JP5265447B2 - 鋼管被覆コンクリート杭の製造方法、鋼管被覆コンクリート杭 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の曲げ強度（耐力）とコンクリートの圧縮強度（耐力）を充分に発揮できるように構成した鋼管被覆コンクリート杭（いわゆるＳＣ杭）の製造方法及び鋼管被覆コンクリート杭に関する。

従来のＳＣ杭の鋼管の材質は、降伏点３２５Ｎ／ｍｍ^２、引張強度４９０Ｎ／ｍｍ^２、が一般的に用いられている。また、従来のＳＣ杭での鋼管の肉厚は、例えば、杭径１０００ｍｍの場合、６〜２５ｍｍとなっている。また、ＳＣ杭のコンクリート部分は鋼管の内面に付着されていた。

ＳＣ杭の曲げ強度及び引張強度は、鋼管の強度及び断面積に依拠していた。また、ＳＣ杭の圧縮強度は、コンクリートの強度、コンクリート及び鋼管のドーナツ状の断面積に依拠し、この曲げ強度は、ＳＣ杭が負担する鉛直支持力に対して重要な要素となっていた。

従って、例えば、充分な鉛直支持力を確保できているＳＣ杭の仕様の場合で、曲げ強度を高める必要がある場合には、鋼管の強度（降伏点、引張強度）を高め、あるいは鋼管の厚さを厚くすることで実現できた。

このようにして、ＳＣ杭の曲げ強度を高める必要がある場合、ＳＣ杭（即ち鋼管）はより大きな曲げ変形が生じる可能性があり、ＳＣ杭（鋼管）に大きな曲げ変形を生じると、付着しているコンクリートも当然に追随して大きな曲げ変形を生じることになる。この場合、曲げ変形は、圧縮変形と引張変形を伴うもので、引張変形側で、引張に弱いコンクリートに、ひび割れなどが生じるおそれがあった。

このコンクリートのひび割れを防止するための方策として利用できる可能性がある技術として、コンクリートの引張強度を高める手段がある、例えば、鋼管の内周に突条を形成し鋼管にストレスを導入する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

また、コンクリート自体の強度を高める（圧縮強度・引張強度を高める）を手段も提案されている。例えば、膨張コンクリートを使用すると共に膨張コンクリート内に鉄筋を埋設して、鋼管・膨張コンクリート・鉄筋の一体性を高めて、コンクリートの強度を増す提案もあった（特許文献３）。また、コンクリート自体の強度を高める提案もあった（特許文献４）。

特開昭６１−２０７７１６号公報 特開昭６１−２４２２２０号公報 特開平６−２２０８４２号公報 特開２００１−２２６９５８号公報

前記従来の技術の内、前者の手段では鋼管の加工やストレス導入するための設備を用意しなければならず（通常ＳＣ杭では、ＰＣ鋼棒などのストレス導入手段を用いない）、また、後者の手段では特殊なコンクリート（一般に、高価である）を大量に必要としていた。

本発明は、円筒状コンクリート部の外側（外層側）のみを引張強度が大きなコンクリートを使用したので前記問題点を解決した。

即ち、この発明は、以下のようにして製造することを特徴とする鋼管被覆コンクリート杭の製造方法である。
(1) 鋼管の両端部に、ドーナツ状の端板を固定する。
(2) 続いて、前記鋼管の内面に第１コンクリートを注入して、通常の方法により遠心成形して、外側円筒状コンクリート部を形成し、該外側円筒状コンクリート部の外周を前記鋼管の内周に定着させる。
(3) 続いて、前記鋼管内であって、外側円筒状コンクリート部の内側に、第２コンクリートを注入して、通常の方法により遠心成形して、内側円筒状コンクリート部を形成し、該内側円筒状コンクリート部の外周面を外側円筒状コンクリート部の内面に定着させ、鋼管被覆コンクリート杭を形成する。
(4) 前記外側円筒状コンクリート部と内側円筒状コンクリート部とから円筒状コンクリート部を形成し、該円筒状コンクリート部の両端面を、前記端板の内面に定着させる。
(5) 前記第１コンクリートを、前記第２コンクリートより固化引張強度が高い材料とし、あるいは引張方向の伸びが大きい材料する。

また、以下のようにして構成したことを特徴とする鋼管被覆コンクリート杭である。
(1)鋼管の両端部にドーナツ状の端板を固定し、前記鋼管の内側に円筒状コンクリート部を形成する。
(2)前記円筒状コンクリート部は、外周側の外側円筒状コンクリート部と内周側の内側円筒状コンクリート部とから形成する。
(3)前記外側円筒状コンクリート部は、前記内側円筒状コンクリート部より、引張強度が強く、あるいは引張方向の伸びが大きい材料から形成する。

