JP3885301B2 - 二重管式鋼管杭 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地すべり抑止杭、あるいは土留め杭等に用いる二重管式鋼管杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大口径の地すべり抑止杭には、クレーンの吊り能力の軽減、溶接時間の低減等施工性を向上させるための二重管式鋼管杭が、特開平８−１８４０３７号公報に開示されている。この二重管式鋼管杭は、図９に示すように、同心円状に配置された外鋼管１と内鋼管２の間の円環状間隙にコンクリート３が充填された二重管構造である。図において符号４は残土、６は移動層、７は不動層または地山、８はセメントモルタルまたはセメントミルク、１０は挿入孔である。なお、充填したコンクリート３との一体性を良好にするため外鋼管１の内面及び内鋼管２の外面にスパイラル状の連続したリブを形成することにより、その環状間隙内に充填されたコンクリートによって、より強固に一体化できるとしている。また、その実施例で示されているように、外鋼管、内鋼管、各々の長尺化のための管端部の接続には溶接を用いるとしている。
【０００３】
鋼管杭を長尺化する技術として、溶接以外では、ねじ継手（特開平６−１９３０５４号公報）、印籠継手（特開平１−７１９１６号公報）、接続スリーブ（特開平２−１０４８１５号公報、特公平５−９５７１号公報、特公平５−７９７６７号公報、特公平６−１７５７５号公報）や重ね継手（特開平７−１５８０１５号公報、特開平７−１５８０１６号公報）等が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
長尺化のための管端部同士の溶接は、管径、肉厚の一方または双方の増加に比例して長時間を必要とするので、現地溶接によると施工期間の延長につながり、溶接欠陥が生じる可能性も高くなり、溶接工の常時配置が必要となる。また、接続スリーブ、あるいは重ね継手を用いた場合には、接続部近傍に特別なスリーブや継手材を配置することが必要となり施工上の困難を伴うこと、継手と管体との間の間隔を充分に確保する必要があり、そのため内鋼管を小径にせざるを得ないこと、さらに継手部材と接続される鋼管との間に注入するコンクリートやモルタルの充填性にも問題がある。また、ねじ継手、印籠継手の場合には、鋼管杭本体以外に、接続部近傍に特別なスリーブや継手材は必要としないが、ねじ継手や印籠継手の機械加工費が大きいので生産コストが上昇するという問題点がある。
【０００５】
二重管式鋼管杭においても、口径が大きくなり、外鋼管、内鋼管の肉厚も増加すると、溶接に時間がかかり、溶接品質にも欠陥が生じる可能性が高くなる。また外鋼管、内鋼管の各々の接合部に接続スリーブや重ね継手構造を用いると、施工性に支障を来し、ねじ継手、印籠継手を用いた場合加工にコストがかかる等の問題点が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る二重管式鋼管杭は、このような問題点を解決するためになされたものであり、地中に設けた穴内に、管端同士を当接して積み重ねる外鋼管と、該外鋼管内に、管端同士を当接して積み重ねる内鋼管と、外鋼管と内鋼管の隙間に充填するセメントまたはモルタルとを有する二重管構造であって、一方の鋼管の管端当接位置に対峙する他方の鋼管の軸方向範囲を該範囲以外の部位より厚肉または高強度にするものである。
【０００７】
また、前記厚肉部が、内面または外面の一方または両方に階段状またはテーパ状に増肉されたものである。
【０００８】
また、厚肉部の肉厚（ｔ_z ）が下記（１）式を満足するものである。
ｔ_z ≧（σ_siy ・ｔ_i ＋σ_soy ・ｔ₀ ）／σ_z ……（１）
ここで、σ_siy ：内鋼管の降伏強度
ｔ_i ：内鋼管の肉厚
σ_soy ：外鋼管の降伏強度
ｔ₀ ：外鋼管の肉厚
σ_z ：厚肉部の降伏強度
【０００９】
また、厚肉部または高強度部に対峙する管端部の範囲が下記（２）式を満足するものである。
