JP2017048542A

JP2017048542A - 鋼管杭

Info

Publication number: JP2017048542A
Application number: JP2015171045A
Authority: JP
Inventors: 北村　精男; Morio Kitamura; 北村　　精男; 行博石原; Yukihiro Ishihara
Original assignee: Giken Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Giken Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP6581846B2

Abstract

【課題】圧入抵抗を効果的に低減でき、地盤での回転圧入の施工速度を向上させることができる鋼管杭を提供する。【解決手段】回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭１であって、円筒形状の鋼管１０の先端から、鋼管１０の外径Ｄの１．５倍以上、３．５倍以下の長さの範囲に、鋼管１０の長手方向に連続する１または２以上のリブ１１が、鋼管１０の外周面に取り付けられている。リブ１１が設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭１を回転圧入する際に、リブ１１の後方側では地盤との接触する面積が小さくなって周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭１を打ち込むのに必要な圧入力が低減され、回転トルクの過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭に関する。

建築物の基礎杭の一つに鋼管杭が使用されている。この鋼管杭を地盤に打ち込むる工法として、ハンマ等の打撃による工法も知られているが、この工法は振動や騒音が激しいため施工場所に制限があるという欠点がある。そこで、鋼管杭をチャック等で把持し、回転させながら地盤に圧入する工法が採用されている。回転圧入は、杭先端のバイトにより鋼管杭を回転させながら地下にねじ込む工法であり、施工時の振動や騒音も小さく、他工法と比較して地盤の乱れも少くできる。

ここで、砂地盤などにおいて回転圧入の施工速度を向上させるためには、鋼管杭に作用する地盤の抵抗を低減させる必要がある。そのために、特許文献１には、杭先端の外形寸法をテーパ状にし、その外周面に突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献２には、杭先端の外面に楔状のフリクションカッターを設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献３には、杭外面にリング状の突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献４には、杭外面の長手方向全域に延びる凸条を設けた鋼管杭が開示されている。さらに非特許文献１には、杭先端の内面に突起（シュー）を設けて抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。また非特許文献２には、杭側面に斜めに貫通する孔を形成し、圧入時に発生する土砂を孔を通じて杭外面と杭内面との間で流動させることにより抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。

ＷＯ２０１２／００５１８７号公報特開２００３−２２７１３４号公報特開平９−２９１５２９号公報特開２００３−２７４６９号公報

5th InternationalConference on Deep Foundation Practice, Singapore. pp 199-208 "PRESS-IN PILING: THE INSTALLATION OF INSTRUMENTED STEEL TUBULAR PILES WITH AND WITHOUT DRIVING SHOES"T.C.R.Finlay, D.J.White, M.D.Bolton and T.nagayamaCambridgeUniversity Engineering Department, U.K.Giken Seisakusho Ltd, Japan PRESS-IN ENGINEERING 2011 Proceedingsof 3rd IPA International Workshop in Shanghai IPA PRESS-IN

しかしながら従来の技術では、圧入抵抗の低減が十分でなく、地盤での回転圧入の施工速度をさらに向上させることが可能な鋼管杭の出現が望まれていた。特に上記特許文献１や上記特許文献２の手段では、抵抗低減の効果が先端部に限定され、鋼管杭を回転圧入する際に発生する周面抵抗は低減されないという課題があった。また上記特許文献３のようにリング状の突起を設けた鋼管杭は、回転させない圧入の場合には効果があるが、回転させる場合には効果が十分でない可能性がある。また上記特許文献４のように杭外面の長手方向全域に凸条を設けた鋼管杭は、回転させるトルクの上昇が高くなりすぎてしまうといった課題があった。さらに上記非特許文献１には、杭先端の内面に突起（シュー）を設けた場合、杭先端部の断面積が増えるので、周面抵抗の低減よりも先端抵抗の増加の影響の方が大きくなる可能性が高い。また非特許文献２のように杭側面に孔を形成するのは、形状が複雑で加工に費用と時間がかかるという課題があった。

