JP2020139283A - 異径鋼管杭接続部材、及びこれを用いた鋼管杭。 - Google Patents

Abstract

【課題】上杭と下杭との種々の径差に容易に対応することが可能で安価に製作でき、かつ、拡頭杭の場合にも拡底杭の場合にも対応が容易な異径鋼管杭接続部材を提供する。
【解決手段】互いに径の異なる鋼管杭を上下に接続して設置される鋼管杭である場合に大径側鋼管杭５１と小径側鋼管杭５２とを上下に接続する際に用いられる異径鋼管杭接続部材１であって、大径側鋼管杭５１の外径より少なくとも小径ではない円形平板２の片側面に、大径側鋼管杭５１が溶接接続される鋼製の大径短尺管３の管端を内外面とも全周溶接固定し、円形平板２の他側面に、小径側鋼管杭５２が溶接接続される鋼製の小径短尺管４の管端を内外面とも全周溶接固定してなる。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転圧入工法により地盤に設置される鋼管杭が、径の異なる鋼管杭を上下に接続して設置される鋼管杭の鋼管接続部に適用されて、拡頭杭を施工する場合にも拡底杭を施工する場合にも簡単に対応可能な異径鋼管杭接続部材、及び、これに用いて施工される鋼管杭に関する。

径の異なる鋼管杭を上下に接続してなる鋼管杭を施工する場合に、大径側鋼管杭と小径側鋼管杭とを接続する異径鋼管杭接続部材として例えばネジ式の継手構造がある（特許文献１）。
特許文献１のネジ式継手構造は、特許文献１における符号を用いて説明すると、小径側の下部鋼管杭１ｃの上端部にメネジの上部ネジ継手部材４を溶接固定し、大径側の上部鋼管杭１ｂの下端部にオネジ５ａの下部ネジ継手部材５を溶接固定し、小径側の下部鋼管杭１ｃの上部ネジ継手部材４のメネジ４ａに、大径側の上部鋼管杭１ｂの下部ネジ継手部材５のオネジ５ａの螺合締着した構造である。

また、特許文献２の継手構造は、特許文献２における符号を用いて説明すると、小径である下側鋼管杭２の上端にこれと同径で短管の下杭特殊部３を溶接固定し、この下杭特殊部３に、短管の上杭特殊部５を若干上にずらした位置で外嵌させて溶接固定し、大径側である上側鋼管杭４の下端部を、前記上杭特殊部５の径と同径（下側鋼管杭２の径と同径）に窄ませた上で、前記上杭特殊部５の上端面に載せ、前記上杭特殊部５の上端部を前記上側鋼管杭４の前記窄ませた下端近傍に溶接固定するという継手構造である。

特開２００３−１０５７５５ 特開２０１３−２３４５６１

特許文献１のネジ式の継手構造は、ネジ加工を必要とするので煩雑でありコストも高くなる。
特許文献２の継手構造は、上側鋼管杭４の下端部を上杭特殊部５の径と同径（下側鋼管杭２の径と同径）に窄ませる加工が必要である点で煩雑であり、また、大幅に窄ませるの困難と思われるから、若干の径差の場合にしか採用できないと思われる。

本発明は上記背景のもとになされたもので、ネジ加工や絞り加工等を必要としない構造とするとともに、上杭と下杭との種々の径差に容易に対応することが可能で安価に製作できる異径鋼管杭接続部材を提供することを目的とし、また、この異径鋼管杭接続部材により拡頭杭の場合にも拡底杭の場合にも対応が容易な異径鋼管杭接続部材、及びこれを用いた鋼管杭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が、互いに径の異なる鋼管杭を上下に接続して設置される鋼管杭である場合に、大径側鋼管杭と小径側鋼管杭とを上下に接続する際に用いられる異径鋼管杭接続部材であって、
前記大径側鋼管杭の外径より少なくとも小径ではない円形平板の片側面に、前記大径側鋼管杭が溶接接続される鋼製の大径短尺管の管端を内外面とも全周溶接固定し、
前記円形平板の他側面に、前記小径側鋼管杭が溶接接続される鋼製の小径短尺管の管端を内外面とも全周溶接固定してなることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の異径鋼管杭接続部材において、前記大径短尺管の外径をＤ１、内径をｄ１とし、前記大径側鋼管杭の外径をＤ２、内径をｄ２とし、前記小径短尺管の外径をＤ３、内径をｄ３とし、前記小径側鋼管杭の外径をＤ４、内径をｄ４としたとき、
前記大径短尺管と前記大径側鋼管杭との互いの径の関係は、Ｄ１≧Ｄ２、かつｄ１≦ｄ２であり、
前記小径短尺管と前記小径側鋼管杭との互いの径の関係は、Ｄ３≧Ｄ４、かつｄ３≦ｄ４であることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の異径鋼管杭接続部材において、前記円形平板の外径が大径短尺管の外径と同径であることを特徴とする。

