JP5642988B2

JP5642988B2 - 着脱式ガイド治具およびそれを用いた鋼管杭の建込み方法

Info

Publication number: JP5642988B2
Application number: JP2010083302A
Authority: JP
Inventors: 秀典草薙; 功小用; 山本　武志; 武志山本
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Civil Engineering and Construction Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Civil Engineering and Construction Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214310A

Description

本発明は、鋼管杭の建込み時に鋼管杭同士を接合するための着脱式ガイド治具およびそれを用いた鋼管杭の建込み方法に関するものである。

近年、50階を超える高層ビルに象徴されるように、大規模な建設物が増えてきている。しかし、特に、わが国の地層は、その表層部に堅固な岩盤層を持たないため、建設物の基礎工事としては、鋼管杭の使用が欠かせないものとなっている。
また、上記したような建設物だけでなく、橋梁基礎、港湾・臨海構造物基礎等にも広く鋼管杭は使われている。

この鋼管杭は、単体で用いられることは少なく、特に、岩盤層が深い場所等に用いる場合には、相当数の鋼管杭を溶接で継合わせて使用することが不可欠であるが、この継合わせは、地面にすでに埋設されている下鋼管杭の上端面に、クレーン等で吊った上鋼管杭を載せて溶接する方法で行われる。
しかし、この上鋼管杭を載せる作業は、鋼管杭が数トンレベルの重量物でかつ数ｍの長尺物であることから、その位置合わせは、作業者が直接手を触れないと極めて難しいものであり、また作業者が上下杭の間に挟まれる危険がある。

この問題に対し、特許文献１には鋼管杭に予め嵌合用の印籠継手を形成したものを用いる技術が、また、特許文献２には、位置合わせ用の突起物を鋼管杭に予め取りつけ、専用のガイド治具を用いて位置合わせを行う技術がそれぞれ記載されている。

特開平２-１０４８１５号公報特開平９−４１３６８号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載の技術のいずれもが鋼管杭に予め加工を施す必要がある。また、前述したような危険作業を伴い、手を触れずに作業するのは極めて難しい重量物である鋼管杭を、上記加工を施すために、さらに追加して取扱う必要があるという問題があった。
また、鋼管杭の建込み時の現場において、下鋼管杭にガイドを溶接する方法もあるが、この方法は現場での溶接工程が増えるだけでなく、使用後のガイドをハンマーで叩いて、下鋼管杭から取去る必要がある。そのため、下鋼管杭およびガイド共に破損するおそれがあり、特に、使用の度に局所的な破損が見られ、都度再加工を要していた。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、鋼管杭の建込み時に、鋼管杭同士を接合するための位置決め用治具であって、鋼管杭に予め加工を施す必要がなく、繰返しの使用ができ、さらには異なる鋼管杭の径であっても汎用的に使用できる着脱式ガイド治具と、それを用いた鋼管杭の建込み方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鋼管杭の建込みに際し、上下鋼管杭を溶接して接合するために上鋼管杭を下鋼管杭に対して位置合わせするガイド治具であって、中心板と少なくともその片面に付設した支持部材とを備え、
該中心板は該下鋼管杭に対し接する面と該面に続き上方外側に拡がる傾斜面とを有し、
該支持部材は、少なくとも１個の磁石と、複数枚であるヨークとしての金属板とを有し、かつ下鋼管杭に対する吸着機能をそなえ、該金属板は個々の金属板が上記中心板に対して長穴を利用してスライド可能であり、金属板を長穴を利用して個々にスライドさせることによって、個々の金属板の下鋼管杭に対向する面を、該下鋼管杭の表面に合わせることが可能であって、
さらに、該中心板と該支持部材の固定手段を備えることを特徴とする着脱式ガイド治具。

