JP2020026709A - リング状先端金物 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎杭が岩盤層などの堅固な地盤への確実な根入が求められる中、そのような硬質地盤や岩盤中に杭を打設するに際して、アースオーガ工法では掘削できない硬質地盤や岩盤の掘削能力に定評のあるダウンザホールハンマを用い、また打設された杭が十分な支持力を確保できるものであり、ダウンザホールハンマとのクリアランスを確保しながら先端閉塞構造を構成できるリング状先端金物を提供する。【解決手段】鋼管１内にダウンザホールハンマ６を中掘り式にセットし掘進する中掘り杭工法において使用され、鋼管１の先端に設ける被打撃面１４を有するリング状先端金物であって、内側に軸心直角方向に突出したシアーキー１３を設けてずれ止め金物として兼用し、かつ、前記被打撃面１４はシアーキー１３の一つに形成され、その他のシアーキー１３よりも軸心直角方向に突出するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁基礎杭、建築基礎杭などの基礎杭などに使用される中掘り杭工法に使用される鋼管（ケーシングパイプ）のリング状先端金物に関するものである。

中掘り工法は、河川流域から発達した我が国の都市部に多い比較的軟弱な地盤を中心として、アースオーガ工法等の技術により施工が行われている杭打ち工法である。

既存技術の代表的な方法である中掘り工法は、下記特許文献１にもあるように、無限軌道式ベースマシン（三点支持式杭打ち機等）におけるリーダに沿って配置される既製杭である鋼管杭内に鋼管杭の内径より小さな直径を有するオーガースクリューを配置し、オーガー駆動装置によりオーガースクリューを回転させ鋼管杭の先端の地盤を掘削しながら鋼管杭を沈設し、支持層に到達したところで先端処理を行い、杭を造成する方法である。
特許第３１７０６０４号公報

前記先端処理としては、沈設後の杭の支持力を増大するため、支持層に所定長打ち込むか、支持層中にセメントミルクを注入して杭と一体化するなどの対策がとられる。

前者は打撃によって杭の先端中空部に土を充填させ、先端を閉塞させるともに、支持層中に貫入させて支持力を得る最終打撃方式のものであり、後者は下端部の管内外にモルタル、セメントミルク、コンクリートといったセメント系資材を打設（場合によっては地盤と混錬）することで先端処理を行っている。

このようにセメント系資材を打設する先端処理の場合、打設される基礎杭に橋梁あるいは建築物等の上部構造物の荷重が、鋼管杭〜ずれ止め〜鋼管杭内コンクリート〜支持地盤の順に円滑に荷重が伝達されるよう、管状杭（内空部）止め部が設けられることがある。

このずれ止め部は、下記非特許文献にも示されるように杭頭部にリブの無い平鋼管を用い、鋼管下端部には突起リング（平鋼をリング状に加工したもの）を複数段溶接によって取り付けたものである。
道路橋における 鋼管杭基礎・鋼管矢板基礎の中掘り杭工法（セメントミルク噴出攪拌方式）施工ガイドライン（案） 平成２７年３月、一般社団法人 鋼管杭・鋼矢板技術協会発行 第２２頁 図―２．１０（ｄ）

図５に示すように、コンクリートを充填する鋼管（ケーシングパイプ）１の先端にはシアーキーとなる突起リング２を上下に間隔を存して設けている。

一方、基礎杭が岩盤層などの堅固な地盤への確実な根入が求められる場合には、アースオーガ工では掘削できない硬質地盤や岩盤の掘削能力に定評のあるダウンザホールハンマを用いて、硬質地盤や岩盤中に杭を打設することで、打設された杭が十分な支持力を確保できる。

図３、図４に示すようにダウンザホールハンマ６は地盤や土砂を掘削する掘削工具として、先端面に超硬合金等の硬質材料からなるボタン状のチップ８ａが複数固定されたビットヘッド８と、このビットヘッド８に打撃を与えるエアハンマであるデバイス７を有し、ダウンザホールハンマ６の上端には駆動シャフト１０が固設されており、該シャフト１０は回転駆動装置に作動可能に連結されている。

