JP3216048B2

JP3216048B2 - ねじ込み式鋼管杭

Info

Publication number: JP3216048B2
Application number: JP24219398A
Authority: JP
Inventors: 敏雄篠原; 玄森; 久壽島岡; 正宏林; 隆岡本
Original assignee: JFE Engineering Corp; Chiyoda Geotech Co Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; Chiyoda Geotech Co Ltd
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: JP2000073365A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ込み式鋼管杭
に係り、さらに詳しくは、少なくとも鋼管の先端部又は
その近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転力を与えることに
より、鋼管杭を地中に埋設するようにしたねじ込み式鋼
管杭に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた
鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、ね
じ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法は、従来から
多数提案されており、その一部は小径の杭を対象とした
ものではあるが実用化されている。ここでは、代表的と
思われる発明について、以下に説明する。

【０００３】特公平２−６２６４８号公報に記載された
鋼管杭の埋設方法は、鋼管杭本体の下端部に底板を固設
し、この底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部
外周面に杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅
の大きな杭ねじ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり
突設した鋼管杭を、軟弱地盤にねじ込むように回転させ
ながら地中に押圧し、下端部の掘削刃によって杭本体先
端の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺
旋翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転
推進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出して圧縮
し、無排土で地中に杭体をねじ込んでゆくようにしたも
のである（従来技術１）。

【０００４】また、特開平９−３２４４１９号公報に記
載されたねじ込み式鋼管杭は、先端部を円周方向に複数
に分割し、この分割された個々の部分に同方向に向って
それぞれレ字状の取付部が形成された鋼管と、外径が上
記鋼管の外径より大きい円形鋼板又は楕円形鋼板を複数
に分割した平板状でほぼ半円状又は扇形状の鋼製板
（翼）とを有し、この鋼製板を鋼管の先端開口部を覆う
ようにして鋼管の先端部に設けたレ字状の取付部にそれ
ぞれ取付けたもので、他の従来技術と大きく異なる点
は、翼を平板状に形成したこと、及び翼を鋼管の外周面
ではなく先端部に取付けたことにある（従来技術２）。

【０００５】次に、杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以
下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明
する。特開昭５２−７１０９号公報に記載された頭部拡
大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭
部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と
頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫
入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように
杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することに
より、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を
低減することを目的している（従来技術３）。

【０００６】また、特公昭５８−２７３６６号公報に記
載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打
ちコンクリート杭や既成杭の造成方法において、上部の
径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部
よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対
方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソ
イルセメント柱状体の中に挿入することにより構築され
る。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部
拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けて
ケーシング内に土砂を取り込むようにしている（従来技
術４）。

【０００７】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管
杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に
取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するように
したものであり、低振動、無排土で施工できると共に、
広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得ることが
できるという特徴を持つ。現在実用化されているねじ込
み式鋼管杭は、上記の従来技術１，２のみであるが、前
者は鋼管の外径が３００ｍｍ未満のものに、また後者は
３００〜６００ｍｍの範囲で適用されており、両者とも
通常の鋼管杭の１．５〜２．０倍程度の大きな先端支持
力が確保される鋼管杭として設計されている。

【０００８】現在国内で使用されている鋼管杭の約半数
は７００ｍｍ以上の大径鋼管杭が占めていることを考慮
すると、ねじ込み式鋼管杭の適用範囲が狭いことがわか
る。ねじ込み式鋼管杭が大径鋼管杭に適用されていない
のは、鋼管杭を回転する駆動トルクが非常に大きくなる
ためである。

【０００９】発明者らの試験によると、鋼管杭の支持層
への貫入中に発生する回転抵抗の７５〜８５％は翼付近
で発生しており、その抵抗は翼の面積にほぼ比例するこ
とがわかった。すなわち、翼の外径のほぼ２乗に比例す
る。そのため、鋼管杭の外径が大きくなると（したがっ
て翼の径も大きくなる）、現在、一般的に使用できる施
工機械では能力が不足すると共に、鋼管杭の許容ねじり
モーメントを超える場合が多くなる。このため、鋼管杭
の先端部に大きな穴をあけてトルクを大幅に低減しない
限り、７００ｍｍ以上の大径鋼管杭にはねじ込み式鋼管
杭を適用することができないが、先端部に大きな穴をあ
けると先端支持力が低下してしまう。

