JP5455751B2 - テーパー鋼管杭の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、上端部から下端部に向けて外径が縮径する一対のテーパー鋼管杭を上下に連結するためのテーパー鋼管杭の連結構造に関する。

近年、例えば軟弱地盤地域に戸建住宅などの建築物を構築する際の地盤補強工法として、セメント系固化材を用いた深層混合処理工法（以下、柱状改良工法）の他、例えば４０〜５００ｍｍ程度の外径を有する鋼管杭を地中に設置して地盤を補強する工法を採用する機会が増えている。

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や、先端に回転翼を有するストレート形状の鋼管杭が一般に知られており、これらの鋼管杭は、先端が支持層に至るまで打ち込まれて、所望の支持力を得るための基礎杭を形成する。一方、地中に設置される鋼管杭として、上端部から下端部に向けて外径が縮径するテーパー形状部分を備える鋼管杭（テーパー鋼管杭）を用いることにより、当該テーパー形状部分の楔効果によって、打ち込みは困難になるものの、周面摩擦によって大きな地盤反力が得られることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００３−１０５７５７号公報 特開２００７−３２７２８０号公報

一方、例えばテーパー鋼管杭の打込み深さが深い場合には、テーパー鋼管杭を上方に継ぎ足してゆく必要がある。また、深さによって地盤の地質が異なる場合には、地質に応じてテーパー鋼管杭の外周面のテーパー角度を変化させることで、周面摩擦による地盤反力をさらに効率良く得ることが可能になる。

これらの場合には、一対のテーパー鋼管杭を上下に連結してゆくことになるが、テーパー杭はその外周面が傾斜しているため、連結作業が容易ではない。また、特許文献２には、下方のテーパー鋼管杭の上端部に連接配置した上端ストレート継手管部に、上方のテーパー鋼管杭の下端部に連接配置した下端ストレート継手管部を挿入係止することにより、これらのテーパー鋼管杭を上下に連結することが記載されているが、上端ストレート継手管部に下端ストレート継手管部を挿入係止するだけでは、連結部の構造が不安定になりやすい。

本発明は、上端部から下端部に向けて外径が縮径した一対のテーパー鋼管杭を、簡易な構成によって、強固に且つ安定した状態で上下に連結することのできるテーパー鋼管杭の連結構造を提供することを目的とする。

本発明は、上端部から下端部に向けて外径が縮径する一対のテーパー鋼管杭を上下に連結するための連結構造であって、上方テーパー鋼管杭の下端の外径と下方テーパー鋼管杭の上端の外径を合致させて、前記上方テーパー鋼管杭の下端から連続して上方ストレート接合管部を形成すると共に、前記下方テーパー鋼管杭の上端から連続して下方ストレート接合管部を形成し、内リングと外リングとからなり、該内リングと該外リングとの間にリング状の上側挿入定着溝及び下側挿入定着溝が仕切り部を挟んだ上下に形成された継手金物を使用し、該継手金物の前記上側挿入定着溝に前記上方テーパー鋼管杭の上方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により前記継手金物に定着させると共に、前記下側挿入定着溝に前記下方テーパー鋼管杭の下方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により前記継手金物に定着させることによって、前記上方テーパー鋼管杭と前記下方テーパー鋼管杭とを前記継手金物を介して連結するテーパー鋼管杭の連結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。

また、本発明のテーパー鋼管杭の連結構造は、前記上方テーパー鋼管杭の下端の外径及び前記下方テーパー鋼管杭の上端の外径と合致する外径を有するストレート連結管を介在させて、該ストレート連結管の上端部及び下端部を前記下側挿入定着溝及び前記上側挿入定着溝に各々挿入することで、前記ストレート連結管の上端部及び下端部に前記継手金物を上下２段に定着させ、上段の前記継手金物の前記上側挿入定着溝に前記上方テーパー鋼管杭の前記上方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により上段の前記継手金物に定着させると共に、下段の前記継手金物の前記下側挿入定着溝に前記下方テーパー鋼管杭の前記下方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により下段の前記継手金物に定着させることにより、前記上方テーパー鋼管杭と前記下方テーパー鋼管杭とを前記継手金物を介して連結することが好ましい。

