JP2012140843A - 外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄厚の円筒形状の鋼管を、施工性、経済性に格段に優れた手法で実現し、従来の鋼管厚さに係る過剰な設計から合理的な設計に改良することにより、施工性、経済性、及び荷扱い性に非常に優れた外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法を提供する。
【解決手段】外殻を形成する鋼管１０は薄鋼板からなり、周方向に複数に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部１ａ、１ｂが形成された杭軸方向に一定の長さを有する複数の分割円弧板１を、前記継手部１ａ、１ｂを介し周方向に連結して円筒形状に形成され、当該円筒形状に形成された鋼管１０の杭軸方向の両端部にコンクリート１１注入用の開口部７ａを有する端板７が接合され、当該鋼管１０の内側面にコンクリート１１がライニングされてなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法の技術分野に属し、更に言えば、複数の分割円弧板からなる鋼管、特には薄厚（薄肉）鋼管を用いた外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法に関する。

既製コンクリート杭の１つに、鋼管の内側にコンクリートをライニングした外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）がある（例えば、特許文献１、２参照）。このＳＣ杭には、一般に、高炉メーカーが製造、販売する円筒形状の鋼管が用いられる。市販の鋼管厚さ（ｔ）は、通常、板厚（ｔ）が４．５ｍｍ以上、或いは板厚径比（ｔ／Ｄ）が１％以上とされている。

ちなみに、特許文献１に係る外殻鋼管付鉄筋コンクリート杭には、請求項１に「厚さ４．５〜９．０ｍｍの鋼管」の記載が認められ、明細書の段落[0012]には、「鋼管１は厚さ４．５〜９．０ｍｍが使用されるが、これは市販されている鋼管のサイズから選択できるものである。鋼管１の厚さは、必要とする曲げ強度と挿入する鉄筋２の重量から決めることができる。・・・鋼管厚さの下限は遠心成形が可能な強度から定まり４．５ｍｍ以上とする必要がある。また上限は経済的に入手できる厚さで定まり９．０ｍｍ以下がよい。・・・また鋼管１はそれ自体で型枠替わりになるので、工業生産的に経済性が良い。」と、鋼管厚さに係る数値を限定する意義が詳細に説明されている。
特許文献２に係る外殻鋼管付コンクリート杭にも同様の記載が認められる（明細書の段落[0018]参照）。

上記特許文献１、２によれば、厚さが４．５ｍｍ未満の鋼管を用いないのは、鋼管厚さの下限は遠心成形が可能な強度から定まり４．５ｍｍ以上とする必要があるからと記載されているものの、その実体は、予め円筒形状に成形することを大前提としていた従来の鋼管の形状的特性により、鋼管厚さを４．５ｍｍより薄くするとその分膨らみやすくなるため円筒形の形状保持が難しく、生産性、荷扱い性に問題があり、市販されていないという理由に基づく。

即ち、４．５ｍｍ以上の厚さの鋼管を用いるのは、市販の鋼管が４．５ｍｍ以上のものしかなく、杭に要求される曲げ耐力に応じた適正な厚さの鋼管が容易に入手できなかったからにほかならない。
よって、従来は、構造設計上要求される適正な厚さ以上の鋼管を使用していたため、不合理、且つ不経済であった。

ところで、特許文献３には、厚さ０．２５ｍｍ〜１．６ｍｍの薄肉帯鋼板をスパイラル状に巻き、このスパイラル継目の両側の鋼板を相互に折り曲げて圧締する（カシメる）ことにより形成した外殻円筒を有し、その内側にライニングされた中空円筒状のコンクリート層中に複数の鉄筋が杭軸方向に配筋された外殻薄肉鋼管付鉄筋コンクリート杭に係る発明が開示されている。
この特許文献３に係る発明によれば、使用する鋼管厚さに着目すると、従来より薄くして実施できるので、特許文献１、２に係る上記問題点を解消しているようにみえる。

