JP6007863B2 - 回転杭を構成する鋼管の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転杭を構成する鋼管の接合構造に関するものである。

土木構造物や建築構造物の基礎杭に用いられる鋼管杭工法のうち、回転杭工法の採用が近年増加している。
回転杭工法は、先端部に羽根や翼を取り付けた鋼管杭の杭体に回転トルクを伝達させて、地盤中に木ねじのように回転貫入させる工法であり、高いねじり耐力を有する鋼管杭特有の工法である。
この回転杭工法の回転トルクを伝達可能なねじり耐力を有する鋼管杭の接合構造としては、例えば特許文献１に提案されている「鋼管杭の接合構造」がある。
特許文献１の「鋼管杭の接合構造」は、「一対の鋼管杭を接合する構造において、第１鋼管杭の端部は、その軸線方向に突出するように周方向に間隔を隔てて形成された複数の凸部と、該複数の凸部の間に形成された複数の凹部とを有し、第２鋼管杭の端部は、前記第１鋼管杭の端部と補完的な形状を有し、前記第１鋼管杭の端部と前記第２鋼管杭の端部との嵌合状態において周方向に沿って隣接する凸部を互いに連結するための連結部材を備えていることを特徴とする」ものである（請求項１参照）。
そして、特許文献１においては、上・下杭のテーパ面（台形斜面）の当接により、ねじり耐力を確保することができるとされている。

特開２００４−５２３３３号公報

特許文献１では、凸部と凹部をテーパ面で当接させており、このテーパ面と周方向とのなす角度が、45°よりも大きくかつ85°よりも小さいことが好ましいとされている。
前記角度を45°よりも大きく設定した理由として、45°以下の場合にはねじり耐力の確保が困難となるためとしている。つまり、45°以下の角度が小さいテーパ面では、上杭に回転トルクを作用させたときに、上杭側の継手部がテーパ面を滑り上がろうとし、その力が円弧状帯部材や締結部材にせん断力として作用してしまうため、これを回避する必要があるということである。換言すれば、特許文献１では、テーパ面の角度を45°より大きくすることにより、回転トルクを、テーパ面の支圧又は台形状の凸部底面のせん断により伝達する構造としていることになる。
また、前記角度を85°よりも小さくした理由として、85°以上の場合にはテーパ面が嵌合案内として機能しにくくなるためとされている（特許文献１の段落［００２４］参照）。

ここで、回転杭工法は原則として支持層へ1Dp以上根入れすることとされており、特に、地盤の硬さの指標であるN値が50以上の硬い支持層への貫入時においては、鋼管杭の全強ねじり耐力に比較的近い大きな回転トルクを作用させる必要がある。
しかしながら、台形状の凸部は上・下杭の継手部で周方向に沿って隣接しているため、上記せん断面として使えるのはそれぞれの継手部で周長の1/2しかない。さらに、せん断強度は引張強度の1/√3（≒0.58）倍まで低減されてしまう。
したがって、このような回転杭工法の大きな回転トルクに対応させるためには、どうしても継手の板厚や長さが大きくならざるを得ない、もしくは作用させる回転トルクに制限を設けざるを得ないという課題があった。

また、特許文献１では、台形状の凸部は、上・下杭の継手部で同じ形状又は軸線方向に関して対称とされている。
ここで、鋼管杭を地盤中に回転貫入させるための回転方向（右回転と左回転）は、鋼管杭の先端部に取り付けた羽根の向きにより決まっており、一般に地盤に貫入していく方向を正回転、その逆を逆回転と言う。
正回転では、鋼管杭の先端部の羽根が地盤を掘削しながら回転貫入していくため、常に地盤からの抵抗を受ける。一方、逆回転は、杭を引き抜くため、又は杭の貫入性が悪くなった場合などに貫入性を回復させるために、鋼管杭を引き上げながら行うため、地盤からの抵抗はほとんどない。このように、羽根の地盤からの抵抗の有無の違いから、正回転時と逆回転時の回転トルクの大きさとしては、正回転の方が大きい。

