JP2021004502A - 拡底鋼管杭、及び拡底部一体鋼管 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で十分大きな拡底部を形成することが可能で大きな支持力を得ることが可能な拡底鋼管杭、及び施工能率を向上させることができる拡底部一体鋼管を提供する。【解決手段】杭鋼管本体である軸鋼管２と、前記軸鋼管２の下端に接合された前記軸鋼管より大径の拡底側鋼管３と、前記拡底側鋼管の下端に接合された、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材４とからなる。軸鋼管を先端部材に直接接合する構成ではなく、軸鋼管より大径の拡底側鋼管を介在させて先端部材に接合する構造なので、円形の拡底部である先端部材の端面板の外径を大径にすることができ、拡底鋼管杭として大きな支持力を得ることが可能となる。【選択図】図１

Description

この発明は、回転圧入工法により施工される拡底鋼管杭、及び前記拡底鋼管杭の拡底側部分として用いられる拡底部一体鋼管に関する。

拡底杭工法は場所打ちコンクリート工法で採用されているが、回転圧入工法による鋼管杭においても採用されている（特許文献１、２、３、４）。各特許文献については、それぞれの符号を用いて次に説明する。

特許文献１の拡底鋼管杭１は、鋼管（杭鋼管）２の先端面に略正方形状の鋼板からなる拡底板３を取り付けた構造であり、前記拡底板３は切込みにより上向き傾斜面部３１と下向き傾斜面部３２とを形成したものである。

特許文献２の拡底鋼管Ａは、軸鋼管である小径鋼管１に、截頭円錐状の底支持翼２'を傾斜した補強材３'で連結した構成である。

特許文献３の回転圧入拡底鋼管杭１は、杭本体２の先端部に、拡底板４と前記拡底板４の切欠き部として形成された掘削翼５と先端掘削刃６とを有する接続用短管３を設けた構成である。

特許文献４の拡底鋼管杭Ａは、鋼管杭本体である鋼管１の下端部に固定された拡底部２と、拡底部２の下端部に固定された圧入部３とからなる。
拡底部２は、中間鋼材５の凹部６の内外に、水反応膨張材１２を充填した熱溶融性合成樹脂製袋１３を複数個配置し、鋼管１の下端部に固定された取付板４に上端を揺動自在なるよう連結された複数枚の湾曲状にした押え板８で各袋１３を囲繞し、且つ前記各押え板８の下方部外周を熱溶融性合成樹脂製バンド１４で緊縛して形成される。
圧入部３として、先坑堀り掘削羽根１７及び掘削錐１８を設けている。

特開２００６−１２７２６７ 特開２００２−２１２９４７ 特開２００６−１７７１０１ 特開２００２−３３９３５２

特許文献１〜４はいずれも、杭本体鋼管（軸鋼管）に直接に拡底板３（特許文献１）、拡底支持翼２’（特許文献２）拡底板４（特許文献３）、拡底部２（特許文献４）を設けた構成であり、十分大きな拡底部を形成できるものではない。
また、特許文献４は、水反応膨張材１２を充填した熱溶融性合成樹脂製袋１３を複数個配置するという特殊な構造であり、容易に製作できるものではない。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、簡単な構造で十分大きな拡底部を形成することが可能で大きな支持力を得ることが可能な拡底鋼管杭、及び施工能率を向上させることができる拡底部一体鋼管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の発明の拡底鋼管杭は、杭鋼管本体である軸鋼管と、前記軸鋼管の下端に接合された前記軸鋼管より大径の拡底側鋼管と、前記拡底側鋼管の下端に接合された、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材とからなることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の拡底鋼管杭において、前記先端部材は、前記拡底側鋼管の下端面に、直径Ｄ_０が拡底側鋼管直径ｄ_１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直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部が形成された円形の端面板が溶接固定され、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、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３は、請求項１又は２の拡底鋼管杭において、前記軸鋼管と前記拡底側鋼管との接合構造は、前記拡底側鋼管の上端に当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板が溶接固定され、前記円形平板の上面に前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管が溶接固定され、前記短尺管の上端と前記軸鋼管の下端とが溶接接合された接合構造であることを特徴とする。

請求項４の発明の拡底部一体鋼管は、回転圧入工法による拡底鋼管杭の施工に際して用いられる拡底部一体鋼管であって、
円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材が下端に固定された、杭本体鋼管である軸鋼管より大径かつ厚肉の拡底側鋼管と、前記拡底側鋼管の上端に溶接固定された当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板と、前記円形平板の上面に溶接固定された前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管とを備えたことを特徴とする。

