JP4213192B1 - 回転貫入鋼管杭及び回転貫入鋼管杭の回転貫入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤からの支持力及び周面摩擦力を有効に利用可能な鋼管杭を、簡単な構成によって実現し、ひいては製造コストを大幅に低減可能とすることを目的とする。
【解決手段】円筒状の杭本体１１と、上記杭本体１１の下端に固着されてなる円板状の端板１２と、一対の矩形状の鋼製ブロック体が上記端板１２底面において、上記杭本体１１の軸心Ｎに対して略点対称となるように互いに離間して固着されてなる掘削刃１３とを備え、上記掘削刃１３は、上記鋼製ブロック体の角部のうち上記軸心Ｎに対して最遠に位置する角部Ｓが、上記端板１２底面の外周直下に位置するとともに、上記鋼製ブロック体の長辺側の側面１４が、上記端板１２底面において上記鋼製ブロック体の短辺側の側面１５と平行であって上記軸心Ｎを通る仮想面Ｑ１と交差するように配置されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転圧入することにより地盤中に貫入される回転貫入鋼管杭及びその回転貫入方法に関するものである。

一般に、軟弱地盤上に住宅等を建設する場合には、これら軟弱地盤の補強を目的として、鋼管杭等を所定の間隔で地盤中に埋設し、これら鋼管杭上にコンクリート基礎を敷設する。このように地盤中に埋設することを目的として使用される鋼管杭としては、種々のものが提案されている。

このような鋼管杭としては、例えば、杭本体の下端部の底面に固着される板状の掘削刃と、杭本体の下端部の外周面に固着される螺旋状の拡翼部とから構成される第１の鋼管杭が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）この第１の鋼管杭は、使用時において重機等によって杭本体を回転させる回転力及び杭本体を地盤下方に対して押し込む圧入力が加えられる。これにより、掘削刃が地盤に押し込まれながら回転して地盤を削り、拡翼部が地盤中に押し込まれるとともに、拡翼部が回転して地盤を杭上部に押し上げる際の地盤反力によって推進力を得て、地盤中の支持層にまで鋼管杭の下端部を貫入させることが可能となる。地盤支持層にまで貫入した鋼管杭は、下端部によって支持層から上方に向けて支持力を得られるため、軟弱地盤上においても支持層のＮ値に応じた支持力を得た上で、住宅等を建設することが可能となる。

しかしながら、このように拡翼部を有する第１の鋼管杭は、地盤中で拡翼部が回転しつつ地盤支持層にまで到達するため、杭本体の外周に位置する地盤が拡翼部によって乱されてしまい、杭本体の外周面の地盤との間での周面摩擦力を最大限発揮させることが困難であった。

この周面摩擦力を発揮させるためには、第１の鋼管杭における拡翼部をなくしたうえで、掘削刃の端部を端板の外周面から突出させないように構成すれば、鋼管杭周囲の地盤を乱すことはなくなるが、この場合、拡翼部によって得られていた推進力も得られなくなり、鋼管杭を支持層にまで貫入させることが困難となる。

このため、拡翼部のない鋼管杭であっても、地盤支持層にまで下端部を到達可能となるように構成された種々の鋼管杭が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）

例えば、特許文献２に記載の第２の鋼管杭は、杭本体の下端部に対して、３枚の羽板を、各羽板間の角度が等間隔となり、各羽板の底面が端板の中心軸の延長線上に位置するように接合したものである。この第２の鋼管杭は、貫入時には、この３枚の羽板が地盤を切削、攪拌しつつ、地中に鋼管杭が押し込まれることになる。

また、特許文献３に記載の第３の鋼管杭は、杭本体の下端部に、下端部の底面と平行をなして、半月状に形成された鋼板の掘削刃を複数枚固着したものである。この掘削刃は、回転方向の前方側に位置する側面の任意の点における接線と、この点を通る杭本体の半径方向の線とのなす角度が３０°〜６０°となるよう凸曲面が形成されており、貫入時には、この凸曲面が土を削りつつ、鋼管杭の外周側に押し出しながら、鋼管杭が地中に押し込まれ、支持層にまで貫入されることになる。
特開平７−１７３８３２号公報 特開２００５−１４６６４９号公報 特開２００１−２２６９６０号公報

上述の如き構成からなる第２の鋼管杭や第３の鋼管杭は、何れも拡翼部を鋼管杭の構成から除く代わりに掘削刃の構成に特徴を持たせることにより、貫入時において鋼管杭の下端部直下に位置する土を乱したり、鋼管杭外周側に押しのけたりし、鋼管杭を下方に押し込むために要する圧入力を低減し、これにより鋼管杭の貫入を容易とするものである。

