JP5993760B2 - 鋼管杭の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造に関するもので、鋼管杭において下方の杭本体の上端部に上方の杭本体の下端部を連結したり、杭本体の下端部に掘削ヘッドを連結するのに使用される鋼管杭の連結構造に関する。

従来における鋼管杭の連結構造としては、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。これを図５〜図７によって説明する。この鋼管杭の連結構造は、下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を連結するにあたり、下半部が下方側杭本体１の上端部に内嵌合され且つ上半部が上方側杭本体１の下端部に内嵌合される円筒状の連結部材１０Ｎを備え、下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７を設け、連結部材１０Ｎの上端部側及び下端部側には、連結枠１６を杭本体１の連結端部に内嵌合した時に杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、連結部材１０Ｎの内周面側には、各連結部材側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する位置でナット１０を保持するナット保持部９を設けておいて、連結部材１０Ｎの下半部を下方側杭本体１の上端部に内嵌合し、ボルト１２を杭本体側ボルト挿通孔７から連結部材側ボルト挿通孔８に挿通してナット保持部９内に保持されたナット１０に螺合締結することによって、連結部材１０Ｎを下方側杭本体１の上端部に固定し、この連結部材１０Ｎの上半部を上方側杭本体１の下端部に内嵌合して、図６の(a) に示すように、ボルト１３を杭本体側ボルト挿通孔７から連結部材側ボルト挿通孔８に挿通してナット保持部９内に保持されたナット１０に螺合締結することにより、連結部材１０Ｎを上方側杭本体１の下端部に固定して、両杭本体１，１を一体的に連結するようにしたものである。この連結構造によれば、これまでの溶接による杭本体どうしの連結作業のように溶接用電源や発電機などの設備が不要となり、また溶接作業のような熟練を要しないため、作業コストの低減化が図られ、施工期間の短縮化が図られる。尚、この連結構造は、図７に示すような、螺旋翼４付きで先端部に掘削ヘッド２を備えた鋼管杭Ｋの連結にも適用される。

特開２０１０−１２７０２９号公報

上記特許文献１に記載された鋼管杭の連結構造によれば、このような連結構造の鋼管杭Ｋをオーガマシンなどの杭打込機よって地盤中に回転圧入する際に、図６の(b) に示すように、鋼管からなる杭本体１が図中の矢印Ｈ方向に回転する時の杭本体１から連結枠１０Ｎへの力の伝達は、杭本体１側のボルト挿通孔７の孔壁とボルト１３の軸部１３ａとの間に生ずる支圧力δ及びボルト軸部１３ａの剪断抵抗と、連結部材１０Ｎ側のボルト挿通孔８の孔壁とボルト１３の軸部１３ａとの間における、杭本体１側の支圧力δと反対方向の支圧力η及びボルト軸部１３ａの剪断抵抗とによって行なわれる。

この場合、連結部材１０Ｎは杭本体１内に嵌合されているから、杭本体１の外径が例えば１２０ｍｍ、その肉厚が例えば４．５ｍｍの場合、杭本体１の内周面と連結部材１０Ｎの外周面の間には例えば０．５〜１．０ｍｍの隙間μがあって、しかも、杭本体連結時のボルト１３・ナット１０による締め付け作業は一般に手作業であるため、杭本体１と連結部材１０Ｎの間に大きな締め付け力は生じておらず、従って杭本体１の内周面と連結部材１０Ｎの外周面との間に摩擦力は働いていない。

従って、鋼管杭Ｋを回転圧入させる時には、模式的に描いた図６の(b) に示すように、杭本体１の捻じり力によって、ボルト１３の軸部１３ａには杭本体１の内周面と連結部材１０Ｎの外周面との間の隙間μに対応する部分に剪断変形が生じて図示のように変形し、杭本体１の捻じり力が連続して作用すると、ボルト１３が破損する前に杭本体１側のボルト挿通孔７が広がるように変形し、支圧力の限界に達して、杭本体１から連結部材１０Ｎへの捻じり力も限界に達する状態となる。そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、ボルト接合部を強度の増大を図って、杭本体１から連結枠への捻じり力の伝達を大幅に向上することのできる鋼管杭の連結構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、地盤中に回転圧入される鋼管杭Ｋの連結構造であって、下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を連結するにあたり、下半部が下方側杭本体１の上端部に内嵌合され且つ上半部が上方側杭本体１の下端部に内嵌合される円筒状の連結部材Ｎを備え、下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７を設け、連結部材Ｎの上部側及び下部側には杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、連結部材Ｎにはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設け、且つ該平面部２５の両側縁には、平面部２５より突出する突起部２６，２６が条設されており、連結部材Ｎの内周面側には各連結部材側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９を設け、連結部材Ｎを下方側杭本体１の上端部と上方側杭本体１の下端部とにわたって嵌合し、ボルト１３を各杭本体側ボルト挿通孔７から各連結部材側ボルト挿通孔８に挿通して、ナット保持部９に保持されたナット１０に螺合締結することによって上下両杭本体１，１を連結し、鋼管杭Ｋの回転圧入時に、連結部材Ｎの平面部２５に対向する周壁部分２８がボルト１３を介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部２５に圧接するようにしたことを特徴としている。