さらに、本発明のテーパー鋼管杭の連結構造は、連結される前記一対のテーパー鋼管杭が、テーパー角度の異なるテーパー鋼管杭であることが好ましい。

本発明のテーパー鋼管杭の連結構造によれば、上端部から下端部に向けて外径が縮径した一対のテーパー鋼管杭を、簡易な構成によって、強固に且つ安定した状態で上下に連結することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る連結構造によって連結されたテーパー鋼管杭の打ち込み状況を説明する略示側面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る連結構造によって連結されたテーパー鋼管杭の略示側面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の好ましい一実施形態に係るテーパー鋼管杭の連結構造の構成を説明する略示断面図である。 本発明の好ましい他の実施形態に係るテーパー鋼管杭の連結構造の構成を説明する略示断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係るテーパー鋼管杭の連結構造１０は、図１に示すように、例えば軟弱地盤地域に戸建住宅などの建築物を構築する際の地盤補強工法として、好ましくは外径が４０〜５００ｍｍ程度のテーパー鋼管杭１３，１４を、基礎地盤１１に向けて公知の圧入用重機１２を用いて圧入打設することにより、建築物の基礎杭を形成する際に採用されたものである。すなわち、本実施形態のテーパー鋼管杭の連結構造１０は、地盤への打込み深さが深い場合や、深さによって地盤の地質が異なる場合に、下方テーパー鋼管杭１４とテーパー角度が同じか又はテーパー角度が異なるテーパー鋼管杭を上方テーパー鋼管杭１３として、当該下方テーパー鋼管杭１４の上方に強固に且つ安定した状態で継ぎ足してゆくための構造として採用されたものである。

そして、本実施形態のテーパー鋼管杭の連結構造１０は、上端部から下端部に向けて外径が縮径する一対のテーパー鋼管杭１３，１４を上下に連結するための連結構造であって、図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂの外径と下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａの外径を合致させて、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂから連続して上方ストレート接合管部１５を形成すると共に、下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａから連続して下方ストレート接合管部１６を形成する。また、内リング１７と外リング１８とからなり、内リング１７と外リング１８との間にリング状の上側挿入定着溝１９及び下側挿入定着溝２０が仕切り部２１を挟んだ上下に形成された（図３（ａ），（ｂ）参照）継手金物２２を使用し、この継手金物２２の上側挿入定着溝１９に上方テーパー鋼管杭１３の上方ストレート接合管部１５を挿入してボルト部材２３により継手金物２２に定着させると共に、下側挿入定着溝２０に下方テーパー鋼管杭１４の下方ストレート接合管部１６を挿入してボルト部材２３により継手金物２２に定着させることによって、上方テーパー鋼管杭１３と下方テーパー鋼管杭１４とを継手金物２２を介して連結するようになっている。

また、本実施形態では、連結される一対のテーパー鋼管杭１３，１４は、テーパー角度θ，θ’（図２参照）の異なるテーパー鋼管杭となっている。

本実施形態では、上方テーパー鋼管杭１３及び下方テーパー鋼管杭１４は、例えば公知の鋼管の製造方法によって円筒状に成形加工された、肉厚が例えば４．５ｍｍ程度の鋼製部材である。また、上方テーパー鋼管杭１３及び下方テーパー鋼管杭１４は、各々、３〜６ｍ程度の長さを有している。

