JP5260459B2 - 回転埋設杭 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管製の杭本体の回転に伴い下方に向かって地中を推進し、地中に貫入して埋設される回転埋設杭に関する。

従来、地中の所定位置（深さ）に基礎杭を埋設し、基礎杭により建築物や構造物を支持することが広く行われている。また、このような杭として、鋼管製の杭本体の下端を底板により閉塞し、杭本体の下端部の外周面に螺旋状の翼（螺旋翼）を設けた翼付き鋼管杭が知られている（特許文献１参照）。

この従来の鋼管杭は、回転しつつ地中を推進して埋設される回転埋設杭であり、埋設後は、螺旋翼に加えて、杭本体の下端を閉塞する底板も周囲の地盤からの反力を受けて、杭本体の下端に支持力が作用する。併せて、杭本体の下端面の底板と螺旋翼下面の合計面積を投影した投影面積、及び、その投影された部分の地盤の強度に応じた支持力も得られ、これら各支持力の合計により、杭本体の充分な下端支持力が確保される。

ところで、このような螺旋翼を備えた回転埋設杭では、螺旋翼の回転に伴い、螺旋翼の上面に接する地盤（土砂）の抵抗と、傾斜した螺旋翼の地盤への食い込みとにより螺旋翼が回転推進し、杭本体を推進させる推進力が発生する。この推進力と、回転押し込み装置（埋設装置）が杭本体を地中に押し込む押し込み力とにより、螺旋翼と一体に回転する杭本体が地中で長手方向の下方に推進し、回転埋設杭が地中の所定位置に埋設される。

その際、回転埋設杭は、杭本体の下端の直径が大きくなるにしたがい、下端面の底板が土砂等から受ける抵抗が増大して下方へ推進し難くなる傾向がある。そのため、下端の直径や地盤の状態等に応じて、杭本体が螺旋翼の傾斜方向に回転移動して水平方向に変位する虞があり、場合によっては、杭本体の回転軸芯（中心軸）が推進方向からずれて芯ズレが発生することも懸念される。従って、このような杭本体の下端が閉塞する回転埋設杭では、地中での芯ズレの発生を防止して、より円滑かつ正確な推進等を確保する観点から、更なる改良が望まれている。

特公平２−６２６４８号公報

本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、杭本体の下端が閉塞する回転埋設杭を、芯ズレの発生を防止しつつ地中で円滑かつ正確に推進させ、回転埋設杭の埋設の効率と精度とを向上させることである。

本発明は、鋼管製の杭本体の回転により地中を推進して埋設される回転埋設杭であって、杭本体の外周面に設けられた螺旋翼と、杭本体の下端に固定されて下端の開口を閉塞する底板と、底板の中央部から縁部に向けて配置され、底板の下面から杭本体の下方に突出して突端側が三角板状に形成されるとともに、杭本体の回転軸芯を中心に回転方向に沿って順に、かつ、回転方向の同じ方向に傾斜して配置された複数の掘削刃と、複数の掘削刃が連結されて各掘削刃を支持する、底板の下面に設けられた支持部材と、を備え、各掘削刃は、杭本体の下方に突出する三角板状部の先端が杭本体の回転軸芯側の側部突端に位置し、支持部材が、底板の中心を通って底板の下面に固定され、底板の下面から複数の掘削刃の突出長さよりも短い所定長さ突出する板状部材であり、複数の掘削刃が、板状部材を両側から挟んで互いに交差する方向に配置され、板状部材の各側面に取り付けられた一対の掘削刃からなることを特徴とする。

本発明によれば、杭本体の下端が閉塞する回転埋設杭を、芯ズレの発生を防止しつつ地中で円滑かつ正確に推進させることができ、回転埋設杭の埋設の効率と精度とを向上させることができる。

本実施形態の回転埋設杭を模式的に示す側面図である。 図２Ａは図１の回転埋設杭の下端部を拡大して示す要部側面図であり、図２Ｂは回転埋設杭の下端部を図２Ａの矢印Ｘ方向から見た図である。 図２Ｂの矢印Ｙ方向から見た回転埋設杭の底面図である。 他の実施形態の回転埋設杭を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の回転埋設杭の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の回転埋設杭を模式的に示す側面図である。
この回転埋設杭１は、図示のように、鋼管製の杭本体２と、螺旋翼３と、底板４とを備えた鋼管杭であり、杭本体２の回転により地中を推進して地中の所定位置（深さ）に埋設され、例えば建築物や構造物を支持する基礎杭として使用される。杭本体２は、長手方向（図では上下方向）に直線状に延びる筒状（ここでは円筒状）をなし、回転埋設杭１に要求される性能や埋設深さ等に応じた外径、厚さ、及び長さに形成されている。

