JP5627810B1 - 鋼管杭用の継手付杭先の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管杭との連結を確実、容易に行える杭先を提供する。【解決手段】本発明に係る鋼管杭用の継手付杭先１０は、本体部４外周に螺旋羽根５を有する杭先部６の本体部４に、鋼管杭１４接続用の継手部８が、本体部４および螺旋羽根５と共に鋳造により一体に形成されたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は鋼管杭用の継手付杭先の製造方法に関する。

軟弱地盤の補強方法に、鋼管杭を軸線を中心として回転させながら複数本地盤に打ち込む工法がある。地盤に打ち込む鋼管杭は、最大２０ｍほどの長さのものとなるので、通常、５〜６ｍ程度の長さの鋼管杭をその都度継ぎ足しながら打ち込むようにしている。

ところで、最先端の鋼管杭には、外周に螺旋羽根を有する杭先を取り付けて、この杭先により地盤を掘削しつつ鋼管杭を地盤に打ち込むようにしている。
この鋼管杭に杭先を取り付けるには、従来溶接によって杭先を鋼管杭に取り付けるようにしていた（非特許文献１）。

財団法人日本建築総合試験所 ＧＢＲＣ 性能証明第１０−１３号

地盤強化の施工現場にて鋼管杭先端に杭先を溶接するのは極めて厄介であるので、従来、あらかじめ工場にて鋼管杭の先端に杭先を溶接して、施工現場に搬入するようにしていた。
しかしながら、杭先の螺旋羽根は、鋼管杭の３〜３．５倍ほどの直径を有する大きなものであるので、鋼管杭の先端にこの杭先を取り付けたものは、螺旋羽根が外方に突出し、荷姿が悪く、複数本を束ねるのが厄介であり、施工現場まで運搬するのが極めて厄介であった。また、杭先を溶接により鋼管杭の先端に固定するのは、芯ずれなどが生じ、精度よく固定するのが困難であった。
また、鋳造によって製造される杭先の場合、溶接によって鋼管杭に取り付ける必要上、杭先の材質として、溶接用に好適な鋳鋼（ＳＣ４８０）が用いられる。その他の材質、例えば鋳鉄を用いると、溶接が困難であるからである。

上記杭先の鋳造には、ロウ材を用いるロストワックス法が一般的に行われている。このロストワックス法は、ロウ材によって鋳造品形状の模型を形成し、この模型表面に、アルミナをベースとする耐火材を複数層吹き付け、最終的に加温してロウ材を溶かすことによって、空洞を有するセラミックシェルを形成し、このセラミックシェルを鋳型に用いるものである。

しかしながら、上記のように、アルミナを何層にも吹き付けてセラミックシェルを形成するのは極めて厄介であった。また、鋳鋼は湯流れ性がよくないので、薄い螺旋羽根を有する杭先の羽根先端にまで溶湯を行き渡せるために、あらかじめセラミックシェルを９００℃程度の高温にまで加熱して湯流れ性を改善する必要があった。
このように、従来、鋳鋼により杭先を鋳造するには、セラミックシェルの調整が厄介であるばかりか、鋳造の際、セラミックシェルをあらかじめ高温に加熱しなければならないという不具合があった。

本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、鋼管杭との接続が溶接によることなく、施工現場で容易に行うことができ、したがって、鋼管杭の施工現場への搬入が容易であり、さらには、製造自体も容易となる鋼管杭用の継手付杭先の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る鋼管杭用の継手付杭先の製造方法は、本体部外周に螺旋羽根を有する杭先部の前記本体部に、鋼管杭接続用の継手部が、前記本体部および前記螺旋羽根と共に鋳造により一体に形成された鋼管杭用の継手付杭先であって、前記継手部が、外筒と、該外筒の内側に、該外筒の端部側から接続すべき鋼管杭の端部を挿入しうる間隔をおいて、連結壁により連結された内筒と、前記外筒の筒体部に、周方向に所定間隔をおいて複数設けられた固定ピン挿入用の貫通孔と、該貫通孔に対向する前記内筒の外周面に設けられた凹部と、前記内筒内を横切って設けられ、前記各凹部の底壁を内側から受ける支持部を具備する鋼管杭用の継手付杭先の製造方法において、樹脂材料により形成され、前記継手付杭先における前記継手部であって前記貫通孔を有しない継手部の形状に相当する形状を有する割型と、樹脂材料により形成され、前記鋼管杭用の継手付杭先における前記杭先部を周方向に複数に割った形状に相当する複数の割型とを突き合わせて接着して、前記貫通孔を有しない前記継手付杭先の形状を有する消失型を形成し、該消失型を鋳砂内に埋没させ、消失型に相当する部位に溶湯を注湯し、消失型を消失置換させることにより、消失型形状の鋳造品を形成し、該鋳造品に前記貫通孔を形成することを特徴とする。
鋳造材に球状黒鉛鋳鉄を用いると好適である。

