JP4018522B2 - ねじり座屈に対して補強された回転圧入鋼管杭及び回転圧入鋼管杭の補強方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじり座屈に対して補強された回転圧入鋼管杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼管の先端に羽根や翼と呼ばれる螺旋状や平板状の板を取付け、杭を回転させることで地盤に貫入させる回転圧入鋼管杭の使用が増加している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５４３８１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４６７４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来用いられてきた杭先端に回転推進用の羽根を付けた回転圧入鋼管杭は、杭径も比較的小さいものであったが、近年は使用される杭径も大きくなり、φ１０００ｍｍを越える杭も実用化されている。これに伴って、施工時に必要とされる回転力（トルク）も大きくなり、地盤条件によっては、杭の支持力から必要とされる板厚よりも、施工時のトルクに耐えるための板厚が大きくなることがある。しかし、このトルクは施工時のみ作用するものであるから、建物荷重を支持するという杭本来の機能としては、不要な板厚が必要とされるということであり、コスト的にも無駄が生じるという問題を有する。
【０００５】
本発明は、鋼管の板厚を厚くすることなく、回転圧入時のトルクによる杭のねじり座屈を防止する回転圧入鋼管杭を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係るねじり座屈に対して補強された回転圧入鋼管杭は、上記課題を解決するために、１本又は複数の単管を接合して構成される回転圧入鋼管杭において、その内部には、杭施工時に杭体に作用する回転トルクによる杭体のねじり座屈を防止するために、複数の補強円板又は補強ドーナツ状板が単管長１２〜１５ｍ程度の杭の単管毎に、その外周面が前記単管の内面に密に接触するように配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本願第２発明に係る回転圧入鋼管杭の補強方法は、１本又は複数の単管を接合して構成される回転圧入鋼管杭を補強する方法であって、杭施工時に杭体に作用する回転トルクによる杭体のねじり座屈を防止するために、複数の補強円板又は補強ドーナツ状板を単管長１２〜１５ｍ程度の杭の単管毎に、その外周面が前記単管の内面に密に接触するように内在させることを特徴とする。また、本願第３発明は、本願第２発明の回転圧入鋼管杭の補強方法において、杭施工前に、前記補強円板又は前記補強ドーナツ状板を、前記単管内に予め溶接により設置しておくことを特徴とする。
【０００８】
本願第４発明は、本願第２発明の回転圧入鋼管杭の補強方法において、杭施工中の前記単管同士の溶接接合時に、前記単管内に前記補強円板又は前記補強ドーナツ状板を設置することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
回転圧入鋼管杭の施工時のトルクに耐えるための板厚は、下記の２つの要因から決められる。
（１）鋼管の純ねじり耐力
（２）鋼管のねじり座屈耐力
【００１０】
純ねじり耐力は、鋼管の材料強度に依存し、ねじり座屈耐力は、鋼管の径と板厚の関係による影響が大きい。
従って、純ねじり耐力は、鋼管の材質がきまれば単純に計算できる。つまり、鋼材の降伏点をσｙとすると、許容せん断応力はσｙ／√３と考えられるので、これが純ねじり耐力に相当し、許容トルク（ねじり力は）Ｔｓ＝σｙ／（√３）×Ａｓ×Ｄ／２となる。（Ａｓ：鋼管の断面積，Ｄ：鋼管の直径）
【００１１】
一方、ねじり座屈耐力は、座屈理論による理論式が一般に確立されており、それに従って計算することができる。
本発明者等が計算したところ、鋼管杭の径が大径になる程ねじり座屈の影響が大きくなることが判明した。通常、鋼管杭の板厚は、支持力を考慮して最低でもＤ／１００（Ｄ：杭径）以上が使用される。しかし、鋼管の施工時のねじり座屈耐力を考慮すると、最低でもＤ／８０程度以上を使用する場合が多い。これは、ねじり座屈耐力を考慮した場合に、Ｄ／１００の板厚では施工中に鋼管杭がねじり座屈してしまうことを防止するためである。
つまり、従来は施工時のトルクに対する必要な板厚が、支持力から決まる必要板厚を上回る場合には、施工時トルクによる必要板厚で杭を製造していたので、コスト的に割高になってしまう場合が存在した。
従って、効果的・効率的にねじり座屈に対して補強をすることができれば、施工のための板厚を増加させる必要がなくなり、コストも低減できる。
【００１２】
座屈理論式から計算したねじり座屈耐力と、純ねじり耐力と鋼管長の関係を示したのが図４である。
この計算は、杭径φが１０００ｍｍ、板厚ｔが１０ｍｍの例である。ねじり座屈耐力は、鋼管の径・板厚の他、鋼管長さの関数になっている。ねじり座屈耐力理論値１は、鋼管長さが長くなるほど座屈耐力が低下する式による計算値であり、ねじり座屈耐力理論値２は、鋼管長さがある程度以上になると座屈耐力が一定値となる式による計算値である。
純ねじり耐力は、鋼管の降伏点をσｙとした場合、σｙ／（√３）となり、鋼管長さによる影響はない。
【００１３】
図４のグラフには、それぞれの耐力線を示しているが、鋼管長さがおよそ２０ｍを越えると、純ねじり耐力をねじり座屈耐力が下回るようになる。つまり、杭長が２０ｍ以上の場合には、座屈によって杭のねじり耐力が決まってしまうことになる。
従って、杭の単管（単管長は通常１２ｍ〜１５ｍ程度）毎にねじり座屈に対する補強をすることによって、ねじり座屈を考慮する必要がなくなるのである。
図３（ａ）は、複数の単管を溶接接合する回転圧入鋼管杭において、単管内に座屈に対する補強をしない従来例を示し、図３（ｂ）は、単管内に座屈に対する補強をしたものを示す。従来例として図３（ａ）に示す回転圧入鋼管杭１は、座屈長さＨが長く、ねじり座屈耐力が小さい。図３（ｂ）に示す本発明のように単管２毎にねじれ補強部材３を設置した回転圧入鋼管杭１は、座屈長さｈが短く、座屈耐力が大きくなる。
【００１４】
図１は、本発明の回転圧入鋼管杭の一実施形態を示すものである。
回転圧入鋼管杭１は、通常１２ｍ〜１５ｍ程度の単管２を現場に搬入し、単管２を現場溶接しながら地中に回転圧入していく。従って、この１２ｍ〜１５ｍの単管２毎に補強を行う。補強方法としては、単管２の内面に少なくとも１枚の図１（ｃ）に示すような補強円板）又は図１（ｂ）に示すような補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材３を予め溶接より設置するものがある。ねじり座屈補強材３の単管２内面への設置は、ねじり座屈補強材３の外周面が単管２の内面に密に接するようにし、溶接接合する。ねじり座屈補強材３の設置位置は、単管２の接合端部近傍が、溶接による取り付け作業が容易であるので望ましいが、それ以外の個所でもよい。図１に示されるものは、単管２からなる上杭５の接合端部内面に補強円板又は補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材３を予め溶接して設置しておき、単管２からなる下杭４と単管２からなる上杭５を現場溶接により接合する例を示すものである。補強円板又は補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材３の単管２内への設置は、複数枚であってもよい。ねじり座屈補強材３の板厚は、単管の板厚とほぼ同じ程度である。単管２内に設置されたねじり座屈補強材３は、その外周が単管２の内壁に密に接しているので、トルクによるねじり座屈に対して抵抗し、ねじり座屈耐力を増加させる補強材として機能を果たす。
【００１５】
図２は、本発明の回転圧入鋼管杭の他の実施形態を示すものである。
この実施形態では、補強円板又は補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材３を単管２からなる下杭４と単管２からなる上杭５の現場溶接時に下杭４の内面に設置するものである。単管２からなる下杭４の接合端部の内面には、現場溶接用の裏当てリング６を支持するためのストッパー７が設置され、ストッパー７上に補強円板又は補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材３を載置し、単管２の内壁とねじり座屈補強材３の外周を溶接により固定する。ねじり座屈補強材３の上に裏当てリング６を載せ、単管２からなる下杭４と単管２からなる上杭５を現場溶接により接合する。ねじり座屈補強材３を裏当てリングとして兼用してもよい。
また、ねじり座屈補強材３を単管２の内壁に溶接せず、単管２内に落とし込むだけでもよい。この実施形態のねじり座屈補強材３も、その外周が単管２の内壁に密に接しており、トルクによるねじり座屈に対して抵抗し、ねじり座屈耐力を増加させる補強材としての機能を果たす。
【００１６】
【発明の効果】
回転圧入鋼管杭を構成する複数の単管毎に、少なくとも１枚の補強円板又は補強ドーナツ状板等からなるねじり座屈補強材を内在させることにより、座屈長さを短くし、ねじり座屈耐力を大きいものとすることができるため、鋼管杭の板厚を支持力に対して必要な最適なものとすることができるため、コスト的に無駄のない回転圧入鋼管杭とすることが可能となる。
予め、単管内にねじり座屈補強材を溶接して設置しておくことにより、施工性が良くなる。
現場において単管同士を溶接接合する時、ねじり座屈補強材を単管溶接接合用の裏当てリングの支持部材に載置して溶接することができるので、施工性がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す図。
【図２】 本発明の他の実施形態を示す図。
【図３】 従来例と本発明のねじり座屈耐力を比較する図。
【図４】 座屈理論式から計算した座屈耐力と、純ねじり耐力を示す図。
【符号の説明】
１：回転圧入鋼管杭
２：単管
３：ねじり座屈補強材
４：下杭
５：上杭
６：裏当てリング
７：ストッパー