したがって、回転杭工法において作用する回転トルクに効率よく対応するには、接合構造は対称な形状である必要はなく、正回転時に逆回転時よりも大きな回転トルクを伝達可能な構造とすることが合理的である。
しかしながら、特許文献１では、台形状の凸部の形状に関し、軸線方向に関して対称としていることから、合理的な形状とは言い難い。
なお、特許文献１には、継手部及び凸部の形状については様々な変形例が可能とされているが、その具体的な例は明示されていない。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、回転杭工法の大きな回転トルクに対応でき、回転杭の正回転、逆回転を考慮した合理的な回転杭を構成する鋼管の接合構造を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造は、回転杭を構成する上下の鋼管を接合する接合構造であって、
下側の鋼管の上端に取り付けられた第１外側継手管と、上側の鋼管の下端に取り付けられた第２外側継手管と、前記第１外側継手管の上端面と前記第２外側継手管の下端面を当接させた状態で前記第１外側継手管と前記第２外側継手管の内周面側においてこれらを連結する内側継手部材とを備え、
前記第１外側継手管と前記第２外側継手管は、前記回転杭が正回転したときに両者が上下方向に離れる方向となる複数の螺旋斜面を有する接合端面を介して当接し、前記内側継手部材は前記第１外側継手管と前記第２外側継手管が離れようとするのに抵抗するようになっていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１外側継手管は内周面に内方向に突出する第１凸部を有し、前記第２外側継手管は内周面に内方に突出する第２凸部を有し、前記内側継手部材は前記第１凸部と前記第２凸部に嵌合可能な凹部を有する複数の円弧状部材からなることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管の接合端面は、前記螺旋斜面に連続する支圧面を有し、
前記螺旋斜面の杭軸直角方向に対する傾斜角度をθ₁、前記支圧面の杭軸直角方向に対する傾斜角度をθ₂とすると、5°≦θ₁≦45°、85°≦θ₂≦90°に設定されていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管と前記内側継手部材を締結するボルトを有し、前記第１外側継手管又は前記第２外側継手管に前記内側継手部材を前記ボルトで保持した状態で、前記内側継手部材は前記第１外側継手管又は前記第２外側継手管に対して内外方向に移動可能になっていることを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記内側継手部材の材料の引張強度を、回転杭を構成する鋼管、前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管の材料の引張強度よりも大きくしたことを特徴とするものである。

（６）また、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管の材料の引張強度を、回転杭を構成する鋼管と同じにしたことを特徴とするものである。

本発明においては、上側の鋼管に作用する回転トルクを、第１外側継手管と第２外側継手管の接合端面によって、鋼材を最も有効に使える引張に構造的に変換し、発生した引張力を内側継手部材で受けることにより、回転杭工法の大きな回転トルクに対応でき、回転杭の正回転、逆回転を考慮した合理的な回転杭を構成する鋼管の接合構造を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造全体を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の展開図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の内側継手部材について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管と内側継手部材との締結構造について説明する説明図である。 回転杭の正回転時における本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の荷重の伝達メカニズムについて説明する説明図である。 回転杭の逆回転時における本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の荷重の伝達メカニズムについて説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の接合方法について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の接合方法の他の態様について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管と内側継手部材との締結構造の他の態様について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管と内側継手部材との締結構造のさらに他の態様について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の他の態様について説明する説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の他の態様について説明する説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の他の態様について説明する説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の他の態様について説明する説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る回転杭を構成する鋼管の接合構造の第１外側継手管及び第２外側継手管の他の態様について説明する説明図である（その３）。

本発明の一実施の形態に係る回転杭１を構成する下鋼管３と上鋼管５の接合構造７（以下、単に「接合構造７」という）は、図１及び図２に示すように、下鋼管３の上端に取り付けられた第１外側継手管９と、上鋼管５の下端に取り付けられた第２外側継手管１１と、第１外側継手管９の上端面と第２外側継手管１１の下端面を当接させた状態で第１外側継手管９と第２外側継手管１１の内周面側においてこれらを連結する内側継手部材１３とを備えている。
以下に、各構成を詳細に説明する。

