JP6072187B2 - 鋼管杭 - Google Patents

Description

この発明は、杭本体である鋼管を回転圧入することにより地盤に貫入させる回転圧入工法に用いられる鋼管杭に関する。

この種の鋼管杭として種々のものがあるが、例えば特許文献１の拡底鋼管杭がある。この鋼管杭は、鋼管の先端に円形の拡径円盤を溶接固定してあり、前記円盤は周辺から中央に向かった切込みおよび鋼管の周辺に沿った切込みが相対する２か所に形成され、前記周辺から中央に向かった切込みに沿って、かつ、直径方向の折り曲げ線に沿って下方および上方に折り曲げて下向きおよび上向きの羽根を形成している、という構成である。

また、特許文献２は、硬い地盤であってもねじ込みが容易な鋼管杭を得ようとするもので、円筒状の軸部１１より外形が大きな板状の羽根部２を先端部１２に備えた鋼管杭１である。そして、先端部の円筒状外殻に先端面１２ａから斜めに切り込まれた溝状の切込み部１３，１３が２箇所に形成され、それらの切込み部に羽根部を形成する２枚の羽根板２１，２１がそれぞれ差し込まれた状態で固定され、残置部１４１を軸部の平面視中心Ｃに向けて折り曲げて曲面部１４ａを有する先端凸部１４を形成する、というものである（なお、符号は特許文献２中の符号である）。

また、特許文献３は、加工が容易で、支持力が大きく、さらに貫入能率にも優れた回転貫入杭を得ようとするもので、平板を折曲加工してなる鋼製翼３を鋼管先端面に該鋼管５の管軸方向に対して直角に固着してなる回転貫入鋼管杭であって、鋼製翼３は、鋼管５の先端外周に沿うように所定範囲に切込み７を設け、切込み７ を含む所定範囲を扇形状に切除して切除部９を形成し、切込み７の各終端７ａと杭中心を結ぶ線分の延長線を折曲げ線１１として切込み７を設けた部位の一方を上方に折曲して上向き傾斜面部１３を形成し、切込み７を設けた部位の他方を下方に折曲して下向き傾斜面部１５を形成してなり、 上向き傾斜面部１３および下向き傾斜面部１５の切込み部における傾斜部と非傾斜部の交差部を溶接で接合したことを特徴とするものである（なお、符号は特許文献３中の符号である）。

特開２００６−９３５４ 特開２００８−４５３３８ 特開２０１０−２８１２０５

上記従来の各鋼管杭は、それぞれに効果を奏するものであるが、杭の機能は地盤支持力にあるので、打設した鋼管杭の支持力が極力高いことが望まれる。その場合、種々の面で効率よく、すなわち簡易な手段により、安価に、そして施工性を損なうこともなく高い支持力が得られることが望まれる。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、簡易な手段により、安価に、そして施工性を損なうこともなく、地盤支持力を向上させることが可能な鋼管杭を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明の鋼管杭は、鋼管からなる軸部の先端面に、直径Ｄが前記軸部の直径ｄより大で、かつ中央部に、下面側から見て、円形輪郭をなしその中心部に向かって深さが漸次深くなる態様で杭頭側にへこみ軸部下端開口を閉塞する凹部が形成されてなる円形の端面板が溶接固定され、前記凹部の直径は前記軸部の直径より大であり、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部が形成されていることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の鋼管杭において、前記端面板は、複数枚の鋼板を溶接接合又はボルト接合してなることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２記載の鋼管杭において、前記端面板の前記凹部の下面に板状の掘削刃を垂直に固定し、前記掘削刃の側面に半円形の傾斜翼を固定したことを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項の鋼管杭において、前記軸部の前記端面板より上方位置に、端面板の前記翼部と同形状の翼部を持ち、
外径が前記端面板より大きい円形の補助ウイングを、前記軸部を貫通させる態様で溶接固定したことを特徴とする。