２．前記中心板が、鉄材または高強度樹脂材であることを特徴とする前記１に記載の着脱式ガイド治具。

３．前記中心板が、ワイヤーロープ固定用のワイヤー通し穴または溝を備えることを特徴とする前記１または２に記載の着脱式ガイド治具。

４．前記１〜３いずれかに記載の着脱式ガイド治具を用いた鋼管杭の建込み方法であって、下鋼管杭に上鋼管杭を建込む際に、該下鋼管杭の上部周面の少なくとも３箇所に、該着脱式ガイド治具を、上方外側に拡がる傾斜面を該下鋼管杭の上端面より突出させて取付けたのち、該上鋼管杭を、該傾斜面を利用して該下鋼管杭の上端面に載置し、ついで、溶接により上下鋼管杭を接合した後、該着脱式ガイド治具を該下鋼管杭から取外すことを特徴とする鋼管杭の建込み方法。

５．前記着脱式ガイド治具を下鋼管杭に取付けたのち、さらにワイヤーロープを用いて、該着脱式ガイド治具を下鋼管杭に対して固縛することを特徴とする前記４に記載の鋼管杭の建込み方法。

本発明によれば、鋼管杭の建込み時に、重量物である鋼管杭に予め加工を施す必要が無く、簡単かつ正確に、鋼管杭の建込みを行うことができるようになる。
また、本発明の着脱式ガイド治具は、繰返して使用することができ、さらに、異なる鋼管径の鋼管杭の建込みを行う場合であっても、そのまま使用できるため、経済的にも極めて有利である。

本発明の着脱式ガイド治具を示した図である。本発明の着脱式ガイド治具の部品を示した図である。本発明の着脱式ガイド治具を下鋼管杭に固定した状態を示した図である。本発明の着脱式ガイド治具を下鋼管杭に固定し、上鋼管杭を降ろした状態を示した図である。従来の溶接式ガイド治具を示した図である。

以下、本発明について、図を用いて具体的に説明する。
図１(a)に、本発明にかかる着脱式ガイド治具の中心板と支持部材とを示す。図中、１は中心板、２は支持部材、３は磁石、４は傾斜面、５は下鋼管杭に対し接する面および６はヨークとしての金属板である。
本発明に従う着脱式ガイド治具の中心板１および支持部材２の固定手段に、特段の限定はないが、図１(b)に示したように、ボルトおよびナットを用いて、中心板１に支持部材２を固定して使用することが好ましい。

図２に、着脱式ガイド治具の部品を示す。図２(a)は、中心板の図面であり、図２(b)〜(c)で支持部材の部品図を示し、同図 (b) はヨークとしての金属板６を示す図であり、同図(c)は、磁石を示す図である。図中、Ｈ_１で下鋼管杭に対し接する面５の高さを、また、Ｈ_２で傾斜面４の高さを、Ｗで傾斜面の拡がり幅を、Ｎ_１で傾斜面の始点を、Ｎ_２で中心板先端部をそれぞれ示す。なお、７は着脱式ガイド治具の固定用のワイヤーロープ用開口部、８は質量調整用の開口部である。

本発明の着脱式ガイド治具は、図１(a)に示したように、中心板１と支持部材２とを備えており、中心板１の少なくとも片面に、支持部材２が付設されている（図では中心板１の両面に付設した場合を示している）。
中心板１には、下鋼管杭に対して上方外側向きに傾斜している傾斜面４と下鋼管杭に対し接する面５（以下、単に杭と接する面という）がある。
また、支持部材２は、磁力を伝えるヨークとしての金属製の少なくとも１枚、好ましくは複数枚の金属板６（同図では、10枚）と、少なくとも１個の磁石３（同図では、３個）とを有している。

本発明の特徴は、上記した傾斜面４の上方外側への拡がりを利用して、下鋼管杭の上端面に、上鋼管杭を極めて精度良くかつ短時間で載置することである。ここに、この傾斜面４は、同図に示したように直線的な稜線とすることが好ましいが、この形状だけに限るものではなく、曲線または、曲線と直線の複合した稜線でも十分にガイドとして機能する。
なお、杭と接する面５は、下鋼管杭の上部周面に、本発明の着脱式ガイド治具を正確に取付けるための基準面となるものである。

