JP5388764B2 - 鋼管杭の先端切削刃の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭の先端切削刃の取付構造に関し、特に回転圧入されて地中に設置される鋼管杭の先端部分に取り付けられる先端切削刃の取付構造に関する。

例えば軟弱地盤に住宅建築物等の建物を構築する際の基礎地盤の補強対策として、鋼管杭等の基礎杭を、圧入用重機を用いて回転圧入することで地中に設置して、不同沈下（不等沈下）を防止できるようにしたり、基礎地盤の支持力を増大させたりすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

地盤の補強に用いる鋼管杭としては、ストレート形状の鋼管杭が一般的に知られており、ストレート形状の鋼管杭は、先端が支持層に至るまで打ち込まれることで、所望の支持力を発揮する基礎杭を形成する。一方、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有するテーパー杭を、外径の小さな他端部側を下方に向けて圧入用重機を用いて回転圧入することで地中に設置した場合、このようなテーパー杭による楔効果と大きな周面摩擦力によって、テーパー杭を支持層まで打ち込まなくても、基礎地盤を効果的に補強できることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、これらのストレート形状の鋼管杭やテーパー形状の鋼管杭には、回転圧入をスムーズに行えるようにするために、先端部分に先端切削刃が取り付けられており、これによって回転圧入時の先端部分の地盤の切削を容易にすると共に、転石等の地中の障害物を側方に排除しながら鋼管杭を打設することができるようになっている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−１８１７５９号公報 特開２００８−１９０１１６号公報 特開２００７−３２７２８０号公報

しかしながら、従来の鋼管杭の先端部分の先端切削刃は、施工現場において電気溶接等によって鋼管杭に取り付けられていることから、その取付け作業に多くの手間を要していた。

本発明は、施工現場において、多くの手間を要することなく、簡易に且つ効率良く鋼管杭の先端部分に先端切削刃を取り付けることのできる鋼管杭の先端切削刃の取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、回転圧入されることで地中に設置される鋼管杭の先端部分に取り付けられて、地盤の切削及び障害物の排除を行う先端切削刃の取付構造であって、前記鋼管杭の先端開口の開口周縁部の径方向に対向する二箇所から、一対の押込み係合溝が切込み形成されており、該一対の押込み係合溝は、前記鋼管杭の中心軸と平行な方向から周方向の同じ回転方向に傾斜して斜めに切り込まれており、前記先端切削刃は、前記押込み係合溝の幅と同等の厚さの押込み基盤プレートを一体として備えており、前記押込み基盤プレートを無理押して捩れ変形させるようにしながら、前記一対の押込み係合溝に跨がった状態で押し込むことにより、前記押込み基盤プレート及び／又は前記押込み係合溝を変形させつつ前記押込み基盤プレートを前記一対の押込み係合溝に係合させて、前記先端切削刃を前記鋼管杭の先端部分に一体として接合固定する鋼管杭の先端切削刃の取付構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の鋼管杭の先端切削刃の取付構造は、前記一対の押込み係合溝が切り込まれる、前記鋼管杭の中心軸と平行な方向から周方向の同じ回転方向に傾斜する角度が、３〜１０度であることが好ましい。

また、本発明の鋼管杭の先端切削刃の取付構造は、前記一対の押込み係合溝が、回転圧入時の前記鋼管杭の回転方向とは反対側に傾斜して斜めに切り込まれていることが好ましい。

さらに、本発明の鋼管杭の先端切削刃の取付構造は、前記押込み基盤プレートが、４．５〜１２ｍｍの厚さの金属プレートからなることが好ましい。

さらにまた、本発明の鋼管杭の先端切削刃の取付構造は、前記鋼管杭が、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有するテーパー杭であることが好ましい。