本発明の目的は、圧入抵抗を効果的に低減でき、地盤での回転圧入の施工速度を向上させることができる鋼管杭を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭であって、円筒形状の鋼管の先端から、鋼管の外径の１．５倍以上、３．５倍以下の長さの範囲に、鋼管の長手方向に連続する１または２以上のリブが、鋼管の外周面に取り付けられていることを特徴とする、鋼管杭が提供される。

この鋼管杭にあっては、前記リブの高さが１２ｍｍ以下であることが望ましい。また、２以上のリブが鋼管の外周面に取り付けられており、任意のリブの正反対の位置には、他のリブが存在していないことが望ましい。

本発明の鋼管杭によれば、先端外周面に鋼管の長手方向に連続するリブが設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭を回転圧入する際に、リブの後方側では地盤との接触する面積が小さくなって周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭に作用する周面摩擦が低減され、回転トルクの過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る鋼管杭の正面図である。本発明の実施の形態に係る鋼管杭の断面図であり、（ａ）は図１中のＸ−Ｘ断面、（ｂ）は図１中のＹ−Ｙ断面において、それぞれ矢印方向に見た状態を示す。各リブの位置関係による鋼管に対して作用する押し込む力の影響を説明する図面であり、（ａ）はリブの正反対の位置に他のリブが存在している場合を示し、（ｂ）はリブの正反対の位置に他のリブが存在していない場合を示している。模型実験に用いたリブありの杭の説明図である。模型実験に用いたリブなしの杭の説明図である。模型実験におけるリブありとリブなしの２種類の杭についての、打ち込み深さ（貫入長）と回転トルクの関係を示すグラフである。模型実験前後の杭の状態の比較を示す写真であり、（ａ）は貫入前（実験前）、（ｂ）は貫入後（実験後）の状態を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１、２に示すように、本発明の実施の形態に係る鋼管杭１は、円筒形状の鋼管（パイプ）１０の先端（図１では下端）において外周面に３つのリブ１１を取り付けた構成を有している。鋼管１０の他端（図１では上端）には、一対の吊り金具１２が取り付けられている。吊り金具１２は鋼管杭１をクレーン等で吊り下げて搬送する際に利用される。

各リブ１１は、鋼管１０の先端（下端）から上方に延びるように、鋼管１０の長手方向と平行に連続して設けられており、鋼管１０の先端（下端）から、鋼管１０の外径Ｄの１．５倍以上、３．５倍以下の長さの範囲に設けられている。すなわち、各リブ１１の長さＬは、１．５Ｄ≦Ｌ≦３．５Ｄに設定されている。なお、「UWA-05支持力推定法」によれば、鋼管１０の先端から２Ｄまでの範囲は、回転圧入の際に地盤から周面抵抗を特に大きく受けるとされている。このため、各リブ１１の長さＬは、２Ｄ以上とすることが望ましい。

リブ１１の個数は任意であり、１または２以上であれば良い。この実施の形態では、３つのリブ１１が設けられている。２以上のリブ１１を有する場合、鋼管１０の外周面において、各リブ１１の正反対の位置（各リブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）には、他のリブ１１が存在していない位置関係になっていることが望ましい。この実施の形態を例にして説明すると、図２（ｂ）に示すように、３つのリブ１１は中心角１２０°の等間隔で対象の位置に配置されており、各リブ１１の正反対の位置（各リブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）には、他のリブ１１が存在していない。

各リブ１１は、例えば鋼材からなる角棒や丸棒を、鋼管１０の先端外周面に溶接等で接着することにより設けられる。また各リブ１１には、必要に応じて硬化肉盛等による耐摩耗加工が施されている。また、各リブ１１の高さＨは１２ｍｍ以下とされている。「道路橋示方書ｐ５５８」によれば、リブ１１の高さＨは、鋼管杭１の施工完了後の支持力低下の影響が無視できる範囲にとどめる観点から、杭径が８００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の場合には１２ｍｍ以下、杭径が８００ｍｍ未満の場合には９ｍｍ以下の範囲で選定することが望ましい。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る鋼管杭１は、例えば本出願人が先に開示した特開２００３−２１３６８４に示される自走式圧入施工機械、本出願人のホームページ（http://www.giken.com/ja/）に示されるジャイロプレス工法（登録商標第４７９４２８８号）によって地中に回転圧入される。かかるジャイロプレス工法により、鋼管杭１を把持して回転させることにより、鋼管杭１が地盤に回転圧入される。