本発明によれば、螺旋羽根を有する杭先部と上記複雑な形状の継手部とを有する継手付杭先を、本体部に相当する部位の割型と、杭先部に相当する部位を周方向に複数に割った割型との各割型を突き合わせて接着した消失型を用いることによって、鋳造により一体に、容易かつ精度よく製造できるという効果を奏する。

鋼管杭用の継手付杭先の斜視図である。 継手部の横断面図である。 継手部の縦断面図である。 消失型の断面図である。 消失型の継手部における断面図である。 消失型の杭先部における割型形状を示す説明図である。 かしめ治具の構造を示す説明断面図である。 杭先に鋼管杭の端部を挿入した状態を示す断面図である。 継手部にかしめ治具を装着した状態を示す説明断面図である。 かしめ治具により鋼管杭を変形させた状態を示す断面図である。 杭先と鋼管杭とを連結した状態を示す断面図である。

以下本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は鋼管杭用の継手付杭先（以下単に杭先ということがある）１０の斜視図、図２はその継手部８の横断面図、図３は継手部８の縦断面図である。
杭先１０は、杭先部６と継手部８とを有する。
杭先部６は、公知の構造のものでよく、筒状の本体部４の外周に螺旋羽根５が形成されてなる。螺旋羽根５は、一条のもの、二条のものなど、いずれでもよい。本体部４の下端には地盤掘削用のビット３が形成されている。
本実施の形態に係る杭先１０は、鋳造により、杭先部６の本体部４上端部に継手部８が一体に形成されて杭先１０に構成されている。

続いて、図２、図３により継手部８について説明する。
継手部８は外筒１２と、この外筒１２の内側に、外筒１２の端部側から接続すべき鋼管杭１４の端部を挿入しうる間隔（空間部）１５をおいて、連結壁１６により連結された内筒１８との二重筒状をなす。

外筒１２の筒体部１２ａに、固定ピン２２挿入用の貫通孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが周方向に所定間隔をおいて複数（本実施の形態では４個）設けられている。各貫通孔２０は、継手１０の中心方向に向けて設けられる。
各貫通孔に対向する内筒１８の外周面には凹部２１が設けられている。
なお、貫通孔２０は筒体部１２ａに４個とは限らず、６個あるいは８個などの偶数個設けるようにすればよい。

２４は支持部であり、内筒１８内を横切って十字状に設けられ、各凹部２１の底壁を内側から受けている。支持部２４は、断面十字状をなす板状をなすものであり、その中央部には、図３に示すように、継手１０の軽量化を図るために鋳抜き孔２６が形成されている。なお、支持部２４の内筒１８に接続する部位の内筒１８の部位は肉厚に形成され、この肉厚部に凹部２１が形成されている。
貫通孔２０が筒体部１２ａに６個設けられるときは、支持部２４は６枚の板状体が６０°ずつの角度で交差する形態に設けられ、貫通孔２０が８個設けられるときは、支持部２４は８枚の板状体が４５°ずつの角度で交差する形態に設けられる。したがって、いずれの場合も、１８０°反対側に位置する凹部２１の底部は、直径方向に横切る板状体によって受けられることになる。

また本実施の形態では、外筒１２に、筒体部方向に伸びる透孔（窓部）２８が形成されている。これにより、継手部８のさらなる軽量化を図ることができる。また、透孔２８から、間隔１５内に挿入された鋼管杭１４の状態を外部から目視することができる。なお、透孔２８は、軽量化のために、内筒１８にも設けるようにしてもよい。
継手部８は上記のように構成されている。

杭先１０は、次に説明するように鋳造品で、杭先部６および継手部８を含めて一体に形成されている。
本実施の形態では、図４に示すような、発泡スチロールのような樹脂材料による消失型３０を用いて、杭先１０を一体に鋳造する。
消失型３０は、貫通孔を除いて、杭先１０と同一構造をなす型であり、杭先１０と同一の部分は同一の符号を用いている。

消失型３０は、樹脂材料により形成され、前記貫通孔２０を除く、杭先１０における継手部８の形状に相当する形状を有する割型３１と、樹脂材料により形成され、杭先１０における杭先部６を周方向に複数に割った形状に相当する複数（本実施の携帯では２個）の割型３３ａ、３３ｂとを突き合わせて接着することによって形成されている。
図５は、割型３１の断面図であり、貫通孔２０を除いて、継手部８の構造と同一である。
図６は、割型３３ａ、３３ｂの割構造の一例を示す説明図である。