Ｌ≧３０×ｔ_e ……（２）
ここで、Ｌ ：厚肉部または高強度部に対峙する管端部の範囲（管軸方向の長さ）
ｔ_e ：増肉しない範囲の肉厚
【００１０】
また、鋼管の管端範囲、あるいは鋼管の厚肉範囲または高強度範囲の少なくとも１以上で、コンクリートまたはモルタルを充填する側に突起または突条を配置するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１を示す長手方向断面図である。本発明の二重管式鋼管杭は、図示するように外鋼管１と、前記外鋼管１の内径より小さい外径の内鋼管２とを同心状に配置したもので、外鋼管１と内鋼管２の間の円環状間隙にコンクリートあるいはモルタル３が充填された二重管構造であり、前記外鋼管１または内鋼管２の何れか一方の管端部１１同士の当接位置に対峙する他方に増肉部１２を備えている。前記増肉部１２は、外鋼管１においては内径を小さくし、内鋼管２においては外径を大きくしたものである。そして、外鋼管１および内鋼管２同士が当接する管端部１１と、前記管端部１１が当接する位置に対峙する増肉部１２との間隙は、充填するコンクリートあるいはモルタル３を通過させるのに必要な距離が確保されている。前記管端部１１と増肉部１２とが対峙する状態で組み合わされた二重管式鋼管杭は、全長にわたって充填されたコンクリートあるいはモルタル３で一体化される。
なお、外鋼管の外径：１５００mm、肉厚：２５mm、内鋼管の外径：１２００mm、肉厚：１９mmとすると、外鋼管の溶接には３ｈr を必要とし、内鋼管の溶接には２ｈr を必要とするが、上記実施の形態によれば現場溶接を必要とせず、現地施工時間を大幅に減少でき工期短縮等に寄与する。
【００１２】
上記のような外鋼管１または内鋼管２は、その増肉部１２をオーダー指定に基づき、ロールベンディング法、ＵＯＥ法、電縫管、継目無管等の長尺管を切断して所望長さの厚肉短管を製作し、あるいはロールベンディング法、鍛造法等により直接厚肉短管を製作し、その両端に所望長さの管を溶接継手により一体化する工場生産とすることにより、高品質なものが低コストで製造できる。
前記厚肉短管はその両側に薄肉部を有する状態のものを作成するようにしてもよい。また、熱間鍛造法等により、鋼管の中間位置に増肉部１２を備えるようにしてもよい。
なお、外鋼管１または内鋼管２は、上記と同様の製造方法で、その中央に増肉部１２が設けられたものをストック生産し、必要に応じて片側または両側を切り落とし、または継ぎ足すようにして所望長さのものを製造するようにしてもよく、高品質、高生産性等を達成できる。
【００１３】
上記のように構成された二重管式鋼管杭は、図２（イ）に示すように、地中に挿入孔１０を所望深さに掘削する。掘削した挿入孔１０は、底浚い、あるいは捨てコンによる地盤均しを必要により行う。次に、前記挿入孔１０へ一本目の外鋼管１を、クレーンによって吊り降ろし建て込む。図２（ロ）に示すように最初に建て込んだ外鋼管１の内側へ、最初に建て込んだ外鋼管１より長い内鋼管２をクレーンによって吊り降ろす。その際、必要に応じて建込みに好都合なように、内鋼管２の外面端部には外鋼管１との間隙が一様になるように、ガイド１６を設けてもよく、吊り込み用治具と兼用したものとしてもよい。図２（ハ）に示すように建て込んだ外鋼管１の上端位置と内鋼管２の増肉部１２とは、その高さ位置が対峙する長さ関係を有したものとしている。図２（ニ）に示すように２本目の外鋼管１を吊り込み、図２（ホ）に示すように最初に建て込んだ外鋼管１の上に重なるように建て込む。さらに図２（ヘ）に示すように２本目の内鋼管２を吊り入れ建て込む。以下同様の手順を繰り返し所定長さに建て込んだ後、注入管１５からコンクリートまたはモルタルが、外鋼管１と内鋼管２で形成される間隙内に充填され、完全に一体化し全長にわたって高強度の二重管式鋼管杭を形成する。注入管１５は必要に応じて２段目以降の内鋼管２にも取り付ける。なお、内鋼管２内には、コンクリートまたはモルタルを充填して強度の向上を図る、あるいは残土を埋め戻してもよい。
