JP2017106229A - 鋼管杭 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ容易に製造することができ、地盤に立て込む際に硬い地盤に遭遇した場合でも掘削翼が曲がってしまう事態が起こらない上、高い先端支持力を発現させることが可能な鋼管杭を提供する。【解決手段】鋼管杭１は、円筒状の管本体２の先端際に、所定の方向に傾斜した扇状の３つの掘削翼３，３・・が、管本体２の外周から外側へ突出するように等間隔で固着されている。そして、それらの掘削翼３，３・・の先端縁に沿って、３つの掘削刃１４，１４・・が設けられている。また、それらの掘削翼３，３・・の基端は、管本体２の内部に同心円状に配置された補強管４の外周に固着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、土木工事、建設工事に用いる鋼管杭に関するものである。

軟弱地盤を強固な地盤に改良するための工法として、掘削した裸穴へセメントミルクを流し込んで筒状の鋼管杭を立て込む工法、地盤に固化材を添加し撹拌して地盤の固化強度を増大させて鋼管杭を立て込む工法が開発されている。また、軟弱地盤に建物を建造する工法として、地盤中にそのまま鋼管杭を立て込み、その立て込んだ鋼管杭を建造物の基礎杭として用いる工法が知られている。そして、それらの工法に用いられる鋼管杭として、円筒形の管本体の先端際に一定幅の帯状の掘削翼を螺旋状に固着することによって先端支持力を増加させたものが開発されている（特許文献１）。

特開２００３−２７４７２号公報

しかしながら、特許文献１の如き従来の鋼管杭は、長尺な帯状の掘削翼を管本体の外周の形状に合致するように螺旋状に湾曲させた上で溶接しなければならないため、製造に手間が掛かる。また、掘削中に硬い地盤に遭遇すると螺旋状の掘削翼が鋼管杭を押し込む力に負けて曲がってしまう事態も起こり得る。さらに、螺旋状の掘削翼を長くして底面積を大きくしないと十分な先端支持力を発現させることができない、という不具合もある。

本発明の目的は、上記従来の鋼管杭が有する問題点を解消し、安価かつ容易に製造することができ、地盤に立て込む際に硬い地盤に遭遇した場合でも、貫入できなくなったり、掘削翼が曲がってしまったりする事態が起こらない上、高い先端支持力を発現させることが可能な鋼管杭を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、地盤中に回転貫入させた状態で建造物を支持するための部材として用いられる鋼管杭であって、円筒状の管本体の先端際に、所定の方向に傾斜した扇状の複数の掘削翼が、管本体の外周から外側へ突出するように等間隔で固着されているとともに、それらの各掘削翼の先端縁に沿って複数の掘削刃が設けられていることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、管本体が、下端縁に複数の傾斜辺を設けた第一鋼管と、その第一鋼管と同一径で上端縁に第一鋼管に設けられた複数の傾斜辺と合致する複数の傾斜辺を設けた第二鋼管とを有するものであるとともに、掘削翼が、基端際の上面を第一鋼管の傾斜辺に接合させ、かつ、基端際の下面を第二鋼管の傾斜辺に接合させた状態で管本体に固着されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、管本体の内部に、管本体より小径の円筒状の補強管が、管本体と同心円状に配置されているとともに、管本体に取り付けられた掘削翼の基端が、補強管の外周に固着されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の鋼管杭は、掘削翼を管本体に固着させる際に、掘削翼を管本体の外周の形状に合致するように湾曲させたりする必要がないので、容易に製造することができる。また、独立した複数の掘削翼によって、きわめて高い掘削力を発現させることができる。さらに、複数の掘削翼を管本体の外周の同じ高さ位置に固着させるた場合には、地盤に立て込んだ際の先端支持力が非常に高いものとなり、上載荷重に対して高い耐力を発現させることができる（すなわち、上からの応力に対して均等に力が掛かりやすい）。

請求項２に記載の鋼管杭は、鋼管を鋸歯状に切断して、片方を第一鋼管とし、他方を第二鋼管として、それぞれの鋸歯状の傾斜辺に掘削翼を固着させるだけで、きわめて容易に製造することができる。

請求項３に記載の鋼管杭は、複数の掘削翼が管本体の内部で補強管を介して一体的に固着されているので、耐衝撃強度がきわめて高く、掘削の途中で、掘削翼が硬い地盤に接触した場合でも、掘削翼が曲がったりしない。

鋼管杭の正面図である。 鋼管杭の右側面図である。 鋼管杭の底面図である。 管本体を示す説明図である（ａは、第一鋼管および第二鋼管の正面図であり、ｂは底面図であり、ｃは第二鋼管に固着されたバイトの斜視図である）。 掘削翼を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは正面図であり、ｃは掘削刃の斜視図である）。 補強管を示す説明図である（ａは底面図であり、ｂは正面図であり、ｃはバイトの斜視図であるる）。