本発明の鋼管杭の先端切削刃の取付構造によれば、施工現場において、多くの手間を要することなく、簡易に且つ効率良く鋼管杭の先端部分に先端切削刃を取り付けることができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る鋼管杭の先端切削刃の取付構造の構成を説明する略示正面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る鋼管杭の先端切削刃の取付構造の構成を説明する略示側面図である。 先端部分に先端切削刃が取り付けられた鋼管杭（テーーパー杭）を地中に回転圧入する状況の説明図である。 先端切削刃及び押込み基盤プレートを一体として備える切削刃部材の斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい他の実施形態に係る鋼管杭の先端切削刃の取付構造を示す略示正面図である。 スリーブ壁を有する切削刃部材を説明する斜視図である。

図１及び図２に示す本発明の好ましい一実施形態に係る鋼管杭の先端切削刃の取付構造１０は、例えば図３に示すように、圧入用重機１３を用いて地中に回転圧入される、一端部１１ａ側から他端部１１ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１１を有するテーパー杭１２を鋼管杭として、これの先端部分に先端切削刃１５を取り付けるための構造として採用されたものである。すなわち、本実施形態の先端切削刃の取付構造１０は、テーパー杭１２の先端部分に取り付けられて、回転圧入中における地盤の切削を容易にすると共に、転石等の障害物を側方に排除する機能を発揮する先端切削刃１５を、施工現場において、多くの手間を要することなく、簡易に且つ効率良くテーパー杭１２の先端部分に取り付けることができるようにするものである。

そして、本実施形態の鋼管杭の先端切削刃の取付構造１０は、回転圧入されることで地中に設置される鋼管杭としてのテーパー杭１２の先端部分に取り付けられて、地盤の切削及び障害物の排除を行う先端切削刃１５の取付構造であって、図１及び図２に示すように、テーパー杭１２の先端開口の開口周縁部１２ａの径方向に対向する二箇所から、一対の押込み係合溝１６が切込み形成されており、これらの一対の押込み係合溝１６は、テーパー杭１２の中心軸と平行な方向Ｘから周方向の同じ回転方向Ｒに傾斜して斜めに切り込まれており、先端切削刃１５は、押込み係合溝の幅ｂと同等の厚さｔの押込み基盤プレート１７を一体として備えており、押込み基盤プレート１７を無理押して捩れ変形させるようにしながら、一対の押込み係合溝１６に跨がった状態で押し込むことにより、押込み基盤プレート１７及び／又は押込み係合溝１６を変形させつつ押込み基盤プレート１７を一対の押込み係合溝１６に係合させて、先端切削刃１５をテーパー杭１２の先端部分に一体として接合固定するようになっている。

本実施形態では、テーパー杭１２は、例えば公知の製造方法によって筒状に成形加工された、肉厚が例えば４．５ｍｍ程度の鋼管杭である。またテーパー杭１２は、図３に示すように、例えば５００〜６００ｃｍ程度の長さを有しており、一端部１１ａ側から他端部１１ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１１と、テーパー形状部分１１の一端部（上端部）１１ａ側に接合一体化された、圧入用重機１３の圧入装置２４が装着される例えば３００〜５００ｍｍ程度の長さのストレート管部１９とからなっている。

また、本実施形態では、テーパー杭１２のテーパー形状部分１１は、ストレート管部１９と接合することにより当該ストレート管部１９と同じ外径を有する一端部１１ａ側の元径部分が、最大外径を有しており、この元径部分の最大外径は、例えば１２０〜４５０ｍｍ程度となっている。テーパー杭１２のテーパー形状部分１１は、その外周面が、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて、好ましくは１／２５〜１／２００程度の勾配で傾斜するように形成されている。

テーパー杭１２を地中に打ち込む圧入用重機１３は、例えば鋼管杭やＰＣコンクリート杭を打設する重機として公知の重機である。圧入用重機１３は、オペレータ室２１を備えるベースマシーン２２、テーパー杭１２のストレート管部１９を装着してテーパー杭１２を地中に圧入する回転駆動モータ等を備える圧入装置２４、圧入装置２４が鉛直方向にスライド移動するようにガイドするリーダー部１４、テーパー杭１２が鉛直に打ち込まれるようにガイドするブレ止め用のガイド装置２３等を備えている。