図中９はダウンザホールハンマ掘削装置が鋼管を打撃圧入させるための突出部（デバイスガイド部）であり、この突出部９によって、リング状の段差部９ａが形成される。

下記特許文献にもあるが、ダウンザホールハンマ６を使用する場合は、鋼管（ケーシングパイプ）１の先端にリング状金物であるリング状先端金物（ケーシングトップ）１１が装着され、リング状先端金物１１の後端面が前記段差部９ａに当接されるように配置されている。
特開２００６−２８３５１６号公報

かかるリング状先端金物１１は、先端側（図３において下側）が肉厚部１１ｂとされ、後端側（図３において上側）が肉薄部１１ａとされており、肉厚部１１ｂと肉薄部１１ａとの間にテーパー面部１１ｃが形成されている。このテーパー面部１１ｃにケーシングパイプ１の先端部が溶接１２される。

前記特許文献２はいわゆる拡径掘削機に関するものであり、回転されて被掘削材に対して穿孔方向に送られると、被掘削材からの掘削抵抗によって、３つのビットヘッド８が各々の取付軸部の軸線を中心として回転し、ビットヘッド８の一部がデバイス７の外周面よりも突出した状態となり、ビット部が拡径される。この状態で、穿孔方向に掘削を行うことで、デバイス７の外径よりも一段大径の掘削孔が形成される。

一方、反対方向に回転すると、被掘削材との摩擦抵抗によって、３つのビットヘッド８が各々の取付軸部の軸線を中心として回転し、ビット部すべてがデバイス７の外径よりも内部に位置するように縮径される。この状態で穿孔方向と反対側に移動することでダウンザホールハンマ６を取り出すことができる。

なお、図４は鋼管内面とダウンザホールハンマのクリアランスの関係を示すものである。

中掘り杭による中掘り工法では前記のように先端閉塞を確保するために、鋼管先端内面にフラットバーなどのずれ止めを取り付けて打設し、セメントミルク、コンクリートで先端処理を行っている。

ダウンザホールハンマを用いる中掘り工法の場合、鋼管先端に施工治具であるリング状先端金物を取り付けるが、施工に際してハンマとリング状先端金物とのクリアランスを確保する必要がある。

しかし、図４に示すように鋼管内面とダウンザホールハンマのクリアランスが小さいことから、前記ずれ止めを形成するフラットバーはリング状先端金物に取けることが難しく、鋼管内壁に取り付けることになり、手間と加工負荷が高くなる課題がある。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、基礎杭が岩盤層などの堅固な地盤への確実な根入が求められる中、そのような硬質地盤や岩盤中に杭を打設するに際して、アースオーガ工法では掘削できない硬質地盤や岩盤の掘削能力に定評のあるダウンザホールハンマを用い、また打設された杭が十分な支持力を確保できるものであり、ダウンザホールハンマとのクリアランスを確保しながら先端閉塞構造を構成できるリング状先端金物を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、鋼管内にダウンザホールハンマを中掘り式にセットし掘進する中掘り杭工法において使用され、鋼管先端に設けるダウンザホールハンマ被打撃部を有するリング状先端金物であって、内側に軸心直角方向に突出したシアーキーを設けてずれ止め金物として兼用し、かつ、前記ダウンザホールハンマ被打撃部はシアーキーの一つに形成され、その他のシアーキーよりも軸心直角方向に突出するようにしたことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、リング状先端金物の使用によりダウンザホールハンマの打撃力を硬質地盤や岩盤への杭の打設力に利用することができ、ずれ止め金物として兼用することで、大きな打撃力が高頻度に杭にかかるダウンザホールハンマ施工において鋼管杭に対してリング状金物を介して高品質のシアーキーを提供でき、コンクリートとの確実な一体化が実現できることから高品質な杭構造を得ることができる。

さらに、リング状先端金物に加工を施してずれ止めとすることで、クリアランスを確保しながら先端閉塞構造を構成でき、また、鋼管内壁にずれ止めを追加する場合も、リング状先端金物に加工を施した分、ずれ止め段数と下端からの設置区間距離を削減でき取り付けの際等の施工上の負荷を軽減できる。