請求項２に係る発明は、地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造であって、下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を連結するにあたり、杭本体１の外径と同じ外径を有する円筒状本体２０の上下端部に、外径が杭本体１の内径より径小で上方側杭本体１の下端部及び下方側杭本体１の上端部が夫々外嵌合する上下基筒部２１，２１を形成してなる円筒状の連結部材Ｍを備え、下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７を設け、連結部材Ｍの上下各基筒部２１には杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、各基筒部側ボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設け、且つ該平面部２５の両側縁には、平面部２５より突出する突起部２６，２６が条設されており、各基筒部２１の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９を設け、連結部材Ｍの上下基筒部２１，２１に下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部を夫々嵌合し、ボルト１３を各杭本体側ボルト挿通孔７から各基筒側ボルト挿通孔８に挿通して、ナット保持部９に保持されたナット１０に螺合締結することにより上下両杭本体１，１を連結し、鋼管杭Ｋの回転圧入時に、各基筒部２１の平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８がボルト１３を介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部２５に圧接するようにしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造であって、杭本体１の下端部に掘削ヘッド２を連結するにあたり、杭本体１の外径と同じ外径を有して下端部に掘削ヘッド２を形成した円筒状ヘッド本体３の上端部に、外径が杭本体１の内径より径小で杭本体１の下端部が外嵌合する基筒部６を形成してなる円筒状の連結部材Ｑを備え、杭本体１の下端部には周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７を設け、基筒部６には、杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、基筒部側ボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設け、且つ該平面部２５の両側縁には、平面部２５より突出する突起部２６，２６が条設されており、基筒部６の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９を設け、基筒部６を杭本体１の下端部に内嵌合して、ボルト１３を、各杭本体側ボルト挿通孔７から基筒部側ボルト挿通孔８に挿通して、ナット保持部９に保持されたナット１０に螺合締結することにより杭本体１の下端部に連結部材Ｑを一体的に連結し、鋼管杭Ｋの回転圧入時に、基筒部６の平面部２５に対向する杭本体１下端部の周壁部分２８がボルト１３を介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部２５に圧接するようにしたことを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３の何れかに記載の鋼管杭の連結構造において、前記平面部２５の幅をボルト頭部１３ｂの対角長Ｗと同等又はそれ以上とすることを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４の何れかに記載の鋼管杭の連結構造において、前記ナット保持部９は、連結部材Ｎ側、連結部材Ｍの基筒部２１側又は連結部材Ｑの基筒部６側ボルト挿通孔８を中心に左右対称位置に突設され、ナット１０の回転及び前後方向の移動を制限する両側一対のアーム壁１１，１１と、ナット１０の落下を阻止するように連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６の内周面所要位置に周設された突条壁１２とからなることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、図３の(a) に示すように、連結部材Ｎにはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設けていることから、連結部材Ｎを介して下方側杭本体１と上方側杭本体１とを一体的に連結した鋼管杭Ｋを、杭打込機によって地盤中に回転圧入する時に、模式的に描いた図３の(b) に示すように、杭本体１が図中の矢印Ｈ方向に回転すると、この杭本体１の捻じり力により、ボルト１３の首部１３ａｏが図示のように変形すると同時に、連結部材Ｎの平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、斯かる変形後の杭本体周壁部分２８の内径が連結部材Ｎの最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が連結部材Ｎの平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間に大きな摩擦力が作用し、それによって連結部材Ｎによるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなる。これによって杭本体１から連結部材Ｎへの捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。尚、杭本体１内周面と連結部材Ｎ外周面との間には、図３の(b) に示すように隙間μがあるから、杭本体１の回転圧入時にボルト軸部１３ａはその隙間μに対応する部分が剪断変形するが、この剪断変形と同時に杭本体周壁部分２８が連結部材側平面部２５へ引き付けられるように圧潰変形するから、その隙間μは図示のように塞がれた状態となる。
又本発明によれば、前記平面部２５の両側縁に平面部２５より突出する突起部２６，２６を条設したことにより、杭本体周壁部分２８が両突起部２６，２６に引っ掛かり易くなって平面部２５側への引き付け作用が有効に働き、周壁部分２８の圧潰変形が容易で平面部２５に的確に圧接すると共に、図３の(b) に示すように両突起部２６，２６のうち杭本体１回転方向先方側の突起部２６に対し杭本体周壁部分２８による局部的な支圧力γが作用することによって、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間の摩擦力が増大し、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度をより一層高めることができる。

