JP2014205952A - 杭の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力を確保することのできる杭の継手構造を提供すること。【解決手段】杭２、３同士を連結する杭の継手構造１は、連結される一方の杭３の端部に設けられ、管の軸回りに内周溝１５が形成された外側管部１２と、連結される他方の杭２の端部に設けられ、外側管部１２に挿入され、挿入状態で内周溝１５と対向する位置に、柱の軸回りに外周溝１４が形成された内側柱部１１と、内周溝１５及び外周溝１４の間に跨って配置され、径方向に縮径可能な環状のキー部材１３と、外側管部１２の内周溝１５が形成された位置とは異なる位置に、内外を貫通して設けられ、外側管部１２の外部からキー部材１３を径方向に縮径させる操作部１７とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、杭の継手構造に関し、例えば、地滑り杭、支持杭、摩擦杭等の杭の継手構造として利用することができる。

従来、地滑り杭、支持杭、摩擦杭等の杭の継手構造としては、杭の一端に内側柱部を設け、杭の他端に内側柱部が挿入される外側管部を設け、内側柱部の外周面及び外側管部の内周面のそれぞれに挿入状態で対向する溝を形成しておき、内側柱部の外周溝と外側管部の内周溝の間にリング状のキー部材を跨がらせることにより、上側の杭に作用させた軸力を下側の杭に伝達させ、埋設された下側の杭をさらに埋設させたり、引き抜いたりすることのできる杭の継手構造が知られている（特許文献１、特許文献２）。

具体的には、これらの杭の継手構造では、外側管部の内周溝に応じた位置に内外を貫通する貫通孔を形成しておく。
そして、内側柱部を外側管部に挿入する前に、予め外側管部の外周溝にキー部材を干渉しないように収納しておき、内側柱部を外側管部に挿入した後、内周溝に形成された貫通孔にボルト等の部材を嵌入させ、キー部材を内側に押し込むことにより、キー部材を縮径させて外周溝と内周溝の間に跨がらせている。尚、キー部材は、複数配置した方が荷重分散できるため、有利となる。

特許第３１５８０８１号公報 特許第３７７５９５９号公報

しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２に記載の継手構造では、外側管部の内周溝が形成された薄肉部に複数の貫通孔を形成しなければならず、薄肉部にさらに貫通孔という断面欠損が生じることとなるので、継手構造により接続した杭に、引き抜き力を伝達したときに、薄肉でかつ断面欠損が生じた部分に引張力が作用するため、強度的に不利になるという問題がある。また、同様に、杭に押し込み力、回転力を作用させたときであっても、当該部分は強度的に不利になる。

本発明の目的は、十分な引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力を確保することのできる杭の継手構造を提供することにある。

本発明に係る杭の継手構造は、杭同士を連結する杭の継手構造であって、連結される一方の杭の端部に設けられ、管の軸回りに内周溝が形成された外側管部と、連結される他方の杭の端部に設けられ、前記外側管部に挿入され、挿入状態で前記内周溝と対向する位置に、柱の軸回りに外周溝が形成された内側柱部と、前記内周溝及び前記外周溝の間に跨って配置され、径方向に縮径可能な環状のキー部材と、前記外側管部の前記内周溝が形成された位置とは異なる位置に、内外を貫通して設けられ、前記外側管部の外部から前記キー部材を径方向に縮径させる操作部とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、操作部が外側管部の内周溝が形成された位置とは異なる位置に設けられることにより、内周溝の薄肉部分に貫通孔が形成されないので、内周溝に断面欠損が生じることがなくなり、継手構造により接続した杭の引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力を十分に確保することができる。

本発明では、前記キー部材としては、Ｃリング部材であることが考えられる。
この発明によれば、キー部材をＣリング部材で構成することにより、現場施工時に、１つのキー部材で外周溝及び内周溝の略全周に亘ってキー部材を跨らせることができるので、施工性を向上させることができる。
また、キー部材をＣリング部材で構成することにより、工場で継手構造を構成する部品を製造する時に、１つのキー部材を内周溝内に収納するだけでよいので、生産性が向上する。

本発明では、前記キー部材は、環状体を周方向に複数分割した分割体として構成することが考えられる。
ここで、キー部材を分割体として構成した場合、施工時に複数のキー部材を内周溝に収納した状態では、キー部材の間に隙間が形成されるようにしておく。
この発明によれば、操作部を操作してキー部材を縮径する際、キー部材が、隙間がなくなる位置まで押し込むだけでよいので、Ｃリング部材のようにキー部材を撓ませる力が作用せず、より小さな力で操作部を操作することができ、施工性が向上する。