【００１０】前述のように、ねじ込み式鋼管杭は翼によ
る投影面積の増大により先端支持力が増加する。このた
め、上部工の基礎杭として供用する場合、翼のない通常
の鋼管杭に比べてその設置数を減らすか、又は鋼管の外
径を縮小することができる。しかしながら、水平力に対
する抗力は、鋼管杭の数を減らした分不足することにな
り、水平力を保証しようとすると設置数を減少すること
ができないので、上記の効果が期待できないことにな
る。

【００１１】一方、鋼管の外径を縮小すると、水平力に
ついてはその分耐力が減少するので、これに対応するた
め鋼管杭の肉厚を増加しても、鋼材の重量が増加したわ
りには曲げ耐力増加の効果は小さい。このため、上部工
から大きい水平力や曲げモーメントを受けるような場合
は、鋼管杭の肉厚を増大に増加せざるを得ず、鋼管の外
径を縮小した効果が減じられる。

【００１２】小径の鋼管杭はその断面積のわりには剛性
と断面係数が小さい。例えば、外径６００ｍｍ、肉厚９
ｍｍの鋼管杭の断面積は、外径８００ｍｍ、肉厚９ｍｍ
の鋼管杭の断面積の７４％であるのに対し、断面二次モ
ーメントは４２％、断面係数は５６％にすぎない。この
ため、地震時に上部工から大きな水平力や曲げモーメン
トを受けた場合、小径の鋼管杭では杭頭部付近の水平変
位や曲げ応力度が大きくなりすぎるため、この面からも
鋼管杭の外径を縮小することには問題があった。

【００１３】ところで、上部工からの大きな水平力や曲
げモーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部
近傍の杭径を拡径するという考え（頭部拡大杭）は数十
年前から提案されており、既に場所打ちコンクリート杭
では広く実用化されている。しかし、既成杭の分野では
杭頭拡大杭は実用化されていない。特に、鋼管杭の分野
では、過去に数度試験的に採用されたことはあるが、最
近は皆無である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように頭部拡大杭
が実用化されていない理由は、主としてその施工方法に
問題がある。鋼管杭の施工方法として一般に用いられて
いる方法を大別すると、打ち込み工法、中掘工法、プレ
ーボーリング工法の３種類である。これらの工法に頭部
拡大杭を適用する場合について以下に延べる。

【００１５】２０年ほど前に打ち込み工法で鋼管杭を施
工したときに採用された頭部拡大杭の下部鋼管と上部鋼
管との接続部の構造を図１３に示す。この頭部拡大杭１
は、下部鋼管２と上部鋼管３との間に複数の接合部材９
を縦方向に配置して接合したものである。この接合構造
は、打込み施工時に接合部材９間の間隙を土砂が通過す
るように意図したものであるが、実際には土砂が間隙に
詰まって貫入抵抗が非常に大きくなり、打ち込みに苦労
した。

【００１６】また、従来技術３の頭部拡大基礎杭打込み
工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管内で打撃する
ようにしたものであるが、頭部拡大杭に発生する打撃応
力度を通常の打込み工法より低減しても、継手部に発生
する貫入抵抗は減少しない。したがって、打込みに困難
を伴うことは前述の技術と同じである。

【００１７】また、従来技術４は、管内に挿入するオー
ガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生
する貫入抵抗は前二者の技術と同じである。一方、中掘
工法の圧入力は打ち込みによる衝撃力に比べて数分の１
と小さい。このため、頭部拡大杭に中掘工法を適用する
ことはほとんど無理に近い。オーガーを下部鋼管の先端
から突き出してから上部鋼管の径と同じ程度にオーガー
径を拡大することは機械的には可能であるが、下部鋼管
の面積よりも大きな面積の土砂を掘削攪拌するために支
持力が低減してしまう。

