JP4456427B2 - 鋼管杭接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば杭径１００〜２０００ｍｍφ程度の鋼管杭同士を接続する接続構造に関する。

鋼管杭は、通常、ねじ継手その他の機械的な継手、又は現場溶接によって上下杭を接続し、長尺の基礎支持材等として供用されている。ねじ継手は鋼管杭端部にテーパねじなどからなる雄ねじを形成し、雌ねじを有するソケット又は拡径部等にねじ込んで接続する。ねじ継手は加工が面倒で高価である。また、現場溶接は天候に支配される影響が大きく溶接資格者の確保の点でも難点がある。

土木用の基礎杭では、杭外径より突設する厚さは杭径により、９ｍｍ又は１２ｍｍ以内に制限されているので、ソケットやスリーブを用いる継手等は構造上不可となる場合もある。

このような要求に合致する技術として、簡易な構造で施工も容易な、現場溶接を必要としない継手であって、外径が鋼管杭の外径と同等の寸法の優れた鋼管杭の接続構造が開示されている。この接続構造は継手部の圧縮、引張、曲げ、ねじり強度が大きく、鋼管杭を地中に沈設するとき、杭に正回転又は逆回転の何れをも付与することができる（例えば、特許文献１参照）。

その技術手段は、杭軸方向圧着端面を有し、互いに挿脱可能な雌円筒と雄円筒とからなり、雌円筒は、入り口側内面に、相互間隔を開けて円周方向に配設され内径が雄円筒の外周面に遊嵌する複数の円弧板状内面突起を備え、雄円筒は、装入端側外面に、前記円弧板状内面突起と交互に配設され外径が雌円筒の内周面に遊合する複数の円弧板状外面突起を備えたものであって、円弧板状内面突起及び円弧板状外面突起はそれぞれ奥側端面に円周方向に対して傾斜したテーパを有し、このテーパは雄円筒を雌円筒中に挿入して回動したとき互いに接触し、テーパにより前記円弧板状内面突起及び円弧板状外面突起が圧着され、雄雌円筒を強固に接続固定するテーパである鋼管杭の接続構造である。

また、継手部に上下杭の軸線が湾曲するような曲げが作用したときに、継手部の曲げ強度を十分に高めるように改善を施した技術がある（例えば、特許文献２参照）。

この技術は、雄雌円筒の嵌合部の長さを格別な長さとすることなく、曲げた抵抗する抵抗力を大きくした技術で、嵌合部に印籠構造を設けたものである。
特開２００２−６１１７４号公報（第２−３頁、図１） 特願２００２−２５７５４９号出願（第２−６頁、図１）

上記技術は、優れた接続技術であるが、その後の研究によれば、杭の地中圧入工程において上下杭の雄雌円筒の嵌合部において、円弧板状外面突起及び円弧板状内面突起のテーパ当接面で強固に接触締付固定することは必ずしも必要ではなく、上下杭の鉛直方向の力の伝達は接合部の接触端面に負担させ、回転力の伝達はキー部材に受持たせることによって、簡易な構造で十分な成果が得られることが知見された。

本発明は、上記従来技術の改善技術に関するものであって、鋼管杭の接続構造において、円弧板状の内面突起及び円弧板状外面突起の円周方向相互テーパが加工が困難な精密加工を必要とするものであったので、これを改善した鋼管杭接続構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するために開発されたもので、その技術手段は、上下鋼管杭の接続端部に互いに挿脱可能な雌円筒と雄円筒とをそれぞれ備え、該雄雌円筒の先端側の嵌合面にそれぞれ相手側の嵌合面に遊合する円弧板状突起を、円周方向に交互に設けてなり、雄円筒を雌円筒中に挿入後、上下杭を相互に軸周りに回動させて上下杭を接続する接続構造において、該円弧板状突起の杭端側端面に相手方円筒に設けた円周溝と係合する印籠構造を設け、該円弧板状突起の反杭端側の端面は上下杭接続後に相互に細隙を以て対向すると共に接触により上下杭の鉛直方向力を伝達する杭軸直交面とし、上下杭に回転力を伝達するキー部材を該雄雌円筒間に介装したことを特徴とする鋼管杭接続構造である。

印籠構造は、接合する部材の一方の端部に突出部を設け、この突出部が嵌合する凹部を相手方に設けた構造である。本発明では、雄雌円筒同士の端面の一方に円周溝を設け、他方の端面にこの円周溝に嵌入する円周突起を設け、雄雌円筒同士を接続したとき、上記端面に設けた円周溝と相手側の円周突起とが嵌入係止する構造である。このような印籠構造を雄雌円筒の接続端面に設けることにより、杭軸が湾曲するように作用する曲げ力に対して鋼管杭の雄雌円筒の接続構造の抵抗力が格段に向上する。