［鋼管杭の構造］
以下、本発明に係る鋼管杭を、図面に基づいて詳細に説明する。図１〜３は、本発明に係る鋼管杭を示したものであり、鋼管杭１は、鋼鉄によって形成された管本体２、同様に鋼鉄によって形成された３枚の掘削翼３，３・・、および、同様に鋼鉄によって形成された補強管４によって一体的に構成されている。

図４は、管本体２を示したものであり、管本体２は、外径約１６５．２ｍｍ、厚さ６．０ｍｍ、長さ（高さ）５００ｍｍの短尺な鋼管を、さらにレーザー等で鋸歯状に裁断して２つに分割することによって形成された第一鋼管２ａと第二鋼管２ｂとを有している。そして、第一鋼管２ａの上端には、約１５°左下がりに傾斜した３つの傾斜辺５，５・・が形成されており、それらの各傾斜辺５，５・・の上端と、隣接した傾斜辺５，５・・の下端とを繋ぐように３つの鉛直辺９，９・・が形成されている。そして、それらの鉛直辺９，９・・の長さ（一つの傾斜辺５の上端から隣接した傾斜辺５の下端までの高さ）は、３８．２２ｍｍになっている。なお、傾斜辺５，５・・および鉛直辺９，９・・を形成している切断面（厚み方向に形成される面）は、管本体２の表面および裏面と直交した状態（正確には、管本体２の表面および裏面の接線と直交した状態）になっている。さらに、当該切断面の外側の端縁際には、掘削翼３を溶接し易くするための開先加工が施されている。

また、第二鋼管２ｂの上端には、約１５°左下がりに傾斜した３つの傾斜辺６，６・・が形成されており、それらの各傾斜辺６，６・・の上端と、隣接した傾斜辺６，６・・の上端とを繋ぐように３つの鉛直辺１０，１０・・が形成されている。そして、それらの鉛直辺６、６・・の長さ（一つの傾斜辺６の上端から隣接した傾斜辺６の下端までの高さ）は、３８．２２ｍｍになっている。なお、傾斜辺６，６・・および鉛直辺１０，１０・・を形成している切断面（厚み方向に形成される面）は、管本体２の表面および裏面と直交した状態になっている。さらに、当該切断面の外側の端縁際には、掘削翼３を溶接し易くするための開先加工が施されている。

さらに、第二鋼管２ｂの下端には、幅×高さ＝６．０ｍｍ×６．０ｍｍの大きさを有する矩形状の６個の切り欠き１２，１２・・が、等間隔で刻設されている。そして、それらの切り欠き１２，１２・・を利用して、６個のバイト１１，１１・・が、等間隔で固着されている。各バイト１１，１１・・は、超硬合金（炭化タングステン（タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルトとを混合して焼結したもの）によって縦長な直方体状に形成されており、幅×奥行き×高さ＝６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×２０．０ｍｍの大きさを有している。そして、それらのバイト１１，１１・・は、第二鋼管２ｂの下端の切り欠き１２，１２・・に、上部（略半分）を嵌め込んだ状態で固着（溶接）されている。そして、それらの６個のバイト１１，１１・・の内の３個が、鉛直辺１０の真下に配置された状態（バイト１１の幅方向の中央に鉛直辺１０の延長線が位置した状態）になっている。

また、図５は、掘削翼３を示したものであり、各掘削翼３，３・・は、厚み１９ｍｍで半径２４７．８ｍｍの円形の板状体の中心に半径５４．５ｍｍの穴を開け、そのドーナッツ盤状体を中心角が１２０°となるように３等分することによって、略扇形に形成されている。それらの各掘削翼３，３・・の直線状の端縁の外側寄りには、幅×奥行き＝１９．０ｍｍ×１９．０ｍｍの大きさの３つの切り欠き１３ａ，１３ｂ，１３ｃが刻設されている。そして、内側の切り欠き１３ａは、直線状の端縁の内側から約８６ｍｍの位置に設けられており、他の２つの切り欠き１３ｂ，１３ｃは、内側の切り欠き１３ａより外側の直線状の端縁を３等分するように等間隔に設けられている。

そして、それらの切り欠き１３ａ，１３ｂ，１３ｃを利用して、３つの掘削刃１４，１４・・が、等間隔で固着（溶接）されている。各掘削刃１４，１４・・は、超硬合金（バイト１１と同じ素材）によって形成されており、直方体状の基端部１４ａの先端側に三角柱状の先端部１４ｂを連設した形状を有している（図５（ｃ）参照）。そして、それらの掘削刃１４，１４・・は、各切り欠き１３ａ，１３ｂ，１３ｃに、基端部１４ａを嵌め込んだ状態で固着（溶接）されている。