【００１８】また、頭部拡大杭にプレボーリング工法を
適用することは技術的には容易であり、既成コンクリー
ト杭の分野で一部使用されたことがある。しかし、造成
コストが高くなるという問題がある。前述の従来技術３
はその１例であるが、あらかじめ上下で径の異なるケー
シングと掘削用オーガーを組み合わせて、頭部拡大杭用
のソイルセレント柱状体を造成してから杭本体を挿入す
る２段構えの工法であるため、打ち込み工法や中掘工法
に比べて工事費用が高くなる。

【００１９】以上述べたように、一般に行われている杭
打ち工法を頭部拡大杭に適用することは、施工上及びコ
スト上問題がある。また、図１３に示した下部鋼管と上
部鋼管の接合構造や、従来技術３の接合構造は、上部鋼
管から下部鋼管への応力の伝達がスムーズでなく、杭体
に局部的な応力を発生し易いという問題がある。

【００２０】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を
兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭を得ることを目
的としたものである。（１）低振動、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支
持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管
杭まで拡大すること。（２）上部工から大きな水平力や曲げモーメントが作用
する基礎杭に対して、経済的な設計が可能な頭部拡大鋼
管杭を、設計施工上無理なく低コストでねじ込み式鋼管
杭に適用できるようにすること。（３）拡径部近傍の杭体に応力集中が発生しない構造に
すると共に、拡径部のコストを低くできること。

【００２１】

【課題を解決するための手段】少なくとも先端部又はそ
の近傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管より大径で
該下部鋼管の上端部に接合された上部鋼管とからなり、
前記下部鋼管と前記上部鋼管とをテーパー鋼管によって
接続すると共に、前記上部鋼管の外径を前記翼の外径以
下に形成したものである。

【００２２】また、上記のねじ込み式鋼管杭の上部鋼管
の外径を、下部鋼管の外径の１．１５〜１．６倍の範囲
とし、また、上部鋼管の外径を、翼の外径の６０〜９０
％の範囲としたものである。

【００２３】

【００２４】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は本発明の
実施の形態１の説明図である。図において、１は頭部を
拡大したねじ込み式鋼管杭（以下、単に鋼管杭という）
で、下部鋼管２と、下部鋼管２より大径の上部鋼管３と
からなっており、下部鋼管２の先端部には翼１０が設け
られている。

【００２５】下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例え
ば、外径６００ｍｍ以下）からなり、先端部には、図２
に示すように（図２では説明を容易にするために、下部
鋼管２の上下を逆にしてある）、円周方向を段差部４
ａ，４ｂにより２分割し、一方の段差部４ａの下端部か
ら他方の段差部４ｂの上端部に連続する傾斜面とし、ま
た、段差部４ａの上端部から段差部４ｂの下端部に連続
する傾斜面として、これら傾斜面により互いに同方向に
向うレ字状の翼１０の取付部５ａ，５ｂが設けられてい
る。

【００２６】段差部４ａ，４ｂの高さｈは、鋼管杭１を
埋設する地盤の状態、鋼管杭１の外径、翼１０の状態な
どによって異なるが、一般に、ｈ＝（０．１〜０．４Ｄ
₁）／２（Ｄ₁は下部鋼管２の外径）程度であることが
望ましい。この高さｈが（０．１Ｄ₁）／２未満の場合
は鋼管杭１の１回転当りの貫入量が低下し、また、
（０．４Ｄ₁）／２を超えると１回転当りの貫入量が大
きくなりすぎるため、鋼管杭１を回転するためのトルク
が過大になり、さらに、翼１０で掘削軟化する土砂の深
さが大きくなるため、支持力が低下することがある。

【００２７】翼１０は、図２に示すように、下部鋼管２
の外径Ｄ₁より大きい外径Ｄ₃の円形鋼板又は楕円形鋼
板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂ
によって構成したものである。なお、鋼製翼１１ａ，１
１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ₃）は、一般に、
下部鋼管２の外径Ｄ₁の１．４〜２．１倍程度が望まし
い。