請求項５は、請求項４の鋼管杭において、前記補助ウイングは、その中央部に前記端面板の凹部とは逆に上面側から見て杭先端側にへこんだ凹部を有することを特徴とする。

請求項６は、請求項４の鋼管杭において、前記補助ウイングは、その中央部に前記端面板の凹部と同じく下面側から見て杭頭側にへこんだ凹部を有することを特徴とする。

請求項７は、請求項６の鋼管杭において、前記補助ウイングよりさらに上方位置に、前記補助ウイングと同形状で外径がさらに大きい第２補助ウイングを設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、杭本体である鋼管の先端面に、回転圧入時に地盤に食い込んで推進力を高める構造（鍔部に形成した互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部）を有する端面板の中央部に、下面側から見て、円形輪郭をなしその中心部に向かって深さが漸次深くなる態様で杭頭側にへこみ軸部下端開口を閉塞する凹部（上面側から見て凸）を形成するという極めて簡単な手段により、安価に、そして施工性を損なうこともなく杭の支持力を高めることが可能となる。

端面板には杭施工時に大きな荷重が作用するので大板厚とする必要があり、この大板厚の端面板の凹部をプレス加工するには大荷重のプレス機を必要とするが、２〜３枚の薄い板厚を溶接して製造できる請求項２の鋼管杭によれば、大荷重のプレス機を必要とせずに大板厚の端面板を製造できる。

請求項３の鋼管杭において、端面板の凹部の下面に垂直に固定された板状の掘削刃が土を攪拌するので、杭本体（鋼管）の圧入に必要な力を軽減することができ、杭本体を円滑に貫入させることができる。
さらに、垂直な掘削刃の側面に半円形の傾斜翼を設けているので、この傾斜翼により推進力を高めることができる。
また、垂直な掘削刃の側面に半円形の傾斜翼を持つという構造が、推進力向上に相乗的な作用をなし、効率的に推進力を高めることができ、また、端面板の推進翼部分（鍔部の上下逆向き傾斜の傾斜面部のある外周縁側部分）の推進作用とも相乗的な作用を奏することでも、効率的に推進力を向上させる。

請求項４の鋼管杭において、外径が端面板より大で端面板より上方位置に設けた補助ウイングが、端面板の推進翼部分と同様に推進作用をし、推進力を増大させる。
また、地震で建物が揺れた時に発生する引抜き力（引張力）に対応することができる。
また、補助ウイングの存在で地盤支持力が分散され、そして杭全体としての地盤支持力が向上する。

請求項５の鋼管杭において、端面板の凹部とは逆に上面側から見て杭先端側にへこんだ凹部（下面側から見て凸）を有する補助ウイングは、前記補助ウイングの作用、特に、引抜き力への対応、地盤支持力の作用が有効に働く。

請求項６において、端面板より上方位置に、端面板の凹部と同様な凹部を持ち端面板より大径の補助ウイングを有する構造は、端面板と補助ウイングとがネジ作用を奏する構造となり、推進力を増大させる。
また、請求項７のように、前記補助ウイングの上方位置に第２の補助ウイングを持つ構造によれば、端面板と補助ウイングと第２の補助ウイングとがネジ作用を奏する構造となり、さらに推進力を増大させる。また、第２の補助ウイングの上方位置に、上のもの程大径となる複数の追加補助ウイングを設けると、さらに推進力が増大する。