本発明では、前記外側管部の内周面は、前記外側管部の根元方向に次第に縮径するテーパ面を有し、前記内側柱部の外周面は、柱の先端方向に次第に縮径するテーパ面を有しているのが好ましい。
この発明によれば、外側管部の内周面及び内側柱部の外周面のそれぞれにテーパ面が形成されているので、内側柱部を外側管部に挿入する際、多少の位置ずれがあったとしても、テーパ面に沿って正確に杭の中心軸同士を合わせて連結することができる。
また、このようなテーパ面を有することにより、荷重負担の大きくなる根元部ほど、外側管部の内周溝を形成した部分の肉厚が厚くなるため、荷重伝達の点で有利である。

本発明では、前記内周溝及び前記外周溝のいずれかには、環状に連続しない不連続部が設けられているのが好ましい。
この発明によれば、継手構造により連結した杭のうち、連結した上部の杭を回転させてもキー部材の回転がこの不連続部で規制されるので、上部の杭が回転させれば、同時に下部の杭も回転させることができる。従って、土中等に一旦埋設した下部の杭を引き抜いたり、さらに深く埋設したりする際は、引き抜き力、押し込み力に加えて回転力を作用させることができるので、これらの作業が一層容易になる。
また、前述した特許文献では、回転を規制するために、別途回転抑制用のキーを別途取り付ける必要があったが、そのような必要もなく、部品点数の低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る杭の継手構造を示す水平方向断面図及び鉛直方向断面図。 前記実施形態におけるキー部材の構造を示す平面図。 前記実施形態における操作部の構造を示す模式斜視図。 前記実施形態における杭の施工前のキー部材の内周溝への収納状態を示す平面図。 前記実施形態における杭の継手構造の施工手順を示す鉛直方向断面図。 前記実施形態における杭の継手構造の施工手順を示す鉛直方向断面図。 本発明の第２実施形態に係る杭の継手構造を示す鉛直方向断面図。 前記実施形態におけるキー部材の構造及び内側柱部の内周溝の納まりを示す平面図。 本発明の第３実施形態に係る杭の継手構造を示す鉛直方向断面図。 前記実施形態における操作部の構造を示す模式斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）には、本発明の第１実施形態に係る継手構造１が示されている。なお、図１（Ａ）は、継手構造１の水平方向の断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ線における断面図である。
継手構造１は、下杭２及び上杭３を連結するための構造であり、地滑り杭、支持杭、及び摩擦杭等として土中に埋設された下杭２に、上杭３を連結し、さらに上杭３を土中に埋設していく。
この継手構造１は、内側柱部１１と、外側管部１２と、キー部材１３とを備える。

内側柱部１１は、下杭２の上端部に溶接等により接合される。この内側柱部１１は、外面が円柱状に構成され、その外周面には、軸回りに円形リング状の外周溝１４が軸方向に離間して２箇所形成されている。
外側管部１２は、上杭３の下端部に溶接等により接合される。この外側管部１２は、内周面が、内側柱部１１の外周面よりも大径の円筒状に構成され、その内周面には、軸回りに円形リング状の内周溝１５が軸方向に離間して２箇所形成されている。
外周溝１４及び内周溝１５は、外側管部１２に内側柱部１１を挿入し、外側管部１２の端面を内側柱部１１の基部に当接させて連結した状態で、互いに対向配置される位置に形成される。

キー部材１３は、図２に示されるように、角形鋼棒を平面視で１／４円形状に弯曲加工した部材であり、本実施形態では４本を組み合わせることにより、外周溝１４及び内周溝１５の円形リングの間に跨る円形を形成する。尚、本実施形態では、角形鋼棒を利用してキー部材を形成しているが、これに限らず、キー部材の断面形状は、外周溝１４及び内周溝１５に跨って配置され、継手構造１に引き抜き力が作用した際、この引き抜き力に抗する形状であれば任意である。また、キー部材の本数も４本に限られない。
このキー部材１３の高さ寸法は、外周溝１４及び内周溝１５の幅寸法よりも若干小さくなっており、奥行き寸法は、内周溝１５の深さ寸法よりも若干小さくなっている。
このキー部材１３の裏面には、オフセットバー１６が２つ取り付けられている。

