JP4207263B2

JP4207263B2 - ねじ込み式鋼管杭及びねじ込み式鋼管杭の施工方法

Info

Publication number: JP4207263B2
Application number: JP26359998A
Authority: JP
Inventors: 正宏林; 隆岡本; 敏雄篠原; 玄森
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000096560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管に翼を取付けた鋼管杭に回転力を与えることにより、地中に埋設するようにしたねじ込み式鋼管杭及びねじ込み式鋼管杭の施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管の側面や先端部に翼状板を取付けた鋼管杭に、地上に設置した機械によって回転力を与えることにより、ねじの作用で鋼管杭を地中に埋設する方法は従来から多数提案されており、その一部は小径の杭を対象としたものではあるが実用化されている。以下、従来のこの種鋼管杭の一例について説明する。
【０００３】
特公平２−６２６４８号公報に記載された鋼管杭の埋設工法は、鋼管製の杭本体の下端部に底板を固設し、該底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部外周面に杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅の大きな杭ねじ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり突設した鋼管杭を、軟弱地盤にねじ込むように回転させながら地中に押圧し、下端部の掘削刃によって杭本体先端部の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺旋翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転推進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出して圧縮し、無排土で地中に杭体をねじ込んでゆくようにしたものである（従来技術１）。
【０００４】
また、特開平７−２９２６６６号公報に記載された鋼管杭は、一枚の長さが半巻きで、外径が杭本体の１．５〜３倍程度である一対のラセン翼を、鋼管杭の下端部外周面の同じ高さ位置でラセン方向を同じにして互いに相対的に複数枚不連続に固定したものである（従来技術２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１及び２の鋼管杭は、工事完了後上載建造物の重量や地震により鋼管杭に鉛直力が作用すると、螺旋翼には翼面下の地盤から強い反力を受ける。その結果、螺旋翼の取付け部分に大きな曲げモーメントが生じ、これが鋼管に伝達されて大きな曲げ応力が発生する。
この曲げ応力は、従来技術２の明細書に記載されているように、鋼管の外径が１００〜２００ｍｍ程度の径の小さい鋼管杭であれば実用上大きな問題にはならない。しかし、広く使用されている外径が５００〜６００ｍｍの鋼管杭では、設計上大きな問題となる。
【０００６】
翼の外径は、従来技術１及び２に示されるように、施工上あるいは支持力上、鋼管径の２倍程度がよいとされている。ここで、鋼管径２００ｍｍの鋼管杭と、６００ｍｍの鋼管杭とを比較する。いま、それぞれの翼の外径を鋼管径の２倍である４００ｍｍ、１２００ｍｍとすると、翼の幅｛（翼外径−鋼管外径）／２｝は、それぞれ１００ｍｍ、３００ｍｍとなる。
翼に作用する単位面積当りの地盤反力が同じとすると、翼の取付け部に作用する単位周長当りの曲げモーメントは、翼の幅の２乗に比例するので、外径６００ｍｍの鋼管杭では、外径２００ｍｍの鋼管杭に比べて約９倍の大きさになる。このため、翼は大変厚いものが要求される。
【０００７】
一方、翼の取付け部近傍の鋼管には、前述のように翼から曲げモーメントが伝達され、曲げ応力が発生する。鋼管に伝達される曲げモーメントの大きさは鋼管の寸法によって異なるが、翼の取付け部の曲げモーメントの５〜１０割程度の値になる。例えば、外径６００ｍｍの鋼管の場合、設計上４０ｍｍ以上の厚さが必要な翼の曲げモーメント値の５〜１０割の曲げモーメントが取付け部近傍の鋼管に作用する。