請求項４は、請求項１又は２の異径鋼管杭接続部材において、前記円形平板は、前記大径短尺管の外周面より半径方向外側に張り出した鍔部を有することを特徴とする。

請求項５は、請求項４の異径鋼管杭接続部材において、前記円形平板は、前記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ことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の異径鋼管杭接続部材を用いて拡頭杭として施工される鋼管杭であって、
前記大径側鋼管杭が杭上端側、前記小径側鋼管杭がその下側であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の異径鋼管杭接続部材を用いて拡底杭として施工される鋼管杭であって、
前記大径側鋼管杭が杭下端側、前記小径側鋼管杭がその上側であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の異径鋼管杭接続部材を用いて拡底杭として施工される鋼管杭であって、
前記杭下端側である前記大径側鋼管杭の先端に固定された前記推進力を発揮する先端部材が、前記大径側鋼管杭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。

本発明の異径鋼管杭接続部材によれば、ネジ加工や絞り加工等の加工が不要であり、かつ製作も容易であり安価に製作できる。
また、強度を必要とする異径鋼管杭接続部材として容易に高い強度を確保することができる。
また、上杭と下杭との種々の径差に容易に対応することが可能である。
また、この異径鋼管杭接続部材によれば、上下を逆にして用いることで、拡頭杭の鋼管杭を施工する場合にも拡底杭の鋼管杭を施工する容易に対応可能である。
なお、杭頭部側を大径（大径側鋼管杭）にする杭（拡頭杭）は、地震の横揺れによる杭頭部側に作用する水平力（剪断力）と曲げモーメントに対して高い抵抗力を確保するために採用する。鉛直支持力を確保することが主である杭下方部は経済性の点で小径（小径側鋼管杭）にする。
また、固い地盤に貫入される杭底部側を大径（大径側鋼管杭）にした杭（拡底杭）は、小径である場合より周面摩擦力による及び杭底面（又は広い鍔部を持つ先端部材）による鉛直支持力を高くするために採用する。Ｎ値の低い中間部も大径にするのは不経済なので中間部は小径（小径側鋼管杭）にする。

本発明の一実施例の異径鋼管杭接続部材の斜視図である（併せて、上下の鋼管杭を２点鎖線で示している）。 図１の異径鋼管杭接続部材の部分切欠きの正面図である。 上記異径鋼管杭接続部材を介して上下の鋼管杭を互いに接続した状態を示す図であり、拡頭杭を施工する場合の部分切欠きの正面図である（断面部分のハッチングは省略した）。 本発明の他の実施例の異径鋼管杭接続部材の斜視図である。 図４の異径鋼管杭接続部材の部分切欠きの正面図である。 本発明のさらに他の実施例の異径鋼管杭接続部材の斜視図である。 図５の異径鋼管杭接続部材の正面図である。 図１、２の異径鋼管杭接続部材を逆さに用いて拡底杭を施工する場合の斜視図である（併せて、上下の鋼管杭を２点鎖線で示している）。 図１、２に示した異径鋼管杭接続部材を使用して上下の鋼管杭を接続して施工した施工鋼管杭を説明する図であり、（イ）は拡頭鋼管杭を施工する場合、（ロ）は拡底杭鋼管杭を施工する場合、（ハ）は拡頭鋼管杭と拡底杭鋼管杭の両方を施工する場合の鋼管杭の施工図である。 上記異径鋼管杭接続部材と上下の鋼管杭とを裏当て金溶接接続する場合に用いる裏当てリングを示すもので、（イ）は裏当てリングの側面図、（ロ）は平面図、（ハ）は斜視図である。 図１、２に示した異径鋼管杭接続部材を介して上下の鋼管杭を接続する際に、図１０の裏当てリングを用いて行う場合を示す図であり、図３に相当する。 図９において施工鋼管杭の下端に取り付けられた先端部材を拡大して示すもので、（イ）は正面図、（ロ）は側面図（図９における姿）である。

