JP2020165238A - 回転杭および回転杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工する地盤の強度に応じて、掘削能力を変更することができ、輸送効率を向上させることのできる回転杭を提供すること。【解決手段】回転杭１は、長手方向の軸回りに捩られた捩り部４１を少なくとも一部に有する捩り平鋼から構成される掘削羽根４と、掘削羽根が４挿通される挿通孔２１が掘削方向先端部に形成された鋼管本体２とを備え、捩り部４１の捩り軸ＡＨが、鋼管本体２の材軸ＡＶに直交する方向に延びる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転杭および回転杭の施工方法に関する。

従来、鋼管杭を地盤に回転圧入することにより、鋼管杭を地盤中に埋設する技術が知られている。
たとえば、特許文献１には、鋼管杭の掘削方向先端の外周部分に、らせん状の掘削羽根を溶接固定した回転杭に関する技術が開示されている。
また、特許文献２には、鋼管杭の周囲に攪拌棒を突出させ、鋼管杭を埋設させた後、コンクリート等の混練体を流し込む際、鋼管杭を回転させて攪拌棒により混練体を攪拌し、混練体の硬化体の地耐力を向上させる技術が開示されている。

２００６−１７７１２５号公報 ２００１−４０６６０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、予め鋼管杭に掘削羽根を溶接しておく必要があり、施工する地盤強度が異なる場合に対応することができないという課題がある。
また、工場出荷の段階で掘削羽根が溶接されているため、搬送車の荷台の場積をとってしまい、輸送効率が低いという課題がある。
さらに、前記特許文献２に記載の技術では、施工現場で攪拌棒を挿通することができるものの、コンクリートの攪拌棒としてしか機能し得ず、回転杭の掘削羽根としては機能しないという課題がある。

本発明の目的は、施工する地盤の強度に応じて、掘削能力を変更することができ、輸送効率を向上させることのできる回転杭および回転杭の施工方法を提供することにある。

本発明の回転杭は、長手方向の軸回りに捩られた捩り部を少なくとも一部に有する捩り平鋼から構成される掘削羽根と、前記掘削羽根が挿通される挿通孔が掘削方向先端部に形成された鋼管本体とを備え、前記捩り部の捩り軸が、前記鋼管本体の材軸に直交する方向に延びる。

この発明によれば、鋼管本体に掘削羽根を挿通するだけで回転杭を形成できるため、予め複数種類の掘削羽根を準備しておけば、施工地の地盤強度に応じて掘削羽根を変更して回転杭の施工を行うことができる。
また、回転杭の搬送時、鋼管本体および掘削羽根を分離して搬送できるため、搬送車の荷台の場積をとることもなく、輸送効率が向上する。

本発明では、前記挿通孔は、前記鋼管本体の材軸に直交する断面において、前記材軸を中心として互いに対向する位置に形成され、前記掘削羽根は、前記材軸を中心として点対称に配置されるのが好ましい。
この発明によれば、掘削羽根が、鋼管本体の材軸を中心として点対称に配置される。したがって、鋼管本体から外側に突出する掘削羽根に作用する掘削力が均等に作用するので、回転杭の施工時に安定して地盤を掘削できる。

本発明では、前記掘削羽根には、前記鋼管本体の外側に前記掘削部の表裏面を貫通する抜け止めピンが設けられているのが好ましい。
この発明によれば、抜け止めピンを備えていることにより、鋼管本体から掘削羽根が脱落することを防止できるため、鋼管本体に掘削羽根を溶接することなく、回転杭を製造することができる。

本発明の回転杭の施工方法は、前述したいずれかの回転杭を施工する回転杭の施工方法であって、前記挿通孔に前記掘削羽根を差し込んで挿通する工程と、前記掘削羽根を前記鋼管本体に固定する工程と、前記掘削羽根が固定された回転杭により、地盤を掘削する工程と、を実施する。
この発明によっても、前述した作用および効果と同様の作用および効果を享受できる。