また本発明では、円弧板状突起の反杭端側の端面同士は細隙をもって対向するようにし、杭の圧入の際には、この対向端面同士が当接して鉛直力を伝達するようにした。このため、円弧板状突起の反杭端側の端面同士の精密な円周方向テーパ加工をなくすることができる。この円弧板状突起の反杭端側の端面は杭面に直交する平面としてもよく、互いに係止する円錐台側面形状としてもよい。

さらに、前記雌円筒壁と雄円筒壁を貫通して、上下杭の接続固定後に上下杭の相対回転を防止するキー部材を嵌入する貫通孔を備える。この貫通孔にキー部材を外面側から挿入することにより、上杭下杭に回転力を伝達することができる。この回転力は、杭の正転、逆転の両方に作用させることができる。

このキー部材の大きさ、数、配置等は、設計によって適正に定めることができる。また、このキー部材の固定は、ねじボルト等によって、脱落しないように固定する。

従来の円弧板状突起の反杭端側に円周方向テーパを付し、杭の圧入正回転の際、この円周方向テーパ面が鉛直力及び回転力を伝達する伝達部としていた。そのため、このテーパの精密加工が必要であった。本発明では、杭の圧入の際、上下杭の接続端面が当接して鉛直力を伝達し、キー部材が回転力を伝達するようにしたから、円周方向テーパ加工のような厳密な精密加工を行う必要はなくなった。

次に、前記円弧板状突起の反杭端側の端面を杭軸方向に対して傾斜した円錐台側面形状に変更し、前記円弧板状突起を相互に蟻差し状に係合させると一層好ましい。このことによって、円弧板状突起同士が蟻差し構造となるので、杭軸が湾曲するような曲げ荷重に対して継手の信頼性が格段に向上する。

本発明は簡易な構造で製作が容易であり、また現場施工も容易で、現場溶接を必要とせず、継手部が鋼管杭の外径と同等の寸法で強度が大きく、杭に正回転又は逆回転を付与することができ、安価な鋼管杭の接続構造について、さらに改善を加え、曲げに対して抵抗力の大きい杭の接続構造を得ることができた。

さらに平円弧板状突起を蟻差構造にすると、曲げ荷重に対して信頼性が高く、好適である。

これらの改善後は、さらにコストダウン効果が期待できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は上鋼管杭３０と下鋼管杭４０の接続部に雄雌円筒２０、１０が装着された実施例の接続構造を示すもので、接続前の状態を示す片肉のみ示した縦断面図、図２はその接続後の状態を示す縦断面図である。

この接続構造は、下側の鋼管杭４０の頭部に取付られた雌円筒１０内に、上側の鋼管杭３０の底部に取付られた雄円筒２０を挿入するように構成されている。雌円筒１０は、下側の鋼管杭４０内に裏当て板４１を当てて基部１５を円周溶接４２によって取り付けられている。雄円筒２０は、上側の鋼管杭３０内に裏当て板３１を当てて基部２５を円周溶接３２によって取り付けられている。図２は雌円筒１０内に雄円筒２０が嵌入されて上下杭が結合された状態を示している。

図１のＡ−Ａ矢視図を図３に示した。図３のＢ−Ｂ矢視断面を図５の下半分に、図３のＣ−Ｃ矢視断面を図５の上半分に示した。図１、図３に示すように、雌円筒１０は、入り口側内面に、多数個の円弧板状内面突起１３を突出している。

この円弧板状内面突起１３は、雌円筒１０の内面から等厚さで突出した円弧板状で、隣接する突起１３同士が相互間隔をあけて円周方向に配設されている。この円弧板状内面突起１３の相互間隔（弧状間隔）は円弧板状内面突起１３の幅（弧の長さ）より僅かに広い寸法に設定されている。円弧板状内面突起１３の内径は雄円筒２０の外周面２２に遊嵌する寸法となっている。遊嵌とは僅かな隙間をもって嵌合する態様を言う。

円弧板状内面突起１３の杭軸方向寸法は、雌円筒１０と雄円筒２０の挿入長さ寸法の半分より僅か小さく、また、円弧板状内面突起１３の反杭端側の端面は、杭軸に直角な面又は相手側と互いに蟻差し状に係止する円錐台面をなしている。

円弧板状内面突起１３の頭部には先端部突起１４が形成されており、軸方向圧着端面１１より上方に突出している。また、円周上の一部に、図３に示すように、雌円筒１０の一部と合致するキー溝形成部となる切欠１９が設けられている。

