JP2016125316A - 螺旋翼付鋼管杭、杭施工方法及び建築物 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管先端の外周面に設けられた螺旋翼から鋼管先端に作用する曲げモーメントに対して、下部補強板と上部補強板とが相俟って補強効果を発揮することのできる螺旋翼付鋼管杭を提供する。
【解決手段】略螺旋状に連続する螺旋翼５が鋼管先端２の外周面２ａに設けられた螺旋翼付鋼管杭１に関する。本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、鋼管先端２の内部２０で管軸方向Ｙの下側に設けられた下部補強板３と、鋼管先端２の内部２０で管軸方向Ｙの上側に設けられた上部補強板４とを備える。下部補強板３は、螺旋翼５の下端先端部５ａより下方の鋼管断面Ａに配置されて、また、上部補強板４は、螺旋翼５の下端先端部５ａから鋼管先端の外周面でひと巻きした位置Ｐｕより上方の鋼管断面Ａに配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、地盤内に貫入させて建築物等が支持される鋼管杭に関するものであって、特に、略螺旋状に連続する螺旋翼が鋼管先端の外周面に設けられた螺旋翼付鋼管杭に関する。

従来から、鋼管杭の先端部分に螺旋翼が設けられた鋼管杭は、鋼管杭の外径よりも螺旋翼の外径が大きく形成されて、地盤内で大きな押込支持力や引抜抵抗力を発揮させるものとなり、例えば、特許文献１〜５に開示される螺旋翼付鋼管杭が提案されている。

特許文献１に開示された螺旋翼付鋼管杭は、掘削刃と羽根付鋼管からなる拡径せる先端部分、及び、継ぎ足し鋼管の補足部分に二分割して、拡径せる先端部分と補足部分とを適宜な手段で接続させるものであり、拡径せる先端部分に異径鋼管を使用するものである。

特許文献２に開示された螺旋翼付鋼管杭は、円筒状をなした杭本体の外周で巻き上がるように外周をほぼ一周する螺旋翼を固定して、螺旋翼の固定箇所にほぼ対応する杭本体の内周壁で、螺旋翼とほぼ同ピッチの螺旋状突条を巻き上がるように固定するものである。

特許文献３、４に開示された螺旋翼付鋼管杭は、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、軸管の内径よりも外径が少し小さい鋼管製で、先端に固着された底板が軸管の先端側に配置されるように軸管内に挿入される内管とを備えるものである。

特許文献５に開示された螺旋翼付鋼管杭は、短管状の先端金具に螺旋翼を突設させたものであり、短管状の先端金具のほぼ中程に中仕切板を設けて、又は、鋼管杭本体の先端等に底板を設けて、短管状の先端金具の上端部を鋼管杭の先端に溶接により連結させるものである。

特開２００４−３１６４１１号公報 特開２００６−９４４６号公報 特許２００３−１７６５３６号公報 特許２００３−１７６５３４号公報 特許平１１−１８１７６０号公報

しかし、螺旋翼が設けられた鋼管杭の先端部分には、地盤内で螺旋翼が負担する大きな押込支持力に応じて、大きな曲げモーメントが作用するものとなる。このとき、特許文献１、２に開示された螺旋翼付鋼管杭は、拡径せる先端部分や、杭本体の内周壁の螺旋状突条によって、鋼管杭の先端部分に作用する大きな曲げモーメントに抵抗するものとなるが、異径鋼管を使用すること、又は、杭本体の内周壁に螺旋状突条を溶接することが必要となるため、特殊な材料や加工が必要となって、材料コストや加工コストが増大するという問題点があった。

これに対して、特許文献３〜５に開示された螺旋翼付鋼管杭は、中仕切板等に特殊な材料を用いることを必要とせず、軸管内に挿入される内管の先端や鋼管杭本体の先端等に略平板状の底板を設けて、又は、短管状の先端金具のほぼ中程に略平板状の中仕切板を設けて、中仕切板等を設けるために特殊な加工をすることも必要としないものとなる。しかし、特許文献３〜５に開示された螺旋翼付鋼管杭は、鋼管杭本体の先端等で中仕切板等が単独で設けられるものであり、鋼管杭の先端部分に作用する曲げモーメントに対して何ら考慮がなされていない。なお、特許文献３及び４に開示された螺旋翼付鋼管杭は、先端部を外管及び内管の２重構造として補強効果があるように見えるが、曲げモーメントに対する考慮よりも施工における改善を目的とするものであり、構造的な補強に対して何ら考慮がなされていない。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、鋼管先端の外周面に設けられた螺旋翼から鋼管先端に作用する曲げモーメントに対して、下部補強板と上部補強板とが相俟って補強効果を発揮することのできる螺旋翼付鋼管杭、杭施工方法及び建築物を提供することにある。