また、ダウンザホールハンマ掘削ビットが直接当たるリング状先端金物の打撃面および案内面をその他のズレ止め部よりも突出させることにより、ダウンザホールハンマによる打撃力を、リング状先端金物を介して鋼管杭に伝達する際、ダウンザホールハンマとの直接の接触をしないようにして摩耗を防ぐことができる。

請求項２記載の本発明は、鋼管内にダウンザホールハンマを中掘り式にセットし掘進する中掘り杭工法において使用され、鋼管先端に設けるダウンザホールハンマ被打撃部を有するリング状先端金物であって、内側に軸心直角方向に突出したシアーキーを設けてずれ止め金物として兼用し、かつ、ダウンザホールハンマ被打撃部はシアーキーの一つに形成され、また、下端側には、ダウンザホールハンマ側面を囲繞して、且つダウンザホールハンマの運動を許容するクリアランスを有する軸心方向に平行な案内面を焼き入れにより硬化処理が施して形成したことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマ側面を囲繞して、且つダウンザホールハンマの運動を許容するクリアランスを有する軸心方向に平行な案内面を形成したので、この案内面がダウンザホールハンマの掘削ビットのスタビライザーとして機能することにより、ダウンザホールハンマの姿勢が保持され、掘進と杭打設の直進性が確保できる。

しかも、案内面を焼き入れにより硬化処理することにより、ダウンザホールハンマの打撃時に直接接触しても摩耗が最小限に抑えられるようにすることができる。また、耐摩耗鋼を使用するよりも、最小限の範囲のみ焼き入れを施すほうが入手性やコストの観点から優位となる。

請求項３記載の本発明は、鋼管にいんろう嵌合し、シアーキー設置位置の背面部分を鋼管とスロット溶接することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、鋼管にいんろう嵌合で接合されることにより、裏当て金が不要であり、また杭心とリング状先端金物のリング心の位置合わせも容易であるため、製作コストが縮減できる。

内面にずれ止めを設けた鋼管と固化体の付着耐力については種々の評価方法が提案されており、一例として鉄道総合技術研究所編 『鉄道構造物等設計標準・同解説 鋼とコンクリートの複合構造物（平成２８年１月）』がある。

前記基準の付着耐力式では、径厚比（鋼管板厚／鋼管径）が大きくなると鋼管による拘束効果により付着強度が大きくなることが示されており、コンクリートとの確実な一体化を担うシアーキー部分の背面近傍（特にコンクリートの圧壊が始まるシアーキー下面部分の背面近傍）が鋼管杭とスロット溶接で完全固定されることにより、有効となる径厚比が大きくみなせることで付着強度にプラスの効果があるとともに、リング状先端金物と鋼管杭の杭完成後の一体化の高い品質が確保できる。

また、リング状先端金物の非打撃面１４が突出部９の段差部９ａにより打撃される際には、非打撃部を兼ねるシアーキーには鋼管から剥がれる方向に曲げが生じるため、非打撃部を兼ねるシアーキー設置位置近傍の背面部分をスロット溶接することで変形を抑制できる。

以上述べたように本発明のリング状先端金物は、基礎杭が岩盤層などの堅固な地盤への確実な根入が求められる中、そのような硬質地盤や岩盤中に杭を打設するに際して、アースオーガ工法では掘削できない硬質地盤や岩盤の掘削能力に定評のあるダウンザホールハンマを用い、また打設された杭が十分な支持力を確保できるものであり、ダウンザホールハンマとのクリアランスを確保しながら先端閉塞構造を構成できるものである。

本発明のリング状先端金物の１実施形態を示す縦断側面図である。 本発明のリング状先端金物の他の実施形態を示す縦断側面図である。 従来例を示す縦断側面図である。 拡径ダウンザホールハンマでの鋼管内面とダウンザホールハンマのクリアランスの関係を示す説明図である。 フラットバーによりずれ止め部が設けられた鋼管杭の縦断側面図である。

以下図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の中掘り杭工法およびそれに使用するずれ止め金物の１実施形態を示すもので、前記従来例を示す図３と同一構成要素には同一参照符号を付したものである。