外径６００ｍｍの鋼管杭の場合、一般に使用されている鋼管の板厚は９〜１２ｍｍ程度であり、鋼管の曲げ応力は設計許容曲げ応力を大きく超過することになる。これに対応するために翼の取付け部近傍の鋼管の板厚を他の部分の板厚の２〜３倍に増やすことでも対処できるが、そのためのコストが著しく大きなり、実用上設計困難にならざるを得ない。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みて、以下の課題を解決することを目的としたものである。
（１）鋼管内部の少なくとも翼の取付け部近傍にコンクリートを打設することにより鋼管杭の剛性を向上させ、翼から伝達される曲げモーメントによる過大な応力を低減し、鋼管の板厚も低減できるようにすること。
（２）翼を利用して大きな地盤支持力が得られること。
（３）強固な地盤まで鋼管杭をねじ込みにより埋設できること。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により地中に打設するねじ込み式鋼管杭において、前記鋼管杭の先端部は閉塞されており、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設したものである。
また、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法は、横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により先端部が閉塞された鋼管杭を地中に打設したのち、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設するものである。
さらに、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法は、横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により先端部が閉塞された鋼管杭を地中に打設する前に、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設し、該コンクリートが打設されている前記鋼管杭を地中に打設するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１（参考形態）に係る翼付きねじ込み式鋼管杭（以下、単にねじ込み杭という）の縦断面模式図である。図２において、１はねじ込み杭で、２はねじ込み杭１を構成する鋼管、１０は鋼管２の下端部に設けられた翼、２５は鋼管２内の全長にわたって打設されたコンクリートである。
【００１１】
図２は鋼管２の先端部の構造を示す斜視図である。鋼管２の先端部には、図３に示すように（なお、図３では説明を容易にするために、鋼管２の上下を逆にしてある）、これを２分割した段差部３ａ，３ｂが設けられており、一方の段差部３ａの下端部から他方の段差部３ｂの上端部に至るほぼレ字状の取付部４ａを設けると共に、他方の段差部３ｂの下端部から一方の段差部３ａの上端部に至るほぼレ字状の取付部４ｂが設けられている。
【００１２】
翼１０は、図４に示すように、鋼管２の直径Ｄ₁より大きい直径Ｄ₂（例えば、Ｄ₂＝２Ｄ₁）の円形鋼板１１（又は楕円形鋼板）を２分割して、平板状で半円状の鋼製翼１２ａ，１２ｂを形成し、この鋼製翼１２ａ，１２ｂを、図２に示すように、杭体２の先端部に設けた取付部４ａ，４ｂに溶接により取付けたもので、これにより、鋼製翼１２ａ，１２ｂが同じ高さで交差して取付けられた翼１０が構成される。
なお、鋼製翼１２ａ，１２ｂを交差して取付部４ａ，４ｂに取付けたことにより、両者の間に若干のすき間が生じるので、これは閉塞板などにより閉塞する。これにより翼１０の剛性をさらに向上させることができる。
【００１３】
上記の鋼管２の先端部に設けた段差部３ａ，３ｂの高さｈは、（０．１〜０．６Ｄ₁）／２（但し、Ｄ₁は杭体１の外径）程度が望ましく、また、翼１０の外径Ｄ₂は、鋼管２の外径Ｄ₁の１．５〜２．５倍程度が望ましい（以下の実施の形態においても同様とする）。
【００１４】
図５は翼１０の他の例を示す斜視図で、本例においては、鋼管２の先端部に、図６に示すように（図６は説明を容易にするために、鋼管２の上下を逆にしてある）、段差部３を設けてこの段差部３の下端部から１周して上端部に達するほぼレ字状で螺旋状の取付部４を形成した。
【００１５】
そして、この取付部４に図２〜図４で説明した平板状で半円状の鋼製翼１２ａ，１２ｂを連続して取付けて、ほぼ螺旋状の翼１０を構成したものである。なお、鋼管２の先端部に設けた段差部３の高さｈ₁は、杭体１の外径Ｄ₁の０．１〜０．６程度が望ましい。また、鋼管２の先端部には、鋼製翼１２ａ，１２ｂの間に若干のすき間が形成されるが、このすき間は閉塞板などで閉塞する。これにより、翼１０の剛性をさらに向上させることができる。
【００１６】