しかしながら、拡翼部によって得られていた推進力を利用することなく、主として掘削刃のみを利用することによって鋼管杭を圧入可能とするため、拡翼部を有する第１の鋼管杭における掘削刃の構成と比べて、拡翼部のない鋼管杭は、掘削刃の形状が複雑化せざるを得ない。鋼管杭は、一度の工事において多く用いられるという性質上、製造コストの低減という観点から、掘削刃の構造が簡単なものであることが望ましい。しかしながら、あまりに簡単な構造であると、鋼管杭の下方に位置する地盤を掘削する機能を、掘削刃そのものが発揮できなくなってしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、鋼管杭の下端部に位置する支持層からの支持力及び鋼管杭の外周に位置する地盤からの周面摩擦力を有効に利用可能な拡翼部のない鋼管杭であっても、所定のＮ値が得られる支持層にまで下端部を到達可能な鋼管杭を簡単な構成によって実現し、ひいては製造コストを大幅に低減可能な回転圧入鋼管杭を提供することにある。

本願請求項１に記載の回転貫入鋼管杭は、回転圧入によって地盤中に貫入される回転貫入鋼管杭において、円筒状の杭本体と、上記杭本体の下端に固着されてなる円板状の端板と、一対の矩形状の鋼製ブロック体が上記端板底面において、上記杭本体の軸心に対して略点対称となるように互いに離間して固着されてなる掘削刃とを備え、上記掘削刃は、上記鋼製ブロック体の角部のうち上記軸心に対して最遠に位置する角部が、上記端板底面の外周直下に位置するとともに、上記鋼製ブロック体の長辺側の側面が、上記端板底面において上記鋼製ブロック体の短辺側の側面と平行であって上記軸心を通る仮想面と交差するように配置され、上記掘削刃は、その底面形状が平坦であり、上記最遠に位置する角部に近接する長辺側の側面が回転方向の前方側に位置するように回転させた場合において、上記鋼製ブロック体の角部のうち上記軸心の最も近傍に位置する角部により地盤を切削可能とされ、上記杭本体の外周に対して突出した部材が設けられていないことを特徴とする。

本願請求項２に記載の回転貫入鋼管杭は、請求項１に係る発明において、上記一対の矩形状の鋼製ブロック体の互いに対向する長辺側の側面間の距離が、上記杭本体の杭径の０．１倍以上、０．３倍以下であることを特徴とする。

本願請求項３に記載の回転貫入鋼管杭の回転貫入方法は、請求項１または請求項２に記載の回転貫入鋼管杭を、上記端板底面の外周直下に位置する角部に近接する長辺側の側面が、回転方向の前方側に位置するように回転圧入させることにより、地盤中に貫入させることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明においては、地盤からの支持力及び周面摩擦力を有効に利用可能な鋼管杭を、簡単な構成によって実現し、簡単な構成であっても掘削刃の各側面を十分に利用することにより、所定のＮ値が得られる支持層にまで下端部を到達可能となり、ひいては鋼管杭の製造コストを大幅に低減可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照にしながら説明する。

図１（ａ）は、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１の概略正面図を、図１（ｂ）は、回転貫入鋼管杭１の概略側面図を、図１（ｃ）は、回転貫入鋼管杭１の底面図を示している。

回転貫入鋼管杭１は、軟弱地盤上に建築物を建設する場合に、これら軟弱地盤の補強を目的として、地盤中に重機等を使用して貫入されるものである。回転貫入鋼管杭１は、地盤の支持層にまで貫入後において、いわゆる摩擦杭として機能する。回転貫入鋼管杭１は、主として、Ｎ値が８以上、３０以下の支持層を有する地盤に対して好適に用いられるものであり、これらのN値を得ることを目的とした場合、回転貫入鋼管杭１によって補強された地盤上に建設される建築物は、３階以下の低階層からなる建築物が対象となる。これは、N値が８未満であると、支持層として十分な支持力が得られないためである。また、N値を３０超とした場合は、施工上の観点から好ましくない。なお、本発明において圧入とは、地盤中に向けて回転貫入鋼管杭１を押し込むことをいい、貫入とは、回転貫入鋼管杭１の回転を利用して地盤中にむけて回転貫入鋼管杭１を押し込むことをいう。

図１に示すように、回転貫入鋼管杭１は、杭本体１１と、杭本体１１の下端に固着されてなる端板１２と、端板１２の底面に固着されてなる一対の掘削刃１３ａ、１３ｂとから構成される。

杭本体１１は、長尺な円筒状の形状からなり、例えば鋼管等によって具体化される。

端板１２は、杭本体１１下端の開口を閉塞することを目的として、杭本体１１下端に溶接等によって固着されるもので、円板状の形状からなるものである。回転貫入鋼管杭１は、その下端において端板１２によって閉塞されており、いわゆる先端閉塞型の鋼管杭として機能している。この端板１２の外径は、杭本体１１の外径とほぼ同様の径からなり、杭本体１１外面より外周側に向けて突出した部分がない。このため、杭本体１１の回転圧入時においても、端板１２が杭本体１１外周の地盤等を乱すことがなく、回転貫入鋼管杭１を地盤下方にまで貫入可能となる。

