JP3844043B2 - 翼付き杭 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、地盤中に回転貫入されて基礎杭を構成する翼付き杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、翼付きの既成杭を地盤中に回転貫入して基礎杭として使用するものが種々開発されている。翼を設ける主な目的は、螺旋翼などにより地盤中への回転貫入を容易にすることと、杭径に比べ大径となる翼面積により杭支持力の増加を図ること等である。
【０００３】
このような翼を設けた杭として、例えば特公平２−６２６４８号公報には、鋼管杭の下端に掘削刃付きの底板を設けるとともに、下端部外周面に杭本体の外径の２倍強の外径を有する螺旋翼をほぼ１巻設けたものが記載されている。また、特開平９−３２４４２５号公報、特開平１１−１９８０８１号公報、特開平１０−１５９０８６号公報等には、螺旋翼に比べ製作が容易な翼として先端に互い違いに半円形板を取り付けたものが記載されており、また翼が先端部に取り付けられることで、鋼管に過大な曲げ応力が発生しないとされている。
【０００４】
この他、特開平１１−２６９８７５号公報には、鋼管杭の先端を開放するとともに、先端外周部に螺旋翼を設けたものが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特公平２−６２６４８号公報記載の翼付き鋼管杭の場合、先端が平板上の底板によって閉塞されているため、比較的固い支持層には杭先端部を貫入させにくいという問題がある。また、杭先端部を支持層に貫入できないと、鉛直支持力が十分得られなかったり、引抜き抵抗力が小さくなるといった問題がある。
【０００６】
さらに、翼幅が翼始端から一定であるため、回転しながら地盤に貫入させて行く際、翼端部が損傷しやすく、杭貫入に支障をきたす恐れがある。特開平９−３２４４２５号公報他記載の先端に互い違いの半円形板を取り付けた形式も、回転により地盤中にねじ込まれて行くことになり、半円形板間から土砂が上方に送られるが、その隙間に大きな石や土砂、砂礫などが詰まると貫入が阻害されることになる。
【０００７】
また、杭下端部において、半円形板の互い違いによる掘削刃効果により地盤を削って行くものであるが、固い地盤では貫入速度が極端に落ちる場合がある。特開平１１−２６９８７５号公報記載の回転埋設杭では、先端が開端であるため貫入しやすいという利点はあるが、特に杭径が大きい場合、地盤があまり固くないと十分な支持力が得にくい。また、翼幅が翼始端から一定であるため、翼が損傷しやすいという問題もある。
【０００８】
本願発明は、従来技術における上述のような課題の解決を図ったものであり、固い支持層への貫入性に優れ、翼が損傷しにくく、かつ先端支持力も大きくとることができる翼付き杭を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る翼付き杭は、杭の先端部に鉄筋を螺旋状に巻き付けてなる掘削刃を有する円錐状部を設けるとともに、前記円錐状部のすぐ上方に当たる杭本体下端部の杭外周に翼を螺旋状に設けてなり、前記円錐状部に設けられた掘削刃の終端部の位置と前記翼の始端部の位置を合わせてあり、前記翼は翼幅が始端から漸増する部分を有し、続いて翼幅がほぼ一定である部分がほぼ１巻設けられていることを特徴とする。
【００１０】
杭本体については、主として鋼管杭を考えているが、鋼管杭に限定する必要はなく、鋼コンクリート複合パイルあるいはコンクリート杭などでもよい。掘削刃についは、円錐状部に鉄筋を螺旋状に巻き付けたものを用いる。また、鉄筋として、異形鉄筋を用いれば、掘削性を向上させることができる。
【００１１】
杭先端部の円錐状部に鉄筋を螺旋状に巻き付けてなる掘削刃を設けることで、掘削性が向上し、固い支持層への貫入が容易となり、施工性の向上によるコスト低減効果の他、杭先端部を支持層に確実に貫入させることができるため、高い先端支持力が期待でき、信頼性の高い杭が得られる。
【００１２】
さらに、本発明では、この円錐状部に設けられた掘削刃の終端部の位置と翼の始端部の位置を合わせてあり、翼は翼幅が始端から漸増する部分を有し、土砂の翼間への巻き込みがスムーズとなり、結果として杭周面摩擦力を大きくとることができる。
【００１３】
円錐状部の高さは杭本体の径の２．５倍以内程度が望ましい。２．５倍以上の高さだとこの部分の強度が不足し、不安定となりやすく、貫入垂直度も悪くなる恐れがある。杭外周に螺旋状に設けられる翼については、翼幅が始端から漸増する形状であるため、回転時における翼始端部での抵抗が小さくなり、翼の破損、損傷が防止できる。
【００１４】