上記割型３１、３３ａ、３３ｂを突き合わせて接着することによって消失型３０を形成することができる。
この消失型３０を鋳砂内に埋没させ、この消失型３０の部位に溶湯を注湯し、消失型３０を消失置換させることにより、消失型３０と同一形状の鋳造品（杭先１０）を得ることができる。

鋳造材料は球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄５５０）を用いると好適である。本実施の形態では、従来のように溶接が必要でないので、鋳造材料として球状黒鉛鋳鉄を用いることができる。球状黒鉛鋳鉄は、湯流れ性がよく、螺旋羽根５のような薄い構造のものであっても、鋳造時、湯まわりよく製造できる。また、本実施の形態では、消失型３０を用いるものであって、従来のように、鋳造時、あらかじめセラミックシェルを加温するような工程も必要ない。

得られた鋳造品にショットブラストをかけて、消失型３０の残存滓を除去し、次いで外筒１２に貫通孔２０を形成することによって杭先１０を形成することができる。
本実施の形態では、上記のような消失型３０を用いることによって、かつ鋳鉄を用いることによって、薄肉の螺旋羽根５を有する杭先部６と継手部８の一体構造の、かつ軽量の杭先１０を鋳造により容易かつ精度よく製造することができる。

次に、図７により、かしめ治具を用いて、鋼管杭１４を連結する工法について説明する。
まずかしめ治具３２について図７により説明する。
かしめ治具３２は、平面形状がほぼＵ字状をなす本体部３４と、この本体部３４に着脱自在に設けられるアクチュエータ３６とを有する。
本体部３４は、継手１０の外筒１２を覆うようにして外筒１２に装着可能、かつ外筒１２の軸線と直交する方向に移動可能となっている。本体部３４の側壁の上縁および下縁に内方に突出するフランジ部３７、３８が形成されていて、フランジ部３７が外筒１２の上端面に当接して、かしめ治具３４の下方（軸線方向）への落下（移動）を防止すると共に、軸線方向と直交する方向への本体部３４の移動をガイドするようになっている。

また本体部３４のＵ字部の内壁に、対応する外筒１２の貫通孔２０に挿入した固定ピン２２に当接すると共に、該貫通孔２０の縁部をかしめることのできるかしめ爪３９を有する当接部４０が形成されている。かしめ爪３９は、貫通孔２０の縁部を貫通孔２０方向に押し出して固定ピン２２を外筒１２に固定することができるようになっている。また、当接部４０の先端部には、固定ピン２２の端部に設けた凹部２２ａに進入する突部４１が設けられている。この突部４１が凹部２２ａに進入することにより、当接部４０により正確に固定ピン２２を貫通孔２０の軸線方向に押圧することができるようになっている。

図７に示すように、本体部３４の側壁部に、該側壁部の長手方向に伸びるスリット４２が形成されている。このスリット４２は、本体部３４が外筒１２の軸線と直交する方向に移動する際、他の貫通孔２０に挿入した固定ピン２２に移動を妨げられないように、固定ピン２２を通過可能にしている。
また、本体部３４のＵ字の解放端側に、アクチュエータ部３６を着脱可能に係止する係止部４４が設けられている。係止部４４は、本体部３４のＵ字の両端側に、アクチュエータ部３６を上方から抜き差し可能なフック形状に形成されている。

アクチュエータ部３６は、本体部３４の係止部４４に進入して係止部４４に係止する取付部４５を有する。アクチュエータ部３６には油圧シリンダ４７が設けられ、該油圧シリンダ４７のロッド４８の端部に押圧部５０が形成されている。この押圧部５０は、アクチュエータ部３６が本体部３４に装着された際、本体部３４の当接部４０と反対側に位置し、油圧シリンダ４７が作動されてロッド４８が突出すると、該反対側に位置する貫通孔２０に挿入した固定ピン２２に当接する。押圧部５０には、該貫通孔２０の縁部をかしめることのできるかしめ爪５１が形成されている。かしめ爪５１は、貫通孔２０の縁部を貫通孔２０内方向に押し出して固定ピン２２を外筒１２に固定することができるようになっている。また、押圧部５０の先端部には、固定ピン２２の端部に設けた凹部２２ａに進入する突部５２が設けられている。この突部５２が凹部２２ａに進入することにより、押圧部５０により正確に固定ピン２２を貫通孔２０の軸線方向に押圧することができるようになっている。
なお、アクチュエータ部３６が本体部３４に装着される際、アクチュエータ部３６の下面がフランジ部３８の上面に当接することにより、アクチュエータ部３６の高さ方向の位置決めがされ、突部５２の高さが凹部２２ａの高さに一致するように設定されている。