【００１４】
上記実施の形態１における増肉部１２は、前記外鋼管１および内鋼管２の何れにおいても、増肉部１２の肉厚（ｔ_z ）が下記（１）式を満足することによって、長尺化する際の外鋼管１と内鋼管２の管端部１１を当接させた位置においても十分な強度を確保できる。
ｔ_z ≧（σ_siy ・ｔ_i ＋σ_soy ・ｔ₀ ）／σ_z ……（１）
ここで、ｔ_z ：増肉部の肉厚
σ_siy ：内鋼管の降伏強度
ｔ_i ：内鋼管の肉厚
σ_soy ：外鋼管の降伏強度
ｔ₀ ：外鋼管の肉厚
σ_z ：厚肉部の降伏強度
とすれば、厚肉部が外鋼管１の肉厚と内鋼管２の肉厚とを加算した値以上を有することになり、十分な強度を確保できるので、二重管式鋼管杭の全長にわたって性能の優れたものが得られる。
【００１５】
また、上記のような増肉部は、十分な付着強度を有している必要がある。
すなわち、τ_b ：コンクリートまたはモルタルの付着強度
σ_y ：鋼管の降伏強度
ｔ ：鋼管の肉厚
Ｌ ：定着範囲
とすると、下式が得られる。
τ_b ×Ｌ＝≧σ_y ×ｔから
Ｌ×≧σ_y ×ｔ／τ_b
そして付着強度は、リブ付き鋼管の場合、実験により８０kgf ／cm² を確保でき、鋼管の降伏強度は２４００kgf ／cm² を保証できるので、図３に示すように増肉部１２と対峙する管端部１１の長さ（Ｌ）は、下記（２）式を満足することによって、長尺化する際の外鋼管と内鋼管の管端部を当接させた位置においても十分な付着強度を確保できる。従って、増肉部１１の範囲は２Ｌ＝外鋼管１の肉厚（ｔ_i ）または内鋼管２の肉厚（ｔ_o ）の６０倍以上の長さとする。
Ｌ≧３０×ｔ_e ……（２）
ここで、ｔ_e は内鋼管の肉厚ｔ_i または外鋼管の肉厚ｔ_o である。
【００１６】
また、上記のような増肉部の長さは、生産性、経済性の面から短尺の方が望ましい。そのため、リブ等で付着強度を増大させて、付着力により外力モーメントを伝達させる。このときの必要長さを最小値Ｌ≧３０ｔと規定した。
しかしながら、リブ等の加工費は低廉とは言い難いこと、および現場施工による品質管理の困難性から、付着が期待できないときは、支圧力により外力モーメントを伝達させることを考慮する必要がある。通常、外力がモーメントのため、支圧により外力モーメントを伝達させることが可能であり、このときの増肉部の必要長さは、下記（３）式となる。経済性を考慮すると杭径の３倍とするものである。
【００１７】
ここで、増肉部の長さ ：２Ｌ
外力の最大モーメント：Ｍ_u
支圧による伝達力 ：Ｑ
鋼管の降伏強度 ：σ_y
増肉部長さ ：２×Ｌ
とすると、
Ｑ＝σ_y ×ｔ×Ｌ／２×２から
増肉部の伝達モーメントの最大値Ｍ_t は

【００１８】
いま外力の最大モーメントが伝達できるためには
Ｍ_t ≧Ｍ_u でなければならい。
従って、
σ_y ×ｔ×Ｌ² ／２≧１．２７／４×π×σ_y ×ｔ×Ｄ² から
Ｌ≧１．４１Ｄ≒１．５Ｄが得られ、
従って、増肉部長さ２Ｌは下記（３）式の通りとなる。
２Ｌ≧３Ｄ……（３）
【００１９】
実施の形態２．
図４は本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態２を示す長手方向断面図である。図において、１３は突起またはリブまたはスタッドである。前記実施の形態１において、外鋼管１および内鋼管２は、長尺化に際して管端部１１同士の当接位置に対峙する各々の中間の位置を内面側または外面側に膨出させた増肉部１２を備えているが、前記管端部１１と増肉部１２の向き合う面の相互に、コンクリートまたはモルタル３との付着をより確実なものとするためのシアーキーとしての突起またはリブまたはスタッド１３を設けたものである。
上記のようなシアーキーとしての突起またはリブまたはスタッド１３は、旋盤等で切削して形成するリブ状のもの等、溶接肉盛りに依る突起、リブ状のもの等、スタッド溶接等、さらにはスチールショットによる粗面化等によって最適なものを形成する。
