JP2020002682A - 回転圧入工法用の杭状地盤補強体、及びこれに用いる中間補強体 - Google Patents

Abstract

【課題】回転圧入工法用の杭状地盤補強体として、補強体本体の周面摩擦力を十分に利用可能であるとともに、深い位置にある固い地盤にも到達させることを可能にして、安価な施工コストで所望の支持力を得ることができる杭状地盤補強体を提供する。【解決手段】鋼管からなる軸部２の先端に貫入用の鋭角先端部材３が溶接固定され、軸部の先端から離れた上方位置に推進用の翼部材４が溶接固定されている回転圧入工法用の杭状地盤補強体１とした。【選択図】図１

Description

この発明は、回転圧入工法により杭を施工する際にも用いられる回転圧入工法用の杭状地盤補強体、及びこれに用いる中間補強体に関する。

回転圧入工法に用いられる鋼管杭（鋼管を用いた杭状の地盤補強体も含む）として種々の鋼管杭が提案されている。それらの鋼管杭はいずれも杭先端部にねじ込み用翼又は螺旋リブを取り付けた構造である。

例えば特許文献１の回転圧入工法用の鋼管杭（回転貫入鋼管杭）１は、杭本体（鋼管）の先端に溶接固定されたねじ込み用翼（鋼製翼）３を備えている。このねじ込み用翼３は、切欠き部（切除部）９を有し、この切欠き部９の円周方向の両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部１３、１５を形成した構造である（符号は特許文献１の図１中の符号である）。

また、特許文献２の回転圧入工法用の鋼管杭（回転貫入鋼管杭）１２は、先端が閉塞された中空の杭本体（鋼管）１の先端付近の外周に、杭本体１の外径の約２．５〜３倍の外径を有する螺旋リブ（螺旋翼）３を設けている（符号は特許文献２の図４中の符号である）

特開２０１０−２８１２０５ 特開２０１３−５７１９４

特許文献１の鋼管杭は、回転するねじ込み用翼３が上下逆向きの傾斜面部１３、１５により推進力を得て地盤に貫入される。特許文献２の鋼管杭は、回転する螺旋状のリブ３がその螺旋形状により推進力を得て地盤に貫入される。

上記の各回転圧入工法用の鋼管杭は、いずれも杭先端のねじ込み用翼３又は螺旋リブ３が一定の支持性能を有する地盤に到達することで、支持力が得られる。
しかし、いずれも杭の周面摩擦力による支持力は期待できない。すなわち、杭先端のねじ込み用翼３又は螺旋リブ３は地盤を攪拌しながら貫入していくので、杭本体外周面の攪拌された土によっては周面摩擦力が得られない。杭本体の外周部分にモルタルを浸透させる等で周面摩擦力を得る方法では煩雑でありコスト高となる。

また、特許文献１、２のいずれ鋼管杭も、固い地盤が深い位置にある場合には、所望の地盤支持力を得ることが困難になる。

本発明は上記背景のもとになされたもので、物自体は鋼管杭と同様と言える回転圧入工法用の杭状地盤補強体として、従来にない構成により、補強体本体の周面摩擦力を十分に利用可能であるとともに、深い位置にある固い地盤にも到達させることが可能にして、安価な施工コストで所望の支持力を得ることが可能な回転圧入工法用の杭状地盤補強体を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、鋼管からなる軸部の先端に貫入用の鋭角先端部材が溶接固定され、前記軸部の先端から離れた上方位置に推進用の翼部材が溶接固定されたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の回転圧入工法用の杭状地盤補強体において、
前記鋭角先端部材は、円錐外面を有する円錐状の鋭角先端部材であることを特徴とする。

請求項３は、請求項１の回転圧入工法用の杭状地盤補強体において、
前記鋭角先端部材は、軸部断面輪郭の範囲内において、軸部下端に開口を閉塞する底板に鋭角の板状掘削刃を垂直に固定し、前記板状掘削刃の側面に、半円状の傾斜翼を溶接固定した構成であることを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項の回転圧入工法用の杭状地盤補強体において、
前記翼部材は、直径Ｄが前記軸部の直径ｄより大でかつ中央部に下面側から見て杭頭側にへこんだ円形の凹部を有し、前記凹部より外側に張り出した鍔部に、翼部材周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の翼部材周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部が形成された構成であることを特徴とする。

請求項５は、請求項４の回転圧入工法用の杭状地盤補強体において、
前記翼部材の下面の凹部に軸部の直径ｄより大の下面円板が溶接固定され、翼部材より下側の軸部が前記下面円板に溶接固定されていることを特徴とする。

