JP2021063356A - 先端翼付回転貫入鋼管杭の製法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管杭本体と翼部材との固定強度を向上させた先端翼付回転貫入鋼管杭を確実かつ簡易に製造可能な製法を提供する。【解決手段】鋼管杭本体２０の先端近傍の中心軸Ｃを含む仮想平面Ｄに対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝２１，２６を形成する工程と、掘削部材３０の先端部が鋼管杭本体２０の先端開口２０ａから突出するように、鋼管杭本体２０の管体内周面と仮想平面Ｄが交差した先端近傍の取付位置Ｆに掘削部材３０の板厚面が溶接固定される工程と、鋼管杭本体３０の直径に対して１．５ないし６倍の直径を有する平面半円形状の２つの半円盤状翼部材４０，５０を形成する工程と、２つの半円盤状翼部材４０，５０を２つの傾斜状切欠き溝２１，２６を介して管体内部に交差状に挿入するとともに半円盤状翼部材４０，５０と掘削部材３０との当接部及び前記切欠き溝２１，２２の挿入部２２，２７とを溶接固定する工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、回転掘削用の翼部材が杭本体先端に設けられた先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に関する。

例えば、建築物の基礎工事等で使用される鋼管杭では、管体からなる鋼管杭本体と、杭本体先端から突出した板状の掘削部材と、鋼管杭本体先端の外周に設けられた回転掘削用の円盤状の翼部材とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の鋼管杭は、先端翼付回転貫入鋼管杭とも称され、施工装置により地盤に打ち込まれて回転貫入される。この鋼管杭は、地盤に多数打ち込まれて建築物の基礎を支持する。建築物の荷重は、鋼管杭を介して地盤に伝達される。そこで、鋼管杭では、翼部材の直径や面積を大きくすることにより、より大きな荷重を支持することができる。

鋼管杭では、回転貫入に際して、翼部材に対して地盤からの垂直方向上向き（鋼管杭の進行方向と反対方向）の反力や翼部材の回転方向と反対方向の反力等が作用する。このような翼部材に作用する地盤からの反力は、翼部材の直径や面積が大きくなると増大する。また、翼部材と鋼管杭本体との溶接部の長さは、鋼管杭本体の外径が大きくなってもそれほど増大しない。そのため、翼部材の直径が大きくなると鋼管杭本体に対する翼部材の溶接による固定強度が不足することがある。直径が大きな翼部材を有する鋼管杭では、固定強度の不足により、回転貫入時に作用する反力や回転貫入を停止して逆回転させる場合等に作用する反力に翼部材が耐えられなくなって、鋼管杭本体から翼部材が脱落するおそれがあった。

特許第３２６４９１０号公報

本発明は、前記の点に鑑みなされたものであって、鋼管杭本体と翼部材との固定強度を向上させた先端翼付回転貫入鋼管杭を確実かつ簡易に製造可能な製法を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明は、地中に回転貫入される鋼管杭本体と地盤掘削用の平板鋼板からなる掘削部材と半円盤状翼部材とを備える先端翼付回転貫入鋼管杭を製造するに際し、前記鋼管杭本体の先端近傍の中心軸を含む仮想平面に対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝を形成する工程と、前記掘削部材の先端部が前記鋼管杭本体の先端開口から突出するように、前記鋼管杭本体の管体内周面と前記仮想平面が交差した先端近傍の取付位置に前記掘削部材の板厚面が溶接固定される工程と、前記鋼管杭本体の直径に対して１．５ないし６倍の直径を有する平面半円形状の２つの前記半円盤状翼部材を形成する工程と、前記２つの半円盤状翼部材を前記２つの傾斜状切欠き溝を介して管体内部に交差状に挿入するとともに前記半円盤状翼部材と前記掘削部材との当接部及び前記切欠き溝の挿入部とを溶接固定する工程とを含むことを特徴とする先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に係る。

請求項２の発明は、前記掘削部材が前記取付位置と同一幅の板状部材よりなり尖端部を備える請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に係る。

請求項３の発明は、前記取付位置には傾斜状切欠き溝が形成されていない請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に係る。

請求項４の発明は、前記半円盤状翼部材が前記鋼管杭本体の直径に対して２．５ないし５．５倍の直径を有する請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に係る。

請求項５の発明は、前記半円盤状翼部材と管体の中心軸に直交する平面との交差角度が５度ないし２０度である請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法に係る。