一方、図６は、補強管４を示したものであり、補強管４は、外径約１０１．６ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ、長さ（高さ）８０ｍｍの鋼管であり、下端に、幅×高さ＝６．０ｍｍ×６．０ｍｍの大きさを有する矩形状の４個の切り欠き１５，１５・・が、等間隔で刻設されている。そして、それらの切り欠き１５，１５・・を利用して、４個のバイト１６，１６・・が、等間隔で固着されている。それらのバイト１６，１６・・は、超硬合金（バイト１１や掘削刃１４と同じ素材）によって形成されており、直方体状の基端部１６ａの先端側に三角柱状の先端部１６ｂを連設した形状を有している（図６（ｃ）参照）。そして、それらのバイト１６，１６・・は、各切り欠き１５，１５・・に基端部１６ａを嵌め込んだ状態で固着（溶接）されている。

［鋼管杭の組み付け］
鋼管杭１を組み付ける場合には、管本体２の下端の各傾斜辺５，５・・に、それぞれ、掘削翼３，３・・を固着（溶接）させる。すなわち、各掘削翼３，３・・の基端際（内側の端縁から約３４．１ｍｍ外側の部分）の上面を、第一鋼管２ａの各傾斜辺５，５・・の外側の端縁際に接合させる。しかる後、各掘削翼３，３・・の基端際（内側の端縁から約３４．１ｍｍ外側の部分）の下面を、第二鋼管２ｂの各傾斜辺６，６・・の外側の端縁際に接合させることによって，３枚の掘削翼３，３・・を管本体２に固着させる。

そして、そのように管本体２に固着させた３枚の掘削翼３，３・・の基端（円周状に配置された基端）に、補強管４を固着させる。すなわち、補強管４の外面に、３枚の掘削翼３，３・・の基端を溶接することによって鋼管杭の組み付けを完了する。そして、そのように管本体２に固着させた３枚の掘削翼３，３・・の基端（円周状に配置された基端）を、それぞれ、補強管４の外面に溶接して、管本体２と３枚の掘削翼３，３・・と補強管４とを一体化することによって鋼管杭１の組み付けを完了する。

組み付けられた鋼管杭１においては、図１〜３の如く、管本体２の内部に、管本体２より小径の円筒状の補強管４が、管本体２と同心円状に配置されている。また、管本体２に固着された３つの掘削翼３，３・・の基端が、補強管４の外周に固着された状態になっている。

［鋼管杭の使用方法］
上記の如く構成された鋼管杭１は、長尺な鋼管（管本体２と概ね同一径のもの）と接続させて、建設工事の際の基礎杭の立て込み工事等に好適に用いることができる。それらの工事において鋼管杭１を地面に立て込む場合には、鋼管杭１を地面に突き立てて、圧力を加えて右向き（上から見た場合の右向き）に回転させながら地中に押し込む（回転貫入する）。そのように鋼管杭１を地中に押し込む際には、鋼管杭１の回転に伴い、管本体２の外周に等間隔で固着された３つの掘削翼３，３・・が、効率良く土砂を噛み込み、鋼管杭１を土中に進行させる推力を生み出す。そのように鋼管杭１，１・・を土中に深く立て込んだ後には、鋼管杭１，１・・の上に建物を建設することが可能となる。また、立て込んだ後には、管本体２の外周に等間隔で固着された３つの掘削翼３，３・・が、非常に高い先端支持力を発現させる。

［鋼管杭の効果］
鋼管杭１は、上記の如く、円筒状の管本体２の先端際に、所定の方向に傾斜した扇状の複数の掘削翼３，３・・が、管本体２の外周から外側へ突出するように等間隔で固着されているとともに、それらの掘削翼３，３・・の先端縁に沿って複数の掘削刃１４，１４・・が設けられたものであるため、掘削翼３，３・・を管本体２に固着させる際に、掘削翼３，３・・を管本体２の外周の形状に合致するように湾曲させたりする必要がないので、容易に製造することができる。また、独立した複数の掘削翼３，３・・によって、きわめて高い掘削力を発現させることができる。さらに、複数の掘削翼３，３・・を管本体２の外周の同じ高さ位置に固着させるた場合には、地盤に立て込んだ際の先端支持力が非常に高いものとなり、上載荷重に対して高い耐力を発現させることができる。