図７は翼１０のさらに他の例の斜視図である。本例は上記の例の鋼管２の先端部に設けられた螺旋状の取付部４（図６）に、螺旋状翼１５を取付けたものである。
この螺旋状翼１５は、図８に示すように、鋼管２の外径Ｄ₁より大きい外径Ｄ₂（例えば、Ｄ₂＝２Ｄ₁）の円形鋼板１３の中心部に小孔１４を設け、この小孔１４から外周部までの１か所を切断して、鋼管２の先端部に設けた取付部４に対応した形状に曲げ加工して螺旋状翼１５を形成し、この螺旋状翼１５を鋼管２の先端部に設けた取付部４に溶接により取付けて翼１０を構成したものである。なお、鋼管２の先端部に設けた段差部３の高さｈ₁は、鋼管２の外径Ｄ₁の０．１〜０．６程度が望ましい。また、鋼管２の先端部には、小孔１４及び曲げ加工した螺旋状翼１５により若干のすき間が生じるので、これは閉塞板などにより閉塞する。これにより、翼１０の剛性をさらに向上させることができる。
【００１７】
上記のようなねじ込み杭１を施工するには、図９に示すように、地上に設置したベースマシン３０に搭載されたモータ３１に鋼管２内にコンクリート２５が打設されたねじ込み杭１の杭頭部を連結する。そして、モータ３１によりねじ込み杭１に回転力を与えて圧下すれば、ねじ込み杭１は翼１０のねじ作用により地盤３５中に貫入される。
【００１８】
上記の説明では、あらかじめ鋼管２内にコンクリート２５が打設されたねじ込み杭１を地盤３５中にねじ込んで打設する場合を示したが、鋼管２内にコンクリート２５が打設されていない中空のねじ込み杭を地盤３５中に打設し、所定の深さまで貫入したのち鋼管２内にコンクリート２５を打設してもよい。
【００１９】
上記のように構成した本実施の形態によれば、鋼管＋コンクリートによりねじ込み杭１の剛性を大幅に高めることができるので、翼１０から鋼管２に伝達される曲げモーメントにより、翼１０の取付け部に発生する過大な曲げ応力に十分対応することができ、また、これにより鋼管２の板厚を低減することができる。
また、施工後において、上載建造物等による鉛直荷重を支持する杭として機能するときは、閉塞された鋼管２の先端部と、翼１０の鋼管２の外周から突出した部分とを合わせた全面積が支持体として機能し、大きな地盤支持力を得ることができる。
【００２０】
［実施の形態２］
図１０は本発明の実施の形態２の模式的縦断面図である。本実施形態は鋼管２の下部、すなわち、翼１０の取付け部近傍の鋼管２内にコンクリート２５を打設したものである。本実施の形態においても、あらかじめコンクリート２５を打設したねじ込み杭１を地盤中に打設してもよく、あるいは、コンクリート２５が打設されていない中空のねじ込み杭１を地盤中に打設したのち、鋼管２の下部にコンクリート２５を打設してもよい。本実施の形態は、実施の形態１（参考形態）とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００２１】
［実施の形態３］
図１１は本発明の実施の形態３の模式的縦断面図である。図において、１はねじ込み杭、２は鋼管、５は鋼管２の先端開部を閉塞する閉塞板、１０は鋼管２の先端部より上方において、鋼管２の外周に取付けた翼である。２６は鋼管２内に先端部から翼１０の取付部の下方まで充填した例えば残土の如き土砂等、２５は鋼管２内の土砂等２６の上方において、翼１０の取付け部近傍に打設したコンクリートである。
【００２２】
図１２は本実施形態の鋼管２と翼１０の取付け状態の一例を示す斜視図である。この翼１０は、図１３に示すように、中心部に鋼管２の外径Ｄ₁とほぼ等しい径の穴１７を有し、外径Ｄ₂が鋼管２の外径Ｄ₁より大きい（例えば、Ｄ₂＝２Ｄ₁）ドーナツ状の円形鋼板１６を２分割して平板状の鋼製翼１８ａ，１８ｂを形成し、この鋼製翼１８ａ，１８ｂを、鋼管２の先端部より上方の外周に、同じ高さで交差して溶接により取付けたものである。
なお、交差する鋼製翼１８ａ，１８ｂの上下の高さｈは、実施の形態１の鋼管２の先端部に設けた段差部３ａ，３ｂの高さｈと同様に、杭体２の外径Ｄ₁の（０．１〜０．６）／２程度が望ましい。
【００２３】
図１４は翼１０の他の例の斜視図で、図１３の鋼製翼１８ａ，１８ｂを鋼管２の先端部より上方の外周に、連続してほぼ螺旋状をなすように溶接により取付けたものである。この場合、翼１０の始端部と終端部の高さｈ₁（螺旋ピッチ）は、鋼管２の外径Ｄ₁の０．１〜０．６程度が望ましい。
【００２４】
図１５は翼１０のさらに他の例の斜視図である。本例は、図１６に示すように、鋼管２の外径Ｄ₁より大きい外径Ｄ₂で、中心部に鋼管２の外径Ｄ₁とほぼ等しい径の穴２０を有するドーナツ状の円形鋼板１９を、穴２０から外周部まで１か所を切断して、ピッチｈ₁（１周した始端部と終端部間の高さ）で螺旋状に曲げ加工して螺旋状翼２１を形成し、この螺旋状翼２１を、鋼管２の先端部より上方の外周面に溶接により取付けて、螺旋状の翼１０を構成したものである。なお、上記のピッチｈ₁は、鋼管２の外径Ｄ₁の０．１〜０．６程度が望ましい。