雄円筒２０は、外周面２２の挿入端２６側に、円周方向に相互間隔をあけて多数個の円弧板状外面突起２３を外周面２２から突出している。この円弧板状外面突起２３は上記雌円筒１０の円弧板状内面突起１３と交互に設けられている。この円弧板状外面突起２３は、雄円筒２０の外周面２２から等厚さで突出する円弧板状をなしており、上記雌円筒１０の円弧板状内面突起１３と幅寸法（弧状幅）が等しく、円弧板状外面突起２３の相互間隔（弧状間隔）は円弧板状外面突起２３の幅（弧の長さ）より僅かに広い寸法に設定されている。

円弧板状外面突起２３の外径は雌円筒１０の内周面１２に遊合する寸法となっている。遊合とは僅かな隙間をもって嵌合する態様を言う。円弧板状外面突起２３の杭軸方向寸法は、雌円筒１０の円弧板状内面突起１３の杭軸方向寸法とほぼ等しい。すなわち、雄円筒２０の挿入長さ寸法の半分より僅か小さい。

また、円弧板状外面突起２３の反杭端側の端面２８と円弧板状内面突起１３の反杭端側の端面１８とは、雄円筒２０を雌円筒１０に挿入して円弧板状外面突起２３の幅（円弧幅）の分だけ回動したとき互いに細隙間を持って対向するようになっている。この端面１８、２８は図１〜図３では互いに蟻差し状に係合するような円錐台側面形状となっているが、図４に示すように、杭軸に直角な平面でもよい。図４は端面１８、２８の形状が異なる点のみが図２と異っている。

雄円筒２０の外周面は雌円筒１０の円弧板状内面突起１３の内径に遊合する寸法となっている。円弧板状内面突起１３と円弧板状外面突起２３とがあたかもスプライン継手のようになっており、雌円筒１０と雄円筒２０は、軸方向に相互に挿入可能になっている。

雌円筒１０内に雄円筒２０を挿入した後、上杭を回動させると、円弧板状内面突起１３の反杭端側の端面１８と円弧板状外面突起２３の反杭端側の端面２８は僅かな隙間をもって対向するようになっている。

図５は、図３のＢ−Ｂ矢視断面及びＣ−Ｃ矢視断面を示すもので、雌円筒１０と雄円筒２０に設けられたキー溝形成部１９、２９の部分を示す縦断面図である。タップ孔５３は後述のキー部材の固定ボルト取付け用である。

図６（ａ）は、このキー溝形成部１９と２９が対向する位置に雌円筒１０と雄円筒２０とを位置調整した状態を示し、このキー溝形成部１９と２９の溝（又は切欠）内に図６（ｂ）に示すキー部材５１を挿入する。キー部材５１は固定ボルトを挿入するボルト孔５２を備えている。図７はキー部材５１をキー溝形成部内に挿入し、ボルト５４をキー部材５１を通ってタップ孔５３に螺入してキー部材５１を固定した状態を示す縦断面である。キー部材５１は上下杭３０、４０を相互に正転、逆転するとき上下杭間３０、４０の回転力を伝達する。

本発明の雄雌円筒１０、２０の接続について説明する。図１、図２は下側の鋼管杭４０に雌円筒１０を取付け、上側の鋼管杭３０に雄円筒２０を取り付けた態様となっている。この関係は勿論、逆でもよい。

図８に示すように、下杭上端の雌円筒１０の円弧板状内面突起１３の相互間隔（弧状間隔）の部分に、上杭下端に取り付けた雄円筒２０の円弧板状外面突起２３の円周方向位置を合わせて、つまり、円弧板状内面突起１３と円弧板状外面突起２３とが互い違いになるように位置させて、雄円筒２０を雌円筒１０内に上方から矢印６１で示すように杭軸に沿って挿入する。

次に、図９に示すように、挿入長さ分を十分に挿入した後、図１０に示すように、雄円筒２０つまり、上側の鋼管杭３０を、矢印６２で示すように回動する。この回動によって、円弧板状外面突起２３の反杭端側の端面２８が円弧板状内面突起１３の反杭端側の端面１８と対向する。

このとき、図２に示すように、雌円筒１０の円弧板状内面突起１３の先端部突起１４は雄円筒２０の端面に設けた円周溝２４内に嵌入し、突起１３の頭部（突起）１４と円周溝２４は印籠構造を形成する。一方、雄円筒２０の円弧板状外面突起２３の先端部突起２７も雌円筒１０の当接面１６に設けた円周溝１７内に嵌入する。この部分も先端部突起２７と円周溝１７とは印籠構造を形成している。