上方テーパー鋼管杭１３は、上端１３ａの外径が３６０〜２００ｍｍ程度、下端１３ｂの外径が２００〜１４０ｍｍ程度となっており、上端１３ａから下端１３ｂに向って、１／５０〜１／１５０rad程度のテーパー角度θで縮径している。本実施形態では、このテーパー角度θは、後述する下方テーパー鋼管杭１４のテーパー角度θ’よりも大きくなっているが、下方テーパー鋼管杭１４のテーパー角度θ’より小さくすることもできる。また、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂから連続して、当該下端１３ｂの外径と同様の外径を有する上方ストレート接合管部１５が、溶接等により一体接合されて１００ｍｍ程度の長さで下方に延設して設けられている。上方ストレート接合管部１５の下部には、周方向に等角度ピッチで、ボルト貫通孔２４（図３（ａ）参照）が例えば４箇所に開口形成されている。なお、上方テーパー鋼管杭１３の上端１３ａから連続して、圧入用重機１２の圧入施工治具を装着するためのストレート管部を、溶接等により一体接合して取り付けておくこともできる。

下方テーパー鋼管杭１４は、上端１４ａの外径が、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂの外径と同様の、２００〜１４０ｍｍ程度、下端１４ｂの外径が１４０〜７０ｍｍ程度となっており、上端１４ａから下端１４ｂに向って、上方テーパー鋼管杭１３のテーパー角度θよりも小さな、１／５０〜１／１５０rad程度のテーパー角度θ’で縮径している。また、下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａから連続して、当該上端１４ａの外径と同様の外径を有する下方ストレート接合管部１６が、溶接等により一体接合されて１００ｍｍ程度の長さで上方に延設して設けられている。下方ストレート接合管部１６には、周方向に等角度ピッチで、ボルト貫通孔２５（図３（ａ）参照）が例えば４箇所に開口形成されている。なお、下方ストレート接合管部１６は、圧入用重機１２の圧入施工治具を装着するために下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａに連続して設けられたストレート管部を、そのまま利用して用いることもできる。

継手金物２２は、好ましくは炭素鋼鋳鋼品であって、図３（ａ），（ｂ）に示すように、２００ｍｍ程度の高さの円筒状の内リング１７及び外リング１８からなる二重構造を備えている。内リング１７と外リング１８との間には、テーパー鋼管杭１３，１４の肉厚に相当する４．５ｍｍよりも僅かに大きな幅の中空部が、これらの高さ方向中央部分に円環リブ状の仕切り部２１を周方向に介在させることで、全周に亘って保持されている。内リング１７と外リング１８との間に保持された中空部の仕切り部２１よりも上方部分の上側挿入定着溝１９には、上方テーパー鋼管杭１３の上方ストレート接合管部１５が挿入係止され、仕切り部２１よりも下方部分の下側挿入定着溝２０には、下方テーパー鋼管杭１４の下方ストレート接合管部１６が挿入係止される。

また、本実施形態では、継手金物２２の仕切り部２１を挟んだ上部及び下部には、各々、内リング１７及び外リング１８を同じ位置で貫通して、ボルト締着孔２６，２７が、周方向に等角度ピッチで例えば４箇所に開口形成されている。上部の４箇所のボルト締着孔２６は、上側挿入定着溝１９に上方テーパー鋼管杭１３の上方ストレート接合管部１５の下部が挿入された際に、上方ストレート接合管部１５に形成されたボルト貫通孔２４と各々合致する。下部の４箇所のボルト締着孔２７は、下側挿入定着溝２０に下方テーパー鋼管杭１４の下方ストレート接合管部１６の上部が挿入された際に、下方ストレート接合管部１６に形成されたボルト貫通孔２５と各々合致する。

さらに、本実施形態では、内リング１７の内周面におけるボルト締着孔２６，２７が開口する位置には、雌ネジが形成されたナット部材２８が、溶接等によって各々接合固定されている。