第１発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、略螺旋状に連続する螺旋翼が鋼管先端の外周面に設けられた螺旋翼付鋼管杭であって、鋼管先端の内部で管軸方向の下側に設けられた下部補強板と、鋼管先端の内部で管軸方向の上側に設けられた上部補強板とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、第１発明において、前記下部補強板は、螺旋翼の下端先端部より下方の鋼管断面に配置されることを特徴とする。

第３発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、第１発明又は第２発明において、前記上部補強板は、螺旋翼の下端先端部から鋼管先端の外周面でひと巻きした位置より上方の鋼管断面に配置されることを特徴とする。

第４発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記上部補強板及び前記下部補強板の何れか一方又は両方は、鋼管先端の内部で鋼管断面を閉塞させた閉塞板が用いられることを特徴とする。

第５発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記上部補強板及び前記下部補強板の何れか一方又は両方は、鋼管先端の内部で鋼管断面を部分的に開口させた開口板が用いられることを特徴とする。

第６発明に係る螺旋翼付鋼管杭は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記下部補強板は、複数に分割された分割板が用いられて、複数の前記分割板が鋼管先端の下端面から傾斜する方向を互いに異ならせて配置されることを特徴とする。

第７発明に係る杭施工方法は、第１発明〜第６発明の何れかの螺旋翼付鋼管杭を用いることを特徴とする。

第８発明に係る建築物は、第１発明〜第６発明の何れかの螺旋翼付鋼管杭を地盤内に貫入させることにより支持補強されることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、所定の螺旋ピッチを有する螺旋翼が設けられるものであるが、螺旋翼を挟み込んで下部補強板及び上部補強板を設けることで、螺旋翼のひと巻きされた範囲の全長に亘って、下部補強板と上部補強板とが一体となって鋼管先端を補強することが可能となる。また、第１発明〜第６発明によれば、異径鋼管等の特殊な材料を鋼管先端に使用することを必要としないで、又は、鋼管先端の内周面に螺旋状突条を溶接する等の特殊な加工を必要としないで、螺旋翼を挟み込んだ下部補強板及び上部補強板により、螺旋翼のひと巻きされた範囲の全長に亘って、鋼管先端が補強されるものとなるため、材料コストや加工コストを低減させることが可能となる。

第１発明〜第６発明によれば、鋼管本体の鋼管外径よりも螺旋翼の翼外径を大きくして、地盤内で鋼管本体に大きな押込支持力を発揮させるものとしながら、螺旋翼のひと巻きされた範囲の全長に亘って鋼管先端を補強して、鋼管先端に発生する最大応力を低減させることができるものとなり、また、螺旋翼から鋼管先端に作用する曲げモーメントに対して、螺旋翼が鋼管先端の外周面に設けられることによる鋼管先端の変形を防止するものとなって、下部補強板と上部補強板とが相俟って、鋼管先端の補強効果を発揮することが可能となる。

第４発明によれば、特に、下部補強板に閉塞板が用いられることで、鋼管本体を地盤内に貫入させるときに、地盤内の土砂が閉塞板で遮断されるものとなり、鋼管先端の内部への土砂の流入を防止することができるため、鋼管板厚を設計で決定するときに、鋼管先端の外周面での土砂による側壁の腐食代のみを考慮することで足り、鋼管先端の内周面での土砂による側壁の腐食代を考慮することを必要としないものとなって、鋼管板厚を過大なものとすることを必要としないものとして、鋼管板厚を薄くして材料コストを低減させることが可能となる。