また、圧入用重機１３は、オペレータ室２１に、圧入装置２４による圧入力や圧入速度、回転トルク等を管理したり制御する公知の施工管理制御システムを備えており、これによってテーパー杭１２の打ち込みを管理することができるようになっている。

そして、本実施形態では、図１及び図２に示すように、押込み基盤プレート１７を無理押して一対の押込み係合溝１６に押し込むことによる取付構造１０を介して、先端切削刃１５が、テーパー杭１２の先端部分に強固に且つ安定した状態で一体として接合固定されるようになっている。

本実施形態の取付構造１０を構成する一対の押込み係合溝１６は、テーパー杭１２の縮径した他端部（下端部）１１ｂにおける先端開口の開口周縁部１２ａの径方向に対向する二箇所から、例えば４．５〜１２ｍｍ程度の幅ｂで、且つ３０〜５０ｍｍ程度の長さで上方に延設して切り込まれた切り込み溝である。また、本実施形態では、一対の押込み係合溝１６は、テーパー杭１２の中心軸と平行な方向Ｘから周方向の同じ回転方向Ｒに傾斜した状態で斜めに切り込まれており、このようなテーパー杭１２の中心軸と平行な方向Ｘから傾斜する角度θは、３〜１０度となっている。

これによって、テーパー杭１２の縮径した他端部１１ｂを、図１（ａ）に示すように、一対の押込み係合溝１６が対向する径方向の延長上の正面方向から見た際に、正面側及び背面側の一対の押込み係合溝１６が、テーパー杭１２の先端開口の開口周縁部１２ａで重なり合った同じ位置から、上方に向けて反対側にずれて斜めに延設した状態で配置されることになる。

ここで、一対の押込み係合溝１６がテーパー杭１２の中心軸と平行な方向Ｘから傾斜する角度θが大き過ぎると、押込み基盤プレート１７を一対の押込み係合溝１６に跨がった状態で押し込むことが困難になり、小さ過ぎると、押込み基盤プレート１７と一対の押込み係合溝１６との係合が甘くなって、先端切削刃１５をテーパー杭１２の先端部分に強固に接合固定することが困難になる。

また、本実施形態では、一対の押込み係合溝１６は、回転圧入時のテーパー杭１２の回転方向Ｒ’（図３参照）とは、反対の回転方向Ｒに傾斜して斜めに切り込まれている。一対の押込み係合溝１６が、回転圧入時のテーパー杭１２の回転方向Ｒ’と反対側に傾斜して斜めに切り込まれていることにより、テーパー杭１２の回転圧入に伴って、先端切削刃１５には、これと一体となった押込み基盤プレート１７を一対の押込み係合溝１６に押し込む方向への荷重が負荷されることになるので、テーパー杭１２の回転圧入中に押込み基盤プレート１７と一対の押込み係合溝１６との係合が緩むのを効果的に回避することが可能になる。

本実施形態の取付構造１０を構成する、先端切削刃１５に一体として設けられる押込み基盤プレート１７は、図４にも示すように、先端切削刃１５と共に一体成形された金属製の切削刃部材２０の一部として設けられている。すなわち、切削刃部材２０は、円形の閉塞プレート１８と、この閉塞プレート１８の上面側に垂直に立設すると共に、径方向に延設して設けられた横長矩形形状の基盤プレート１７と、閉塞プレート１８の下面側に垂直に立設すると共に、基盤プレート１７と直角に交差する径方向に延設して設けられた、倒立した等脚台形形状の先端切削刃１５とからなる。