以下、本発明の異径鋼管杭接続部材及び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。

図１は本発明の一実施例の異径鋼管杭接続部材１の斜視図（併せて、上下の鋼管杭を２点鎖線で示している）、図２は図１の異径鋼管杭接続部材１の部分切欠きの正面図である。
この異径鋼管杭接続部材１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おいて、互いに径の異なる鋼管杭を上下に接続する場合に用いるものである。
この異径鋼管杭接続部材１は、円形平板２の上側面に、上側の大径側鋼管杭５１が溶接接続される鋼製の大径短尺管３の管端を内外面とも全周溶接固定し、前記円形平板２の下側面に、下側の小径側鋼管杭５２が溶接接続される鋼製の小径短尺管４の管端を内外面とも全周溶接固定した構造である。

大径短尺管３と円形平板２との溶接接続は、内面側は全周隅肉溶接である。なお、開先を設けた隅肉溶接としてもよい。外面側は大径短尺管３側の全周に開先を設けた全周隅肉溶接である。
小径短尺管４と円形平板２との溶接接続は、小径短尺管４の内面側は全周隅肉溶接である。なお、開先を設けた隅肉溶接としてもよい。小径短尺管４の外面側は全周に開先を設けた全周隅肉溶接である。

図３は上記の異径鋼管杭接続部材１を介して上下の鋼管杭５１、５２を接続した状態を示す図である（断面を示すハッチングは省略している）。
この異径鋼管杭接続部材１は、図９（イ）に示すように、拡頭杭（すなわち、杭頭部側の鋼管杭がその下側の鋼管杭より大径である鋼管杭）を施工する場合であり、上側の大径側鋼管杭５１と下側の小径側鋼管杭５２とがこの異径鋼管杭接続部材１を介して溶接接続されている。
なお、図９（イ）において異径鋼管杭接続部材１に直接溶接接続される小径側鋼管杭を符号５２で示しているが、その小径側鋼管杭５２の下側に杭施工深さに応じて同径の鋼管杭を溶接接続される。設置された鋼管杭全体を施工鋼管杭６１として示す。

図２、図３における異径鋼管杭接続部材１のサイズは例えば、大径短尺管３の外径Ｄ１が２７３ｍｍ、板厚ｔ１が１５ｍｍ、内径ｄ１が２４３ｍｍ、小径短尺管４の外径Ｄ３が２１９ｍｍ、板厚ｔ３が１５ｍｍ、内径ｄ３が１８９ｍｍ、円形平板２の外径Ｄ５が２７３ｍｍ（大径短尺管３の外径Ｄ１と同径）、板厚ｔ５が１６ｍｍである。
図示例の異径鋼管杭接続部材１の上側に溶接固定される大径側鋼管杭５１は例えば、その外径Ｄ２が２６７．４ｍｍ、板厚ｔ２が９．３ｍｍ、内径ｄ２が２４８．８ｍｍである。下側に溶接固定される小径側鋼管杭５２は、例えばその外径Ｄ４が２１６．３ｍｍ、板厚ｔ４が８．３ｍｍ、内径ｄ４が１９９．７ｍｍである。
また、大径短尺管３及び小径短尺管４の高さ寸法Ｈはいずれも１５０ｍｍである。
本発明で対象とする鋼管杭の外径は、例えば１０１．６ｍｍφ〜４５７．２ｍｍ等が考えられるが、異径鋼管杭接続部材１の小径短尺管４の内面の全周溶接を考慮すると、溶接棒での手溶接作業を行う場合に容易に作業できる小径のサイズとしては、例えば２１６．３ｍｍφ以上が好適である。また、種々の条件から大径のサイズとして通常は３１８．５ｍｍ以内が好適である。

本発明は、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おいて適用されるものであり、図９（イ）、（ロ）、（ハ）にそれぞれ示すように、施工鋼管杭６１、６１Ａ、６１Ｂの下端に、回転により推進力を発揮する先端部材７０が固定されている。
この先端部材７０は、その詳細を示す図１２（イ）、（ロ）の通りであり、軸部（鋼管杭）６１の先端面に溶接固定された端面板７１と、前記端面板７１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７２とを備えている。
前記端面板７１は、軸部６１の外周面より外側部分である鍔部７３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７４及び下向きに傾斜した傾斜面部７５を有している。端面板７１のこの上下逆向きに傾斜した傾斜面部７４、７５が回転圧入時の回転により推進力を発揮する。
また、この先端部材７０の端面板７１はその中心部に円形の中心穴７６を有している。
前記掘削刃７２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７２ａを有しその先端側部分７２ｂが三角形状である五角形家形をなしており、端面板７１の前記中心穴７６に臨んで開口する切欠き７２ｃを有している。この実施例の切欠７２ｃの形状（内縁形状）は、幅が中心穴７６の直径と同寸法であり、掘削刃７２の全体輪郭である五角形と概ね相似の五角形をなしている。
この先端部材７０によれば、端面板７１の中心部にあけた中心穴７６と掘削刃７２側に形成した切欠き７２ｃ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。