また、本発明の他の特徴は、支持部材２および金属板６が中心板１に対してスライドして、下鋼管杭の表面曲率に沿って移動することができる機能を持っていることである。この機能により、本発明の着脱式ガイド治具は、鋼管杭の外径によらず使用することができる。
さらに、支持部材２は、磁石３およびスライドする金属板６を有していることにより、下鋼管杭に簡単かつ任意の強度で固定することができるのみならず、下鋼管杭から着脱式ガイド治具を外す時にも、容易に外すことができる。
以上の特徴により、鋼管杭の建込み作業中、作業者は上鋼管杭に手を添える必要がなく、安全に作業することができる。

加えて、本発明の着脱式ガイド治具は、繰返しの使用ができる。
そのため、例えば中心板に、ワイヤーロープ用開口部７や軽量化のための質量調整用の開口部８等の追加工ができる。というのは、廃棄を前提とした治具であれば、追加工はコストアップの影響が大きいが、相当回数にわたって繰返し使う場合には、作業性の改善による効果が、コストアップ分の影響を上回ることが期待できる。
すなわち、軽量化による、作業現場での繰返し作業時の確実性および安全性の向上や搬送負荷の低減、ワイヤーロープ用開口部７による着脱式ガイド治具の固定時間の短縮等の効果である。

次に、本発明の着脱式ガイド治具の構成部品を説明する。
図２(a)に、中心板１の一例を示す。
中心板の大きさとして、特に制限はないが、持ち運びや、鋼管杭への取付け作業性等を考慮すると、中心板の厚さは、６〜12mm程度が好ましく、杭と接する面５の高さＨ_１は、50〜350mm程度が好ましく、傾斜面４の高さＨ_２は、100〜500mm程度が好ましく、また、傾斜面の始点Ｎ_１から先端部Ｎ_２への上方外側への拡がり幅Ｗは、50〜200mm程度が好ましい。なお、図に示す角度θで表すと６〜39°程度が好ましい。
なお、傾斜面４を、図２(a)では直線的に示しているが、曲線的な稜線を持つ面でも良いことは、前述したとおりである。
また、図２(a)に示したように、使用時の強度を考慮した上で、質量調整用の開口部８を設けると、着脱式ガイド治具全体の重さが減って、作業者の負担軽減となるので好ましい。

本発明にかかる着脱式ガイド治具の中心板の材質は、上鋼管杭の当たる衝撃に耐えられるものであれば、特に制限は無いが、コストおよび耐久性等を考えると、鉄材、アルミ材等の金属、またはFRP（繊維強化プラスチック）等の高強度樹脂材が挙げられる。

図２(b)に、支持部材２を構成する金属板６の一例を示す。
同図に示したように、金属板６は、ボルトで締め付ける前にスライドが可能な長穴が設けられている。この長穴形状は金属板がスライドをすれば特に限定はないが、長径と短径の比、長径／短径は１〜３程度とするのが好ましい。また、金属板６の厚みに特に制限はないが２〜３mm程度が好ましい。

本発明では、金属板６の間に、適宜磁石３を配置すれば、ホルダーは特に必要はないが、磁石ホルダーを用いると、着脱式ガイド治具の取付け作業中等に磁石の脱落等のおそれが無くなりより有利である。
なお、磁石ホルダーの厚みとしては２mm程度が好ましい。

図２(c)に、磁石３の一例を示す。
本発明に使用する磁石にも特に制限は無いが、フェライト系や、希土類系等、従来公知の永久磁石用磁性体がいずれも使用でき、図２(c)に示したような四角形状で、20〜30mm角、７mm程度の厚みのものが好適である。