＜第１外側継手管９と第２外側継手管１１＞
第１外側継手管９と第２外側継手管１１は、図１に示すように、接合する下鋼管３と上鋼管５の端部にそれぞれ溶接によって取り付けられている。
第１外側継手管９と第２外側継手管１１の製造方法には、例えば鋼板を曲げ加工したリング又は鍛造・熱処理したリングを所定の形状に切削して製造する方法や、鋳造により製造する方法などがある。

第１外側継手管９の上端には接合端面１５が、第２外側継手管１１の下端には接合端面１７が設けられおり、第１外側継手管９と第２外側継手管１１は接合端面１５と接合端面１７を介して当接するようになっている。
接合端面１５は、図２に示すように、杭軸直角方向に対して傾斜する螺旋斜面１５ａと、螺旋斜面１５ａに連続し杭軸直角方向に対して傾斜する支圧面１５ｂとの組合せの複数からなり、接合端面１５全体として略のこ歯状を形成している。
接合端面１７も接合端面１５と同様に、杭軸直角方向に対して傾斜する螺旋斜面１７ａと、螺旋斜面１７ａに連続し杭軸直角方向に対して傾斜する支圧面１７ｂとの組合せの複数からなり、接合端面１７全体として略のこ歯状を形成している。

螺旋斜面１５ａ及び螺旋斜面１７ａは、回転杭１の貫入時の回転方向に対して登り斜面となる方向に設定されており、回転杭１が正回転したときに第１外側継手管９と第２外側継手管１１が上下方向に離れるようになっている。なお、図１において正回転の方向を白抜き矢印で示す。

図５に第１外側継手管９と第２外側継手管１１の展開図を示して接合端面１５及び接合端面１７の形状をより詳細に説明する。図５の展開図は、第１外側継手管９と第２外側継手管１１の全周の展開図であるので、展開図の横幅は第１外側継手管９（第２外側継手管１１）の周長に相当し、仮に第１外側継手管９（第２外側継手管１１）の直径をＤ(mm)とすれば、横幅はπ×Ｄ(mm)である。

図５に示すように、螺旋斜面１５ａ（螺旋斜面１７ａ）と支圧面１５ｂ（支圧面１７ｂ）は全周に亘って４つずつ設けられている。図５において、螺旋斜面１５ａ（螺旋斜面１７ａ）は杭軸直角方向に対してθ₁傾斜する直線で表されており、支圧面１５ｂ（支圧面１７ｂ）は同様に杭軸直角方向に対してθ₂傾斜する直線で表されている。また、図５において、ボルトやボルト孔の図示は省略している。
図５に示すように、接合端面１５と接合端面１７とが全周に亘って当接（面接触）するようになっている。

第１外側継手管９は内周面に内方向に突出する第１凸部２１を有し、また第２外側継手管１１は同じく内周面に内方に突出する第２凸部２３を有している。第１外側継手管９と第２外側継手管１１が接合端面１５と接合端面１７を介して当接すると、第１凸部２１と第２凸部２３が繋ぎ合わされて、円環状（図５の展開図においては帯状に表されている）の凸形を形成する。

第１外側継手管９と第２外側継手管１１の周面には、図１〜図４（主に図２及び図４参照）に示すように、内側継手部材１３をボルトで締結するための複数のボルト孔２７が周方向に所定間隔で設けられている。
ボルト孔２７の内周面にはねじ加工がされており、頭部にねじ加工されたボルト２５（図３参照、詳細は後述する）が挿入されて、その頭部と螺合可能になっている。なお、ボルト２５で内側継手部材１３を第１外側継手管９に締結した状態では、ボルト２５の頭部が第１外側継手管９表面から突出しないようになっている。
第２外側継手管１１には、外側から挿入されるボルトの頭部を格納するザグリ部２９を有するボルト孔３１が設けられており、ボルト締結後にボルトの頭部が継手表面から突出しないようになっている。

＜内側継手部材＞
内側継手部材１３は、接合端面１５と接合端面１７を当接させた状態で第１外側継手管９と第２外側継手管１１をその内周面側において連結して、回転杭１が正回転したときに第１外側継手管９と第２外側継手管１１が離れようとするのに抵抗する部材である。
内側継手部材１３は、図２に示すように、第１外側継手管９の第１凸部２１と第２外側継手管１１の第２凸部２３に嵌合可能な凹部３３を有する複数の円弧状部材からなる。
内側継手部材１３は、例えば、鍛造・熱処理したリングの外周面を切削して凹部３３を形成し、その後、該リングにスリットを入れて複数の部材に分割することで製造される。