この発明は、円筒状コンクリート部を、引張強度を高めまたは引張伸びを多くした外側円筒状コンクリート部と通常の内側円筒状コンクリート部から構成したので、鋼管内面に大きな伸びが生じた場合であっても、「通常のコンクリートからなる内側円筒状コンクリート部」の外面に生じるのび（引張）を軽減できるので、この外面に発生するひび割れを防止できる。

図１はこの発明の実施例で、（ａ）は鋼管に端板を固定した状態の縦断面図及び２Ａ線における断面図、（ｂ）は鋼管に外側円筒状コンクリート部を形成した状態の縦断面図及び２Ｂ線における断面図、（ｃ）は鋼管被覆コンクリート杭の縦断面図及び２Ｃ線における断面図である。

（１） この鋼管被覆コンクリート杭３０は、鋼管６の両端に端板１、１を固定し（図１（ａ）、鋼管６の内面７側に、円筒状コンクリート部１１を形成して、構成する（図１（ｃ））。この場合、鋼管６を従来よりも引張強度（または降伏点）を高めた材料を使用して、またはより厚さｔ_１を厚く設定する。これにより、鋼管被覆コンクリート杭３０の曲げ強度を高める。
（２） 円筒状コンクリート部１１を、引張強度を高めた外側円筒状コンクリート部２１と、通常の鋼管被覆コンクリート杭３０に従来から使用されているコンクリートを使用した内側円筒状コンクリート部２５との２層から構成する（図１（ｂ）（ｃ））。
この場合、内側円筒状コンクリート部２５に比して、外側円筒状コンクリート部２１の厚さを薄く形成するので、円筒状コンクリート部１１の体積が大きくなり、引張強度を高めた外側円筒状コンクリート部２１（内側円筒状コンクリート部２５に比して高価）の使用量を少量とすることができる。
（３） また、一般にコンクリートの引張強度は、圧縮強度の１０分の１程度であり、固化圧縮強度を調整することにより、引張強度を調節できる。

図１に基づきこの発明の実施例を説明する。

（１） 実施例１と同様に、中空部１ａを有するドーナツ状の端板（外径Ｄ_１、内径Ｄ_２）１の内面２の外周側に、鋼管（外径Ｄ_１、厚さｔ_１）６の両端を溶接などにより固定して、鋼管６とドーナツ状の端板１とを一体に形成する（図１（ａ））。

（２） 続いて、端板１を固定した鋼管６を遠心成型機に設置して、鋼管６内に第１コンクリートを注入して遠心成形して、鋼管６内に外側円筒状コンクリート部（厚さｔ_３、外径Ｄ_３、内径Ｄ_５）２１を形成する（図１（ｂ））。外側円筒状コンクリート部２１を保形できる程度に固化させる。この場合、外側円筒状コンクリート部２１がコンクリートとしての初期強度が発現しているかどうかは問わない。

（３） 続いて、鋼管６内であって、外側円筒状コンクリート部２１の内面２２側に、第２コンクリートを注入して、通常の方法により遠心成形して、内側円筒状コンクリート部（外径Ｄ_５、内径Ｄ_４）２５を構成する。
この場合、外側円筒状コンクリート部２１の内面２２と内側円筒状コンクリート部２５の外面２７とは、いわゆる打ち継ぎ跡が生じないように、両面２２、２７が定着されていることが望ましい。

（４） 続いて、通常の養生をした後に、鋼管被覆コンクリート杭３０を構成する（図１（ｃ））。この場合、外側円筒状コンクリート部２５と内側円筒コンクリート部２１とから円筒状コンクリート部１１を形成する（図１（ｃ））。この場合、鋼管被覆コンクリート杭３０が所定の曲げ変形を生じた場合、外側円筒状コンクリート部２１の内面２６（径Ｄ_５）部分の伸びが、内側円筒状コンクリート部２５の外面２７の伸びの範囲となるように、外側円筒状コンクリート部２１の厚さｔ_３（Ｄ_３−Ｄ_５）を設定する。通常は、鋼管６の厚さｔ_１程度で設定する。
また、この場合、例えば、以下のような構成とする。
鋼管６の外径Ｄ_１： １０００ｍｍ
鋼管６の厚さｔ_１： １０ｍｍ
外側円筒状コンクリート部２１の外径Ｄ_３： ９８０ｍｍ
内側円筒状コンクリート部２５の内径Ｄ_４： ７４０ｍｍ
鋼管６の引張強度： ５７０Ｎ／ｍｍ^２
外側円筒状コンクリート部２１の引張強度： ２０Ｎ／ｍｍ^２
内側円筒状コンクリート部２５の引張強度： １０．５Ｎ／ｍｍ^２