請求項１の発明に係る先端翼付回転貫入鋼管杭の製法は、地中に回転貫入される鋼管杭本体と地盤掘削用の平板鋼板からなる掘削部材と半円盤状翼部材とを備える先端翼付回転貫入鋼管杭を製造するに際し、前記鋼管杭本体の先端近傍の中心軸を含む仮想平面に対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝を形成する工程と、前記掘削部材の先端部が前記鋼管杭本体の先端開口から突出するように、前記鋼管杭本体の管体内周面と前記仮想平面が交差した先端近傍の取付位置に前記掘削部材の板厚面が溶接固定される工程と、前記鋼管杭本体の直径に対して１．５ないし６倍の直径を有する平面半円形状の２つの前記半円盤状翼部材を形成する工程と、前記２つの半円盤状翼部材を前記２つの傾斜状切欠き溝を介して管体内部に交差状に挿入するとともに前記半円盤状翼部材と前記掘削部材との当接部及び前記切欠き溝の挿入部とを溶接固定する工程とを含むため、鋼管杭本体と翼部材との固定強度を大幅に向上させることができ、直径が大きい各翼部材が回転貫入時に作用する反力や回転貫入を停止して逆回転させる場合等にも耐えることができて鋼管杭本体から翼部材が脱落するおそれがない鋼管杭を確実かつ簡易に製造することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記掘削部材が前記取付位置と同一幅の板状部材よりなり尖端部を備えるため、鋼管杭本体の管体内の中央に適切に配置しやすくなるとともに、回転貫入時に効率的に地盤を掘削することができる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記取付位置には傾斜状切欠き溝が形成されていないため、取付位置に対する掘削部材の位置決めが容易となる。

請求項４の発明は、請求項１において、前記半円盤状翼部材が前記鋼管杭本体の直径に対して２．５ないし５．５倍の直径を有するため、より大きな荷重を支持することができるとともに、回転貫入時の地盤からの反力に耐えることができる。

請求項５の発明は、請求項１において、前記半円盤状翼部材と管体の中心軸に直交する平面との交差角度が５度ないし２０度であるため、鋼管杭本体の外側の地盤を効率よく掘削することに加え、荷重を適切に支持することができる。

本発明の製法により製造される鋼管杭の斜視図である。 図１の鋼管杭の分解斜視図である。 図１の鋼管杭の製造工程の概略図である。 図１の鋼管杭の要部横断面図である。 図１の鋼管杭の正面図である。 半円盤状翼部材の溶接箇所を表した模式図である。

本発明は、図１に示す先端翼付回転貫入鋼管杭と称する鋼管杭１０の製法である。鋼管杭１０の製法は、溝形成工程と、掘削部材取付工程と、翼部材形成工程と、溶接工程とを含む。

鋼管杭１０は、回転杭工法等の建築物の基礎工事等において、施工装置により地盤に対して回転貫入され、多数打ち込まれて建築物の基礎を支持するための部材である。鋼管杭１０は、図１，２に示すように、鋼管杭本体２０と、掘削部材３０と、２つの半円盤状翼部材４０，５０と備える。以下、鋼管杭１０とともに、本発明の鋼管杭１０の製法について説明する。

溝形成工程は、鋼管杭本体２０に２つの傾斜状切欠き溝２１，２６を形成する工程である。鋼管杭本体２０は、地中に回転貫入される管体からなり、図１，２，３（ａ），４に示すように、先端近傍の中心軸Ｃを含む仮想平面Ｄに対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝２１，２６が形成されている。管体の中心軸Ｃは、鋼管杭１０の回転貫入時の回転中心に相当する。

傾斜状切欠き溝２１，２６は、後述する半円盤状翼部材４０，５０が取り付けられる部位である。傾斜状切欠き溝２１，２６は、半円盤状翼部材４０（５０）と管体の中心軸Ｃに直交する平面Ｐとの交差角度（θ）を規定する（図５参照）。傾斜状切欠き溝２１，２６は、公知の切断装置等によって形成される。

掘削部材取付工程は、図３（ａ）に示すように、鋼管杭本体２０に掘削部材３０を取り付ける工程である。掘削部材３０は、地盤掘削用の平板鋼板からなり、図１，３（ｂ），５に示すように、先端部が鋼管杭本体２０の先端開口２０ａから突出するように配置される。その際、掘削部材３０は、図４に示すように、鋼管杭本体２０の管体内周面と仮想平面Ｄが交差した先端近傍の取付位置Ｆ，Ｆに板厚面３１，３１が溶接固定される。掘削部材３０の溶接固定は、仮止めでもよい。

