JP6063714B2 - 膨張型鋼管杭及び杭構造の作成方法 - Google Patents

Description

この発明は、住宅等の小規模構造物基礎用の径方向に膨張可能な膨張型鋼管杭及び杭構造の作成方法に関する。

住宅等の小規模構造物を軟弱な地盤上に建設する際、支持地盤の支持力の増加と建築物基礎の沈下を抑制するために、支持地盤に打ち込んだ杭によって建築物基礎を支持する工法が採用されている。小規模構造物の支持杭としては、大規模建築物の支持杭のように地盤の支持層まで貫入させるものでない貫入長が比較的短く小口径の鋼管杭が使用され、所定のピッチで複数打設した鋼管杭によって小規模構造物の基礎が支持される。
例えば、特許文献１には、鋼管杭の先端に三角錐形状のビットを付帯させた杭を使用した住宅基礎杭が記載されている。さらに、特許文献１には、上記鋼管杭によって、打ち込みの際の垂直貫入が容易になるほか、鋼管杭の先端開口を塞ぐビット全体で先端支持力が得られることが記載されている。

特開２０１１−２３６７１８号公報

住宅のような小規模構造物のために鋼管杭を打ち込む場合、工事規模が小さく施工用地も狭いことから小型の施工機械が使用されるため、上述のように貫入長が比較的短く小口径の杭が使用される。このため、先端支持力を増強した特許文献１に記載の鋼管杭を使用した場合でも、地盤との周面摩擦力＋先端支持力からなる各杭の支持力は低くなるため、各杭長を長くして周面支持力を増大させるか、又は杭の打設本数を多くすることによって、杭全体から得られる支持力を確保することが行われる。しかしながら、杭長の延長及び杭数の増量はいずれも施工手間を増大させるため、コストを増大させるという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、杭１本あたりの支持力を増大させることを可能にする膨張型鋼管杭及び杭構造の作成方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る膨張型鋼管杭は、小規模構造物の支持地盤に打込まれる膨張型鋼管杭であって、両端が塞がれた筒状の金属製本体と、本体の軸方向に延び且つ本体の周壁を内方へくぼませるようにして形成された少なくとも１つの溝部と、本体の一方の端部に形成され且つ本体の外部を内部に連通する注入穴とを備え、本体は、本体の内部が加圧されることによって、溝部を伸ばして本体の径を拡大するように膨張可能である。
また、溝部は、軸方向に互いに間隔をあけて本体に配置された複数の部分溝部を有し、本体は、本体の内部が加圧されることによって、部分溝部を伸ばして本体の径を拡大するように膨張可能であってもよい。
さらに、部分溝部は、溝部及び本体を周方向に囲んで拘束する筒状体によって溝部が分割されて形成されてもよい。

溝部は、複数形成され、これら複数の溝部は、本体の周壁の周方向に位置をずらして配置されてもよい。さらに、複数の溝部は、本体の周壁の周方向に等間隔に配置されてもよい。
上記膨張型鋼管杭は、本体の注入穴側の端部に螺合することによって連結可能な杭高さ調節用筒状体をさらに備えてもよい。
また、この発明に係る杭構造の作成方法は、上述の膨張型鋼管杭を圧入することによって、膨張型鋼管杭の本体を小規模構造物の支持地盤内に貫入するステップと、本体の貫入後、注入穴を介して本体の内部に流体を注入することにより本体の内部を加圧して、本体の内側から溝部を伸ばし本体を膨径させることによって、膨張型鋼管により周囲の地盤を押圧させるステップとを含む。