螺旋翼３は、杭本体２の外径よりも大きな所定の外径（翼径）に形成された、いわゆる螺旋状大径翼であり、杭本体２の外周面に固定されて杭本体２と一体に回転し、回転に伴い杭本体２を地中にネジ込むネジ込み用部材として機能する。この螺旋翼３は、例えば鋼板を切断して形成され、杭本体２の外周面から外側に突出し、かつ、杭本体２の外周面に沿って長手方向に螺旋状に巻き付けられて、外周面に溶着して固定される。ここでは、螺旋翼３は、杭本体２の長手方向から見て円形状をなすように、杭本体２の外周に一巻き強に亘り連続して配置され、外径が杭本体２の外径の２〜３倍に形成されている。また、螺旋翼３は、杭本体２の下端から上方に向かって螺旋状に１つ固定され、杭本体２の下端部（杭本体２の下端から下端近傍までを含む範囲）の外周面に設けられている。

底板４は、杭本体２の外径に合わせて形成された円形状の鋼板からなり、杭本体２の下端（先端）に同芯状に当接して、当接する互いの縁部同士が溶接等により溶着され、杭本体２の下端に固定されて下端の開口を閉塞する。これにより、底板４は、杭本体２の外部と内部とを隔て、回転埋設杭１を地中に埋設するときには、杭本体２の下方側の土砂を外周側に押し出して、土砂が杭本体２の内部へ入り込むのを防止する。また、本実施形態の底板４には、縁部から下方に向けて突出して底板４の周縁部を掘削する一対の周縁掘削刃５と、下面に設けられた複数の掘削刃（中央掘削刃）６及び支持部材７とが、溶着等により固定されている。

図２Ａは、図１の回転埋設杭１の下端部を拡大して示す要部側面図であり、図２Ｂは、回転埋設杭１の下端部を図２Ａの矢印Ｘ方向から見た図である。また、図３は、図２Ｂの矢印Ｙ方向から見た回転埋設杭１の底面図である。
複数の掘削刃６（ここでは一対の掘削刃６Ａ、６Ｂ）は、回転埋設杭１の最下端に位置し、回転埋設杭１を地中に埋設するときに、その推進方向（図２では下方向）の最先端位置で、杭本体２の回転軸芯を中心に周辺の地盤を掘削する。これら複数の掘削刃６は、例えば所定厚さの鋼板からなり、それぞれ底板４の下面から杭本体２の下方、即ち、地中への埋設時における杭本体２の推進方向の前方に向かって突出して設けられている。各掘削刃６は、底板４から突出する先端側（突端側）が三角板状（図２Ａ参照）に形成されて、先端が尖った錐状をなし、それぞれ傾斜した状態で底板４の下面の中央部側に取り付けられている。

本実施形態では、掘削刃６は、底板４側の基端部が矩形板状に形成され、三角板状をなす突端側の部分（三角板状部）が、正三角形を二等分した半正三角形状に形成されている。この掘削刃６は、底板４（図２Ａ、図３参照）の中央部から縁部に向けて配置されるとともに、地中を掘削する掘削面が、杭本体２の回転方向（図３の矢印Ｒ）に交差するように配置されている。また、掘削刃６は、底板４の中心を囲んで、杭本体２の回転方向Ｒに沿って所定間隔で複数設けられ、それぞれ幅方向の一方の側部（図２Ａ参照）を底板４の中心近傍に、他方の側部を底板４の縁部側に位置させて、底板４の半径方向（図２Ａでは左右方向）に沿うように固定されている。更に、複数の掘削刃６は、互いに杭本体２の回転軸芯側の側部を近接させた状態で、杭本体２の回転軸芯を中心に、その回転方向Ｒに沿って所定間隔で順に配置され、かつ、回転軸芯方向に対して、杭本体２の回転方向Ｒの同じ方向（図３では反時計回り方向）に傾斜して配置されている。