掘削刃１３ａ、１３ｂは、回転圧入時に回転貫入鋼管杭１の下端部近傍に位置する地盤を掘削することを目的として、矩形状の鋼製ブロック体を隅肉溶接等の溶接によって端板１２の底面に固着して構成されるものである。掘削刃１３ａ、１３ｂとして固着される鋼製ブロック体は、長方体の形状からなるもので、その長辺側の側面のいずれか１つの側面が１２の底面に固着される。また、掘削刃１３ａ、１３ｂは何れも、図１に示すように、端板１２底面に略直交する一対の長辺側の側面１４及び一対の短辺側の側面１５を有している。

本発明を適用した回転貫入鋼管杭１では、掘削刃１３ａ、１３ｂの形状や間隔等の配置条件を以下に説明するように最適化しているため、簡単な構成であっても、地盤の掘削能力を十分に備えたものとなっている。以下、掘削刃１３ａ、１３ｂの配置条件について、その回転圧入時における動作、作用とともに図面を参照にしながら説明する。

図２は、回転貫入鋼管杭１の底面図であって、掘削刃１３ａ、１３ｂの配置条件をより詳細に説明するための図である。なお、図２における、Ｎは、杭本体１１の軸心を、一点鎖線Ｒ１と一点鎖線Ｒ２とは、軸芯Ｎを通って互いに直交する仮想線であり、何れも本発明の説明のために用いる仮想的な概念である。また、方向Ｐ１及びＰ２は、回転圧入時における回転貫入鋼管杭１の回転方向を示す。また、掘削刃１３ａ、１３ｂの一対の長辺側の側面１４のうち、軸心Ｎの近傍に位置する長辺側の側面を側面１４ｂ、他方の長辺側の側面を側面１４ａという。また、掘削刃１３ａ、１３ｂの一対の短辺側の側面１５のうち、軸心Ｎの近傍に位置する短辺側の側面を側面１５ｂ、他方の短辺側の側面を側面１５ａという。

また、鋼製ブロック体の角部のうち、長辺側の側面１４ａと短辺側の側面１５ａとの２側面によって形成される角部を角部Ｓａ、長辺側の側面１４ａと短辺側の側面１５ｂとの２側面によって形成される角部を角部Ｓｂ、長辺側の側面１４ｂと短辺側の側面１５ｂとの２側面によって形成される角部を角部Ｓｃ、長辺側の側面１４ｂと短辺側の側面１５ａとの２側面によって形成される角部を角部Ｓｄという。

掘削刃１３ａ、１３ｂは、端板１２底面において、以下に示す条件を満たして配置されるものである。即ち、掘削刃１３ａ、１３ｂは、端板１２の底面において、一対の鋼製ブロック体が、杭本体１１の軸心Ｎに対して略点対称となるように互いに離間して配置される。また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、鋼製ブロック体の角部のうち軸心に対して最遠に位置する角部Ｓａが、端板１２底面の外周直下に位置するように配置される。また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、それぞれの掘削刃１３ａ、１３ｂにおける長辺側の側面１４が、鋼製ブロック体の短辺側の側面１５と平行をなす面であって、軸芯Ｎを通る仮想面Ｑ１と交差するように配置される。なお、ここでいう仮想面Ｑ１とは、図２中において、一点鎖線Ｒ１を通る仮想的な面であって、端板１２底面と直行している面のことをいう。

掘削刃１３ａ、１３ｂは、軸心Ｎに対して略点対称となるように配置されていることにより、回転圧入時において、長辺側の側面１４及び短辺側の側面１５の地盤と接触する面積が軸芯Ｎを中心として対称的になるため、掘削刃１３ａ、１３ｂの回転動作が安定することになり、安定して回転貫入鋼管杭１を鉛直下方に貫入することが可能となる。なお、掘削刃１３ａ、１３ｂは、それぞれの長辺側の側面１４を長手方向に延長した場合における２つの側面がなす狭角が０°以上５°以下となるように、軸心Ｎに対して略点対称となるよう配置されていればよく、この場合において掘削刃１３ａ、１３ｂの回転動作が安定することになる。

また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、互いに離間して配置されることから、回転圧入時において、掘削刃１３ａ、１３ｂによって地盤が掘削されない領域１６が、掘削刃１３ａ、１３ｂ間の軸心Ｎ周辺にできる。この領域１６には、回転圧入時において、回転圧入鋼管杭１を下方に押し込む際に、その領域１６内の地盤が掘削されないことにより、地盤中の土等が入り込むことになる。

また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、角部Ｓａが、端板１２底面の外周直下に位置するとともに、長辺側の側面１４が、図２中における一点鎖線Ｒ１を通る仮想面Ｑ１と交差して配置されているため、回転圧入時において長辺側の側面１４のみでなく、短辺側の側面１５をも利用して、これらに接触する地盤を、回転圧入鋼管杭１外周にまで押し出すことが可能となる。

