JP2019044475A

JP2019044475A - 鋼管杭

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Publication number: JP2019044475A
Application number: JP2017168594A
Authority: JP
Inventors: 榎本隆彦; Takahiko Enomoto
Original assignee: Sigmabase Inc
Current assignee: Sigmabase Inc
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】シンプルな構造で、支持力を損なわずに推進力を向上させることが可能な鋼管杭を提供する。【解決手段】軸部（鋼管）２の先端に設けた先端部材３は、軸部の先端面に固定された端面板４と、その下面中央部に固定された掘削刃１１とからなる。端面板４は鍔部６に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部７、８を有し中心部に中心穴９を有する。掘削刃１１は中心穴９に臨んで開口する切欠き１１ａを有する。中心穴９は回転圧入時に端面板に対する掘削土からの圧力を低減させる圧抜きとして作用して推進力を向上させる。一方、掘削刃１１の切欠き１１ａは、掘削土が中心穴内に侵入することを適度に許容して、掘削土の中心穴内への侵入に対する制御作用を奏する。圧抜きの作用を損なうことなく、掘削土が管内に侵入することによる一定の閉塞効果を奏して支持力を確保できる。【選択図】図１

Description

この発明は、杭本体である鋼管を回転圧入することにより地盤に貫入させる回転圧入工法に用いられる鋼管杭に関する。

この種の鋼管杭として図９に示した引用文献１のものがある。引用文献１中の符号を付して説明すると、この鋼管杭は鋼管杭の軸部である鋼管５の先端面に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部１３、１５を有する端面板（特許文献１では鋼製翼）３を溶接固定している。この鋼管杭において、鋼管を回転圧入する際に鋼管の回転により、上下逆向きに傾斜した傾斜面部１３、１５が推進力を発揮する。
この端面板は、素材の円板に切り込みを入れ、所定範囲を扇形状に切除し、切除した部分の両側に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部１３、１５を形成して製作することができる。この種の鋼管杭の端面板（鋼製翼）は一般に、この特許文献１のように鋼管の下端開口を閉塞している。また、この端面板３は下面に三角形の掘削刃２１を溶接固定している。

特許文献２の鋼管杭は、引用文献２中の符号を付して説明すると、上下逆向きに傾斜した傾斜面部を持つ端面板ではなく、図１０（イ）、（ロ）に示すように、軸部である鋼管（杭本体）１の外周に螺旋翼３を溶接固定しており、この螺旋翼３で推進力を得ている。この鋼管杭では、実施例として鋼管の下端開口が開放のままの場合（図１０（イ））と、鋼管の下端開口を底板５で閉塞する場合（図１０（ロ））とを示している。符号２は掘削刃である。
特許文献２では、概ね「螺旋翼によって推進力を得る鋼管杭における施工後の杭の支持力は、鋼管の下端開口を底板５で閉塞する場合は、螺旋翼３の面積による支持力と鋼管下端の閉塞された面積による支持力との和の支持力であり、鋼管の下端開口が開放の場合は、螺旋翼３の面積による支持力と鋼管下端の土砂の埋りによる閉塞効果による杭本体自体の支持力との和による」という認識（特許文献２の[００１８]）のもとで、かつ、「螺旋翼３の配置位置は、杭の直進安定性と貫入性及び有効支持力との各面からみて設定する必要がある」という認識（特許文献２の[００１９]）のもとで、鋼管の下端開口が開放の場合は、支持力を低下させないために螺旋翼の外径は杭本体の外径の３倍前後がよく、また螺旋翼の設ける位置は杭本体の下端から杭本体の外径の３倍前後の長さＬとするのが適切としている。

特開２０１０−２８１２０５特開２００１−３１１１４７

鋼管杭に求められる性能として、施工後の杭の支持力が重要であるが、杭を回転圧入する際の施工性も求められる。
上記特許文献１の鋼管杭は、端面板（鋼製翼）を有し掘削刃を有する回転圧入工法に用いる鋼管杭として標準的なものであるが、特許文献１では鋼管下端を開放することについての考察はされていない。
特許文献２では、鋼管の下端を開放する場合の考察を含んでいるが、単に鋼管の下端開口を閉塞する場合と開放する場合とを考察しているのみである。

本発明は、上記各特許文献における考察にない着眼点に基づくものであり、シンプルな構造でもって、支持力を損なわずに鋼管杭の推進力を向上させ施工性を向上させることを可能にしたものである。

上記課題を解決する請求項１の発明の鋼管杭は、鋼管からなる軸部の先端に回転により推進力を発揮する先端部材が固定された回転圧入工法により地盤に設置される鋼管杭であって、
前記先端部材は、前記軸部の先端面に固定されるとともに軸部の外周面より外側部分である鍔部に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部を有する、円板から製作される端面板と、前記端面板の下面中央に垂直に固定された先端の尖った板状の掘削刃とを備え、
前記端面板はその中心部に円形の中心穴を有し、前記掘削刃はその端面板側の縁部に前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有することを特徴とする。