実施形態の掘削部材３０は、図４に示すように、取付位置Ｆ，Ｆと同一幅の板状部材よりなる。すなわち、掘削部材３０は、鋼管杭本体２０の内周の直径と略同一幅に形成される。そのため、板状の掘削部材３０は、仮想平面Ｄに沿った鋼管杭本体２０の管体内の中央に適切に配置しやすくなる。掘削部材３０の厚さは特に限定されないが、強度等の観点から、例えば約９ｍｍとされる。また、掘削部材３０は、図５に示すように、先端部が鋭角に形成された尖端部３５を備える。この尖端部３５は、中心軸Ｃに位置している。そのため、回転貫入時に効率的に地盤を掘削することができる。

図３に示すように、掘削部材３０の取付位置Ｆ（仮想平面Ｄが交差した鋼管杭本体２０の管体内周面の先端部近傍）には、傾斜状切欠き溝２１，２６が形成されていないことが好ましい。特に、取付位置Ｆ，Ｆにおける傾斜状切欠き溝２１，２６が形成されていない範囲（幅）は、掘削部材３０の厚さと略等しく形成することがより好ましい。これにより、傾斜状切欠き溝２１，２６の各端部を目安として、取付位置Ｆ，Ｆに対する掘削部材３０の位置決めが容易となる。

翼部材形成工程は、２つの半円盤状翼部材４０，５０を形成する工程である。２つの半円盤状翼部材４０，５０は、回転貫入時に鋼管杭本体２０の外側の地盤を掘削する同形状の部材である。半円盤状翼部材４０（５０）は、図２，４に示すように、平面半円形状の翼本体４１（５１）と、刃部４５（５５）とを有する。刃部４５（５５）は、鋼管杭本体２０の外側の地盤を掘削するための部位であり、翼本体４１（５１）の弦部４２（５２）の一端側に形成される。刃部４５（５５）の刃角は、例えば４５度である。

半円盤状翼部材４０（５０）は、直径や面積が大きいほどより大きな荷重を支持することができる反面、回転貫入時に地盤からの反力の影響が大きくなって、鋼管杭本体２０から脱落（破損）しやすくなる。そこで、半円盤状翼部材４０（５０）は、より大きな荷重の支持を可能としながら地盤からの反力にも耐え得るようにするために、鋼管杭本体２０の直径に対して１．５ないし６倍の直径、より好ましくは２．５ないし５．５倍の直径を有する平面半円形状に形成される。半円盤状翼部材４０（５０）の直径が小さすぎる場合は十分に荷重を支持することができないおそれがあり、直径が多すぎる場合は地盤からの反力の影響が大きくなりすぎて鋼管杭本体２０から脱落するおそれがある。

溶接工程は、２つの半円盤状翼部材４０，５０を左右の傾斜状切欠き溝２１，２６を介して管体内部に交差状に挿入する（図３（ｂ）参照）とともに、半円盤状翼部材４０，５０と掘削部材３０との当接部３２，３３及び切欠き溝２１，２６の挿入部２２，２７とを溶接固定する（図３（ｃ）参照）工程である。半円盤状翼部材４０，５０の溶接に際して、各半円盤状翼部材４０，５０は、掘削部材３０を基準として配置される。すなわち、掘削部材３０が鋼管杭本体２０の中央に相当する取付位置Ｆ，Ｆに固定されているため、各半円盤状翼部材４０，５０は対称的に容易かつ適切に配置することができる。また、２つの半円盤状翼部材４０，５０は、図１，５に示すように、各刃部４５，５５がそれぞれ下方側となるように正面視交差状に配置される。各刃部４５，５５を下方側とすることにより、地盤を掘削しやすくなる。

ここで、図６に示す模式図の太線は、鋼管杭本体２０、掘削部材３０、２つの半円盤状翼部材４０，５０の溶接部を表している。符号Ｗ１は半円盤状翼部材４０と鋼管杭本体２０の切欠き溝２１の挿入部２２の外周側の溶接部、Ｗ２は半円盤状翼部材４０と鋼管杭本体２０の切欠き溝２１の挿入部２２の内周側の溶接部、Ｗ３は半円盤状翼部材４０と掘削部材３０との当接部３２の溶接部、Ｗ４は半円盤状翼部材５０と鋼管杭本体２０の切欠き溝２６の挿入部２７の外周側の溶接部、Ｗ５は半円盤状翼部材５０と鋼管杭本体２０の切欠き溝２６の挿入部２７の内周側の溶接部、Ｗ６は半円盤状翼部材５０と掘削部材３０との当接部３６の溶接部、Ｗ７は鋼管杭本体２０の取付位置Ｆ，Ｆと掘削部材３０との溶接部である。