閉塞プレート１８は、テーパー杭１２の円形の先端開口の開口周縁部１２ａの直径と同様の直径を有する、円形の平面形状を備えるプレート部分である。閉塞プレート１８は、押込み基盤プレート１７が一対の押込み係合溝１６に押し込まれて切削刃部材２０がテーパー杭１２の先端部分に取り付けられた際に、テーパー杭１２の先端開口を下方から覆ってその周縁部を先端開口の開口周縁部１２ａに当接接合することにより、テーパー杭１２の先端開口を閉塞する。

押込み基盤プレート１７は、一対の押込み係合溝１６の幅ｂと同等の、例えば４．５〜１２ｍｍ程度の厚さの金属プレートからなる。押込み基盤プレート１７は、一対の押込み係合溝１６の長さに相当する高さを有すると共に、テーパー杭１２の先端開口の開口周縁部１２ａの直径よりも長い横幅を有する、横長矩形の正面形状を備えている。これによって、押込み基盤プレート１７は、一対の押込み係合溝１６に跨がった状態で、これらの押込み係合溝１６の先端部分まで押し込むことにができるようになっている。

先端切削刃１５は、上側の底辺部が閉塞プレート１８の直径と同様の長さを有する、倒立した等脚台形の正面形状を備えるプレート部分である。本実施形態では、先端切削刃１５は、閉塞プレート１８を挟んで閉塞プレート１８と直角に交差する径方向に延設して設けられている。先端切削刃１５は、押込み基盤プレート１７が一対の押込み係合溝１６に押し込まれて切削刃部材２０がテーパー杭１２の先端部分に取り付けられた際に、閉塞プレート１８から下方に立設した状態で突出配置されて、回転圧入中におけるテーパー杭１２の先端部周囲の地盤を切削すると共に、転石等の障害物を側方に排除してスムーズな圧入が行われるようにする。

そして、本実施形態では、例えばハンマーを用いて叩き込むことによって無理押して、切削刃部材２０の押込み基盤プレート１７を、両側の押込み係合溝１６に沿わせて捩れ変形させるようにしながら、一対の押込み係合溝１６に跨がった状態で、好ましくは閉塞プレート１８がテーパー杭１２の先端開口の開口周縁部１２ａに当接するまで当該押込み係合溝１６に押し込んでゆくことで、先端切削刃の取付構造１０が形成される。すなわち、押込み基盤プレート１７及び押込み係合溝１６は、競り合いによっていずれか一方又は双方が変形しつつ噛み合いながら強固に係合してゆくと共に、これらの係合によって、切削刃部材２０の先端切削刃１５がテーパー杭１２の先端部分に当該先端部分から下方に突出した状態で一体として強固に接合固定されることになる。

したがって、本実施形態の先端切削刃の取付構造１０によれば、例えばハンマーを用いて叩き込むことによって、押込み基盤プレート１７を一対の押込み係合溝１６に押し込んでゆくだけの簡単な作業によって、例えば施工現場において、電気溶接等による多くの手間を要することなく、簡易に且つ効率良くがテーパー杭１２の先端部分に先端切削刃１５を取り付けることが可能になる。

図５（ａ）は、先端切削刃の取付構造の他の形態を例示するものである。図５（ａ）に示す取付構造１０’では、基盤プレート１７’と先端切削刃１５’とが閉塞プレートを介在させることなく連続した一枚のプレート部材として、切削刃部材２０’が形成されている。図５（ａ）に示す取付構造１０’によっても、例えばハンマーを用いて叩き込むことによって、押込み基盤プレート１７’を一対の押込み係合溝１６に押し込んでゆくだけの簡単な作業によって、簡易に且つ効率良くがテーパー杭１２の先端部分に先端切削刃１５’を取り付けることが可能になる。

