JP5415218B2 - 鋼管杭 - Google Patents

Description

本発明は、土木工事、建設工事に用いる鋼管杭に関するものである。

軟弱地盤を強固な地盤に改良するための工法として、セメントミルクを流し込んだ穴の中に筒状の鋼管杭（あるいは鋼管）を立て込む工法、地盤中に鋼管杭を立て込んだ後に鋼管杭の周囲にセメントミルクを流し込む工法や、地盤中にそのまま鋼管杭を立て込む工法が開発されている。また、それらの工法に用いられる鋼管杭として、先端支持力を増加させるために、円筒形の管本体の先端際に螺旋翼を固着したものが開発されている（特許文献１）。

かかる鋼管杭は、通常、鋼鉄製の管本体の先端に鋼鉄製の螺旋翼を溶接することによって製造されるが、特許文献２の如く、螺旋翼の部分を管本体と分離して運搬できるように、螺旋翼の部分を鋳物によって形成し、その鋳物製の螺旋翼を管本体の側面においてピンによって固着させたものも考案されている。

また、螺旋翼の部分を鋳物によって形成した鋼管杭として、出願人らは、特許文献３の如く、有底筒状の結合体の外周に螺旋翼を設けた鋳物製の羽根部材を管本体と別個に形成し、当該羽根部材の結合体の内部に、非円形の係合板をネジによって上下動可能に設けるとともに、その係合板の平面形状と同一な切り欠きを穿設した抜止め防止板を管本体の先端に固着させたものを提案した。かかる鋼管杭は、鋳物製の羽根部材の結合体の内部に管本体の先端を挿入し、抜止め防止板の切り欠きの内部に羽根部材の係合板を挿入させた後に、羽根部材に対して管本体を捻って、抜止め防止板の切り欠きから羽根部材の係合板が抜けないようにしてから、羽根部材の結合体の底板と係合板との間隔を狭めて、底板と係合板とで抜け止め防止板の切り欠きの周縁を締着する（挟み込む）ことによって、羽根部材を管本体の先端に組み付けて使用される。

特開２００３−２７４７２号公報 特開２００５−９００６５号公報 特開２００９−３５９３７号公報

しかしながら、鋼鉄製の管本体の先端際に鋼鉄製の螺旋翼を溶接した鋼管杭は、複雑な形状の部品が多く、組み立てに伴う溶接作業が複雑化であるため、製造コストが高くなる、という不具合がある。また、特許文献２の如く、鋳物製の螺旋翼を管本体の側面においてピンによって固着させた鋼管杭は、地盤に立て込む（ねじ込む）際に、ピンによって管本体が切れてしまい、螺旋翼と管本体とが分離してしまう虞れがある。

一方、特許文献３の如く、鋳物製の羽根部材を管本体の先端に組み付けた鋼管杭は、地盤内に立て込んだ後に、反対方向に回転させると、羽根部材の結合体の底板と係合板とによる管本体の抜け止め防止板の締着強度が弱まり、羽根部材に対して管本体が回転可能となり、抜止め防止板の切り欠きから羽根部材の係合板が抜けてしまう（すなわち、鋳物製の羽根部材と管本体とが分離してしまう）虞れがある。

