JP5868636B2 - 鋼管杭および鋼管杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭および鋼管杭の施工方法に係り、詳しくは、円筒状かつ長尺状の鋼管本体と、この鋼管本体の少なくとも先端部から所定高さ範囲の外周面に固定される螺旋状の羽根とを備えた鋼管杭、および、回転圧入によって地盤に貫入される鋼管杭の施工方法に関する。

従来、鋼管外周面に螺旋状の突起を備え、回転貫入によって地盤に貫入される鋼管杭が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この鋼管杭では、鋼管先端が１０°〜５０°の傾斜角で斜めに切断されており、この切断部を形成することで地盤への先端掘削性能を高め、貫入抵抗を抑制することで鋼管杭の施工性の向上が図られている。

実開平４−４１５２６号公報

ところで、特許文献１に記載された従来の鋼管杭では、螺旋状の突起の突出寸法が小さいため、この突起による地盤への掘進性能がさほど高くないことから、先端傾斜部を設けたとしても施工性の向上には一定の限界があった。一方、鋼管杭としては、鋼管外周面に螺旋状の羽根を固定したものも知られており、このような鋼管杭によれば、羽根が地盤に食い込みつつ掘進することで、貫入性能を高めて施工性の一層の向上が期待できる。しかしながら、羽根が地盤からの抵抗を受けることから、羽根を中心にして鋼管杭が回転してしまい（芯ずれを起こしてしまい）、特に貫入初期段階における直進性の確保が困難になってしまうという不都合がある。

本発明の目的は、貫入時の直進性を確保しつつ貫入性能を高めて施工性向上を図ることができる鋼管杭および鋼管杭の施工方法を提供することにある。

本発明の鋼管杭は、長尺円筒状かつ先端が開口した鋼管本体と、この鋼管本体の先端部から所定高さ範囲の外周面に固定される螺旋状の羽根とを備え、回転圧入によって地盤に貫入される鋼管杭であって、前記鋼管本体の先端部には、先端縁の径方向一方側に向かって上方に傾斜して当該鋼管本体を切断した傾斜開口部と、この傾斜開口部に対して径方向他方側にて当該鋼管本体が残置された先端背面部とが形成され、前記羽根は、前記鋼管本体の先端部外周面に交差して外側に延びる羽根先端縁と、この羽根先端縁に連続して周方向一方側かつ上方に延びる羽根本体部とを有し、前記羽根先端縁の一部から前記鋼管本体の中心を結ぶ直線と略直交した前記他方側であって、当該羽根先端縁よりも前記羽根本体部の側に前記先端背面部が設けられ、前記先端背面部における前記羽根先端縁下面から前記先端縁までの長さは、前記羽根の幅寸法に対して１／２倍以上に設定されていることを特徴とする。

以上の本発明によれば、羽根先端縁の方向と略直交しかつ羽根先端縁よりも羽根本体部側に先端背面部を設けた、すなわち、羽根が地盤中を掘進する際に真っ先に地盤に食い込む羽根先端縁から見て回転方向の後方側に先端背面部が位置することになる。従って、鋼管杭を地盤に回転圧入する際に、地盤からの抵抗を受ける羽根先端縁を中心として鋼管杭全体を回転させようとする回転モーメントに対し、この回転モーメントと逆向きの抵抗力を先端背面部から作用させることができ、鋼管杭の芯ずれを防止して直進性を確保しつつ地盤に貫入させることができる。また、先端背面部と径方向の反対側に傾斜開口部が設けられ、すなわち、羽根先端縁から見て回転方向の前方側に傾斜開口部が設けられているので、地盤への回転圧入に伴って掘削した土を傾斜開口部からスムーズに鋼管本体内部に取り入れることができ、掘進に伴う地盤抵抗を抑制しつつ、鋼管本体に取り付けた土を上方へ押し上げることで管内閉塞による貫入抵抗の増加を低減させることができる。
さらに、羽根先端縁下面からの先端背面部の長さ寸法を所定長さ以上確保することで、地盤への貫入性をさらに高めて直進性を向上させることができる。