【００２５】
上記のように構成した本実施の形態においては、あらかじめ鋼管２内に、先端部から翼１０の取付け部の下方まで土砂等２６を充填し、この土砂等２６の上方において翼１０の取付け部近傍にコンクリート２５を打設したねじ込み杭１を地盤中にねじ込んで埋設してもよく、あるいは中空の鋼管２からなるねじ込み杭１を地盤中にねじ込んで埋設したのち、鋼管２内に土砂等２６を充填し、ついでこの土砂等２６の上にコンクリート２５を打設してもよい。
【００２６】
図１７は本実施の形態の他の例の模式的縦断面図である。本例は、鋼管２内の翼１０の取付け部の下方に鋼板からなる蓋体２７を溶接により取付けて、この蓋体２７の上、したがって、翼１０の取付け部近傍にコンクリート２５を打設してなるねじ込み杭１を地盤中に打設し、あるいは、蓋体２７が取付けられた中空のねじ込み杭１を地盤中に打設したのち、蓋体２７の上にコンクリート２５を打設するようにしたものである。
【００２７】
また、図１８は本実施の形態のさらに他の例の模式的縦断面図である。本例は、中空のねじ込み杭１を地中に打設したのち、鋼管２内に翼１０の取付け部の下方まで水２８を入れ、ついで、鋼管２の内径より僅かに小さい外径の蓋板２９を鋼管２内に挿入して水面上に浮かせておき、その上、したがって翼１０の取付け部の近傍にコンクリート２５を打設したものである。なお、あらかじめ地上でねじ込み杭１を縦に立てた状態で鋼管２内に水２８を入れ、蓋板２９を挿入して水面上に浮かし、その上にコンクリート２５を打設してもよい。
【００２８】
本実施の形態においても、実施の形態１及び２とほぼ同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態においては、翼１０を鋼管２の先端部より上方の外周に取付けた場合を示したが、鋼製翼１８ａ，１８ｂ又は螺旋状翼２１を、鋼管２の先端部の外周に取付けて翼１０を構成し、実施の形態１又は２と同様に、鋼管２の全長又は下部にコンクリート２５を打設してもよい。
【００２９】
［実施の形態４］
図１９は本発明の実施の形態４（参考形態）の模式的縦断面図である。本実施の形態は、鋼管２の先端部又は先端部外周に翼１０を設けると共に、翼１０の上方の鋼管２の外周に翼１０ａ（以下、上段翼という）を設け、鋼管２の全長にわたって内部にコンクリート２５を打設したものである。なお、翼１０及び上段翼１０ａは、前述した各例に示した翼１０を適宜選択することができる。本実施の形態においても、あらかじめ鋼管２内にコンクリート２５を打設したねじ込み杭１を地中に打設してもよく、あるいは、中空のねじ込み杭１を地中に打設したのち、鋼管２内にコンクリート２５を打設してもよい。
【００３０】
図２０は本実施の形態の他の例を示すもので、本例は、鋼管２の先端部又は先端部外周に翼１０を設けると共に、翼１０の上方の鋼管２の外周に上段翼１０ａを設けたねじ込み杭１において、鋼管２の翼１０の取付け部近傍にコンクリート２５を打設し、その上に上段翼１０ａの取付け部の下方まで、土砂等２６を投入して充填し、さらに、その上、したがって上段翼１０ａの取付け部近傍にコンクリート２５を打設したものである。なお、実施の形態３のように、翼１０の取付け部近傍にコンクリート２５を打設し、その上に水を入れ、蓋板２９を鋼管２内に挿入して水面上に浮かせて、その上、したがって上段翼１０ａの取付け部近傍にコンクリート２５を打設してもよい。
【００３１】
本例においても、あらかじめ鋼管２内にコンクリート２５等を打設したねじ込み杭１を地中に打設してもよく、あるいは、中空のねじ込み杭１を地中に打設したのち、鋼管２内にコンクリート２５等を打設してもよい。
本実施の形態においても、前述の実施の形態１〜３とほぼ同様の効果を得ることができるが、翼１０と上段翼１０ａとにより２段の翼を設けたため、ねじ込みによる地中への貫入力を向上させることができる。
【００３２】
上記の説明では、翼１０，１０ａについて各種の例を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、他の構造の翼を用いてもよい。また、翼１０は２段に限定するものではなく、３段以上設けてもよい。
また、実施の形態２，４では、鋼管２内に残土の如き土砂等２６を充填した場合を示したが、土砂に代えて、例えば、コンクリート塊、瓦礫、木片などの如き材料を土砂に混ぜるなどして充填してもよい。