本発明の目的は、上記従来の鋼管杭が有する問題点を解消し、製造コストが安価である上、地盤に立て込む際に螺旋翼と管本体とが分離する等の不具合が生じない実用的な鋼管杭を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、筒状の管本体の先端に螺旋翼が取り付けられた鋼管杭であって、鋼鉄によって形成された円筒形で先端に円盤状の係合板を固着させた管本体と、その管本体と異なる材料によって形成されており有底円筒状の結合体の外周から外側へ螺旋翼を突出させた形状を有する羽根部材とからなり、前記係合板が、穿設されたネジ孔にボルトを挿通させ、そのボルトのヘッド部を固着させたものであり、ボルトの先端を外向きに突出させた状態で前記管本体に固着されており、前記管本体の先端が、前記羽根部材の結合体の内部に嵌め込まれ、係合板に溶接されたボルトの先端を、羽根部材の係合体に穿設されたネジ孔に挿通させて係合体の底板の外側でナットで締着することによって、前記係合板を結合体の底面と螺着させた状態で、前記結合体に固着されていることを特徴とするものである。なお、管本体と異なる材料とは、管本体の形成材料である鋼鉄と焼き入れ方法（温度、時間）や成分（炭素量）が異なる鋼鉄、焼き入れが施されていない鉄、鋳物、鋳鉄、鋳鋼、合成樹脂等の材料のことをいう。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、羽根部材が鋳物製のものであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、結合体の内側の底面に突起が設けられているとともに、管本体の係合板に係合部が設けられており、前記管本体の係合板が、前記係合部に前記結合体の突起を係合させた状態で、結合体の底面と螺着していることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、管本体の係合板に外周から突出するように突起体が設けられているとともに、結合体の筒状部に係合凹部が設けられており、前記管本体の係合板が、前記突起体を前記結合体の係合凹部に係合させた状態で、結合体の底面と螺着していることを特徴とするものである。

請求項１に記載された鋼管杭は、鋼鉄によって形成された管本体とその管本体の形成材料以外の材料によって形成された羽根部材とからなるものであるため、管本体の周囲に螺旋翼を溶接した鋼管杭等に比べて、製造コストが安価である。また、管本体の先端が、羽根部材の結合体の内部に嵌め込まれ、係合板に固着させたボルトの先端を、羽根部材の係合体に穿設されたネジ孔に挿通させて係合体の底板の外側でナットで締着することによって、係合板を結合体の底面と螺着させた状態で、結合体に固着されているため、管本体と螺旋翼を設けた羽根部材との結合強度が高く、地盤に立て込む（ねじ込む）際に螺旋翼が管本体と分離する等の不具合が生じない。

請求項２に記載された鋼管杭は、羽根部材が鋳物によって形成されたものであるため、製造コストを一層安価なものとすることが可能である。

請求項３に記載された鋼管杭は、管本体の係合板が羽根部材の結合体の突起を係合部に係合させた状態で結合体の底面と螺着しているため、管本体を回転させて地盤中に立て込む際に、係合板と結合体とを螺着するボルト等の部材に加わる回転モーメントを軽減することができ、係合板（あるいは係合体）の損傷を効果的に防止することができる。

請求項４に記載された鋼管杭は、管本体の係合板が突起体を羽根部材の結合体の係合凹部に係合させた状態で、結合体の底面と螺合しているため、管本体を回転させて地盤中に立て込む際に大きな回転モーメントが加わった場合でも、係合板と結合体との結合が損なわれて管本体が空回りする、という事態が生じない。

鋼管杭の正面図である。 鋼管杭を一部透視して示す説明図である。 管本体を示す説明図である（ａは正面図であり、ｂは係合板の平面図であり、ｃは係合板の底面図である）。 羽根部材の斜視図である。 羽根部材の正面図である。 羽根部材の平面図である。 羽根部材の鉛直断面図（図６におけるＡ−Ａ線断面図）である。 羽根部材の底面図である。 鋼管杭の変更例を示す正面図である。 係合板の変更例を示す平面図である。 羽根部材の変更例を示す平面図である。

［鋼管杭の構造］
以下、本発明に係る鋼管杭を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る鋼管杭の正面図であり、図２は、鋼管杭を一部透視して示したものである。鋼管杭１は、鋼鉄によって形成された管本体２と鋳物によって形成された羽根部材３とを組み付けることによって形成されている。

図３は、管本体２を示したものであり、管本体２は、筒体４と係合板５とによって構成されている。筒体４は、鋼鉄によって、外径約１０１．６ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ、長さ６ｍの筒状に形成されている。また、筒体４の上端際には、矩形板状の回転押込み用プレート６が外向きに（管の中心に対して放射状に）突出するように設けされている。一方、筒体４の先端には、羽根部材３と係合させるための係合板５が固着されている。