本発明の拡底鋼管杭によれば、杭鋼管本体である軸鋼管を、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材に直接接合する構成ではなく、前記軸鋼管より大径の拡底側鋼管を介在させて先端部材に接合する構造なので、円形の拡底部である先端部材の端面板の外径を大径にすることができ、拡底鋼管杭として大きな支持力を得ることが可能となる。
すなわち、拡底鋼管杭として大きな支持力を得るために単に端面板の外径を大きくした場合、小径の軸鋼管を大径の端面板に直接溶接固定するとすれば、端面板の中央の狭い領域に集中荷重が作用するので、端面板（先端部材）がその剛性の点で拡底部として必ずしも有効に働かないが、端面板に接溶接固定される拡底側鋼管が大径なので、集中荷重が緩和され、拡底部として有効に作用する。

請求項２の拡底鋼管杭によれば、拡底側鋼管の下端に溶接固定される先端部材の端面板が、その中央部に、下面側から見て杭頭側にへこんだ円形輪郭の凹部が形成された構造であり、土との接触面積が大となるので、端面板が単なる平板の場合より高い支持力が得られる。したがって、最大施工深さを深くできる効果を有する請求項１の拡底側鋼管の効果をさらに高めることができる。

請求項３の拡底鋼管杭によれば、前記軸鋼管と拡底側鋼管とは、拡底側鋼管の上端部に溶接固定した円形平板に溶接固定した、前記軸鋼管より厚肉の短尺管を介在させて接合する構造なので、軸鋼管と拡底側鋼管との異径管接合部の強度を確保できる。

請求項４の発明によれば、施工現場では、既に工場で製作した拡底部一体鋼管の短尺管に軸鋼管を溶接接続することで拡底鋼管杭が施工されるので、軸鋼管と拡底側鋼管とを高い接合強度で接合することができ、かつ、現場での施工能率が顕著に向上する。

本発明の一実施例の拡底鋼管杭を長さ方向の２箇所の部分省略にて示した図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 （イ）は図２〜図４における補強部材部分を説明する図、（ロ）は（イ）の傾斜面部補強部材における下向き傾斜面部との接合部（砂地ハッチングの部分）を説明する図である。 （イ）は図１のＢ部の拡大した要部断面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１における拡底部一体鋼管７の部分を長さ省略なしに示した図（請求項５の拡底部一体鋼管の実施例として単独で示した図）である。

以下、本発明の拡底鋼管杭、及び前記拡底鋼管杭の拡底側部分として用いられる拡底部一体鋼管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拡底鋼管杭を長さ方向の２箇所の部分省略にて示した図である。図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図３のＢ−Ｂ要部断面図である。
これらの図に示すように、実施例の拡底鋼管杭１は、杭鋼管本体である軸鋼管２と、前記軸鋼管２の下端に接合された拡底側鋼管３と、前記拡底側鋼管３の下端に接合された、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材４とからなる。
実施例の拡底側鋼管３は、軸鋼管２と略同径で厚肉の短尺管５を介して軸鋼管２に接続されている。
図７に示すように、拡底側鋼管３と先端部材４と短尺管５の部分を拡底部一体鋼管７と呼ぶが、軸鋼管長さに関しては、短尺管５を軸鋼管３の一部とみる。

実施例の前記先端部材４は、図２〜図４に示すように、拡底側鋼管３の下端に溶接固定された端面板１０からなる。
端面板１０は、図３に示すように、直径Ｄ_０が拡底側鋼管３の直径ｄ_１より大であり、かつ中央部に、図３、図４に示すように下面側から見て杭頭側にへこんだ直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部（上から見たら凸部）１１が形成されている（図３に符号（１１）で示した円は凹部１１の上面の輪郭線である）。そして、前記端面板１０における前記凹部１１より外側に張り出した鍔部１２に、端面板周縁から中央に向かう切欠き部１３を有し、前記切欠き部１３の端面板直径方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部１４ａ、１４ｂが形成されている。上向きに傾斜した傾斜面部を符号１４ａ、下向きに傾斜した傾斜面部を１４ｂで示す。

また、実施例の先端部材４は、図２〜図４に示すように、端面板１０の裏面の前記凹部１１に、その中心側から前記切欠き部の近傍に向かって延びる細長部材１６を溶接固定している。この細長部材１６により、鋼管杭の掘削推進に対する土の抵抗が大きくなることを抑制できる。
また、端面板１０には、図２〜図４、及び図５（イ）、（ロ）の詳細図に示すように、下向き傾斜面部１４ｂを補強する傾斜面部補強部材１７を端面板１０の裏面に溶接固定し、かつその側面を下向き傾斜面部１４ｂの側面に溶接固定している。図５（ロ）における砂地ハッチング部分の輪郭線は、下向き傾斜面部１４ｂの側面への溶接部を示す。
この傾斜面部補強部材１７は、土を掘削する作用に対して大きな抵抗を受ける下向き傾斜面部１４ｂが変形するのを防止する。