請求項６は、請求項１〜５の杭状地盤補強体を施工する際に杭状地盤補強体の中間位置に用いる杭状地盤補強体用の中間補強体であって、前記翼部材の下面及び上面にそれぞれ短尺鋼管を溶接固定したことを特徴とする。

請求項７は、請求項１〜５のいずれか１項の回転圧入工法用の杭状地盤補強体において、
請求項６の中間補強体を用いて杭状地盤補強体を施工する際の中間補強体と下側の軸部とを連結する連結構造及び中間補強体と上側の軸部とを連結する連結構造が、
前記下側及び上側の軸部の内面にそれぞれ嵌合する短尺のジョイント管を備え、
前記ジョイント管はその断面内を横断する態様の１又は複数の仕切り状壁部を有する断面形状に押し出し成形されかつアルマイト処理が施されたアルミニウム管であり、
前記上側の軸部及び前記下側の軸部をそれぞれ貫通する貫通ボルトが、軸部内の前記ジョイント管の管壁及び前記仕切り状壁部にあけたボルト挿通孔を貫通し、前記各貫通ボルトの先端部に螺合するナットにより締着されている連結構造であることを特徴とする。

請求項８の発明は、杭状地盤補強体を設計する杭状地盤補強体の設計方法であって、請求項１〜５又は７の杭状地盤補強体の支持力を算定するに際して、最初に杭状地盤補強体の外径を決定し、当該杭状地盤補強体の杭先端から前記翼部材までの軸部の周面摩擦力による支持力を算定し、当該杭状地盤補強体が必要とする必要支持力と前記算定した周面摩擦支持力とに基づいて、前記翼部材の仕様を決定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、鋼管からなる軸部（軸部鋼管）の先端部が鋭角先端部材なので、軸先端に翼部材を取り付けた杭状地盤補強体と比較して、貫入性能が極めて良好である。したがって、施工性が極めて良好である。貫入性能が良好なので回転貫入のトルクは小さく済み、したがって、小型の杭打ち機等の重機を使用して施工することができ、作業性や経費その他種々の面でメリットがある。
この場合、軸部先端から翼部材までの軸部の周面摩擦力による支持力と翼部材による支持力とで所望の支持力を確保することができる。

請求項２の鋭角先端部材は円錐状の鋭角先端部材であり、貫入性能を十分確保できる。
請求項３の鋭角先端部材は、軸部断面輪郭の範囲内にある、鋭角の板状掘削刃と半円状の傾斜翼（螺旋状の傾斜翼を含む）とからなるものであり、掘削性と推進性とを共に確保できる。

請求項４によれば、翼部材が、中央部に杭頭側にへこんだ円形の凹部を有し、凹部より外側に張り出した鍔部に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部を備えているので、上下の傾斜面部による掘削性能を確保できるとともに、凹部としたことによる翼部材の支持力向上も図られる。

請求項５によれば、翼部材の中央部に杭頭側にへこんだ凹部に下面円板が溶接固定されているので、当該翼部材の下面に下側の軸部を溶接固定し易い。

請求項６の中間補強体は、翼部材の上下に短尺鋼管が溶接接続された構成なので、そしてこの中間補強体は工場にて製作できるので、この中間補強体を施工現場に搬入すれば、施工現場では、貫入させた下側の軸部の上端に中間補強体の下端を接続し、その中間補強体の上端に上側の軸部の下端を接続することで済み、施工性が良好である。
この場合、中間補強体と上側又は下側の軸部との連結は、請求項７のようにアルマイト処理が施されたアルミニウム管からなるジョイント管を用いボルトで連結することで、溶接作業が不要となり、極めて能率的に接続することができる。このようなジョイント管による接続は、特別な技能を必要とせず極めてシンプルで誰でも対応可能であり、かつスピーディな施工が可能であり、安心、安全かつ確実性のある鋼管接続部を確保できる。

本発明の回転圧入工法用の杭状地盤補強体は、請求項８のような設計方法を採用することで、本発明の杭状地盤補強体のメリットが十分に生かされる。

本発明の一実施例の回転圧入工法用の杭状地盤補強体を示すもので、杭状地盤補強体が地盤に貫入された状態を示す図である。 図１の要部の拡大図である。 図１又は図２における翼部材部分の拡大図である。 図３の翼部材の平面図である（但し、軸部（軸部鋼管）を断面で示している）。 図２における中間補強体１５を拡大した図である。 図５の中間補強体の分解図である。 図２における中間補強体１５と下方の軸部２’との接続部３２の拡大した斜視図である。 図７の分解斜視図である。 図２の鋭角先端部材３の断面で示した拡大図である。 鋭角先端部材の他の実施例を示す正面図である。 図１０の底面図である。 図１０の斜視図である。