この発明に係る膨張型鋼管杭及び杭構造の作成方法によれば、杭の地盤への貫入後に杭径方向に膨張することができるため、地盤との間の周面摩擦力を増大させ、杭の支持力を増大させることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る膨張型鋼管杭の側面図である。 図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った断面図である。 図１の膨張型鋼管杭の貫入手順を示す概略図である。 図１の膨張型鋼管杭の貫入後の膨張工程を示す側面図である。 図４の膨張工程における膨張型鋼管杭の断面の変化を、図２と同様の断面で示す図である。 この発明の実施の形態２に係る膨張型鋼管杭の構成及びこの膨張型鋼管杭の貫入後の膨張工程を示す側面図である。 膨張型鋼管杭の実施例１及び２、並びに比較例の支持力を比較したグラフである。 実施の形態１及び２に係る膨張型鋼管杭の変形例の断面を図２と同様にして示す断面図である。 実施の形態１及び２に係る膨張型鋼管杭の別の変形例の断面を図２と同様にして示す断面図である。 実施の形態１及び２に係る膨張型鋼管杭のさらに別の変形例の断面を図２と同様にして示す断面図である。 図１０の膨張型鋼管杭の変形例を図１と同様にして示す側面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る膨張型鋼管杭１０の構成を説明する。
図１は膨張型鋼管杭１０の側面図を示し、図２は膨張型鋼管杭１０の断面図を示す。
図１及び図２をあわせて参照すると、膨張型鋼管杭１０は、鋼管からなる筒状の本体１１と、本体１１の一方の端部に被せられた有底円筒状の先端キャップ１３と、本体１１の他方の端部に被せられた有底円筒状の注水キャップ１２とを備えている。

先端キャップ１３は、本体１１と同様に鋼製である。先端キャップ１３の開口端部１３ａは溶接等の接合手段によって本体１１に固定されており、開口端部１３ａと本体１１の周面との間は、溶接等の接合手段によって気密に封止されている。
注水キャップ１２は、本体１１と同様に鋼製である。注水キャップ１２の開口端部１２ｃは溶接等の接合手段によって本体１１に固定されており、開口端部１２ｃと本体１１の周面との間は、溶接等の接合手段によって気密に封止されている。そして、注水キャップ１２の円筒状の周壁には、この周壁を貫通する注水穴１２ａと排水穴１２ｂとが形成されている。さらに、注水キャップ１２の円筒状の周壁の表面には、周方向に沿って螺旋状に延びる雄ねじを有する雄ねじ部１２ｄが形成されている。
ここで、注水穴１２ａは、注入穴を構成している。

図２に示すように、本体１１は、筒状の周壁１１ａを有しており、周壁１１ａは、円筒状の周壁を周方向に離れた４つの位置で鋼管径方向内側に向かってくぼませた断面形状を有している。つまり、周壁１１ａは、本体１１の外周面の一部を形成する円弧状断面をした４つの外周壁部１１ｂａ、１１ｂｂ、１１ｂｃ及び１１ｂｄと、外周壁部１１ｂａ、１１ｂｂ、１１ｂｃ及び１１ｂｄ同士の間に位置して鋼管径方向内側に向かってくぼんだ４つの陥凹壁部１１ｃａ、１１ｃｂ、１１ｃｃ及び１１ｃｄとによって構成されている。陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄは、互いに同形状であり且つ略Ｕ字状である断面形状を有し、本体１１の中心軸Ｃを中心とする周方向に等間隔に配置されている、つまり、陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄは互いに、本体１１の中心軸Ｃを中心として中心角を９０°とする回転対称の関係となっている。これにより、外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄも、互いに同形状である断面形状を有している。

また、陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄはそれぞれ、本体１１及び周壁１１ａの中心軸Ｃに沿って延在するように形成されている。それにより、陥凹壁部１１ｃａ、１１ｃｂ、１１ｃｃ及び１１ｃｄはそれぞれ、中心軸Ｃに沿って延在する軸方向溝１１ｄａ、１１ｄｂ、１１ｄｃ及び１１ｄｄを形成する。そして、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄは、４つの溝部１１ｄ（図１参照）を構成する。
よって、周壁１１ａの内側には、四つ葉のクローバー状の断面形状を有する１つの内部空間１１ｅが形成される。

内部空間１１ｅは、周壁１１ａと、周壁１１ａの両端を閉鎖する注水キャップ１２及び先端キャップ１３（図１参照）とによって、気密に封止された空間として形成されており、注水穴１２ａ及び排水穴１２ｂを介してのみ外部に連通する。
上述のような周壁１１ａを有する本体１１は、工場での鋼管としてのロール成形時に、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄも一緒に形成されるようにすることが可能である。

次に、この発明の実施の形態１に係る膨張型鋼管杭１０の打込方法を説明する。
図３を参照すると、膨張型鋼管杭１０を小規模構造物、特に住宅の基礎杭として用いる場合、膨張型鋼管杭１０の外径が２００ｍｍ程度までと小径であるため大型の機械を必要とせず、建柱車１が使用される。
図３の工程（ａ）〜（ｄ）を経て、膨張型鋼管杭１０が支持地盤に貫入される。

