JP3661863B2 - 回転埋設鋼管杭用の拡底板、及びこの拡底板の回転埋設鋼管杭への取付け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、建築又は土木構造物の基礎となる地盤部分の補強を行うために使用する基礎杭の先端付近に配設する基礎杭用拡底板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、土木構造物の構築においては、従来から建築物の基礎となる地盤部分の支持力を高めるためにプレストレスコンクリートや鋼管等からなる基礎杭を埋設して地盤を補強する施工が各種行われていた。
【０００３】
かかる目的の基礎杭の埋設は、いわゆる打撃式によるものが主流であったが、近年は環境被害を考慮して、無排出土、低振動、低騒音、高支持力の回転埋設型（又は回転貫入型）の鋼管杭へと変遷してきている。そして、これらの回転埋設鋼管杭の施工はアースオーガ用の油圧モータ等に取付けて、軸回転及び押圧力にて地盤に埋設されていた。
【０００４】
この回転埋設型の鋼管杭の構成は、例えば、図９の（Ａ）に示すような、鋼管杭本体の下端側の外周面に螺旋翼Ｐ１ａ（スクリュ）を設け、軸回転により地盤にねじり込むようにし、かつ下端の掘削刃Ｐ１ｂによって土砂を掘削して軟化させる一方、螺旋翼Ｐ１ａを鋼管杭の本体側面の未掘削土砂に食い込ませることにより、土の耐力を反力として地中に回転埋設させる構造である（以下、「螺旋翼杭Ｐ１」と称する。）。この例と同様な構成のものは特開平７−１７３８３２に開示されている。
【０００５】
また、他の例として、図９の（Ｂ）に示すように、杭本体の先端部又は外周面に杭本体の軸中心から偏心させて傾斜翼Ｐ２ａを取付け、この傾斜翼Ｐ２ａで地盤を掘削すると共に傾斜翼Ｐ２ａの傾斜角をもった配置により生ずる間隙から上方に掘削土を排出させ地中に回転埋設させる構造のもの（以下、「翼杭Ｐ２」と称する。）もあった。この例と同様な構成のものは特開２０００−１７０１５９に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の螺旋翼杭Ｐ１には、鋼管杭本体の側面の未掘削土砂と鋼管杭本体の側面全体及び螺旋翼Ｐ１ａの螺旋面全体とから生じる摩擦抵抗力が、掘削深度に比例して増大することになり、その施工には大きな押圧力と鋼管杭を回転させるために強大なトルクとそれらの動力エネルギーが必要となる欠点があった。このため、Ｎ値（地盤の強さを示す指標の一つ。）の高い硬質地盤に対する施工は困難なものとなり、施工費の増大を招いていた。さらには、鋼管杭の側面に螺旋翼Ｐ１ａを溶接固定するため、その製造の困難性から鋼管杭自体も高コストとなるばかりでなく、螺旋翼Ｐ１ａによりその側方向の場積が増大することから保管や施工現場への運搬においての取扱いは不便であった。
【０００７】
また、上記の翼杭Ｐ２は、所定の傾斜角度で配設した傾斜翼Ｐ２ａによって拡底板と同様に地盤に対して高支持力を得るが、傾斜翼Ｐ２ａの下端側が掘削刃の役割をなすため、貫入性が悪く高トルクを必要とし、いわゆる圧密効果が低いものであった。また、杭本体に翼を偏心させて取付けているため、杭本体の翼取付け部を加工すると共に、溶接を行っている。このため、螺旋翼杭Ｐ１と同様にその製造は高コストであり、保管や運搬においてもその取扱いは不便であった。
【０００８】
【目的】
そこで、本願発明はかかる課題に着目して為されたものであり、地盤への高支持力を有しながら効率的な貫入性及び圧密作用を確保すると共に、鋼管杭への取付け方法が簡易であり、かつ保管及び運搬等の取扱い性に優れた回転埋設鋼管杭用の拡底板、及びこの拡底板の回転埋設鋼管杭への取付け方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明の回転埋設鋼管杭用の拡底板は、以下のように構成している。
即ち、回転埋設する鋼管杭の先端付近に一体化させるフランジ状の拡底板において、中央部に嵌合口（３）を開設した板状の基体板（２）と、基体板（２）の周縁（２０）に向かって略扇形状に切欠いて形成した排土口（４）と、該排土口（４）の回転方向側の縁辺（４０）から反回転方向の上方へ向かって傾斜配設した上刃（４２）と、該排土口（４）の反回転方向側の縁辺（４１）から回転方向の下方へ向かって傾斜し、かつ回転方向に対して後退角をもって配設した下刃（４３）と、から成ることを特徴としている。
【００１０】
特に、上記の排土口（４）は、切欠いたこの扇形の中心を基体板（２）の中心より周縁（２０）に寄った位置に設定すると共に、この切欠きの反回転方向側の縁辺をさらに所定距離分だけ反回転方向側に平行移動させるように切欠いて形成したことを特徴としている。