上記突起またはリブまたはスタッド１３は、実施の形態１で示した製造工程の厚肉短管の形成段階、あるいは外鋼管１または内鋼管２として完成後の段階で形成してもよい。
【００２０】
図５は本発明に係る二重管式鋼管杭の他の実施の形態を示す長手方向断面図である。上記の各実施の形態においては、管端部１１と向き合う側に膨出させることにより、増肉部１２を形成した。この図５のものは、管端部１１と向き合う側とは反対側に膨出させることにより、増肉部１２を形成している。
この結果、外鋼管１と内鋼管２とで形成される間隙が全長にわたって一様になるので、コンクリートまたはモルタル３の注入がスムースになり、施工性等も向上する。
【００２１】
図６は本発明に係る二重管式鋼管杭のさらに他の実施形態を示す長手方向断面図であり、増肉部１２を管端部１１と向き合う面と管端部１１と向き合う面の反対側の両側に膨出させることにより形成したものである。
この結果、外鋼管１および内鋼管２の何れも増肉部１２の段差を少なくできるので、製造面、機能面等でバランスしたものとなり、モルタルの注入も比較的容易になる。
【００２２】
図７は本発明に係る二重管式鋼管杭のさらに他の実施の形態を示す長手方向断面図であり、増肉部１２にテーパーを持たせて肉厚が長さ方向に徐々に変化するようにしている。
ここで、増肉部の降伏強度：σ_z 、増肉部の最大肉厚：ｔ_z 、内鋼管の降伏強度：σ_siy 、内鋼管の肉厚：ｔ_i 、外鋼管の降伏強度：σ_soy 、外鋼管の肉厚：ｔ₀ とすれば、
σ_z ×ｔ_z ≧σ_siy ×ｔ_i ＋σ_soy ×ｔ₀ から、
ｔ_z ≧（σ_siy ×ｔ_i ＋σ_soy ×ｔ₀ ）／σ_z が得られる。
従って、最大肉厚部から距離ｓだけ離れた位置の肉厚ｔ_s は、
ｔ_s ≧ｔ_z −（τ_b ×ｓ）／σ_z となる。
この結果、外鋼管と内鋼管との間隙が長さ方向に穏やかに変化し、コンクリートまたはモルタルの注入がスムースになる。
【００２３】
実施の形態３．
図８は本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態３を示す長手方向断面図である。上記の各実施の形態では、外鋼管１および内鋼管２の管端部１１と対峙する中間の位置に増肉部１２を備えたが、この実施の形態３においては、外鋼管１および内鋼管２の管端部１０の当接部に対峙する位置に、高強度鋼からなる短管を差し込んで溶接継手を用いて一体化した高強度部１４を備えたもので、増肉することなく、全長にわたって高強度の二重管式鋼管杭を形成できる。
なお、前記高強度部１４は部分熱処理によって形成してもよい。
この結果、外鋼管と内鋼管との間隙が長さ方向に変化せず、コンクリートまたはモルタルの注入がスムースになり、施工性等も向上する。
【００２４】
本願発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、各々の実施の形態を相互に組み合わせる変形例の形成等は、当業者が適宜実施し得る設計事項である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、外鋼管と内鋼管の隙間に充填するセメントまたはモルタルを有する二重管構造であって、一方の鋼管の管端当接位置に対峙する他方の鋼管の軸方向範囲を該範囲以外の部位より厚肉または高強度にすることにより、施工時間が短縮され、溶接技能工が不要であり、特別なスリーブ、継手材を必要としないものにできる。
また、前記外鋼管および内鋼管の管端部と対峙する軸方向範囲の厚肉部を鋼管の両側に膨出またはテイパーを有する厚肉部としたので、外鋼管と内鋼管との間隙が長さ方向に一定または穏やかに変化するので、モルタルまたはコンクリートの注入がスムースになり、施工性等も向上する。
また、前記外鋼管および内鋼管の増肉した位置の肉厚は、外鋼管と内鋼管の合計値以上とすることにより、二重管式鋼管杭の全長にわたって十分な強度が確保されるので、性能の優れたものが得られる。
また、前記増肉部または高強度部の長さを外鋼管または内鋼管の増肉しない範囲の肉厚の６０倍以上とすることにより、十分な付着強度が確保できる。