軸鋼管２は前述の通り短尺管５を介して拡底側鋼管３に接続される。図６に軸鋼管３と拡底側鋼管３との接合構造２０の詳細を示す。
拡底側鋼管３の上端に当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板２１が溶接固定され、前記円形平板２１の上面に軸鋼管２の直径ｄ_２と同径又は僅かに大径で軸鋼管２より厚肉の短尺管４が溶接固定され、短尺管４の上端と軸鋼管３の下端とが溶接接合された接合構造である。
前記短尺管５は、予め拡底側鋼管３に溶接固定した円形平板２１の上面に内外面とも全周隅肉溶接にて溶接固定するが、外面側は開先付きの全周隅肉溶接としている。これにより十分強度の高い溶接接合が行われる。

上述の実施例の拡底鋼管杭１として仮に想定している各部の寸法は、例えば、拡底鋼管杭１の全長Ｌ_０が３４ｍ、軸鋼管２の長さＬ_１が３０ｍ、拡底側鋼管３の長さＬ_２が４．５ｍである。また、軸鋼管２の外径ｄ_２が１９０．７ｍｍφ、板厚が９ｍｍ、拡底側鋼管３の外径ｄ_１が２７３ｍｍφ、板厚が１５ｍｍ、短尺管５の外径ｄ_３が１９２ｍｍφ、板厚が１５ｍｍ、高さが１５０ｍｍである。
なお、当然実際の施工地盤の条件に対応して適切な長さ、板厚を選定する。

回転圧入駆動部を持つ杭打ち機にて拡底鋼管杭１を地盤に回転圧入させた際、先端部材４の端面板１０が、その傾斜面部１４ａ、１４ｂが土に食い込む態様で推進力を発揮する。そして、先端部材４が支持層に到達した状態では、端面板１０の下面に土との接触面積が大である凹部１１が存在することで支持力の高いものとなる。
なお、先端部材は、凹部を有さない単なる平板の端面板を持つものであってもよい。

上述の拡底鋼管杭１によれば、杭鋼管本体である軸鋼管を、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材に直接接合する構成ではなく、軸鋼管２より大径の拡底側鋼管３を介在させて先端部材４に接合する構造なので、円形の拡底部である先端部材４の端面板１０の外径を大径にすることができ、拡底鋼管杭として大きな支持力を得ることが可能となる。
すなわち、拡底鋼管杭として大きな支持力を得るために単に端面板の外径を大きくした場合、小径の軸鋼管を大径の端面板に直接溶接固定するとすれば、端面板の中央の狭い領域に集中荷重が作用するので、端面板（先端部材）がその剛性の点で拡底部として必ずしも有効に働かないが、本発明の拡底鋼管杭１では、端面板１０に接溶接固定される拡底側鋼管３が大径なので、集中荷重が緩和され、拡底部として有効に作用する。

鋼管杭において、地盤条件により鋼管杭径（軸鋼管径）の例えば１３０倍の最大施工深さが可能とした場合に、杭先端側に軸鋼管２より大径の拡底側鋼管３が存在することで、最大施工深さをさらに深くすることが可能である。その場合、拡底鋼管杭全長（軸鋼管長さと拡底側鋼管長さの和）に対する拡底側鋼管長さの割合（拡底側鋼管比率）によっては、杭全長が同一径である鋼管杭と比べて材料費（鋼材費）を節約できることになる。

すなわち、拡底側鋼管３の長さＬが短すぎると拡底側鋼管を備えた効果（最大施工深さを深くすることができるという効果）が得られないし、長すぎると最大施工深さを深くすることができても材料費（鋼材費）が高くなり過ぎて費用対効果の点で採用する意味がなくなる。したがって、載荷試験を行って、高い費用対効果が得られる適切な長さ（拡底側鋼管比率）を得るとよい。これにより、杭全長が同一径である鋼管杭と比べて材料費（鋼材費）が節約される拡底鋼管杭を施工することが可能となる。
拡底側鋼管３の長さＬが拡底鋼管杭１の全長Ｌ_０の５〜２０％であれば、載荷試験を行うことによって、高い費用対効果が得られる適切な拡底側鋼管比率を得ることが可能である。