ただし、この回転埋設杭１では、一対の掘削刃６Ａ、６Ｂが、底板４の中心周りに回転方向Ｒに１８０°離れた位置に設けられて、底板４の中心を挟んで対向して配置されている。また、一対の掘削刃６Ａ、６Ｂは、側方（図２Ｂ参照）から２つを重ね合わせて見たときに、互いに異なる方向に傾斜して交差状に配置されている。各掘削刃６Ａ、６Ｂは、それぞれ杭本体２の下方に突出する三角板状の尖った先端（図２Ａ参照）が、杭本体２の回転軸芯側に設けられて同側の側部突端に位置し、回転軸芯側で最も突出するように形成されている。

これら複数の掘削刃６は、底板４の下面に設けられた支持部材７に連結されて、支持部材７により支持されている。支持部材７は、連結された各掘削刃６を補強して、底板４に対する掘削刃６の取り付け強度を高める機能を有し、掘削中も各掘削刃６を支持して傾斜した状態に保持する。この支持部材７は、例えば鋼板からなる板状部材であり、底板４の中心を通って杭本体２の下方に向かって垂直に配置され、底板４の下面に溶着等により固定されている。また、支持部材７は、底板４の下面から、掘削刃６の突出長さよりも短い所定長さ突出し、ここでは、掘削刃６の突出長さの半分程度の長さ突出して、底板４の中央部に一対の掘削刃６Ａ、６Ｂと直交して配置される。これに対し、一対の掘削刃６Ａ、６Ｂは、板状部材である支持部材７を両側から挟んで（図２Ａ参照）、互いに交差する方向に傾斜して配置され（図２Ｂ参照）、支持部材７の各側面に当接して、当接範囲が溶着されて支持部材７に固定される。

なお、上記した周縁掘削刃５は、掘削刃６よりも小さく、突出長さも短い小刃状に形成され、底板４の側部から下面に亘る縁部に固定されている。また、周縁掘削刃５は、掘削刃６と同様の態様で傾斜して、底板４の中心周りに１８０°離れた位置に一対設けられ、それぞれ掘削刃６の外側に隣接して配置されている。

以上説明した回転埋設杭１を地中に埋設するときには、まず、回転埋設杭１の上端部に回転押し込み装置（図示せず）を接続し、回転押し込み装置により、杭本体２を地表に起立させた状態で回転させながら地中に押し込む。これにより、複数の掘削刃６が、杭本体２の回転に応じて回転移動し、杭本体２の下端で円運動して杭本体２の下方の地盤を掘削する。その際、突端が三角板状で尖った掘削刃６により、底板４の中央部側の土砂を掘削して軟化及び流動化させつつ回転範囲の外側に向かって押し出す。同時に、回転移動する周縁掘削刃５が、底板４の周縁部を掘削して掘削刃６の外側の土砂を軟化及び流動化させ、回転範囲内の土砂や掘削刃６から押し出された土砂等を杭本体２の外周側に更に押し出す。

また、螺旋翼３の回転に伴い、その上面に接する地盤（土砂）の抵抗と、傾斜した螺旋翼３の地盤への食い込みとにより、螺旋翼３が地中にネジ込まれて回転推進し、周囲の土砂を圧縮しながら杭本体２を推進させる。この推進力と、回転押し込み装置が杭本体２を地中に押し込む押し込み力とにより、螺旋翼３と一体に回転する杭本体２を地中で長手方向の下方に推進させ、回転埋設杭１を地中の所定位置（深さ）に埋設する。

この埋設時に、複数の掘削刃６が、埋設される杭本体２の推進に先立ち、その推進方向前方側の地盤を底板４の中央部側で掘削し、土砂等を底板４の縁部や杭本体２の外周側に押し出して、杭本体２の下方で錐のように作用する。そのため、杭本体２が地中を推進中に、下端面の底板４が土砂等から受ける抵抗を低減させて、杭本体２を容易に推進させることができ、杭本体２を誘導して地中で直進させる効果も得られる。これに伴い、杭本体２の下端の直径が大きくなっても、杭本体２を、上記した水平方向への変位や、回転軸芯の推進方向からのずれを起こすことなく正確に推進させることができ、回転埋設杭１を芯ズレの発生を防止して精度よく埋設できる。同時に、杭本体２を地中で円滑に推進させることもでき、回転埋設杭１の埋設時間を短縮して埋設効率を高くすることもできる。