【００１１】
また、上刃（４２）と下刃（４３）の形成において、排土口（４）の縁辺（４０、４１）を所定方向へ屈曲させて形成したことを特徴としている。
【００１２】
さらにまた、基体板（２）の上面又は（及び）下面に基体板（２）の回転方向に沿う面をもった板状のリブ（５）を立設したことを特徴としている。
【００１３】
加えて、杭の先端部（６０）が円錐形をなし、かつ所定の掬い角をもったブレード（６１）を上記円錐形の母線に沿って配設してなる回転埋設鋼管杭（６）を嵌合させる場合の嵌合口（３）において、短径を回転埋設鋼管杭（６）の直径より小径に設定した楕円形を成し、かつ内周縁には先端部挿入時にブレード（６１）が通過し得る大きさの切欠き口（３０）を形成したことを特徴としている。
【００１４】
次に、上記のように構成した拡底板の回転埋設鋼管杭への取付け方法は以下のように行う。
この拡底板（１）を埋設施工する地面に載置し、杭の先端部（６０）が円錐形をなしかつ所定の掬い角をもったブレード（６１）を上記円錐形の母線に沿って配設してなる回転埋設鋼管杭（６）を、先端から嵌合口（３）及び切欠き口（３０）に嵌入させた後、前記回転埋設鋼管杭（６）を軸回転させて先端部（６０）と嵌合口（３）とを摩擦固着させ、これにより拡底板（１）と回転埋設鋼管杭（６）とを一体化するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
なお、上記の特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。
【００１６】
【作用】
請求項１から５の構成を採ることにより、拡底板は回転埋設鋼管杭へと適宜に取付け可能になると共に、取付け後は鋼管杭と一体となり、地盤に回転埋設されることになる。また、回転埋設時において、下刃により掘削軟化した掘削土砂は拡底板の排土口より拡底板の上方及び側方に排出されると共に、拡底板の上刃により側方周辺に排出される。
【００１７】
請求項６の方法を採ることにより、軸回転により杭が地盤に貫入し始め、拡底板の杭に対する位置が上昇し、杭の先端部の円錐部が嵌合口の短径側と摩擦固着して一体となり地盤に回転埋設されることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本願発明に係る回転埋設鋼管杭用の拡底板１の具体的な実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１は本実施形態例の拡底板の全体外観を示す斜視図であり、図２は本実施形態例の拡底板の排土口を示す部分拡大斜視図であり、図３は本実施形態例の拡底板のリブの変形例（Ａ）、（Ｂ）を示す拡大斜視図であり、図４は本実施形態例の拡底板の形成方法を示す説明図であり、図５は本実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板の取付け方法を示す説明図であり、図６は本実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板とが一体となって地盤に回転埋設する作業状態を示す一部切欠き斜視図である。
【００２０】
なお、本実施形態例の説明においては、地面に貫入させるための回転方向（矢印ａ）を回転埋設鋼管杭（以下、「鋼管杭」と略称する。）の「回転方向」、逆方向を「反回転方向」と規定している。
【００２１】
また、本実施形態例で用いる拡底板１を取付ける鋼管杭６は、杭の先端部が円錐形をなす円錐部６０を有し、かつ所定の掬い角をもったブレード６１を上記円錐部６０の母線に沿って配設している構成のものである。これについては、本願出願人が先に特許第２８９３４４３号の特許として取得し、公開しているものと同様の構成であるため、その詳細な構成の説明は省略する。
【００２２】
本実施形態例の拡底板１は、図１に示すように、鋼管杭６の外径に対し２〜３倍程度の外径をもってなる板状の基体板２を主体とし、その中央部に嵌合口３、並びその周辺部に排土口４、上刃４２、下刃４３、及びリブ５を形成して成るものである。
【００２３】
先ず、嵌合口３は、基体板２の中央部に開設した略楕円状の開口形をなし、該嵌合口３の短径は鋼管杭６の直径より小さい寸法としている。また、嵌合口３の長径側の対向縁には鋼管杭６のブレード６１が通過し得る程度の矩形状の切欠き口３０を形成している。
【００２４】
排土口４は、図１、２に示すように、上記の嵌合口３の短径側の対向両側であって、基体板２の周縁２０から嵌合口３の短径線上を通る直線をもって所定角度（α＋β）の略扇形に削除し、さらに反回転方向側へ所定距離分λだけ平行移動させて切欠いた形状を成すものである。