【００２８】上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、下
部鋼管２の先端開口部を覆うようにして取付部５ａ，５
ｂ上に載置され、溶接等により互いに反対方向に傾斜し
て取付けられ、翼１０を構成する。なお、両鋼製板１１
ａ，１１ｂの食い違いによって生じる開口部は、例え
ば、閉塞板によって閉塞してもよい。

【００２９】なお、鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図４に示
すように、下部鋼管２の先端部に１つの段差部４を設
け、この段差部４の下端部から１周して上端部に達する
レ字状（螺旋状）の取付部５を設け、この取付部５に互
いに反対方向に傾斜させて鋼製翼１１ａ，１１ｂを取付
けてもよい。なお、この場合の段差部４の高さｈ₁は、
０．１〜０．４Ｄ₁（Ｄ₁は下部鋼管２の外径）程度が
望ましい。

【００３０】上部鋼管３の外径Ｄ₂は、設計上及び施工
上、下部鋼管２の外径Ｄ₁の１．１５〜１．６倍の範囲
とすることが望ましい。１．１５倍より小さいと、拡径
したメリットよりも拡径のための加工費の方が大きくな
り、また、１．６倍以上にしてもそれ以上の設計上のメ
リットは得られない。また、上部鋼管３の外径Ｄ₂は、
翼１０の外径の６０〜９０％程度とするこが望ましい。
６０％以下になると設計上のメリットよりも加工費の方
が大きくなり、９０％以上になると施工時に上部鋼管３
の貫入抵抗が大きくなるおそれがあるので９０％以内と
することが望ましいが、翼１０の外径程度としてもよ
い。

【００３１】さらに、上部鋼管３の長さＬ₁は、１／β
〜２／βの範囲が望ましい。ここに、βは上部鋼管杭３
と地盤の硬さから決まる特性値である。上部鋼管３の長
さＬ₁が１／βより短いと大きな曲げモーメントが下部
鋼管２に伝達されてしまい、また２／βより長いと不経
済になる。一般に、上部鋼管３の長さは４〜１０ｍ程度
である。

【００３２】上記のような下部鋼管２と上部鋼管３は、
例えば図５に示すように、外径が上部鋼管３の外径と等
しく、中心部に下部鋼管２の外径とほぼ等しい穴６ａが
設けられたドーナツ状の接続部材６を用い、上部鋼管３
の下端部に接続部材６を溶接して接合すると共に、下部
鋼管２の上端部を接続部材６の穴６ａに嵌入して溶接に
より接合することにより、両者は一体に接続される。

【００３３】上記のように構成した鋼管杭１は、例えば
図６に示すように、その杭頭部がベースマシン２１に搭
載された電動モータ２２に連結され、電動モータ２２に
より回転されて鋼製翼１１ａ，１１ｂのねじ作用により
地中にねじ込まれ、埋設される。このとき、鋼製翼１１
ａ，１１ｂの食い違い部に開口部が存在するときは、鋼
管杭１内に僅かな土砂が侵入し、開口部が閉塞されてい
るときは、鋼管杭１内に土砂は侵入しない。なお、鋼管
杭１の外径が大きい場合は、地上近くで鋼管杭１の胴部
に直接回転力を与えてもよく、また、下部鋼管２は複数
の鋼管を接続した接続杭であってもよい。

【００３４】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼のね
じ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、翼
の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間隙
を通過して鋼管杭１の外周に移動し、圧縮される（図１
の２０参照）。このとき、鋼管杭１の先端部の一部又は
全部が開放されている場合は、一部の土砂が鋼管杭１内
に取り込まれる。

【００３５】鋼管杭１の外周に移動した土砂は、施工中
は攪乱されて間もないため、かつ、圧縮されて間隙水圧
が上昇しているため、鋼管杭１の外周面との間に大きな
摩擦抵抗が生じないので、鋼管杭１をスムーズに貫入す
ることができる。しかし、時間の経過に伴い、土粒子結
合力の回復と円隙水圧の低下によって土砂のせん断抵抗
が回復し、基礎杭としての供用時に大きな周面摩擦力が
発揮する。