以下、本発明の回転圧入工法用の杭状地盤補強体、及び＠これに用いる中間補強体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。

図１は本発明の一実施例の回転圧入工法用の杭状地盤補強体１を地盤に貫入された状態の図、図２は図１の要部拡大図である。
この杭状地盤補強体１は、鋼管からなる軸部（軸部鋼管）２の先端に貫入用の鋭角先端部材３が溶接固定され、前記軸部２の先端から適宜の距離Ｌだけ離れた上方位置に推進用の翼部材４が溶接固定された構成である。 符号１５は後述する中間補強体である。
実施例の軸部２は直径ｄが例えば１０１．６ｍｍφや１１４．３ｍｍφ等の鋼管である。
翼部材４の軸部２の先端からの距離Ｌは、必要とする周面摩擦力を確保できるような距離とする。この距離距離Ｌは種々の条件によって異なるが、少なくとも固い地盤からの距離Ｌ’が１ｍ以上、とする。

図３は図２（又は図１）における翼部材４の拡大図、図４は図３を上から見た平面図である。
この翼部材４は、直径が前記軸部２の直径ｄより大でかつ中央部に下面側から見て杭頭側にへこんだ円形の凹部５（符号５’は凹部５の外側面（上面）を示す）を有し、前記凹部５より外側に張り出した鍔部６に、翼部材周縁から中央に向かう切欠き部７を有し、前記切欠き部７の翼部材周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部８、９が形成された形状である。すなわち、推進力を得るための上向き傾斜した傾斜面部８と下向きに傾斜した傾斜面部９とを有する。
また、翼部材４の下面の前記凹部５に軸部２の直径ｄより大の下面円板１０が溶接固定されており、この下面円板１０に翼部材４の下側の軸部２が溶接固定されている。
この実施例では、特に大きな力が作用する下向き傾斜面部９を補強するための角棒状の補強部材１１を溶接固定している。この補強部材１１は鍔部６の裏面に上端部が溶接固定されるとともに側面部が下向き傾斜面部９の側端面に溶接固定されて、下向き傾斜面部９を補強している。
実施例の翼部材４の直径Ｄは４００ｍｍである。

この実施例では、杭状地盤補強体施工に際して杭状地盤補強体１の中間位置の用いられる前述の中間補強体１５を予め工場で製作しておく。すなわち、この中間補強体１５は、前記翼部材４の下面及び上面にそれぞれ短尺鋼管２Ａ、２Ｂを溶接固定したものである。
施工に際しては、この中間補強体１５を施工現場に搬入すれば、施工現場では、貫入させた下側の軸部２（２’）の上端に中間補強体１５の下側の短尺鋼管２Ｂの下端を接続する。下側の短尺鋼管２Ｂに中間補強体１５を接続した後、さらに一定深さだけ貫入させ、次いで、中間補強体１５の上側となる軸部２（２”）を中間補強体１５の上側の短尺鋼管２Ａに接続する。

この場合、図７、図８に示すように、中間補強体１５の長さＭの短尺鋼管２Ａ又は２Ｂと下側の軸部２’又は上側の軸部２”との接続部３２は、アルマイト処理が施されたアルミニウム管からなるジョイント管３５を用いボルト３８で接続することができる。なお、図２の符号３２は、貫入させた下側の軸部２’の上端に中間補強体１５の下側の短尺鋼管２Ａの下端を接続する接続部を示す。図示例の短尺鋼管２Ａ又は２Ｂの長さＭは１ｍである。
このように、ジョイント管３５とボルト３８で接続できることで、溶接作業が不要となり、極めて能率的に接続することができる。このようなジョイント管３５による接続は、特別な技能を必要とせず極めてシンプルで誰でも対応可能であり、かつスピーディな施工が可能であり、安心、安全かつ確実性のある鋼管接続部を確保できる。
図７、図８について若干説明すると、ジョイント管３５はその内部に断面内を仕切る態様の仕切り壁部３６を有し、仕切り壁部３６をも貫通する上下２つのボルト挿通孔３５ａが設けられている。中間補強体１５の下側の軸部２Ａにボルト挿通孔３４ａ、この軸部２Ａの下端が接続される下側の下方軸部２’に３３ａが設けられ、ボルト３８、ナット３９で接続される。