オフセットバー１６は、鋼製の板状体であり、キー部材１３の円弧を三等分する位置に２箇所設けられ、キー部材１３の外周面に溶接等により固定されている。なお、オフセットバー１６は、キー部材１３に必ずしも固定されている必要はなく、別体で構成してもよい。また、オフセットバー１６も必ずしも板状体である必要はない。
オフセットバー１６は、図３に示すように、キー部材１３よりも高さ寸法の大きいバーである。このため、オフセットバー１６が取り付けられた位置に応じて、内周溝１５には、上方に突出する凹部１５Ａが軸回りに間欠的に複数形成され、取り付け時には、オフセットバー１６は凹部１５Ａ内部に収納される。

また、凹部１５Ａの底部には、外側管部１２の内外を貫通する操作部としての螺合孔１７が形成されている。この螺合孔１７は、締め付け時に、この螺合孔１７にボルト１８が螺合し、キー部材１３を縮径させる。
螺合孔１７は、凹部１５Ａの底部に形成されるので、この部分での外側管部１２の肉厚は、内周溝１５よりも薄くなっているが、凹部１５Ａは、間欠的に設けられているため、他の部分の肉厚は外側管部１２の本来の厚さと同じである。
なお、螺合孔１７は、本実施形態では、外側管部１２の軸回りに８箇所形成されているが、これに限らず、キー部材１３の縮径に要する押圧力に応じて適宜の数に決めればよい。

次に、前述した下杭２及び上杭３の継手構造１の施工手順について、図４乃至図６に基づいて説明する。
まず、予め、工場において、杭２、３の一方の端部に内側柱部１１を溶接し、他方の端部に外側管部１２を溶接しておく。尚、最初に埋設する杭には、外側管部１２は溶接せずに、先端方向に次第に縮径するテーパ面とし、この部分を土中に最初に埋設させる。
溶接された杭２、３を建設現場に搬入したら、最初の下杭２を土中に埋設し、図４に示されるように、キー部材１３を、内周溝１５内にキー部材１３の先端部分が突出しないように収納する。尚、キー部材１３を内周溝１５に収納する際には、隣接するキー部材１３の間の隙間Ｔが均等になるように配置するのが好ましい。

クレーン等の揚重機を用いて、上杭３の下部が鉛直下方に向くように吊り上げ、下杭２の上方から上杭３を下降させ、外周溝１４と内周溝１５が互いに対向するように、内側柱部１１を外側管部１２の内部に挿入する。
内側柱部１１が外側管部１２に挿入され、外周溝１４と内周溝１５が互いに対向したら、各螺合孔１７にボルト１８を螺合させ、キー部材１３を内側に押し込む。キー部材１３は、内側に押し込まれ、隙間Ｔがなくなり、それぞれのキー部材１３が隣接するキー部材１３に当接するまで、縮径させ、外周溝１４と内周溝１５の間に跨らせる。

このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
オフセットバー１６が設けられていることにより、操作部である螺合孔１７を外側管部１２の内周溝１５が形成された位置から離れた位置に形成することができるので、引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力に対して強度的に最も弱い内周溝１５に螺合孔１７による断面欠損を生じさせることがなく、継手構造１によって連結された後の杭２、３の引き抜き耐力を十分に確保することができる。本実施形態では、凹部１５Ａが形成されていない部分は、本来の外側管部１２の厚肉部であるため、この部分で十分な引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力を確保することができる。
また、螺合孔１７にボルト１８を螺合させてキー部材１３を縮径する際、単純に押し込む力のみでキー部材１３を縮径させることができるため、施工性が向上する。
さらに、キー部材１３を、円形を分割した分割体として構成することにより、螺合孔１７にボルト１８を螺合させてキー部材１３を縮径する際、単純に径方向に押し込む力のみでキー部材１３を縮径させることができるため、施工性が向上する。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、すでに説明した部材又は部分と同一の部分等については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述した第１実施形態では、内側柱部１１は、外周面が円柱状に構成され、外側管部１２の内周面も、内側柱部１１の外周面に応じた円筒状に構成されていた。
これに対して、本実施形態に係る杭の継手構造２０では、図７に示されるように、内側柱部２１は、外周面が円錐台状に構成され、外側管部２２も、内側柱部２１の外周面に応じた漏斗状の内周面を有する点が相違する。つまり、内側柱部２１の外周面は、先端方向に次第に縮径するテーパ面２１Ａを有し、外側管部２２の内周面は、根元方向に次第に縮径するテーパ面２２Ａを有している点が相違する。尚、本実施形態では、テーパ面２１Ａ、２２Ａは、円錐台等の滑らかな面としているが、これに限らず、階段状に縮径していくテーパ面であってもよい。