半円盤状翼部材４０と切欠き溝２１の挿入部２２との溶接部Ｗ１，Ｗ２は、半円盤状翼部材４０が鋼管杭本体２０の切欠き溝２１，２６から管体内部に挿入された状態で、半円盤状翼部材４０の上縁部と下縁部において（図６（ｂ）参照）、鋼管杭本体２０の略半周にわたって形成されている（図６（ａ）参照）。また、半円盤状翼部材４０と掘削部材３０の当接部３２との溶接部Ｗ３は、鋼管杭本体２０の管体内周面の取付位置Ｆ，Ｆ間にわたって形成されている（図６（ａ）参照）。このように、半円盤状翼部材４０は、鋼管杭本体２０内部への挿入状態で鋼管杭本体２０と掘削部材３０との各当接部分全体にわたって溶接固定される。そのため、単に鋼管杭本体の外周に溶接した場合と比較して、鋼管杭本体２０に対する半円盤状翼部材４０の固定強度が大幅に向上される。また、半円盤状翼部材５０は、半円盤状翼部材４０と対称関係にあるため、鋼管杭本体２０に対して各溶接部Ｗ４，５，６が同様に形成されて固定強度が大幅に向上される。なお、鋼管杭本体２０と掘削部材３０との溶接部Ｗ７は、各半円盤状翼部材４０，５０の溶接に際して、必要に応じて補強してもよい。

半円盤状翼部材４０（５０）は、鋼管杭本体２０の外側の地盤を効率よく掘削することに加え、荷重を適切に支持することを可能とするために、図５に示すように、管体の中心軸Ｃに直交する平面Ｐとの交差角度（θ）が５度ないし２０度であることが好ましい。半円盤状翼部材４０（５０）の交差状角度（θ）が小さすぎる場合は、２つの翼部材４０，５０の傾斜が小さく水平に近い状態となって、鋼管杭本体２０の外側の地盤の掘削効率が悪くなるおそれがある。半円盤状翼部材４０（５０）の交差状角度（θ）が大きすぎる場合は、２つの翼部材４０，５０の面部が急勾配となって水平方向に対する面積が小さくなり、十分に荷重を支持することができなくなるおそれがある。

次に、鋼管杭１０を用いた作業工程について説明する。まず、地上に設置した施工装置（図示せず）により、鋼管杭１０を地面に対して起立させ、鋼管杭１０を回転させながら下方へ押圧させる。その際、鋼管杭本体２０の先端開口２０ａから掘削部材３０が突出していることにより、掘削部材３０により地盤の掘削が開始される。掘削部材３０に掘削された鋼管杭本体２０の下方の土砂は、掘削部材３０及び２つの半円盤状翼部材４０，５０により外周側に押し退けられる。それとともに、２つの半円盤状翼部材４０，５０により、鋼管杭本体２０の外側の地盤が掘削され、鋼管杭１０が地中に回転貫入される。

鋼管杭１０の回転貫入時には、垂直方向上向き及び回転の反対方向の反力が地盤から各翼部材４０，５０に作用する。ここで、各翼部材４０，５０は、鋼管杭本体２０内部への挿入状態で鋼管杭本体２０と掘削部材３０と溶接固定されていることにより、鋼管杭本体２０に対する各翼部材４０，５０の固定強度が大幅に向上されている。従って、各翼部材４０，５０の直径を鋼管杭本体２０の直径に対して１．５ないし６倍、より好ましくは２．５ないし５．５倍と大きくして、地盤から作用する反力が累進的に大きくなったとしても、各翼部材４０，５０の鋼管杭本体２０に対する固定強度が不足せず、各翼部材４０，５０が鋼管杭本体２０から脱落するおそれがない。

また、各翼部材４０，５０が鋼管杭本体２０の切欠き溝２１，２６から管体内部に挿入された状態で固定されていることにより、各翼部材４０，５０には、鋼管杭本体２０の内側と外側において地盤から垂直方向上向きの反力が作用することとなる。そのため、翼部材４０，５０の外周側のみが変形する等の部分的に変形する不具合が発生しにくくなる。これにより、鋼管杭１０の進行方向がずれにくくなり、進行方向のずれ等による鋼管杭本体２０の変形等の不具合の発生が抑制される。