従って、本実施形態によれば、杭本体２の下端が閉塞する回転埋設杭１を、芯ズレの発生を防止しつつ地中で円滑かつ正確に推進させることができ、回転埋設杭１の埋設の効率と精度とを向上させることができる。また、ここでは、各掘削刃６の三角板状部の先端を、杭本体２の回転軸芯側の側部突端に位置させて底板４の中心側に配置し、複数の掘削刃６により、先端から底板４に向かって、その中心の狭い範囲から次第に広い範囲を掘削させる。その結果、複数の掘削刃６が地中を順次切り込むように掘削して掘削の抵抗が低減し、杭本体２をより容易に推進させることができる。これにより、芯ズレを確実に防止して、掘削効率もより高くできる等、上記した各効果を一層向上できる。更に、複数の掘削刃６を支持部材７に連結して支持することで、掘削刃６の取り付け強度を高めて底板４に強固に固定でき、掘削中を通して掘削刃６を同じ状態に維持して、安定して正確な掘削動作を実現できる。

なお、掘削刃６は、少なくとも突端側が三角板状であればよく、底板４側が矩形板状で突端側が三角板状の他に、全体が三角板状であってもよい。また、掘削刃６は、杭本体２の回転軸芯を中心に、回転方向Ｒに沿って等間隔に３つ、又は、４つ以上設ける等、底板４の下面に３つ以上設けるようにしてもよい。ただし、一対の掘削刃６Ａ、６Ｂを設ければ、複数の掘削刃６に起因する上記した各効果を充分に得ることができる。その際、一対の掘削刃６Ａ、６Ｂを、板状部材である支持部材７を挟んで交差するように各側面に取り付けることで、高い取り付け強度を確保することもできる。

次に、この複数の掘削刃６からなる杭芯ズレ防止先端部を備えた回転埋設杭１に対して、一部の構成が異なる他の実施形態の回転埋設杭について説明する。
図４は、他の実施形態の回転埋設杭を模式的に示す側面図である。
回転埋設杭１’は、図示のように、上記した回転埋設杭１の各部と同様に構成される杭本体２、螺旋翼３、底板４、周縁掘削刃５、掘削刃６（６Ａ、６Ｂ）、及び支持部材７とを備えている。しかしながら、この回転埋設杭１’では、複数（ここでは３つ）の螺旋翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃが、互いに間隔を開けて杭本体２の外周面に設けられている。

複数の螺旋翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、杭本体２の外周面に、下端部及び、下端部から杭本体２の上方に向かって所定間隔で設けられており、それぞれ一巻き強に亘り連続して配置されている。また、複数の螺旋翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、互いに相似した形状をなし、各ピッチＰが同程度で、かつ、杭本体２の上方に向かって順次外径が大きくなるように形成されている。ここでは、複数の螺旋翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、杭本体２の外周面に、ピッチＰの倍数の長さに設定された一定間隔で設けられるとともに、一定の比率で順次外径を大きくして形成され、それぞれ同様の状態に配置される。これにより、複数の螺旋翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、杭本体２の上方に行くにしたがい次第に大きくなり、それらの外側端を結ぶ線（図の二点鎖線Ｓ）が上開きの円錐状をなすように杭本体２と同芯状に配置される。このように、杭本体２の外周面には、複数の螺旋翼３を設けてもよい。

１、１’・・・回転埋設杭、２・・・杭本体、３・・・螺旋翼、４・・・底板、５・・・周縁掘削刃、６・・・掘削刃、７・・・支持部材。

Claims (1)

1. 鋼管製の杭本体の回転により地中を推進して埋設される回転埋設杭であって、
   杭本体の外周面に設けられた螺旋翼と、
   杭本体の下端に固定されて下端の開口を閉塞する底板と、
   底板の中央部から縁部に向けて配置され、底板の下面から杭本体の下方に突出して突端側が三角板状に形成されるとともに、杭本体の回転軸芯を中心に回転方向に沿って順に、かつ、回転方向の同じ方向に傾斜して配置された複数の掘削刃と、
   複数の掘削刃が連結されて各掘削刃を支持する、底板の下面に設けられた支持部材と、を備え、
   各掘削刃は、杭本体の下方に突出する三角板状部の先端が杭本体の回転軸芯側の側部突端に位置し、
   支持部材が、底板の中心を通って底板の下面に固定され、底板の下面から複数の掘削刃の突出長さよりも短い所定長さ突出する板状部材であり、
   複数の掘削刃が、板状部材を両側から挟んで互いに交差する方向に配置され、板状部材の各側面に取り付けられた一対の掘削刃からなることを特徴とする回転埋設杭。

Images