JP3984587B2 - 回転圧入用鋼管杭およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の(2)の回転圧入用鋼管杭においては、上記(1)の回転圧入用鋼管杭において、鋼管の先端部全体または一部を外側に張り出す張り出し部とされていることを特徴とする。
さらに(6)の発明においては、上記(4)〜(5)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、下に曲げる側の張り出し部の外周側先端部が平面視で、鋭角となるように前記切り込みを設けることを特徴とする。
さらに(7)の発明においては、上記(4)〜(5)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、下に曲げる側の張り出し部の外周側先端部が平面視で、鈍角となるように前記切り込みを設けることを特徴とする。
さらに(8)の発明においては、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、前記切り込みが曲線状の切り込みであることを特徴とする。
また、(11)の発明においては、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、張り出し部先端部の肉厚寸法が、張り出し部基端側の肉厚寸法より薄くされていることを特徴とする。
また、(12)の発明においては、上記(1)〜(11)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、張り出し部の肉厚寸法の最大値が、鋼管の肉厚寸法より厚くされていることを特徴とする。
さらに(13)の発明においては、上記(1)〜(12)のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭において、羽根の強度が鋼管母材より高められる加工または処理がされていることを特徴とする。
さらにまた、本発明(15)の回転圧入用鋼管杭の製造方法においては、鋼管の先端部を外側に張り出すように塑性加工して張り出し部を形成した後、その張り出し部に、少なくとも1箇所以上の切り込みを設けて曲げ加工し、張り出し部による羽根を形成することを特徴とする。
また、本発明(16)の回転圧入用鋼管杭の製造方法においては、鋼管の先端部に、少なくとも1箇所以上の切り込みを設けた後、鋼管の先端部を外側に張り出すように塑性加工して張り出し部による羽根を形成することを特徴とする。
なおまた、(17)の発明においては、上記(15)または(16)に記載の回転圧入用鋼管杭の製造方法において、張り出し部は、鋼管中心軸線に対して傾斜する張り出し部とされていることを特徴とする。
また、切り込みは、張り出し部の外周縁部から張り出し部の半径方向の中間部まで形成されているので、基端側の張り出し部は、連続した円環状板部になるので、張り出し部の強度を高めることができると共に、円環状板部により杭支持力および杭引き抜き力を発揮することができる。
なお、各分割張り出し部2aにおける鋼管杭掘削回転方向の前側端部Pを下向きに曲げ加工した掘削刃9を設け、さらに各分割張り出し部2aにおける鋼管杭掘削回転方向の後側端部Rを上向きに曲げ加工すると、上向きに曲げ加工された部位は掘削時に土を半径方向内向きに回転圧入用鋼管杭外周面に寄せる掘削土ガイド部10として機能する。
なお、本発明において、羽根12は鋼管杭から張出しており、回転力を杭の推進力に転換する機能または杭軸の方向の荷重を支える機能を有するものとして定義される。具体的には、掘削刃9を設けた張り出し部2が羽根12を形成する場合、張り出し部2の少なくとも1箇所に切り込み3を設け、張り出し部2における鋼管杭掘削回転方向の前端部Pを下向きに曲げ加工して掘削刃9を形成した張り出し部2が羽根12を形成する場合がある。また、張り出し部2における鋼管杭掘削回転方向の後端部Rのみを上向きに曲げ加工して張り出し部2における鋼管杭掘削回転方向の前端部Pを掘削刃9とした張り出し部2が羽根12を形成する場合もある。また、例えば、2箇所の切り込み3を張り出し部2に設け、1つの分割張り出し部2aの鋼管杭掘削回転方向の前端部を下向きに曲げ加工して掘削刃9を形成した場合、掘削刃9を有する分割張り出し部2aが羽根12を形成する場合もある。さらに、張り出し部2全体を鋼管軸に対して傾斜させ、張り出し部の最下端から鋼管杭掘削回転方向への一部分を除去し、張り出し部の最下端の残部の杭掘削回転方向の端部を掘削刃9とした張り出し部2が羽根12を形成する場合もある。