さらに、地盤に回転貫入された鋼管杭１０に対し、その上に建築物等の荷重が加わると、各翼部材４０，５０には地盤から垂直方向上向きの反力が作用し、この反力により鋼管杭本体２０を介して建築物等が地盤に支持される。鋼管杭１０は、鋼管杭本体２０や各翼部材４０，５０に変形等による不具合が発生しにくいため、鋼管杭１０が支持できる重量が設計値から減少しない。

以上図示し説明したように、本発明の鋼管杭の製法は、鋼管杭本体の先端近傍の中心軸を含む仮想平面に対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝を形成し、掘削部材の先端部が鋼管杭本体の先端開口から突出するように、鋼管杭本体の管体内周面と仮想平面が交差した先端近傍の取付位置に掘削部材の板厚面が溶接固定され、鋼管杭本体の直径に対して１．５ないし６倍の直径を有する平面半円形状の２つの半円盤状翼部材を形成し、２つの半円盤状翼部材を左右の傾斜状切欠き溝を介して管体内部に交差状に挿入するとともに半円盤状翼部材と掘削部材との当接部及び切欠き溝の挿入部とを溶接固定するため、各部材を容易かつ適切に配置することができて当該鋼管杭を確実かつ簡易に製造することができる。また、製造された鋼管杭では、鋼管杭本体と翼部材との固定強度を大幅に向上させることができ、直径が大きい各翼部材が回転貫入時に作用する反力や回転貫入を停止して逆回転させる場合等にも耐えることができて鋼管杭本体から翼部材が脱落するおそれがない。

以上の通り、本発明の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法では、杭本体と翼部材との固定強度が大幅に向上した直径が大きな翼部材を有する鋼管杭を確実かつ簡易に製造することができる。そのため、本発明により製造された鋼管杭は、従来の鋼管杭の代替品として有望である。

１０ 鋼管杭
２０ 鋼管杭本体
２０ａ 先端開口
２１，２６ 傾斜状切欠き溝
２２，２７ 切欠き溝の挿入部
３０ 掘削部材
３１ 板厚面
３２，３３ 半円盤状翼部材と掘削部材との当接部
３５ 尖端部
４０，５０ 半円盤状翼部材
４１，５１ 翼本体
４２，５２ 翼本体の弦部
４５，５５ 刃部
Ｃ 中心軸
Ｄ 仮想平面
Ｆ 掘削部材の取付位置
Ｐ 管体の中心軸に直交する平面
Ｗ１〜Ｗ７ 溶接部
θ 交差角度

Claims (5)

1. 地中に回転貫入される鋼管杭本体と地盤掘削用の平板鋼板からなる掘削部材と半円盤状翼部材とを備える先端翼付回転貫入鋼管杭を製造するに際し、
   前記鋼管杭本体の先端近傍の中心軸を含む仮想平面に対し互いに対称に傾斜する２つの傾斜状切欠き溝を形成する工程と、
   前記掘削部材の先端部が前記鋼管杭本体の先端開口から突出するように、前記鋼管杭本体の管体内周面と前記仮想平面が交差した先端近傍の取付位置に前記掘削部材の板厚面が溶接固定される工程と、
   前記鋼管杭本体の直径に対して１．５ないし６倍の直径を有する平面半円形状の２つの前記半円盤状翼部材を形成する工程と、
   前記２つの半円盤状翼部材を前記２つの傾斜状切欠き溝を介して管体内部に交差状に挿入するとともに前記半円盤状翼部材と前記掘削部材との当接部及び前記切欠き溝の挿入部とを溶接固定する工程
   とを含むことを特徴とする先端翼付回転貫入鋼管杭の製法。
2. 前記掘削部材が前記取付位置と同一幅の板状部材よりなり尖端部を備える請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法。
3. 前記取付位置には傾斜状切欠き溝が形成されていない請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法。
4. 前記半円盤状翼部材が前記鋼管杭本体の直径に対して２．５ないし５．５倍の直径を有する請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法。
5. 前記半円盤状翼部材と管体の中心軸に直交する平面との交差角度が５度ないし２０度である請求項１に記載の先端翼付回転貫入鋼管杭の製法。

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