【００３６】前述のように、ねじ込み式鋼管杭は、翼に
よりその外径相当分の範囲の鋼管杭外周の土砂が攪乱さ
れて施工中は軟化しているため、本発明のように、上部
鋼管３の外径Ｄ₂が翼１０の外径Ｄ₃以下であれば、施
工時に拡径による地盤の抵抗は小さく、打ち込み杭方式
や中掘り圧入杭方式の頭部拡大鋼管杭の場合のように、
施工能率の極端な低下や施工困難に陥ることがなく、地
盤中にスムーズにねじ込むことができる。この場合、上
部鋼管３の外径Ｄ₂が翼１０の外径Ｄ₃の９０％以上に
なると、上部鋼管２は、一度攪乱されたとはいえ土砂を
相当圧縮して貫入することになるため、貫入抵抗が大き
くなるので、上部鋼管３の外径Ｄ₂は翼１０の外径Ｄ₂
の９０％以下であることが望ましい。

【００３７】上記のように構成した本実施形態に係る鋼
管杭１は、これを基礎杭としての使用時に、翼１０は先
端地盤反力を受ける受圧体として機能するため、大きな
先端支持力を得ることができる。この場合、上部鋼管３
の外径Ｄ₂を下部鋼管２の外径Ｄ₁の１．１５〜１．６
倍程度とし、翼１０の外径Ｄ₃を下部鋼管２の外径Ｄ₁
の１．４〜２．１倍程度とすると、耐荷重性能上バラン
スをよくすることができる。また、下部鋼管２は、上部
工から伝達される水平力や曲げモーメントの影響をほと
んど受けないため、鉛直荷重が大きくても充分大きな耐
荷力を発揮することができる。

【００３８】本実施の形態は、上部鋼管３の外径Ｄ₂を
翼１０の外径Ｄ₃以下にしたことにより、鋼管杭１のね
じ込み貫入のための駆動トルクを小さくすることがで
き、頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭の貫入をスムーズ
に施工することができる。

【００３９】また、上部鋼管３の外径Ｄ₂を下部鋼管２
の外径Ｄ₁の１．１５〜１．６倍程度とすることによ
り、鋼管杭１の杭頭部近傍に発生する大きな曲げモーメ
ントに対応することができ、地震時の曲げ応力度と水平
変位量を抑制することができる。さらに、上記のように
構成することにより、経済的な頭部拡大ねじ込み式鋼管
杭を実用化することができる。

【００４０】さらに、本発明は、頭部拡大杭とねじ込み
式鋼管杭とを一定の条件に基づいて組合わせたことによ
り、理想的な基礎杭を得ることができた。すなわち、頭
部拡大杭の設計上の利点を生かしながらねじ込み杭方式
を採用することにより、頭部拡大式鋼管杭の施工上の課
題を解消すると共に、低振動、無排土施工で大きな先端
支持力が得られるというねじ込み式鋼管杭の利点を生か
し、従来困難とされていた全長に亘って大径の鋼管杭の
施工上の問題を克服することができたのである。

【００４１】［実施の形態２］図７は本発明の実施の形
態２の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分に
はこれと同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形
態は、下部鋼管２と上部鋼管３を逆截頭円錐状で短尺の
テーパー鋼管７により接合したもので、テーパー鋼管７
の下端部の外径を下部鋼管２の外径Ｄ₁と等しく、ま
た、上端部の外径を上部鋼管３の外径Ｄ₂と等しく形成
し、これらを溶接により接合したものである。このテー
パー鋼管７の長さＬ₂は、下部鋼管２の外径Ｄ₁の０．
５〜１．５倍程度が望ましく、また、テーパーの角度θ
は、２０°以下が望ましい。