工程（ａ）では、膨張型鋼管杭１０の建込み工程が実施され、まず、建柱車１のブーム２から下げられたリーダ３が、膨張型鋼管杭１０の打ち込み位置にセットされる。このとき、リーダ３は、ブーム２から鉛直方向と平行に吊り下げられて地盤上で先端が支持されている。次いで、膨張型鋼管杭１０が、リーダ３にセットされている油圧式ロータリーパーカッション４の先端の棒状のヤットコ５に直立状態で取り付けられる。このとき、膨張型鋼管杭１０は、先端キャップ１３（図１参照）側を下方の地盤の方向にし、注水キャップ１２（図１参照）がヤットコ５に取り付けられる。

なお、リーダ３は、油圧式ロータリーパーカッション４をその延在方向に沿って移動させることができる。油圧式ロータリーパーカッション４は、膨張型鋼管杭１０と共にヤットコ５をその中心軸を中心に回転させ、ヤットコ５は、膨張型鋼管杭１０を支持地盤に貫入するとき、油圧式ロータリーパーカッション４が土に埋もれずに地面から上方に位置するように維持するためのものである。

工程（ｂ）では、膨張型鋼管杭１０の鉛直度の確認及び調整が行われる。
工程（ｃ）では、鉛直度の確認後、油圧式ロータリーパーカッション４が作動され、膨張型鋼管杭１０がその中心軸を中心に回転される。同時に、リーダ３の移動装置が作動され、油圧式ロータリーパーカッション４が鉛直下方向に向かって押し下げられる。これにより、膨張型鋼管杭１０が、回転しつつ鉛直方向に沿って押し下げられて先端キャップ１３（図１参照）側から地盤に圧入され、地盤の中に貫入していく。このとき、膨張型鋼管杭１０は、予め削孔されていない地盤に圧入されるため、先端キャップ１３の先端で地盤内の土砂を周囲に押しのけながら、地盤内を下方に進む。
工程（ｄ）では、膨張型鋼管杭１０が所定の長さだけ地盤に貫入されると、リーダ３の移動装置及び油圧式ロータリーパーカッション４が停止され、膨張型鋼管杭１０の貫入が完了する。このとき、膨張型鋼管杭１０の注水キャップ１２（図１参照）は、地盤よりも上方に位置している。

次に、図４を参照すると、紙面上で左側に示されるように貫入完了後の膨張型鋼管杭１０の注水キャップ１２に対して、高圧注水装置３０の注水アタッチメント３１が外側から取り付けられる。高圧注水装置３０では、注水アタッチメント３１から延びる注水ホース３２の端部に図示しない注水機が接続されている。高圧注水装置３０では、注水機が、注水アタッチメント３１を介して、注水キャップ１２の注水穴１２ａから膨張型鋼管杭１０の内部空間１１ｅ（図２参照）内に高圧水（流体）を注水すると共に、排水穴１２ｂから内部空間１１ｅ内の空気及び水を回収し、内部空間１１ｅ内の水圧を所定の圧力に維持する。なお、内部空間１１ｅに注入する流体は、水の他の液体、気体等の流体でもよい。

そして、高圧注水装置３０を使用して膨張型鋼管杭１０の内部空間１１ｅ（図２参照）内に所定の水圧を付与することによって、膨張型鋼管杭１０の本体１１が径方向外側に膨張するように変形し、図４の紙面上で中央に示される膨張型鋼管杭１０のようになる。つまり、本体１１は、周壁１１ａの外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄ（図２参照）が互いに離れるように鋼管径方向外側に向かって広げられつつ、陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄの軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄ（４つの溝部１１ｄ）（図２参照）によるくぼみが径方向外側に向かって押し広げられるようにして変形する。なお、注水キャップ１２及び先端キャップ１３は、本体１１と重なっているうえ本体１１よりも大きい部材厚で形成されているため、水圧の作用によって変形しないようになっている。