また、鋼管杭１は、管本体２が、下端縁に複数の傾斜辺５，５・・を設けた第一鋼管２ａと、その第一鋼管２ａと同一径で上端縁に第一鋼管２ａに設けられた複数の傾斜辺５，５・・と合致する複数の傾斜辺６，６・・を設けた第二鋼管２ｂとを有するものであるとともに、掘削翼３，３・・が、基端際の上面を第一鋼管２ａの傾斜辺５，５・・に接合させ、かつ、基端際の下面を第二鋼管２ｂの傾斜辺６，６・・に接合させた状態で、管本体２に固着されたものである。したがって、鋼管杭１は、鋼管を鋸歯状に切断して、片方を第一鋼管２ａとし、他方を第二鋼管２ｂとして、それぞれの鋸歯状の傾斜辺（傾斜辺５，５・・および傾斜辺６，６・・）に掘削翼３，３・・を固着させるだけで、きわめて容易に製造することができる。

さらに、鋼管杭１は、管本体２の内部に、管本体２より小径の円筒状の補強管４が、管本体２と同心円状に配置されているとともに、管本体２に取り付けられた掘削翼３，３・・の基端が、補強管４の外周に固着されているため、複数の掘削翼３，３・・が管本体２の内部で補強管４を介して一体的に固着されているので、各掘削翼３，３・・の全体の曲げ強度がきわめて高く、掘削の途中で、掘削翼３，３・・が転石等に接触した場合にその掘削翼３，３・・が曲がってしまう事態を防止することができる。

［鋼管杭の変更例］
なお、本発明に係る鋼管杭の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、管本体、掘削翼、掘削刃、補強管等の材質、形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、鋼管杭は、上記実施形態の如く、３枚の掘削翼を管本体の外周に固着させたものに限定されず、２枚、あるいは４枚以上の掘削翼を管本体の外周に固着させたものに変更することも可能である。

また、掘削翼は、上記実施形態の如く、３つの掘削刃を設けたものに限定されず、２個以下あるいは４個以上の掘削刃を設けたものに変更することも可能である。加えて、掘削刃の形状は、上記実施形態の如く、直方体状の基端部の先端側に三角柱状の先端部を連設した形状に限定されず、先端を三角錐状あるいは円錐状に尖らせた形状等に変更することも可能である。

さらに、鋼管杭は、上記実施形態の如く、鋼管を鋸歯状に裁断して形成した２個一対の鋼管によって掘削翼の基端際を挟み込んで固着させたものに限定されず、外周に扁平な長方形状の貫入孔を傾斜状に等間隔で穿設し、それらの貫入孔に掘削翼の基端を挿入した状態で固着させたもの等に変更することも可能である。

また、鋼管杭は、上記実施形態の如く、長尺な鋼管（延長管）に固着させて使用するものに限定されず、それ自体が長尺に形成されたものでも良い。

さらに、管本体は、上記実施形態の如く、６個の直方体状のバイトを先端に設けたものに限定されず、５個以下あるいは７個以上のバイトを先端に設けたもの、先端を尖らせたバイト等の直方体以外の形状を有するバイトを先端に設けたものや、バイトのないもの等に変更することも可能である。

また、補強管は、上記実施形態の如く、直方体状の基端部の先端側に三角柱状の先端部を連設した形状を有する４個のバイトを先端に設けたものに限定されず、３個以下あるいは５個以上のバイトを先端に設けたもの、直方体状等の形状を有するバイトを先端に設けたものや、バイトのないもの等に変更することも可能である。

本発明に係る鋼管杭は、上記の如く、優れた効果を奏するものであるから、建設工事の際の基礎杭の立て込み工事や軟弱な地盤の改良工事等に好適に用いることができる。

１・・鋼管杭
２・・管本体
２ａ・・第一鋼管
２ｂ・・第二鋼管
３・・掘削翼
４・・補強管
５・・傾斜辺
６・・傾斜辺
１４・・掘削刃

Claims (3)

1. 地盤中に回転貫入させた状態で建造物を支持するための部材として用いられる鋼管杭であって、
   円筒状の管本体の先端際に、所定の方向に傾斜した扇状の複数の掘削翼が、管本体の外周から外側へ突出するように等間隔で固着されているとともに、
   それらの各掘削翼の先端縁に沿って複数の掘削刃が設けられていることを特徴とする鋼管杭。
2. 管本体が、下端縁に複数の傾斜辺を設けた第一鋼管と、その第一鋼管と同一径で上端縁に第一鋼管に設けられた複数の傾斜辺と合致する複数の傾斜辺を設けた第二鋼管とを有するものであるとともに、
   掘削翼が、基端際の上面を第一鋼管の傾斜辺に接合させ、かつ、基端際の下面を第二鋼管の傾斜辺に接合させた状態で管本体に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
3. 管本体の内部に、管本体より小径の円筒状の補強管が、管本体と同心円状に配置されているとともに、
   管本体に取り付けられた掘削翼の基端が、補強管の外周に固着されていることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の鋼管杭。

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