複数の内側継手部材１３を第１外側継手管９及び第２外側継手管１１の内周面に配置した状態の一例を図６に示す。なお、内側継手部材１３の配置が分かり易いように、図６において第１外側継手管９と第２外側継手管１１を破線で示す。この例では４つの内側継手部材１３が第１外側継手管９と第２外側継手管１１の全内周に亘って配置されている（図６（ｂ）参照）。
上述したとおり、第１外側継手管９と第２外側継手管１１が当接状態において、第１凸部２１と第２凸部２３が繋ぎ合わされて円環状に凸形状になり、この円環凸形状に内側継手部材１３の凹部３３が嵌合している（図６（ａ）参照）。

内側継手部材１３には、図７に示すように、ボルト孔が上下２段に複数設けられており、下段に設けられたものが第１外側継手管９のボルト孔２７に対応するボルト孔３５であり、上段に設けられたものが第２外側継手管１１のボルト孔３１に対応するボルト孔３７である。
ボルト孔３５の内周面にねじ加工はなされておらず、ボルト２５とナット３９を用いて締結する。内側継手部材１３の内側の面には、ナット３９が収納されるザグリ孔４１が設けられている。
他方、ボルト孔３７の内周面はねじ加工がなされている。
なお、周方向のボルトの配置は、１つの内側継手部材１３につき2〜5箇所とすることが望ましい。例えば、４つの内側継手部材１３を用いる場合、各内側継手部材１３の両端の上下をボルトで締結するようにすればよい。この場合、ボルト本数は全部で16本（4×2箇所×2段）となる。

＜ボルト＞
図７に示すように、第１外側継手管９と内側継手部材１３とを締結するには上述したようにボルト２５及びナット３９を用い、第２外側継手管１１と内側継手部材１３とを締結するには、六角穴４３ａ付きのボルト４３を用いる。ボルト２５の頭部にはボルト２５を回転させるための六角穴２５ａが設けられている。

次に、以上のように構成された接合構造７における荷重（圧縮力、引張力、曲げモーメント、せん断力、正回転トルク）の伝達メカニズムについて概説する。
接合構造７に作用する圧縮力は、第１外側継手管９の接合端面１５及び第２外側継手管１１の接合端面１７で伝達される。
引張力は、内側継手部材１３の水平断面、第１外側継手管９の第１凸部２１と第２外側継手管１１の第２凸部２３及び内側継手部材１３の凹部３３の支圧面及びせん断面で伝達される。
曲げモーメントは、上記の圧縮力と引張力の組合せで伝達される。
せん断力は、内側継手部材１３の水平断面で伝達される。
正回転トルクは引張力の場合と同様である。

回転杭１の地盤中への回転貫入は、上鋼管５に正回転トルクを与え、該回転トルクによる水平力が下鋼管３に伝達されて、回転杭１全体が回転することで行われる。
回転杭１の回転貫入時における、上鋼管５から下鋼管３への荷重の伝達メカニズムについて図８に基づいて説明する。
図８（ａ）は、第１外側継手管９の接合端面１５と第２外側継手管１１の接合端面１５、１７が当接している状態を示しており、図８（ｂ）は図８（ａ）における接合端面１５及び接合端面１７の展開図の一部を示したものである。
図８（ｂ）において、力を白抜き矢印（力ａ、力ｂ、力ｃ、力ｄ、力ｅ、力ｆ、力ｇ）で示す。また、図８（ｂ）において、矢印で示す各力が、第１外側継手管９と第２外側継手管１１のいずれかに作用しているかを分かり易くするために、第１外側継手管９と第２外側継手管１１同士を上下に離して図示している。