ここで、図５を参照すると、膨張型鋼管杭１０の本体１１の膨張過程における断面変化の詳細が示されている。
膨張型鋼管杭１０の貫入完了時、本体１１の周壁１１ａの外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄは、周囲の地盤によって囲まれた状態にある。貫入の際、膨張型鋼管杭１０では、先端キャップ１３（図４参照）が、その先端で地盤の土を周囲に押しのけつつ地盤中を下方に進む。このため、地盤が粘性土の場合は、塑性変形を受けた土が外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄの周囲を囲み、砂質土又は礫混じりの砂質土の場合、押しのけられた一部が膨張型鋼管杭１０の軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄ内に入り込み、その他が外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄの周囲を取り囲む。

膨張型鋼管杭１０の内部空間１１ｅ内に高圧水４０が注入されると、膨張型鋼管杭１０の本体１１では、内部空間１１ｅを広げるように水圧が作用するため、外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄ同士を互いに離し且つ内径を拡大するように周壁１１ａが広がる。これに伴い、陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄもそれぞれ、外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄによって軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄの溝幅を拡げるように引っ張られると共に内側から押し伸ばされて窪みをほぼ消失し、そして外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄと共に径方向外側に膨らむように変形して略円形状の断面を形成する。これにより、本体１１において、外径が拡大され且つ地盤と対向する外周面１１ａ１’の面積を増加させた新たな略円形状断面の周壁１１ａ’が形成される。
よって、本体１１は、周壁１１ａの周りの土砂を周囲に押しのけながら周壁１１ａの外径を拡大するように膨張する。

膨張型鋼管杭１０の膨張完了後、内部空間１１ｅ内への注水が停止され、その後、高圧注水装置３０（図４参照）によって内部空間１１ｅ内に空気が供給され、さらに供給された空気圧の作用によって、内部空間１１ｅ内に残留する水が、注水キャップ１２の排水穴１２ｂ（図４参照）から高圧注水装置３０に回収される。残留水の排水後、注水アタッチメント３１（図４参照）が取り外され、膨張型鋼管杭１０の膨張過程が終了する。

図４を参照すると、紙面上で右側に示されるように、注水アタッチメント３１の取り外し後、膨張型鋼管杭１０の注水キャップ１２の雄ねじ部１２ｄに、膨張型鋼管杭１０の上端高さ調節用の調整キャップ１５が取り付けられる。調整キャップ１５は、有底円筒状の形状を有してして、円筒の内側に雌ねじが形成されている。調整キャップ１５は、その雌ねじを注水キャップ１２の雄ねじ部１２ｄに螺合させ、回転されることによって上昇又は下降する。このため、調整キャップ１５を回転することによって、膨張型鋼管杭１０の上端高さが所定の高さになるように位置合わせされ、膨張型鋼管杭１０の打ち込みが完了する。
ここで、調整キャップ１５は、杭高さ調節用筒状体を構成している。
そして、住宅を建設する場合、調整キャップ１５の上端まで地盤上に基礎用の砕石が敷きれて締め固められ、膨張型鋼管杭１０及び砕石の上にこれらを支持体として住宅が建てられる。

上述のように、膨張型鋼管杭１０において、本体１１が周壁１１ａの外径を拡大するように膨張することによって、周囲の地盤の土との接触面積が増加し、地盤との周面摩擦力が増加する。さらに、本体１１の膨張時、粘性土地盤の場合、周壁１１ａは、周囲の粘性土を塑性変形させつつ押し広げ、砂質土若しくは礫混じりの砂質土地盤の場合、周囲の砂質土若しくは礫混じりの砂質土を押し広げるため、いずれも場合も密になった粘性土又は砂質土若しくは礫混じりの砂質土と、その外周面１１ａ１’全体とを密着状態で接触させ、これによっても、地盤との周面摩擦力を増加させる。

このように、この発明の実施の形態１に係る膨張型鋼管杭１０は、小規模構造物用の鋼管杭である。膨張型鋼管杭１０は、両端が塞がれた筒状の金属製の本体１１と、本体１１の軸方向に延び且つ本体１１の周壁１１ａの一部である陥凹壁部１１ｃａ〜１１ｃｄを内方へくぼませるようにして形成された軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄと、本体１１の一方の端部に形成され且つ本体１１の外部を内部に連通する注水穴１２ａとを備える。本体１１は、本体１１の内部空間１１ｅが加圧されることによって、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄを伸ばして本体１１の径を拡大するように膨張することが可能である。