図４、図５に他の実施例の異径鋼管杭接続部材２１を示す。
この異径鋼管杭接続部材２１は、円形平板２２が大径短尺管３の外周面より半径方向外側に張り出した鍔部２２ａを有している点で異なる。
この鍔部２２により、大径側鋼管杭５１の管径が大きい場合に、大径の大径短尺管３（なお、図４、５では図１、２と同サイズで示している）を溶接固定できる。
また、鋼管杭の施工完了時のこの異径鋼管杭接続部材２１の土中深さ位置が一定のＮ値を有する時は、この異径鋼管杭接続部材２１の鍔部２２ａは、鉛直支持力を高めるために一定の寄与をし、また、引抜き抵抗を高めるために一定の寄与をする。
なお、回転圧入時には前述の先端部材７０の端面板７１が既に土を攪拌しているので、異径鋼管杭接続部材２１に広い鍔部２２があっても、杭を回転圧入していくことに特に支障はない。

図６、図７にさらに他の実施例の異径鋼管杭接続部材３１を示す。
この異径鋼管杭接続部材３１は、円形平板３２が図４、図５の円形平板２２と同様に大径短尺管３の外周面より半径方向外側に張り出した鍔部３２を有しているが、この鍔部３２に互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部３２ａａ、３２ａｂを備えている点で異なる。
この異径鋼管杭接続部材３１における鍔部３２は、図４、５に示した異径鋼管杭接続部材２１の鍔部２２と同様な作用も奏するが、さらに、この異径鋼管杭接続部材３１における前記上下逆向きに傾斜した傾斜面部３２ａａ、３２ａｂが、図１２で説明した先端部材７０における上下逆向きに傾斜した傾斜面部７４、７５と概ね同様な効果を奏するので、杭施工に際して掘削推進力を高めることができる。
なお、この異径鋼管杭接続部材３１は、前述の異径鋼管杭接続部材２１と同様に、大径の鍔部３２が存在するので、大径側鋼管杭５１の管径が大きい場合でも、大径の大径短尺管３（なお、図６、７では図１、２と同サイズで示している）を溶接固定できる。

図８は図１の異径鋼管杭接続部材１を上下逆にして用いる場合を示す。
すなわち、異径鋼管杭接続部材１の下側に大径側鋼管杭５１’、上側に小径側鋼管杭５２’がある場合であり、図９（ロ）に示すような拡底杭（大径側鋼管杭５１’）を持つ鋼管杭６１（６１Ａ）が施工される。
固い地盤に貫入される杭底部側を大径（大径側鋼管杭５１’）にした杭（拡底杭）は、小径である場合より周面摩擦力による及び杭底面（又は広い鍔部を持つ先端部材）による鉛直支持力を高くするために有効であり、一方、周面摩擦力をあまり期待できない低い中間部も大径にするのは、不経済なので、異径鋼管杭接続部材１の上側の杭は小径（小径側鋼管杭）にする。このような場合に図８の構造が好適である。

図９（ハ）は、拡頭杭（大径側鋼管杭５１）及び拡底杭（大径側鋼管杭５１’）の両方を採用した鋼管杭６１（６１Ｂ）の実施例である。

図１０は異径鋼管杭接続部材１の大径短尺管３に大径側鋼管杭５１を溶接接続する際に、又は、小径短尺管４に小径側鋼管杭５２を溶接接続する際に用いる裏当て金として用いる裏当てリング８１示す。
この裏当てリング８１は、閉じた円形の輪ではなく切込み（隙間）８１ｄが入っているいわばＣ型リングであり、若干の径差ではあるが図で上側の大径部分８１ａと下側の小径部分８１ｂとが段差部８１ｃを介して連続する一体部品である。例えば短冊状の細長い鋼板を円形に湾曲させて製作できる。

異径鋼管杭接続部材１の大径短尺管３に大径側鋼管杭５１を溶接接続する際に用いる裏当てリング８１として説明すると、その大径部分８１ａの外径Ｄ６は大径側鋼管杭５１の内径ｄ２より僅かに小径であり（隙間がある）、小径部分８１ｂの外径Ｄ７は大径短尺管３の内径ｄ１より僅かに大径である（緊密に嵌合する。すなわち、切込み８１ｄの存在で弾性的に径が縮小して緊密に嵌合する）。
したがって、この裏当てリング８１の小径部分８１ｂを大径短尺管３に嵌め込むと、その段差部８１ｃが大径側鋼管杭５１と大径短尺管３との間の内面段差部に載る態様で、かつ、小径部分８１ｂが大径短尺管３に緊密に嵌合する。
その状態で、異径鋼管杭接続部材１の大径短尺管３に大径側鋼管杭５１を裏当て金有りの溶接接続をすることができる。