特開平６−２２０８４２号公報 特開平１１−２８００６２号公報 特開昭６０−２４２２１６号公報

しかし、特許文献３に係る発明によれば、鋼管厚さを薄くして実施できるとはいえ、前記薄肉帯鋼板をスパイラル状に巻き、かつ、スパイラル継目の両側の鋼板を相互に折り曲げて圧締する作業を、製造するＳＣ杭の全長（通常５ｍ程度）にわたって行わなければならず、予め円筒形状に形成されている従来技術に係る鋼管と比して、あまりにも手間がかかり、施工性が悪いという問題があった。この問題は、杭径が大きいＳＣ杭を製造する場合にはさらに顕著となる。よって、トータルコスト的にはそれほどの成果をあげることはできなかった。
加えて、厚さ０．２５ｍｍ〜１．６ｍｍの極薄の薄肉帯鋼板は、８０年の間に２ｍｍ程度腐食する土中での腐食性を考慮すると、防錆手段を施すか、腐食しない薄肉ステンレス鋼板を用いなければならず、その分また費用が嵩むという問題もあった。

本発明の目的は、特許文献１、２に用いる鋼管より薄厚の円筒形状の鋼管を、特許文献３と比して施工性、経済性に格段に優れた手法で実現し、従来の鋼管厚さに係る過剰な設計から合理的な設計に改良することにより、施工性（生産性）、経済性、及び荷扱い性に非常に優れた外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法を提供することにある。

上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に係る外殻鋼管付きコンクリート杭は、鋼管を外殻に有し、その内側にコンクリートをライニングしてなる外殻鋼管付きコンクリート杭において、前記外殻を形成する鋼管は薄鋼板からなり、周方向に複数に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部が形成された杭軸方向に一定の長さを有する複数の分割円弧板を、前記継手部を介し周方向に連結して円筒形状に形成され、当該円筒形状に形成された鋼管の杭軸方向の両端部にコンクリート注入用の開口部を有する端板が接合され、当該鋼管の内側面にコンクリートがライニングされてなることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭において、前記分割円弧板の周方向両側縁に形成した継手部のうち、一側縁の継手部はＵ字状の雄型継手とされ、他側縁の継手部はＵ字状の雌型継手とされ、隣接する分割円弧板の対応するＵ字状の雌型継手又はＵ字状の雄型継手と互いに連結されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭において、前記分割円弧板の板厚は２．３ｍｍ〜７．３ｍｍ、或いは板厚径比が１％未満であることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭において、前記分割円弧板の内周面に、突起状の位置ずれ防止加工が施されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭において、前記複数の分割円弧板はそれぞれ、同形・同大であることを特徴とする。

請求項６に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法は、鋼管を外殻に有し、その内側面にコンクリートをライニングしてなる外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法において、
前記外殻を形成する鋼管は薄鋼板とし、周方向に複数に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部を形成した杭軸方向に一定の長さを有する複数の分割円弧板を、前記継手部を介し周方向に連結して円筒形状に形成する工程と、
前記円筒形状に形成した鋼管の杭軸方向の両端部にコンクリート注入用の開口部を有する端板を接合する工程と、
前記端板の開口部から鋼管の内側へコンクリートを注入し、遠心成形により円筒形状に成形したコンクリート体を当該鋼管の内側面と一体化させる工程とからなることを特徴とする。

請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法において、前記鋼管は、前記複数の分割円弧板を順次、対応する継手部同士を嵌合させつつ杭軸方向へスライドさせて周方向に連結した円筒形状に形成することを特徴とする。

本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法によれば、外殻を形成する鋼管を、複数の分割円弧板を継手部を介して周方向に連結し円筒形状に形成して実施することができるので、以下の効果を奏する。
１）平板状に近い湾曲した（同形同大の）分割円弧板を多数積み重ねて搬送できるので、搬送に伴う費用削減に大きく寄与すると共に、荷扱いも容易となる。
２）分割円弧板を単にスライドさせるだけで円筒形状の鋼管を形成できるので、溶接、カシメも無用で施工性（生産性）に非常に優れている。
３）鋼管厚さが４．５ｍｍ以上の市販の鋼管を用いることなく、ＳＣ杭に要求される曲げ耐力に応じた構造設計によって求められる鋼管厚さ（例えば３．２ｍｍ）の分割円弧板を用いて鋼管を形成できるので、合理的、且つ非常に経済的である。