図1は、本願の第1実施形態の回転圧入用鋼管杭1を示すものであって、鋼管杭本体4の下端となる鋼管先端部8が、直径方向外側に、下方に向って漸次拡径するように押し広げられる塑性加工された後、さらに鋼管中心軸線に対して直角になるように塑性曲げ加工されて、張り出し部2が鋼管本体4と一体に屈曲または屈折形成されている。
前記張り出し部2に半径方向に直線状の切り込み3が等角度間隔をおいて設けられ、さらに、図3に示すように、切り込み3の周方向両側の各分割張り出し部2aは、その鋼管杭掘削回転方向の前端部Pが矢印Xで示す下向きに曲げ加工されて、掘削刃9が形成され、また各分割張り出し部2aの鋼管杭掘削回転方向の後端部Rが矢印Yで示す上向きに曲げ加工されて、掘削土ガイド部10が形成されている。
また、掘削刃9と掘削土ガイド部10との間に、間隙11が形成され、この間隙11により掘削刃9により掘削された地盤土が分割張り出し部2の上面に沿ってガイドされ、各掘削刃9付きの分割張り出し部2aにより羽根12が形成され、推進力を得るように構成されている。
なお、張り出し部2の半径方向の幅および分割張り出し部2aの折り曲げ代の設定寸法による掘削刃9の下げ寸法および掘削土ガイド部10の上げ寸法並びにこれらの角度は、適宜設定される。
図3は、張り出し部2における鋼管杭掘削回転方向の前端部Pを下向きに任意の曲面状に曲げ加工した例であるが、平面状に曲げても良い。また、掘削刃9の先端に近づくほど曲げ角度がより大きくなる曲面状としても良い。
掘削刃9の下げ角度は、曲げの開始点と刃の先端を結んだ直線が鋼管杭の軸方向に垂直な面となす角度で定義され、90°未満とすることにより、杭打ち初期の噛みこみを改善することができる。掘削刃9の下げ角度は、10°よりも浅いと掘削に時間を要し、一方60°よりも急峻であると掘削時の抵抗が大きくなるため、10°〜60°とすることが好ましい。また、掘削土ガイド部10の上げ角度は、曲げの開始点と掘削土ガイド部10の先端を結んだ直線が鋼管杭の軸方向に垂直な面となす角度で定義され、掘削土ガイド部10の上げ角度が10°よりも浅いと掘削時に土を回転圧入用鋼管杭の外周面に寄せる効果が若干小さく、一方60°よりも急峻であると掘削時の抵抗が大きくなるため、10°〜60°とすることが好ましい。この分割張り出し部2aの曲げ加工は、バーナー等によって加熱して工具によって曲げても良いが、なだらかな曲面とするため、金型を用いてプレス加工することが好ましい。
図2は本願の第2実施形態の回転圧入用鋼管杭1を示すものであって、前記実施形態が、切り込み3を、図1および図13に示すように張り出し部2の半径方向外縁側から鋼管本体にいたる張り出し部2の基端部まで設けているのに対して、図13(b)に示すように、張り出し部2の半径方向の幅の中間途中で止めるようにして、張り出し部2の半径方向の幅の中間部(図示の形態では幅方向中央部付近)まで、掘削刃9を有する張り出し部2が羽根12を形成している形態である。
切り込み3の長さ(半径方向の幅)および分割張り出し部2aの折り曲げ代の設定寸法による掘削刃9の下げ寸法および掘削土ガイド部10の上げ寸法並びにこれらの角度は、適宜設定される。
なお、切り込み3の長さは、図24(a)に示したように、張り出し部2において回転圧入鋼管杭1の半径方向でノギス等で測定すれば良く、張り出し部2の半径方向長さL2で切り込み3の半径方向長さL1を除した値(切り込み長さという)として、0.5〜0.8の範囲とすることが好ましい。これは、切り込み長さが0.5よりも小さいと掘削に時間が掛かり、0.8を超えると切り込み3と張り出し部2の半径方向の長さを同等、すなわち、切り込み長さを1とした場合と、杭支持力および杭引き抜き力等が同等になり、張り出し部2の強度を高める効果が飽和するためである。