係合板５は、厚さ９ｍｍの鋼鉄によって円板状に形成されている。そして、外周際に、ボルトを挿通させるための円形の２つのネジ孔７，７と、係合部として機能する平面視が略矩形の２つの切り欠き８，８とが、それぞれ中心に対して対称に設けられており、各ネジ孔７，７を結ぶ直線と、各切り欠き８，８とを結ぶ直線とが直交した状態になっている。なお、各切り欠き８，８と外周縁との間には、切り欠き８の短辺よりも幅狭な帯状の切り込みが設けられており、各ネジ孔７，７と外周縁との間にも、ネジ孔の直径よりも幅狭な帯状の切り込みが設けられている。そして、平面視において、係合板５の輪郭線はすべて連続した状態になっている。さらに、各ネジ孔７，７には、それぞれ、ボルト９が挿通されており、そのヘッド部がネジ孔７の周囲に溶接された状態になっている。かかる係合板５は、外周部分（各切り欠き８，８の切り込み、および、各ネジ孔７，７の切り込み以外の部分）を溶接することによって筒体４の下端に固着されており、ボルト９，９の先端が、下向きに突出した状態になっている。

一方、図４〜図８は、羽根部材３を示したものである。羽根部材３は、鋳物（たとえば、鋳鉄）によって一体的に形成されており、扁平な有底筒状の結合体１０の外周の下端際に、円形フランジ状の螺旋翼１１が突設されている。

結合体１０の底板１２の上面には、係合板５に穿設された切り欠き８，８と係合させるための直方体状の２つの係合突起１３，１３が、係合板５の切り欠き８，８と同様な配置となるように一体的に突設されている。また、底板１２には、管本体２の係合板５と螺着させるための２つのネジ挿通孔１４，１４が、係合板５のネジ孔７，７と同様な配置となるように穿設されている。なお、底板１２の下面のネジ孔１４，１４の周囲の部分は、他の部分よりも肉厚に形成されており、水平面が形成された状態になっている。そして、各係合突起１３，１３を結ぶ直線と、各ネジ孔１４，１４を結ぶ直線とが直交した状態になっている。加えて、結合体１０の下面には、略直方体状の２つのバイト１８，１８が、結合体１０の中心に対して左右対称に突設されている。

一方、螺旋翼１１は、外径約２９０ｍｍの円形フランジ状に形成されており、結合体１０の外周を、約１周分捲回した状態になっている。また、螺旋翼１１は、先端の厚さが約１０．０ｍｍで基端際の厚さが約１２．０ｍｍであり、略中央の半周分が、管本体２の長手方向に対して直交した平坦部１５になっている。さらに、その平坦部１５と隣接した片側の部分が、所定の角度（約２３°）だけ上向きに傾斜するように折り曲げられて、上向き傾斜部１６が形成されており、上向き傾斜部１６と反対側の部分が、所定の角度（約１０°）だけ下向きに傾斜するように折り曲げられて、下向き傾斜部１７が形成されている。そして、上向き傾斜部１６の端縁と下向き傾斜部１７の端縁との間隔が約８０ｍｍになっている。

［鋼管杭の組み付け］
鋼管杭１を組み付ける場合には、羽根部材３の結合体１０の内部に管本体２の先端を挿入し、係合板５の各切り欠き８，８に、羽根部材３の底板１２の係合突起１３，１３を係合させるとともに、係合板５の下面から突出しているボルト９，９の先端を、底板１２のネジ孔１４，１４に挿通させて、管本体２の係合板５の外面を羽根部材３の底板１２に当接させる。しかる後、底板１２の下面から突出したボルト９，９の先端に、それぞれワッシャを介してナット１９，１９を螺合させて、十分に締め付けることによって、鋼管杭１の組み付けを完了する。

［鋼管杭の使用方法］
上記の如く構成された鋼管杭１は、建設工事用の基礎杭の埋設工事等に好適に用いることができる。鋼管杭１を地面に埋設する場合には、地面に突き立てて、圧力を加えて右向き（上から見た場合の右向き）に回転させながら地中に押し込む。鋼管杭１を地中に押し込む際には、鋼管杭１の回転に伴い、螺旋翼１１が、効率良く土砂を噛み込み、鋼管杭１を土中に進行させる推力を生み出す。そのように鋼管杭１，１・・を土中に深く埋設させた後には、鋼管杭１，１・・の上に建物を建設することが可能となる。