【００４２】本実施の形態に係る鋼管杭１の施工方法、
作用、効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である
が、下部鋼管２と上部鋼管３との間がテーパー鋼管７に
より連続的に変化するため、施工にあたって掘削軟化さ
れた土砂がその周囲を滑らかに移動するため貫入抵抗が
小さく、鋼管杭１をよりスムーズに貫入することができ
る。また、図１３で説明した従来技術に比べて鉛直荷重
が上部鋼管３から下部鋼管２へスムーズに伝達され、鋼
管杭１に応力集中がしにくくなる。

【００４３】［実施の形態３］図８は本発明の実施の形
態３の説明図である。なお、実施の形態１，２と同じ部
分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。本実施
の形態は、実施の形態２において、上部鋼管３とテーパ
ー鋼管７との接合を工場で行い、下部鋼管２とテーパー
鋼管７との接合を施工現場で行うようにしたものであ
る。

【００４４】すなわち、上部鋼管３とテーパー鋼管７と
の接合にあたっては、例えば図９に示すように、上部鋼
管３の下端部外周を斜めに切除し、下端部外周が斜めに
切除されたテーパー鋼管７の上端部との間に開先を形成
し、工場において溶接により両者を接合する。そして、
下部鋼管２とテーパー鋼管７が接合された上部鋼管３を
施工現場に輸送する。

【００４５】施工現場では、先ず、先端部に翼１０が取
付けられた下部鋼管２をベースマシン２１の電動モータ
２２に連結し、回転力を与えて地盤中に貫入させ、上部
を地上に残した状態で電動モータ２２を取外す。つい
で、テーパー鋼管７が接合された上部鋼管３をクレーン
等で吊り下げてテーパー鋼管７を下部鋼管２上に載置
し、両者を溶接により接合する。そして、上部鋼管３を
ベースマシン２１の電動モータ２２に連結して回転力を
与え、上部鋼管３が接続された鋼管杭１を地盤中にねじ
込んで埋設する。この場合、鋼管杭１が大径のときは地
上において直接鋼管杭１の胴部に回転力を与えてもよ
い。

【００４６】下部鋼管２と上部鋼管３に接合されたテー
パー鋼管７との接合にあたっては、図９に示すように、
下部鋼管２の上端部とテーパー鋼管７の下端部の内側に
裏当て金８を取付け、外周面に形成された開先を溶接し
て両者を接合する。なお、下部鋼管２が継ぎ鋼管である
場合は、施工現場で上下の鋼管２ａ，２ｂを溶接により
接合する。

【００４７】上記のように構成した本実施の形態におい
ては、下部鋼管２、テーパー鋼管６及び上部鋼管３の溶
接接合をすべて工場で行う場合に比べて、溶接個所数を
１個所減らすことができる。また、テーパー鋼管７を介
して外径の異なる鋼管を工場で溶接接合する場合は、鋼
管を高さの異なるターニングローラ上に設置して作業を
行う必要があるが、一般にはこのような設備を有する工
場は少なく、その上コストが高くなる。本実施の形態で
は、下部鋼管２を地盤中に埋設してテーパー鋼管６を直
接現場で溶接接合するようにしたので、溶接作業が簡単
でコストを低減することができる。

【００４８】鋼管杭をトラック等に載せて輸送する場
合、外径の異なる鋼管は荷台に積載しにくいため、積込
みや運搬コストが高くなるが、本実施の形態において
は、上部鋼管３の下端部に上部鋼管３より径の小さい短
尺のテーパー鋼管７を接合したものなので、一定径の鋼
管杭の場合と同様に積載することができる。また、テー
パー鋼管７のテーパー角度θを２０°以内としたことに
より、同径鋼管の現場溶接の場合とほぼ同じ作業条件で
現場溶接を行うことができ、同等の溶接品質を得ること
ができる。