請求項２に係る発明によれば、連結部材Ｍの基筒部２１にはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設けていることで、連結部材Ｍを介して下方側杭本体１と上方側杭本体１とを一体的に連結した鋼管杭Ｋを、杭打込機により地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) の模式図に示すように、杭本体１の捻じり力によりボルト１３の首部１３ａｏが図示のように剪断変形し、これにより基筒部２１の平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、変形後の杭本体周壁部分２８の内径が基筒部２１の最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が基筒部２１の平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５の間に大きな摩擦力が作用し、それにより基筒部２１によるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなる。これによって杭本体１から連結部材Ｍの基筒部２１への捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。
又本発明によれば、前記平面部２５の両側縁に平面部２５より突出する突起部２６，２６を条設したことにより、杭本体周壁部分２８が両突起部２６，２６に引っ掛かり易くなって平面部２５側への引き付け作用が有効に働き、周壁部分２８の圧潰変形が容易で平面部２５に的確に圧接すると共に、図３の(b) に示すように両突起部２６，２６のうち杭本体１回転方向先方側の突起部２６に対し杭本体周壁部分２８による局部的な支圧力γが作用することによって、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間の摩擦力が増大し、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度をより一層高めることができる。

請求項３に係る発明によれば、連結部材Ｑの基筒部６にはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設けていることから、鋼管杭Ｋを地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) の模式図に示すように、杭本体１の捻じり力によってボルト１３の首部１３ａｏが図示のように剪断変形し、これにより基筒部６の平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、変形後の杭本体周壁部分２８の内径が基筒部６の最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が基筒部６の平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５の間に大きな摩擦力が作用し、それによって基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなる。これによって杭本体１から連結部材Ｑの基筒部６への捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。
又本発明によれば、前記平面部２５の両側縁に平面部２５より突出する突起部２６，２６を条設したことにより、杭本体周壁部分２８が両突起部２６，２６に引っ掛かり易くなって平面部２５側への引き付け作用が有効に働き、周壁部分２８の圧潰変形が容易で平面部２５に的確に圧接すると共に、図３の(b) に示すように両突起部２６，２６のうち杭本体１回転方向先方側の突起部２６に対し杭本体周壁部分２８による局部的な支圧力γが作用することによって、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間の摩擦力が増大し、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度をより一層高めることができる。

請求項４に係る発明によれば、平面部２５の幅をボルト頭部１３ｂの対角長Ｌと同等又はそれ以上とすることによって、杭本体周壁部分２８が圧潰変形した時に、ボルト頭部１３ｂが杭本体周壁部分２８の外面部２８ｏに沈み込んで、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６と杭本体１と間の支圧力を高める効果がある。

請求項５に係る発明によれば、ナット保持部９は、ナット１０の回転及び前後方向の移動を制限する両側一対のアーム壁１１，１１と、ナット１０の落下を阻止するように連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６の内周面所要位置に周設された突条壁１２とからなるため、ナット保持部９の構造が簡単で、ナット１０の挿入が容易となる。また、突条壁１２は、ナット１０の落下を阻止する機能のみならず、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度を高める補強リブとして機能するから、連結部材Ｎ、連結部材Ｍの基筒部２１又は連結部材Ｑの基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度を高めることができる。

(a) は本発明に係る鋼管杭の連結構造の外観を示す拡大正面図、(b) は(a) のＸ−Ｘ線断面図である。 (a) は連結部材の平面図、(b) は(a) のＹ−Ｙ線断面図である。 (a) は図１の(b) の一部拡大図、(b) は(a) に示すボルト接合部の作用を模式的に描いた説明断面図である。 螺旋翼付き鋼管杭を製作する場合の各連結部材の断面構造を示す説明図である。 (a) は従来の鋼管杭連結構造における連結部材を示す斜視図、(b) はこの連結部材を使用した鋼管杭の一部を示す正面図である。 (a) は従来の鋼管杭連結構造におけるボルト接合部の拡大断面図で、(b) は(a) に示すボルト接合部の作用を模式的に描いた説明断面図である。 螺旋翼付き鋼管杭を示す斜視図である。