図4は、掘削刃9を有する羽根12を形成する場合、下向きに折り曲げ加工して形成してもよいことを示すための本願の第3実施形態を示すものであって、この実施形態は、掘削刃9を形成する場合、切り込み3を境にして、張り出し部2または分割張り出し部2aにおける鋼管杭掘削回転方向の前端部Pを、下向きに折り曲げ加工して、掘削刃9を形成している。また、張り出し部2または分割張り出し部2aにおける鋼管杭掘削回転方向の後端部Rと、掘削刃9との間に間隙11が形成され、前記実施形態の掘削土ガイド部10は省略されている。
このように片側のみを下向きに折り曲げ加工して、掘削刃9を形成するようにしてもよい。その他の構成は、同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
図5は掘削刃9を形成する場合、斜めに切り込み3を形成してもよいことを示すための本願の第4実施形態を示すものであって、この実施形態は、掘削刃9を形成する場合、切り込み3を、張り出し部2または分割張り出し部2aにおける杭回転方向の外周側の前端部を、基端側よりも、杭回転方向に前側になるように直線状に傾斜した切り込み3を設けた場合である。
前記の傾斜した切り込み3を設けた後、図1と同様に、切り込み3を境にして、周方向両側の張り出し部2または分割張り出し部2aにおける杭回転方向の前端部と後端部とを、それぞれ下向き(矢印X方向)、上向き(矢印Y方向)に折り曲げ加工し、掘削刃9との間に間隙11が形成されている。
その他の構成は、同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
図6は、掘削刃9を有する羽根12を形成する場合、平面円弧状に切り込み3を形成してもよいことを示すための本願の第5実施形態を示すものであって、この実施形態は、掘削刃9を形成する場合、切り込み3を、張り出し部2または分割張り出し部2aにおける杭回転方向の外周側の前端部を、基端側よりも、杭回転方向に前側になるように円弧状の切り込み3aを設けている。
前記の切り込み3aを設けると共に、鋼管外周面に近接した位置においてこれに沿って、張り出し部2または分割張り出し部2aに、前記円弧状の切り込み3aに接続する基端側の円弧状の切り込み3bを設けて、これらの切り込み3aと3bとにより切り込み3が構成されている。
そして、切り込み3を設けた後、図1と同様に、切り込み3を境にして、周方向両側の張り出し部2または分割張り出し部2aにおける杭回転方向の前端部と後端部とを、それぞれ下向き、上向きに折り曲げ加工し、掘削刃9との間に間隙11が形成されている。
その他の構成は、同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
一方、図5及び図6に示した矢印X及び矢印Yを逆方向にし、杭回転方向を時計方向とし、掘削刃9の刃先を鈍角にすると、地盤が砂礫土である場合には、石、礫等が掘削刃9の回転時に掘削刃9により半径方向の外向きに排出されるため、鋼管杭1の回転圧入が容易になる。この場合には、平面的に曲線状の切り込みは、直線状の切り込みよりも、石、礫等の排出が容易になる。
なお、切り込み3が鋼管杭の半径方向に対して傾斜している場合、切り込み3の形状が円弧状である場合、図24(b)、(c)にそれぞれ示すように、切り込み3の長さは、張り出し部2の外周端部から、張り出し部2における切り込み3の止端部までの、回転圧入鋼管杭1の半径方向の距離をノギス等で測定すれば良い。このようにして測定した切り込み3の半径方向長さL1を、張り出し部2の半径方向長さL2で除した値(切り込み長さという)として、0.5〜0.8の範囲とすることが好ましい。この理由は、直線状の切り込み3を鋼管杭の半径方向に設けた場合と同様である。
図7は、本願の第6実施形態を示すものであって、前記各実施形態のように、鋼管中心軸線Cに直角に張り出し部2を設けて羽根12を形成する以外にも、この実施形態のように鋼管中心軸線Cに対して、鋼管先端部が、下方に向って外側に漸次拡径する張り出し部2としてもよい。