【００４９】［比較例］外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍ、
長さ８ｍの上杭、外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍで長さ１
３ｍの中杭及び下杭からなり、下杭の先端部に外径１０
００ｍｍ、肉厚４０ｍｍの円形鋼板を２分割した鋼製翼
が交差して取付けた翼を設けてなる全長３４ｍの通常の
ねじ込み式鋼管杭（以下、鋼管杭Ａという）と、外径７
００ｍｍ、肉厚９ｍｍ、長さ７．５ｍの上部鋼管、この
上部鋼管の下端部に工場で溶接接合した長さ０．５ｍの
テーパー鋼管、及び外径５００ｍｍ、肉厚９ｍｍで長さ
１３ｍの中杭と下杭からなる下部鋼管からなり、下杭の
先端部に鋼管杭Ａと同じ翼が取付けられた本発明に係る
ねじ込み式鋼管杭（以下、鋼管杭Ｂという）とを準備し
た。

【００５０】そして、上部がＮ値５〜１０の砂地盤、中
間部がＮ値５〜１５のシルトと砂の互層地盤、下部がＮ
値５０以上の砂礫地盤からなる地盤に、鋼管杭ＡとＢの
杭頭部をそれぞれベースマシンに搭載した電動モータに
連結し、回転した。これにより、両者は地盤中にねじ込
まれ、スムーズに支持層まで貫入した。施工に要した時
間は、通常の鋼管杭Ａが３．７時間、本発明に係る鋼管
杭Ｂが３．９時間で、両者の間にほとんど差異はなかっ
た。なお、上部鋼管の下端部に接合したテーパー鋼管と
下部鋼管を構成する中杭との溶接の作業性は、同径の鋼
管の溶接接合と同じであった。

【００５１】［実施の形態４］本実施の形態は、下部鋼
管２の下端部又はその近傍に設けた翼１０の他の例を示
すものである。実施の形態１〜３では、下部鋼管２の先
端部に平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂを取付けて翼１０
を構成した場合を示したが、本例においては、図１０
（ａ）に示すように、平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂに
代えて螺旋状の鋼製翼１２を取付けて翼１０を構成した
ものである。なお、下部鋼管２の先端部には、図４で説
明した螺旋状の取付部５が形成されている。

【００５２】すなわち、図１０（ｂ）に示すように、外
径Ｄ₃（Ｄ₃は下部鋼管２の外径Ｄ₁の１．４〜２．１
倍程度、以下同様）の円形鋼板の中心部に穴１３を設
け、この穴１３から外周部までの一か所を切断して、下
部鋼管２の先端部に設けた取付部５に対応した形状に曲
げ加工して１個の螺旋状の鋼製翼１２を形成し、この鋼
製翼１２を下部鋼管２の取付部５に溶接接合して翼１０
を構成したものである。

【００５３】また、図１１の例は、図１１（ｂ）に示す
ように、外径Ｄ₃の円形鋼板の中心部に、下部鋼管２の
外径Ｄ₁とほぼ等しい径Ｄ₄の穴１５を設け、これを２
分割して平板状の鋼製翼１４ａ，１４ｂを形成し、この
鋼製板１４ａ，１４ｂを、図１１（ａ）に示すように、
下部鋼管２の外周に溶接によりピッチＰ（図４の段差部
４の高さｈ₁に相当）の連続した螺旋状に取付けて翼１
０を構成したものである。なお、１６は下部鋼管２の先
端開口部を閉塞する閉塞板であるが、これは省略しても
よく、また穴があいたドーナツ板を取付けてもよい。

【００５４】図１２の例は、図１２（ｂ）に示すよう
に、図１１（ｂ）に示す円形鋼板の穴１５から外周部ま
での１か所を切断してピッチＰ（図４の段差部４の高さ
ｈ₁に相当）の螺旋状に曲げ加工して１個の鋼製翼１７
を形成し、この鋼製翼１７を図１２（ａ）に示すよう
に、下部鋼管２の外周に溶接により取付けて翼１０を構
成したものである。