また、鋼管の管端範囲、あるいは鋼管の厚肉範囲または高強度範囲の少なくとも１以上で、コンクリートまたはモルタルを充填する側に突起または突条を配置することにより十分な付着強度が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１を示す長手方向断面図である。
【図２】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１の施工手順の一例を示す説明図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１の他の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図５】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１のさらに他の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図６】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１のさらに他の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図７】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１のさらに他の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図８】本発明に係る二重管式鋼管杭の実施の形態１のさらに他の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図９】従来の二重管式鋼管杭を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
１ 外鋼管
２ 内鋼管
３ コンクリートまたはモルタル
１１ 管端部
１２ 増肉部
１３ 突起またはリブまたはスタッド
１４ 高強度部
１５ 注入管
１６ ガイド

Claims (5)

1. 地中に設けた穴内に、管端同士を当接して積み重ねる外鋼管と、該外鋼管内に、管端同士を当接して積み重ねる内鋼管と、外鋼管と内鋼管の隙間に充填するセメントまたはモルタルを有する二重管構造であって、一方の鋼管の管端当接位置に対峙する他方の鋼管の軸方向範囲を該範囲以外の部位より厚肉または高強度にすることを特徴とする二重管式鋼管杭。
2. 前記厚肉部が、内面または外面の一方または両方に階段状またはテーパ状に増肉されたことを特徴とする請求項１記載の二重管式鋼管杭。
3. 厚肉部の肉厚（ｔ_z ）が下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の二重管式鋼管杭。
   ｔ_z ≧（σ_siy ・ｔ_i ＋σ_soy ・ｔ₀ ）／σ_z ……（１）
   ここで、σ_siy ：内鋼管の降伏強度
   ｔ_i ：内鋼管の肉厚
   σ_soy ：外鋼管の降伏強度
   ｔ₀ ：外鋼管の肉厚
   σ_z ：厚肉部の降伏強度
4. 厚肉部または高強度部に対峙する管端部の範囲が下記（２）式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二重管式鋼管杭。
   Ｌ≧３０×ｔ_e ……（２）
   ここで、Ｌ ：厚肉部または高強度部に対峙する管端部の範囲（管軸方向の長さ）
   ｔ_e ：増肉しない範囲の肉厚
5. 鋼管の管端範囲、あるいは鋼管の厚肉範囲または高強度範囲の少なくとも１以上で、コンクリートまたはモルタルを充填する側に突起または突条を配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二重管式鋼管杭。

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