本発明では、前記掘削羽根は、サイズの異なる複数の掘削羽根が準備され、前記掘削羽根を差し込んで挿通する前に、掘削する地盤の強度に応じて掘削羽根を選択する工程を実施するのが好ましい。
この発明によれば、掘削する地盤の強度に応じて掘削羽根を選択することができるため、施工地の地盤強度に応じた適切な掘削作業を行うことができ、施工地の地盤強度に応じた回転杭を施工することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る回転杭の斜視図。 前記実施の形態における回転杭の平断面図。 前記実施の形態における回転杭の側面図。 前記実施の形態における回転杭の側面図。 本発明の第２の実施の形態に係る回転杭の平断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る回転杭の側面図。 本発明の第４の実施の形態に係る回転杭の平断面図。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
［１］第１の実施の形態
図１から図４には、本発明の第１の実施の形態に係る回転杭１が示されている。図１は回転杭１の斜視図であり、図２は回転杭１の平断面図であり、図３および図４は回転杭１の側面図である。
回転杭１は、回転圧入することにより地盤の掘削を行う杭であり、建築構造物の基礎杭や、軟弱地盤を補強する地盤補強材として利用される。回転杭１は、鋼管本体２、先端蓋３、および掘削羽根４を備える。

鋼管本体２は、幅寸法が５０ｍｍから１５０ｍｍ、厚さ寸法が２．３ｍｍから６ｍｍの断面矩形状の角形鋼管から構成され、具体的には一般構造用角形鋼管のＳＴＫＲ４００、ＳＴＫＲ４９０等が用いられる。
鋼管本体２の掘削方向先端部には、図２および図３に示すように、角形鋼管の互いに対向する面のそれぞれに、挿通孔２１が鋼管本体２の内外を貫通して形成される。挿通孔２１は、鋼管本体２の材軸ＡＶに対して傾斜して形成されたスリット状の矩形孔である。それぞれの挿通孔２１は、材軸ＡＶを中心として逆向きに形成され、２つの挿通孔２１には、掘削羽根４が鋼管本体２を貫通して設けられる。
また、挿通孔２１の傾斜方向は、回転杭１の掘削方向先端に向かうにしたがって、材軸ＡＶから回転方向に遠ざかっていく方向となる。

先端蓋３は、鋼管本体２の掘削方向先端の開口を塞ぐ部材であり、蓋部３１およびビット３２を備える。蓋部３１は、鋼管本体２の端面よりも大きな矩形状の鋼板から構成され、厚さ寸法が４．５ｍｍから１２ｍｍのＳＭ４９０Ａ、ＳＳ４００等の一般構造用圧延鋼板から構成され、鋼管本体２に対して溶接等により接合される。
ビット３２は、回転杭１の掘削方向を案内して回転圧入を容易にするために設けられている。ビット３２は、三角形状の鋼板プレートを、三角形の頂点で十字状に組み合わせて構成され、三角形の底辺が蓋部３１の下面に溶接されて接合される。十字状に組み合わされた三角形の頂点は、鋼管本体２の材軸ＡＶ上に位置する。

掘削羽根４は、回転杭１の回転圧入により地盤を掘削する本体部を構成するものである。掘削羽根４は、図２に示すように、捩り部４１を備える。
捩り部４１は、平鋼を長手方向の軸回りに捩られて形成され、たとえば、厚さ寸法が６ｍｍの平鋼を加工して形成できる。捩り部４１は、中央部が鋼管本体２の内部に収容される。

捩り部４１は、捩り軸ＡＨが鋼管本体２の材軸ＡＶと直交する方向に延び、捩り部４１の材軸ＡＶの方向に延びる面が、平面視で材軸ＡＶと一致する。したがって、捩り部４１は、鋼管本体２の材軸ＡＶを中心として点対称に配置される。なお、捩り部４１は、掘削羽根４の鋼管本体２から外側に突出する部分における捩れ方向は互いに逆向きとなるため、鋼管本体２に形成された挿通孔２１の傾斜方向もこれにしたがって逆向きとなる。

捩り部４１の端部は、材軸ＡＶに対して傾斜した位置とされる。
掘削羽根４の鋼管本体２の外部から突出する突出寸法Ｌは、捩り部４１の端部の長さを調整することにより、掘削羽根４のサイズを任意に設定することができる。これにより、掘削羽根４の掘削に寄与する部分を任意に設定できる。また、地盤中に埋設されることにより、地盤に対する引き抜き強度を調整することができる。