【００５５】以上本発明の実施の形態について説明した
が、本発明はこれに限定するものではなく、図示しない
が、例えば、次のような実施の形態がある。（１）上記の説明では、下部鋼管２の先端部又は先端部
近傍の外周に２個の半円状の鋼製翼１１ａ，１１ｂを取
付けて翼１０を構成した場合を示したが、下部鋼管２の
先端部に３つ又はそれ以上のレ字状の取付部を設け、こ
の取付部又は外周に円形鋼板を３分割又はそれ以上に分
割した扇形状の鋼製翼を取付けるようにしてもよく、あ
るいは螺旋状の鋼製翼を複数に分割して下部鋼管２の先
端部又は外周に取付けてもよい。

【００５６】（２）また、翼１０を下部鋼管２の先端部
又はその近傍に設けた場合を示したが、さらにその上方
にも翼を設けて複数段に構成してもよい。（３）さらに、実施の形態１〜４では、翼１０を構成す
る複数の鋼製翼の内角の総和が３６０°の場合を示した
が、これら内角の総和が３２０°〜４００°の範囲にな
るように構成してもよい。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、少な
くとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管と、こ
の下部鋼管より大径で下部鋼管の上端部に接合された上
部鋼管とからなり、前記上部鋼管の外径を前記翼の外形
以下に形成したので、地盤にねじ込み貫入するための駆
動トルクを小さくすることができ、頭部を拡大したねじ
込み式鋼管杭の貫入をスムーズに施工することができ
る。また、下部鋼管と上部鋼管とをテーパー鋼管によっ
て接続したので、施工にあたって掘削軟化された土砂が
滑らかに移動するため貫入抵抗が小さく、スムーズに貫
入することができる。さらに、鉛直荷重が上部鋼管から
下部鋼管へスムーズに伝達される。

【００５８】また、上記の上部鋼管の外径を、下部鋼管
の外径の１．１５〜１．６倍の範囲としたので、杭頭部
近傍に発生する大きな曲げモーメントに対応することが
でき、また、地震時における曲げ応力度と水平変位量を
抑制することができる。さらに、上部鋼管を上記のよう
な大きさに形成することにより、頭部を拡大した経済的
なねじ込み式鋼管杭を得ることができる。

【００５９】また、上部鋼管の外径を、翼の外径の６０
〜９０％の範囲としたので、上部鋼管が翼の回転によっ
て掘削軟化された土砂内にスムーズに貫入され、ねじ込
み式鋼管杭を地盤中に容易に建て込むことができる。

【００６０】

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の説明図である。

【図２】図１の下部鋼管の下端部に設けた翼の取付部の
説明図である。

【図３】翼の製造を示す説明図である。

【図４】翼の取付部の他の例を示す説明図である。

【図５】下部鋼管と上部鋼管の接続例を示す説明図であ
る。

【図６】実施の形態１の鋼管杭の施工説明図である。

【図７】本発明の実施の形態２の説明図である。

【図８】本発明の実施の形態３の説明図である。

【図９】実施の形態３の下部鋼管と上部鋼管の接続例を
示す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態４の説明図である。

【図１１】実施の形態４の他の例の説明図である。

【図１２】実施の形態４の他の例の説明図である。

【図１３】従来の頭部拡大鋼管杭の要部の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭）２下部鋼管３上部鋼管５，５ａ，５ｂ翼の取付部６接続部材７テーパー鋼管１０翼１１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂ鋼製翼１２，１７螺旋翼２１ベースマシン２２電動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島岡久壽東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者林正宏東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者岡本隆東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平９−324419（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−254718（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−185742（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 5/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも先端部又はその近傍に翼を有
する下部鋼管と、該下部鋼管より大径で該下部鋼管の上
端部に接合された上部鋼管とからなり、前記下部鋼管と
前記上部鋼管とをテーパー鋼管によって接続すると共
に、前記上部鋼管の外径を前記翼の外径以下に形成した
ことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
【請求項２】上部鋼管の外径を、下部鋼管の外径の
１．１５〜１．６倍の範囲としたことを特徴とする請求
項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項３】上部鋼管の外径を、翼の外径の６０〜９
０％の範囲としたことを特徴とする請求項１又は２記載
のねじ込み式鋼管杭。