［鋼管杭の効果］
鋼管杭１は、上記の如く、鋼鉄によって形成された管本体２と鋳物によって形成された羽根部材３とからなるものであるため、管本体の周囲に螺旋翼を溶接した鋼管杭等に比べて、製造コストが安価である。また、管本体２の先端が、羽根部材３の結合体１０の内部に嵌め込まれ、係合板５を結合体１０の底面と螺着させた状態で、結合体１０に固着されているため、管本体２と螺旋翼１１を設けた羽根部材３との結合強度が高く、地盤に立て込む（ねじ込む）際に螺旋翼１１が管本体２と分離する等の不具合が生じない。

また、鋼管杭１は、管本体２の係合板５が羽根部材３の結合体１０の係合突起１３，１３を係合部である切り欠き８，８に係合させた状態で結合体１０の底面と螺着しているため、管本体２を回転させて地盤中に立て込む際に、係合板５と結合体１０とを螺着するボルト等の部材に加わる回転モーメントを軽減することができ、係合板５の損傷を効果的に防止することができる。

［鋼管杭の変更例］
なお、本発明に係る鋼管杭の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、管本体、羽根部材等の材質、形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、鋼管杭は、羽根部材を鋳鉄によって形成したものに限定されず、鋳鉄以外の鋳物によって羽根部材を形成することも可能である。また、羽根部材に設ける螺旋翼の形状は、上記実施形態の如く、半円状の平坦部と隣接した片側を上向きに傾斜させるとともに他側を下向きに傾斜させた形状に限定されず、単純に一定の角度で傾斜した螺旋状等に変更することも可能である。

また、鋼管杭は、上記実施形態の如く、管本体の外周を羽根部材の結合体の内周と直接的に接合させるものに限定されず、扁平な円筒状のカラーを管本体の先端際に固着し、当該カラーを管本体の外周と羽根部材の結合体の内周との間に介在させたもの等に変更することも可能である。かかる構成を採用した場合には、管本体の外周と羽根部材の結合体の内周との密着度合いを向上させることができるため、管本体の回転力をよりスムーズに羽根部材に伝達させることが可能となる。

さらに、鋼管杭は、上記実施形態の如く、結合体の底面に直方体状の係合突起を設けるとともに、管本体の係合板の係合部として矩形の切り欠きを設けたものに限定されず、係合板の係合部を平面視が長方形状の挿通孔としたものや、結合体の底面に円柱状あるいは円錐台状の係合突起を設けるとともに、管本体の係合板の係合部として円形の挿通孔あるいは略Ｕ字状の切り欠きを設けたもの等に変更することも可能である。なお、係合板に係合部（すなわち、切り欠きや挿通孔）やネジ孔を形成する際に、それらの係合部やネジ孔と外周縁との間に、上記実施形態の如く、切り込みを設けて、係合板の輪郭線を連続させた場合には、係合板の製造コストが安価なものとなる、というメリットがある。

加えて、鋼管杭は、上記実施形態の如く、結合体の底面に２つの突起および２つのネジ孔を設けるとともに、管本体の係合板に２つの係合部および２つのネジ孔を設けたものに限定されず、結合体の底面に設ける突起、ネジ孔の個数、および、管本体の係合板に設ける係合部、ネジ孔の個数を必要に応じて適宜変更することができる。

また、鋼管杭は、上記実施形態の如く、管本体の係合板の係合部（切り欠きや挿通孔）に羽根部材の結合体の突起を係合させた状態で、当該係合板を結合体の底面に螺着させたものに限定されず、管本体の係合板に外周から突出するように突起体が設けられているとともに、羽根部材の結合体の内周壁に係合凹部（あるいは係合孔）が設けられており、管本体の係合板の突起体を当該係合凹部（あるいは係合孔）に係合させた状態で、係合板を結合体の底面と螺着させたものに変更することも可能である。