この際、本発明の鋼管杭では、前記傾斜開口部の先端部は、前記鋼管本体の先端縁における過半の範囲に形成されていることが好ましい。
さらに、前記傾斜開口部の上端部は、前記鋼管本体の先端縁から当該鋼管本体の直径に対して１倍以上かつ３倍以下の範囲に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、鋼管本体の先端縁の過半の範囲に傾斜開口部の先端部を形成することで、鋼管本体の先端を鋭利に形成して地盤への貫入性を高めつつ、傾斜開口部の上端部位置を鋼管杭の直径よりも大きくすることで、傾斜開口部の開口面積を確保して掘削土の取り込み性能を高めることができる。従って、貫入性を高めつつ貫入抵抗を抑制することができるので、施工性を向上させることができる。

一方、本発明の鋼管杭の施工方法は、前記いずれかの鋼管杭の施工方法であって、前記鋼管杭の先端背面部を地盤に突き刺して位置決めした後に、前記鋼管本体を回転させて前記羽根によって掘進させて地盤に貫入することを特徴とする。
このような本発明によれば、先端背面部を地盤に突き刺して位置決めした後に鋼管本体を回転させて羽根によって掘進させることで、前述のように先端背面部の抵抗力によって鋼管杭全体の回転が抑制されることから、位置決めした杭芯がずれることなく、所定位置に鋼管杭を施工することができるとともに、羽根の掘進によって貫入性能を高めて施工性を向上させることができる。
なお、本発明の参考としての鋼管杭は、長尺円筒状かつ先端が開口した鋼管本体と、この鋼管本体の先端部から所定高さ範囲の外周面に固定される螺旋状の羽根とを備え、回転圧入によって地盤に貫入される鋼管杭であって、前記鋼管本体の先端部には、先端縁の径方向一方側に向かって上方に傾斜して当該鋼管本体を切断した傾斜開口部と、この傾斜開口部に対して径方向他方側にて当該鋼管本体が残置された先端背面部とが形成され、前記羽根は、前記鋼管本体の先端部外周面に交差して外側に延びる羽根先端縁と、この羽根先端縁に連続して周方向一方側かつ上方に延びる羽根本体部とを有し、前記羽根先端縁の一部から前記鋼管本体の中心を結ぶ直線と略直交した前記他方側であって、当該羽根先端縁よりも前記羽根本体部の側に前記先端背面部が設けられていることを特徴とする。この鋼管杭によれば、前述した作用効果を発揮できる。

以上のような本発明の鋼管杭および鋼管杭の施工方法によれば、螺旋状の羽根が地盤を掘進するとともに鋼管本体の先端部を鋭利に形成したことによって貫入性能を高めるとともに、傾斜開口部から掘削土を取り込むことで貫入抵抗を抑制でき、かつ羽根に作用する地盤からの抵抗に対しては先端背面部の抵抗力によって鋼管杭全体の回転（芯ずれ）を抑制することができ、直進性を確保しつつ施工性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る鋼管杭の先端部を示す側面図である。 図１とは先端形状が異なる実施形態の鋼管杭を示す側面図である。 前記鋼管杭を示す斜視図である。 前記鋼管杭の作用を説明する図である。 前記鋼管杭の作用を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、鋼管杭１は、軸方向Ｘに沿って長尺円筒状かつ先端が開口した鋼管本体２と、この鋼管本体２の先端部から所定高さ範囲の外周面２Ａに固定される螺旋状の羽根３とを備えて構成されている。この鋼管杭１は、軸方向Ｘの上方である杭頭部を把持した適宜な回転圧入装置によって回転させつつ下方に押し下げることで、羽根３による掘進力を得て地盤に貫入されるようになっている。鋼管本体２の先端部には、先端縁２Ｂの径方向一方側（図１の左側）に向かって上方に傾斜して鋼管本体２を切断した傾斜開口部４と、この傾斜開口部４に対して径方向他方側（図１の右側）にて鋼管本体２の周面が残置された先端背面部５とが形成されている。羽根３は、鋼管本体２の先端部外周面２Ａに交差して外側に延びる羽根先端縁３Ａと、この羽根先端縁３Ａに連続して周方向一方側かつ上方に延びる羽根本体部３Ｂとを有し、すなわち鋼管本体２の先端側から見て杭頭側に向かって時計回り（右回り）の螺旋状に形成されている。