請求項２は、請求項１の鋼管杭において、前記掘削刃は、端面板側に互いに平行な両辺を有しその先端側が三角形である五角形家形をなす外形であることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の鋼管杭において、前記切欠きは、前記端面板の前記中心穴の直径と同じ幅で端面板から直角に立上る互いに平行な内縁を有する形状であることを特徴とする。

請求項４は、請求項２の鋼管杭において、前記切欠きの形状が前記掘削刃の外形と相似の五角形家形をなしていることを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４の鋼管杭において、前記掘削刃の補強として、前記端面板の素材である円板に前記中心穴を形成する際に切り取られた円形切断片を４分割した分割片のうちの２つをそれぞれ、掘削刃の左右の側辺部において側辺部と端面板との両方に溶接固定したことを特徴とする。

請求項６は、請求項１〜５の鋼管杭において、前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部の補強として、前記端面板の素材である円板に前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部を形成する際に切り取られた扇形切断片を２分割した分割片をそれぞれ、前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部のそれぞれの端面板中心側の側端面位置において端面板に溶接固定するとともにと傾斜面部に溶接固定したことを特徴とする。

請求項１の発明の鋼管杭によれば、端面板の中心部に円形の中心穴を有し、端面板の下面中央に固定された掘削刃が前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有するという構成により、支持力を損なうことなく推進力を向上させることが可能となる。
すなわち、端面板の中心部に設けた中心穴は、回転圧入時に端面板に対する掘削土からの圧力を低減させる圧抜きとして作用する。すなわち、掘削土の抵抗を低減させて推進力を向上させる効果（施工性の向上）を奏する。
この場合、掘削刃が端面板の中心穴に位置していても、前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有するので、掘削土が中心穴内（鋼管内）に侵入することをそれほど妨げない。すなわち、掘削刃に設けた切欠きは、掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用を奏する。
このように、端面板の中心部にあけた中心穴と掘削刃側に形成した切欠きとが、相互に影響し合い協働して作用し、圧抜きの作用を損なうことなく、掘削土が管内に侵入することによる一定の閉塞効果を奏して支持力を確保できる。

地中に礫、転石、その他の軽い地中障害のために端面板の推進が難儀する場合でも、請求項２のように、端面板の下面に五角形家形の掘削刃を固定した構成により、円滑な端面板推進が可能となり、施工性が向上する。

請求項３のように、切欠きを、端面板の中心穴の直径と同じ幅で端面板から直角に立上る互いに平行な内縁を有する形状とすると、上述の切欠きの作用効果が適切に得られる。
さらに、請求項４のように、切欠きの形状を掘削刃の五角形家形と相似の五角形家形にすると、五角形家形の掘削刃が土をほぐす作用と、切欠きの作用（掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用）とが協働して作用し、支持力を損なうことなく推進力を向上させる効果を一層高めることができる。

請求項５及び請求項６によれば、端面板の素材である円板からスクラップが発生させることがなく、素材を有効利用できると同時に、別途補強用の部材を製作する労力が省かれ、一石二鳥である。

本発明の一実施例の鋼管杭を示すももで、（イ）は鋼管杭の正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図である。図１（イ）の左側面図である。図１（ロ）のＢ−Ｂ断面図（鋼管杭の上部は省略）である。（イ）は図１（ロ）のＣ−Ｃ断面図（鋼管杭の上部は省略。なお、掘削刃はハッチングしていない）、（ロ）は図４（イ）における掘削刃のみを示した図である。上記実施例の端面板を製作する要領を説明する図である本発明の他の実施例の鋼管杭を示すももで、（イ）は鋼管杭の正面図、（ロ）は平面図である。図６における掘削刃補強用の補強部材を説明するもので、（イ）は４つの補強部材を並べて示した拡大平面図、（ロ）は図６（イ）（又は（ロ））における拡大した要部のＤ矢視図（又はＤ’矢視図）である。図６（ロ）のＥ−Ｅ断面図である。（イ）、（ロ）は特許文献１の鋼管杭を説明する図である。特許文献２の鋼管杭を説明する図であり、（イ）は鋼管の下端開口が開放のままの場合、（ロ）は鋼管の下端開口を底板で閉塞した場合である。