図９〜１１は、上記構成を採用した場合の一例を示したものであり、鋼管杭１’の羽根部材３’の結合体１０’には、係合凹部として機能する鉛直な凹溝２０，２０が形成されており、管本体２’の係合板５’には、外周から突出するように略矩形の２つの突起体２１，２１が設けられている。そして、鋼管杭１’は、係合板５’の突起体２１，２１を、結合体１０’の凹溝２０，２０に係合させた状態で、係合板５’が結合体１０’の底面に螺着されている。鋼管杭をそのように構成した場合でも、上記実施形態と同様に、管本体を回転させて地盤中に立て込む際の回転モーメントにより、係合板と結合体との結合が損なわれて管本体が空回りする、という事態を、高い精度で防止することができる。また、管本体の外径が同じであれば、上記実施形態の如く、管本体の係合板の係合部に羽根部材の結合体の突起を係合させた場合に比べて、地盤中に立て込む際の回転モーメントに対する耐力が一段と向上する、というメリットがある。

また、鋼管杭は、上記実施形態の如く、管本体の係合板に予めボルトを固着（溶接）し、当該ボルトの先端を羽根部材の結合体のネジ孔に挿通させて、結合体の下面側でナットと螺合させたものに限定されず、管本体の係合板の上面（あるいは下面）に予めナットを固着（溶接）し、羽根部材の結合体のネジ孔に下面側から挿入したボルトの先端を、当該ナットと螺合させたものに変更することも可能である。

さらに、鋼管杭は、上記実施形態の如く、直方体状のバイトを先端に設けたものに限定されず、先端の尖ったバイト等の直方体以外の形状を有するバイトを設けたものや、バイトのないものに変更することも可能である。

加えて、鋼管杭は、上記実施形態の如く、管本体の筒体の上端際に１つの回転押込み用プレートを外向きに設けたものに限定されず、管の中心に対して左右対称になるように２つの回転押込み用プレートを設けたものや、回転押込み用プレートを筒体の内壁から内向きに（管の中心を向くように）突出させたもの等に変更することも可能である。

本発明に係る鋼管杭は、上記の如く、優れた効果を奏するものであるから、軟弱な地盤の改良工事等に好適に用いることができる。

１・・鋼管杭
２・・管本体
３・・羽根部材
５・・係合板
８・・切り欠き
１０・・結合体
１１・・螺旋翼
１２・・底板
１３・・係合突起
２０・・凹溝
２１・・突起体

Claims (4)

1. 筒状の管本体の先端に螺旋翼が取り付けられた鋼管杭であって、
   鋼鉄によって形成された円筒形で先端に円盤状の係合板を固着させた管本体と、
   その管本体と異なる材料によって形成されており有底円筒状の結合体の外周から外側へ螺旋翼を突出させた形状を有する羽根部材とからなり、
   前記係合板が、穿設されたネジ孔にボルトを挿通させ、そのボルトのヘッド部を固着させたものであり、ボルトの先端を外向きに突出させた状態で前記管本体に固着されており、
   前記管本体の先端が、前記羽根部材の結合体の内部に嵌め込まれ、係合板に溶接されたボルトの先端を、羽根部材の係合体に穿設されたネジ孔に挿通させて係合体の底板の外側でナットで締着することによって、前記係合板を結合体の底面と螺着させた状態で、前記結合体に固着されていることを特徴とする鋼管杭。
2. 羽根部材が鋳物製のものであることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
3. 結合体の内側の底面に突起が設けられているとともに、管本体の係合板に係合部が設けられており、
   前記管本体の係合板が、前記係合部に前記結合体の突起を係合させた状態で、結合体の底面と螺着していることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の鋼管杭。
4. 管本体の係合板に外周から突出するように突起体が設けられているとともに、結合体の筒状部に係合凹部が設けられており、
   前記管本体の係合板が、前記突起体を前記結合体の係合凹部に係合させた状態で、結合体の底面と螺着していることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の鋼管杭。

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