本発明の一実施例の鋼管杭の正面図である。 図１における端面板を説明するもので、（イ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ロ）は（イ）の正面図、（ハ）は（イ）のＢ-Ｂ断面図、（ニ）は端面板の凹部の断面形状についての補足説明図である 図２の端面板を製作する要領を説明する図である 本発明の他の実施例の鋼管杭の正面図である。 図４における端面板を説明するもので、（イ）は図４のＤ−Ｄ断面図、（ロ）は（イ）の正面図、（ハ）は（イ）のＥ−Ｅ断面図である 図５の端面板を製作する要領を説明する図である 図１の鋼管杭の変形例を示す図である 本発明の鋼管杭を家屋の基礎杭として施工する態様の一例を説明する図である 本発明のさらに他の実施例の鋼管杭を示すもので、図５に相当する図である。 図９（ロ）を下方から見た斜視図である。 （イ）は端面板を２枚重ね溶接して製作した場合の実施例の端面板の平面図、（ロ）は（イ）の端面板における補強板の平面図である。 図１２の拡大したＤ−Ｄ切断端面図である。 補助ウイングを設けた実施例を示すもので、鋼管杭の下部の正面図である。 補助ウイングを設けた他の実施例を示すもので、鋼管杭の下部の正面図である。 補助ウイングを設けたさらに他の実施例を示すもので、鋼管杭の下部の正面図である。

以下、本発明の鋼管杭を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の鋼管杭１の正面図、図２は図１における端面板を説明するもので、（イ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ロ）は（イ）の正面図、（ハ）は（イ）のＢ-Ｂ断面図である。
この鋼管杭１は、鋼管からなる軸部２の先端面に、直径Ｄが前記軸部２の直径ｄより十分大なる円形の端面板３を溶接固定してなる。
前記端面板３は、前記軸部（鋼管）２の直径より外側に張り出した鍔部４に、端面板周縁から中央に向かう切欠き部５を有し、前記切欠き部５の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部６、７が形成されている。そして、さらに端面板３の中央部に、下面側から見て、円形輪郭をなしその中心部に向かって深さが漸次深くなる態様で杭頭側にへこみ軸部下端開口を閉塞する凹部８が形成されている。凹部８の外側部分を８’で示す。凹部外側部分８’の上から見た円形輪郭をＳで示す。
実施例の鋼管杭１の軸部（鋼管）は、板厚ｔ＝４．５ｍｍ、直径ｄ＝１１４．３ｍｍ、材質ＳＴＫ４００である。
端面板３は、板厚Ｔ＝１２ｍｍ、直径Ｄ＝５００ｍｍ、凹部８の高さＨ＝６０ｍｍである。凹部外側部分８’の円形輪郭Ｓの直径は概ね２８０ｍｍ、材質ＳＳ４００又はＳＳ４９０である。
凹部８の形状は図示では球凹面状（断面では円弧状）の凹部としているが、特に板厚が厚い場合、通常は概ね、断面だけを示した図２（ニ）のようななだらかな形状になる。

この端面板３を製作する方法は特に限定されないが、鋼板の平坦な円板に凹部８を形成した後に、傾斜面部６、７を形成してもよいし、平坦な円板に、傾斜面部６、７を形成するための切り込みを入れた後に、凹部８を形成してもよい。また、平坦な円板に、切り込みを入れて傾斜面部を形成した後に、凹部を形成することも考えられる。
図３では、円板に凹部（８’）を形成した後に傾斜面部を形成する場合として示している。同図において、傾斜面部が形成される前の段階の端面板を３’で示し、傾斜面部６、７となる部分を６’、７’で示す。
図示例では、凹部外側部分８’の概ね円形輪郭Ｓの位置に円弧状の切込みｍを入れ、その円弧状の切り込みｍの中央位置から半径方向外側に延びる切込みｎを入れた後、前記切込みｎの円周方向両側をそれぞれ上下逆向きに傾斜させて、図２のような互いに上下逆向きの傾斜面部６、７を形成する。同図において、傾斜面部６、７を形成する際の谷折り部を１点鎖線、山折り部を２点鎖線で示す。
なお、前記円弧状の切り込みｍは、前記円形輪郭Ｓより若干外側にするのが好適である。