すなわち、この漸増部分を設けることで、杭の回転貫入が円滑化され、固い層にも食い込みやすくなる。この漸増部分の長さとしては、円滑な貫入を考えた場合、杭本体外周の０．２５巻き以上程度あることが望ましい。
【００１５】
さらに、翼部分における鉛直支持力に関しては、翼幅がほぼ一定である部分をほぼ１巻き設けてあるため、杭周方向に均一な安定した支持力が期待できる。
【００１６】
翼幅がほぼ一定の部分での巻き数が多過ぎると、翼間の隙間に石などが詰まった場合に回転貫入の支障となる可能性が考えられるため、これを防止するためには、翼幅がほぼ一定の部分は１巻程度に抑えることが望ましく、本願発明ではこの翼幅がほぼ一定の部分は１巻程度とすることとする。
【００１７】
翼幅に関しては、杭の回転貫入時に土砂を上方へ押し上げる効果や支持面積の拡大による支持力向上の効果と、翼を構成する板（通常は鋼板）の剛性を考えた場合、翼幅を杭本体の径の１．５〜３倍程度とすることが好ましい。
【００１８】
請求項２は、請求項１に係る翼付き杭において、前記翼の翼幅がほぼ一定である部分に続いて、さらに翼幅が漸減する部分を有する場合を限定したものである。翼の下部に位置する漸増部分の他に、翼の上部に漸減部分を形成することで、例えば杭を仮設杭として用いる場合などにおいて、引抜き撤去がスムーズとなる。また、仮設杭でない場合でも、回転貫入中に、何らかの理由で杭を逆向きに回転させたい場合などにおいて、逆回転がスムーズとなり、翼の損傷などを防止することができる。
【００１９】
請求項３は、請求項２記載の翼付き杭において、前記翼の巻き数が、前記翼幅が始端から漸増する部分が約０．２５巻き、前記翼幅がほぼ一定である部分が約１巻き、前記翼幅が漸減する部分が約０．２５巻きで、全体として約１．５巻きとなっている場合を限定したものである。
【００２０】
１．５倍以下の場合、土砂を上方へ押し上げる効果や鉛直支持力向上の効果が必ずしも十分でなく、３倍以上では回転貫入時の抵抗により翼が破損したり損傷しやすくなる可能性が考えられる。ただし、後述するように、翼の表面あるいは外周部に補強リブを設けたり、あるいは翼自体の材質を変えたり、厚さを増すなどして、さらに翼幅を大きくすることも考えられる。
【００２１】
請求項４は、請求項１、２または３記載の翼付き杭において、前記翼の表面に補強リブが設けられている場合を限定したものである。補強リブを設ける主目的は翼部分の剛性を高め、翼幅をより大きくとれるようにすることにあるが、補強リブの形状によっては杭本体と地盤間の周面摩擦力を向上させたり、あるいは回転貫入の抵抗を低減することも可能である。
【００２２】
例えば、補強リブを翼の半径方向に設けた場合、翼を上下方向に曲げようとする力に対する抵抗力が向上し、また補強リブを傾斜させて取り付けた場合には翼上下の土砂を杭本体表面方向に呼び込み、周面摩擦力の向上が図れる。また、この補強リブは、翼の下面側に設ける場合、上面側に設ける場合、上下面両方に設ける場合が考えられる。
【００２３】
前記補強リブは翼の最外周に設けることもできる。補強リブを翼の最外周につば状に設けた場合、回転貫入時に土砂が補強リブより外側に逃げにくくなり、施工後における杭本体と地盤間で、高い周面摩擦力が期待できる。また、補強リブとしての翼剛性向上効果により、補強リブがない場合に比べ翼幅を杭本体の径の５倍程度まで広げることが可能となる。すなわち、５倍程度までは施工時の翼の安定化が図れ、それに応じて高い杭支持力が期待できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本願の請求項１、２、３に係る発明の一実施形態を示したもので、鋼管からなる杭本体１の先端にコーン形状の鋼製円錐状部２を溶接等により固着してある。円錐状部２には、異形鉄筋を螺旋状に巻き付けて溶接し、掘削刃３としている。
【００２５】
また、円錐状部２のすぐ上方に当たる杭本体１下端部には鋼製の翼５が螺旋状に巻き付けられ、杭本体１の表面に溶接されている。翼５は翼５の最下端に当たる始端部ａからの翼幅が漸増する漸増部分５ａと漸増部分５ａに続く翼幅がほぼ一定の翼幅一定部分５ｂとを有し、そのため、始端部ａおよび漸増部分５ａが地盤から受ける抵抗が小さく、杭の回転貫入がスムーズになる。
【００２６】
翼４については、始端部ａからの漸増部分５ａ、中間の翼幅一定部分５ｂに続き、さらに終端部ｂに向けて翼幅が漸減する漸減部分５ｃが形成されている。漸減部分５ｃの効果としては、杭を仮設杭として用い、後から撤去する必要がある場合に、その引抜き撤去がスムーズとなる。また、回転貫入中に杭を戻す必要が生じた場合などにも有利である。
【００２７】
この場合の翼５の巻き数は、漸増部分５ａが約０．２５巻き、翼幅一定部分５ｂが約１巻き、漸減部分５ｃが約０．２５巻きで、全体として約１．５巻きとなっている。また、図に示すように、掘削刃３の終端部と、翼の始端部ａの位置を合わせると、土砂の翼５間への巻き込みがスムーズとなり、結果として杭周面摩擦力を大きくとることができる。