この理由を図３、図４、図５を用いて説明する。

図３は、端板１２底面に対して、掘削刃１３を一つのみ固着した例であり、本発明の範囲内に含まれない比較例として示すものである。この比較例において掘削刃１３は、図３（ａ）に示すように、鋼製ブロック体の角部のうち軸心Ｎに対して最遠に位置する角部Ｓａが端板１２底面の外周直下に位置するように配置されているが、長辺側の側面１４が、鋼製ブロック体の短辺側の側面１５と平行をなして軸心Ｎを通る仮想面Ｑ１とは交差するように配置されていない。なお、この図３（ａ）において仮想面Ｑ１は、一点鎖線Ｒ１上を通っているものとする。

このように構成される比較例としての回転貫入鋼管杭１が方向Ｐ２に向けて回転した場合、まず最初に、掘削刃１３の角部Ｓｂが固い地盤としての土砂に接触して、これら土砂を切削しながら回転することになる。ここで、例えば図３（ｂ）の位置にまで回転した場合、即ち図３（ｂ）に示す一点鎖線Ｒ１の位置する端板１２底面直下に掘削刃１３の長辺側の側面１４ａ及び短辺側の側面１５ｂが位置するように回転した場合、Ｘ１部の詳細は図３（ｃ）、Ｘ２部の詳細は図３（ｄ）に示すようになる。

図３（ｃ）に示すように、Ｘ１部においては、回転貫入鋼管杭１が回転することにより、長辺側の側面１４ａが方向Ｕ１、即ち一点鎖線Ｒ１に対して直交する方向に向けて動く。この場合、長辺側の側面１４ａがその進行方向Ｕ１に対して傾斜して、長辺側の側面１４ａの前方に位置する、角部Ｓｂによって切削された土砂等と接触するため、これら土砂は進行方向Ｕ１と逆向きの方向であって長辺側の側面１４ａの面上を沿うような方向、即ち図３（ｃ）に示す方向Ｖ１に向けて押されることになる。長辺側の側面１４ａによって方向Ｖ１に向けて押される土砂は、そのまま長辺側の側面１４ａの面上を沿って移動することになり、回転貫入鋼管杭１の外周側に向けて押されることになり、最終的には、角部Ｓａを介して回転貫入鋼管杭１の外周に位置する地盤中に押し出されることになる。

これに対して、Ｘ２部においては、図３（ｄ）に示すように、短辺側の側面１５ｂが長辺側の側面１４ａと同様の方向Ｕ１に向けて動くことになるが、この場合短辺側の側面１５ｂと接触する、角部Ｓｂによって切削された土砂等は、進行方向Ｕ１と逆向きの方向であって、短辺側の側面１５ｂの面上を沿うような方向、即ち図３（ｄ）に示す方向Ｖ２に向けて短辺側の側面１５ｂの回転動作によって押されることになる。短辺側の側面１５ｂによって方向Ｖ２に向けて押される土砂は、回転貫入鋼管杭１の外周側に押し出されず、回転貫入鋼管杭１の内周側に押されて軸心Ｎ周囲にそのまま残ることになる。ここで、軸心Ｎ周囲には、掘削刃１３によって掘削されていない土砂が多く残っており、これら掘削されていない土砂に対して更に土砂が押し込まれて、軸心Ｎ周囲における圧密量が非常に多くなる。このため、このまま回転貫入鋼管杭１を圧入すると、端板１２直下に位置する土砂の圧密量が多いことから、回転貫入鋼管杭１を更に圧入させる際に過度の圧入力を必要とすることになり、圧入させることが困難になると考えられる。

上述の如き構成からなる比較例としての回転貫入鋼管杭１に対して、本発明としての回転貫入鋼管杭１の例を図４に示す。本発明としての回転貫入鋼管杭１は、比較例としての回転貫入鋼管杭１と同様に、端板１２底面に対して掘削刃１３を一つのみ固着した点では共通しているが、図４（ａ）に示すように、掘削刃１３の長辺側の側面１４が、鋼製ブロック体の短辺側の側面１５と平行をなして軸心Ｎを通る仮想面Ｑ１と交差するように配置している点のみ異なっている。

このように構成される本発明を適用した回転貫入鋼管杭１が方向Ｐ２に向けて回転した場合、まず最初に、掘削刃１３の角部Ｓｃが固い地盤としての土砂に接触して、これら土砂を切削しながら回転することになる。ここで、例えば図４（ｂ）に示す位置にまで掘削刃１３が回転した場合、即ち掘削刃１３の短辺側の側面１５ｂが一点鎖線Ｒ１の位置する端板１２底面直下に位置するように回転した場合、Ｙ１部の詳細は図４（ｃ）に示すようになる。