図８（ａ）の状態において、上鋼管５に回転トルクを作用させると、回転トルクによる力ａは、上鋼管５に作用する螺旋斜面１７ａに沿う力ｂと、下鋼管３に作用する螺旋斜面１５ａに直交する力ｃに分力することができる。
そして、力ｂは回転方向の力ｄと上向きの力ｅに分力でき、また、力ｃも回転方向の力ｆと下向きの力ｇに分力できる。
このように、回転トルクによる力ａの一部が杭軸方向の力（力ｅ、力ｇ）に変換され、これらの力は、接合端面１５、１７を上下に引き離そうとする力であるが、これらの力が第１外側継手管９の第１凸部２１と第２外側継手管１１の第２凸部２３にせん断力及び支圧力として作用し、この力が内側継手部材１３の凹部３３にせん断力として作用し、最終的にはこの力が内側継手部材１３に引張力として作用する。
引張強度はせん断強度よりも高いため、内側継手部材１３に引張力として作用させることで接合構造全体としてのねじり耐力を効率的に向上させることができる。

このように内側継手部材１３は、接合構造全体のねじり耐力を向上させるための重要な役割を担っている。そのため、内側継手部材１３の材料強度は、下鋼管３、上鋼管５、第１外側継手管９及び第２外側継手管１１の材料強度よりも大きくすることが望ましい。逆に、第１外側継手管９及び第２外側継手管１１の材料強度は、下鋼管３、上鋼管５と同じにすることができる。

このように、回転トルクを支圧力やせん断力ではなく鋼材を最も有効に使える引張力に構造的に変換することにより、継手寸法を小さく抑えつつ、下鋼管３及び上鋼管５に作用するトルク以上のねじり耐力を有する接合構造７とすることが可能である。

なお、力ｄ及び力ｆは第２外側継手管１１、ひいては下鋼管３を回転させるトルクとして伝達され、回転杭１全体が回転貫入される。
また、杭施工時には逆回転をする場合もあり、そのときの回転トルクによる水平力ｈは、図９に示すように、支圧面１５ｂ及び支圧面１７ｂに支圧及びせん断力として伝達される。逆回転時の回転トルクは、正回転時に比べれば小さいのでせん断力として伝達しても問題なく、また第１外側継手管９及び第２外側継手管１１の全周長（せん断面４５）を考慮することができるのでこの点でも問題ない。

本実施の形態の接合構造７は、回転トルクの一部を構造的に引張力に変換することができる。このときの変換率は、螺旋斜面１５ａ及び螺旋斜面１７ａの傾斜角度θ₁を変更することで調整することができる。
傾斜角度θ₁は5°≦θ₁≦45°に設定し、傾斜角度θ₂は85°≦θ₂≦90°に設定することが望ましい。この理由について以下に説明する。

傾斜角度θ₁は、正回転時に滑り上がろうとする力を積極的に発生させるために45°以下とした。ただし、傾斜角度θ₁が小さすぎると、内側継手部材１３に引張力が伝達されずに第１外側継手管９及び第２外側継手管１１がほぼ水平にねじられ、ボルトのみに大きなせん断力が作用してしまう。これを回避するために、ボルトに大きなせん断力が作用せず、かつ内側継手部材１３に引張力が伝達される最小角度5°を、傾斜角度θ₁の下限値とした。

一方、支圧面１５ｂ及び支圧面１７ｂの傾斜角度θ₂は、逆回転時の比較的小さな回転トルクを伝達できればよいため、角度を85°以上90°以下として、支圧面１５ｂ及び支圧面１７ｂの支圧及びせん断により、回転トルクを伝達するようにした。

次に、本実施の形態に係る接合構造７の標準的な接合手順として下記(1)〜(8)ついて、図１０を参照しながら詳細に説明する。図１０は、接合構造７の縦断面の左半分を図示したものである。

(1)下鋼管３の上端部（杭頭部）に第１外側継手管９を、上鋼管５の下端部に第２外側継手管１１をそれぞれ工場溶接して取り付けておく。
(2)下鋼管３を地盤中に打設する（図１０（ａ）参照）。
(3)ボルト２５を、第１外側継手管９のボルト孔２７に挿入し、さらに内側継手部材１３のボルト孔３５に挿入し、ナット３９を締め付けることで第１外側継手管９に内側継手部材１３を締結する（図１０（ｂ）参照）。