これにより、本体１１の膨張前の膨張型鋼管杭１０を地盤に貫入後、本体１１を膨張させることによって、本体１１の周壁１１ａにおける地盤の土と対向する周面の面積が増加すると共に、周面の面積を増加させた周壁１１ａが地盤に押し付けられ、密な状態の地盤の土と密着状態となる。よって、膨張型鋼管杭１０は、単に地盤に貫入する場合よりも地盤に対する周面摩擦力を増加させて支持力を増大させることができる。さらに、膨張型鋼管杭１０の本体１１は、両端が塞がれているため、先端における地盤との接触面積が増加し、それにより先端支持力も増大させることができる。

また、膨張型鋼管杭１０に形成された複数の軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄは、本体１１の周壁１１ａの周方向に位置をずらして配置されている。さらに、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄは、本体１１の周壁１１ａの周方向に等間隔に配置されている。本体１１を拡径方向に膨張させるのに複数の軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄを用いることによって、本体１１の拡径率を高めることができる。さらに、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄそれぞれの深さを減少させても、本体１１を十分に拡径させることができ、それにより、本体１１の径を小さくすることができる。また、軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄが周壁１１ａの周方向に等間隔に配置されるため、膨張時に本体１１を中心軸Ｃに垂直な径方向に均等に膨張させることができる。

また、上記膨張型鋼管杭１０は、本体１１の注水穴１２ａ側の端部に螺合することによって連結可能な杭高さ調節用の調整キャップ１５を備えている。これによって、膨張型鋼管杭１０の上端の高さ調節が、調整キャップ１５をねじ締結又は緩める方向に回転させるだけで可能になる。そして、複数の膨張型鋼管杭１０を打ち込んだ際でも、各膨張型鋼管杭１０同士の間での上端高さの関係を容易に調節して、各膨張型鋼管杭１０に住宅等から均等な上載荷重が作用するようにすることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る膨張型鋼管杭２０は、実施の形態１に係る膨張型鋼管杭１０の本体１１に対して、本体１１及び４つの溝部１１ｄ（軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄ）を外側から囲む円筒状のスリーブ１４を設けたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図６を参照すると、紙面上で左側に示されるように膨張型鋼管杭２０は、実施の形態１の膨張型鋼管杭１０と同様にして、本体１１、注水キャップ１２及び先端キャップ１３を備えている。
さらに、膨張型鋼管杭２０は、本体１１の周壁１１ａにおける外周壁部１１ｂａ〜１１ｂｄ（図２参照）の外周面に整合する内周面を有する円筒状のスリーブ１４を備えている。スリーブ１４は、互いに対して並びに注水キャップ１２及び先端キャップ１３に対して、本体１１の軸方向に間隔をあけて複数設けられており、周壁１１ａ及び４つの溝部１１ｄ（軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄ：図２参照）を外側から囲むようにして配置され、溶接等の手段によって固定されている。よって、周壁１１ａ及び４つの溝部１１ｄは、スリーブ１４が設けられた部位では拘束されて外方に広がることができず、４つの溝部１１ｄはそれぞれ、スリーブ１４間、又は、スリーブ１４と注水キャップ１２若しくは先端キャップ１３との間において外方に広がることができる部分的な溝部にスリーブ１４によって分割される。そして、スリーブ１４間、スリーブ１４と注水キャップ１２との間、及び、スリーブ１４と先端キャップ１３との間のそれぞれにおける４つの溝部は、分割溝部１１ｄ１を構成する。
ここで、スリーブ１４は筒状体を構成し、分割溝部１１ｄ１は部分溝部を構成する。

紙面上で左側に示される地盤に貫入された膨張型鋼管杭２０に対して、内部に高圧水を注入すると、紙面上で右側に示されるように膨張型鋼管杭２０の本体１１では、スリーブ１４、注水キャップ１２及び先端キャップ１３の設けられていない部位２１(以下、膨張部と呼ぶ）の分割溝部１１ｄ１が伸ばされ、径方向に拡大するように膨張する。また、スリーブ１４、注水キャップ１２及び先端キャップ１３は、本体１１と重なっているうえ本体１１よりも大きい部材厚で形成されているため、これらが設けられている本体１１の部位は拘束されており水圧の作用によって変形しない。よって、本体１１では、膨張した膨張部２１の間でスリーブ１４が節のような形態をなしている。

