２とカッタ補助用角鋼２１の下端面２１１とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体５０を示す部分縦断面図である。

図１，図２に示すフリクションカッタ２０は、中空のコンクリート杭１０の沈設側先端に設けられた金属製の端板１１に、閉塞用角鋼３０を介し溶接で取付けられた、杭径より大きい外径を有する短円筒形のカッタである。また、このフリクションカッタ２０は、フリクションカッタ２０の筒体下端２０１近傍の内周面２０２上に、この内周面２０２を連続的に一周するリング状のカッタ補助用角鋼２１を備えている。このカッタ補助用角鋼２１は、本発明にいう部材の実施例であって、例えば溶接用圧延鋼材（ＳＭ４００）等を用いることができる。

フリクションカッタ２０は、例えば、外径Ｄ_０が１０６２ｍｍ、肉厚ｔｓが１９ｍｍ、カッタ補助用角鋼２１の幅ｗが１６ｍｍである。また、カッタ補助用角鋼２１の取付位置は、例えば、フリクションカッタ２０の筒体下端２０１から６０ｍｍ離れた内周面２０２上である。尚、これらの数値は一例であって、コンクリート杭１０の杭径や地層条件や上杭の本数等によって決定する値である。

このようなフリクションカッタ２０が取り付けられたコンクリート杭１０は、図４，図５を参照して説明した従来のフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０と同様に、中掘り工法によって沈設する杭である。

図１，図２に示すフリクションカッタ２０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させると、図３に示すように、フリクションカッタ２０の筒体下端２０１部の内周面２０２とカッタ補助用角鋼２１の下端面２１１とが形成する部分に土砂が詰まってなる、テーパ角θ_Ａを有するテーパ体５０が形成される。このテーパ体５０のテーパ角θ_Ａは、図５に示す従来のフリクションカッタ４０の内周面４０１とコンクリート杭１０の沈設側下端面１０１とが形成する部分に土砂が詰まってなるテーパ体５１のテーパ角θ_Ｂよりも鋭い角度であるため、土砂の崩壊性が高い。

本実施例では、コンクリート杭１０を地中に沈設させる際、テーパ角θ_Ａを有するテーパ体５０およびリング状のカッタ補助用角鋼２１によって土砂が体積変化を発生させるとともに、カッタ補助用角鋼２１の上方に空隙が形成され、カッタ補助用角鋼２１より上方の、フリクションカッタ２０の内周面２０２とコンクリート杭１０の沈設側下端面１０１とが形成する部分に土砂が固化することが防止される。このような空隙が形成されると、フリクションカッタ２０による内面の拘束がないため、フリクションカッタ２０の内周面２０２側（図の矢印Ｂ方向）に向かう土砂の崩壊線が出やすく、杭先端直下の地盤の土砂が杭心側（図の矢印Ａ方向）に加えてその内周面２０２側（図の矢印Ｂ方向）に向かっても崩壊することとなり、従来のフリクションカッタ４０が取り付けられたコンクリート杭１０の沈設に比して沈設抵抗が大幅に軽減される。従って、本実施例のフリクションカッタ２０によれば、従来しばしば生じていた“杭の高止まり”を防止してコンクリート杭１０を容易に沈設させることができる。

このようなフリクションカッタ２０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させるときに土圧がかかる部分の受圧面積Ａｃ_１は、（式３）に示すように、杭径Ｄがφ１０００ｍｍにおいては１１２９２４ｍｍ^２である。尚、Ｄ_０はフリクションカッタ２０の外径であり、Ｄ_２はフリクションカッタ２０のカッタ補助用角鋼２１が備えられた部分の内径である。また、Ｐはコンクリート杭１０の降下推力である。

Ａｃ_１＝（π／４）（Ｄ_０ ^２−Ｄ_２ ^２）
＝（π／４）（Ｄ_０ ^２−（Ｄ_０−２（ｔｓ＋ｗ））^２）
＝（π／４）（１０６２^２−（１０６２−２×（１９＋１６））^２）
＝（π／４）（１０６２^２−９９２^２）
＝１１２９２４（ｍｍ^２）・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
従って、土圧ｑ_１は、（式４）に示すように、Ｐ／１１２９２４である。

ｑ_１＝Ｐ／Ａｃ_１
＝Ｐ／１１２９２４・・・・・・・・・・・・・・・（式４）
このように、フリクションカッタ２０が取り付けられたコンクリート杭１０を地中に沈設させるときに土圧がかかる部分の受圧面積Ａｃ_１は、上述した（式１）に示す従来の受圧面積Ａｃ_０よりも小さく、また、土圧ｑ_１は、上述した（式２）に示す従来の土圧ｑ_０よりも大きい。上述した例では、（式５）に示すように、土圧ｑ_１は従来の土圧ｑ_０の約４倍である。土圧ｑ_１が従来例のものよりも大きいということは、従来例のものよりも土砂が崩壊し易いことを意味する。

ｑ_１／ｑ_０＝（Ｐ／１１２９２４）／（Ｐ／４５５７２２）
＝４５５７２２／１１２９２４
＝４・・・・・・・・・・・・・・・（式５）
尚、上述した実施例では、本発明にいう中空の杭が、中空のコンクリート杭である例について説明したが、本発明にいう中空の杭は、これに限られるものではなく、例えば、中空の鋼管杭であってもよい。

また、上述した実施例では、本発明にいう部材が、角形断面を有する鋼材（カッタ補助用角鋼）取付である例について説明したが、本発明にいう部材は、これに限られるものではなく、例えば、円形断面を有する鋼材（丸鋼）取付や、異形棒鋼取付や、本実施例にいうテーパ角θ_Ａを有するテーパ体を含む形状の断面を有する鋼材取付や、溶接肉盛り成形などであってもよく、形状、構造、取付手段などに制約はない。

また、上述した実施例では、本発明にいう部材が、内周面を連続的に一周する例について説明したが、本発明にいう部材は、これに限られるものではなく、内周面を断続的に一周していてもよく、あるいは、内周面を連続的に又は断続的に二周以上にわたっていてもよい。

１０コンクリート杭
１０１沈設側下端面
１１端板
２０フリクションカッタ
２０１筒体下端
２０２内周面
２１カッタ補助用角鋼
２１１下端面
３０閉塞用角鋼
４０フリクションカッタ
４０１内周面
５０テーパ体
５１テーパ体

Claims

中空の杭の沈設側先端に取り付ける短円筒形のフリクションカッタにおいて、フリクションカッタの筒体下端近傍の内周面上に、該内周面を連続的に又は断続的に一周するリング状の部材を備えたことを特徴とするフリクションカッタ。
前記部材が、角形断面を有する鋼材であることを特徴とする請求項１記載のフリクションカッタ。