このように、下方に向って漸次拡径する張り出し部2を設けて、張り出し部2による羽根12を形成すると、羽根12(張り出し部2)の剛性が比較的高く、鋼管杭の回転圧入時に張り出し部2が多少上向きに変形しても掘削性能の低下を起こさないと共に、杭の支持力あるいは、引き抜き抵抗が低下しない。
下方に向って漸次拡径する張り出し部2を設ける場合、鋼管中心軸線Cに対して、張り出し部2の延長面Fの交差角度αがあればこの実施形態では成立しているが、実用上は30°〜90°の角度の範囲で適宜設定するとよい。なお、張り出し部2の延長面Fの交差角度αの好ましい範囲は45°〜90°、さらに好ましい範囲は60°〜90°の範囲である。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
図8は、下方に向って漸次拡径する張り出し部2に、切り込み3を張り出し部2の外周縁部から張り出し部の幅方向中間部まで切り込み3を設けて、掘削刃9を有する張り出し部2が羽根12を形成している形態を示す本願の第7実施形態を示す回転圧入用鋼管杭1である。
図15は、鋼管中心軸線Cに対して傾斜した羽根12としたそれぞれ第8実施形態を示すものである。このような形態の回転圧入用鋼管杭1を製造する場合の一形態として、図14(a)に示すように、予め2点鎖線で示すように、鋼管4の中心軸線Cを支軸6の中心軸線に対して傾斜するように鋼管4を傾斜配置(または、支軸6側を傾斜させて配置)して加工すると、鋼管中心軸線Cに対して90°以外の角度に傾斜した、張り出し部2を形成することができる。 図14(b)の場合は、鋼管中心軸線Cに対して傾斜し、かつ下方に向って漸次拡径するような張り出し部2の場合であり、図14(c)の場合は、鋼管中心軸線Cに対して傾斜し、かつ平坦な張り出し部2を形成する場合を示している。
このような場合に、予め、鋼管先端面を鋼管中心軸線Cに対して傾斜した状態に切断加工しておくと、周方向に同様な幅の張り出し部2を形成することができる。
また、図16に示す第9実施形態の回転圧入用鋼管杭1について説明すると、この実施形態は、図14(b)の鋼管中心軸線Cに対して傾斜し、かつ下方に向って漸次拡径するような張り出し部2に、図2に示す実施形態と同様に切り込み3を設けて、掘削刃9および掘削土ガイド部10を有する形態の回転圧入用鋼管杭1とした形態である。
なお、羽根12全体を鋼管中心軸線に対して傾斜させる角度については、地盤条件等により適宜設定される。
また、フレア加工の条件によっては、図22(b)に片側を示すように、張り出し部2の半径方向基端側または基端側と中間部の肉厚寸法(例えば、t2、t3のように)を、鋼管4の肉厚寸法(t1)よりも厚くすることができ、すなわち、張り出し部の肉厚寸法の最大値が鋼管4の肉厚寸法より厚くすることができ、また、張り出し部2は加工硬化しているため、掘削時の羽根12の変形を抑制することができる。
結果を表2に示す。本発明例の鋼管杭は、何れも回転圧入の安定性、杭の押し込み試験、回転圧入後の羽根の状態に特に問題はない。なお、鋼管杭No.1は、張り出し部をプレス加工したものであり、張り出し部基端側の縮径、張り出し部先端部の薄肉化、張り出し部の厚肉化が無いため、回転圧入後、羽根の変形がやや大きかった。また、鋼管杭No.2、3は、張り出し部を軸方向から、それぞれ、45°、60°傾斜させたものであり、杭の押し込み試験の結果、沈み込み量がやや大きかった。また、鋼管杭No.4、5は、切り込みの数がそれぞれ1、2であり、回転圧入の安定性が若干劣っている。鋼管杭No.9は、回転方向の後方部を上に曲げなかった例であり、回転圧入の安定性及び杭の押し込み試験の結果、沈み込み量がやや大きかった。また、切り込みの先端部の角を鋭角とした鋼管杭No.12、13は、施工No.12、13のように砂質土では問題なかったが、施工No.20、21のように、砂礫土では回転圧入の安定性がやや劣っている。
2 張り出し部
2a分割張り出し部
3 切り込み
4 鋼管または鋼管杭本体
5 截頭円錐状の加工用ロール
6 支軸
7 内周面
8 鋼管先端部
9 掘削刃
10 掘削土ガイド部
11 間隙
12 羽根
13 円環状板部
14 閉塞部材
15 内径側張り出し部
16 縮径部
C 鋼管中心軸線
F 延長面
G 加工用ロールの進行方向
X 曲げ加工方向