上述のように、膨張型鋼管杭２０において、本体１１の膨張部２１が外径を拡大するように膨張することによって、地盤との周面摩擦力が増加する。さらに、膨張後に膨張部２１とこれよりも径が小さいスリーブ１４とが交互に存在することによって、膨張部２１及びスリーブ１４の間の断面の変化部が、鉛直方向の移動抵抗となり、つまりアンカー効果を奏し膨張型鋼管杭２０の支持力を増大させる。

また、この発明の実施の形態２に係る膨張型鋼管杭２０のその他の構成及び打込方法は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
そして、実施の形態２における膨張型鋼管杭２０によれば、上記実施の形態１の膨張型鋼管杭１０と同様な効果が得られる。

また、実施の形態２の膨張型鋼管杭２０では、溝部１１ｄは、軸方向に互いに間隔をあけて本体１１に配置された複数の分割溝部１１ｄ１を有し、本体１１は、本体１１の内部空間１１ｅが加圧されることによって、分割溝部１１ｄ１を伸ばして本体１１の径を拡大するように膨張可能である。さらに、分割溝部１１ｄ１は、溝部１１ｄ及び本体１１を周方向に囲んで拘束するスリーブ１４によって溝部１１ｄが分割されて形成される。これにより、膨張型鋼管杭２０の膨張時、分割溝部１１ｄ１において径方向に膨張した膨張部２１と外径が変化しないスリーブ１４の部位とが形成され、両者によって形成される凹凸が奏するアンカー効果が、実施の形態１の膨張型鋼管杭１０よりも支持力を増加させることができる。また、本体１１の外側にスリーブ１４を設けるだけで膨張型鋼管杭２０を形成することができるため、製造が容易である。

（実施例）
以下、実施の形態１及び２に係る膨張型鋼管杭１０及び２０の実施例と、単管からなる鋼管杭の比較例とを比較する。
実施例１は、実施の形態１に係る膨張型鋼管杭１０の実施例であり、膨張前の外径が３６．０ｍｍ、管の壁厚２．０ｍｍのＺＡＭ鋼管（一般構造用圧延鋼材、鋼材規格：ＪＩＳ Ｇ ３１０１ ＳＳ４００）の膨張型鋼管１０１を鋼管杭として使用しており、膨張型鋼管１０１は、膨張させると外径５４．０ｍｍに拡大する。さらに、膨張型鋼管１０１は、地盤に１．１ｍ貫入される。

実施例２は、実施の形態２に係る膨張型鋼管杭２０の実施例であり、膨張前の外径が３６．０ｍｍ、管の壁厚２．０ｍｍ、スリーブの中心間隔が０．５ｍのＺＡＭ鋼管（一般構造用圧延鋼材、鋼材規格：ＪＩＳ Ｇ ３１０１ ＳＳ４００）の膨張型鋼管２０１を鋼管杭として使用しており、膨張型鋼管２０１の膨張部は、膨張させると外径５４．０ｍｍに拡大する。なお、スリーブも鋼管と同じ鋼材から形成されている。さらに、膨張型鋼管２０１は、地盤に１．１ｍ貫入され、地盤中に２つの膨張部及び１つの膨張部の一部と、２つのスリーブが貫入される。
比較例は、外径４８．６ｍｍ、管の壁厚２．４ｍｍのＺＡＭ鋼管（一般構造用炭素鋼鋼管、鋼材規格：ＪＩＳ Ｇ ３４４４ ＳＴＫ５００）の単管３０１を鋼管杭として使用している。単管３０１も地盤に１．１ｍ貫入される。

図７を参照すると、粘性土地盤へ貫入深さ１．１ｍで打ち込んだ後の膨張型鋼管１０１、膨張型鋼管２０１及び単管３０１それぞれに対して、地盤から突出する上端に載荷した荷重と、鉛直下方向への変位（沈下量）との関係が示されている。なお、図７では、横軸に荷重（単位：Ｎ［ニュートン］）をとり、縦軸に変位（単位：ｍｍ）をとっている。
比較例の単管３０１では、１５０Ｎ以上で沈下量が急激に増大しており、単管３０１の極限支持力は、１５０Ｎとなる。
実施例１の膨張型鋼管１０１では１１３０Ｎ以上で沈下量が急激に増大しており、膨張型鋼管１０１の極限支持力は、１１３０Ｎとなる。よって、膨張型鋼管１０１の極限支持力は、単管３０１の７倍以上となっている。
実施例２の膨張型鋼管２０１では１８６０Ｎ以上で沈下量が急激に増大しており、膨張型鋼管２０１の極限支持力は、１８６０Ｎとなる。よって、膨張型鋼管２０１の極限支持力は、単管３０１の１２倍以上となっている。