掘削羽根４の鋼管本体２からの突出部分には、図４に示すように、両側に抜け止めピン４３が設けられている。抜け止めピン４３は、ボルトおよびナットから構成され、図示を略したが、掘削羽根４の表裏面を貫通する孔にボルトを挿通し、貫通したねじ軸にナットを螺合する。ボルトおよびナットの頭部径寸法は、鋼管本体２に形成されたスリット状の挿通孔２１の幅寸法よりも大きな寸法とされる。
これにより、掘削羽根４は、鋼管本体２に対する捩り軸ＡＨ方向の動きが規制され、回転杭１の回転圧入中に掘削羽根４が鋼管本体２から脱落することがない。

次に、前述した回転杭１の施工方法について説明する。
まず、予め鋼管本体２からの突出寸法Ｌが異なる複数種類の掘削羽根４を準備しておく。突出寸法Ｌは、捩り部４１の寸法を調整することにより簡単に変更することができる。
回転杭１の施工地における地盤強度を測定し、掘削羽根４に要求される設計上の引き抜き強度や、掘削能力を計算する。

計算された引き抜き強度、掘削能力に基づいて、複数種類の掘削羽根４から適切な掘削羽根４を選択する。捩り部４１の捩れに応じて、選択された掘削羽根４を捩り軸ＡＨの回りに回転させながら、挿通孔２１に掘削羽根４を挿通する。
掘削羽根４が鋼管本体２に挿通されたら、抜け止めピン４３を掘削羽根４に取り付け、掘削羽根４を固定する。
回転杭１を杭打ち機のオーガーモーターに取り付け、杭打ち箇所に回転杭１をセットした後、圧入機を併用して回転杭１を回転圧入するして、地盤を掘削する。
回転杭１が所望の地盤まで埋設されたら、杭打ち機のオーガーモーターを取り外して施工を完了する。

このような本実施の形態によれば、以下のような効果がある。
鋼管本体２に掘削羽根４を挿通するだけで回転杭１を形成できるため、予め複数種類の掘削羽根４を準備しておけば、施工地の地盤強度に応じて掘削羽根４を変更して回転杭１の施工を行うことができる。
また、回転杭１の搬送時、鋼管本体２および掘削羽根４を分離して搬送できるため、搬送車の荷台の場積をとることもなく、輸送効率が向上する。

掘削羽根４が、鋼管本体２の材軸ＡＶを中心として点対称に配置される。したがって、鋼管本体２から外側に突出する掘削羽根４に作用する掘削力が均等に作用するので、回転杭１の施工時に安定して地盤を掘削できる。
抜け止めピン４３を備えていることにより、鋼管本体２から掘削羽根４が脱落することを防止できる。したがって、鋼管本体２に掘削羽根４を溶接することなく、回転杭１を製造することができるため、施工地での回転杭１の製造を行うことができる。

［２］第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。
前述の第１の実施の形態では、掘削羽根４は、鋼管本体２を貫通する１本の捩り平鋼から構成されていた。
これに対して、本実施の形態に係る回転杭５は、図５に示すように、鋼管本体２の互いに対向する面に形成された挿通孔２１Ａのそれぞれに、掘削羽根５Ａを挿通し、２本の掘削羽根５Ａを用いている点が相違する。

回転杭５は、鋼管本体２および掘削羽根５Ａを備え、鋼管本体２の挿通孔２１Ａは、鋼管本体２の材軸ＡＶに沿った縦スリット孔である。掘削羽根５Ａは、鋼管本体２から突出した部分に形成される捩り部５１と、鋼管本体２の内部に挿通される平鋼部５２とを備える。
平鋼部５２には、第２抜け止めピン５３が設けられており、捩り部５１に設けられた抜け止めピン４３とともに、掘削羽根５Ａが鋼管本体２の挿通孔２１Ａから脱落することを防止している。
このような本実施の形態によっても前述した第１の実施の形態と同様の作用および効果を享受できる。

［３］第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
前述の第１の実施の形態では、回転杭１の鋼管本体２には掘削羽根４が１枚しか設けられていなかった。
これに対して、本実施の形態では、図６に示すように、回転杭６の鋼管本体２に材軸ＡＶ方向に２段の掘削羽根４が設けられている点が相違する。