(4)ボルト２５を回転して、ボルト２５の頭部を内側にねじ込み、内側継手部材１３を内方向に移動させる（図１０（ｃ）参照）。このとき、ナット３９は、ザグリ孔４１の中でボルト２５の回転に伴って回転して、ボルト２５とナット３９と内側継手部材１３間の相対距離が変わらない。内側継手部材１３を内方向に移動させることで、上鋼管５を建て込んで第２外側継手管１１を接合する際に、内側継手部材１３が第２外側継手管１１と緩衝せずに接合の妨げになることがない。

(5)上鋼管５を建て込み、第２外側継手管１１を内側継手部材１３の外側に挿入し、接合端面１５と接合端面１７とを当接させる（図１０（ｄ）参照）。
(6)ボルト２５を逆回転させて、内側継手部材１３を外方向に移動させる。これにより、内側継手部材１３の凹部３３が、第１外側継手管９の第１凸部２１及び第２外側継手管１１の第２凸部２３に嵌合する（図１０（ｅ）参照）。
(7)第２外側継手管１１のボルト孔３１にボルト４３を挿入し、内側継手部材１３のボルト孔３７に螺入することで第２外側継手管１１と内側継手部材１３をボルト固定する（図１０（ｆ）参照）。
(8)最後に、下鋼管３及び上鋼管５のすべてのボルト頭部が継手表面から突出していないことを確認して、接合完了となる。

なお、下鋼管３の打設時に上端部（杭頭部）を養生可能ならば、上記(3)の内側継手部材１３の取付け工程を上記(2)の前に行っておき、上記(2)の下鋼管３の打設完了後に上記(4)から作業するようにしてもよい。これにより、接合時間のさらなる短縮を図ることが可能となる。

また、上鋼管５の建て込み時に下端部を養生可能ならば、図１１に示すように、ボルトやボルト孔等の配置と形状を図１０に示すものの場合と全く逆にして、内側継手部材１３を第２外側継手管１１に取り付け、上鋼管５の建て込み後に下鋼管３の第１外側継手管９と内側継手部材１３をボルト締結するようにしてもよい。

下鋼管３側のボルト２５の頭部をねじ加工にしているのは、上鋼管５を建て込む際に、内側継手部材１３を内方向に移動させて上鋼管５を建て込み、再び外方向に移動させるまでの間（上記(4)〜(6)参照）、内側継手部材１３を垂直に保持するためである。
したがって、接合する下鋼管３及び上鋼管５が小径で内側継手部材１３が小さい場合など、内側継手部材１３の保持に支障がなければ、図１２（ｂ）に示すように、ボルトを下鋼管３及び上鋼管５側とも軸部のみがねじ加工が施された通常の六角穴４７ａ付きのボルト４７とし、ボルト孔等もそれに対応するもの（ザグリ孔４９、ボルト孔５０、ボルト孔５１）でもよい。この場合、ボルト４７の回転量を調整することで、図１２（ａ）に示すように、内側継手部材１３を内方向へ移動可能である。

また、ボルト４７の頭部が継手表面から突出していても施工上、杭の周面摩擦力への影響がない場合では、図１３に示すように、ザグリ孔を設けなくともよい。

以上のように、本実施の形態においては、回転トルクを支圧やせん断ではなく鋼材を最も有効に使える引張に構造的に変換し、発生した引張力を内側継手部材１３で受けることにより、継手寸法を抑えつつ、下鋼管３及び上鋼管５の全強トルク以上の大きな回転トルクに対応でき、回転杭１の正回転、逆回転を考慮した合理的な接合構造７とすることができる。
また、ボルトの頭部が継手表面から突出しないようになっているので、回転貫入時の抵抗をなくすことができ、回転杭１の周面摩擦力への影響を低減できる。

なお、上記では、傾斜角度θ₂が90°である例について説明したが、図１４に示すように傾斜角度θ₂を小さく設定して支圧面１５ｂ及び支圧面１７ｂの傾きを比較的緩やかにしてもよい。より好ましくは、上述したとおり85°≦θ₂≦90°に設定する。
また、凸凹部１１は、図５に示す形状の他、嵌合性を向上させるために、図１５に示すように螺旋斜面１５ａと支圧面１５ｂの交差部、及び螺旋斜面１７ａと支圧面１７ｂの交差部にアールを形成するようにしてもかまわない。