以下、本発明の鋼管杭を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

本発明の鋼管杭は回転圧入工法により地盤に設置される鋼管杭であり、図１（イ）は一実施例の鋼管杭１の正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図である。図２は図１（イ）の左側面図、図３は図１（ロ）のＢ−Ｂ断面図（鋼管杭の上部は省略）、図４は図１（ロ）のＣ−Ｃ断面図（鋼管杭の上部は省略。なお、掘削刃はハッチングしていない）である。
この鋼管杭１は、鋼管からなる軸部２の先端に回転圧入時の回転により推進力を発揮する先端部材３を固定している。
前記先端部材３は、前記軸部２の先端面に溶接固定された端面板４と、前記端面板４の下面中央に垂直に溶接固定された先端の尖った板状の掘削刃１１とを備えている。
前記端面板４は、軸部２の外周面より外側部分である鍔部６に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部、すなわち上向きに傾斜した傾斜面部７及び下向きに傾斜した傾斜面部８を有している。端面板４のこの上下逆向きに傾斜した傾斜面部７、８が回転圧入時の回転により推進力を発揮する。
本発明における端面板４はその中心部に円形の中心穴９を有している。
前記掘削刃１１は、端面板側（端面板に溶接固定される側）に、互いに平行な両辺１１ｂを有しその先端側部分１１ｃが三角形状である五角形家形（五角形である模式的な家の形）をなしており、端面板４の前記中心穴９に臨んで開口する切欠き１１ａを有している。この実施例の切欠き１１ａの形状（内縁形状）は、幅が中心穴９の直径ｄと同寸法であり、掘削刃１１の全体輪郭である五角形と概ね相似の五角形（厳格に五角形である必要はない）。

本発明の鋼管杭として適用されるサイズは種々であるが、軸部径（鋼管径）と端面板径との関係では、例えば軸部径２１６．３ｍｍ、２６７．４ｍｍ、３１８．５ｍｍ、３５５．６ｍｍ、４０６．４ｍｍに対して、それぞれ端面板径が５００又は６００ｍｍ、６００又は７００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ等の対応関係の選択をすることができる。
中心穴９の径は、例えば端面板径が５００〜８００ｍｍの場合に例えば１４０ｍｍ±２０％程度、好適には１４０ｍｍ±１０％程度である。

この端面板４を製作する場合、図５のように鋼板の円板４’に、傾斜面部７、８を形成しようとする位置に対応させて、円弧状の切込みｍを入れ、その円弧状の切込みｍの中央部分の例えば中心角θが３０°等の範囲の２点鎖線で示した半径方向外側部分を切り取る。なお、切り取った２点鎖線で示す扇形部分１２は、後述する傾斜面部７、８の補強部材３２として利用している。
次いで、前記円弧状の切込みｍの片側部分（上向きの傾斜面部となる部分）７’では一点鎖線で示す谷折りにて前記上向き傾斜面部７を形成し、他側部分（下向きの傾斜面部となる部分）８’では二点鎖線で示す山折りにて前記下向き傾斜面部８を形成する。
次いで、プレスにて中心穴９をあける。この中心穴９を切り取った得られる円形板は、後述する掘削刃１１の補強部材３１として利用している。

次いで、端面板４の下面中心部に掘削刃１１を、平面視で中心穴９の中心を横切るように、また図示例では左右の傾斜面部７、８が対向する方向（図１（ロ）では左右方向）と平行に溶接固定する。
以上により製作された先端部材３を軸部（鋼管）２の下端に溶接固定して鋼管杭１を得る。

上述の鋼管杭１を地盤に設置する場合、回転圧入駆動部を持つ杭打ち機にて、回転圧入により地盤に貫入する。この場合、先端の先端部材３の端面板４が回転して、その傾斜面部７、８が土に食い込む態様で推進力を発揮する。

上述の鋼管杭１によれば、端面板４の中心部に円形の中心穴９を有し、端面板４の下面中央に固定された掘削刃１１が前記中心穴９に臨んで開口する切欠き１１ａを有するという構成により、支持力を損なうことなく推進力を向上させることが可能となる。
すなわち、端面板４の中心部に設けた中心穴９は、回転圧入時に端面板４に対する掘削土からの圧力を低減させる圧抜きとして作用する。すなわち、掘削土の抵抗を低減させて推進力を向上させる効果（したがって、施工性の向上）を奏する。
この場合、掘削刃１１が端面板４の中心穴９に位置していても、前記中心穴に臨んで開口する切欠き１１ａを有するので、掘削土が中心穴内（鋼管内）に侵入することをそれほぼ妨げない。すなわち、掘削刃１１に設けた切欠き１１ａは、掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用を奏する。
このように、端面板の中心部にあけた中心穴と掘削刃側に形成した切欠きとが、相互に影響し合い協働して作用し、圧抜きの作用を損なうことなく、掘削土が管内に侵入することによる一定の閉塞効果を奏して支持力を確保できる。