また、前述した第１実施形態では、内側柱部１１の外周溝１４及び外側管部１２の内周溝１５は、軸方向に２箇所形成されていた。
これに対して、本実施形態では、内側柱部２１の外周溝２４及び外側管部２２の内周溝２５が、軸方向に離間して３箇所形成され、それぞれにキー部材２３を跨らせている点が相違する。
さらに、前述した第１実施形態では、２つの外周溝１４及び内周溝１５は同じ直径で構成されていた。
これに対して、本実施形態では、内側柱部２１の外周面及び外側管部２２の内周面がテーパ面とされているので、外周溝２４は、先端方向に次第に直径が小さくなっていき、内周溝２５も奥行き方向に次第に直径が小さくなっている点が相違する。加えて、外側管部２２の内周溝２５は、それぞれ同じ深さ寸法に設定されており、内周溝２５が形成された肉薄部分は、奥行き方向に次第に厚くなっている。

そして、前述した第１実施形態では、キー部材１３は、４つの分割体で構成され、これを組み合わせることにより、円形を形成するようになっていた。
これに対して、本実施形態では、図８に示されるように、キー部材２３は、平面視でＣ形状のＣリング部材として構成されている点が相違する。

また、前述した第１実施形態では、内側柱部１１の内周溝１５は、完全な円形のリング状に形成されていた。
これに対して、本実施形態では、内側柱部２１の外周溝２４は、完全な円形のリング状に形成されているのではなく、外周溝２４の始点と終点が連続していない不連続部２６を有している点が相違する。
施工手順については、第１実施形態と略同様であるので、説明を省略する。なお、キー部材２３は、縮径されていない状態では、不連続部２６と隙間が形成される寸法に設定されており、縮径された状態で不連続部２６と当接するようになっている。

このような本実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加えて、次のような効果がある。
すなわち、内側柱部２１の外周面及び外側管部２２の内周面がテーパ面を有しているので、内側柱部１１を外側管部に挿入する際、多少の位置ずれがあったとしても、テーパ面に沿って正確に下杭２の中心軸上に上杭３の中心軸を合わせて連結することができる。
また、内側柱部２１の外周面及び外側管部２２の内周面がテーパ面を有していることにより、開口先端から根元方向に向かって、外側管部２２の肉厚が次第に厚くなっていくので、内周溝２５が形成された肉薄部分の肉厚も次第に厚くなり、引き抜き耐力、押し込み耐力、回転耐力上一層有利となる。

すなわち、上杭３を引き抜く際に継手構造２０に作用する引き抜き力は、３箇所の内周溝２５でほぼ均等に分担して負担し、内側柱部２１および外側管部２２に荷重を伝達する。内側柱部２１および外側管部２２は、下杭２、上杭３に近くなればなるほど、引き抜き力の負担の度合いは大きくなる。つまり、外側管部２２の最も先端（下端）の断面では、１箇所の内周溝２５の引き抜き力を負担すればよいが、外側管部２２の最も根元の断面では、３箇所分の内周溝２５の引き抜き力を負担しなければならない。一方、内側柱部２１では、これとは逆に最上部の断面で３箇所分の外周溝２４の引き抜き力を負担しなければならない。
従って、内側柱部２１及び外側管部２２の最も上部が負担する引き抜き力が最も大きくなるが、この部分の外側管部２２の内周溝２５の直上部の外側管部２２の板厚は、他の内周溝１５の直上部の外側管部２２の板厚よりも厚くなるため、引き抜き力に対する剪断抵抗が最も大きくなり、有利になる。

さらに、キー部材２３をＣリング部材で構成することにより、１つのキー部材２３で外周溝２４及び内周溝２５の間に跨らせることができるので、施工性を向上させることができる。
そして、キー部材２３をＣリング部材で構成することにより、内側柱部２１を外側管部２２に挿入する前は、Ｃリング部材の拡径する方向の付勢力を利用して、外側管部２２の内周溝１５内に収納保持することができ、内側柱部２１を外側管部２２に挿入する際に、キー部材２３が内側柱部２１と干渉することを確実に防止することができる。