第５発明によれば、特に、下部補強板に開口板が用いられることで、鋼管本体を地盤内に貫入させるときに、地盤内の土砂を鋼管先端の内部に流入させることができるものとなり、螺旋翼より下方に下部補強板が配置されるものとなるものの、開口部から鋼管先端の内部への土砂の流入が許容されるものとなり、鋼管本体が地盤内で回転を開始するまでに、下部補強板が土砂から大きな抵抗を受けることを回避して、螺旋翼による鋼管本体の推進力を大きなものとすることが可能となる。

第６発明によれば、特に、複数に分割された分割板が下部補強板に用いられて、鋼管先端の下端面からの螺旋翼の傾斜角度と分割板の傾斜角度とを略同一として、複数の分割板の各々が、鋼管先端の下端面から傾斜する方向を互いに異ならせて配置されるため、鋼管本体が地盤内で回転するときの螺旋翼の推進角度と分割板の推進角度とが略一致するものとなり、螺旋翼と分割板とが相俟って鋼管本体の推進力を大きなものとすることが可能となる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭を示す斜視図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭を示す正面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭の鋼管先端を示す斜視図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭の螺旋翼で下端先端部からひと巻きした位置より上方に配置された上部補強板を示す正面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で下端先端部からひと巻き以上された螺旋翼を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭を示す平面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、略真円形状の開口部が形成された開口板を示す底面図であり、（ｂ）は、略長円形状の開口部が形成された開口板を示す底面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で複数に分割された分割板を用いた下部補強板を示す正面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で管軸直交方向の一端が互いに連結された複数の分割板を示す斜視図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で管軸直交方向の中央が互いに連結された複数の分割板を示す斜視図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で鋼管先端に発生する圧縮応力及び引張応力を説明する拡大正面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で鋼管先端に発生する圧縮応力を低減させた状態を説明する拡大正面図である。 （ａ）は、従来の螺旋翼付鋼管杭の鋼管先端を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭の鋼管先端を示す正面図である。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で鋼管先端に作用する曲げモーメント分布の解析結果を示すグラフである。 本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で鋼管先端に発生する応力分布の解析結果を示すグラフである。 本発明を適用した建築物と杭施工方法の説明とを示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭で閉塞板が用いられた下部補強板を示す正面図であり、（ｂ）は、開口板が用いられた下部補強板を示す正面図である。

以下、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図１に示すように、建築物等を支持するために鋼管本体６を地盤内８に貫入させて設けられるものであり、鋼管本体６の先端側に設けられた鋼管先端２から先行させて、鋼管本体６を回転させながら地盤内８に貫入させるものとなる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、略螺旋状に連続する１枚の螺旋翼５が鋼管先端２の外周面２ａに設けられて、鋼管先端２の内部２０で管軸方向Ｙの下側に設けられた下部補強板３と、鋼管先端２の内部２０で管軸方向Ｙの上側に設けられた上部補強板４とを備える。

鋼管本体６は、図２に示すように、略円筒状に形成された鋼管等が用いられるものであり、例えば、管軸直交方向Ｘの鋼管外径Ｄが１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度、管軸方向Ｙの鋼管延長Ｌが５ｍ〜２０ｍ程度、鋼管板厚ｔが３ｍｍ〜９ｍｍ程度となる。

鋼管本体６は、管軸方向Ｙの基端側が地盤内８の浅い部分に設けられて、また、管軸方向Ｙの先端側が地盤内８の深い部分に設けられる。鋼管本体６は、管軸方向Ｙの先端側で鋼管先端２の外周面２ａ及び内周面２ｂが、管軸直交方向Ｘで断面略円形状となることで、鋼管先端２の内部２０が略中空状に形成されるものとなる。

螺旋翼５は、例えば、１枚の略円形状の鋼板等を加工することで、略螺旋状に連続するように形成されるものであり、管軸直交方向Ｘの翼外径Ｄｗが鋼管外径Ｄの１．５倍〜３倍程度で、翼板厚ｔｗが３ｍｍ〜９ｍｍ程度となる。

螺旋翼５は、図３に示すように、鋼管本体６の管軸方向Ｙの先端側で、鋼管先端２の外周面２ａから管軸直交方向Ｘの外側に向けて延びて突出して設けられる。螺旋翼５は、管軸方向Ｙの下端先端部５ａから上端部５ｂまで、鋼管本体６の管周方向Ｗで略螺旋状に一回転させて、鋼管先端２の側壁２１への取付位置Ｂで、鋼管先端２の外周面２ａに溶接等により固定される。