比較例の単管を鋼管杭として使用する工法として、ＲＥＳ−Ｐ工法がある。このＲＥＳ−Ｐ工法も、粘性度地盤を基礎とする小規模構造物を対象としたものであり、地上３階建以下、高さ１３ｍ以下、軒高９ｍ以下、延べ床面積１５００ｍ^２以下、基礎の長期設計荷重度が５０ｋＮ／ｍ^２以下の全てを満たす建築物を対象としている。
実施例１及び２の膨張型鋼管１０１及び２０１も、ＲＥＳ−Ｐ工法が対象とする建築物の基礎に適用することができ、その場合、比較例の単管３０１を使用する場合よりも、地盤への貫入長を短くすることができると共に、打込本数を減少させることができる。さらに、地盤への貫入時、実施例１及び２の膨張型鋼管１０１及び２０１の外径が、比較例の単管３０１の外径よりも小さいため、実施例１及び２の膨張型鋼管１０１及び２０１の方が地盤への貫入が容易である。

また、実施の形態１及び２の膨張型鋼管杭１０及び２０では、本体１１に４つの溝部１１ｄである４列の軸方向溝１１ｄａ〜１１ｄｄが軸方向に沿って形成されていたが、これに限定されるものでなく、３列以下で形成されても５列以上で形成されてもよい。
例えば、図８の膨張型鋼管杭３００に示されるように、筒状の本体３１１の周壁３１１ａに、互いに対向する２つの陥凹壁部３１１ｃａ及び３１１ｃｂを形成することによって、陥凹壁部３１１ｃａ及び３１１ｃｂに隣接し且つ互いに対向する同形状の円弧状断面をした外周壁部３１１ｂａ及び３１１ｂｂを形成し、それにより対向する２つの軸方向溝３１１ｄａ及び３１１ｄｂを形成するようにしてもよい。

又は、図９の膨張型鋼管杭４００に示されるように、筒状の本体４１１の周壁４１１ａにおいて、本体４１１の中心軸Ｃを中心として中心角１２０°の回転対称な３つ位置に、３つの陥凹壁部４１１ｃａ、４１１ｃｂ及び４１１ｃｃを形成することによって、陥凹壁部４１１ｃａ、４１１ｃｂ及び４１１ｃｃに隣接する同形状の円弧状断面をした外周壁部４１１ｂａ、４１１ｂｂ及び４１１ｂｃを形成してもよい。それにより、互いに回転対称な関係にある３つの軸方向溝４１１ｄａ、４１１ｄｂ及び４１１ｄｃが形成される。そして、周壁４１１ａはその内側に、三つ葉のクローバー状の断面をした内部空間４１１ｅを形成する。

又は、図１０の膨張型鋼管杭５００に示されるように、筒状の本体５１１の周壁５１１ａにおいて、周方向全体にわたって複数の陥凹壁部５１１ｃを連続して形成してもよい。このとき、周壁５１１ａの周方向全体にわたって、陥凹壁部５１１ｃ同士の間で鋼管径方向外側に向かって尖るように突出する複数の外周壁部５１１ｂが形成される共に、互いに周方向で隣り合う複数の軸方向溝５１１ｄが形成される。軸方向溝５１１ｄは、本体５１１の中心軸Ｃに沿って延在している。或いは、図１１に示すように、軸方向溝５１１ｄのそれぞれに、本体５１１の外周を螺旋状に旋回するように延在させてもよい。このとき、外周壁部５１１ｂもそれぞれ、本体５１１の外周を螺旋状に旋回し、膨張型鋼管杭５００はスパイラル管状の形状を有する。

そして、軸方向溝の数を多くすることによって、陥凹壁部及び外周壁部の鋼管外周方向の幅が小さくなるため、膨張時に陥凹壁部及び外周壁部を均等に変形させやすくなり、膨張型鋼管杭を径方向に均等に膨張させることが容易になる。さらに、軸方向溝の数を多くすることによって、陥凹壁部の面積が増加するため、膨張型鋼管杭の膨張時の拡径率を高めることができる。
なお、図２、８、９及び１０に示される断面形状を有する鋼管はいずれも、ロール成形によって製造することができるため、大量生産が可能であると共にコストを抑えることができる。さらに、これらの鋼管を、図１１に示すように螺旋状の軸方向溝を有するように製造する場合も、ロール成形による製造が可能である。