ここで、本発明の実施の形態に係る鋼管杭１にあっては、先端外周面に鋼管１０の長手方向に連続するリブ１１が設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭１を回転圧入する際に、回転の進行方向に対してリブ１１の後方（回転方向と逆側）となる部分において、鋼管１０の外周面と地盤とが接触する面積が小さくなり（あるいは、接触圧力が弱くなり）、周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭１に作用する周面摩擦が低減され、圧入力の過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。この場合、各リブ１１は、鋼管１０の先端から、鋼管１０の外径Ｄの１．５倍以上、３．５倍以下の長さの範囲に設けられており、かつ、各リブ１１の高さＨは１２ｍｍ以下とされ、かつ、リブ本数が適切に設定されていることにより、リブ１１を設けたことによる回転トルクの上昇量を一定以内（例えばリブ１１を施さない場合の回転トルクの10%以下）に収めることができる。

また、本発明の実施の形態に係る鋼管杭１は、３つのリブ１１が中心角１２０°の等間隔で対象の位置に配置されており、各リブ１１の正反対の位置（各リブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）には、他のリブ１１が存在していない。これにより、鋼管杭１に作用する周面摩擦を効果的に低減させることができ、鋼管１０先端の過度の変形や回転トルクの過剰な上昇を回避することが可能となる。

すなわち図３（ａ）は、一つのリブ１１に対し、その正反対の位置（一つのリブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）に、他のリブ１１が存在している場合を示している。鋼管杭１を地盤に回転圧入する際には、ある一つのリブ１１の位置において地盤から特に大きな反力が作用する場合、そのリブ１１を鋼管１０の中心に押し込む力Ｆが発生し、そのリブ１１と正反対の位置にあるリブ１１が力Ｆで地盤に押し付けられ、結果的に両リブ１１、１１に大きな力がかかる。したがって、二つのリブ１１、１１が互いに正反対となる位置に設けられていると、回転圧入によって鋼管杭１を地盤に打ち込む際に、ある一つのリブ１１が鋼管１０の中心に押し込む力Ｆを受けたことにより、回転トルクが大きくなりやすい。

一方、図３（ｂ）は、一つのリブ１１に対し、その正反対の位置（一つのリブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）に、他のリブ１１が存在していない場合を示している。この場合も同様にリブ１１が設けられている位置では鋼管１０の中心に押し込む力Ｆが作用するが、リブ１１の正反対の位置では鋼管１０の外周面が直接リブ１１で掘削された地盤と接触し、押し込む力Ｆが直接他のリブ１１に伝達されにくい。このため、各リブ１１にかかる力は大きくなりにくく、回転トルクも大きくなりにくい。

なお図３（ｂ）では、理解を容易にさせるために、鋼管１０の外周面に一つのリブ１１を記載して説明した。しかし、２以上のリブ１１を有する場合、鋼管１０の外周面において、各リブ１１の正反対の位置（各リブ１１に対して、中心角が１８０°となる位置）に他のリブ１１が存在していない位置関係になっていれば、図３（ｂ）で説明した場合と同様に、各リブ１１にかかる力を大きくなりにくくすることができ、結果的に回転トルクを大きくなりにくくすることができるといった利点がある。

なお、対称性の観点から言えば、２以上のリブ１１を有する場合、鋼管杭１の回転中心が鋼管杭１の中心からなるべく逸脱しないようにして安定した施工速度を確保するために、各リブ１１の配置は等間隔であることが望ましい。ところが、リブ１１の個数が偶数であると、各リブ１１を等間隔に配置しようとすると、どうしても一つのリブ１１に対して正反対の位置に他のリブ１１が存在する関係となってしまう。一方、リブ１１の個数が奇数である場合は、各リブ１１を等間隔に配置することにより、各リブ１１の正反対の位置に他のリブ１１が存在していない位置関係を実現できる。したがって、リブ１１の個数を奇数とし、鋼管１０の外周面先端に各リブ１１を等間隔に配置することが望ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図１、２では鋼管１０の先端外周面に３つのリブ１１を設けた形態を示したが、リブ１１の個数は１または２以上とすることができる。なお上述したように、リブ１１の個数を奇数とし、鋼管１０の外周面先端に各リブ１１を等間隔に配置することが望ましい。また、リブ１１の個数はなるべく少ない方が隣り合うリブ１１同士の間隔が延びて鋼管１０が弾性変形しやすくなり、結果として回転トルクの上昇を抑制することができる。