また、地中に礫、転石、その他の軽い地中障害のために端面板４の推進が難儀する場合でも、端面板４の下面に五角形家形の掘削刃１１を固定した構成により、円滑な端面板推進が可能となり、施工性が向上する。
また、掘削刃１１の切欠き１１ａの形状が掘削刃１１の五角形家形と相似の五角形家形なので、五角形家形の掘削刃１１が土をほぐす作用と、切欠き１１ａの作用（掘削土の中心穴内（鋼管内）への侵入に対する制御作用）とが協働して作用し、支持力を損なうことなく推進力を向上させる効果を一層高めることができる。
なお、実施例の切欠き１１ａの形状（内縁形状）は、掘削刃１１の形状と概ね相似形であるが、三角形部分は例えば半円弧状等であってもよい。また、切欠き１１ａの幅は実施例のように、中心穴９の直径ｄに合わせるのが適切であるが、必ずしも合わせなくてもよい（幅が若干広くても狭くてもよい）。
なお、この実施例では上下逆向きに傾斜した傾斜面部７、８を端面板４の片側（１箇所）にのみ設けているが、直径方向に対向する両側（２カ所）に設けてもよい。

図６〜図８に本発明の他の実施例の鋼管杭１Ａを示す。
この鋼管杭１Ａの先端部材３Ａの端面板４Ａは、掘削刃１１を補強部材３１で補強し、上下の傾斜面部７、８を補強部材３２で補強している。
前記掘削刃１１の補強部材３１として、端面板の素材である円板に中心穴９を形成する際に切り取られた円形切断片を４分割した分割片３１（図７（イ）参照）を用いている。４つの分割片３１（＝補強部材３１）のうちの２つをそれぞれ、掘削刃１１の左右側辺部において端面板４に溶接固定するとともに掘削刃１１に溶接固定している、

また、前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部７、８の補強部材３２として、端面板の素材である円板に前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部を形成する際に切り取られた扇形切断片１２（図５参照）を２分割した分割片３２を用いている。
この２つの分割片３２（＝補強部材３２）を、上下逆向きに傾斜した傾斜面部７、８のそれぞれの端面板中心側の側端面位置において、端面板４に溶接固定するとともにと傾斜面部７、８に溶接固定している。

本発明の鋼管杭の回転圧入時には、端面板４及び掘削刃１１にかなりの大荷重が作用するので、上記の補強部材３１、３２により回転圧入時のトラブル回避に有効である。
また、上記補強部材３１、３２は、端面板４を製作する際に本来はスクラップとなるものであるが、スクラップが発生させることがなく、掘削刃１１あるいは傾斜面部７、８を補強する部材として有効利用でき、同時に別途補強用の部材を製作する労力が省かれ、一石二鳥である。

１、１Ａ鋼管杭
２軸部（鋼管）
３、３Ａ先端部材
４、４Ａ端面板
４’ 端面板を製作する素材の円板
６鍔部
７上向きの傾斜面部
８下向きの傾斜面部
７’ 上向きの傾斜面部となる部分
８’ 下向きの傾斜面部となる部分
９中心穴
１１掘削刃
１１ａ切欠き
３１（掘削刃の）補強部材
３２（傾斜面部の）補強部材

Claims

鋼管からなる軸部の先端に回転により推進力を発揮する先端部材が固定された回転圧入工法により地盤に設置される鋼管杭であって、
前記先端部材は、前記軸部の先端面に固定されるとともに軸部の外周面より外側部分である鍔部に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部を有する、円板から製作される端面板と、前記端面板の下面中央に垂直に固定された先端の尖った板状の掘削刃とを備え、
前記端面板はその中心部に円形の中心穴を有し、前記掘削刃はその端面板側の縁部に前記中心穴に臨んで開口する切欠きを有することを特徴とする鋼管杭。
前記掘削刃は、端面板側に互いに平行な両辺を有しその先端側が三角形である五角形家形をなす外形であることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。、
前記切欠きは、前記端面板の前記中心穴の直径と同じ幅で端面板から直角に立上る互いに平行な内縁を有する形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管杭。
前記切欠きの形状が前記掘削刃の外形と相似の五角形家形をなしていることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭。
前記掘削刃の補強として、前記端面板の素材である円板に前記中心穴を形成する際に切り取られた円形切断片を４分割した分割片のうちの２つをそれぞれ、掘削刃の左右の側辺部において側辺部と端面板との両方に溶接固定したことを特徴とする請求項１〜４記載の鋼管杭。
前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部の補強として、前記端面板の素材である円板に前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部を形成する際に切り取られた扇形切断片を２分割した分割片をそれぞれ、前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部のそれぞれの端面板中心側の側端面位置において端面板に溶接固定するとともにと傾斜面部に溶接固定したことを特徴とする請求項１〜５記載の鋼管杭。