これらの印籠構造により、雄雌円筒１０、２０相互間に杭軸が湾曲する曲げ力が発生しても、これに対して非常に大きな曲げ抵抗力が発生する。従って、この雄雌円筒１０、２０による接続部が曲げに対して強固な接続構造となり、鋼管杭３０と４０との接続部は引っ張り、圧縮、曲げに対して強固な継手を形成する。

なお、雌円筒１０の円弧板状内面突起１３と雄円筒２０の円弧板状外面突起２３のそれぞれ反杭端側の端面１８、２８は図４に示すように杭軸に直交する平面状であってもよいが、図１、図２に示すように、互いに蟻差し状に係合する円錐台側面形状とすれば円弧板状内面突起１３と円弧板状外面突起２３とが相互に印籠構造を形成する。

従って、円弧板状内面突起１３と円弧板状外面突起２３との反杭端側の端面を図１、図２のように形成した方が、図４のように形成した場合よりもさらに杭軸が湾曲する方向の曲げ力に対してさらに抵抗力が増加し、好ましい。

なお、この形状は、従来の円周方向テーパ加工とは異なり、単純な旋削加工によって形成することができるので、コストアップを招来することはない。

図３に示す雌円筒１０と雄円筒２０が、図１０に示すように結合されたときの状態を、図６（ａ）、（ｂ）に示した。図６（ａ）は雌円筒１０と雄円筒２０の外面を示すもので、円弧板状内面突起１３の面１８と円弧板状外面突起２３の面２８とが隙間を介して対向するように強固に上下円筒を結合したとき、雄円筒２０のキー溝形成部（切欠）２９と雌円筒１０のキー溝形成部（切欠）１９とが軸方向に一致する。この一致したキー溝形成部（切欠）１９、２９に、円筒の外面から図６（ｂ）に示すキー部材５１を嵌め込む。雄円筒２０側のキー溝形成部２９にタップ孔５３が形成されており、キー部材５１にボルト孔５２が設けられている。図７はキー部材５１を取付けた状態を示す断面図である。

鋼管杭は、回転させながら地中に沈設する場合が多く、また、回転方向を正逆に変更することもある。キー部材５１はこの上下の鋼管杭間の回転力を伝達する。

実施例の接続構造の接続前の縦断面図である。 実施例の接続構造の接続後の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 別の実施例の接続構造の接続後の縦断面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視図及びＣ−Ｃ矢視図である。 実施例の接続後の外面図である。 キー部材の正面図である。 実施例の接続後の縦断面図である。 接続工程を示す説明図である。 接続工程を示す説明図である。 接続工程を示す説明図である。

符号の説明

１０ 雌円筒
１１ 軸方向圧着端面
１２ 内周面
１３ 円弧板状内面突起
１４ 先端部突起
１５ 基部
１６ 当接面
１７ 円周溝
１８ 反杭端側の端面
１９ キー溝形成部（切欠）
２０ 雄円筒
２１ 軸方向圧着端面
２２ 外周面
２３ 円弧板状外面突起
２５ 基部
２６ 当接面
２７ 先端部突起
２８ 反杭端側の端面
２９ キー溝形成部（切欠）
３０ 上鋼管杭
３１ 裏当て板
３２ 溶接
４０ 下鋼管杭
４１ 裏当て板
４２ 溶接
５１ キー部材
５２ ボルト孔
５３ タップ孔
５４ ボルト
６１、６２ 矢印

Claims (2)

1. 上下鋼管杭の接続端部に互いに挿脱可能な雌円筒と雄円筒とをそれぞれ備え、該雄雌円筒の先端側の嵌合面にそれぞれ相手側の嵌合面に遊合する円弧板状突起を、円周方向に交互に設けてなり、雄円筒を雌円筒中に挿入後、上下杭を相互に軸周りに回動させて上下杭を接続する接続構造において、
   該円弧板状突起の杭端側端面に相手方円筒に設けた円周溝と係合する印籠構造を設け、該円弧板状突起の反杭端側の端面は上下杭接続後に相互に細隙を以て対向すると共に接触により上下杭の鉛直方向力を伝達する杭軸直交面とし、上下杭に回転力を伝達するキー部材を該雄雌円筒間に介装したことを特徴とする鋼管杭接続構造。
2. 前記円弧板状突起の反杭端側の端面を、杭軸方向に対して傾斜して互いに係止する円錐台側面形状に変更し、前記円弧板状突起を相互に蟻差し状に係合させることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭接続構造。

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