本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭を示した斜視図である。 図１の外殻鋼管付きコンクリート杭を正面方向からみた拡大図である。 図１の外殻鋼管付きコンクリート杭に係る鋼管を形成する分割円弧板を示した正面図である。 Ａ〜Ｄは、円筒形状の鋼管を形成する工程を段階的に示した正面図である。 円筒形状に形成した鋼管を示した斜視図である。 円筒形状に形成した鋼管を示した正面図である。 本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法を説明するための概略図である。

次に、本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭およびその製造方法の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の斜視図を示している。図２は、図１の外殻鋼管付きコンクリート杭を正面方向からみた拡大図を示している。
この外殻鋼管付きコンクリート杭は、鋼管１０を外殻に有し、その内側にコンクリート１１をライニングしてなり、前記外殻を形成する鋼管１０は薄鋼板からなり、周方向に複数（図示例では４つ）に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部１ａ、１ｂが形成された杭軸方向に一定の長さを有する複数（４枚）の分割円弧板１を、前記継手部１ａ、１ｂを介し周方向に連結して円筒形状に形成され、当該円筒形状に形成された鋼管１０の杭軸方向の両端部にコンクリート１１注入用の開口部７ａを有する端板７（図６参照）が接合され、当該鋼管１０の内側面にコンクリート１１をライニングして一体成形されている。ちなみに図１、２では図示の便宜上、前記端板は省略している。

前記外殻鋼管付きコンクリート杭（鋼管１０）は、通常、外径が４０ｃｍ〜１２０ｃｍ程度、杭軸方向長さが５００ｃｍ〜７００ｃｍ程度の大きさで実施されるが、大きさは勿論これに限定されない。
ちなみに、本実施例に係る円筒形状に形成された鋼管１０は、外径が５６ｃｍ程度、杭軸方向長さが５２０ｃｍ程度、鋼管厚さ（肉厚）が３．２ｍｍ程度で実施されている。当該鋼管厚さは、ＳＣ杭に要求される曲げ耐力に応じた構造設計によって求められるが、通常２．３ｍｍ〜７．３ｍｍの範囲内、或いは板厚径比が１％未満で実施される。もとより、鋼管厚さは薄い方が経済的である。鋼管１０の内側面にライニングされたコンクリート１１の厚さは８ｃｍ程度で実施されているが勿論これに限定されず、ＳＣ杭に要求される曲げ耐力に応じて適宜設計変更される。

前記鋼管１０は、本実施例では、周方向に４等分割した分割円弧板１、すなわち断面が略１／４円弧状で、杭軸方向長さが５２０ｃｍ程度の同形・同大の４枚の分割円弧板１を、前記継手部１ａ、１ｂを介して周方向に連結して円筒形状に形成されている。
前記４等分割した場合の各分割円弧板１のサイズについては、その一例を図３に示す。図３中、符号Ｗ＝３．２ｍｍ、Ｘ＝４３８．４６ｍｍ、Ｙ＝３０．２ｍｍ、Ｚ＝４０．２ｍｍ、および曲率半径＝２７９．６８ｍｍである。
前記分割円弧板１は、ロール成形加工法、好ましくは冷間ロール成形加工法で適正な曲率に成形される。

前記分割円弧板１の継手部１ａ、１ｂの形状について説明すると、分割円弧板１の一側縁（図示例では右側）の継手部１ａは、円筒形状に形成する鋼管１０の外側へ相当する向きに屈曲させて折り返したＵ字状の雄型継手に形成し、他側縁（図示例では左側）の継手部１ｂは、隣接する分割円弧板１の継手部（雄型継手）１ａの先端部を巻き込むように鉤状に屈曲させたＵ字状の雌型継手に形成して実施されている。隣接する分割円弧板１の対応する継手部１ａ、１ｂを互いに連結する（掛け留める）ことにより、隣接する分割円弧板１、１が周方向に連結されて円筒形状の鋼管１０が形成される（図２参照）。