図中１は鋼管（ケーシングパイプ）、６はダウンザホールハンマで、ダウンザホールハンマ６は地盤や土砂を掘削する掘削工具として、図示は省略するが、先端面に超硬合金等の硬質材料からなるボタン状のチップが複数固定されたビットヘッド８と、このビットヘッド８に打撃を与えるエアハンマであるデバイス７を有し、ダウンザホールハンマ６の上端には駆動シャフト１０が固設されており、該シャフト１０は回転駆動装置に作動可能に連結されている。

図中９はダウンザホールハンマ掘削装置が鋼管を打撃圧入させるための突出部（デバイスガイド部）であり、この突出部９によって、リング状の段差部９ａが形成される。

図中１１は鋼管（ケーシングパイプ）１の先端（管状杭の軸心方向の下端部）に装着されるリング状先端金物（ケーシングトップ）で、このリング状先端金物１１は鋼管（ケーシングパイプ）１とほぼ同じの外径（形）を有し、上端には
ダウンザホールハンマ被打撃面１４が形成される。

リング状先端金物１１は、ケーシングパイプ１の先端部に溶接１２されるが、先端側（図１において下側）が肉厚部１１ｂとされ、後端側（図１において上側）が肉薄部１１ａとされており、肉厚部１１ｂと肉薄部１１ａとの間にテーパー面部１１ｃが形成されていて、肉薄部１１ａが鋼管（ケーシングパイプ）１内に入りこみ、いんろう嵌合１６で連結させる。

このテーパー面部１１ｃにケーシングパイプ１の先端部が溶接１２される。

そして、リング状先端金物１１の内側にずれ止めとして軸心直角方向に突出したシアーキー１３を上下複数段に間隔を存して設けて、リング状先端金物１１をずれ止め金物として兼用させた。

前記肉薄部１１ａが鋼管（ケーシングパイプ）１内に入りこみ、いんろう嵌合１６で連結させる場合、ダウンザホールハンマの掘削装置（拡径ビット部）と鋼管内壁の間（クリアランス）は狭く、また、掘削装置が鋼管を打撃圧入させるための突出部（デバイスガイド部）があり、より一層クリアランスが小さいことから、小口径などの装置構成においてはその小さいクリアランスでは、ズレ止めをデバイスガイドより上につけることは困難な可能性が生ずるが、リング状先端金物１１に溝加工を施すことでシアーキー１３が形成できる。

小口径などの装置構成で、図４の小口径のようなプロポーション（比率）でデバイスガイドとケーシング内径が構成される場合、そのクリアンスがないため、（たとえ図のようにドリルロッド外径とケーシング内径のクリアランスが大きくても）ハンマーセットの段階でデバイスガイド外周がズレ止めに当たってしまい挿通できないからである。

なお、シアーキー１３の形成は、このような溝加工を施すことの他、溶接成型突起として形成することも可能である。ここで、溶接成型突起とは、溶接材料を溶融させながら所定の形状に成型した突起の意味である。

シアーキー１３は略リング状の金物であるリング状先端金物１１の内空部に突出した略リング状凸部であり、略リング状凸部に隣接して略リング状凹部を配設して段差を設け、少なくとも上下間隔を空けて複数個形成される。

前記リング状先端金物１１のダウンザホールハンマ被打撃面１４は掘進とともに掘削ビットの一部に打撃されるもので、リング状先端金物１１の内空部の軸心直角方向に突出して形成されるが、この被打撃面１４はシアーキー１３の一つに形成した。

該被打撃面１４はその他のシアーキー１３より軸心直角方向に突出してダウンザホールハンマ掘削ビットデバイス部と接触する近接した位置になるようにして、その他のシアーキー１３を保護するようにして形成される。

また、この被打撃面１４は焼き入れによる硬化処理１７を施したものである。

さらに、いんろう嵌合部に位置するシアーキー１３、被打撃面１４の背面はスロット溶接１８を介して鋼管１と一体化した。

また、リング状先端金物１１の下端側には、ダウンザホールハンマ６の側面を囲繞して、且つダウンザホールハンマ６の運動を許容するクリアランスを有する軸心方向に平行な案内面１５を形成した。案内面１５はシアーキー１３のひとつ（図示では最下段）に形成する。