螺旋翼５は、図４に示すように、管軸方向Ｙの螺旋ピッチＮが鋼管外径Ｄの０．５倍〜３．５倍程度となる。螺旋翼５は、鋼管本体６を回転させながら地盤内８に貫入するときに、鋼管本体６を地盤内８で一回転させることで、螺旋ピッチＮと略同一の長さだけ鋼管本体６を管軸方向Ｙに貫入させることができるものとなる。

螺旋翼５は、鋼管先端２の下端面２ｃから離間距離Ｌｗで離間させるものであり、鋼管先端２の下端面２ｃから螺旋翼５の下端先端部５ａまでの離間距離Ｌｗ２が、鋼管外径Ｄの０．１倍〜０．４倍程度、鋼管先端２の下端面２ｃから螺旋翼５の上端部５ｂまでの離間距離Ｌｗ１が、鋼管外径Ｄの０．６倍〜３．９倍程度となる。

螺旋翼５は、鋼管本体６を回転させながら地盤内８に貫入するときに土砂から受ける抵抗を、略螺旋状に連続する螺旋翼５で低減させるとともに、鋼管本体６の鋼管外径Ｄよりも螺旋翼５の翼外径Ｄｗが大きくなることで、地盤内８で鋼管本体６に大きな押込支持力や引抜抵抗力を発揮させるものとなる。

螺旋翼５は、鋼管本体６の管周方向Ｗで略螺旋状に一回転させてひと巻きで設けられる場合に、管軸方向Ｙの上端部５ｂが、下端先端部５ａから鋼管先端２の外周面２ａでひと巻きした位置Ｐｕとなる。螺旋翼５は、これに限らず、図５に示すように、鋼管本体６の管周方向Ｗで略螺旋状に一回転以上のひと巻き以上で設けられてもよい。このとき、螺旋翼５は、下端先端部５ａから鋼管先端２の外周面２ａでひと巻きした位置Ｐｕより上方に、ひと巻き以上で設けられた管軸方向Ｙの上端部５ｂが配置されるものとなる。ここでは、下端先端部５ａから鋼管先端２の外周面２ａでひと巻きした位置Ｐｕより上方において、主として螺旋翼５が地盤からの抵抗を受け持つため、限定された反力のみが鋼管先端２の側壁２１に伝達されるものとなり、下端先端部５ａから鋼管先端２の外周面２ａでひと巻きした位置Ｐｕより下方においてのみ、鋼管先端２の側壁２１に伝達される反力の影響が大きいものとなる。

下部補強板３及び上部補強板４は、螺旋翼５の下端先端部５ａより下方の鋼管断面Ａに下部補強板３が配置されて、また、螺旋翼５の下端先端部５ａから鋼管先端２の外周面２ａでひと巻きした位置Ｐｕより上方の鋼管断面Ａに上部補強板４が配置されることで、管軸方向Ｙに所定の螺旋ピッチＮを有する螺旋翼５のひと巻きされた範囲が、下部補強板３及び上部補強板４に管軸方向Ｙで挟み込まれるものとなる。

下部補強板３及び上部補強板４は、所定の板厚ｔｐを有する略円形状の鋼板等が用いられて、下部補強板３及び上部補強板４の各々の外縁が、鋼管先端２の内周面２ｂに沿った取付位置Ｃ１及び取付位置Ｃ２の各々で、溶接等により固定される。下部補強板３及び上部補強板４の何れか一方又は両方は、図６に示すように、鋼管断面Ａを開口させないものとして、鋼管先端２の内部２０で鋼管断面Ａを閉塞させる閉塞板１１が用いられる。

下部補強板３及び上部補強板４の何れか一方又は両方は、これに限らず、図７（ａ）に示すように、略真円形状の開口部１２ａや、図７（ｂ）に示すように、略長円形状の開口部１２ａが、略円形状の鋼板等を貫通させることにより形成されて、鋼管先端２の内部２０で鋼管断面Ａを部分的に開口させる開口板１２が用いられてもよい。