本実施形態の連結構造１０によって、上方テーパー鋼管杭１３と下方テーパー鋼管杭１４とを連結一体化するには、例えば下方テーパー鋼管杭１４を先行して打ち込んで、これの下方ストレート接合管部１６を地表面から作業可能な高さに配置した状態とした後に、連結作業を行う。すなわち、先行して打ち込んだ下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａに連設された下方ストレート接合管部１６の上部を、継手金物２２の下側挿入定着溝２０に挿入し、合致させたボルト締着孔２７とボルト貫通孔２５にボルト部材２３を挿通して、ナット部材２８との間で締め付けることにより、下方ストレート接合管部１６に継手金物２２を定着固定する。

しかる後に、上方テーパー鋼管杭１３を建て込んで、これの下端１３ｂに連設された上方ストレート接合管部１５の下部を、継手金物２２の上側挿入定着溝１９に挿入し、合致させたボルト締着孔２６とボルト貫通孔２４にボルト部材２３を挿通して、ナット部材２８との間で締め付けることにより、上方ストレート接合管部１５に継手金物２２を定着固定する。

これによって、上方テーパー鋼管杭１３と下方テーパー鋼管杭１４とが、継手金物２２を介して強固に連結一体化されるので、引き続いて、連結一体化されたテーパー鋼管杭１３，１４を圧入用重機１２を用いて地中に圧入打設する作業を行う。

そして、上述の構成を備える本実施形態のテーパー鋼管杭の連結構造１０によれば、上端部から下端部に向けて外径が縮径した一対のテーパー鋼管杭１３，１４を、簡易な構成によって、強固に且つ安定した状態で上下に連結することが可能になる。

すなわち、本実施形態のテーパー鋼管杭の連結構造１０によれば、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂの外径と下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａの外径を合致させて、これらに連続する上方ストレート接合管部１５と下方ストレート接合管部１６とを形成すると共に、これらのストレート部分で、上側挿入定着溝１９及び下側挿入定着溝２０を有する継手金物２２を介在させ、ボルト部材２３により当該継手金物２２の上下に上方ストレート接合管部１５及び下方ストレート接合管部１６を定着固定させることによって、上方テーパー鋼管杭１３と下方テーパー鋼管杭１４とを連結するので、外周面が傾斜するテーパー鋼管杭１３，１４であっても、手間の係る溶接接合を用いることなく、継手金物２２を用いた簡易な機械式接合方法によって、強固に且つ安定した状態で上下に連結することが可能になる。

また、本実施形態では、上方ストレート接合管部１５及び下方ストレート接合管部１６によるストレート部分に継手金物２２を介在させることで、当該継手金物２２やボルト部材２３の頭部が、上方ストレート接合管部１５や下方ストレート接合管部１６の外周面よりも外側に突出することになって、周囲の地盤を乱すことになるが、上方テーパー鋼管杭１３は、上方に向って拡径しており、継手金物２２から相当程度離れた位置では、継手金物２２やボルト部材２３の頭部よりも上方テーパー鋼管杭１３の外周面が径方向外側に配置されることになるので、これよりも上方のテーパー面によって、周囲の地盤との周面摩擦による十分な大きさの地盤反力を得ることが可能になる。

さらに、本実施形態では、深さによって地質が異なる地盤の地質に応じて、上方テーパー鋼管杭１３のテーパー角度θと下方テーパー鋼管杭１４のテーパー角度θ’とを異ならせたので、周面摩擦による地盤反力をさらに効率良く得ることが可能になる。