以下に本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１の(a) は連結部材Ｎによって接続された鋼管杭Ｋの接続部の外観正面図、(b) は接続部の断面図を示したもので、この連結部材Ｎは、下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を接続するにあたって、下半部が下方側杭本体１の上端部に内嵌合され且つ上半部が上方側杭本体１の下端部に内嵌合されるようになっている。鋼管杭Ｋには杭本体１の上端部及び下端部に夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７が設けられ、この実施形態では、ボルト挿通孔７は、杭本体１の周方向９０°の間隔で４つ設けられている。図１の(a) ，(b) において１３は、鋼管杭Ｋの接続に使用されるボルトを示す。

連結部材Ｎは、連結すべき鋼管杭Ｋの杭本体１の内径より僅かに小さい外径を有する円筒状体からなるもので、鋳造、鍛造あるいは切削加工によって形成され、その材料としては、鋼材、鉄材、ステンレス材、合金材が使用される。図２の(a) ，(b) に示すように、連結部材Ｎの上部側及び下部側には、この連結部材Ｎを杭本体１の連結端部に内嵌合した時に杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８が設けられると共に、この連結部材Ｎにはボルト挿通孔８が開口する外周面部に、平面部２５が連結部材Ｎの長さ方向（軸方向）全長にわたって形成されている。そして、平面部２５の両側縁には、平面部２５より突出し且つ連結部材Ｎの外周面２４よりも突出する突起部２６が平面部２５の全長にわたって条設されている。突起部２６は、連結部材Ｎを杭本体１の連結端部に内嵌合する時にその嵌合に支障をきたすものではない。尚、平面部２５からの突起部２６の突出高さは、杭本体１の外径を例えば１２０ｍｍ、その肉厚を例えば４．５ｍｍとし、杭本体１の内周面と連結部材Ｎの外周面との平均間隙を０．５〜１．０ｍｍとした場合、０．３〜０．７ｍｍとされる。また、連結部材Ｎの外周面２４からの突起部２６の突出高さは、平面部２５からの突起部２６の突出高さより僅かに低い。

図１の(b) 及び図２の(a) ，(b) に示すように、連結部材Ｎの内周面側には各連結部材側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９が設けられ、上部側の各ナット保持部９は、各連結部材側ボルト挿通孔８を中心として左右対称位置に突設されて、上部の入口Ｏより前記対向位置に挿入したナット１０の回転及び前後方向移動を阻止する両側一対のアーム壁１１，１１と、前記対向位置でのナット１０の落下を阻止するように連結部材Ｎの内周面所要位置に周設された突条壁１２からなるもので、両保持壁１１，１１の夫々先端部に突設された突片１１ａ，１１ａにより、ナット１０の前後方向の移動を制限するようになっている。下部側の各ナット保持部９は、図２の(b) に示すように、上部側の各ナット保持部９ではアーム壁１１，１１の突片１１ａ，１１ａが両アーム壁１１，１１の夫々上端部に突設されているのに対し、両アーム壁１１，１１の夫々下端部に突設されている点が違うだけで、それ以外は上部側の各ナット保持部９と同じ構成である。

また図２の(b) に示すように、連結部材Ｎの内周面の上部側及び下部側に夫々周方向に連続して設けられた突条壁１２は、上部側及び下部側の各ナット保持部９においてナット１０の落下を阻止する機能を有するのみならず、連結部材Ｎ自体の捻じり強度を高める補強リブとして機能する。また、図１の(b) 及び図２の(a) に示すように、連結部材Ｎの平面部２５と反対側にあるナット締付面２７は、連結部材Ｎの長さ方向全長にわたって平面部２５と同じく平面状に形成されているから、ボルト１３の締め付け力を有効に発揮させることができる。

上記のような構成よりなる連結部材Ｎを使用して、図１の(a) に示すように下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を連結するには、先ず、連結部材Ｎの内周面側の上部側及び下部側に設けてある各ナット保持部９にナット１０を挿入して保持しておく。この場合、上部側のナット保持部９にナット１０を挿入するには、上方の入口Ｏよりナット１０をそのままナット保持部９へ落とし込めばよいが、下部側のナット保持部９に挿入する時は、ナット１０を下方の入口Ｏから適宜に斜め姿勢にしながらナット保持部９に挿入すればよい。