（５） 前記において、第２コンクリートは通常の鋼管被覆コンクリート杭で使用するコンクリートを使用して、第２コンクリートは、ファイバーチップを埋設して、第１コンクリートより固化コンクリートの強度（引張強度）を高めると共に引張の靱性（許容の伸びを多く形成）を高めてある。

（６） この鋼管被覆コンクリート杭３０は、通常の鋼管被覆コンクリート杭３０と同様に、単独でまたは他の杭に連結して使用する（図示していない）。
この鋼管被覆コンクリート杭３０に鉛直荷重（圧縮荷重）が作用した場合には、端板１と鋼管６と、端板１と円筒状コンクリート部１１（外側円筒状コンクリート部２１と内側円筒状コンクリート部２５）とが、固定又は定着されるので、端板１で受けた荷重は、鋼管６及び円筒状コンクリート部１１（外側円筒状コンクリート部２１と内側円筒状コンクリート部２５）とで（主に断面積が大きな円筒状コンクリート部１１で）負担する。
また、鋼管被覆コンクリート杭３０に水平荷重により曲げ応力が作用した場合には、鋼管６の強度の許容範囲でたわみ、これを吸収できる。この場合、外側円筒状コンクリート部２１は鋼管６と追随して変形するが、引張伸びに対しても強化してあるので、外側円筒状コンクリート部２１の外面２３にひび割れを生じることなく変形できる（あるいは伸びが抑制される）。
また、この場合、外側円筒状コンクリート部２１の内面２２（径Ｄ_５）も伸びるが、外面２３（径Ｄ_３＞Ｄ_５）よりも少ない量であり、内側円筒状コンクリート部２５の外面２７の伸びは許容範囲に抑えられる。従って、内側円筒状コンクリート部２５にも、ひび割れなどが生じるおそれはない。

（７）他の実施例
前記実施例において、外側円筒状コンクリート部２１の内面２２と内側円筒状コンクリート部２５の外面２７とは、いわゆる打ち継ぎ跡が生じないように（両面２２、２７が定着されるように）形成することが望ましいが、外側円筒状コンクリート部２１の固化がある程度進行した後に、内側円筒状コンクリート部２５を形成することもできる（図示していない）。

１ 端板
１ａ 端板の中空部
２ 端板の内面
３ 端板の外面
６ 鋼管
７ 鋼管の内面
８ 鋼管の外面
１１ 円筒状コンクリート部
１４ 円筒状コンクリート部の端面
２１ 外側円筒状コンクリート部
２２ 外側円筒状コンクリート部の内面
２３ 外側円筒状コンクリート部の外面
２５ 内側円筒状コンクリート部
２６ 内側円筒状コンクリート部の内面
２７ 内側円筒状コンクリート部の外面
３０ 鋼管被覆コンクリート杭

Claims (2)

1. 以下のようにして、製造することを特徴とする鋼管被覆コンクリート杭の製造方法。
   (1) 鋼管の両端部に、ドーナツ状の端板を固定する。
   (2) 続いて、前記鋼管の内面に第１コンクリートを注入して、通常の方法により遠心成形して、外側円筒状コンクリート部を形成し、該外側円筒状コンクリート部の外周を前記鋼管の内周に定着させる。
   (3) 続いて、前記鋼管内であって、外側円筒状コンクリート部の内側に、第２コンクリートを注入して、通常の方法により遠心成形して、内側円筒状コンクリート部を形成し、該内側円筒状コンクリート部の外周面を外側円筒状コンクリート部の内面に定着させ、鋼管被覆コンクリート杭を形成する。
   (4) 前記において、前記外側円筒状コンクリート部と内側円筒状コンクリート部とから円筒状コンクリート部を形成し、該円筒状コンクリート部の両端面を、前記端板の内面に定着させる。
   (5) 前記において、前記第１コンクリートを、前記第２にコンクリートより固化引張強度が高い材料とし、あるいは引張方向の伸びが大きい材料する。
2. 以下のようにして、構成したことを特徴とする鋼管被覆コンクリート杭。
   (1)鋼管の両端部にドーナツ状の端板を固定し、前記鋼管の内側に円筒状コンクリート部を形成する。
   (2)前記円筒状コンクリート部は、外周側の外側円筒状コンクリート部と内周側の内側円筒状コンクリート部とから形成する。
   (3)前記外側円筒状コンクリート部は、前記内側円筒状コンクリート部より、引張強度が強く、あるいは引張方向の伸びが大きい材料から形成する。

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