図１、図２における軸部２の先端の鋭角先端部材３は、図９に示すように、軸部２の下端を閉塞する底板４４に溶接固定した円錐外面を有する円錐状の鋭角先端部材である。図示例の円錐状鋭角先端部材３は、鋼板で形成された中空円錐体であるが、中実の円錐体を用いてもよい。

図１０〜図１２に他の実施例の鋭角先端部材６３を示す。
この鋭角先端部材６３は、軸部２の下端を閉塞する底板４４に鋭角の三角形板状掘削刃６１を垂直に溶接固定し、この三角形板状掘削刃６１の側面に、半円状の傾斜翼６２を溶接固定した構成である。
なお、半円状の傾斜翼６２は、螺旋状の傾斜面としてもよい。

１ 杭状地盤補強体
２ 軸部（鋼管からなる軸部）
２’ 中間補強体より下方の軸部
２” 中間補強体より上側の軸部鋼管
２Ａ （中間補強体における翼部材より）下側の短尺鋼管
２Ｂ （中間補強体における翼部材より）上側の短尺鋼管
３、６３ 鋭角先端部材
４ 翼部材
５ 凹部
５’凹部の外側部分
６ 鍔部
７ 切欠き部
８ 上向きの傾斜面部
９ 下向きの傾斜面部
１０ 下面円板
１１ 補強棒
１５ 中間補強体
３２ 接続部
３５ ジョイント管
３６ 仕切り壁部
３８ ボルト
３９ ナット
４４ 底板
６１ 板状掘削刃
６２ 半円状の傾斜翼
ｄ 軸部（鋼管）の直径
Ｄ 翼部材の直径

Claims (8)

1. 鋼管からなる軸部２の先端に貫入用の鋭角先端部材３、６３が溶接固定され、前記軸部の先端から離れた上方位置に推進用の翼部材４が溶接固定されたことを特徴とする回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
2. 前記鋭角先端部材は、円錐外面を有する円錐状の鋭角先端部材３であることを特徴とする請求項１記載の回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
3. 前記鋭角先端部材は、軸部断面輪郭の範囲内において、軸部下端に開口を閉塞する底板４４に鋭角の板状掘削刃６１を垂直に固定し、前記板状掘削刃の側面に、半円状の傾斜翼６２を溶接固定した構成であることを特徴とする請求項１記載の回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
4. 前記翼部材４は、直径Ｄが前記軸部の直径ｄより大でかつ中央部に下面側から見て杭頭側にへこんだ円形の凹部５を有し、前記凹部より外側に張り出した鍔部６に、翼部材周縁から中央に向かう切欠き部７を有し、前記切欠き部の翼部材周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部８、９が形成された構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
5. 前記翼部材の下面の凹部に軸部の直径ｄより大の下面円板１０が溶接固定され、翼部材より下側の軸部２（２Ａ）が前記下面円板に溶接固定されていることを特徴とする請求項４に記載の回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
6. 請求項１〜５の杭状地盤補強体を施工する際に杭状地盤補強体の中間位置に用いる杭状地盤補強体用の中間補強体１５であって、
   前記翼部材の下面及び上面にそれぞれ短尺鋼管２Ａ、２Ｂを溶接固定したことを特徴とする杭状地盤補強体用の中間補強体。
7. 請求項６の中間補強体１５を用いて杭状地盤補強体を施工する際の中間補強体と下側又は上側の短尺鋼管２Ａ、２Ｂとを連結する連結構造が、
   前記下側及び上側の短尺鋼管２Ａ、２Ｂの内面にそれぞれ嵌合する短尺のジョイント管３５を備え、
   前記ジョイント管はその断面内を横断する態様の１又は複数の仕切り状壁部３６を有する断面形状に押し出し成形されかつアルマイト処理が施されたアルミニウム管であり、
   前記下側又は上側の短尺鋼管をそれぞれ貫通する貫通ボルト３８が、短尺鋼管内の前記ジョイント管の管壁及び前記仕切り状壁部にあけたボルト挿通孔３３ａを貫通し、前記各貫通ボルトの先端部に螺合するナット３９により締着されている連結構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転圧入工法用の杭状地盤補強体。
8. 杭状地盤補強体を設計する杭状地盤補強体の設計方法であって、請求項１〜５又は７の杭状地盤補強体の支持力を算定するに際して、最初に杭状地盤補強体の外径ｄを決定し、当該杭状地盤補強体の杭先端から前記翼部材までの軸部の周面摩擦力による支持力を算定し、当該杭状地盤補強体が必要とする必要支持力と前記算定した周面摩擦支持力とに基づいて、前記翼部材の仕様を決定することを特徴とする杭状地盤補強体の設計方法。
   

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