図４（ｃ）に示すように、Ｙ１部においては、回転貫入鋼管杭１が回転することにより、短辺側の側面１５ｂが方向Ｕ２に向けて動く。この場合、短辺側の側面１５ｂがその進行方向Ｕ３に対して傾斜して、短辺側の側面１５ｂの前方に位置する、角部Ｓｃによって掘削された土砂等と接触するため、これら土砂は進行方向Ｕ３と逆向きの方向であって、短辺側の側面１５ｂの面上を沿うような方向、即ち図４（ｃ）に示す方向Ｖ３に向けて押されることになる。短辺側の側面１５ｂによって方向Ｖ３に向けて押される土砂は、そのまま短辺側の側面１５ｂの面上を沿って押されて、短辺側の側面１５ｂの長さ分だけ回転貫入鋼管杭１の外周側に向けて移動することになる。

この後、回転貫入鋼管杭１が更に回転して、例えば図４（ｄ）に示す位置、即ち一点鎖線Ｒ１の位置する端板１２底面直下に長辺側の側面１４ａが位置するように回転した場合、今度は一点鎖線Ｒ１の位置する端板１２底面直下の地盤としての土砂に対して長辺側の側面１４ａが接触することになる。この場合、図４（ｄ）に示す、Ｙ２部の詳細は図４（ｅ）に示すようになる。

Ｙ２部においては、回転貫入鋼管杭１の回転により長辺側の側面１４ａが方向Ｕ４に向けて動くことになるが、短辺側の側面１５ｂによって移動させられた土砂を含む、長辺側の側面１４ａの前方に位置する土砂は、長辺側の側面１４ａによって、長辺側の側面１４ａの進行方向Ｕ４と逆方向であって長辺側の側面１４ａの面上を沿う方向である図４（ｅ）中の方向Ｖ４に向けて押される。長辺側の側面１４ａによって方向Ｖ３に向けて押される土砂は、そのまま長辺側の側面１４ａの面上を沿って、回転貫入鋼管杭１の外周側に向けて移動し、最終的に角部Ｓａを介して回転貫入鋼管杭１外周に位置する地盤中に押し出されることになる。この場合、軸心Ｎ周囲には、掘削刃１３によって掘削されていない土砂がある程度残っているものの、比較例として示した回転貫入鋼管杭１と比べて、多くの土砂が掘削されている。このため、軸心Ｎ周囲における残存している土砂による圧密量は、比較例と比べて少なくなっており、圧入させることが比較的容易となる。

このように、掘削刃１３の長辺側の側面１４が、短辺側の側面１５と平行をなして軸心Ｎを通る仮想面Ｑ１と交差しない場合は、短辺側の側面１５と接触する地盤を回転貫入鋼管杭１の内周側に押すことになり、長辺側の側面１４が、仮想面Ｑ１と交差する場合は、短辺側の側面１５と接触する地盤を回転貫入鋼管杭１の外周側に押し出すことになる。なお、ここでいう内周側とは、軸心Ｎに対して近づく方向を、外周側とは、Ｎに対して遠ざかる方向を意味するものとする。

即ち、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、掘削刃１３の長辺側の側面１４のみでなく、短辺側の側面１５をも利用して、これらに接触する地盤を、１の外周側に向けて押し出すことを可能とするものである。この短辺側の側面１５によって、これに接触する地盤を回転貫入鋼管杭１の外周側に向けて押し出すことを可能とするためには、上述したように、角部Ｓ１が端板１２底面の外周直下に位置し、端板１２底面において短辺側の側面１５と平行であって軸心Ｎを通る仮想面Ｑ１と交差するように、掘削刃１３を端板１２底面に配置することが条件となる。

このように、掘削刃１３の長辺側の側面１４のみでなく、短辺側の側面１５をも利用して地盤を押し出す場合、回転圧入時の回転に対する抵抗面積が増加するものの、比較例として示した回転貫入鋼管杭１と比べて、広い範囲に亘る地盤を回転貫入鋼管杭１の外周側に押し出すことが可能となる。このため、回転圧入時において、回転貫入鋼管杭１の下方に位置する軸心Ｎ周囲の土砂の圧密量が比較的少なく、回転貫入鋼管杭１の圧入時のおける圧入力を低減させることが可能となる。これに伴い、鋼製ブロック体を溶接等によって固着させるのみの簡単な構成によっても、回転貫入鋼管杭１の回転圧入作業が可能となり、非常に低コストで、鋼管杭を所定の深さまで貫入可能となる。

因みに、上記においては、回転貫入鋼管杭１を方向Ｐ２に向けて回転した場合について説明したが、実際の回転圧入作業時においては、回転方向を方向Ｐ１から方向Ｐ２、方向Ｐ２から方向Ｐ１のように切り替えて、即ち回転方向を適宜逆方向に異ならせながら回転貫入鋼管杭１を貫入させるのが望ましい。