なお、本実施例では、周方向に４等分割したに等しい形状の分割円弧板１を用いて鋼管１０を形成しているがこれに限定されず、周方向に３等分割、或いは２等分割（半割り）したに等しい形状の分割円弧板を用いても同様に実施できる。
また、本実施例では、製造コスト、荷扱い性、取扱性（作業性）の観点から同形同大の分割円弧板１を用いて実施しているが同形同大に限定されず、周方向に連結した場合に円筒形状の鋼管１０を形成できる形態であれよい。
さらに、本実施例では、前記Ｕ字状の継手部１ａ、１ｂに形成して実施しているがこれに限定されず、互いに連結した継手部１ａ、１ｂ同士が離脱しない形態であればよい。要するに、分割円弧板１に設けた継手部１ａ、１ｂは、後述する遠心成形の際に、当該継手部１ａ、１ｂ同士の連結状態を十分に保持できる形状、剛性を条件に、種々のバリエーションで実施可能である。

次に、上記した外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法について説明する。
先ず、複数（４枚）の分割円弧板１を周方向に連結して円筒形状の鋼管１０を形成する。当該円筒形状の鋼管１０を形成する手法については種々のバリエーションが考えられる。また、分割円弧板１の数量、大きさによっても適宜設計される。よって本実施例では、その一例を図４Ａ〜Ｄに段階的に示した。

図４Ａに示したように、本実施例では先ず、１枚目の分割円弧板１を、形成する鋼管１０の外周面に相当する側を下向きにして作業場等に載置する。その両脇には、当該分割円弧板１の揺動防止用の台木（組立台）９を載置する。この台木９は、前記分割円弧板１の軸方向両端部にそれぞれ２個ずつ設けておくことが作業上好ましい。
次に、図４Ｂに示したように、２枚目の分割円弧板１を、その継手部（雌型継手）１ｂと、前記１枚目の分割円弧板の継手部（雄型継手）１ａとを嵌合させつつ軸方向へスライドさせる。このスライド作業は、分割円弧板１の軸方向の長さが揃うまで、２人程度の作業員の手動操作により行う。
次に、図４Ｃに示したように、３枚目の分割円弧板１を、その継手部（雄型継手）１ａと、前記１枚目の分割円弧板の継手部（雌型継手）１ｂとを嵌合させつつ軸方向へスライドさせる。このスライド作業もまた、分割円弧板１の軸方向の長さが揃うまで、２人程度の作業員の手動操作により行う。なお、前記２枚目と３枚目の分割円弧板１、１のスライド作業はほぼ同時に行ってもよい。
次に、図４Ｄに示したように、４枚目の分割円弧板１を、その両側縁に設けた継手部１ａ、１ｂと、それぞれ対応する継手部１ｂ、１ａとを嵌合させつつ軸方向へスライドさせる。このスライド作業もまた、分割円弧板１の軸方向の長さが揃うまで、２人程度の作業員の手動操作により行う。
かくして、４枚の分割円弧板１を周方向に連結してなる円筒形状の薄厚の鋼管１０を形成することができる（図５Ａ、Ｂも参照）。

ちなみに、図４Ｄ中の符号８は、外周に山部と谷部を有する歯車状の形状保持部材を示している。この形状保持部材８は金属製であり、鋼管１０の管軸方向両端部に１枚ずつ設け、円筒形状に形成した薄厚の鋼管１０の形状を安定した状態で保持する役割を果たす。
ただし、この形状保持部材８の使用はあくまでも念のため（任意）であり、円筒形状に形成した複数の鋼管１０を作業場等で複数段積み重ねる場合に好適に用いられる。
前記形状保持部材８は、鋼管１０を円筒形状に形成した後に設けてもよいし、その前のスライド作業中に設けておいてもよい。この形状保持部材８は、遠心成形する前にはもちろん取り外される。前記形状保持部材８の形態はもちろん図示例に限定されない。

次に、図６に示したように、円筒形状に形成した鋼管１０の管軸方向（杭軸方向）の両端部に金属製の端板７、７を設け、当該鋼管１０を上型枠１２と下型枠１３とで挟み込んで収容し、両型枠１２、１３をボルトで固定する。
本実施例に用いる端板７は、一例として外径が６０ｃｍ程度、内径が４４ｃｍ程度、厚みが２ｃｍ程度の開口部７ａを有するリング状に形成され、前記鋼管１０とほぼ同心円配置となるように溶接（全周溶接）で固定されている。