また、実施の形態１及び２の膨張型鋼管杭１０及び２０並びに変形例の膨張型鋼管杭３００〜５００において、本体１１，３１１，４１１，５１１で溝部を形成する陥凹壁部の断面形状を略Ｕ字状の形状にしていたが、これに限定されるものでない。陥凹壁部の断面形状は、三角形、四角形等の多角形であってもよく、又は円弧状であってもよい。
また、実施の形態１及び２の膨張型鋼管杭１０及び２０では、先端キャップ１３の外形が円柱状であったが、これに限定されるものでなく、先端に向かって先細になる円錐状、角錐状、円錐台状、若しくは角錐台状であってもよく、又は、先端に向かって先細になるスパイラル（ドリル）状であってもよい。

また、実施の形態１及び２の膨張型鋼管杭１０及び２０は、小規模構造物の基礎杭として用いられていたが、これに限定されるものでなく、簡易土留めの支柱、斜面に打ち込むことによる地盤強化（すべり防止）材、傾斜面に設けられるウッドデッキ等の張出台の基礎用支柱などに用いてもよい。
また、実施の形態１及び２の膨張型鋼管杭１０及び２０では、溝部１１ｄ及び分割溝部１１ｄ１の窪みが消失するまで拡径したが、これに限定されるものでなく、溝部１１ｄ及び分割溝部１１ｄ１の窪みが残っていてもよい。この場合も、膨張型鋼管杭１０及び２０は、密になった地盤と接触すると共に地盤との接触面積を増加させるため、周面摩擦力による支持力を増大させることができる。

１０，２０ 膨張型鋼管杭、１１ 本体、１１ａ 周壁、１１ｂａ〜１１ｂｄ 外周壁部、１１ｃａ〜１１ｃｄ 陥凹壁部、１１ｄ 溝部、１１ｄａ〜１１ｄｄ 軸方向溝、１１ｄ１ 分割溝部（部分溝部）、１１ｅ 内部空間、１２ａ 注水穴（注入穴）、１４ スリーブ（筒状体）。

Claims (7)

1. 小規模構造物の支持地盤に打込まれる膨張型鋼管杭であって、
   両端が塞がれた筒状の金属製本体と、
   前記本体の軸方向に延び且つ前記本体の周壁を内方へくぼませるようにして形成された少なくとも１つの溝部と、
   前記本体の一方の端部に形成され且つ前記本体の外部を内部に連通する注入穴と
   を備え、
   前記本体は、前記本体の内部が加圧されることによって、前記溝部を伸ばして前記本体の径を拡大するように膨張可能である膨張型鋼管杭。
2. 前記溝部は、軸方向に互いに間隔をあけて前記本体に配置された複数の部分溝部を有し、
   前記本体は、前記本体の内部が加圧されることによって、前記部分溝部を伸ばして前記本体の径を拡大するように膨張可能である請求項１に記載の膨張型鋼管杭。
3. 前記部分溝部は、前記溝部及び前記本体を周方向に囲んで拘束する筒状体によって前記溝部が分割されて形成される請求項２に記載の膨張型鋼管杭。
4. 前記溝部は、複数形成され、
   前記複数の溝部は、前記本体の周壁の周方向に位置をずらして配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載の膨張型鋼管杭。
5. 前記複数の溝部は、前記本体の周壁の周方向に等間隔に配置されている請求項４に記載の膨張型鋼管杭。
6. 前記本体の前記注入穴側の端部に螺合することによって連結可能な杭高さ調節用筒状体をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の膨張型鋼管杭。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の膨張型鋼管杭を圧入することによって、前記膨張型鋼管杭の前記本体を前記小規模構造物の前記支持地盤内に貫入するステップと、
   前記本体の貫入後、前記注入穴を介して前記本体の内部に流体を注入することにより前記本体の内部を加圧して、前記本体の内側から前記溝部を伸ばし前記本体を膨径させることによって、前記膨張型鋼管により周囲の地盤を押圧させるステップと
   を含む
   杭構造の作成方法。

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