小径側鋼管杭５２に異径鋼管杭接続部材１の小径短尺管４を溶接接続する際に用いる裏当てリング８１’として説明すると（図示の裏当てリング８１’は上下逆の姿勢となる）、その大径部分８１ａの外径Ｄ６は小径側鋼管杭５２の内径ｄ４より僅かに小径であり（隙間がある）、小径部分８１ｂの外径Ｄ７は小径短尺管４の内径ｄ３より僅かに大径である（緊密に嵌合する。すなわち、切込み８１ｄの存在で弾性的に径が縮小して緊密に嵌合する）。
この場合は、予め裏当てリング８１’の小径部分８１ｂを異径鋼管杭接続部材１の小径短尺管４の内面に嵌め込んでおく。前述の通り、小径部分８１ｂが切込み８１ｄの存在で弾性的に径が縮小して小径短尺管４の内面に緊密に嵌合するので、下向き開口の小径短尺管４内に弾性的に保持されている（落下しない）。
その状態で、小径短尺管４に弾性的に取り付けられた裏当てリング８１’の大径部分８１ａを小径側鋼管杭５２内に挿入して小径短尺管４の下端面と小径側鋼管杭５２の上端面とを突き合わせることで、小径短尺管４と小径側鋼管杭５２とを裏当て金有りの溶接接続をすることができる。

１ 異径鋼管杭接続部材
２、２２、３２ 円形平板
２２ａ、３２ａ （円形平板の）鍔部
３ 大径短尺管
４ 小径短尺管
５１ 大径側鋼管杭
５２ 小径側鋼管杭
６１、６１Ａ、６１Ｂ 鋼管杭（軸部）
７０ 先端部材
７１ 端面板
７２ 掘削刃
７３ （端面板の）鍔部
８１（８１’） 裏当てリング
８１ａ 大径部分
８１ｂ 小径部分
８１ｃ 段差部分
８１ｄ 切込み

Claims (8)

1. 回転圧入工法により地盤に設置される鋼管杭が、互いに径の異なる鋼管杭を上下に接続して設置される鋼管杭である場合に、大径側鋼管杭と小径側鋼管杭とを上下に接続する際に用いられる異径鋼管杭接続部材であって、
   前記大径側鋼管杭の外径より少なくとも小径ではない円形平板の片側面に、前記大径側鋼管杭が溶接接続される鋼製の大径短尺管の管端を内外面とも全周溶接固定し、
   前記円形平板の他側面に、前記小径側鋼管杭が溶接接続される鋼製の小径短尺管の管端を内外面とも全周溶接固定してなることを特徴とする異径鋼管杭接続部材。
2. 前記大径短尺管の外径をＤ１、内径をｄ１とし、前記大径側鋼管杭の外径をＤ２、内径をｄ２とし、前記小径短尺管の外径をＤ３、内径をｄ３とし、前記小径側鋼管杭の外径をＤ４、内径をｄ４としたとき、
   前記大径短尺管と前記大径側鋼管杭との互いの径の関係は、Ｄ１≧Ｄ２、かつｄ１≦ｄ２であり、
   前記小径短尺管と前記小径側鋼管杭との互いの径の関係は、Ｄ３≧Ｄ４、かつｄ３≦ｄ４であることを特徴とする請求項１記載の異径鋼管杭接続部材。
3. 前記円形平板の外径が大径短尺管の外径と同径であることを特徴とする請求項１又は２記載の異径鋼管杭接続部材。、
4. 前記円形平板は、前記大径短尺管の外周面より半径方向外側に張り出した鍔部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異径鋼管杭接続部材。
5. 前記円形平板は、前記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ことを特徴とする請求項４記載の異径鋼管杭接続部材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の異径鋼管杭接続部材を用いて拡頭杭として施工される鋼管杭であって、前記大径側鋼管杭が杭上端側、前記小径側鋼管杭がその下側であることを特徴とする鋼管杭。
7. 請求項１〜５のいずれか１項の異径鋼管杭接続部材を用いて拡底杭として施工される鋼管杭であって、前記大径側鋼管杭が杭下端側、前記小径側鋼管杭がその上側であることを特徴とする鋼管杭。
8. 請求項７に記載の異径鋼管杭接続部材を用いて拡底杭として施工される鋼管杭であって、
   前記杭下端側である前記大径側鋼管杭の先端に固定された前記推進力を発揮する先端部材が、前記大径側鋼管杭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。
   

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