上述の鋼管杭１を地盤に打設する場合、回転圧入駆動部を持つ杭打ち機にて、回転圧入により地盤に貫入する。この場合、先端の端面板３が、その傾斜面部６、７が土に食い込む態様で推進力を発揮する。そして、端面板３が支持層に到達した状態では、下面に凹部８が存在することで支持力の高いものとなる。
図８は上述の鋼管杭１を、家屋等の建築物の基礎杭として施工する態様の一例を説明するもので、鋼管杭１は建築物の基礎コンクリート２０を支持する態様で地盤に設置される。この鋼管杭１によれば、地盤支持力が向上するので、従来より少ない本数の杭にて、所望の支持力を確保することができる。

図４〜図６に他の実施例の鋼管杭１１を示す。図４は鋼管杭１１の正面図、図５は図４における端面板１３を説明するもので、（イ）は図４のＤ−Ｄ断面図、（ロ）は（イ）の正面図、（ハ）は（イ）のＥ−Ｅ断面図である。
この鋼管杭１１は、端面板１３の傾斜面部以外は図１〜３の実施例と同じである。すなわち、軸部（鋼管）１２は図１〜３の実施例と同じサイズ、材質である。端面板１３の板厚Ｔ、直径Ｄ、凹部８の高さＨ、も図１〜３の実施例と同じサイズ、材質である。凹部外側部分８’の円形輪郭Ｓの直径も概ね同じである。

この実施例の鋼管杭１１の端面板１３の傾斜面部１６、１７は、その端縁が直線的でなく、く字形をなしている。
図６は傾斜面部が形成される前の段階の端面板１３’を示すもので、傾斜面部６、７となる部分を１６’、１７’で示す。
図示例では、凹部外側部分１８’の概ね円形輪郭Ｓの位置に円弧状の切込みＮを入れ、その円弧状の切り込みＮの中央から片側に偏位した位置から半径方向外側に延びる短い切込みＭ_１、及びその先端から５５°の角度で折れ曲がって外周縁に延びる切込みＭ_２を入れた後、前記切込みＭ_１・Ｍ_２の円周方向両側をそれぞれ上下逆向きに傾斜させて、図５のような互いに上下逆向きの傾斜面部１６、１７を形成する。同図において、傾斜面部１６、１７を形成する際の谷折り部を１点鎖線、山折り部を２点鎖線で示す。
この実施例の端面板１３における傾斜面部１６、１７は、円周方向の端縁が屈曲していることで、鋼管杭１１を回転させながら押し込んで地盤に貫入していく際の推進力が向上する。

図７に本発明の他の実施例を示す。
この実施例の鋼管杭１Ａは、軸部（鋼管）２及び端面板３自体は図１〜３の実施例のものと同じであるが、端面板３を軸部２に対して角度を付けて溶接固定したものである。
この実施例の鋼管杭１Ａによれば、端面板３の直径方向両側の傾斜面部対６・７の高さ位置が回転とともに相対的に変化することで、土を掻き混ぜる作用が高くなることが考えられ、また推進力を高める作用も考えられる。

図９、図１０に他の実施例の鋼管杭１１Ａを示す。
この実施例の鋼管杭１１Ａの端面板部構造は、下端の端面板１３自体は図４、図５に示した端面板１３と同じであるが、この端面板１３の凹部１８の下面に板状の掘削刃３１を垂直に溶接固定し、前記掘削刃３１の側面に半円形の傾斜翼３２を溶接固定した構成である。
前記掘削刃３１は、先端側が三角形状に尖っており、基部が凹部１８の凹面に沿う形状で溶接固定されている。

この鋼管杭１１Ａにおいて、端面板１３の凹部１８の下面に垂直に固定された掘削刃３１が土を攪拌するので、杭本体（鋼管）の圧入に必要な力を軽減することができ、杭本体を円滑に貫入させることができる。
さらに、垂直な掘削刃３１の側面に半円形の傾斜翼３２を設けているので、この傾斜翼３２により推進力を高めることができる。
また、垂直な掘削刃３１の側面に半円形の傾斜翼３２を持つという構造が、推進力向上に相乗的な作用をなし、効率的に推進力を高めることができ、また、端面板１３の推進翼部分（上下逆向き傾斜の傾斜面部１６、１７のある鍔部１４）の推進作用とも相乗的な作用を奏することでも、効率的に推進力を向上させる。