下部補強板３は、図８〜図１０に示すように、１枚の略円形状の鋼板等を切断等することで、２枚以上の複数に分割された分割板１３が用いられてもよい。下部補強板３は、複数の分割板１３の各々が、鋼管先端２の下端面２ｃから傾斜する方向を互いに異ならせて配置されるものとなる。複数の分割板１３の各々は、例えば、鋼管先端２の下端面２ｃとの傾斜角度θｐが、鋼管先端２の下端面２ｃとの螺旋翼５の傾斜角度θｗと略同一となるように設定される。

複数の分割板１３の各々は、図８（ａ）、図９に示すように、管軸直交方向Ｘの一端に形成される連結部１３ａで互いに連結させたものとなるように、１枚の鋼板等を完全に切断することなく互いに分離させないものとなる。複数の分割板１３の各々は、管軸直交方向Ｘの一端で、互いの外縁１３ｂが管周方向Ｗに連続することで、鋼管先端２の内周面２ｂに沿って複数の分割板１３を連続して溶接することができるものとなる。

複数の分割板１３の各々は、図８（ｂ）、図１０に示すように、管軸直交方向Ｘの中央に形成される連結部１３ａで互いに連結させたものとなるように、１枚の鋼板等を完全に切断することなく互いに分離させないものとされてもよい。複数の分割板１３の各々は、これに限らず、管軸直交方向Ｘの一端又は中央に連結部１３ａを形成させることなく、１枚の鋼板等を完全に切断して互いに分離させるものとされてもよい。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図１１、図１２に示すように、地盤内８で大きな押込支持力を発揮するときに、鋼管先端２の外周面２ａから突出した螺旋翼５の下面５ｃが、地盤内８で大きな押込反力Ｒを受けるものとなり、また、鋼管先端２の内部２０で下側に設けられた下部補強板３の下面３ａも、地盤内８で大きな押込反力Ｒを受けるものとなる。

螺旋翼５は、図１１に示すように、地盤内８で大きな押込反力Ｒを下面５ｃで受けるため、管軸直交方向Ｘの外側で、管軸方向Ｙの上方に向けて傾斜しようとするものとなり、仮想変形曲線Ｓ１に示すように、螺旋翼５の取付位置Ｂより下方で、鋼管先端２の側壁２１が管軸直交方向Ｘの外側に向けて湾曲変形しようとするものとなるとともに、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方で、鋼管先端２の側壁２１が管軸直交方向Ｘの内側に向けて湾曲変形しようとするものとなる。

このとき、鋼管先端２の側壁２１は、上部補強板４の取付位置Ｃ２が支点となり、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方で、鋼管先端２の側壁２１の管軸直交方向Ｘの内側に向けた湾曲変形を抑制する効果を発揮する。

また、鋼管先端２の側壁２１は、螺旋翼５の取付位置Ｂより下方で、管軸直交方向Ｘの外側に向けて湾曲変形しようとするため、管軸方向Ｙに大きな曲げモーメントが作用して、鋼管外側で引張応力σｔが発生するとともに、鋼管内側で圧縮応力σｐが発生する。また、鋼管先端２の側壁２１は、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方で、管軸直交方向Ｘの内側に向けて湾曲変形しようとするため、管軸方向Ｙに先とは逆向きの大きな曲げモーメントが作用して、鋼管外側で圧縮応力σｐが発生するとともに、鋼管内側で引張応力σｔが発生する。

さらに、鋼管先端２の側壁２１は、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方で、螺旋翼５に作用する大きな押込反力Ｒが軸圧縮力として伝達されるため、鋼管外側で別途の圧縮応力σｐ´が発生するものとなり、螺旋翼５により湾曲変形しようとする曲げモーメントからの圧縮応力σｐと合算されて、発生応力が過大となる可能性がある。

このとき、鋼管先端２の側壁２１は、図１２に示すように、下部補強板３が地盤内８で大きな押込反力Ｒを下面３ａで受けるため、仮想変形曲線Ｓ２に示すように、下部補強板３と上部補強板４との間で、上部補強板４の取付位置Ｃ２を支点として、管軸直交方向Ｘの外側に向けて湾曲変形しようとして、管軸方向Ｙに曲げモーメントが作用することで、鋼管外側に引張応力σｔが発生するとともに、鋼管内側に圧縮応力σｐが発生する。