Claims (4)

1. １本又は複数の単管を接合して構成される回転圧入鋼管杭において、その内部には、杭施工時に杭体に作用する回転トルクによる杭体のねじり座屈を防止するために、複数の補強円板又は補強ドーナツ状板が単管長１２〜１５ｍ程度の杭の単管毎に、その外周面が前記単管の内面に密に接触するように配置されていることを特徴とするねじり座屈に対して補強された回転圧入鋼管杭。
2. １本又は複数の単管を接合して構成される回転圧入鋼管杭を補強する方法であって、杭施工時に杭体に作用する回転トルクによる杭体のねじり座屈を防止するために、複数の補強円板又は補強ドーナツ状板を単管長１２〜１５ｍ程度の杭の単管毎に、その外周面が前記単管の内面に密に接触するように内在させることを特徴とする回転圧入鋼管杭の補強方法。
3. 杭施工前に、前記補強円板又は前記補強ドーナツ状板を、前記単管内に予め溶接により設置しておくことを特徴とする請求項２に記載の回転圧入鋼管杭の補強方法。
4. 杭施工中の前記単管同士の溶接接合時に、前記単管内に前記補強円板又は前記補強ドーナツ状板を設置することを特徴とする請求項２に記載の回転圧入鋼管杭の補強方法。

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