しかして、下方側杭本体１の上端部に連結部材Ｎの下半部を内嵌合した後、ボルト１３を、各杭本体側ボルト挿通孔７から各連結部材側ボルト挿通孔８挿通すると共に、ボルト１３の先端部を、各ナット保持部９に保持されているナット１０に螺合して締め付けることにより、連結部材Ｎの下半部を下方側杭本体１の上端部に連結する。この後、下方側杭本体１の上端から突出している連結部材Ｎの上半部に、上方側杭本体１の下端部を外嵌合し、ボルト１３を、各杭本体側ボルト挿通孔７から各連結部材側ボルト挿通孔８挿通すると共に、ボルト１３の先端部を、各ナット保持部９に保持されているナット１０に螺合して締め付けることで、連結部材Ｎの上半部を上方側杭本体１の下端部に連結して、両杭本体１，１を一体的に連結する。この連結状態を図１の(a) ，(b) に示す。

図３の(a) は図１の(b) に示すボルト接合部の一部を拡大したものであり、(b) は(a) に示した連結部材Ｎによるボルト接合部の作用を模式的に描いた拡大説明断面図である。しかして、上述のように連結部材Ｎを介して下方側杭本体１と上方側杭本体１を一体的に連結した鋼管杭Ｋを、オーガマシンなどの杭打込機によって地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) の模式図に示すように、杭本体１が図中の矢印Ｈ方向に回転すると、杭本体１の捻じり力により、ボルト軸部１３ａの首部１３ａｏが変形すると同時に、連結部材Ｎの前記平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が、内側へ引き付けられるように圧潰変形する。そして、このような変形後には杭本体周壁部分２８の内径が連結部材Ｎの最大外径より小さくなるから、杭本体周壁部分２８が連結部材Ｎの平面部２５に圧接した状態となって、杭本体周壁部分２８の内面と連結部材Ｎの平面部２５との間に大きな摩擦力が作用する。これにより連結部材Ｎによるボルト接合部の捻じり強度（捻じりモーメント）が杭本体１自体の捻じり強度（杭本体１が耐えうる捻じりモーメント）より大きくなり、杭本体１から連結枠１０Ｎへの捻じり力の伝達が大幅に向上されることになる。尚、この連結部材Ｎの外周面と杭本体１の内周面との間にも、図６の(b) に示す従来のボルト接合部と同様に隙間μがあるため、杭本体１の回転圧入時にボルト軸部１３ａはその隙間μに対応する首部１３ａｏ部分が剪断変形するが、こ剪断変形と同時に杭本体周壁部分２８が連結部材側平面部２５へ引き付けられるように圧潰変形するから、このボルト接合部の断面形状は図６の(b) の模式図に示すような状態となり、その隙間μは塞がれてしまう。

この場合、連結部材Ｎの平面部２５にはその両側縁に、平面部２５より突出すると共に連結部材Ｎの外周面２４よりも突出する突起部２６，２６が平面部２５の全長にわたって条設されているから、杭本体周壁部分２８が両突起部２６，２６に引っ掛かり易くなって平面部２５側への引き付け作用が有効に働き、周壁部分２８の圧潰変形が容易で平面部２５に的確に圧接すると共に、図３の(b) に示すように両突起部２６，２６のうち杭本体１回転方向先方側の突起部２６に対し杭本体周壁部分２８による局部的な支圧力γが作用することにより、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間に作用する摩擦力が増大し、連結部材Ｎによるボルト接合部の捻じり強度をより一層高めることができる。

杭として使用される鋼管は、一般に肉厚が小さく、その捻じり強度はボルト軸部と鋼管のボルト挿通孔との支圧力で決まることが多く、従って捻じり強度を高めるにはボルトの本数を増やせばよいわけであるが、現場での作業性やコストの面からはボルト本数を出来るだけ少なくする方が合理的である。このような点で、本発明に係る鋼管杭連結構造は、ボルト１箇所当たりの支圧力を大きくすることができ、従ってボルト本数を少なくすることができる。尚、本実施形態では、ボルト１３の本数は、周方向に９０°の間隔で４本の偶数本設けている。このボルト１３の本数は、３本とか５本の奇数本にもできるが、奇数本よりも偶数本の方が、ボルト締め付け力を有効に発揮させることができる。

また、使用される鋼管は、一般に、ロールフォーミングで成形されることが多く、その成形加工時の加工硬化によって捻じり強度が規格値の倍近くになることが多いことから、連結部材Ｎ側の捻じり強度を鋼管杭Ｋの杭本体１側の規格値の３倍以上に設計され、従って連結部材Ｎの肉厚も必然的に杭本体１の２〜３倍と厚く設計される。本実施形態では、連結部材Ｎの肉厚を杭本体１の肉厚の約２倍とされ、しかして連結部材Ｎの材料強度は、杭本体１の材料強度の２倍程度である。