以上、図２(b)に示した金属板６、および図２(c)に示した磁石３を組み立てることで、本発明に従う支持部材２となる。
なお、図１(a)では、金属板を、支持部材１個当たりで10枚用いた例を示しているが、磁石１個、金属板１枚の組合せを、中心板の左右いずれかに配置すれば、本発明にかかる着脱式ガイド治具となる。なお、金属板の枚数は支持部材１個当たり４〜32枚程度が、鋼管杭の径に対する汎用性、固定時の密着力および取外しの容易性という点で好ましい。

次に、本発明にかかる着脱式ガイド治具を用いて、鋼管杭の建込みを行う手順を具体的に説明する。
図３に、着脱式ガイド治具を下鋼管杭に固定した状態を示す。
図４に、着脱式ガイド治具を固定した下鋼管杭に、上鋼管杭を降ろした状態を示す。

まず、着脱式ガイド治具の杭と接する面５を、図３に示したように、下鋼管杭の上部周面に接触させる。この時、着脱式ガイド治具の傾斜面４は、下鋼管杭に対して上方外側向きに傾斜し、下鋼管杭の上端面より突出している。なお、この時、傾斜面４は、全ての部分が下鋼管杭の上端面から突き出していることが好ましい。また、左右の支持部材２のボルトおよびナットの締め付けは緩めておく。

ついで、下鋼管杭の表面曲率に合わせるため、左右の支持部材２の金属板６を長穴を利用して個々にスライドさせ、金属板をそれぞれ下鋼管杭の上部周面に密着させたのち、ボルトおよびナットを締めて、中心板１に支持部材２を固定させると同時に、下鋼管杭に着脱式ガイド治具を取付ける。この様に、ボルトおよびナットを締付けた支持部材２は、同じ径の杭であれば、都度緩めたり締付けたりすることなく、継続して使用することができる。
同様の手順を繰返して、少なくとも３個の着脱式ガイド治具を下鋼管杭に取付ける。

さらに、上記したように少なくとも３個の着脱式ガイド治具を下鋼管杭に取付けた後に、上鋼管杭の重量等に応じて、図３に示したように、ワイヤーロープを用いてさらに固縛することがより好適である。
この時、前記したように中心板にワイヤーロープ用開口部７または溝（図示せず）を設けておくと、この固縛作業がより簡単にできるので好ましい。

その後、図４に示すように上鋼管杭を降ろす作業となるが、本発明に従う方法では、着脱式ガイド治具の傾斜面４を利用して行うことができる。そのため、作業者は手を添えることなく安全に作業でき、また、上下の鋼管杭を溶接位置（下鋼管杭上端面）に対して正確に載置したのちに溶接作業を実施することができる。
なお、本発明における溶接は、抵抗溶接等の従来公知の溶接方法いずれもが使用できる。

上記溶接作業実施前の仮溶接作業終了後は、本発明の着脱式ガイド治具を容易に下鋼管杭から外すことができる。

外径：400mm、長さ：12ｍ、重量：約1.4ｔの鋼管杭を用いて、クレーンで吊り上げ上鋼管杭とし、また、予め地面に設置した同径の鋼管杭を下鋼管杭として、上鋼管杭を溶接位置（下鋼管杭の上端面）に正確に載置する（上下鋼管杭の溶接までは行わず）試験を、実工事の杭打ち施工を通して繰返し行った。発明例では、図１に示した着脱式ガイド治具を用い、着脱式ガイド治具の取付けから取り外しまでを、本発明に従う方法で行った。（以下、発明例という。）一方、従来例としては、図５に示す溶接型のガイドを用い、ガイドを下鋼管杭に取付けるときは抵抗スポット溶接とし、ガイドを下鋼管杭から外すときはハンマーで叩いて取り外した。その他の手順は、通常の鋼管杭の建込み方法を用いた。（以下、従来例という。）
なお、本試験では、それぞれ３箇所に治具(ガイド)を取付け、試験を繰り返すたびに、治具を取り外して、再び固定するという作業を繰り返した。