図１の鋼管杭１では、鋼管本体２の先端縁２Ｂにおける鋼管本体２の直径Ｄに対して半分以上（Ｌ１≧Ｄ／２）他方側に傾斜開口部４の先端位置が設けられ、先端縁２Ｂから直径Ｄに対して１倍以上（Ｌ２≧Ｄ）上方に傾斜開口部４の上端位置が設けられている。また、羽根先端縁３Ａの下面から先端背面部５の先端部までの距離Ｌ３は、羽根３の幅寸法Ｂに対して１／２倍以上（Ｌ３≧Ｄ／２）に設定されている。なお、各距離Ｌ１，Ｌ２は、図１に示すものに限らず、距離Ｌ１は、直径Ｄの１／２倍以上かつ１倍以下（Ｄ／２≦Ｌ１≦Ｄ）であればよく、距離Ｌ２は、直径Ｄの１倍以上かつ３倍以下（Ｄ≦Ｌ２≦３Ｄ）であればよく、例えば、図２に示す鋼管杭１の形態であってもよい。図２の鋼管杭１では、傾斜開口部４の先端位置が鋼管本体２の直径Ｄの約１倍（Ｌ１＝Ｄ）だけ他方側に設けられ、傾斜開口部４の上端は、先端縁２Ｂから直径Ｄの約２倍（Ｌ２＝２Ｄ）だけ上方に設けられている。

図３にも示すように、傾斜開口部４は、羽根先端縁３Ａの掘進方向前方側（一方側）に設けられ、この傾斜開口部４に対して鋼管本体２の中心（Ｘ軸の位置）を挟んで反対側（他方側であり、掘進方向後方側）に先端背面部５が形成されている。具体的には、図４に示すように、羽根先端縁３Ａの基端部Ｏ１と鋼管本体２の中心とを結ぶ直線Ａ１に対し、この直線Ａ１に直交しかつ鋼管本体２の中心を通って羽根本体部３Ｂ側に延びる直線Ａ２が鋼管本体２と交差する位置Ｐ１を含んで先端背面部５が設けられている。さらに、図５に示すように、羽根先端縁３Ａの外端部Ｏ２と鋼管本体２の中心とを結ぶ直線Ａ３に対し、この直線Ａ３に直交しかつ鋼管本体２の中心を通って羽根本体部３Ｂ側に延びる直線Ａ４が鋼管本体２と交差する位置Ｐ２を含んで先端背面部５が設けられている。すなわち、先端背面部５は、羽根先端縁３Ａ内のいずれかの位置から鋼管本体２の中心を結ぶ直線と直交して羽根本体部３Ｂ側（掘進方向後方側）に形成されている。

以上の鋼管杭１によれば、地盤に回転圧入する際に地盤からの掘削抵抗が羽根先端縁３Ａに作用し、鋼管杭１全体が回転移動（芯ずれ）しようとしても、先端背面部５が地盤に圧接されることで抵抗力が発生して芯ずれが防止できるようになっている。具体的には、図４に示すように、羽根先端縁３Ａの基端部Ｏ１を中心として鋼管杭１全体が矢印で示す方向に回転しようとする回転モーメントが作用した場合、その回転方向の前方側である直線Ａ２上に先端背面部５が位置していることで、この先端背面部５に地盤からの押圧力が回転移動に対する抵抗力として作用し、鋼管杭１全体の芯ずれが抑制できる。また、図５に示すように、羽根先端縁３Ａの外端部Ｏ２を中心として鋼管杭１全体に回転モーメントが作用した場合でも、その回転方向の前方側である直線Ａ４上に位置する先端背面部５の抵抗力によって鋼管杭１全体の芯ずれが抑制できる。すなわち、羽根先端縁３Ａのいずれの位置を中心として回転モーメントが作用する場合でも、位置Ｐ１，Ｐ２を含んで先端背面部５が形成されていれば、回転移動に対する抵抗力を発揮させることができ、鋼管杭１全体の芯ずれを効率的に防止することができる。

また、鋼管杭１の施工に際しては、先ず、鋼管杭１を杭頭側からハンマーで叩くか回転圧入装置等を用いて下方に押し下げ、先端背面部５の先端を地盤に突き刺して位置決めしてから、鋼管杭１の回転を開始する。その後、羽根３によって地盤を掘進するとともに、その掘進距離に応じて下方に圧入することによって鋼管杭１を地盤に貫入させていく。このような貫入に際して、傾斜開口部４が羽根先端縁３Ａの掘進方向前方側に位置することから、掘削した土を傾斜開口部４から鋼管本体２内部に取り入れやすくできるとともに、入った土を鋼管本体２の上方へ押し上げて管内閉塞を防止することができる。すなわち、傾斜開口部４が鋼管本体２の先端縁２Ｂから距離Ｌ２だけ高い位置まで開口していることから、圧入による鋼管杭１の沈下量と鋼管本体２の内部断面積とによって決定される土の体積（必要取り入れ土量）よりも、傾斜開口部４から取り入れ可能な土の体積（取り入れ可能土量）の方が大きくできる。従って、羽根３による掘削で緩んだ状態の土を鋼管本体２内部に取り入れ、この土を圧密することなく鋼管本体２の上方へ押し上げることができるので、管内閉塞を防止して圧入抵抗の増大を抑制することができる。