鋼管先端２の側壁２１は、下部補強板３に作用する押込反力Ｒからの曲げモーメントにより、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方で、螺旋翼５に作用する押込反力Ｒからの曲げモーメントによる圧縮応力σｐが緩和されることで、鋼管先端２の側壁２１に発生する大きな圧縮応力σｐを低減させることが可能となる。

つまり、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５に作用する押込反力Ｒによる鋼管先端２の湾曲変形を、下部補強板３に作用する押込反力Ｒによる鋼管先端２の湾曲変形で打ち消すものとなる位置Ｖ１で、螺旋翼５より下方に下部補強板３が配置されるものとなり、鋼管先端２に作用する左回りの曲げモーメントＭ１と右回りの曲げモーメントＭ２とが互いに打ち消し合うものとなる。

また、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方の鋼管先端２の側壁２１が、管軸直交方向Ｘの内側に向けて湾曲変形しようとするものとなるが、仮想変形曲線Ｓ１に示すように、例えば、螺旋翼５の取付位置Ｂより上方での鋼管先端２の側壁２１の湾曲変形による変位が最大となる位置Ｖ２で、螺旋翼５より上方に上部補強板４が配置されるものとなる。

従来の螺旋翼付鋼管杭９は、図１３（ａ）に示すように、鋼管先端２の内部２０で螺旋翼５の上方に設けられた補強板９０のみを備える。これに対して、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図１３（ｂ）に示すように、管軸方向Ｙに所定の螺旋ピッチＮを有する螺旋翼５が、下部補強板３及び上部補強板４に管軸方向Ｙの上方及び下方から挟み込まれる。

図１４は、従来の螺旋翼付鋼管杭９と本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１とで、鋼管先端２に作用するモーメント分布を比較するものであり、内部摩擦角φ＝２５°、地盤の変形係数Ｅ＝５０ＭＰａとした地盤条件で、鋼管外径Ｄ＝１１４．３ｍｍ、翼外径Ｄｗ＝２５０．０ｍｍ、鋼管延長Ｌ＝５ｍ、鋼管先端２の下端面２ｃから下部補強板３までの離間距離Ｌｐ１＝１９．０ｍｍ、鋼管先端２の下端面２ｃから上部補強板４又は補強板９０までの離間距離Ｌｐ２＝９７．０ｍｍ、鋼管先端２の下端面２ｃから螺旋翼５までの離間距離Ｌｗ＝６０．０ｍｍとして、鋼管先端２の下端面２ｃから管軸方向Ｙに２００ｍｍまでの範囲で鋼管先端２に作用する曲げモーメント分布の解析結果を示すものである。

従来の螺旋翼付鋼管杭９は、螺旋翼５の上方に設けられた補強板９０のみを備えるため、図１４に示すように、螺旋翼５までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから０ｍｍ〜６０ｍｍ）で、正の曲げモーメントが作用して、螺旋翼５を境界とした補強板９０までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ〜９７ｍｍ）で、過大な負の曲げモーメントが作用する。

これに対して、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５を挟み込んで下部補強板３及び上部補強板４が設けられるため、下部補強板３までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから０ｍｍ〜１９ｍｍ）で、非常に小さい負の曲げモーメントが作用する。さらに、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、従来の螺旋翼付鋼管杭９の過大な負の曲げモーメントの絶対値との比較において、螺旋翼５までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから１９ｍｍ〜６０ｍｍ）で、比較的小さな正の曲げモーメントが作用して、上部補強板４までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ〜９７ｍｍ）で、比較的小さな負の曲げモーメントが作用する。

図１５は、図１４に示す曲げモーメント分布の解析結果に基づき、鋼管板厚ｔ＝４．５ｍｍとして、鋼管先端２に発生する応力分布の解析結果を示すものである。従来の螺旋翼付鋼管杭９は、図１５に示すように、螺旋翼５を境界とした補強板９０までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ〜９７ｍｍ）で、鋼管先端２に大きな応力が発生するものとなり、特に、螺旋翼５の取付位置Ｂ（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ）で、最大応力σ_max1＝３４３．３ＭＰａとなって、鋼管先端２に過大な応力が発生することがわかる。