本発明の拡底鋼管杭を施工する場合、予め工場にて、前記拡底側鋼管３の下端に前記先端部材４を溶接固定し上端に前記短尺管５を溶接固定しておくことができる。図７に拡底側鋼管３と先端部材４と短尺管５とを一体にした拡底部一体鋼管７のみを単独で示す。
この拡底部一体鋼管７を工場で予め製造しておくことで、施工現場では、この拡底部一体鋼管７の短尺管５に軸鋼管２を溶接接続することで拡底鋼管杭１が施工されるので、軸鋼管２と拡底側鋼管３とを高い接合強度で接合することができ、かつ、現場での施工能率が顕著に向上する。

１ 拡底鋼管杭
２ 軸鋼管
３ 拡底側鋼管
４ 先端部材
５ 短尺管
７ 拡底部一体鋼管
１０ 端面板
１１ 凹部
１２ 鍔部
１３ 切欠き部
１４ａ （上向きに傾斜した）傾斜面部
１４ｂ （下向きに傾斜した）傾斜面部
１６ 細長部材
１７ 傾斜面部補強部材
２０ （軸鋼管と拡底側鋼管との）接合構造
２１ （接合構造の）円形平板

上記課題を解決する請求項１の発明の拡底鋼管杭は、杭鋼管本体である軸鋼管と、前記軸鋼管の下端に接合された前記軸鋼管より大径の拡底側鋼管と、前記拡底側鋼管の下端に接合された、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材とからなる、回転圧入工法による拡底鋼管杭であって、
前記先端部材は、前記拡底側鋼管の下端面に、直径Ｄ_０が拡底側鋼管直径ｄ_１より大の円形の端面板が溶接固定され、前記端面板における前記拡底側鋼管の外周より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、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り、
前記軸鋼管と前記拡底側鋼管との接合構造は、前記拡底側鋼管の上端に当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板が溶接固定され、前記円形平板の上面に前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管が溶接固定され、前記短尺管の長さは前記円形平板に対して内面溶接が可能な長さであり、前記短尺管の上端と前記軸鋼管の下端とが溶接接合された接合構造であることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の拡底鋼管杭において、前記先端部材の前記端面板は、その中央部に下面側から見て杭頭側にへこんだ直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部が形成された端面板であり、前記端面板における前記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前記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３の発明の拡底部一体鋼管は、回転圧入工法による拡底鋼管杭の施工に際して用いられる拡底部一体鋼管であって、
円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材が下端に固定された、杭本体鋼管である軸鋼管より大径かつ厚肉の拡底側鋼管と、
前記拡底側鋼管の上端に溶接固定された当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板と、 前記円形平板の上面に溶接固定された前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管とを備え、前記短尺管の長さは、前記円形平板に対して内面溶接が可能な長さであることを特徴とする。

また、本発明の拡底鋼管杭によれば、前記軸鋼管と拡底側鋼管とは、拡底側鋼管の上端部に溶接固定した円形平板に溶接固定した、前記軸鋼管より厚肉の短尺管を介在させて接合する構造なので、軸鋼管と拡底側鋼管との異径管接合部の強度を確保できる。

請求項３の発明によれば、施工現場では、既に工場で製作した拡底部一体鋼管の短尺管に軸鋼管を溶接接続することで拡底鋼管杭が施工されるので、軸鋼管と拡底側鋼管とを高い接合強度で接合することができ、かつ、現場での施工能率が顕著に向上する。

Claims (4)

1. 杭鋼管本体である軸鋼管と、前記軸鋼管の下端に接合された前記軸鋼管より大径の拡底側鋼管と、前記拡底側鋼管の下端に接合された、円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材とからなることを特徴とする拡底鋼管杭。
2. 前記先端部材は、前記拡底側鋼管の下端面に、直径Ｄ_０が拡底側鋼管直径ｄ_１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直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部が形成された円形の端面板が溶接固定され、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、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１記載の拡底鋼管杭。
3. 前記軸鋼管と前記拡底側鋼管との接合構造は、前記拡底側鋼管の上端に当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板が溶接固定され、前記円形平板の上面に前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管が溶接固定され、前記短尺管の上端と前記軸鋼管の下端とが溶接接合された接合構造であることを特徴とする請求項１又は２の拡底鋼管杭。
4. 回転圧入工法による拡底鋼管杭の施工に際して用いられる拡底部一体鋼管であって、
   円形の拡底部であると同時に掘削推進力を発揮する先端部材が下端に固定された、杭本体鋼管である軸鋼管より大径かつ厚肉の拡底側鋼管と、
   前記拡底側鋼管の上端に溶接固定された当該拡底側鋼管直径ｄ_１と同径の円形平板と、
   前記円形平板の上面に溶接固定された前記軸鋼管直径ｄ_２と同径又は２ｍｍ以内の大径で軸鋼管より厚肉の短尺管とを備えたことを特徴とする拡底部一体鋼管。

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