Y 曲げ加工方向
P 張り出し部における鋼管杭掘削回転方向の前端部
R 張り出し部における鋼管杭掘削回転方向の後端部
α 交差角度
θ 羽根全体の鋼管中心軸線に対する傾斜角度
Claims (17)
- 鋼管の先端部を外側に張り出すように塑性加工した張り出し部を設け、その張り出し部が羽根を形成している回転圧入用鋼管杭であり、前記張り出し部に少なくとも1箇所以上の切り込みを設けてあり、前記切り込みは、張り出し部の外周縁部から張り出し部の半径方向の中間部まで形成されていることを特徴とする回転圧入用鋼管杭。
- 鋼管の先端部全体または一部を外側に張り出す張り出し部とされていることを特徴とする請求項1に記載の回転圧入用鋼管杭。
- 前記張り出し部は、水平な張り出し部または下向きに拡径するように傾斜する張り出し部とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の回転圧入用鋼管杭。
- 前記切り込みの周方向両側の張り出し部における杭回転方向の前端部を下に曲げたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 前記切り込みの周方向両側の張り出し部における杭回転方向の前端部を下に、杭回転方向の後端部を上に曲げたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 下に曲げる側の張り出し部の外周側先端部が平面視で、鋭角となるように前記切り込みを設けることを特徴とする請求項4〜5のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 下に曲げる側の張り出し部の外周側先端部が平面視で、鈍角となるように前記切り込みを設けることを特徴とする請求項4〜5のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 前記切り込みが曲線状の切り込みであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 張り出し部は、鋼管中心軸線に対して傾斜する張り出し部とされていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 張り出し部基端側の内径寸法が鋼管内面の内径寸法よりも小さく縮径されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 張り出し部先端部の肉厚寸法が、張り出し部基端側の肉厚寸法より薄くされていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 張り出し部の肉厚寸法の最大値が、鋼管の肉厚寸法より厚くされていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 羽根の強度が鋼管母材より高められる加工または処理がされていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 鋼管先端部の一部が、内側に張り出すように塑性加工された張り出し部が羽根を形成していることを特徴とする請求項2〜13のいずれかに記載の回転圧入用鋼管杭。
- 鋼管の先端部を外側に張り出すように塑性加工して張り出し部を形成した後、その張り出し部に、張り出し部の外周縁部から張り出し部の半径方向の中間部まで形成されている少なくとも1箇所以上の切り込みを設けて曲げ加工し、張り出し部による羽根を形成することを特徴とする回転圧入用鋼管杭の製造方法。
- 鋼管の先端部に、少なくとも1箇所以上の切り込みを設けた後、鋼管の先端部を外側に張り出すように塑性加工して張り出し部による羽根を形成し、かつ前記切り込みは、張り出し部の外周縁部から張り出し部の半径方向の中間部まで形成されていることを特徴とする回転圧入用鋼管杭の製造方法。
- 張り出し部は、鋼管中心軸線に対して傾斜する張り出し部とされていることを特徴とする請求項15または16に記載の回転圧入用鋼管杭の製造方法。
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