端面板の板厚が厚く、凹部を形成する加工が困難な場合、あるいは大型設備を必要として簡易な凹部形成ができないような場合などの場合に、薄い円板に凹部を形成する加工をし、その凹部加工済みの薄い円板の複数枚を溶接接合して、複数枚重ね構造の１つの厚い端面板とする構成することができる。
この場合、凹部の形成された複数枚溶接接合の厚い端面板に傾斜面部を形成する加工を施す方法、あるいは、凹部加工済みの薄い円板の段階で傾斜面部を形成し、凹部加工済みかつ傾斜面部形成済みの薄い端面板の複数枚を溶接接合して、１つの厚い端面板を構成することができる。この場合、素材鋼板としてＳＭ４９０を用いるとよい。

図１１、図１２に、２枚重ね構造の端面板１３Ａを示す。図１１（イ）は端面板１３Ａの平面図、図１２は図１１（イ）のＧ−Ｇ切断端面図である。
この端面板１３Ａは、図１２に示すように、軸部（鋼管）１２の下端に溶接固定された主端面板１３_１の下面に若干薄い補強用端面板１３_２を接合した構造である。
前記補強用端面板１３_２は、主端面板１３_１の凹部１８に沿う凹部を有するが、図１１（ロ）に示すように、主端面板１３_１における傾斜面部１６、１７の部分を切り欠いた形状、（切欠き部を３１で示す）である。その外周縁は図１１（イ）にＭで示す範囲である。
両者の接合手段としては、溶接接合を採用することができる。例えば、両者の外周端面において溶接接合することができる。また、強用端面板１３_２の複数個所に孔をあけ、その孔部分において主端面板１３_１と補強用端面板１３_２とを溶接するプラグ溶接によって接合することもできる。
図示例では、２枚重ね構造であるが、３枚重ね構造とすることもできる。この場合、図１２における前記補強用端面板１３_２の下面にさらに第２の補強用端面板を接合することができる。
また、図１２における前記主端面板１３_１の上面に、軸部１２を通す穴をあけた第２の補強用端面板を接合することもできる。

また、主端面板１３_１と補強用端面板１３_２とをボルト接合することもできる。

図１３にさらに他の実施例の鋼管杭１１Ｂを示す。
この鋼管杭１１Ｂは、軸部（鋼管）１２の下端の端面板１３より上方位置に、端面板１３の鍔部１４（上下逆向き傾斜の傾斜面部１６、１７のある鍔部１４）と同形状の鍔部１４を持ち、外径が前記端面板１３より大きい円形の補助ウイング３４を、前記軸部１２を貫通させる態様で溶接固定した構成である（なお、補助ウイング３４の形状は、端面板１３の鍔部１４と完全に同形状である必要はなく、概ね同形状であればよい）。
例えば、端面板１３の外形５００ｍｍに対して、補助ウイング３４の鍔部１４の外径を６００ｍｍ程度とする。
また、図示例の補助ウイング３４は、その中央部に端面板１３の凹部１８とは逆に上面側から見て杭先端側にへこんだ凹部３８（下面側から見ると凸部３８’）を有する
外径が端面板１３より大で端面板１３より上方位置に設けたこの補助ウイング３４は、端面板１３の推進翼部分と同様に推進作用をし、推進力を増大させる。
また、上面側から見て杭先端側にへこんだ凹部３８を持つこの補助ウイング３４は、地震で建物が揺れた時に発生する引抜き力（引張力）に対応することができる。
また、端面板１３から離間した位置にあるこの補助ウイング３４の存在で、地盤支持力が分散され、そして杭全体としての地盤支持力が向上する。