続いて、図８〜図１１により、鋼管杭１４を杭先１０に連結する連結方法について説明する。
まず、図８に示すように、鋼管杭１４の端部を、継手付杭先１０の継手部８の空間部１５に進入するようにして、鋼管杭１４を装着する。その祭、鋼管杭１４の端部が連結壁１６にしっかり当接するように、透孔２８から目視により確認する。

次に、各貫通孔２０に固定ピン２２を挿入する。そして、図９に示すように、かしめ治具３２の本体部３４をそのＵ字の開口部側に継手部８を進入させるようにして、継手部８の外筒１２を覆うように継手部８に装着する。その際、本体部３４に設けたフランジ部３７の下面が継手部８の外筒１２の上端面に沿うようにして本体部３４を移動させるようにする。これにより容易に本体部３４を継手部８上に装着できる。

次いで、図７に示すように、アクチュエータ部３６を、取付部４５を本体部３４の係止部４４内に進入させるようにして、本体部３４に取り付ける。次に、当接部４０の突部４１、および押圧部５０の突部５２が対応する固定ピン２２の凹部２２ａに一致するように、かしめ治具３２を継手部８の軸線を中心として回動させる。このように、かしめ治具３２を継手部８に対して位置合わせした後、図示しない油圧ポンプを作動させて油圧シリンダ４７を作動させ、ロッド４８を突出させる。これにより、押圧部５０が固定ピン２２に当接して固定ピン２２を押圧し、またその反力によりかしめ治具３２が自走して当接部４０が対応する固定ピン２２に当接して押圧する。なお、当接部４０の突部４１、および押圧部５０の突部５２が対応する固定ピン２２の凹部２２ａに進入することから、かしめ治具３２が自動的に固定ピン２２に対して位置合わせされることになるとも言える。

これにより、図１０に示すように、各固定ピン２２が凹部２１内に向けて強力に押し込まれ、その先端部で鋼管杭１４を押し、鋼管杭１４の部位を凹部２１内に膨出するように変形させ、その膨出部が凹部２１の内底面に当接するまで押圧する。このように、油圧シリンダで固定ピン２２を押圧することから、強力な力で固定ピンを直接押圧することができ、膨出部が確実に凹部２１内底面に当接するまで変形させることができ、鋼管杭１４を確実に杭先１０に連結できる。また、凹部２１の底壁は支持部２４で受けられていることから、内筒１８自体が変形してしまうこともなく、これにより、確実に鋼管杭１４を変形させることができるのである。

また、固定ピン２２は、当接部４０の突部４１および押圧部５０の突部５２により、固定ピン２２の端部が貫通孔２０内に２ｍｍほど突入（埋没）するように押し込まれる。またそのように固定ピン２２の長さが設定されている。そして、当接部４０および押圧部５０にはそれぞれかしめ爪３９、５１が設けられていて、固定ピン２２が貫通孔２０内に入り込んだ（埋没した）際、かしめ爪３９、５１により貫通孔２０の縁部を押圧し、縁部を貫通孔２０内方向に押し出す、いわゆるかしめを行うことから、固定ピン２２の抜け止めが行える。

図１０に示すように、対応する２個の固定ピン２２を同時に押圧、固定した後、油圧シリンダ４７による押圧を解除する。そして、他の２個の貫通孔２０に他の固定ピン２２を挿入する。かしめ治具３２の本体部３４の側壁部にはスリット４２が形成されていることから、このスリット４２に他の貫通孔２０が露出しているので、かしめ治具３２を継手１０から取り外さなくとも、このスリット４２を通じて他の固定ピン２２を他の貫通孔２０に挿入できる。このとき、各固定ピン２２は継手１０の外筒１２から突出している状況である。
なお、４本の固定ピン２２を当初から対応する貫通孔２０内に挿入しておくようにしてもよい。

次いで、かしめ治具３２を継手部８を中心に９０°回転させ、当接部４０と押圧部５０が他の固定ピン２２に対向位置するようにする。このとき他の固定ピン２２は継手１０の外筒１２の外周面から突出している状態であるが、スリット４２が存在することから、かしめ治具３２の回転が妨げられることはない。
この状態で再度油圧シリンダ４７を作動させ、上記と同様にして他の２個の固定ピン２２を押圧して、鋼管杭１４の部位を変形させ、鋼管杭１４の固定を行うようにする。そして、油圧シリンダ４７を停止し、アクチュエータ３６を本体部３４から取り外し、本体部３４を継手部８上から取り外して、鋼管杭１４への杭先１０の連結を終了する（図１１）。
なお、貫通孔２０が６個設けられるときは、かしめ治具３２を６０°ずつ回転させ、貫通孔２０が８個設けられるときは、かしめ治具３２を４５°ずつ回転させて、全ての固定ピン２２を押圧、固定するようにすることはもちろんである。