【００２５】
上刃４２は、排土口４の回転方向側の縁辺４０から反回転方向側上方へ延びる所定の傾斜角をもって取付けている。下刃４３は、排土口４の反回転方向側の縁辺４１に回転方向側下方へ延びる所定の傾斜角をもって取付けている。
【００２６】
最後に、リブ５は嵌合口３の長径側の対向する周縁２０に配設され、屈曲させて基体板２の下面側へ延びる板状体を成している。なお、このリブ５の配設は、拡底板１の剛性向上を目的とするもので、この形態に限らず、上面側へ屈曲させるようにしても良く（図示省略）、また図３（Ａ）に示すようにリブ５０の回転方向側の角部を鋭角にして掘削刃５０ａとして機能させても良く、さらには図３（Ｂ）に示すように基体板２の周縁２０より内部側の上面又は下面に溶接して配置するリブ５１のようにしても良い。
【００２７】
なお、本実施形態例では上記の上刃４２、下刃４３、リブ５の形成を材料の歩留まりを考慮して基体板２の一部を屈曲（曲げ）加工する一体成形として形成している。
その加工は、例えば、図４（Ａ）に示すように、嵌合口３における短径線の延長線上の基準点４４に向かって、短径線に対して所定の後退角βをもって縁部からガス溶断等で切断する（ｂ切断線）。次に、ｂ切断線を反回転方向側へ所定距離λにおいて平行移動した時に基準点が描く軌跡を同様に切断する（ｃ切断線）方法による。
【００２８】
そして、図４（Ｂ）に示すように、上刃４２は、切断線ｂによって分離された回転方向側の切片を、基準点４４を頂点とし、かつ短径線に対して所定の前進角αをもって上方に屈曲させて形成する（矢印ｄ）。下刃４３は、基準点４４を切断線ｃに沿ってλだけ平行移動した点を頂点として、かつ切断線ｂと同じ後退角βをもって下方に屈曲させて形成する（矢印ｅ）。
【００２９】
また、基体板２に対向させて配設したリブ５の形成は、長径側の周縁２０に予め矩形状の延出片として残して基体板２の材料取りを行い、その後にこの部分を下側へ屈曲させるようにしている（矢印ｆ）。
【００３０】
【本実施形態例の作用】
次に、上記のように構成した拡底板の鋼管杭への取付け方法について説明する。
先ず、鋼管杭６の埋設地点の地面に拡底板１を載置する。そして、油圧モータＭを具備した油圧式ショベルＳ等の回転貫入装置を介して把持した鋼管杭６を垂直に保持しながら、図５に示すように、拡底板１の嵌合口３及び切欠き口３０に鋼管杭の先端側およびブレード６１を嵌入させる。
【００３１】
次に、油圧モータＭを起動させて鋼管杭６を地面に押し付けながら軸回転させると、鋼管杭６は地盤を掘削しながら埋設し始める。この時、ブレード６１は切欠き口３０と係合しているため、拡底板１は地面上を鋼管杭６と共回りするが、鋼管杭６の地面への没入に従ってブレード６１は切欠き口３０を通過して外れて、嵌合口３の楕円形状の短径側と鋼管杭６の円錐部６０とが摩擦固着する。その後は、図６に示すように、拡底板１が鋼管杭６と一体となって回転し、押圧力が作用する下刃４３も掘削を行って地盤に回転埋設して行くこととなる。
【００３２】
ここで上記した回転埋設時において、拡底板１は鋼管杭６と共に以下のように地盤に作用する。
すなわち、鋼管杭６のブレード６１により掘削された掘削土砂はブレード６１に沿って上方及び側方に送り出され、拡底板１の上刃４２と下刃４３を配置した排土口４の構成により、掘削土砂は後方上部へ導かれる。また、排土口４を通過できない大きさの礫等は、下刃４３が回転方向に対して後退角βで取付けられているため、拡底板１の側方へ積極的に押し出される。さらに、平面視において、上刃４２と下刃４３とが排土口４を塞ぐように重なることにより、鋼管杭６は地盤に対して十分な垂直抗力が確保される。
【００３３】
【他の実施形態の可能性】
本願発明の目的の実現においては、実施形態を以下のように変更することも可能である。
まず、図７に示すように、鋼管杭７が３つのブレード７０を有している場合には、嵌合口３の形状を各辺が内部側に張り出した略正三角形の形状とすると共に、３箇所の切欠き口３０を形成してもよい。また、同様に鋼管杭が４つのブレードを有する場合にも、これに対応させて嵌合口３の形状を各辺が内部側に張り出した略正方形の形状とすると共に、４箇所の切欠き口３０を形成するようにしてもよい（図示省略）。なお、これらの鋼管杭７を使用する場合の拡底板１の排土口４及びリブ５の配置及び個数は、上記実施形態例に限定することなく適宜なものである。
【００３４】
さらにまた、鋼管杭８が角形パイプである場合には、図８に示すように、嵌合口３を角形の鋼管杭８と適合する矩形状に形成すると共に、拡底板１には図中に示す閂（かんぬき）８０等の鋼管杭８との係止手段を配設するようにしても良い。
【００３５】
【効果】