以上のような本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
すなわち、羽根先端縁３Ａに対して掘進方向後方側に先端背面部５が形成されているので、鋼管杭１を地盤に回転圧入する際に、羽根先端縁３Ａを中心とする回転モーメントに対して先端背面部５が抵抗することにより鋼管杭１の芯ずれを防止して直進性を確保しつつ地盤に貫入させることができる。また、羽根先端縁３Ａに対して掘進方向前方側に傾斜開口部４が形成されているので、地盤への回転圧入に伴って掘削した土を傾斜開口部４からスムーズに鋼管本体２内部に取り入れることができ、掘進に伴う地盤抵抗を抑制しつつ、鋼管本体２に取り入れた土を上方へ押し上げることで管内閉塞による貫入抵抗の増加を低減させることができる。従って、鋼管杭１の芯ずれを防止しつつ、貫入抵抗の増大も抑制させることができるので、施工性を向上させることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、鋼管杭１の軸方向Ｘと傾斜した平面で鋼管本体２を切断して傾斜開口部４を形成したが、傾斜開口部４は、直線状に切断されるものに限らず、適宜な曲線や曲面に沿って切断されることによって形成されてもよい。
また、前記実施形態では、螺旋状の羽根３として、鋼管本体２の先端部から杭頭部に向かって複数周回に渡って連続的に形成されているものを例示したが、これに限らず、螺旋状に１周だけ形成された羽根でもよいし、断続的に形成された羽根でもよい。また、羽根３の幅寸法Ｂとしては、特に限定されないものの、鋼管本体２の直径Ｄの１／３〜１／２程度以上の幅寸法Ｂを有していることが掘進性の点で望ましい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１…鋼管杭、２…鋼管本体、２Ａ…外周面、２Ｂ…先端縁、３…羽根、３Ａ…羽根先端縁、３Ｂ…羽根本体部、４…傾斜開口部、５…先端背面部。

Claims (4)

1. 長尺円筒状かつ先端が開口した鋼管本体と、この鋼管本体の先端部から所定高さ範囲の外周面に固定される螺旋状の羽根とを備え、回転圧入によって地盤に貫入される鋼管杭であって、
   前記鋼管本体の先端部には、先端縁の径方向一方側に向かって上方に傾斜して当該鋼管本体を切断した傾斜開口部と、この傾斜開口部に対して径方向他方側にて当該鋼管本体が残置された先端背面部とが形成され、
   前記羽根は、前記鋼管本体の先端部外周面に交差して外側に延びる羽根先端縁と、この羽根先端縁に連続して周方向一方側かつ上方に延びる羽根本体部とを有し、
   前記羽根先端縁の一部から前記鋼管本体の中心を結ぶ直線と略直交した前記他方側であって、当該羽根先端縁よりも前記羽根本体部の側に前記先端背面部が設けられ、
   前記先端背面部における前記羽根先端縁下面から前記先端縁までの長さは、前記羽根の幅寸法に対して１／２倍以上に設定されていることを特徴とする鋼管杭。
2. 請求項１に記載の鋼管杭において、
   前記傾斜開口部の先端部は、前記鋼管本体の先端縁における過半の範囲に形成されていることを特徴とする鋼管杭。
3. 請求項１または請求項２に記載の鋼管杭において、
   前記傾斜開口部の上端部は、前記鋼管本体の先端縁から当該鋼管本体の直径に対して１倍以上かつ３倍以下の範囲に形成されていることを特徴とする鋼管杭。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼管杭の施工方法であって、
   前記鋼管杭の先端背面部を地盤に突き刺して位置決めした後に、前記鋼管本体を回転させて前記羽根によって掘進させて地盤に貫入することを特徴とする鋼管杭の施工方法。

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