図４は、本発明の好ましい他の実施形態に係るテーパー鋼管杭の連結構造１０’の構成を説明するものである。図４に示す連結構造１０’では、上方テーパー鋼管杭１３の下端１３ｂの外径及び下方テーパー鋼管杭１４の上端１４ａの外径と合致する外径を有するストレート連結管２９を介在させて、このストレート連結管２９の上端部及び下端部を下側挿入定着溝２０及び上側挿入定着溝１９に各々挿入することで、ストレート連結管２９の上端部及び下端部に継手金物２２ａ，２２ｂを上下２段に定着させ、上段の継手金物２２ａの上側挿入定着溝１９に上方テーパー鋼管杭１３の上方ストレート接合管部１５を挿入してボルト部材２３により上段の継手金物２２ａに定着させると共に、下段の継手金物２２ｂの下側挿入定着溝１６に下方テーパー鋼管杭１４の下方ストレート接合管部１６を挿入してボルト部材２３により下段の継手金物２２ｂに定着させることにより、上方テーパー鋼管杭１３と下方テーパー鋼管杭１４とを継手金物２２ａ，２２ｂを介して連結するようになっている。

図４に示すテーパー鋼管杭の連結構造１０’によっても、上記実施形態の連結構造１０と同様の作用効果が奏される。

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、本発明のテーパー鋼管杭の連結構造は、建築施工現場において下方テーパー鋼管杭を先行して打ち込んだ後に、当該連結構造によって上下のテーパー鋼管杭を連結する必要は必ずしもなく、工場等において当該連結構造によって予め一対のテーパー鋼管杭を連結一体化しておき、これを建築施工現場に搬入して地中に打ち込むこともできる。

１０，１０’ テーパー鋼管杭の連結構造
１１ 基礎地盤
１２ 圧入用重機
１３ 上方テーパー鋼管杭
１４ 下方テーパー鋼管杭
１５ 上方ストレート接合管部
１６ 下方ストレート接合管部
１７ 内リング
１８ 外リング
１９ 上側挿入定着溝
２０ 下側挿入定着溝
２１ 仕切り部
２２，２２ａ，２２ｂ 継手金物
２３ ボルト部材
２４，２５ ボルト貫通孔
２６，２７ ボルト締着孔
２８ ナット部材
２９ ストレート連結管
θ，θ’ テーパー角度

Claims (3)

1. 上端部から下端部に向けて外径が縮径する一対のテーパー鋼管杭を上下に連結するための連結構造であって、
   上方テーパー鋼管杭の下端の外径と下方テーパー鋼管杭の上端の外径を合致させて、前記上方テーパー鋼管杭の下端から連続して上方ストレート接合管部を形成すると共に、前記下方テーパー鋼管杭の上端から連続して下方ストレート接合管部を形成し、
   内リングと外リングとからなり、該内リングと該外リングとの間にリング状の上側挿入定着溝及び下側挿入定着溝が仕切り部を挟んだ上下に形成された継手金物を使用し、
   該継手金物の前記上側挿入定着溝に前記上方テーパー鋼管杭の上方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により前記継手金物に定着させると共に、前記下側挿入定着溝に前記下方テーパー鋼管杭の下方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により前記継手金物に定着させることによって、前記上方テーパー鋼管杭と前記下方テーパー鋼管杭とを前記継手金物を介して連結するテーパー鋼管杭の連結構造。
2. 前記上方テーパー鋼管杭の下端の外径及び前記下方テーパー鋼管杭の上端の外径と合致する外径を有するストレート連結管を介在させて、該ストレート連結管の上端部及び下端部を前記下側挿入定着溝及び前記上側挿入定着溝に各々挿入することで、前記ストレート連結管の上端部及び下端部に前記継手金物を上下２段に定着させ、上段の前記継手金物の前記上側挿入定着溝に前記上方テーパー鋼管杭の前記上方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により上段の前記継手金物に定着させると共に、下段の前記継手金物の前記下側挿入定着溝に前記下方テーパー鋼管杭の前記下方ストレート接合管部を挿入してボルト部材により下段の前記継手金物に定着させることにより、前記上方テーパー鋼管杭と前記下方テーパー鋼管杭とを前記継手金物を介して連結する請求項１記載のテーパー鋼管杭の連結構造。
3. 連結される前記一対のテーパー鋼管杭が、テーパー角度の異なるテーパー鋼管杭である請求項１又は２に記載のテーパー鋼管杭の連結構造。

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