本発明に係る連結部材Ｎにはボルト挿通孔８が開口する外周面２４に平面部２５を設けていることから、鋼管杭Ｋを杭打込機によって地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) に示すように、杭本体１が図中の矢印Ｈ方向に回転すると、この杭本体１の捻じり力により、ボルト１３の首部１３ａｏが剪断変形して、これにより連結部材Ｎの平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、この圧潰変形後の杭本体周壁部分２８の内径が連結部材Ｎの最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が連結部材Ｎの平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５との間に大きな摩擦力が作用し、それによって連結部材Ｎによるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなる。これにより杭本体１から連結部材Ｎへの捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。

また、図１の(a) ，(b) 及び図３の(a) に示すように、連結部材Ｎに設ける平面部２５の幅Ｗをボルト頭部１３ｂの対角長Ｌより若干長くすることによって、鋼管杭Ｋの回転圧入時に杭本体周壁部分２８が連結部材Ｎの平面部２５側に圧潰変形した時に、ボルト頭部１３ｂが図３の(b) に示すように杭本体周壁部分２８の外面部２８ｏに沈み込んで、連結部材Ｎと杭本体１の支圧力をより一層高める効果がある。

以上は、鋼管杭Ｋの杭先端部が支持層に達するまで所定長さの杭本体１を順次継ぎ足してゆく杭打ち工事に使用される鋼管杭Ｋの連結構造についての説明であるが、次に、鋼管杭の製造時に、１本の鋼管杭の杭本体を複数に分割して、その分割体どうしを連結して鋼管杭Ｋを製造する場合の連結構造の実施形態について説明する。

図４は、図７に示されるように杭本体１の下端部に螺旋翼４付き掘削ヘッド２を設けると共に杭本体１の中間所要部に螺旋翼４を設けてなる多翼型鋼管杭Ｋの組み付け前の状態を示す。この図４において、Ｍは杭本体１，１どうしを連結するための連結部材を示し、Ｑは杭本体１の下端部に螺旋翼４付き掘削ヘッド２を連結するための連結部材を示す。

連結部材Ｍは、下方側杭本体１の上端部に上方側杭本体１の下端部を連結するにあたって、杭本体１の外径と同じ外径を有する円筒状本体２０の上下端部に、外径が杭本体１の内径より径小で上方側杭本体１の下端部及び下方側杭本体１の上端部が夫々外嵌合する上下の基筒部２１，２１を形成してなるもので、下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔７を設け、下各基筒部２１には杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、各基筒部２１のボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設け、各基筒部２１の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９を設け、連結部材Ｍの上下基筒部２１，２１に下方側杭本体１の上端部及び上方側杭本体１の下端部を夫々嵌合し、ボルト１３を各杭本体側ボルト挿通孔７から各基筒側ボルト挿通孔８に挿通して、ナット保持部９に保持されたナット１０に螺合締結することにより上下両杭本体を一体的に連結し、しかして鋼管杭Ｋ（図７参照）を回転圧入する時に、各基筒部２１の前記平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が、前述した連結部材Ｎの場合と同様に圧潰変形して前記平面部２５に圧接することにより、連結部材Ｍの基筒部２１によるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度より大きくなるように構成している。

この連結部材Ｍにおいて、各基筒部２１の外周面部に設けた平面部２５及びその周辺の構成については、図３によって説明した連結部材Ｎの場合と全く同じであるため、その詳しい説明を省略する。

また、この連結部材Ｍの円筒状本体２０には螺旋翼４が突設されているが、円筒状本体２０に螺旋翼４が突設されない場合もある。また、連結部材Ｍの上下各基筒部２１の内周面側に設けたナット保持部９は、図２によって説明した連結部材Ｎのナット保持部９と全く同じ構成であるため、その説明を省略する。

上記のように、上記連結部材Ｍの基筒部２１（図４参照）にはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設けたことによって、杭打込機により地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) の模式図に示すように、杭本体１の捻じり力によりボルト１３の首部１３ａｏが剪断変形し、これにより基筒部２１の平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、この圧潰変形後の杭本体周壁部分２８の内径が基筒部２１の最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が基筒部２１の平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５の間に大きな摩擦力が作用し、それにより基筒部２１によるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなる。これによって杭本体１から連結部材Ｍの基筒部２１への捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。