【００２８】
図２は、請求項４に係る発明の一実施形態における杭先端部を鋼製円錐状部を省略して示したもので、翼５に下向きの補強リブ６を設けることで、翼５を補剛し、回転貫入時の翼５の変形を抑制できるようにしている。また、この例は、特に、翼５の外周部に補強リブ６を設けた場合であり、土砂がつば状に取り付けられた補強リブ６より外側に逃げにくくなり、杭本体１と地盤間での周面摩擦力を大きくとることができる。
【００２９】
図３は、請求項４に係る発明の他の実施形態における杭先端部を鋼製円錐状部を省略して示したもので、図２では補強リブ６を下向きに形成していたのに対し、図３の例では補強リブ６を上下に突出させている。
【００３０】
図４は、本願の請求項１、２に係る発明の他の実施形態における杭先端部を鋼製円錐状部を省略して示したもので、杭本体１の先端部および円錐状部２に複数のセメントミルク吐出口７を設け、セメントミルク等の固化材の注入により杭先端部の強度を高め、先端支持力の安定および増大を図っている。
【００３１】
なお、本願発明の翼付き杭を埋込み杭として使用する場合には、杭の回転貫入時にセメントミルク吐出口７から固化材を吐出し、杭周辺の掘削土砂と攪拌混合して杭外周部の地盤を固めることで、支持力を安定的にとることができる。
【００３２】
【発明の効果】
(1) 回転貫入式の杭の最も大きな課題は、杭支持力を期待するためには比較的固い地層まで杭先端を貫入到達させる必要があるのに対し、軟らかい層から固い層へ貫入させるとき、あるいは杭貫入途中に比較的固い層があるときに、従来の杭では食い込み能力が不足し、同じ深度位置で杭先端が「空回り」状態に近くなり、施工時間が著しく長くなり問題を生じることであった。
【００３３】
これに対し、本願発明の杭では、上述のように杭の先端部に鉄筋を螺旋状に巻き付けてなる掘削刃を有する円錐状部を設けるとともに、この円錐状部のすぐ上方に当たる杭本体下端部の杭外周に翼を螺旋状に設け、円錐状部に設けられた掘削刃の終端部の位置と翼の始端部の位置を合わせ、かつ翼の始端部に漸増部を設けたことで、従来の同種の杭に比べて著しく貫入が容易となる。また、本願発明の杭では、翼幅がほぼ一定の部分はほぼ１巻としているため、翼間の隙間に石などが詰まり、回転貫入の支障となることを防止することができる。
【００３４】
(2) また、杭の貫入の円滑化と支持層への確実で迅速な根入れを可能したことにより、施工費においても大幅な低減効果が期待できる。
【００３５】
(3) 請求項２に係る発明では、翼の上方にも漸減部分を設けてあるため、仮設杭として用いる場合等において、引き抜き撤去がスムーズとなる。
【００３６】
(4) 請求項４に係る発明では、翼に補強リブを設けたことで、翼の外力に対する抵抗が大きくなり、杭の回転貫入がよりスムーズとなり、また安定した支持力が得られる。さらに、翼径の拡大も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の請求項１、２、３に係る発明の一実施形態を示したもので、(a) は翼付き杭先端部の正面図、(b) は底面図である。
【図２】 本願の請求項４に係る発明の一実施形態における杭先端部を鋼製円錐状部を省略して示したの正面図である。
【図３】 本願の請求項４に係る発明の他の実施形態における杭先端部を鋼製円錐状部を省略して示した正面図である。
【図４】 本願の請求項１、２に係る発明の他の実施形態における杭先端部の正面図である。
【符号の説明】
ａ…翼始端、ｂ…翼終端、１…杭本体、２…円錐状部、３…掘削刃、４…掘削刃、５…翼、５ａ…翼幅一定部分、５ｂ…漸増部分、５ｃ…漸減部分、６…つば状補強リブ、７…セメントミルク吐出口

Claims (4)

1. 杭の先端部に鉄筋を螺旋状に巻き付けてなる掘削刃を有する円錐状部を設けるとともに、前記円錐状部のすぐ上方に当たる杭本体下端部の杭外周に翼を螺旋状に設けてなり、前記円錐状部に設けられた掘削刃の終端部の位置と前記翼の始端部の位置を合わせてあり、前記翼は翼幅が始端から漸増する部分を有し、続いて翼幅がほぼ一定である部分がほぼ１巻設けられていることを特徴とする翼付き杭。
2. 前記翼の翼幅がほぼ一定である部分に続いて、さらに翼幅が漸減する部分を有する請求項１記載の翼付き杭。
3. 前記翼の巻き数が、前記翼幅が始端から漸増する部分が約０．２５巻き、前記翼幅がほぼ一定である部分が約１巻き、前記翼幅が漸減する部分が約０．２５巻きで、全体として約１．５巻きとなっている請求項２記載の翼付き杭。
4. 前記翼の表面に補強リブが設けられている請求項１、２または３記載の翼付き杭。

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