図５（ｂ）は、先端切削刃の取付構造のさらに他の形態を例示するものである。図５（ｂ）に示す取付構造１０”では、閉塞プレート１８”の上側の面及び下側の面に基盤プレート１７”と先端切削刃１５”とが突出して配置された、上述の実施形態のものと同様の構成を備える切削刃部材２０”が、ストレート形状の鋼管杭２５の下端部２５ａに取り付けられている。このように、本発明の取付構造は、ストレート形状の鋼管杭２５にも適用することもできる。この場合、基盤プレート１７”の横幅は、ストレート形状の鋼管杭２５の外径よりも大きくならないようにして、基盤プレート１７”が鋼管杭２５の外周面から外側に突出しないようにすることが好ましい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、先端切削刃は、倒立した等脚台形の正面形状を備えている必要は必ずしもなく、三角形や矩形等、その他の種々の正面形状を備えていても良い。また、一対の押込み係合溝は、回転圧入時の鋼管杭の回転方向とは反対側に傾斜して斜めに切り込まれている必要は必ずしもない。

さらに、図６に示すように、円形の閉塞プレート１８と基盤プレート１７と先端切削刃１５とからなる切削刃部材２０において、閉塞プレート１８の周縁部から基盤プレート１７側に立設して、鋼管杭１２の下端部の外径よりも僅かに大きな内径を有するスリーブ壁３０を設けておくこともできる。これによって、基盤プレート１７を押込み係合溝１６に無理押しして押し込んでゆくのに伴って、基盤プレート１７や押込み係合溝１６が過度に変形するのを効果的に抑制することが可能になると共に、変形した接合部分の外観を整えることが可能になる。

１０，１０’，１０” 先端切削刃の取付構造
１１ テーパー形状部分
１１ａ テーパー形状部分の一端部
１１ｂ テーパー形状部分の他端部
１２ テーパー杭（鋼管杭）
１２ａ 先端開口の開口周縁部
１３ 圧入用重機
１５，１５’，１５” 先端切削刃
１６ 押込み係合溝
１７，１７’，１７” 押込み基盤プレート
１８，１８” 閉塞プレート
２０，２０’，２０” 切削刃部材
２５ ストレート形状の鋼管杭
２５ａ ストレート形状の鋼管杭の下端部
Ｘ テーパー杭の中心軸と平行な方向
Ｒ 周方向の同じ回転方向
Ｒ’ 回転圧入時のテーパー杭の回転方向
θ テーパー杭の中心軸と平行な方向Ｘから傾斜する角度

Claims (5)

1. 回転圧入されることで地中に設置される鋼管杭の先端部分に取り付けられて、地盤の切削及び障害物の排除を行う先端切削刃の取付構造であって、
   前記鋼管杭の先端開口の開口周縁部の径方向に対向する二箇所から、一対の押込み係合溝が切込み形成されており、該一対の押込み係合溝は、前記鋼管杭の中心軸と平行な方向から周方向の同じ回転方向に傾斜して斜めに切り込まれており、
   前記先端切削刃は、前記押込み係合溝の幅と同等の厚さの押込み基盤プレートを一体として備えており、
   前記押込み基盤プレートを無理押して捩れ変形させるようにしながら、前記一対の押込み係合溝に跨がった状態で押し込むことにより、前記押込み基盤プレート及び／又は前記押込み係合溝を変形させつつ前記押込み基盤プレートを前記一対の押込み係合溝に係合させて、前記先端切削刃を前記鋼管杭の先端部分に一体として接合固定する鋼管杭の先端切削刃の取付構造。
2. 前記一対の押込み係合溝が切り込まれる、前記鋼管杭の中心軸と平行な方向から周方向の同じ回転方向に傾斜する角度が、３〜１０度である請求項１記載の鋼管杭の先端切削刃の取付構造。
3. 前記一対の押込み係合溝が、回転圧入時の前記鋼管杭の回転方向とは反対側に傾斜して斜めに切り込まれている請求項１又は２記載の鋼管杭の先端切削刃の取付構造。
4. 前記押込み基盤プレートが、４．５〜１２ｍｍの厚さの金属プレートからなる請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管杭の先端切削刃の取付構造。
5. 前記鋼管杭が、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有するテーパー杭である請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管杭の先端切削刃の取付構造。

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