図１０、図１１に示すように、鋼管杭１４は、固定ピン２２と、凹部２１の縁部である鍔部２１ａとによって断面Ｚ字状に変形させられることから、空間部１５からの抜け止め、および回り止めがなされる。
固定ピン２２の抜け止めは上記のように貫通孔２０の縁部をかしめることによって行うが、鋼管杭１４に継手部８に対して回転する方向に外力が作用すると、固定ピン２２には鋼管杭１４の回転方向とは反対の方向への力が作用し、固定ピン２２は貫通孔２０内において多少とも傾斜し、そのエッジ部が貫通孔２０内壁に食い込み、これにより固定ピン２２のさらなる抜け止めがなされる。また、鋼管杭１４に貫通孔２０から抜ける方向に外力が作用すると、これによっても固定ピン２２にはそれと反対方向の力が作用し、やはりそのエッジ部が貫通孔２０の内壁に食い込み、さらなる抜け止めがなされる。

あるいは、固定ピン２２を、当接部４０や押圧部５０からの押圧力によって固定ピン２２が径方向に若干膨らむ材質のもので形成し、貫通孔２０内で膨らむことによって、貫通孔２０との摩擦力を増大させたり、エッジ部を貫通孔２０内壁に食い込ませるようにして、さらなる抜け止めをするようにしてもよい。

本実施の形態では、上記のように、杭先１０に、機械的なかしめ式の継手部を一体に設けたことにより、従来のように、厄介な溶接作業を施工現場で行う必要がなくなり、簡単なかしめ作業により、施工現場にて容易かつ精度よく、鋼管杭１４と杭先１０の連結を行うことができる。したがって、杭先１０と鋼管杭１４とを非連結状態で運搬でき、運搬作業も容易となる。
なお、継手部８において、固定ピン２２に替えてねじピンを用いるようにしてもよい。この場合、貫通孔２０は雌ねじ孔に形成するのはもちろんである。

４ 本体部、５ 螺旋羽根、６ 杭先部、８ 継手部、１０ 杭先、１２ 外筒、１４ 鋼管杭、１５ 空間部、１６ 連結部、１８ 内筒、２０ 貫通孔、２１ 凹部、２２ 固定ピン、２４ 支持部、２６ 鋳抜き孔、２８ 透孔、３０ 消失型、３１ 割型、３２ かしめ治具、３３ａ 割型、３３ｂ 割型、３４ 本体部、３６ アクチュエータ部、３７ ３８ フランジ部、３９ かしめ爪、４０ 当接部、４１ 突部、４２ スリット、４４ 係止部、４５ 取付部、４７油圧シリンダ、４８ ロッド、５０ 押圧部、５１ かしめ爪、５２ 突部

Claims (2)

1. 本体部外周に螺旋羽根を有する杭先部の前記本体部に、鋼管杭接続用の継手部が、前記本体部および前記螺旋羽根と共に鋳造により一体に形成された鋼管杭用の継手付杭先であって、前記継手部が、外筒と、該外筒の内側に、該外筒の端部側から接続すべき鋼管杭の端部を挿入しうる間隔をおいて、連結壁により連結された内筒と、前記外筒の筒体部に、周方向に所定間隔をおいて複数設けられた固定ピン挿入用の貫通孔と、該貫通孔に対向する前記内筒の外周面に設けられた凹部と、前記内筒内を横切って設けられ、前記各凹部の底壁を内側から受ける支持部を具備する鋼管杭用の継手付杭先の製造方法において、
   樹脂材料により形成され、前記継手付杭先における前記継手部であって前記貫通孔を有しない継手部の形状に相当する形状を有する割型と、樹脂材料により形成され、前記鋼管杭用の継手付杭先における前記杭先部を周方向に複数に割った形状に相当する複数の割型とを突き合わせて接着して、前記貫通孔を有しない前記継手付杭先の形状を有する消失型を形成し、
   該消失型を鋳砂内に埋没させ、消失型に相当する部位に溶湯を注湯し、消失型を消失置換させることにより、消失型形状の鋳造品を形成し、
   該鋳造品に前記貫通孔を形成することを特徴とする鋼管杭用の継手付杭先の製造方法。
2. 鋳造材に球状黒鉛鋳鉄を用いることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭用の継手付杭先の製造方法。

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