即ち、図５（ａ）に示すように、回転貫入鋼管杭１を方向Ｐ１に向けて回転させた場合、まず最初に、角部Ｓｄが固い地盤としての土砂に接触して、これら土砂を切削することになる。この後、角部Ｓｄによって掘削された土砂は、その一部が短辺側の側面１５ａの面上を沿うような方向Ｔ１に向けて押し出され、残りが長辺側の側面１４ｂの面上を沿うような方向Ｔ２に向けて押されることになる。方向Ｔ１に向けて押し出された土砂は、回転貫入鋼管杭１の外周側に押し出されるものの、方向Ｔ２に向けて押された土砂は、軸心Ｎ周囲に徐々に圧密されて、最終的には、回転貫入鋼管杭１を方向Ｐ１に向けて回転させて圧入させるのが困難となる。

ここで、回転貫入鋼管杭１を方向Ｐ１に向けて回転させるのが困難となったら、図５（ｂ）に示すように、回転貫入鋼管杭１を方向Ｐ１と逆方向である方向Ｐ２に向けて回転させる。方向Ｐ１に向けて回転させるのが困難となる場合、長辺側の一方の側面１４ｂの前方側に多くの土砂が圧密されているが、長辺側の他方の側面１４ａの前方側の土砂はほとんど圧密されていないため、容易に方向Ｐ２に回転させることが可能となる。この場合、一部の土砂は、長辺側の側面１３ａの面上を沿って方向Ｔ３に向けて押されて、軸心Ｎ周囲に圧密されるが、大半の土砂は、短辺側の側面１５ｂ及び長辺側の側面１４ｂの面上を沿うような方向Ｔ４に向けて押し出されることなる。なお、方向Ｐ２に向けて回転させている途中で、仮に短辺側の側面１５ｂ及び長辺側の側面１４ｂの前方側に多くの土砂が圧密された場合、再度反対方向である方向Ｐ１に向けて回転貫入鋼管杭１を回転させて対応する。

このように、方向Ｐ１と方向Ｐ２との間で、回転方向を適宜逆方向に異ならせながら回転貫入鋼管杭１を貫入させれば、回転圧入作業が一層容易となる。

次に、上述の如く構成された回転貫入鋼管杭１を地盤中に貫入させる方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、図示しないケーシング回転掘削機等の回転貫入鋼管杭１を回転圧入可能な重機を用いて、この回転貫入鋼管杭１を中間層２２としての地盤２１中に回転圧入させる。この場合、回転圧入鋼管杭１を円周方向に向けて回転させる回転力と、回転圧入鋼管杭１を鉛直下方に向けて押し込む圧入力とが重機より加えられる。

この圧入力により、杭本体１１の下端部の掘削刃１３が、端板１２底面直下に位置する地盤２１中に食い込むことになる。地盤２１中に食い込んだ掘削刃１３は、重機から与えられる回転力により、上述のような動作に基づき、端板１２底面直下に位置する地盤２１を図６（ａ）に示す方向３０、即ち回転貫入鋼管杭１の外周側に向けて押し出すことになる。端板１２底面直下に位置する地盤２１が杭本体１１の外周側に押し出されたことにより、圧入抵抗を増加させることなく、更に回転貫入鋼管杭１を鉛直下方に向けて押し込むことが可能となる。

この場合において、図２に示すような領域１６に入り込む地盤２１は、重機からの圧入力が加えられて端板１２底面によって鉛直下方に向けて押し込まれ、一部はその押し込まれる途中に領域１６周囲にばらついて掘削刃１３により回転貫入鋼管杭１外周に押し出され、残りはそのまま端板１２底面直下に位置する地盤２１中に押し込まれることになる。

このようにして回転貫入鋼管杭１の下端部は、中間層２２としての地盤２１中を貫入されて、図６（ｂ）に示すような、所定の深さに位置する支持層２３としての地盤２１中にまで到達する。支持層２３にまで回転貫入鋼管杭１が到達した後は、打ち止め確認後、重機より回転貫入鋼管杭１を取り外して施工を完了する。

この場合において、回転圧入時に領域１６に入り込む地盤は、上述したように端板１２底面直下に位置する支持層２３としての地盤２１中に押し込まれ、この支持層２３としての地盤２１は、これによって圧力が負荷されて、地盤としての強度が向上することになる。

施工が完了した後は、図６（ｂ）に示すように、杭本体１１の外周面と杭本体１１外周面と接する地盤２１との間の周面摩擦力３１や、支持層２３から上方に向けて働く支持力３２が、回転貫入鋼管杭１に対して働くことになる。このように、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、施工完了後にいわゆる摩擦杭として機能することになる。

特に、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、端板１２、掘削刃１３の何れもが杭本体１１の外周に対して突出した部分がないため、回転貫入鋼管杭１の外周面の地盤を乱すことなく回転圧入することが可能となるため、周面摩擦力３１を有効に利用可能となる。

因みに、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、掘削刃１３の底面形状に先鋭化された部分がなく、平坦な形状をしていることから、施工完了後においても、支持層２３から安定した支持力が得られる。また、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、回転圧入時において、掘削を行ないにくい軸心Ｎ近傍の土砂を、掘削時の抵抗力が比較的少ない角部Ｓｃによって掘削可能となっており、施工性がよい。