次に、実施例を示して本発明を具体的に説明する。先ず、図４に示すリブありの杭と、図５に示すリブなしの杭の２種類を用いて、模型実験を行った。図４に示すリブありの杭では、杭長５８０ｍｍ、杭径１０１．６ｍｍ、厚さ４．２ｍｍの鋼管杭（鋼管）の先端に、３ｍｍ×３ｍｍの角棒を先端から２５０ｍｍまでの範囲に、１２０°の中心角となるように３本取り付けた。一方、図５に示すリブなしの杭は、杭長５８０ｍｍ、杭径１０１．６ｍｍ、厚さ４．２ｍｍの鋼管杭（鋼管）とした。

模型実験の手順は、これらリブありとリブなしの２種類の杭に対し、同じ大きさの杭頭荷重（最大１００ｋｇ）を作用させながら、同じ回転速度（約8.5rpm）で杭頭部を回転させた。この方法でそれぞれの杭を乾燥砂に貫入させた際の、回転トルクと貫入量の差を把握した。

模型実験の結果、図６に示すように、トルクはほぼ同等であった。これは、リブありの杭では、リブ背後での摩擦の低減分と、リブ前面への抵抗の増加分が相殺され、回転トルクの上昇が抑制されたためだと考えられる。一方、貫入長はリブありの方が長くなった。これは、リブ背後の摩擦の低減分によって、鉛直方向の周面抵抗が低減され、貫入に必要な荷重が小さくて済んだからである。

リブありの杭の外周面に、あらかじめ油性マジックでリング状に白線をつけ、実験後において白線の残り方を観察した。図７（ａ）は貫入前（実験前）の状態であり、図７（ｂ）はリブありの杭を乾燥砂の模型地盤へ回転圧入して引抜いた後の状態である。図７（ａ）に示すように、貫入前（実験前）にリング状に記されていた白線は、図７（ｂ）に示すように、貫入後（実験後）において、リブの前面側では削れて消滅し、リブの背後側では白線が残っていた。杭外周面にあらかじめ引いておいた白線の残り方から、リブの背後（回転方向逆側）で地盤との摩擦が低減されていることが目視確認できる。

次に、リブなしの杭とリブありの杭を比較する現場実験を行った。リブなしの杭は、杭長１５ｍ、杭径１ｍ、板厚１２ｍｍの鋼管の先端部にリングビットを配置した。一方、リブありの杭は、リブなしの杭の外周面に９ｍｍ×９ｍｍの角鋼棒を、先端から２．５ｍまでの範囲に配置し、中心角１２０°の等間隔で溶接して取り付けた（計３本）。

現場実験の手順は、これらリブなしの杭とリブありの杭の２種類の実物の杭を、ジャイロプレス工法によって砂礫地盤に回転圧入し、所要時間を比較した。この現場実験の結果、１４ｍの貫入に要した時間は、リブなしの場合は９５分、リブありの場合は８０分となり、リブを施した方が施工時間を短縮できた。

本発明は、杭を地盤に回転圧入する施工分野において有用である。

１鋼管杭
１０鋼管
１１リブ
１２吊り金具

Claims

回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭であって、
円筒形状の鋼管の先端から、鋼管の外径の１．５倍以上、３．５倍以下の長さの範囲に、鋼管の長手方向に連続する１または２以上のリブが、鋼管の外周面に取り付けられていることを特徴とする、鋼管杭。
前記リブの高さが１２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管杭。
２以上のリブが鋼管の外周面に取り付けられており、任意のリブの正反対の位置には、他のリブが存在していないことを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼管杭。