杭本体１の下端部に螺旋翼４付き掘削ヘッド２を連結する連結部材Ｑは、図４の下半部に示すように、杭本体１の外径と同じ外径を有して下端部に掘削ヘッド２を形成した円筒状ヘッド本体３の上端部に、外径が杭本体１の内径より径小で杭本体１の下端部が外嵌合する基筒部６を形成してなるもので、基筒部６には周方向一定間隔おきにボルト挿通孔８を設け、杭本体１の下端部には、杭本体側ボルト挿通孔７と合致する位置にボルト挿通孔８を設けると共に、基筒部６のボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設け、基筒部６の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔８と軸方向に対向する対向位置でナット１０を保持するナット保持部９を設け、基筒部６を杭本体１の下端部に内嵌合して、ボルト１３を、各杭本体側ボルト挿通孔７から基筒部側ボルト挿通孔８に挿通して、ナット保持部９に保持されたナット１０に螺合締結することにより杭本体１の下端部に連結部材Ｑを一体的に連結し、しかして鋼管杭Ｋの回転圧入時に、基筒部６の前記平面部２５に対向する杭本体１下端部の周壁部分２８が圧潰変形して前記平面部２５に圧接することにより、基筒部６側の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度よりも大きくなるようにしたものである。掘削ヘッド２の略円錐形状底部２ａ下面に切削刃５が突設されている。

この連結部材Ｑにおいて、各基筒部６の外周面部に設けた平面部２５及びその周辺の構成については、連結部材Ｍと同様に図３によって説明した連結部材Ｎの場合と全く同じであるため、その詳しい説明を省略する。

また、この連結部材Ｑの円筒状ヘッド本体３には螺旋翼４が突設されているが、円筒状ヘッド本体３に螺旋翼４が突設されない場合もある。また、連結部材Ｑの基筒部６の内周面側に設けたナット保持部９は、連結部材Ｍと同様に図２によって説明した連結部材Ｎのナット保持部９と全く同じ構成であるため、その説明を省略する。

上記のように、上記連結部材Ｑの基筒部６（図４参照）にはボルト挿通孔８が開口する外周面部に平面部２５を設けたことによって、鋼管杭Ｋを地盤中に回転圧入する時に、図３の(b) の模式図に示すように、杭本体１の捻じり力によってボルト１３の首部１３ａｏが図示のように剪断変形し、これにより基筒部６の平面部２５に対向する杭本体１の周壁部分２８が内側へ引き付けられて圧潰変形し、変形後の杭本体周壁部分２８の内径が基筒部６の最大外径より小さくなるため、杭本体周壁部分２８が基筒部６の平面部２５に圧接して、杭本体周壁部分２８と前記平面部２５の間に大きな摩擦力が作用し、それによって基筒部６によるボルト接合部の捻じり強度が杭本体１自体の捻じり強度より大きくなる。これによって杭本体１から連結部材Ｑの基筒部６への捻じり力の伝達を大幅に向上させることができる。

上記多翼型鋼管杭Ｋを組み付けるには、図４に示すように、連結部材Ｍの下基筒部２１を下方側杭本体１の上端部に内嵌合して、ボルト１３（図７参照）を杭本体側ボルト挿通孔７から基筒部側ボルト挿通孔８に挿通してナット保持部９内に保持されたナット１０に螺合締結することにより、連結部材Ｍを下方側杭本体１の上端部に固定し、この後に上基筒部２１を上方側杭本体１の下端部に内嵌合して、上記同様にボルト１３を杭本体側ボルト挿通孔７から基筒部側ボルト挿通孔８に挿通してナット保持部９内に保持されたナット１０に螺合締結することにより、連結部材Ｍの上基筒部２１を杭本体１の上端部に固定し、これによって両杭本体１，１を一体的に連結する。こうして上下両杭本体１，１を連結部材Ｍを介して連結した後、下方の杭本体１の下端部に、螺旋翼４付き掘削ヘッド２を連結するための連結部材Ｑを取り付ける。この連結部材Ｑの取付けも、上記同様に下方側杭本体１の下端部を円筒状ヘッド本体３の基筒部６に外嵌合し、ボルト１３を杭本体側ボルト挿通孔７から基筒部側ボルト挿通孔８に挿通して各ナット保持部９内に保持されているナット１０に螺合締結することにより、杭本体１の下端部に連結部材Ｑを取り付け固定することができる。

図４に示す実施形態の鋼管杭Ｋは、杭本体１の下端部と中間部に螺旋翼４を有する多翼型鋼管杭であるが、杭本体１の下端部の掘削ヘッド２にのみ螺旋翼４をもつ拡底型や、螺旋翼４をもたず、杭本体１の下端部に掘削ヘッド２のみ取り付けたストレート型の鋼管杭において、杭本体１を複数に分割して、その分割した杭本体１どうしを連結する場合も、上述した連結部材Ｍ，Ｑを使用することができる。

Ｋ 鋼管杭
Ｎ 連結部材
Ｍ 連結部材
Ｑ 連結部材
１ 杭本体
６ 基筒部
７ 杭本体側ボルト挿通孔
８ 連結部材側ボルト挿通孔
９ ナット保持部
１０ ナット
１２ 突条壁
１３ ボルト
２１ 基筒部
２５ 連結部材の平面部
２６ 突起部
２８ 杭本体側の周壁部分