また、鋼管２の内壁面の少なくともコンクリート２５を打設する部分に、独立した複数の突起、リング状又はスパイラル状で所定の高さに突設された複数の突部等からなる凸部を設ければ、コンクリート２５の付着力を向上させることができる。
【００３３】
さらに、上記の説明では、主として鋼管２の先端部又は先端部近傍の外周に２個の半円状の鋼製翼１２ａ，１２ｂ，１８ａ，１８ｂを取付けて翼１０を構成し、あるいは１個の螺旋状翼１５により翼１０を構成し、さらには翼１０ａの上方に上段翼１０ａを設けた場合を示したが、鋼管２の先端部に３個又はそれ以上のレ字状の取付部を設け、この取付部又は外周に円形鋼板を３分割又はそれ以上に分割した扇形状の鋼製翼を取付けるようにしてもよく、あるいは螺旋状翼１５を複数に分割して鋼管２の先端部又は外周に螺旋状に取付けてもよい。
また、各実施の形態では、翼１０を構成する複数の鋼製翼の内角の総和が３６０°の場合を示したが、これらの内角の総和が３２０°〜４００°の範囲になるように構成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、横断面が一様な円筒状の鋼管内の翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設して剛性を高めるようにしたので、翼から鋼管に伝達される曲げモーメントにより、翼の取付け部に発生する過大な曲げ応力に十分対応することができる。また、施工後において、上載建造物等による鉛直荷重を支持する杭として機能するときは、閉塞された鋼管の先端部と、翼の鋼管の外周部から突出した部分とを合わせた全面積が支持体として機能し、大きな地盤支持力を得ることができる。
【００３５】
また、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法は、ねじ込み式鋼管杭を鋼管に取付けた翼のねじ作用により地中に打設したのち、横断面が一様な円筒状の鋼管内の翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設するようにしたので、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１（参考形態）に係るねじ込み杭の模式的縦断面図である。
【図２】図１の翼の近傍の斜視図である。
【図３】図２の鋼管の先端部の斜視図である。
【図４】図２の翼の製作説明図である。
【図５】翼の近傍の他の例の斜視図である。
【図６】図５の鋼管の先端部の斜視図である。
【図７】翼の近傍のさらに他の例の斜視図である。
【図８】図７の翼の製作説明図である。
【図９】実施の形態１のねじ込み杭の施工例を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の模式的縦断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３の模式的縦断面図である。
【図１２】図１１の要部の斜視図である。
【図１３】図１２の翼の製作説明図である。
【図１４】実施の形態３の要部の他の例の斜視図である。
【図１５】実施の形態３の要部のさらに他の例の斜視図である。
【図１６】図１５の翼の製作説明図である。
【図１７】実施の形態３の他の例の模式的縦断面図である。
【図１８】実施の形態３のさらに他の例の模式的縦断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４（参考形態）の模式的縦断面図である。
【図２０】実施の形態４の他の例の模式的縦断面図である。
【符号の説明】
１ねじ込み杭（ねじ込み式鋼管杭）
２鋼管
１０翼
２５コンクリート

Claims

横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により地中に打設するねじ込み式鋼管杭において、前記鋼管杭の先端部は閉塞されており、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設したことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により先端部が閉塞された鋼管杭を地中に打設したのち、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
横断面が一様な円筒状の鋼管に取付けた翼のねじ作用により先端部が閉塞された鋼管杭を地中に打設する前に、前記鋼管内の前記翼の取付け部近傍にのみコンクリートを打設し、該コンクリートが打設されている前記鋼管杭を地中に打設することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。