さらに、第１外側継手管９と第２外側継手管１１の位置決めや芯合わせが容易となるように、図１６に示すように第２外側継手管１１の支圧面１７ｂに溝部５３を設け、第１外側継手管９の支圧面１５ｂに、溝部５３が挿入される凸条部５５を設けてもよい。第１外側継手管９の上面視を図１７に示す。なお、溝部５３の形状は図１８（ａ）〜（ｃ）に示すようなものでもよい。

本発明の鋼管杭の接合構造の一設計例を示す。
外径φ609.6mm×板厚t12mmの鋼管杭（SKK400）に対して本発明の接合構造を設計した場合、例えば以下のようになる。
・第１外側継手管及び第２外側継手管：外径φ609.6mm×板厚t12mm（凸型増厚部はt25mm）×長さL70mm（同L35mm）、凸凹部は4つ、傾斜角度θ₁は5°、傾斜角度θ₂は90°、材質はSM400A
・内側継手部材：外径φ585.6（凹型円弧部はφ559.6mm）×板厚t23mm（同t10mm）×長さL110mm（同L70mm）、4分割、材質はHITEN780
・六角穴付きボルト：M12、本数は24本（4分割×3箇所×2段）

ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ 力
１ 回転杭
３ 下鋼管
５ 上鋼管
７ 接合構造
９ 第１外側継手管
１１ 第２外側継手管
１３ 内側継手部材
１５ 接合端面
１５ａ 螺旋斜面
１５ｂ 支圧面
１７ 接合端面
１７ａ 螺旋斜面
１７ｂ 支圧面
１９ 支圧面
２１ 第１凸部
２３ 第２凸部
２５ ボルト
２５ａ 六角穴
２７ ボルト孔
２９ ザグリ部
３１ ボルト孔
３３ 凹部
３５ ボルト孔
３７ ボルト孔
３９ ナット
４１ ザグリ孔
４３ ボルト
４３ａ 六角穴
４５ せん断面
４７ ボルト
４７ａ 六角穴
４９ ザグリ孔
５０ ボルト孔
５１ ボルト孔
５３ 溝部
５５ 凸条部

Claims (3)

1. 回転杭を構成する上下の鋼管を接合する接合構造であって、
   下側の鋼管の上端に取り付けられた第１外側継手管と、上側の鋼管の下端に取り付けられた第２外側継手管と、前記第１外側継手管の上端面と前記第２外側継手管の下端面を当接させた状態で前記第１外側継手管と前記第２外側継手管の内周面側においてこれらを連結する内側継手部材とを備え、
   前記第１外側継手管と前記第２外側継手管は、前記回転杭が正回転したときに両者が上下方向に離れる方向となる複数の螺旋斜面を有する接合端面を介して当接し、前記内側継手部材は前記第１外側継手管と前記第２外側継手管が離れようとするのに抵抗するようになっており、
   前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管の接合端面は、前記螺旋斜面に連続する支圧面を有し、
   前記螺旋斜面の杭軸直角方向に対する傾斜角度をθ ₁ 、前記支圧面の杭軸直角方向に対する傾斜角度をθ ₂ とすると、5°≦θ ₁ ≦45°、85°≦θ ₂ ≦90°に設定されていることを特徴とする回転杭を構成する鋼管の接合構造。
2. 前記第１外側継手管は内周面に内方向に突出する第１凸部を有し、前記第２外側継手管は内周面に内方に突出する第２凸部を有し、前記内側継手部材は前記第１凸部と前記第２凸部に嵌合可能な凹部を有する複数の円弧状部材からなることを特徴とする請求項１記載の回転杭を構成する鋼管の接合構造。
3. 前記第１外側継手管及び前記第２外側継手管と前記内側継手部材を締結するボルトを有し、前記第１外側継手管又は前記第２外側継手管に前記内側継手部材を前記ボルトで保持した状態で、前記内側継手部材は前記第１外側継手管又は前記第２外側継手管に対して内外方向に移動可能になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転杭を構成する鋼管の接合構造。

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