また、内側柱部２１の外周溝２４が不連続部２６を有していることにより、上杭３に回転力を作用させてもキー部材２３の回転がこの不連続部２６で規制されることとなるので、土中等に一旦埋設した下杭２を引き抜いたり、さらに深く埋設したりする際は、引き抜き力、押し込み力に加えて回転力を作用させることができ、これらの作業が一層容易になる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
前述した第１実施形態では、図１の断面図からわかるように、１つのキー部材１３に対して、１つのオフセットバー１６を対応させていた。
これに対して、図９に示されるように、本実施形態に係る杭の継手構造３０は、上下に配列される２つのキー部材３１に対して、１つのオフセットバー３２を跨らせている点が相違する。

すなわち、図１０に示されるように、オフセットバー３２は、離間配置された２つのキー部材３１の背面側に溶接等によって固定される。尚、オフセットバー３２は、必ずしもキー部材３１に固定させる必要はなく、キー部材３１の外側で当接されるだけでもよい。
このような本実施形態では、オフセットバー３２の背面に３つの螺合孔１７を貫通形成しておき、それぞれの螺合孔１７に対して、ボルト１８を螺合させ、オフセットバー３２を内側に押し込むことにより、２本のキー部材３１を同時に縮径させる。

このような本実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、次のような効果がある。
すなわち、２つのキー部材３１に対して１本のオフセットバー３２を固定していることにより、複数のキー部材３１を一体的に取り扱いことができるため、継手構造３０の部品点数を削減することができる。
また、キー部材３１の数よりも多くのボルト１８でキー部材３１を縮径させることができるので、キー部材３１が戻ろうとする拡径方向の力を、より多くのボルトにより締め付け力で負担することができ、１箇所あたりの負担を軽減することができる。

[実施形態の変形]
なお、本実施形態は前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前述した第１実施形態では、４つのキー部材１３を組み合わせて円形を形成していたが、本発明はこれに限らず、杭の径に応じて、６つのキー部材や８つのキー部材で円形を形成するようにしてもよい。

また、前記第１実施形態では、操作部となる螺合孔１７は、外側管部１２回りに８箇所形成して操作部としていたが、本発明はこれに限らず、４箇所であっても、６箇所であってもよい。ただし、各操作部のボルト１８による締め付け力は、外側管部１２の中心軸に向かわなければ、キー部材１３を縮径させることができないので、最低でも３箇所は必要である。
さらに、キー部材にオフセットバーを固定する方法として溶接による接合を採用していたが、本発明はこれに限られず、接着剤や、ネジ留め等の機械式固定を採用してもよく、オフセットバーをキー部材の裏面から突出させないよう、キー部材にほぞ加工を施してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…継手構造、２…下杭、３…上杭、１１…内側柱部、１２…外側管部、１３…キー部材、１４…外周溝、１５…内周溝、１５Ａ…凹部、１６…オフセットバー、１７…螺合孔（操作部）、１８…ボルト、２０…継手構造、２１…内側柱部、２２…外側管部、２３…キー部材、２４…外周溝、２５…内周溝、２６…不連続部、３０…継手構造３０、３１…キー部材、３２…オフセットバー

Claims (5)

1. 杭同士を連結する杭の継手構造であって、
   連結される一方の杭の端部に設けられ、管の軸回りに内周溝が形成された外側管部と、
   連結される他方の杭の端部に設けられ、前記外側管部に挿入され、挿入状態で前記内周溝と対向する位置に、柱の軸回りに外周溝が形成された内側柱部と、
   前記内周溝及び前記外周溝の間に跨って配置され、径方向に縮径可能な環状のキー部材と、
   前記外側管部の前記内周溝が形成された位置とは異なる位置に、内外を貫通して設けられ、前記外側管部の外部から前記キー部材を径方向に縮径させる操作部とを備えていることを特徴とする杭の継手構造。
2. 請求項１に記載の杭の継手構造において、
   前記キー部材は、Ｃリング部材であることを特徴とする杭の継手構造。
3. 請求項１に記載の杭の継手構造において、
   前記キー部材は、環状体を周方向に複数分割した分割体として構成されていることを特徴とする杭の継手構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の杭の継手構造において、
   前記外側管部の内周面は、前記外側管部の根元方向に次第に縮径するテーパ面を有し、前記内側柱部の外周面は、柱の先端方向に次第に縮径するテーパ面を有していることを特徴とする杭の継手構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の杭の継手構造において、
   前記内周溝及び前記外周溝のいずれかには、環状に連続しない不連続部が設けられていることを特徴とする杭の継手構造。
   

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