上記構成により、本願発明にかかる拡底板は、無排出土、低振動、低騒音、及び高支持力の確保と従来の拡底板付き鋼管杭と同様効果を損なうことなく、拡底板の鋼管杭への取付けが施工現場で簡易に行うことができ、かつ保管及び運搬等の取扱い性に優れ、さらには製造コストの低減も図れるなどの優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態例の拡底板の全体外観を示す斜視図である。
【図２】 本実施形態例の拡底板の排土口を示す部分拡大斜視図である。
【図３】 本実施形態例の拡底板のリブの変形例（Ａ）、（Ｂ）を示す拡大斜視図である。
【図４】 本実施形態例の拡底板の形成方法を示す説明図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図５】 本実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板の取付け方法を示す説明図である。
【図６】 本実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板とが一体となって地盤に回転埋設する作業状態を示す一部切欠き斜視図である。
【図７】 他の実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板とを示す斜視図である。
【図８】 他の実施形態例の回転埋設鋼管杭と拡底板とを示す斜視図である。
【図９】 従来の回転埋設鋼管杭を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 拡底板
２ 基体板
２０ 周縁
３ 嵌合口
３０ 切欠き口
４ 排土口
４０ 縁辺（回転方向側）
４１ 縁辺（反回転方向側）
４２ 上刃
４３ 下刃
４４ 基準点
５ リブ
５０ リブ（変形例）
５０ａ 掘削刃
５１ リブ（上面配置）
６ 鋼管杭（円錐タイプ）
６０ 円錐部
６１ ブレード
７ 鋼管杭（３枚ブレード）
７０ ブレード
８ 鋼管杭（角形パイプ）
８０ 閂
Ｐ１ 螺旋翼杭（従来例）
Ｐ１ａ 螺旋翼
Ｐ１ｂ 掘削刃
Ｐ２ 翼杭（従来例）
Ｐ２ａ 傾斜翼
Ｍ 油圧モータ
Ｓ 油圧式ショベル

Claims (5)

1. 回転埋設する鋼管杭の先端付近に一体化させるフランジ状の拡底板において、
   中央部に嵌合口（３）を開設した板状の基体板（２）と、
   基体板（２）の周縁（２０）に向かって略扇形状に切欠き、かつ該扇形の中心を基体板（２）の中心より周縁（２０）に寄った位置に設定すると共に、上記切欠きの反回転方向側の縁辺をさらに所定距離分だけ反回転方向側に平行移動させるように切欠いて形成した排土口（４）と、
   該排土口（４）の回転方向側の縁辺（４０）から反回転方向の上方へ向かって傾斜配設した上刃（４２）と、
   該排土口（４）の反回転方向側の縁辺（４１）から回転方向の下方へ向かって傾斜し、かつ回転方向に対して後退角をもって配設した下刃（４３）と、
   から成ることを特徴とする回転埋設鋼管杭用の拡底板。
2. 上刃（４２）と下刃（４３）の形成において、
   排土口（４）の縁辺（４０、４１）を所定方向へ屈曲させて形成したことを特徴とする請求項１記載の回転埋設鋼管杭用の拡底板。
3. 基体板（２）の上面、又は（及び）下面に基体板（２）の回転方向に沿う面をもった板状のリブ（５）を立設したことを特徴とする請求項１、又は２記載の回転埋設鋼管杭用の拡底板。
4. 杭の先端部（６０）が円錐形をなし、かつ所定の掬い角をもったブレード（６１）を上記円錐形の母線に沿って配設して成る回転埋設鋼管杭（６）を嵌合させる場合の嵌合口（３）において、
   短径を回転埋設鋼管杭（６）の直径より小径に設定した楕円形を成し、かつ内周縁には先端部挿入時にブレード（６１）が通過し得る大きさの切欠き口（３０）を形成してなることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の回転埋設鋼管杭用の拡底板。
5. 請求項１、２、３又は４記載の回転埋設鋼管杭用の拡底板（１）を埋設施工する地面に載置し、杭の先端部（６０）が円錐形をなしかつ所定の掬い角をもったブレード（６１）を上記円錐形の母線に沿って配設してなる回転埋設鋼管杭（６）を、先端から嵌合口（３）及び切欠き口（３０）に嵌入させた後、前記回転埋設鋼管杭（６）を軸回転させて先端部（６０）と嵌合口（３）とを摩擦固着させ、これにより拡底板（１）と回転埋設鋼管杭（６）とを一体化するようにしたことを特徴とする拡底板の回転埋設鋼管杭への取付け方法。

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