本発明を適用した回転圧入鋼管杭１の主構成は、上述の如き構成からなるが、必ずしも上述した構成に限定されるものではなく、以下に説明するような各構成を適用するようにしてもよい。

本発明を適用した掘削刃１３ａ、１３ｂは、図２に示すような、短辺側の側面１５の水平方向の長さＬ１が、杭本体１１の杭径Ｄ１の０．１倍以上、０．３倍以下とするのが好ましい。これは、発明者らが実験結果から経験的に見積もったもので、長さＬ１を杭径Ｄ１の０．１倍未満とした場合、回転圧入時の回転に対する抵抗面積が低減し、掘削能力が低減するためである。また、長さＬ１を杭径Ｄ１の０．３倍超とした場合、掘削刃１３の角部を端板１２底面の外周直下に位置するように配置する必要があるため、長さＬ１の増加に伴い、必然的に長辺側の側面１４の水平方向の長さが短くなることになる。長さＬ１を長くしすぎると、この長辺側の側面１４の水平方向の長さが短くなり、地盤に対する接触面積が低減し、掘削能力が低減してしまうため、長さＬ１を杭径Ｄ１の０．３倍以下とするのが好ましい。

また、一対の掘削刃１３ａ、１３ｂの、互いに対向する長辺側の側面１４間の水平方向の距離Ｌ２は、杭本体１１の杭径Ｄ１の０．１倍以上、０．３倍以下とするのが好ましい。これは、発明者らが実験結果から経験的に見積もったもので、距離Ｌ２を杭径Ｄ１の０．１倍未満とした場合、領域１６の面積が減少し、これに伴い、回転貫入鋼管杭１の下端部が支持層２３にまで到達完了した際に、端板１２底面直下に位置する地盤に対して領域１６を介して十分な圧入力が負荷されず、支持層２３から得られる支持力３２が低下するためである。また、距離Ｌ２を杭径Ｄ１の０．３倍超とした場合は、領域１６の面積が大きくなりすぎ、回転圧入時に回転貫入鋼管杭１外周にまで押し出されない地盤２１が増加し、この結果、圧入力を負荷しても回転貫入鋼管杭１が鉛直下方に貫入されなくなるためである。因みに、このことを換言すると、軸心Ｎから長辺側の側面１４ｂまでの垂直距離は、杭径Ｄ１の０．０５倍以上、０．１５倍以下とするのが好ましい。

また、仮想面Ｑ１から、一対の短辺側の側面１５であって軸心Ｎに近接する方の短辺側の側面１５までの、掘削刃１３の長手方向に向けて突出する長さＬ３は、杭径Ｄ１の０．０５倍以上、０．２倍以下とするのが好ましい。これは、長さＬ３が０．０５倍未満の場合、回転圧入時において短辺側の側面１５に対して地盤が略垂直、またはわずかに傾斜して接触することになり、地盤を回転貫入鋼管杭１の外周側に移動させる機能を十分に発揮できないためである。また、長さＬ３を０．２倍超とした場合、一対の長辺側の側面１４であって軸心Ｎに近接するほうの長辺側の側面１４の、図２に示すような、仮想面Ｑ１から突出した部分の側面１７の水平方向の長さが長くなることを意味する。この側面１７は、軸心Ｎに対して内周側に位置する側面であり、回転貫入鋼管杭１の回転圧入時において、側面１７に対して接触する地盤を回転貫入鋼管杭１の内周側に向けて移動させることになる。このため、側面１７の水平方向の長さが長すぎると、それだけ多くの地盤を回転貫入鋼管杭１の内周側に向けて移動させることになるため、長さＬ３は杭径Ｄ１の０．２倍以下とするのが好ましい。なお、長さＬ３は、掘削刃１３ａ、１３ｂで若干量異なる数値であってもよく、この場合であっても、短辺側の側面１５によって地盤を外周側に向けて押すという作用を十分に奏する。

また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、図１に示すような鉛直方向の高さＨ１を、杭本体１１の杭径Ｄ１の０．０５倍以上、０．３倍以下とするのが好ましい。これは、高さＨ１を杭径Ｄ１の０．０５倍未満とした場合、回転圧入時の回転に対する抵抗面積が低減し、掘削能力が低減するためである。また、高さＨ１を杭径Ｄ１の０．３倍超とした場合、回転圧入時の回転に対する抵抗面積が増加し、必要となる回転力が大きくなりすぎるためである。

次に、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１の実施例について説明する。

本実施例においては、上述の如き構成からなる回転貫入鋼管杭１が、所定のＮ値を得られる支持層にまで実際に貫入可能であるか否かを確認することを目的として行ったものである。