掘削羽根４の鋼管本体２の外部に突出する突出寸法は、上下段同じ寸法であってもよいが、異なる寸法としてもよい。たとえば、下段側の突出寸法を小さく設定し、上段側の突出寸法を大きくし、回転杭６の回転圧入に際して、掘削羽根４の掘削力が次第に大きくなるようにしてもよい。

このような本実施の形態によっても、前述した第１の実施の形態と同様の作用および効果を享受できる。
また、下段側の掘削羽根４の突出寸法を小さく、上段側の突出寸法を大きくすることにより、段階的に掘削羽根４の掘削能力を向上させることができるため、回転杭６による回転圧入工程の効率化を図ることができる。

［４］第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
前述の第１の実施の形態では、回転杭１の掘削羽根４は、捩り部４１の材軸ＡＶに沿って延びる面が、平面視で鋼管本体２の材軸ＡＶと一致していた（図２参照）。
これに対して、本実施の形態では、図７に示すように、回転杭７の掘削羽根４の捩り部４１の材軸ＡＶと直交する面が、平面視で材軸ＡＶと一致している点が相違する。

本実施の形態の回転杭７は、鋼管本体２の挿通孔２１に掘削羽根４を捩り軸ＡＨ回りに回転させながら挿通していく際、どの位置で停止させるかによって、鋼管本体２から突出して掘削に寄与する捩り部４１を変更することができる。
したがって、掘削羽根４の挿通位置を変更するだけで、回転杭７の掘削能力、地盤支持強度を変化させることができるため、施工地における対応の利便性を図ることができる。

［５］実施の形態の変形
なお、本発明の実施の形態は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、以下に示す変形をも含むものである。
前述の各実施の形態では鋼管本体２として角形鋼管を用いていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、円形鋼管や多角形鋼管に本発明を適用してもよい。

前述の第１の実施の形態では、抜け止めピン４３によって掘削羽根４が鋼管本体２から脱落することを防止していたが、本発明はこれに限られない。たとえば、鋼管本体２および掘削羽根４の取り合い部分でスポット溶接等により抜け止めを行ってもよい。
前述の第１の実施の形態では、鋼管本体２の先端蓋３にビット３２を設けていたが、これに限らず、蓋部３１のみによって先端蓋を構成してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…回転杭、２…鋼管本体、３…先端蓋、４…掘削羽根、５…回転杭、５Ａ…掘削羽根、６…回転杭、７…回転杭、２１…挿通孔、２１Ａ…挿通孔、３１…蓋部、３２…ビット、４１…捩り部、４３…抜け止めピン、５１…捩り部、５２…平鋼部、５３…止めピン、ＡＨ…捩り軸、ＡＶ…材軸、Ｌ…突出寸法。

Claims (5)

1. 長手方向の軸回りに捩られた捩り部を少なくとも一部に有する捩り平鋼から構成される掘削羽根と、
   前記掘削羽根が挿通される挿通孔が掘削方向先端部に形成された鋼管本体とを備え、
   前記捩り部の捩り軸が、前記鋼管本体の材軸に直交する方向に延びる回転杭。
2. 請求項１に記載の回転杭において、
   前記挿通孔は、前記鋼管本体の材軸に直交する断面において、前記材軸を中心として互いに対向する位置に形成され、
   前記掘削羽根は、前記材軸を中心として点対称に配置される回転杭。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転杭において、
   前記掘削羽根には、前記鋼管本体の外側に前記掘削羽根の表裏面を貫通する抜け止めピンが設けられている回転杭。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転杭を施工する回転杭の施工方法であって、
   前記挿通孔に前記掘削羽根を差し込んで挿通する工程と、
   前記掘削羽根を前記鋼管本体に固定する工程と、
   前記掘削羽根が固定された回転杭により、地盤を掘削する工程と、
   を実施する回転杭の施工方法。
5. 請求項４に記載の回転杭の施工方法において、
   前記掘削羽根は、サイズの異なる複数の掘削羽根が準備され、
   前記掘削羽根を差し込んで挿通する前に、掘削する地盤の強度に応じて掘削羽根を選択する工程を実施する回転杭の施工方法。

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