その結果、従来例は、４回繰り返したところで、３個の治具の溶接部周辺に欠損或いは形状の膨らみが確認された。発明例は５回繰り返しても全く異常は認められなかった。
また、この時のガイドの着脱の平均時間は、発明例でおよそ２分３０秒（５回の平均）、従来例でおよそ４分（４回の平均）、であった。

外径：600mm、長さ：12ｍ、重量：約2.8ｔの鋼管杭を用意し、実施例１と同様に、鋼管杭を溶接位置に正確に載置する試験を繰返し行った。従来例として、図５に示す溶接型のガイドを鋼管杭の外径に合わせるように別途作製したものを用いた。
その他の条件は、実施例１と同様である。

その結果、従来例は、４回繰り返したところで、やはり、３個の治具の溶接部周辺に欠損或いは形状の膨らみが確認された。発明例は５回繰り返しても全く異常は認められなかった。
また、この時のガイドの着脱の平均時間は、発明例でおよそ２分３０秒（５回の平均）、従来例でおよそ４分（４回の平均）、であった。

以上の試験より、本発明に従う着脱式ガイド治具は、鋼管杭の径が異なっても、特段の追加作業も無く、かつ合計で10回の繰返し着脱にも十分に対応していることが分かった。
また、その着脱に要する時間も従来より38％程度短縮している。

本発明によれば、鋼管杭の建込み方法として、大型ビル等の基礎用杭の建込みに簡単かつ安全、正確な方法として利用できるだけでなく、土木や海洋構造物等の建込みに対しても広く利用することができる。

１中心板
２支持部材
３磁石
４傾斜面
５下鋼管杭に対し接する面
６金属板
７固定用のワイヤーロープ用開口部
８質量調整用の開口部
Ｈ１杭と接する面５の長さ
Ｈ２傾斜面４の高さ
Ｗ傾斜部４の拡がり幅
Ｎ１傾斜面の始点
Ｎ２中心板先端部

Claims

鋼管杭の建込みに際し、上下鋼管杭を溶接して接合するために上鋼管杭を下鋼管杭に対して位置合わせするガイド治具であって、中心板と少なくともその片面に付設した支持部材とを備え、
該中心板は該下鋼管杭に対し接する面と該面に続き上方外側に拡がる傾斜面とを有し、
該支持部材は、少なくとも１個の磁石と、複数枚であるヨークとしての金属板とを有し、かつ下鋼管杭に対する吸着機能をそなえ、該金属板は個々の金属板が上記中心板に対して長穴を利用してスライド可能であり、金属板を長穴を利用して個々にスライドさせることによって、個々の金属板の下鋼管杭に対向する面を、該下鋼管杭の表面に合わせることが可能であって、
さらに、該中心板と該支持部材の固定手段を備えることを特徴とする着脱式ガイド治具。
前記中心板が、鉄材または高強度樹脂材であることを特徴とする請求項１に記載の着脱式ガイド治具。
前記中心板が、ワイヤーロープ固定用のワイヤー通し穴または溝を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の着脱式ガイド治具。
請求項１〜３いずれかに記載の着脱式ガイド治具を用いた鋼管杭の建込み方法であって、下鋼管杭に上鋼管杭を建込む際に、該下鋼管杭の上部周面の少なくとも３箇所に、該着脱式ガイド治具を、上方外側に拡がる傾斜面を該下鋼管杭の上端面より突出させて取付けたのち、該上鋼管杭を、該傾斜面を利用して該下鋼管杭の上端面に載置し、ついで、溶接により上下鋼管杭を接合した後、該着脱式ガイド治具を該下鋼管杭から取外すことを特徴とする鋼管杭の建込み方法。
前記着脱式ガイド治具を下鋼管杭に取付けたのち、さらにワイヤーロープを用いて、該着脱式ガイド治具を下鋼管杭に対して固縛することを特徴とする請求項４に記載の鋼管杭の建込み方法。