案内面１５は、ダウンザホールハンマの掘削ビットのスタビライザーとして機能することにより、ダウンザホールハンマの姿勢が保持され、掘進と杭打設の直進性が確保できる。

リング状先端金物１１は、鋼管杭の材質と同等の鋼材で構成することができ、更に、掘削装置との組み合わせや土質や構造物の用途等の設計条件により、必要に応じての全部もしくは内空部の一部は、機械構造用炭素鋼材（Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ等）で構成されてもよく、前記被打撃面１４と同じく案内面１５はデバイスとの（直接の）接触が生ずるものとして焼き入れによる硬化処理１７を施して摩耗耐性を向上させるように形成する。

図２は他の実施形態を示すもので、鋼管（ケーシングパイプ）１は先端部内壁にシアーキー１３を設けたものであり、このようなシアーキー１３付きの鋼管（ケーシングパイプ）１の鋼管杭の先端にリング状先端金物１１を取り付けた。

これにより、リング状先端金物１１単独で確保するよりも強固にコンクリートと一体化することができ、そのような一体化を目的として鋼管杭にもズレ止め加工を追加する場合にも、リング状先端金物にズレ止め加工が施してある分、ズレ止め段数と下端からの設置区間距離を削減できる。

前記本発明のリング状先端金物１１によるずれ止め金物を使用して行う本発明の中掘り杭工法は、鋼管（ケーシングパイプ）１による管状杭の中空部に、ダウンザホールハンマ６、駆動シャフト１０から成る掘削軸部材を挿入し、前記ダウンザホールハンマ６を圧縮空気により駆動し打撃運動をさせるとともに、前記駆動シャフト１０を回転させることにより掘削を推進するとともに、前記リング状先端金物１１の前記被打撃面１４を、前記ダウンザホールハンマ６の一部で打撃することにより孔内に鋼管（ケーシングパイプ）１を打撃圧入する。

これにより、打撃圧入が完了すると、前記鋼管（ケーシングパイプ）１の軸心方向下端部にグラウチングを行い、杭を造成する。

１…鋼管（ケーシングパイプ） ２…突起リング
６…ダウンザホールハンマ ７…デバイス
８…ビットヘッド ８ａ…チップ
９…突出部 ９ａ…段差部
１０…駆動シャフト １１…リング状先端金物
１１ａ…肉薄部 １１ｂ…肉厚部
１１ｃ…テーパー面部 １２…溶接
１３…シアーキー １４…被打撃面
１５…案内面 １６…いんろう嵌合
１７…焼き入れによる硬化処理 １８…スロット溶接

Claims (3)

1. 鋼管内にダウンザホールハンマを中掘り式にセットし掘進する中掘り杭工法において使用され、鋼管先端に設けるダウンザホールハンマ被打撃部を有するリング状先端金物であって、内側に軸心直角方向に突出したシアーキーを設けてずれ止め金物として兼用し、かつ、前記ダウンザホールハンマ被打撃部はシアーキーの一つに形成され、その他のシアーキーよりも軸心直角方向に突出するようにしたことを特徴とするリング状先端金物。
2. 鋼管内にダウンザホールハンマを中掘り式にセットし掘進する中掘り杭工法において使用され、鋼管先端に設けるダウンザホールハンマ被打撃部を有するリング状先端金物であって、内側に軸心直角方向に突出したシアーキーを設けてずれ止め金物として兼用し、かつ、ダウンザホールハンマ被打撃部はシアーキーの一つに形成され、また、下端側には、ダウンザホールハンマ側面を囲繞して、且つダウンザホールハンマの運動を許容するクリアランスを有する軸心方向に平行な案内面を焼き入れにより硬化処理が施して形成したことを特徴とするリング状先端金物。
3. 鋼管にいんろう嵌合し、シアーキー設置位置近傍の背面部分を鋼管とスロット溶接する請求項１または請求項２記載のリング状先端金物。