これに対して、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５を境界として、下部補強板３までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから１９ｍｍ〜６０ｍｍ）、及び、上部補強板４までの範囲（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ〜９７ｍｍ）で、鋼管先端２に一応の大きさの応力が発生するものとなるものの、例えば、螺旋翼５の取付位置Ｂ（鋼管先端２の下端面２ｃから６０ｍｍ）で、最大応力σ_max2＝２３７．２ＭＰａ程度となるものであり、鋼管先端２に発生する応力を分散させるものとなることがわかる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、鋼管先端２に発生する最大応力が、最大応力σ_max2＝２３７．２ＭＰａとなるものであり、従来の螺旋翼付鋼管杭９の最大応力σ_max1＝３４３．３ＭＰａと比較すると、最大応力を約６９％程度まで低減させることができるものとなる。

従来の螺旋翼付鋼管杭９は、図１３（ａ）に示すように、螺旋翼５の上方に設けられた補強板９０のみを備えるため、鋼管先端２の一部分のみを補強するにとどまるものであり、所定の螺旋ピッチＮを有する螺旋翼５が設けられる範囲の全長に亘って、鋼管先端２を補強板９０で補強することができないものとなる。

これに対して、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図１３（ｂ）に示すように、所定の螺旋ピッチＮを有する螺旋翼５が設けられるものであるが、螺旋翼５を挟み込んで下部補強板３及び上部補強板４を設けることで、螺旋翼５のひと巻きされた範囲の全長に亘って、下部補強板３と上部補強板４とが一体となって鋼管先端２を補強することが可能となる。

また、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、異径鋼管等の特殊な材料を鋼管先端２に使用することを必要としないで、又は、鋼管先端２の内周面２ｂに螺旋状突条を溶接する等の特殊な加工を必要としないで、螺旋翼５を挟み込んだ下部補強板３及び上部補強板４により、螺旋翼５のひと巻きされた範囲の全長に亘って、鋼管先端２が補強されるものとなるため、材料コストや加工コストを低減させることが可能となる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図４に示すように、鋼管本体６の鋼管外径Ｄよりも螺旋翼５の翼外径Ｄｗを大きくして、地盤内８で鋼管本体６に大きな押込支持力を発揮させるものとしながら、螺旋翼５のひと巻きされた範囲の全長に亘って鋼管先端２を補強して、鋼管先端２に発生する最大応力を低減させることができるものとなる。本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５から鋼管先端２に作用する曲げモーメントに対して、螺旋翼５が鋼管先端２の外周面２ａに設けられることによる鋼管先端２の変形を防止するものとなり、下部補強板３と上部補強板４とが相俟って、鋼管先端２の補強効果を発揮することが可能となる。

本発明を適用した杭施工方法は、図１６に示すように、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１を用いて、鋼管本体６を回転させながら地盤内８に貫入させるものである。本発明を適用した杭施工方法は、鋼管先端２の外周面２ａに設けられる螺旋翼５が、上端部５ｂから下端先端部５ａまで右回りの略螺旋状となる場合に、鋼管本体６を右回転させて、また、上端部５ｂから下端先端部５ａまで左回りの略螺旋状となる場合に、鋼管本体６を左回転させて、地盤内８に貫入させるものとなる。また、本発明を適用した建築物７は、螺旋翼付鋼管杭１の上方の地上等に建築されるものであり、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１を地盤内８に貫入させることで、鋼管本体６が発揮する押込支持力や引抜抵抗力等により、沈下又は倒壊等することのないように支持補強されるものとなる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、特に、図１７（ａ）に示すように、下部補強板３に閉塞板１１が用いられることで、鋼管本体６を地盤内８に貫入させるときに、地盤内８の土砂が閉塞板１１で遮断されるものとなり、鋼管先端２の内部２０への土砂の流入を防止することができる。これにより、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、鋼管板厚ｔを設計で決定するときに、鋼管先端２の外周面２ａでの土砂による側壁２１の腐食代δのみを考慮することで足り、鋼管先端２の内周面２ｂでの土砂による側壁２１の腐食代δを考慮することを必要としないものとなるため、鋼管板厚ｔを過大なものとすることを必要としないものとして、鋼管板厚ｔを薄くして材料コストを低減させることが可能となる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、特に、図１７（ｂ）に示すように、下部補強板３に開口板１２が用いられることで、鋼管本体６を地盤内８に貫入させるときに、地盤内８の土砂を鋼管先端２の内部２０に流入させることができる。これにより、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、螺旋翼５より下方に下部補強板３が配置されるものとなるものの、開口部１２ａから鋼管先端２の内部２０への土砂の流入が許容されるものとなり、鋼管本体６が地盤内８で回転を開始するまでに、下部補強板３が土砂から大きな抵抗を受けることを回避して、螺旋翼５による鋼管本体６の推進力を大きなものとすることが可能となる。