図１４にさらに他の実施例の鋼管杭１１Ｃを示す。この実施例では、
この鋼管杭１１Ｃでは、軸部（鋼管）１２の下端の端面板１３より上方位置に固定した補助ウイング４４が平板状である。
この平板状の補助ウイング４４を軸部１２に溶接固定する場合、補助ウイング４４の上下において、補強チップを用いて溶接固定するとよい。
図示例では補助ウイング４４の上下から補助ウイング４４を挟むように配置した短尺の補強棒（補強チップ）３５を軸部１２に隅肉溶接し、かつ、補強棒３５の端部を補助ウイング４４に溶接固定している。

図１５にさらに他の実施例の鋼管杭１１Ｄを示す。
この鋼管杭１１Ｄは、軸部１２に端面板１３の上方位置に第１補助ウイング５４を溶接固定し、さらにその上方位置の第２補助ウイング６４を溶接固定している。
端面板１３と第１補助ウイング５４との関係は、図１３で説明した端面板１３と補助ウイング３４との関係と同じであり、第１補助ウイング５４の外径は端面板１３の外径より大であるが、第２補助ウイング６４の外径は第１補助ウイング５４の外径よりさらに大である。
前記端面板１３と第１補助ウイング５４と第２補助ウイング６４とのように、上のものほど翼部の外径が大となる態様で上下に間隔をあけて固定した構造により、ネジ作用を奏する構造となり、推進力を増大させる。

１、１Ａ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 鋼管杭
２、１２ 軸部（鋼管）
３、１３、１３Ａ 端面板
１３_１ 主端面板
１３_２ 補強用端面板
３’、１３’ 傾斜面部が形成される前の段階の端面板
４、１４ 鍔部
５、１５ 切欠き部
６、１６ 上向きの傾斜面部
６’、１６’ 上向きの傾斜面部となる部分
７、１７ 下向きの傾斜面部
７’、１７’ 下向きの傾斜面部となる部分
８、１８、３８ 凹部
８’、１８’、３８’ 凹部の外側部分
３１ 掘削刃
３２ 半円形の傾斜翼
３４ 補助ウイング
３５ 補強棒
４４ 平板状の補助ウイング
５４ 第１補助ウイング
６４ 第２補助ウイング
Ｓ 凹部の外側部分を上から見た円形輪郭
Ｔ （端面板の）板厚
ｔ （軸部（鋼管）の）板厚
ｄ 軸部（鋼管）の直径
Ｄ 端面板の直径
Ｈ 凹部の高さ

Claims (7)

1. 鋼管からなる軸部の先端面に、直径Ｄが前記軸部の直径ｄより大で、かつ中央部に、下面側から見て、円形輪郭をなしその中心部に向かって深さが漸次深くなる態様で杭頭側にへこみ軸部下端開口を閉塞する凹部が形成されてなる円形の端面板が溶接固定され、前記凹部の直径は前記軸部の直径より大であり、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部が形成されていることを特徴とする鋼管杭。
2. 前記端面板は、複数枚の鋼板を溶接接合又はボルト接合してなることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。
3. 前記端面板の前記凹部の下面に板状の掘削刃を垂直に固定し、前記掘削刃の側面に半円形の傾斜翼を固定したことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管杭。
4. 前記軸部の前記端面板より上方位置に、端面板の前記翼部と同形状の翼部を持ち、外径が前記端面板より大きい円形の補助ウイングを、前記軸部を貫通させる態様で溶接固定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼管杭。
5. 前記補助ウイングは、その中央部に前記端面板の凹部とは逆に上面側から見て杭先端側にへこんだ凹部を有することを特徴とする請求項４記載の鋼管杭。
6. 前記補助ウイングが、その中央部に前記端面板の凹部と同じく下面側から見て杭頭側にへこんだ凹部を有することを特徴とする請求項４記載の鋼管杭。
7. 前記補助ウイングよりさらに上方位置に、前記補助ウイングと同形状で外径がさらに大きい第２補助ウイングを設けたことを特徴とする請求項６記載の鋼管杭。

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