続いて、両型枠１２、１３内に収容された鋼管１０の端板７の開口部からコンクリート１１を鋼管１０内に注入し、遠心成形用回転駆動機（図示省略）により所定の回転速度で所要時間回転させる等、汎用の遠心成形法を実施して外殻鋼管付きコンクリート杭を製造する。

したがって、本発明に係る外殻鋼管付きコンクリート杭及びその製造方法によれば、外殻を形成する鋼管１０を、複数の分割円弧板１を継手部１ａ、１ｂを介して周方向に連結し円筒形状に形成して実施することができるので、以下の効果を奏する。
１）平板状に近い湾曲した（同形同大の）分割円弧板１を多数積み重ねて搬送できるので、搬送に伴う費用削減に大きく寄与すると共に、荷扱いも容易となる。
２）分割円弧板を単にスライドさせるだけで円筒形状の鋼管１０を形成できるので、溶接、カシメも無用で施工性（生産性）に非常に優れている。
３）鋼管厚さが４．５ｍｍ以上の市販の鋼管を用いることなく、ＳＣ杭に要求される曲げ耐力に応じた構造設計によって求められる鋼管厚さ（例えば３．２ｍｍ）の分割円弧板１を用いて鋼管１０を形成できるので、合理的、且つ非常に経済的である。

以上、実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
例えば、図示は省略するが、前記分割円弧板１の内周面に、突起状の位置ずれ防止加工を施し、コンクリート１１と鋼管１０との定着性（一体性）を高めるように実施することもできる。前記突起は、分割円弧板１の内周面に小径の鋼棒を溶接したり、該内周面をエンボス加工、又はチェッカープレートの如く形成したりして実施される。

１ 分割円弧板
１ａ 継手部（雄型継手）
１ｂ 継手部（雌型継手）
７ 端板
７ａ 開口部
８ 形状保持部材
９ 台木
１０ 鋼管
１１ コンクリート
１２ 上型枠
１３ 下型枠

Claims (7)

1. 鋼管を外殻に有し、その内側にコンクリートをライニングしてなる外殻鋼管付きコンクリート杭において、
   前記外殻を形成する鋼管は薄鋼板からなり、周方向に複数に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部が形成された杭軸方向に一定の長さを有する複数の分割円弧板を、前記継手部を介し周方向に連結して円筒形状に形成され、当該円筒形状に形成された鋼管の杭軸方向の両端部にコンクリート注入用の開口部を有する端板が接合され、当該鋼管の内側面にコンクリートがライニングされてなることを特徴とする、外殻鋼管付きコンクリート杭。
2. 前記分割円弧板の周方向両側縁に形成した継手部のうち、一側縁の継手部はＵ字状の雄型継手とされ、他側縁の継手部はＵ字状の雌型継手とされ、隣接する分割円弧板の対応するＵ字状の雌型継手又はＵ字状の雄型継手と互いに連結されていることを特徴とする、請求項１に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭。
3. 前記分割円弧板の板厚は２．３ｍｍ〜７．３ｍｍ、或いは板厚径比が１％未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭。
4. 前記分割円弧板の内周面に、突起状の位置ずれ防止加工が施されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭。
5. 前記複数の分割円弧板はそれぞれ、同形・同大であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭。
6. 鋼管を外殻に有し、その内側面にコンクリートをライニングしてなる外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法において、
   前記外殻を形成する鋼管は薄鋼板とし、周方向に複数に分割して周方向両側縁に該薄鋼板を折り曲げて継手部を形成した杭軸方向に一定の長さを有する複数の分割円弧板を、前記継手部を介し周方向に連結して円筒形状に形成する工程と、
   前記円筒形状に形成した鋼管の杭軸方向の両端部にコンクリート注入用の開口部を有する端板を接合する工程と、
   前記端板の開口部から鋼管の内側へコンクリートを注入し、遠心成形により円筒形状に成形したコンクリート体を当該鋼管の内側面と一体化させる工程とからなることを特徴とする、外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法。
7. 前記鋼管は、前記複数の分割円弧板を順次、対応する継手部同士を嵌合させつつ杭軸方向へスライドさせて周方向に連結した円筒形状に形成することを特徴とする、請求項６に記載した外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法。

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