Claims (5)

1. 地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造であって、下方側杭本体の上端部に上方側杭本体の下端部を連結するにあたり、下半部が下方側杭本体の上端部に内嵌合され且つ上半部が上方側杭本体の下端部に内嵌合される円筒状の連結部材を備え、下方側杭本体の上端部及び上方側杭本体の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔を設け、連結部材の上部側及び下部側には杭本体側ボルト挿通孔と合致する位置にボルト挿通孔を設けると共に、連結部材にはボルト挿通孔が開口する外周面部に平面部を設け、且つ該平面部の両側縁には、平面部より突出する突起部が条設されており、連結部材の内周面側には各連結部材側ボルト挿通孔と軸方向に対向する対向位置でナットを保持するナット保持部を設け、連結部材を下方側杭本体の上端部と上方側杭本体の下端部とにわたって嵌合し、ボルトを各杭本体側ボルト挿通孔から各連結部材側ボルト挿通孔に挿通して、ナット保持部に保持されたナットに螺合締結することにより上下両杭本体を連結し、鋼管杭の回転圧入時に、連結部材の平面部に対向する杭本体の周壁部分がボルトを介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部に圧接するようにした鋼管杭の連結構造。
2. 地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造であって、下方側杭本体の上端部に上方側杭本体の下端部を連結するにあたり、杭本体の外径と同じ外径を有する円筒状本体の上下端部に、外径が杭本体の内径より径小で上方側杭本体の下端部及び下方側杭本体の上端部が夫々外嵌合する上下基筒部を形成してなる円筒状の連結部材を備え、下方側杭本体の上端部及び上方側杭本体の下端部には夫々周方向一定間隔おきにボルト挿通孔を設け、連結部材の上下各基筒部には杭本体側ボルト挿通孔と合致する位置にボルト挿通孔を設けると共に、各基筒部側ボルト挿通孔が開口する外周面部に平面部を設け、且つ該平面部の両側縁には、平面部より突出する突起部が条設されており、各基筒部の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔と軸方向に対向する対向位置でナットを保持するナット保持部を設け、連結部材の上下基筒部に下方側杭本体の上端部及び上方側杭本体の下端部を夫々嵌合し、ボルトを各杭本体側ボルト挿通孔から各基筒側ボルト挿通孔に挿通して、ナット保持部に保持されたナットに螺合締結することにより上下両杭本体を連結し、鋼管杭の回転圧入時に、各基筒部の平面部に対向する杭本体の周壁部分がボルトを介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部に圧接するようにした鋼管杭の連結構造。
3. 地盤中に回転圧入される鋼管杭の連結構造であって、杭本体の下端部に掘削ヘッドを連結するにあたり、杭本体の外径と同じ外径を有して下端部に掘削ヘッドを形成した円筒状ヘッド本体の上端部に、外径が杭本体の内径より径小で杭本体の下端部が外嵌合する基筒部を形成してなる円筒状の連結部材を備え、杭本体の下端部には周方向一定間隔おきにボルト挿通孔を設け、基筒部には、杭本体側ボルト挿通孔と合致する位置にボルト挿通孔を設けると共に、基筒部側ボルト挿通孔が開口する外周面部に平面部を設け、且つ該平面部の両側縁には、平面部より突出する突起部が条設されており、基筒部の内周面側には基筒部側ボルト挿通孔と軸方向に対向する対向位置でナットを保持するナット保持部を設け、基筒部を杭本体の下端部に内嵌合して、ボルトを、各杭本体側ボルト挿通孔から基筒部側ボルト挿通孔に挿通して、ナット保持部に保持されたナットに螺合締結することにより杭本体の下端部に連結部材を連結し、鋼管杭の回転圧入時に、基筒部の平面部に対向する杭本体下端部の周壁部分がボルトを介して内側へ引き付けられるように変形して前記平面部に圧接するようにした鋼管杭の連結構造。
4. 前記平面部の幅をボルト頭部の対角長と同等又はそれ以上とする請求項１〜３の何れかに記載の鋼管杭の連結構造。
5. 前記ナット保持部は、連結部材側ボルト挿通孔８を中心に左右対称位置に突設され、ナットの回転及び前後方向の移動を制限する両側一対のアーム壁と、ナットの落下を阻止するように連結部材又は連結部材の基筒部の内周面所要位置に周設された突条壁とからなる請求項１〜４の何れかに記載の鋼管杭の連結構造。

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