なお、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図７（ｂ）に示すように、開口部１２ａを略長円形状に形成した開口板１２が下部補強板３に用いられることで、鋼管先端２の内周面２ｂに開口板１２を溶接等するときに、開口部１２ａの長手方向からＬ型の治具を挿入するとともに略９０°回転させて、開口部１２ａの短手方向にＬ型の治具を係止させることができるものとなり、Ｌ型の治具による開口板１２の位置決めを容易にすることが可能となる。

本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、図８に示すように、複数に分割された分割板１３が下部補強板３に用いられて、鋼管先端２の下端面２ｃからの螺旋翼５の傾斜角度θｗと分割板１３の傾斜角度θｐとを略同一として、複数の分割板１３の各々が、鋼管先端２の下端面２ｃから傾斜する方向を互いに異ならせて配置されるため、鋼管本体６が地盤内８で回転するときの螺旋翼５の推進角度と分割板１３の推進角度とが略一致するものとなり、螺旋翼５と分割板１３とが相俟って鋼管本体６の推進力を大きなものとすることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用した螺旋翼付鋼管杭１は、鋼管先端２の外周面２ａに複数段に亘って略螺旋状の螺旋翼５が設けられて、最下段の螺旋翼５の下端先端部５ａより下方に下部補強板３が配置されるとともに、最上段の螺旋翼５の上端部５ｂより上方に上部補強板４が配置されてもよい。

１ ：螺旋翼付鋼管杭
１１ ：閉塞板
１２ ：開口板
１２ａ ：開口部
１３ ：分割板
１３ａ ：連結部
１３ｂ ：外縁
２ ：鋼管先端
２ａ ：外周面
２ｂ ：内周面
２ｃ ：下端面
２０ ：内部
２１ ：側壁
３ ：下部補強板
３ａ ：下面（下部補強板）
４ ：上部補強板
５ ：螺旋翼
５ａ ：下端先端部
５ｂ ：上端部
５ｃ ：下面（螺旋翼）
６ ：鋼管本体
７ ：建築物
８ ：地盤内
Ｗ ：管周方向
Ｘ ：管軸直交方向
Ｙ ：管軸方向

Claims (8)

1. 略螺旋状に連続する螺旋翼が鋼管先端の外周面に設けられた螺旋翼付鋼管杭であって、
   鋼管先端の内部で管軸方向の下側に設けられた下部補強板と、鋼管先端の内部で管軸方向の上側に設けられた上部補強板とを備えること
   を特徴とする螺旋翼付鋼管杭。
2. 前記下部補強板は、螺旋翼の下端先端部より下方の鋼管断面に配置されること
   を特徴とする請求項１記載の螺旋翼付鋼管杭。
3. 前記上部補強板は、螺旋翼の下端先端部から鋼管先端の外周面でひと巻きした位置より上方の鋼管断面に配置されること
   を特徴とする請求項１又は２記載の螺旋翼付鋼管杭。
4. 前記上部補強板及び前記下部補強板の何れか一方又は両方は、鋼管先端の内部で鋼管断面を閉塞させた閉塞板が用いられること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の螺旋翼付鋼管杭。
5. 前記上部補強板及び前記下部補強板の何れか一方又は両方は、鋼管先端の内部で鋼管断面を部分的に開口させた開口板が用いられること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の螺旋翼付鋼管杭。
6. 前記下部補強板は、複数に分割された分割板が用いられて、複数の前記分割板が鋼管先端の下端面から傾斜する方向を互いに異ならせて配置されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の螺旋翼付鋼管杭。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の螺旋翼付鋼管杭を用いること
   を特徴とする杭施工方法。
8. 請求項１〜６の何れか１項記載の螺旋翼付鋼管杭を地盤内に貫入させることにより支持補強されること
   を特徴とする建築物。

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