本実施例において使用した杭本体１１は、鉛直方向の長さ９．０ｍ、杭径１１４．３ｍｍ、杭本体１１の厚み４．５ｍｍの構成からなるものである。また、掘削刃１３ａ、１３ｂは、鉛直方向の高さＨ１が１９ｍｍ、短辺側の側面１５の水平方向の長さＬ１が１９ｍｍの構成からなり、掘削刃１３ａの長辺側の側面１４の水平方向の長さが５２．８ｍｍ、掘削刃１３ｂの長辺側の側面１４の水平方向の長さが５０．９ｍｍの構成からなるものである。また、一対の掘削刃１３ａ、１３ｂの、互いに対向する長辺側の側面１４間の水平方向の距離Ｌ２は、１０．１５ｍｍで構成される。

このようにして構成される回転貫入鋼管杭１を、地盤工学会基準ＪＧＳ １８１２−２００２記載の杭の先端載荷試験方法に従い、試験を行った。試験時においては、回転力７．１〜２１．４ｋＮ／ｍ、回転数２１．１〜６３．１ｍｉｎ、最大圧入力４５．６ｋＮで回転貫入鋼管杭１を貫入させた。

この結果、回転圧入を開始した地面の位置を０位置とした場合に、回転貫入鋼管杭１の下端部は、０位置から深度８．５４ｍにまで到達した。この回転貫入鋼管杭１の、各深度におけるＮ値と、各深度との関係は、図７に示す通りである。図７に示すように、本発明を適用した回転貫入鋼管杭１は、その下端部を深度８．５４ｍまで貫入可能であり、これにより下端部がＮ値１５の地盤による支持力を得られることが確認できる。これにより、本発明のように、掘削刃１３が簡単な構成であっても、十分な支持力が得られる地盤にまで、下端部を貫入可能であることが確かめられた。

（ａ）は、回転圧入鋼管杭１の概略正面図、図１（ｂ）は、回転圧入鋼管杭１の概略側面図、図１（ｃ）は、回転圧入鋼管杭１の底面図である。 端板１２底面に固着される掘削刃１３の配置条件について説明するための図である。 比較例としての掘削刃１３における長辺側の側面１４及び短辺側の側面１５と、これらに対して接触する地盤との動作の関係を示す図である。 本発明としての掘削刃１３における長辺側の側面１４及び短辺側の側面１５と、これらに対して接触する地盤との動作の関係を示す図である。 回転貫入鋼管杭に対して正回転及び逆回転を加えることにより貫入させた場合の地盤としての土砂の動きを示す図である。 本発明を適用した回転貫入鋼管杭を地盤中に貫入する方法について説明するための図であり、（ａ）は、中間層２２としての地盤２１中に貫入している状態を示す図、（ｂ）は、支持層２３としての地盤２１中にまで貫入した後の状態を示す図である。 本発明を適用した回転貫入鋼管杭１を所定の深さの地盤にまで貫入させた際の、深度とＮ値の関係を示す実験データのグラフである。

符号の説明

１ 回転貫入鋼管杭
１１ 杭本体
１２ 端板
１３ 掘削刃
１４ 長辺側の側面
１５ 短辺側の側面
１６ 領域
２１ 地盤
２２ 中間層
２３ 支持層
３１ 周面摩擦力
３２ 地盤反力
Ｎ 中心軸
Ｐ 回転方向

Claims (3)

1. 回転圧入によって地盤中に貫入される回転貫入鋼管杭において、
   円筒状の杭本体と、
   上記杭本体の下端に固着されてなる円板状の端板と、
   一対の矩形状の鋼製ブロック体が上記端板底面において、上記杭本体の軸心に対して略点対称となるように互いに離間して固着されてなる掘削刃とを備え、
   上記掘削刃は、上記鋼製ブロック体の角部のうち上記軸心に対して最遠に位置する角部が、上記端板底面の外周直下に位置するとともに、上記鋼製ブロック体の長辺側の側面が、上記端板底面において上記鋼製ブロック体の短辺側の側面と平行であって上記軸心を通る仮想面と交差するように配置され、
   上記掘削刃は、その底面形状が平坦であり、
   上記杭本体の外周に対して突出した部材が設けられておらず、
   上記最遠に位置する角部に近接する掘削刃の長辺側の側面が回転方向の前方側に位置するように回転させた場合において、上記鋼製ブロック体の角部のうち上記軸心の最も近傍に位置する角部により地盤を切削可能とされるとともに、当該角部により切削された地盤を当該角部を形成する短辺側の側面及び上記最遠に位置する角部を形成する長辺側の側面により上記杭本体の外周にまで押し出し可能とされてなること
   を特徴とする回転貫入鋼管杭。
2. 上記一対の矩形状の鋼製ブロック体の互いに対向する長辺側の側面間の距離が、上記杭本体の杭径の０．１倍以上、０．３倍以下であること
   を特徴とする請求項１記載の回転貫入鋼管杭。
3. 請求項１または２記載の回転貫入鋼管杭を、上記端板底面の外周直下に位置する角部に近接する長辺側の側面が、回転方向の前方側に位置するように回転圧入させることにより、地盤中に貫入させること
   を特徴とする回転貫入鋼管杭の回転貫入方法。